Come funzionano le pompe del gas

Il rifornimento alla pompa è un rituale costante e un po 'fastidioso per i conducenti. Justin Sullivan / Getty Images

La tua vacanza è appena iniziata e stai andando in macchina in montagna o in spiaggia o in qualche altro posto che sogni da mesi. Sei pronto per partire, ma prima di poter percorrere più di pochi chilometri, devi dirigersi verso l'uscita più vicina: è già ora di comprare benzina. Con i prezzi della benzina così volatili come negli ultimi anni, questa non sarà probabilmente la tua parte preferita del viaggio. C'è anche la possibilità che lo shock dell'adesivo alla pompa possa portarti a saltare la cena elegante di quella sera e fermarti per un pasto da fast food. Sfortunatamente, in un mondo che dipende dalle automobili per il trasporto di base, il pompaggio e l'acquisto di gas è un male necessario - per il momento, comunque.

Durante tutti quei viaggi alla pompa, ti sei mai fermato a chiederti dove fosse il gas distributore di stazioni di servizio proviene o come arriva dal distributore al serbatoio della tua auto? Il processo non è difficile da capire, ma le compagnie del gas si sono date molto da fare per nascondere i dettagli. Pompare gas può sembrare una semplice questione di sollevare una pompa, premere alcuni pulsanti e talvolta passare una carta di credito attraverso un lettore o agitare una bacchetta di credito verso un rilevatore. Ciò che accade all'interno del distributore di gas stesso, tuttavia, è un po 'più complicato di così.

Conosci già il trapano: fai scorrere la carta di credito, comunica al distributore che tipo di gas desideri e inizia a pompare. Quando il serbatoio è pieno, paga il gas, torna al posto di guida e dirigiti verso la strada aperta. Ma quella semplice descrizione solleva più domande che risposte. Come arriva il gas all'auto? Come fa la pompa a sapere quando smettere di pompare? Come mescola la miscela esatta di gas che il cliente desidera? E cosa succede se parti accidentalmente con la pompa di benzina ancora attaccata alla tua auto? Continua a leggere per scoprirlo.

Contenuti

1. I serbatoi di stoccaggio della benzina
2. La valvola di ritegno
3. Il flussometro
4. La valvola di miscelazione
5. Lo spegnimento automatico

La benzina venduta nelle stazioni di servizio viene immagazzinata sottoterra in cisterne interrate. Ciascuno contiene diverse migliaia di galloni di gas. Ci sono almeno due di questi serbatoi per stazione e ogni serbatoio di solito contiene un diverso grado di gas. Avere i serbatoi del gas sottoterra presenta un problema ovvio: se il gas deve arrivare a un distributore (e al serbatoio della tua auto) situato sopra il terreno, deve sfidare la gravità per arrivarci, come una cascata che scorre in salita. Ma spostare il gas dal suo nascondiglio sotterraneo al livello della strada non è così difficile come potresti pensare.

La maggior parte delle stazioni di servizio esegue il lavoro utilizzando uno dei due tipi di pompa: una pompa sommersa o una pompa di aspirazione:

• UN pompa sommersa, come suggerisce il nome, è sommerso sotto la superficie del liquido, dove utilizza un dispositivo a elica chiamato girante per spostare il carburante verso l'alto. Le pale inclinate sulla girante rotante spingono l'acqua come le pale di un elettroventilatore spingono l'aria.
• UN pompa di aspirazione muove il gas usando il principio di pressione diseguale. Un tubo viene inserito nell'acqua. Un motore sopra il livello del fluido rimuove abbastanza aria dal tubo per diminuire la pressione dell'aria sopra la benzina. Il motore continua a rimuovere l'aria fino a quando la pressione dell'aria sopra la benzina è inferiore alla pressione dell'aria che spinge il gas all'esterno del tubo. Il peso dell'aria circostante spinge il gas all'interno del tubo verso l'alto anche se la gravità cerca di tirarlo indietro. Quando la pressione dell'aria all'interno del tubo è sufficientemente bassa, il gas sale semplicemente nell'erogatore fuori terra.

