Macchina operatrice utilizzata per fornire energia meccanica a liquidi o aeriformi tramite giranti (organi in rotazione) o stantuffi (organi in moto rettilineo alternativo) operanti in ambiente chiuso e posti tra un condotto di aspirazione e uno di mandata completamente riempiti di fluido. Nel caso di liquidi si parla di p. idrauliche (V. oltre), mentre in caso di aeriformi si parla di p. da vuoto (V. OLTRE). ║ P. da fuoco: congegno utilizzato da diverse popolazioni dell'Asia sud-orientale e insulare per accendere il fuoco. Consiste in un piccolo cilindro cavo di bambù o legno al cui interno scorre uno stantuffo a tenuta perfetta, che viene abbassato bruscamente provocando, mediante la rapida compressione dell'aria, un'istantanea elevazione della temperatura e quindi l'accensione di un'esca. ║ Nel linguaggio corrente, nome dato al distributore di benzina, di cui la p. effettiva è solo uno dei componenti. • Bioch. - P. ionica: particolare sistema di trasporto di ioni attraverso la membrana cellulare che prevede la demolizione (o la sintesi) di un intermediario metabolico. Le notevoli differenze nella composizione ionica dei liquidi intracellulari ed extracellulari causa l'instaurarsi di gradienti di concentrazione (variazioni continue o discontinue di concentrazione con una precisa direzione spaziale) utilizzati per far avvenire vari processi di trasporto secondario e per la trasmissione dei segnali elettrici nelle fibre nervose. Esistono casi in cui particolari molecole, o ioni, vengono trasportati contro un gradiente di concentrazione (trasporto attivo o primario), sfruttando l'accoppiamento con un sistema che utilizzi energia metabolica (per esempio sotto forma di ATP); questi sistemi vengono equiparati a p. idrauliche, e sono quindi definiti p. ioniche primarie. Tutte le p. primarie sono costituite da un enzima di membrana ad attività adenosintrifosfatasica (ATPasi), il quale può essere specifico per il trasporto solo di alcuni ioni. Di notevole importanza biologica e fisiologica sono le p. adibite al trasporto dei cationi Na⁺, K⁺, Ca⁺⁺ e H⁺, le cui concentrazioni influenzano numerose reazioni cellulari (ad esempio la contrazione muscolare, l'attivazione del metabolismo ossidativo, la formazione dei succhi gastrici). • Tecn. - P. da vuoto o p. pneumatica: apparecchio atto a produrre una rarefazione (vuoto spinto) più o meno grande, in un recipiente, asportandone i gas e i vapori che vi erano originariamente contenuti. Una p. da vuoto è caratterizzata essenzialmente da due parametri funzionali: la capacità d'aspirazione e il vuoto limite. La capacità d'aspirazione (impropriamente detta anche velocità d'aspirazione) corrisponde al volume di gas asportato nell'unità di tempo dal recipiente da vuotare; il vuoto limite (o pressione residua) è il valore minimo della pressione che la p. è in grado di produrre nel recipiente da vuotare. Esistono diversi tipi di p. da vuoto: p. meccaniche, p. a diffusione di vapori, p. criogeniche, p. ad assorbimento e p. a sublimazione e ionizzazione. 1) P. meccaniche: genericamente, sono così definite quelle p. il cui funzionamento si basa sul moto rotativo o rettilineo alternativo impresso ad alcuni elementi della macchina. Tra le p. da vuoto rientrano in questa classificazione le p. a olio (a stantuffo e rotative) che intrappolano il gas da evacuare, lo comprimono e lo spostano in un ambiente a pressione più elevata di quello di aspirazione. Il corpo di queste p. è parzialmente riempito d'olio, che ha funzioni di tenuta e di lubrificazione. Sono p. a grande capacità d'aspirazione e pressione residua relativamente alta (10^-2 ÷ 10^-3 mbar). Come principio di funzionamento sono simili alle corrispondenti p. idrauliche a stantuffo (V. oltre). Tra le p. rotative da vuoto sono comuni le p. a palette rotanti. Esse sono costituite da un tamburo cavo cilindrico all'interno del quale è calettato eccentricamente un rotore munito di profonde fenditure, entro cui sono alloggiate e possono scorrere delle palette prismatiche. Quando il rotore è in rotazione, le palette sono spinte dalla forza centrifuga contro la superficie interna del tamburo cavo e vi restano premute, definendo così dei vani prismatici con un volume periodicamente variabile tra un minimo (anche nullo) e un massimo; dove il volume tende ad aumentare, viene richiamato fluido spinto dalla pressione esterna, mentre dove il volume tende a diminuire, il fluido viene espulso contro la pressione di mandata. Il fluido viene quindi raccolto e convogliato attraverso appositi condotti sagomati. 