La pompa idraulica è un componente essenziale nei sistemi oleodinamici, responsabile della trasformazione dell’energia meccanica in energia idraulica. Questo processo avviene attraverso la creazione di un flusso di fluido in pressione, che permette il funzionamento di macchinari e attuatori nei settori industriale, agricolo e delle costruzioni. La funzione principale delle pompe idrauliche è quella di movimentare le acque di flusso. L'elemento essenziale che permette alla pompa di compiere questo sforzo è il motore.
Tipologie di Pompe Idrauliche
Le pompe idrauliche sono disponibili in una vasta gamma di tipologie, ognuna progettata per specifiche esigenze di trasferimento di liquidi. Ecco alcune delle tipologie più comuni:
Pompe Volumetriche
Le pompe volumetriche sono caratterizzate da un moto alternativo degli organi mobili. In questo tipo di pompe, il trasferimento dell’energia avviene esercitando una pressione sul fluido in maniera analoga alle pompe a stantuffo. La portata di una pompa volumetrica può essere considerata circa costante. Tutte le pompe volumetriche hanno una caratteristica in comune, ossia erogano 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.
- Pompe a Ingranaggi: Sono tra le più diffuse grazie alla loro semplicità costruttiva e affidabilità. Funzionano attraverso l’ingranamento di due ruote dentate che creano un movimento continuo del fluido. Esistono due tipologie: quelle a ingranaggi esterni e quelle a ingranaggi interni. Le pompe ad ingranaggi esterni sono formate da due ingranaggi posti all’interno di una carcassa e che ruotano in senso opposto. Il fluido viene trasportato tra i denti degli ingranaggi e la carcassa.
- Pompe a Palette: Queste pompe utilizzano palette scorrevoli all’interno di un rotore per creare variazioni di volume che spingono il fluido in pressione. Anche in questo caso ne esistono di due tipi: pompe a palette bilanciate e non bilanciate. Nel primo caso ci sono due zone di pompaggio opposte che bilanciano le forze, mentre nell’altro c’è una sola zona di pompaggio.
- Pompe a Pistoni: Sono impiegate in applicazioni che richiedono alte pressioni e precisione. Il fluido viene compresso attraverso il movimento alternato di pistoni, garantendo un’elevata efficienza e prestazioni superiori rispetto ad altre tipologie. Le pompe a pistoni sono tra le più comuni e versatili nel settore idraulico; utilizzano pistoni mobili per comprimere il fluido idraulico e spingerlo attraverso il sistema. Tra le pompe oleodinamiche quelle a pistoni sono considerate le più versatili in quanto dotate di maggiore sofisticatezza. Rappresentano la soluzione migliore in termini di pressione e rendimento e ne esistono diverse tipologie: le pompe a pistoni assiali e quelle a pistoni radiali.
Pompe Dinamiche (o Centrifughe)
Le pompe dinamiche aumentano la velocità del fluido grazie a organi rotanti (come la girante), convertendo l’energia cinetica in pressione. La pompa cosiddetta centrifuga possiede un'entrata dell'acqua (definita aspirazione), posizionata in corrispondenza dell'asse centrale dell'elettropompa. L'accensione di un motore elettrico fa muovere alcune pale, dette giranti, che spingono i liquidi pompati dal centro della pompa, verso l'esterno.
- Pompe Centrifughe Monogirante: Queste tipologie di pompe sono differenti da quelle centrifughe monogirante, perchè montano sull'asse diverse giranti, separate tra loro da diffusori, ovvero dei propri "raddrizzatori del flusso dell'acqua".
- Pompe Centrifughe Multigirante: Le pompe centrifughe, quando si ha la necessità di superare alte prevalenze, mantenendo comunque alti i valori di portata, possono essere a multi-girante. In queste, un certo numero di giranti sono connesse con lo stesso albero. La geometria interna obbliga il liquido in uscita da una girante ad entrare in quella successiva. La pompa funziona così come diverse pompe in serie, ma con una compattezza maggiore.
- Pompe Centrifughe Autoadescanti: Queste pompe sono in grado, a differenza delle normali pompe centrifughe, di aspirare l’aria contenuta nella condotta d’aspirazione e di creare all’interno della pompa una depressione capace di assicurare l’aspirazione del liquido da pompare. Tali pompe sono a una girante, posseggono una buona prevalenza, ma hanno generalmente un rendimento inferiore rispetto alle normali pompe centrifughe, in considerazione del ricircolo di parte del liquido pompato.
Altre Tipologie
- Pompe Rotative: Sono caratterizzate dal moto rotatorio lento di organi mobili: ruote dentate o lobi. Il funzionamento di una pompa rotativa prevede che per ogni rotazione venga spostato un volume fisso di fluido. Queste pompe sono autoadescanti e forniscono una portata quasi costante, indipendentemente dalla pressione.
- Pompe a Vite: Nelle pompe a vite si hanno uno o più rotori elicoidali per il trasferimento del fluido.
Principi di Funzionamento
Il funzionamento di una pompa idraulica dipende dal suo tipo. Tuttavia, il principio di base è quello di generare un flusso di liquido attraverso l'uso di energia meccanica. Le pompe per aspirare acqua sono progettate per creare un vuoto parziale all'interno del corpo della pompa, che a sua volta aspira il liquido da un serbatoio o da una fonte di approvvigionamento. Questo viene fatto creando una differenza di pressione tra la pompa e il punto di aspirazione.