Il vantaggio principale di una pompa sommersa rispetto a una pompa di aspirazione è che la girante può spingere l'acqua su distanze verticali più lunghe. Tuttavia, poiché i serbatoi di gas nella maggior parte delle stazioni di servizio si trovano a pochi piedi sotto l'erogatore, una pompa di aspirazione è solitamente più che adeguata per il compito da svolgere. C'è di più in questo processo, tuttavia, e lo esploreremo ulteriormente nella pagina successiva.

Grazie

Un ringraziamento speciale a C.R. Newlin di Franklin Fueling e Mike Hardin di Dresser Wayne per il loro prezioso aiuto con questo articolo.

Il percorso che il gas prende dai serbatoi al distributore fuori terra non è terribilmente complicato, anche se potrebbe richiedere alcuni piccoli colpi di scena. Quando il pompaggio è completo e il motore della pompa è spento, il gas all'interno del tubo non ricade semplicemente nel serbatoio. Invece, è tenuto all'interno del tubo da un valvola di ritegno. La valvola di ritegno, che si trova sopra il gas all'interno del tubo, crea una tenuta ermetica sopra il fluido. Sebbene il fondo del tubo rimanga aperto, la pressione del vuoto creata dalla valvola di ritegno mantiene il gas in posizione. Questo è un processo noto come mantenendo il primo.

L'utilizzo di una valvola di ritegno per trattenere il gas all'interno del tubo previene l'usura inutile della pompa di aspirazione e assicura che una fornitura di gas rimarrà nel tubo in modo che il prossimo cliente non debba aspettare che venga aspirato tutto il via dal serbatoio. Potrebbe non sembrare un grosso problema, ma il processo può richiedere dai 10 ai 15 secondi. Non è un'attesa molto lunga in alcun modo, ma può essere un'eternità quando aspetti che il gas venga pompato.

La potenza che aziona le pompe di solito proviene dalla stessa rete elettrica che alimenta le luci e gli elettrodomestici della tua casa, anche se alcuni stati richiedono che le stazioni di servizio mantengano un'alimentazione di riserva in caso di interruzione di corrente.

Ora che il gas è in viaggio verso l'auto ed è ora che il cliente inizi a pompare, come fa l'erogatore a sapere quanto gas ha pompato il cliente? Considerando la volatilità dei prezzi del gas in questi giorni, questa potrebbe essere l'unica cosa di cui il cliente potrebbe interessarsi. Scopri la chiave di questo mistero nella pagina successiva.

Valvola di ritegno fai-da-te

Puoi vedere il principio della valvola di ritegno in azione inserendo una cannuccia verticalmente in un bicchiere d'acqua in modo che l'acqua scorra verso l'alto nella cannuccia. Una volta che la cannuccia è parzialmente sommersa, posiziona la punta del dito sopra la cannuccia, formando un sigillo ermetico, quindi solleva la cannuccia fuori dall'acqua. L'acqua rimarrà all'interno della cannuccia, anche dopo che la cannuccia è stata completamente rimossa dal bicchiere, e rifluirà fuori solo quando rilasci il dito. In effetti, il tuo dito ha servito da valvola di ritegno sulla cannuccia.

Sai quanta benzina stai pompando in questo momento? Scott Olson / Getty Images

Come guidatore, il tuo obiettivo principale alla pompa è riempire il serbatoio in modo da poter riportare la tua auto sulla strada. L'obiettivo del proprietario della stazione di servizio e dell'azienda che fornisce il gas, tuttavia, è sapere quanto gas hai pompato in modo che possano addebitarti correttamente. È qui che entra in gioco il flussometro.

Mentre la benzina viaggia verso l'alto nell'erogatore, passa attraverso a valvola di controllo del flusso che regola la velocità del flusso della benzina. Lo fa tramite un diaframma di plastica che viene schiacciato sempre più strettamente nel tubo man mano che il flusso di gas aumenta, lasciando sempre lo spazio sufficiente per far passare la giusta quantità di benzina. Se hai impostato una quantità predeterminata di gas da pompare, il flusso di gas rallenterà man mano che ti avvicini al limite.

