Pompa a getto

Una pompa a getto muove un fluido per mezzo di un altro: un getto veloce d'acqua, vapore o aria esce da un ugello e trascina con sé il fluido che lo circonda, senza pistone, ruota o valvola. La più antica descrizione nota è quella della tromba idroeolica che Giambattista Della Porta vide a Roma soffiare nei forni, stampata nella sua Magia naturale nel 1589.

Che cos’è

Una pompa a getto muove un fluido grazie a un altro fluido. Un getto veloce d’acqua, vapore o aria esce da un ugello, e il fluido che lo circonda viene afferrato e portato via con esso. L’apparecchio non ha pistone, né girante, né valvola. Gli serve soltanto una scorta di fluido motore, in pressione o in caduta da una certa altezza, e con questo può sollevare acqua, aspirare aria, mescolare due liquidi o spingere acqua in una caldaia.

La stessa idea ha diversi nomi. Un eiettore o eduttore, mosso da un liquido o dal vapore, serve ad aspirare o mescolare un altro fluido. Un iniettore usa un getto di vapore per spingere acqua nella stessa caldaia che produce quel vapore. La pompa ad acqua da laboratorio, montata su un rubinetto, toglie l’aria da una beuta. La tromba idroeolica delle ferriere, o soffiatore ad acqua, sfrutta l’acqua che cade per aspirare aria e soffiare in un fuoco.

In una tromba da forgia, l’acqua di un canale cade in un tubo verticale con fori d’aria vicino alla sommità. L’acqua che cade porta l’aria giù in una cassa del vento chiusa; lì l’acqua urta una pietra ed esce dal basso, mentre l’aria si raccoglie in alto. Un tubo porta quest’aria all’ugello attraverso cui il vento entra nel fuoco della forgia. La tromba dava un vento costante senza mantici, e fu usata nelle ferriere d’Italia, di Spagna e di altri paesi mediterranei fino al XIX secolo.

Come funziona

Un tubo che si restringe in un ugello fa accelerare il fluido motore, e più la sua velocità cresce, più la sua pressione cala. Il getto esce dall’ugello in una camera con una seconda apertura, la bocca d’aspirazione. Lì la pressione intorno al getto è più bassa che nel fluido esterno, così quel fluido affluisce verso il getto.

L’ugello crea un getto veloce, la gola gli permette di trascinare il fluido aspirato e il cono che si allarga ritrasforma la velocità in pressione.

Dopo l’ugello, il getto e il fluido aspirato entrano insieme in una gola diritta. Il getto veloce rallenta e il fluido lento accelera, finché procedono come un’unica corrente. La miscela passa poi in un diffusore, un cono che si allarga lentamente. Man mano che la corrente vi rallenta, la sua velocità torna pressione, e la miscela esce a una pressione più alta di quella che il fluido aveva alla bocca d’aspirazione. Così lavora l’iniettore a vapore di Giffard: il vapore si condensa nell’acqua fredda che aspira, e la miscela lascia il diffusore a una pressione un po’ superiore a quella della caldaia, così da potervi entrare.

In una tromba il fluido motore è l’acqua e quello aspirato è l’aria. In testa al tubo di caduta l’acqua passa una strozzatura, e subito sotto si aprono fori d’aria verso l’esterno. L’acqua che cade aspira aria da quei fori e la porta in basso in bolle. In fondo la miscela entra nella cassa del vento e urta una pietra piatta. Le bolle risalgono e l’aria si raccoglie sotto il coperchio, mentre l’acqua esce da un’apertura che resta sempre sotto la superficie della vasca esterna, perché da lì non sfugga aria. L’aria nella cassa spinge l’acqua interna sotto il livello esterno. La differenza tra questi due livelli fissa la pressione del vento.

Anche una moderna pompa da pozzo usa un eiettore. Una pompa centrifuga in superficie rimanda parte della sua acqua a un ugello posto nel pozzo o nel corpo della pompa. Il getto solleva con sé l’acqua del pozzo, e la pompa manda il resto dell’acqua alla casa.

Come si fa

Soffiando di traverso sulla sommità della cannuccia dritta si solleva l’acqua e la si spruzza.