2) P. a diffusione di vapori: sono il tipo di p. da vuoto di gran lunga più usato per basse pressioni residue e trovano impiego in apparecchi di precisione (quali, ad esempio, microscopi elettronici, spettrometri di massa) e nell'industria della fabbricazione delle lampade elettriche. Ideata da W. Gaede (1915) e I. Langmuir (1916), questa p. ha subito col tempo notevoli perfezionamenti. Il suo funzionamento si basa sul riscaldamento di un fluido (solitamente mercurio o miscele di composti organici a bassa tensione di vapore) i cui vapori arrivano a incontrare le molecole di aeriforme provenienti dal recipiente da vuotare. Il processo di svuotamento del contenitore viene portato avanti attraverso successive fasi di raffreddamento (e quindi condensazione) dei vapori e mediante il mantenimento di alcuni ambienti a particolari pressioni (basse). Il limite teorico al grado di vuoto raggiungibile da una p. a diffusione è determinato dalla tensione di vapore del liquido usato. La minima pressione residua ottenibile è di circa 10^-8 mbar. 3) P. criogeniche: sono p. da vuoto che funzionano operando una condensazione sulle pareti dell'ambiente da vuotare (raffreddate mediante elio liquido o idrogeno liquido) dei gas residui nell'ambiente. Consentono di ottenere pressioni residue dell'ordine di 10^-11 mbar. 4) P. ad assorbimento: sono p. da vuoto contenenti determinate sostanze (zeoliti artificiali, carbone attivo e altre aventi elevata affinità per uno o più aeriformi), a bassa temperatura (70 ÷ 80 K), che sono in grado di assorbire (in particolare, adsorbire) notevoli quantità di gas. 5) P. a sublimazione e ionizzazione: sono p. da vuoto usate per produrre rapidamente vuoti estremamente spinti in recipienti di grande capacità. Tra le più diffuse vi sono i tipi a filo di titanio e a scarica di titanio. Una p. a filo di titanio è essenzialmente costituita da un recipiente metallico nel cui interno è posto un filo di titanio dipanato attraverso un tubo. Riscaldando il filo a 2.000 °C (per bombardamento elettronico), il titanio sublima e ingloba molecole dei gas presenti nella p., depositandosi quindi sulla parete del recipiente, raffreddata da una serpentina ad acqua. Contemporaneamente, anche gli ioni gassosi prodotti dal fascio elettronico che riscalda il titanio vengono deviati sulla parete della p. e qui inglobati dai vapori di titanio. Il funzionamento della p. dipende quindi dal duplice meccanismo di inglobamento per sublimazione e di cattura per ionizzazione. La pressione residua ottenibile con questa p. è di 10^-10 mbar. ║ P. per liquidi: sono macchine operatrici, azionate da un motore, che conferiscono energia meccanica a un liquido fluente. Sono definite dalle seguenti grandezze: la prevalenza manometrica (H_m), ovvero l'incremento del carico totale del liquido tra l'ingresso e l'uscita della p., misurato in due sezioni opportunamente scelte; la prevalenza totale (H_t), risultante dalla somma tra la prevalenza manometrica e le perdite di carico che il liquido subisce nell'attraversamento della p.; la portata, ovvero il volume di liquido che la p. eroga nell'unità di tempo; il rendimento totale della p., dato dal rapporto tra la prevalenza manometrica e il lavoro (L_a) assorbito dal motore di comando per unità di peso di liquido affluente. L'energia ricevuta dalla p. può essere utilizzata dal liquido sotto forma di energia di quota (come nel travaso tra due serbatoi a diverso livello), di energia di pressione (come nell'invio entro recipienti in pressione quali le caldaie) o di energia cinetica (quando la velocità del liquido uscente è molto elevata, mentre le pressioni in uscita e in entrata sono uguali; ne sono esempi le p. antincendio e le p. per irrigazione). A seconda del tipo di movimento effettuato dalle superfici mobili a contatto con il fluido, si hanno p. alternative, il cui moto utile è quello traslatorio alterno di uno stantuffo, e p. rotative, in