La soffiante a lobi tipo Roots
Il soffiatore a lobi tipo Roots funziona secondo il principio di compressione volumetrica.
Non ha compressione interna, quindi ha la capacità di spostare la medesima quantità di aria ad ogni ciclo.
La portata di aria in uscita aumenta in modo direttamente proporzionale alla velocità di rotazione (rpm).
La pressione, invece, è direttamente collegata alla perdita di carico che la macchina deve vincere in mandata. In parole povere il soffiatore a lobi non produce alcune pressione se lasciato a bocca aperta, produce invece una pressione appena superiore a quella necessaria a vincere la pressione che si trova sulla bocca di scarico (contropressione).
Ad esempio se applicato ad una vasca di depurazione con un battente di 5 metri (500 mbar) dovrà generare la pressione necessaria a vincere questi 500 mbar più le perdite di carico che incontrerà lungo le tubazioni che vanno dalla soffiante ai diffusori d’aria posti sul fondo della vasca di depurazione (ad esempio 100 mbar). In totale, quindi la soffiante genererà poco più di 600 mbar per permettere alle bollicine di aria di raggiungere il pelo libero della vasca.
La soffiante è normalmente composta da due rotori identici e può essere a 2 o 3 lobi.
Questi ruotano in senso opposto perfettamente sincronizzati, grazie agli ingranaggi posti su una estremità degli alberi, senza toccarne le pareti del cilindro e delle piastre e senza strisciare l’uno contro l’altro ma sfiorandosi soltanto. Un piccolo dentino posto sulla cuspide del lobo (detto TIP) permette una tenuta al riflusso dell’aria. Tanto più è precisa e ridotta la distanza dal TIP con il cilindro, tanto più sarà performante ed efficiente il soffiatore.
Normalmente sono azionati meccanicamente cioè messi in rotazione tramite una cinghia o un giunto di accoppiamento diretto collegati con motore elettrico.
il volume d’aria incamerato tra i lobi e il cilindro rimane costante durante la fase di rotazione dei lobi dall’aspirazione alla mandata. In campo termodinamico questo processo prende il nome di “compressione isocora”.
L’aria (normalmente a pressione atmosferica) che entra in camera di compressione viene segregata tra i lobi ed il cilindro, poi spinta verso l’uscita.
Il movimento dei rotori riduce progressivamente il volume tra i lobi e comprime l’aria verso l’esterno.
Le soffianti sono raffreddate ad aria e oil-free (l’olio permane solo nelle scatole esterne al processo dove serve alla lubrificazione di cuscinetti e ingranaggi).
Sono considerate macchine molto affidabili e robuste ma anche rumorose e, negli ultimi anni, meno efficienti delle nuove tecnologie a vite e turbo.
Per contrastare la rumorosità vengono provviste oramai di silenziatori sia in aspirazione che in mandata. I gruppi così composti vengono poi racchiuse in speciali cabine insonorizzanti.
Il soffiatore a lobi, rispetto al suo ciclo di lavoro ideale (rettangolo 0-1-2-3) ha una perdita “triangolare dovuta al lavoro compiuto dai lobi sulla massa del gas rifluita dalla zona di mandata alla zona di aspirazione (back flow). Questa perdita aumenta con il quadrato del rapporto di compressione.
Questa caratteristica ha fatto si che i compressori a lobi limitassero il loro funzionamento fino ad 1 Barg, ora ulteriormente limitato dalle nuove tecnologie emergenti al di sotto dei 600 mbar.
E’ bene ricordare che le principali case costruttrici hanno nel loro portafoglio prodotti due versioni di rotori: una versione con rotore corto ed una con rotore lungo all’interno nella medesima cilindrata.
Questo, in virtù di una maggiore resistenza alla flessione del rotore corto permette allo stesso di funzionare fino a 1000 mbar, mentre il rotore lungo deve essere limitato a 700 mbar.
Sono usati anche in depressione (vuoto) fino a 500 mbarA.
