Le pompe idrauliche sono componenti fondamentali in numerosi settori industriali, impiegate per trasmettere energia a un fluido, trasformando l'energia meccanica in energia idraulica. In questo articolo, esamineremo il funzionamento e la manutenzione di diverse tipologie di pompe, tra cui le pompe centrifughe, rotative e a pistoni.
Pompe Centrifughe: Principi di Funzionamento
Una pompa centrifuga sposta il fluido da un punto all’altro, ma come? Questo articolo analizzerà il funzionamento della pompa descrivendo il flusso del fluido attraverso la pompa ed il modo in cui una pompa centrifuga trasforma energia per eseguire questo spostamento di fluido.
Inizieremo ora il nostro studio del funzionamento della pompa. In questo articolo vedremo in che modo il fluido arriva dentro una pompa centrifuga, la attraversa ed in seguito fuoriesce.
Aspirazione e Mandata
L’aspirazione della pompa è l’area di ingresso o la flangia in cui il fluido entra nella voluta (corpo pompa o chiocciola). La pressione di aspirazione è la pressione effettiva, positiva o negativa, alla connessione di aspirazione della pompa misurata attraverso un manometro. Le pompe in realtà non “aspirano” il fluido come potrebbe far credere il nome. Un esempio molto semplice per capire meglio la pressione di aspirazione in una pompa centrifuga è quello di una cannuccia in una bevanda.
La mandata (scarico) di una pompa centrifuga è l’area di uscita o flangia in cui il fluido esce dalla voluta (corpo pompa). La pressione di mandata (scarico) è la pressione effettiva alla connessione di mandata della pompa misurata attraverso un manometro.
Flusso del Fluido
Il fluido scorre attraverso la pompa entrando prima di tutto nella flangia di aspirazione. Da qui il fluido viene raccolto dalle pale della girante che ruota. Attraverso la forza centrifuga, il fluido viene spostato verso l’estremità esterna della girante, contro la voluta e verso la flangia di mandata (scarico).
La velocità del fluido diminuisce perché la voluta è costruita in modo tale che la girante non sia centrata al suo interno. Piuttosto, la girante è sfalsata rispetto al centro. Questo sfasamento fa sì che tra la girante e la voluta ci sia del gioco che aumenta man mano che ci si avvicina all’area di mandata (scarico). Quando il gioco tra girante e corpo pompa aumenta, la velocità diminuisce e la pressione aumenta.
Conversione di Energia
Ora che sappiamo come un fluido passa attraverso una pompa, dobbiamo capire come l’energia cambia stato al fine di spostare il fluido stesso. L’energia si può trovare in molte forme. Una pompa converte l’energia meccanica (trasmessa da un motore) in energia liquida allo scopo di spostare il fluido da un punto ad un altro all’interno di un sistema di tubazioni.
L’energia liquida di una pompa viene misurata in termini di prevalenza (o pressione). L’energia di velocità rappresenta l’energia cinetica del peso unitario del liquido che si muove ad una certa velocità. L’energia di pressione o pressione di prevalenza è definita come l’energia necessaria per spostare un quantità di liquido a determinate contro pressioni.
Il fluido sulla flangia di aspirazione ha una velocità uguale alla velocità del fluido nella tubazione. La velocità della girante prende questa energia del fluido e la aumenta alla velocità delle punte delle pale della girante. Il fluido, al raggiungimento della flangia di mandata, ha rallentato fino alla velocità del fluido nel tubo di mandata (scarico). Di conseguenza, vi è una conversione di energia di velocità in energia di pressione sulla flangia di mandata (scarico).
Pompe Volumetriche: Rotative e a Pistoni
La famiglia delle pompe volumetriche sono impiegate in vari campi dell’industria. Quelle che in genere troviamo nella maggioranza dei circuiti oleodinamici sono divise in due grandi tipologie: pompe rotative e pompe a pistoni alternativi.
Pompe Rotative
Le pompe rotative basano il loro funzionamento grazie al passaggio di un fluido attraverso un meato o gioco, cioè una millimetrica o micrometrica intercapedine, che separa le superfici di due corpi in movimento relativo, riempita di lubrificante che ne evita lo sfregamento. Esso viene realizzato meccanicamente attraverso l’uso di coppie di ingranaggi o di viti oppure sfruttando gli spazi generati da palette mobili. In questo articolo prenderemo in considerazione le più comuni pompe rotative ad ingranaggi esterni.