cui il moto è quello rotatorio. Tuttavia le p. per liquidi possono essere classificate anche secondo il loro principio di funzionamento relativamente allo spazio occupato dal fluido. A seconda, cioè, che il fluido all'interno della p. resti confinato per tempi più o meno lunghi entro volumi chiusi o percorra invece canalizzazioni aperte, cioè comunicanti con gli ambienti di presa e di mandata, si hanno p. a camere chiuse (o p. volumetriche) e p. a condotti aperti (o p. dinamiche o turbopompe). ║ P. a camere chiuse o volumetriche: tra questo tipo di p. per liquidi le più importanti sono quelle a stantuffo, quelle a membrana e quelle a polmone. La principale caratteristica di queste p. è che la pressione raggiungibile all'interno del contenitore chiuso dipende essenzialmente dalla resistenza del contenitore stesso e dalla potenza del motore ed è quindi teoricamente illimitata. 1) P. a stantuffo: le p. a stantuffo possono essere a semplice effetto o a doppio effetto. Le prime sono essenzialmente costituite da un cilindro a un solo fondo, dentro cui scorre uno stantuffo a tenuta, mosso da un meccanismo di biella e manovella. Tramite un condotto di adduzione il liquido viene prelevato dal bacino di presa e inviato al cilindro (in cui entra attraverso una valvola di aspirazione). Questa fase si dice fase di aspirazione e corrisponde al momento in cui lo stantuffo, salendo, si allontana dal fondo del cilindro. Il liquido defluisce poi (attraverso la valvola di scarico) nel condotto di mandata e si raccoglie nel serbatoio di utilizzazione; ciò avviene durante la fase di mandata, cioè quando lo stantuffo, scendendo, espelle il volume contenuto nel cilindro. In questo tipo di p. a ogni giro della manovella corrisponde una sola fase di mandata e una di aspirazione. Nelle p. a doppio effetto, invece, il cilindro è dotato di un secondo fondo munito a sua volta di due valvole; lo stantuffo definisce quindi due camere e così per ogni sua corsa si hanno simultaneamente una fase di aspirazione in una camera e una di mandata nell'altra. Il dislivello esistente tra il pelo libero dell'ambiente di presa e il punto più basso del cilindro viene detto altezza di aspirazione (H₁), mentre il dislivello tra il punto più basso del cilindro e il pelo libero del serbatoio di utilizzazione si dice dislivello di mandata (H₂). La somma di H₁ e H₂ è l'altezza teorica di spostamento. Quando sia H₁ sia H₂ sono diversi da zero, la p. è detta aspirante-premente; quando è nullo il dislivello di mandata (H₂) la p. è detta aspirante; quando è nulla l'altezza di aspirazione (H₁) la p. è detta premente. In una p. a stantuffo, la portata è pari al prodotto della cilindrata per la frequenza di rotazione della manovella di azionamento, tenuto conto di un coefficiente di riempimento (se la p. è a doppio effetto, la portata teoricamente si raddoppia, a pari frequenza di rotazione). La prevalenza manometrica della p. è data dalla somma delle due altezze geometriche di aspirazione e di mandata, accresciute delle rispettive perdite di carico e dell'altezza corrispondente alla differenza fra le pressioni (espresse in metri di colonna fluida) esistenti sui bacini di prelievo e di utilizzazione. Lo stantuffo (detto tuffante, se è cilindrico e di diametro decisamente inferiore a quello del cilindro; cavo, se è piatto, tocca le pareti del cilindro e presenta nella zona centrale valvole che permettono il passaggio di liquido da una camera all'altra; a disco pieno, se è piatto e la tenuta è interna al cilindro; differenziale, se è a due diametri) e il corpo delle p. possono essere realizzati in ghisa, in bronzo, in materie plastiche, in acciaio normale, in acciaio inossidabile. Le p. a stantuffo sono utilizzate per portate non molto grandi (generalmente non superiori a 1.000 l/min) con alte pressioni (a volte si arriva fino a 5.000 bar); raggiungono velocità di rotazione di 300-1.500 giri/min e velocità di stantuffo intorno a 1,5 m/sec. Sono impiegate negli impianti di approvvigionamento idrico, per l'alimentazione di piccole caldaie, per l'iniezione del combustibile nei motori Diesel, per l'ingrassaggio, per le trasmissioni idrauliche, nel trasporto di oli e di materiali densi, nell'industria estrattiva del petrolio.
