Le pompe volumetriche rappresentano il cuore pulsante dei sistemi idraulici di camion, trattori, macchine movimento terra ed altri veicoli da lavoro. Le pompe volumetriche costituiscono l’elemento chiave che trasforma l’energia meccanica in flusso idraulico ad alta pressione, alimentando sterzo servoassistito, impianti frenanti potenti, sollevamento cassoni e anche la movimentazione precisa di attrezzature agricole.

Tipologie di Pompe Idrauliche

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: 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.
  • Pompe a Pistoni Alternativi: (descrizione non fornita nel testo originale)

Oltre alle volumetriche, esistono le pompe dinamiche (o turbopompe). La differenza principale risiede nel principio di funzionamento: le volumetriche spostano un volume definito, mentre le dinamiche trasferiscono energia cinetica al fluido.

Pompe Rotative ad Ingranaggi Esterni

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.

Principio di Funzionamento di una Pompa Volumetrica

Una pompa volumetrica, definita anche pompa a spostamento positivo, è un dispositivo meccanico ingegnoso che, ad ogni ciclo operativo, intrappola un volume specifico di fluido idraulico (generalmente olio) e lo spinge con forza verso l’uscita del sistema.

  1. Aspirazione: Un elemento mobile interno (pistone, ingranaggio, paletta, vite) crea un aumento di volume in una camera.
  2. Mandata: Successivamente, l’elemento mobile riduce il volume della camera, comprimendo il fluido intrappolato e spingendolo con forza attraverso il condotto di mandata verso l’intero sistema idraulico.

Caratteristiche Fondamentali

  • Portata (Q): Misurata in l/min o m³/h, rappresenta il volume di fluido erogato nell’unità di tempo.

La pompa volumetrica a Cilindrata Fissa sposta un volume costante di fluido per ogni giro. La portata varia solo con la velocità del motore primario. La pompa volumetrica a Cilindrata Variabile, al contrario, permette di modificare il volume di fluido spostato per giro durante il funzionamento.

Tipologie di Pompe Idrauliche per Trattori

Proponiamo una gamma completa di pompe idrauliche per trattori per garantire un flusso continuo nel sistema:

  • Pompe a ingranaggi: sono una soluzione economica e facile da usare e da mantenere. La nostra gamma comprende pompe a ingranaggi interni ed esterni:
    • Pompe a ingranaggi esterni: hanno due ingranaggi identici che di solito girano l'uno verso l'altro. L'olio viene trasportato attraverso le camere di spostamento che si formano tra i profili dei denti degli ingranaggi, le pareti interne dell'alloggiamento e le superfici dei blocchi del cuscinetto. Il flusso di olio è ottenuto tramite rotazione.
    • Pompe a ingranaggi interni: funzionano come le pompe a ingranaggi esterni, ma i due ingranaggi sono di dimensioni diverse. L'ingranaggio più grande (rotore) è quello interno e l'ingranaggio più piccolo (folle) ruota all'interno dell'ingranaggio più grande. Il liquido viene spinto in avanti sotto pressione quando i due ingranaggi si incastrano.
  • Pompe a palette: offrono una soluzione poco rumorosa, una facile manutenzione e una lunga durata. Hanno una camera di pompaggio con un rotore centrale dotato di diverse palette. Le palette spingono il liquido idraulico attraverso la camera della pompa, dall'ingresso all'uscita. Le pompe a palette sono adatte per applicazioni ad alta e bassa pressione fino a 200 bar (2900 PSI).
  • Pompe a pistoni: sono incredibilmente affidabili e offrono prestazioni notevoli. Possono funzionare con livelli di pressione superiori a 350 bar (5000 PSI). Le pompe a pistoni sfruttano l'azione meccanica per forzare il liquido dal serbatoio all'ingresso della pompa, attraverso la pompa e verso il sistema idraulico. Grazie ai regolatori che variano il flusso per rotazione della pompa, le pompe a pistoni sono le pompe idrauliche per trattori più efficienti.

Manutenzione della Pompa Idraulica

Come si è 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. 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%.

Agrigarden consiglia di eseguire regolarmente la manutenzione della pompa idraulica per assicurare che funzioni correttamente. La prima cosa da fare è controllare i livelli di olio. Se i livelli dell’olio sono troppo bassi, è necessario aggiungere olio alla pompa. Se i livelli di olio sono troppo alti, è necessario rimuovere l'olio in eccesso.Inoltre, è importante controllare i filtri e le guarnizioni della pompa. Se i filtri sono sporchi o usurati, è necessario sostituirli.

Vi ricordiamo che è importante verificare che il motore sia in buone condizioni e che non ci siano perdite o fughe.

Prese di Forza (PTO)

Le prese di forza (PTO, Power Take-Off) dei trattori sono componenti cruciali che consentono di trasferire la potenza meccanica dal motore del trattore ad attrezzature agricole e industriali.

  • PTO a 540 giri/min: Questo è il tipo più comune di PTO utilizzato sui trattori agricoli.
  • PTO a 1.000 giri/min: Questa PTO ruota a una velocità di 1.000 giri/min ed è più comune nei trattori di dimensioni maggiori o ad alte prestazioni.

Il movimento rotatorio dell’albero della presa di forza viene quindi trasmesso all’attrezzatura collegata tramite un albero di trasmissione, una cinghia o un’altra forma di trasmissione. Nelle frizioni delle PTO sono usati dischi di frizione rivestiti con materiali che offrono buone caratteristiche di attrito e resistenza all’usura.