La ruota dentata primaria (2) ruota nel senso indicato dalla freccia (vedi figura 2), trascinando la ruota dentata secondaria (3), in senso di rotazione contrario. A seguito della rotazione, si rendono liberi i vani di dentatura: la conseguente depressione che viene generata e l’azione della pressione atmosferica, fanno in modo che il fluido affluisca nella camera di aspirazione E. Il fluido riempie i vani dei denti e, percorrendo la parte esterna, viene spinto verso l’uscita P, la cosiddetta mandata: per un buon rendimento volumetrico occorre tenere sotto controllo il gioco di accoppiamento laterale (rasamento sui fianchi) tra ingranaggi (5) e gli organi di tenuta, le ralle (6). Inoltre questo tipo di pompe sono dotate di cuscinetti di sostentamento e bilanciamento idrostatico funzionanti tramite i dischi (7), i quali, spinti dalla pressione del sistema, premono sui fianchi degli ingranaggi.
Pompe a Pistoni
La pompa a pistone fa parte delle nostre tecnologie di alimentazione più potenti. Consente di lavorare anche materiali densi e ad alta viscosità.
Funzionamento
La pompa a pistone è preposta all'alimentazione del materiale dal contenitore alla pistola a spruzzo. A questo proposito viene generata una pressione con la quale il materiale viene erogato ad alta pressione attraverso l’ugello, quindi scomposto, nebulizzato e applicato a spruzzo sulla superficie. Il principio dell'alimentazione è basato sullo spostamento poiché il pistone spinge il materiale nel tubo dopo che è stato aspirato, ragion per cui la pompa a movimento alternativo può essere ritenuta una pompa volumetrica.
La pompa a pistone è composta da un cilindro dove è alloggiato il pistone stesso. Essa presenta inoltre un ingresso, tramite il quale viene aspirato il materiale nella pompa a movimento alternativo, e un'uscita attraverso la quale il materiale viene spinto nel tubo. L'ingresso e l'uscita sono dotati di valvole atte ad assicurare il movimento del materiale in una sola direzione.
Quando il pistone si allontana dall'ingresso, si crea un vuoto, un'aspirazione. La valvola si apre quindi automaticamente e il materiale viene aspirato nella camera del cilindro. Quando il pistone viene spinto nella direzione opposta della biella, cioè verso l'uscita, la pressione solleva l'elemento di chiusura della valvola di uscita e il materiale alimentato viene pressurizzato nel tubo.
Dato che con le successive corse del pistone viene aspirato sempre più materiale e infine spinto nel tubo, esso viene alimentato alla pistola a pressione crescente anche all'interno del tubo, quindi scomposto e nebulizzato attraverso l'ugello.
La pompa a pistone non è un maratoneta. Ciò significa: si attiva quando la pressione scende al di sotto di una determinata soglia. Essa alimenta quindi il materiale riformando la pressione impostata sul dispositivo. La pompa si arresta al raggiungimento della pressione necessaria. Spruzzando il materiale la pressione si abbassa di nuovo.
Vantaggi
Una pompa a pistone assicura un'elevata aspirazione e un'ottima portata, in particolare per i materiali ad alta viscosità. La pompa stessa è robusta e resistente, due caratteristiche importanti per la lavorazione di materiali ad alto riempimento.
Il fatto che non sia un maratoneta significa anche risparmio delle parti soggette a usura.
Campi di Applicazione
La pompa a pistone presenta un ampio campo di applicazione. Dai materiali liquidi, quali le velature, fino a quelli ad alta viscosità e ad alto riempimento per esterni è praticamente tutto possibile.
Possono essere applicati:
- Smalti e velature
- Colori a dispersione
- Vernici a base di latex
- Prodotti ignifughi
- Materiali per rivestimenti spessi
- Vernici a base di polveri di zinco
- Ferro micaceo
- Stucchi a spruzzo Airless
- Trattamenti anticorrosione
- Isolamenti per edifici
- Materiali bituminosi e di rivestimento simili
- Adesivi per tessuti
- Sigillanti
- Intonaci (se non riempiti) ed altri.
Pompe a Pistone WAGNER
Noi di WAGNER abbiamo inventato e brevettato il sistema SSP. L'acronimo SSP sta per “Special Spray Power” ed è una tecnologia appositamente concepita per materiali ad alta viscosità.
Tabella Comparativa delle Pompe
| Tipo di Pompa | Principio di Funzionamento | Vantaggi | Svantaggi | Applicazioni Tipiche |
|---|---|---|---|---|
| Centrifuga | Forza centrifuga | Semplice, affidabile | Bassa prevalenza a basse velocità | Irrigazione, approvvigionamento idrico |
| Rotativa (Ingranaggi) | Spostamento del fluido tra gli ingranaggi | Autoadescante, alta pressione | Sensibile ai fluidi abrasivi | Oleodinamica, lubrificazione |
| Pistoni | Movimento alternato di un pistone | Alta pressione, materiali viscosi | Pulsazioni, manutenzione | Verniciatura, materiali densi |
Manutenzione delle Pompe Oleodinamiche
Come si sottolineato all’inizio di questo articolo, la pompa costituisce il cuore di ogni impianto oleodinamico, per cui è fondamentale conoscerne le modalità di guasto, le possibili cause ed i rimedi più efficaci.