Ogni pompa che andrà installata dovrà essere completamente piena di acqua e non contenere alcun minima particella d'aria, affinchè la possa trasferire energia all'acqua. La spurgo dell’aria avviene di solito al primo avviamento e la pompa deve essere in marcia. In questo caso il livello dell'acqua nel serbatoio si trova ad un'altezza superiore rispetto alla pompa. L'acqua riempie la pompa cadendo dall'alto, spinta dal suo stesso peso dal serbatoio di raccolta. Il funzionamento dello spurgo è più complicato quando la pompa dovrà compiere un'aspirazione da un pozzo, cisterna o serbatoio che e’ posto al di sotto della pompa stessa. In questo caso la tubazione necessaria per l'aspirazione dovrà disporre di una valvola di non ritorno immersa nel serbatoio. In concreto, le valvole di non risalita, saranno montate all'estremità del tubo di aspirazione e in corrispondenza di un filtro, costituito da una rete metallica, che blocchi l'aspirazione dello sporco, rimasto sul fondo del deposito dell'acqua. La massima altezza affinchè una pompa possa lavorare correttamente, detta anche capacità di autodescamento, è di circa 8-9 metri.
Un aspetto da considerare nel momento in cui si volesse comprare un'elettropompa è che una per prelevare l'acqua e spostarla dovrà essere necessariamente collegata all'elettricità. Questo significa avere una pompa idraulica sempre attiva, indipendentemente dal fatto che avvenga o meno un consumo di acqua.
Componenti Chiave di una Pompa Centrifuga
- Girante: Si tratta di un organo rotante, con forma e profilo diversi, innestato sull’albero del motore da cui riceve l’energia da imprimere al liquido.
- Chiocciola o Diffusore: Le pompe centrifughe sono costituite da una camera a sezione crescente, detta chiocciola o diffusore, collegata al centro con la condotta d’aspirazione e alla periferia con quella di mandata.
Applicazioni delle Pompe Idrauliche
Le pompe idrauliche trovano impiego in molteplici settori, garantendo il funzionamento di impianti e macchinari:
- Settore Industriale: Utilizzate in presse idrauliche, macchine utensili e sistemi di automazione per garantire un flusso costante di energia.
- Settore Agricolo: Ideali per impianti agricoli di piccole e grandi dimensioni per l'irrigazione.
- Applicazioni Domestiche: Includono il prelievo d’acqua da pozzi per uso sanitario, l’alimentazione della lavatrice, l’irrigazione del giardino o lo svuotamento di locali allagati.
- Allevamenti: Sono utilizzate per il rifornimento di abbeveratoi, la pulizia dei locali e la gestione dei reflui.
- Sistemi Antincendio: Progettate per funzionare in emergenza, devono garantire portata e pressione elevata in tempi rapidi, anche con riserva d’acqua.
Manutenzione e Problemi Comuni
Una manutenzione regolare include la pulizia dei filtri, il controllo del corretto assorbimento del motore, la verifica delle guarnizioni e della valvola di non ritorno. Le manutenzioni straordinarie riguardano la sostituzione delle parti usurate o la riparazione del motore elettrico.
Una pompa guasta può mostrare segnali evidenti come rumori anomali, vibrazioni, scatti del salvavita, o semplicemente il mancato avvio. In alcuni casi, la pompa sembra funzionare ma la pressione dell’acqua è insufficiente. Cali di pressione improvvisi, getti irregolari o perdite lungo il tubo possono derivare da rotture interne, ostruzioni, usura della girante, o ingresso d’aria nel sistema.
Considerazioni sull'Installazione
L’installazione di una pompa sommersa richiede la verifica della profondità del pozzo, il corretto dimensionamento del cavo elettrico e della tubazione, e l’inserimento della valvola di ritegno. Le pompe da 220V monofase sono adatte a impianti domestici con assorbimenti contenuti. Quelle da 380V trifase offrono maggiore potenza, efficienza e durata, ideali per impianti agricoli o industriali.
Scelta della Pompa Idraulica Elettrica
Per scegliere correttamente la pompa, bisogna considerare la prevalenza totale, data dalla profondità del pozzo sommata alle perdite di carico del sistema. Anche la portata richiesta (in litri/ora) incide sulla scelta del modello, oltre alla pressione necessaria all’uscita.
La valutazione deve tenere conto di diversi criteri, tra cui la pressione di esercizio richiesta, la portata necessaria, il tipo di fluido e le condizioni operative. La scelta della pompa oleodinamica più adatta deve, ovviamente, tenere conto delle proprie esigenze. è quindi necessaria un’attenta valutazione di molteplici fattori, non solo tecnici ma anche economici.
Breve Storia delle Pompe Idrauliche
Una prima comparsa delle pompe idrauliche avviene nel terzo secolo A.C. grazie ad Archimede, il quale progettò la pompa nota come Vite di Archimede: questo dispositivo era in grado di spostare grosse quantità di fluido, a basse prevalenze. Nello stesso periodo storico fece la sua comparsa la pompa Noria: si tratta di un meccanismo in grado di sollevare fluidi a più alte prevalenze, fino a 20/30 metri. Intorno al 1600 l’invenzione dei primi sistemi biella-manovella permise la creazione delle prime pompe a stantuffo, azionate dalla forza delle braccia.