Schema di funzionamento di un tipo di pompa a stantuffo: la pompa alternativa

2) P. a membrana: queste p. sono considerate come p. a stantuffo deformabile e sono utilizzate quando il liquido pompato ha qualche proprietà particolare, o quando sono controindicati i premistoppa (come nel deflusso di malte o di minerali triturati). La membrana (di metallo, di gomma o di tessuto) è fissata alle pareti della camera e a un sistema di molle posto sotto di essa. Le molle vengono alternativamente premute e distese dalla rotazione di un bilanciere esterno e con il loro movimento provocano la discesa (estensione) o la sollevazione (compressione) della membrana e quindi il cambio di pressione all'interno della camera che sta al di sopra della membrana (con conseguente aspirazione o espulsione del liquido). 3) P. rotative o a capsulismo: esistono diversi tipi di p. per liquidi a camere chiuse rotative, tra cui le p. a ingranaggi, le p. a palette rotanti, le p. a stantuffi radiali o assiali, le p. a viti. Le p. a ingranaggi sono schematicamente costituite da uno statore a cavità ovaliforme, nel cui interno ruotano in senso reciprocamente inverso due ruote dentate identiche, delle quali una è comandata dal motore e l'altra dall'accoppiamento stesso con la prima. Quando due denti a contatto si lasciano, si crea uno spazio in cui affluisce il liquido, il quale viene incapsulato tra i vani dei denti e lo statore, trascinato perifericamente dalla parte dell'uscita e quindi espulso per riduzione dello spazio conseguente al contatto di due denti. Il volume di liquido emesso dipende dal numero dei denti e dalla velocità di rotazione; normalmente queste p. hanno notevoli capacità di aspirazione, rendimenti fino a 0,85 e una portata che raggiunge i 600 l/min. Sono impiegate per fluidi densi nei circuiti di lubrificazione di motori, nei comandi a trasmissioni oleodinamiche e in accoppiamento con motori ad alto regime di rotazione. Le p. a palette rotanti hanno un funzionamento simile a quello delle analoghe p. da vuoto. Poiché questo tipo di p. è facilmente usurabile, spesso le palette metalliche sono sostituite da cilindri rotanti di materia plastica. Il meccanismo di queste p. è più delicato di quello a ingranaggi, tuttavia il rendimento totale è leggermente più alto; la portata, invece, difficilmente supera i 400 l/min. Le p. a stantuffi radiali sono costituite da un tamburo cavo al cui interno, in posizione eccentrica, ruota un rotore munito di grossi fori cilindrici disposti a raggiera, all'interno dei quali possono scorrere in moto relativo alterno dei pistoncini con funzione di stantuffi. Nel centro del rotore è posto un nocciolo fisso, che contiene le due valvole di aspirazione e di mandata, l'una in posizione diametralmente opposta all'altra e comunicanti col fondo dei cilindri. Durante la rotazione ciascun cilindro viene a trovarsi per circa mezzo giro affacciato alla luce di aspirazione e per l'altro mezzo giro affacciato a quella di mandata. In un giro completo del rotore il fluido entra ed esce ciclicamente dai cilindri, richiamato e quindi espulso dal moto degli stantuffi che, a causa della rotazione del rotore (e quindi della forza centrifuga), vengono spinti verso la parete interna del tamburo, ma che, per l'eccentricità del rotore, ciclicamente incontrano la parete stessa e ne vengono respinti all'interno dei cilindri. Con questo tipo di p. si possono ottenere rendimenti molto elevati (0,95) e portate fino a 800 l/min. Le p. a stantuffi assiali possono essere di due tipi: a disco inclinato e a bariletto. In entrambi i casi il funzionamento della p. si basa sul fatto che cilindri e stantuffi sono in asse con il rotore, ma gli stantuffi si trovano inclinati rispetto ad una piastra, alla quale sono vincolati