È opportuno precisare subito che una pompa volumetrica, di qualunque tipo essa sia, eroga semplicemente una portata che può essere considerata circa costante, mentre il livello di pressione alla mandata non dipende dalla pompa ma soltanto dal circuito a valle della stessa.
A qualcuno potrà ancora suonare strano, ma per comprendere a fondo le nostre pompe oleodinamiche è bene considerare, come prima cosa, la qualità dell’olio che le alimenta come pure dei filtri che tale olio puliscono. Il perché è facilmente intuibile: come il sangue scorre nelle vene e nei condotti tutti del corpo umano, così l’olio idraulico alimenta e lubrifica ogni ingranaggio, pompa, cuscinetto o altro componente di un sistema oleodinamico.
Un ulteriore parametro fondamentale, indicatore dello stato di salute della pompa, è il Rendimento: esso viene considerato normale se pari a 95% o comunque superiore a 90%.
Modalità di Guasto
6) -Instabilità della valvola di max.
Concetti Chiave
Cilindrata: Con il termine cilindrata di una pompa si indica il volume teorico di liquido spostato (aspirato ed espulso) in una rotazione completa dell’albero motore. Nel ciclo reale si hanno una serie di perdite che vanno ad incrementare l’area del ciclo e quindi la potenza interna richiesta dalla macchina.
Inoltre, a causa delle perdite di tipo meccanico, la potenza assorbita dalla pompa è superiore alla potenza interna: si introduce, a tal fine, il rendimento meccanico ηm pari al rapporto tra la potenza interna e quella assorbita.
Il rendimento globale della pompa ηP, che appare nella espressione precedente, è definito come il rapporto tra la potenza idraulica conferita al fluido dalla pompa e la potenza meccanica assorbita attraverso l’albero motore ed è esprimibile come prodotto dei rendimenti volumetrico, idraulico e meccanico prima introdotti.
All’avviamento della pompa, nei vani viene trasportata, dall’attacco di aspirazione a quello di mandata, solo l’aria presente nelle tubazioni dall’aspirazione al serbatoio. Affinché il funzionamento della pompa sia corretto, è necessario che i vani siano a tenuta pressoché perfetta, in modo da garantire un trasporto del fluido senza perdite rilevanti.
Le pompe ad ingranaggi esterni hanno cilindrate comprese tra 0.2 e 200 cm3 , con una pressione massima di esercizio di circa 300 bar e una velocità di rotazione compresa fra i 500 e i 6000 RPM.
La caratteristica più rilevante delle pompe ad ingranaggi interni è la bassa rumorosità. Mettendo in rotazione il rotore dentato accoppiato al motore di azionamento il volume fra i fianchi dei denti aumenta e la pompa aspira. L'aumento di volume interessa un angolo di rotazione di circa 120°, per cui il vano si riempie in un tempo relativamente lungo.
Nella zona delimitata dall'elemento di riempimento a forma di falce il fluido viene trasportato senza variazione di volume. Le pompe a viti, così come le pompe ad ingranaggi interni, presentano una notevole silenziosità di funzionamento. L’albero ad elica destra, viene accoppiato al motore dal quale riceve la coppia e trasmette il movimento rotatorio all’altro albero, munito di elica sinistra.
Dal punto a minor distanza tra le due circonferenze, procedendo in senso orario si ha dapprima un progressivo aumento del volume delle camere, per poi subire una diminuzione progressiva. Nelle pompe a pistoni radiali con albero eccentrico, l’albero rotante eccentrico genera movimenti radiali dei pistoni inseriti nel corpo esterno fisso.
Le pompe a pistoni radiali vengono generalmente progettate con un numero di pompanti dispari, poiché un numero di pompanti pari - anche se maggiore - presenta una pulsazione di portata superiore. In questo tipo di macchina il movimento rotatorio dell’albero si trasforma in un moto oscillatorio dei pistoncini (pompanti) nella direzione parallela a quella dell’asse di rotazione.
Mettendo in rotazione l’albero il blocco cilindri viene trascinato dall’accoppiamento scanalato. L' unità a pistoni assiali a blocco cilindri inclinato (detta anche ad asse inclinato) è una macchina volumetrica i cui pistoni, insieme al blocco cilindri in cui scorrono, sono montati in posizione inclinata rispetto all'asse dell’albero.
Ad ogni giro completo dell'albero i pistoni compiono nei rispettivi alloggiamenti ricavati nel blocco una corsa di andata e ritorno, la cui entità è proporzionale all'angolo d'inclinazione.