Due cannucce e un bicchiere d’acqua bastano per fare una pompa a getto del tipo nebulizzatore. Riempite un bicchiere di acqua pulita quasi fino all’orlo e mettetelo su un vassoio o sopra un lavandino. Tagliate una cannuccia in due con le forbici. Piantate un pezzo dritto nell’acqua, in modo che la sua estremità superiore sporga un poco dalla superficie. Tenete l’altra cannuccia orizzontale, con l’estremità contro la sommità del pezzo dritto e ad angolo retto con esso, così che la sua apertura soffi di traverso sull’apertura della cannuccia dritta.

Soffiate forte e in modo costante nella cannuccia orizzontale. L’aria deve passare sopra la cannuccia dritta, non entrarci. L’acqua sale nella cannuccia dritta ed esce in alto come una nuvola di goccioline portate via dal vostro fiato. L’aria veloce abbassa la pressione sopra la cannuccia dritta, l’aria che preme sull’acqua del bicchiere la spinge in su e il getto d’aria la rompe in gocce. Se non succede niente, affondate di più la cannuccia dritta perché sporga meno e avvicinate le due estremità.

Sicurezza: usate solo acqua pulita, mai un altro liquido, lavorate sopra un vassoio o un lavandino e asciugate l’acqua versata perché nessuno scivoli. Soffiate nelle cannucce, non aspirate mai. Non applicate mai una cannuccia, una pompa ad acqua o qualsiasi altro dispositivo d’aspirazione a una parte del corpo. Gli eiettori industriali e gli iniettori a vapore lavorano con pressioni elevate, vapore e talvolta sostanze chimiche, e devono maneggiarli solo addetti formati.

Storia ed evoluzione

Nel 1589 il dotto napoletano Giambattista Della Porta pubblicò a Napoli l’edizione ampliata, in venti libri, della sua Magia naturale. Il suo libro sull’aria spiega come l’aria possa fare il lavoro dei mantici: l’acqua versata con un imbuto in una piccola camera chiusa ne caccia l’aria da un foro con forza sufficiente a soffiare nei forni per l’ottone e per il ferro. Scrive di averlo visto a Roma. Gli storici della metallurgia vi leggono la più antica descrizione nota della tromba idroeolica. L’apparecchio si diffuse nelle forge d’Italia, di Spagna e di altri paesi mediterranei; le forge catalane ne erano note, e il francese gli diede il nome di trompe, usato anche dagli autori inglesi.

Alla fine del Settecento la tromba ebbe una teoria. Nel 1797 il fisico italiano Giovanni Battista Venturi pubblicò i suoi esperimenti sul modo in cui un fluido in moto trascina il fluido che gli sta accanto, e l’Encyclopaedia Britannica del 1801 gli attribuì la prima spiegazione esatta del soffiatore ad acqua.

L’ingegnere francese Henri Giffard, che aveva costruito una macchina a vapore leggera per muovere il dirigibile con cui volò nel 1852 (vedi dirigibile), cercava un modo più leggero delle pompe a vapore del suo tempo per alimentare d’acqua una caldaia. Nel 1858 brevettò il suo iniettore, in cui un getto di vapore della caldaia spinge acqua in quella stessa caldaia. Non aveva parti mobili, e le ferrovie lo adottarono per alimentare le caldaie delle locomotive.

Una pompa ad acqua in vetro sul rubinetto toglie l’aria da una beuta, e l’aria esterna spinge il liquido attraverso il filtro.

Nel 1865 Hermann Sprengel, un chimico che lavorava a Londra, descrisse una pompa pneumatica in cui un sottile filo di mercurio che cade porta via l’aria da un recipiente in piccole sacche tra le gocce. Nel 1868 Robert Bunsen pubblicò un apparato di filtrazione con una beuta a pareti spesse, una pompa ad acqua in vetro costruita sul principio di Sprengel, un manometro e una bottiglia di sicurezza. La pompa prese il nome di pompa di Bunsen, nome che Sprengel contestò in una lettera a Nature nel 1881. La pompa ad acqua in vetro sul rubinetto divenne un’attrezzatura comune dei laboratori per filtrare. Le pompe a getto si diffusero poi ovunque ci fosse un fluido motore a portata di mano e le parti mobili fossero d’impaccio: gli eiettori sollevano l’acqua dei pozzi insieme a una pompa centrifuga in superficie, e gli eduttori mescolano e spostano liquidi ovunque si disponga di acqua in pressione.