con opportuni snodi, a sua volta direttamente connessa all'albero motore. Nelle p. a disco inclinato è la piastra ad essere inclinata rispetto all'asse del rotore e dell'albero motore, mentre nelle p. a bariletto il blocco rotore-cilindri ha asse inclinato rispetto all'asse dell'albero di comando (cui è connesso tramite un doppio giunto cardanico). Durante la rotazione del complesso rotore-cilindri, gli stantuffi sono forzati a scorrere alternativamente nei cilindri, a causa dell'inclinazione della piastra cui sono vincolati. Le p. di questo genere offrono ottime prestazioni (con rendimenti di 0,95 e portate di 2.000 l/min) e trovano applicazioni nelle trasmissioni idrauliche, in apparati di comando e regolazione. Le p. a viti sono p. per liquidi costituite da due o più viti (fino a cinque) ad assi paralleli, i cui denti elicoidali sono profilati in modo da garantire una perfetta tenuta sia con lo statore contenitore sia tra le viti stesse. Con la rotazione si crea nei vani chiusi, tra le viti e le pareti del cilindro contenitore, un moto elicoidale in direzione assiale dalla luce di aspirazione a quella di mandata. Questo tipo di p. offre un'alta regolarità di flusso e velocità di rotazione decisamente elevate (oltre 5.000 giri/min) che consentono di ottenere rendimenti ottimi. ║ P. a condotti aperti o turbopompe o p. dinamiche: sono p. in cui il fluido non risulta interamente confinato tra pareti solide, di conseguenza l'incremento di pressione e la prevalenza sono limitate e dipendono dalle forze sviluppate nella deviazione del deflusso. I principali tipi di p. a condotti aperti sono le p. centrifughe e le p. assiali (o a elica), entrambe caratterizzate dalla possibilità di smaltire grandi portate. 1) P. centrifughe: queste p. per liquidi sono schematicamente costituite da uno statore, formato da un involucro munito perifericamente di una voluta spiraliforme per la mandata, e da un tronco di adduzione disposto in modo che il liquido pervenga all'ingresso con direzione assiale. All'interno si trova la girante, costituita da un disco, con mozzo calettato su un albero azionato da un motore, a cui è affacciato un controdisco; le pale risultano inserite tra i due dischi, con asse normalmente curvilineo. Il liquido viene deviato dall'azione delle pale della girante incrementando così la propria energia sia di pressione sia cinetica. 2) P. assiali o p. a elica: si tratta di p. per liquidi a condotti aperti, nelle quali la direzione del flusso liquido attraverso la girante è prevalentemente assiale. Sono costituite da un condotto all'interno del quale è contenuto un solido di rivoluzione a forma affusolata che inizia verso l'ingresso con una carenatura ogivale fissa; questa è congiunta al tubo esterno da pale fisse che costituiscono il distributore. Nel settore centrale si trova il mozzo della girante, al quale sono fissate le pale mobili, mentre la porzione più lontana dall'ingresso è a guisa di mozzo fisso e anch'essa è unita al tubo esterno da pale fisse che costituiscono il raddrizzatore. Lo scopo del distributore è quello di correggere ogni eventuale componente rotatoria assunta dal liquido nel condotto di adduzione e di imporre quindi un flusso rigorosamente assiale prima dell'incontro con la girante. Il liquido pompato passa poi nei canali definiti tra le pale della girante, il mozzo e il tubo esterno, assumendo nel deflusso un moto con una componente assiale e una componente rotatoria attorno all'asse, così che ogni linea di corrente viene a descrivere un'elica cilindrica. All'uscita dalla girante il liquido incontra le pale fisse del raddrizzatore attraverso il quale la velocità si riduce per estinzione pressoché totale della componente rotatoria del moto, causando un recupero in pressione in