Questa pipa contiene anche il file misuratore di flusso, che è una camera in ghisa o alluminio contenente una serie di ingranaggi o un semplice rotore che spinge le unità di gas al loro passaggio. Le informazioni sul flusso di gas vengono trasmesse a un computer situato nel distributore, che visualizza la quantità di gas misurata in decimi di gallone. Al variare della temperatura del gas, ad esempio in giornate particolarmente calde e fredde, la densità del gas può variare provocando un errore nella quantità di fluido misurata dal flussometro. Il computer compensa questo errore tenendo conto della temperatura del gas mentre registra il flusso e regola il prezzo di conseguenza.

L'usura dello strumento può comprometterne la precisione nel tempo, motivo per cui sono necessarie ispezioni periodiche. In genere, gli ispettori utilizzano un contenitore di un certo volume, pompano il gas al suo interno e confrontano la quantità nel contenitore con la quantità misurata sull'erogatore. Se le quantità non corrispondono, il flussometro dovrà essere ricalibrato ed eventualmente rinnovato o sostituito. Sebbene i regolamenti per la taratura della pompa provengano dal National Institute for Standards and Technology (NIST), le ispezioni effettive vengono eseguite localmente, di solito dal Dipartimento dei pesi e delle misure di uno stato.

Ora che il gas scorre e la quantità di flusso è stata misurata, resta solo un passo: immettere il gas nell'auto del cliente. Ma questo è un processo più complicato che potresti pensare. Ad esempio, cosa succede se il cliente non sa quando smettere di pompare? Sarà immerso in un'eruzione potenzialmente letale di carburante in fuga? Scopriamolo nella pagina successiva.

Una delle prime cose che un cliente noterà alla pompa è la varietà di scelte offerte. Nella maggior parte dei casi, un distributore offrirà diversi gradi di gas, a volte fino a cinque, ciascuno con un numero di ottano diverso. Il numero di ottano desiderato viene solitamente scelto semplicemente premendo un pulsante. Questo significa che ci sono cinque diversi serbatoi sotterranei che alimentano quel distributore, ognuno dei quali offre un diverso grado di gas? Di solito non è così. In effetti, l'erogatore può produrre tutte le qualità che desidera da un minimo di due serbatoi sotterranei, a condizione che un serbatoio contenga il grado più alto di ottano disponibile in quella stazione e l'altro contenga il più basso. I gradi vengono miscelati insieme alla pompa - non diversamente dal modo in cui mescoleresti gin e vermouth per fare un martini - producendo una sorta di cocktail ottano. La proporzione precisa in cui vengono miscelati i gradi determina l'ottano del gas che entra nel serbatoio del cliente.

Questa impresa di barman a pompa di benzina viene eseguita da qualcosa chiamato a valvola di miscelazione. Questa valvola ha ingressi costituiti da due gradi di benzina, ciascuno da serbatoi diversi. Una singola barriera mobile chiamata a scarpa è collegato ad entrambi in modo tale da poter essere movimentato sugli ingressi con un unico cricchetto motorizzato. Quando il cricchetto apre una valvola, chiude l'altra valvola in proporzione precisa ma opposta. Ciò significa che quando una valvola è, ad esempio, aperta al 90%, l'altra è aperta al 10%, creando una miscela composta dal 90% di un ottano e dal 10% dell'altro. Spostando il cricchetto avanti e indietro, la valvola di miscelazione può produrre qualsiasi ottano di gas, dal grado più alto a quello più basso immagazzinato nei serbatoi - e tutti gli ottani intermedi.

Continua a leggere per scoprire come il distributore si assicura di non traboccare la capacità di benzina del tuo serbatoio.

Misure di sicurezza

Poiché il cliente pompa la miscela di sua scelta nel serbatoio dell'auto, potrebbe verificarsi un numero qualsiasi di incidenti, la maggior parte dei quali attribuibili a un errore umano.