conseguenza del decremento di energia cinetica. Le p. assiali sono particolarmente adatte per alte portate e alte velocità, ma forniscono prevalenze ridotte. Al fine del rendimento, nella costruzione di una p. assiale, bisogna considerare innanzitutto la forma geometrica della girante, in quanto il numero di pale, l'altezza della corona palettata in corrispondenza della sezione di uscita e l'angolo formato dalla direzione del bordo di uscita delle pale con la tangente orizzontale, sono particolari fondamentali per assicurare determinati valori di prevalenza manometrica (H_m), di portata effluente Q (m³/s) e di velocità di rotazione n (rad/s); è necessario quindi scegliere il tipo di girante in relazione a tali grandezze, in base al cosiddetto numero di giri caratteristico (n_c) espresso dalla relazione:

n_c = n Q^½ (g H_m) ^-3/4

(dove g è l'accelerazione di gravità). Il numero di pale necessarie in una girante cambia a seconda del liquido da trattare e può variare da un massimo di 17 (per acqua e sostanze propriamente liquide), a 1 (per acque luride, liquidi pastosi, bacini di drenaggio). Anche le dimensioni possono variare, spaziando dalle piccolissime giranti di plastica montate sugli elettrodomestici per la circolazione dell'acqua, sino alle enormi giranti (vari metri di diametro) impiegate negli impianti di accumulazione idrica. Inoltre, in base alle diverse modalità di ingresso del fluido, le giranti possono essere conformate in modo differente: si distinguono quindi giranti a semplice ingresso, in cui il fluido entra da un solo lato, e a doppio ingresso, in cui il fluido entra da entrambi i lati ed esce in mezzeria della macchina. Se all'interno della p. viene posizionata una sola girante, la p. è detta monostadio; se invece all'interno dello statore sono alloggiate più giranti (in serie o in parallelo), la p. è detta pluristadio. Le p. per liquidi a condotti aperti trovano impiego in impianti per acquedotti (p. centrifughe o a elica, mono o pluristadio, generalmente ad asse verticale), per il rifornimento idrico (per l'accumulazione idrica, p. centrifughe di enormi dimensioni, radiali, pluristadio in serie, spesso a due ingressi; per l'alimentazione idrica, p. pluristadio, a flusso centrifugo radiale), per l'irrigazione (p. ad asse verticale), per la bonifica (p. a elica, ad asse verticale o inclinato), per lo smaltimento delle acque di scarico (p. a elica, con palettatura rada), per l'estrazione del petrolio (p. centrifughe, monostadio o pluristadio in serie). ║ P. per liquidi elettromagnetiche: queste p. basano il loro funzionamento sul principio fisico per cui se un conduttore percorso da corrente di data direzione è esposto a un campo magnetico di direzione ortogonale a quella del campo elettrico, esso è soggetto a una forza perpendicolare a entrambe le direzioni. L'utilizzo di queste p. è limitato allo spostamento di metalli allo stato fuso, i quali anche in questo stato mantengono le loro proprietà elettromagnetiche, ma si comportano come fluidi. Generando, quindi, trasversalmente a un condotto, un campo elettrico che sia perpendicolare all'asse del condotto e un campo magnetico che sia perpendicolare sia all'asse del condotto sia al campo elettrico, si crea un forza lungo l'asse del condotto che spinge il liquido a percorrere il condotto stesso. ║ P. di calore: sono macchine in grado di assorbire calore da un ambiente a bassa temperatura e cederlo, a temperatura più elevata, a un altro ambiente. La loro prestazione è definibile attraverso il COP (Coefficient Of Performance), ovvero il rapporto tra la quantità di calore (Q₁) che il fluido cede all'esterno ad alta temperatura e il lavoro (L ) necessario affinché il ciclo inverso delle trasformazioni sopra indicate possa essere compiuto.