Ad esempio, la cenere calda di una sigaretta accesa potrebbe incendiare la benzina, motivo per cui fumare in prossimità di un distributore di benzina è illegale nella maggior parte delle giurisdizioni. Lasciare il motore dell'automobile acceso mentre si pompa il gas non è illegale, ma ciò non significa che sia una buona idea: anche piccoli malfunzionamenti del motore potrebbero creare scintille o una breve esplosione di fiamma che potrebbe accendere il gas. Anche le scintille dell'elettricità statica potrebbero rappresentare un pericolo, motivo per cui è necessario toccare il telaio dell'auto prima di azionare la pompa per scaricare l'accumulo di elettricità statica. Non aspettare nemmeno all'interno dell'auto in una giornata fredda mentre il gas viene pompato: il solo fatto di scivolare sul sedile dell'auto potrebbe generare una carica statica paragonabile a quella generata camminando su un tappeto di peluche.

Se un cliente distratto si allontana con l'ugello ancora inserito nel serbatoio, il tubo è progettato per rompersi in due pezzi. Uno resta con l'auto e l'altro con il distributore. Le valvole di ritegno su entrambi i lati del punto di rottura impediscono al carburante di fuoriuscire da entrambe le metà.

Quando il cliente rimuove la maniglia della pompa dalla sua posizione sul lato del distributore, questa azione attiva un interruttore che avvia il funzionamento del distributore. (In alcuni casi l'interruttore è a molla e si attiva automaticamente; in altri, il cliente deve alzare manualmente una piccola leva per iniziare il processo.) A quel punto, il cliente inserisce semplicemente l'ugello nel serbatoio dell'auto e tira la leva . Fermare il flusso di gas è altrettanto semplice: il cliente deve solo rilasciare la leva per interrompere il flusso di carburante.

Ma cosa succede se il serbatoio si riempie inaspettatamente fino all'orlo e la benzina minaccia di traboccare? Come sa chiunque abbia mai azionato una pompa di benzina, la pompa si spegnerà automaticamente. Ma come fa la pompa a sapere quando smettere di pompare?

Man mano che il livello del gas nel serbatoio aumenta, la distanza tra l'ugello dell'erogatore e il carburante si riduce. Una piccola pipa chiamata a venturi corre lungo l'ugello del gas. Quando l'estremità del tubo Venturi viene sommersa dal gas in ascesa, soffoca la pressione dell'aria che tiene aperta la maniglia dell'ugello e interrompe il flusso di gas. Sfortunatamente, questo arresto a volte può avvenire prima che il serbatoio sia pieno poiché il gas che scorre rapidamente torna indietro nel serbatoio. Ciò può causare l'apertura della maniglia del gas prima che il pompaggio sia completo, lasciando il cliente infastidito a premere nuovamente la maniglia e rischiare la possibilità di trabocco. Una breve pausa consentirà al gas di continuare nel serbatoio e all'ugello della pompa di ricominciare a versare gas.

Per ulteriori informazioni sul consumo di carburante e sull'efficienza del carburante, dai un'occhiata ai link nella pagina successiva.

L'interfaccia utente

Questa è la parte della pompa di benzina che si è evoluta più visibilmente nel corso degli anni. Fino a pochi decenni fa, le ruote rotanti con i numeri su di esse scandivano il numero di galloni e il prezzo del gas mentre la pompa funzionava. Negli anni '70 cominciarono ad apparire LCD luminosi sotto forma di display a sette segmenti. (I segmenti nel display potrebbero essere illuminati dal computer per formare vari numeri e occasionalmente lettere dell'alfabeto.) Queste interfacce utente relativamente semplici vengono gradualmente sostituite da schermi video per computer a tutti gli effetti, molte varianti in esecuzione su sistemi operativi come Microsoft Windows. Questi display possono offrire informazioni, visualizzare la quantità di gas venduta e persino pubblicare annunci pubblicitari e portare avanti semplici conversazioni con clienti divertiti.

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fonti

• C.R. Newlin. Colloquio. Condotto il 22/6/2008.
• Mike Hardin. Intervista via e-mail. Condotto il 23/6/2008.
• Wayne Division, Dresser Industries. "Come funzionano i sistemi di erogazione della benzina". N. parte 920061 Rev A. Settembre 1995.