  • Rivestimento sinterizzato: Questo è uno dei materiali più utilizzati per i dischi delle PTO. Il rivestimento sinterizzato è costituito da particelle metalliche sinterizzate che creano una superficie dura e resistente all’usura. Questo permette al disco frizione di mantenere le sue prestazioni anche in condizioni di utilizzo intensivo e prolungato nel tempo.

La scelta del materiale dipende dalle esigenze specifiche dell’applicazione, dalla potenza del trattore e dall’uso previsto dell’attrezzatura.

SAC (Sistema Automatico di Controllo)

La SAC è un dispositivo che, soprattutto con attrezzi al "traino" (aratri, estirpatori etc), puo' dare molte soddisfazioni, ma che va comunque manutenuta con cura, soprattutto considerando che ci stiamo riferendo a trattori che hanno parecchi lustri sulle spalle. Same 240, 250, 360 secondo tipo, Puledro primo e secondo tipo, Sametto Automazione, 450V, Atlanta primo e secondo tipo, Italia primo e secondo tipo.

Il sintomo principale riscontrabile qualora ci sia il filtro interno intasato è la lentezza di risalita dei bracci quando si da il comando di alzata. Prima operazione da effettuare: svuotare la SAC completamente dal suo olio. In genere lo scarico è sul lato sinistro della stessa, piu o meno sopra le pedane nel caso di SAC orizzontali, mentre di norma è sulla destra nelle SAC verticali.

IL MANUTENTORE DEVE AVERE LA MASSIMA CURA SVOLGENDO QUESTE OPERAZIONI, IN QUANTO I COMPONENTI IN OGGETTO SONO MOLTO DELICATI. VA INOLTRE OSSERVATA UNA SCRUPOLOSA PULIZIA PRIMA DI INIZIARE LE OPERAZIONI. Tappare con uno straccio o un turacciolo di sughero l'aspirazione da dove è stato precedentemente rimosso il filtro; con un pennello, spennellare le parti interessate e, se necessario, sversare al suo interno un po' di gasolio.

Una volta terminata la pulizia, rimontare il filtro, e chiudere il coperchio prestando particolare attenzione alla sua guarnizione, che se risulta rotta sarebbe preferibile la sua sostituzione o riparazione per evitare le fastidiose "trasudazioni" di olio. SAme ha prescritto nel tempo due Fornitori per i lubrificanti delle macchine in oggetto: ESSO e AGIP. In linea di massima si puo' utilizzare un olio idraulico OSO, se ve n'è la disponibilità, altrimenti va bene l'olio da trasmissioni.

PRECISAZIONE FONDAMENTALE: UNA VOLTA SVUOTATO L'OLIO NON E' ASSOLUTAMENTE POSSIBILE ACCENDERE IL TRATTORE IN QUANTO LA POMPA GIREREBBE A "VUOTO", RIPORTANDO SERI DANNI.

Pompe Idrauliche nell'Irrigazione

Dal trattamento dei reflui zootecnici alla lavorazione delle biomasse, sino agli interventi fitosanitari e all’irrigazione, le pompe idrauliche sono fondamentali per un gran numero di operazioni agricole. La campagna di irrigazione 2024 è ormai alle porte e quest’anno, perlomeno al Centro-nord, dovrebbe partire con un calendario piuttosto tradizionale, dopo anni in cui la prolungata siccità ha costretto gli agricoltori ad aprire i bocchettoni già a fine marzo, per rendere possibili le semine primaverili.

Le forme di irrigazione sono molteplici e variano talvolta da territorio a territorio. Tuttavia, dallo scorrimento alla sub-irrigazione, dall’aspersione alla fertirrigazione di precisione, hanno un elemento in comune: la pompa idraulica. Un dispositivo che ricorre con una certa frequenza in agricoltura. Lo troviamo infatti in enologia e nella zootecnia da latte, negli impianti di biogas e in suinicoltura, e poi nelle varie attività di campo: distribuzione reflui, trattamenti fitosanitari e, appunto, irrigazione. Ovunque, insomma, si debbano movimentare materiali più o meno fluidi.

In queste pagine prendiamo in esame le macchine per irrigazione, con particolare attenzione a un componente essenziale come la pompa idraulica. Dovendo muovere acqua, la cui viscosità molto bassa, è possibile ricorrere a pompe dal disegno piuttosto semplice, come le centrifughe, riservando soluzioni più complesse (e costose) ad altri settori. È il caso delle monovite, assai utilizzate negli impianti di digestione anaerobica, o delle volumetriche a lobi, che stanno lentamente prendendo piede nel ciclo dei reflui e del digestato.

L’irrigazione, invece, è al momento pane per le pompe centrifughe: attrezzi efficienti nel funzionamento e generalmente poco costosi e ingombranti, dal momento che hanno una struttura elementare. Una pompa centrifuga è infatti composta da un corpo, un albero e un’elica che movimenta il fluido prendendolo dal tubo di aspirazione e inviandolo a quello di mandata. Questo, nella loro forma più semplice. Dal punto di vista progettuale, una pompa centrifuga può essere orizzontale o verticale. Per l’irrigazione si usano quasi esclusivamente le prime, dal momento che il flusso di acqua deve essere pompato in senso orizzontale.

Giranti delle Pompe Centrifughe

Le caratteristiche della (o delle) giranti dipendono dal materiale movimentato e dall’efficienza ricercata.

  • Girante aperta: - né più né meno che un’elica - è meno efficiente di altre soluzioni, ma non si intasa e pertanto è indicata per fluidi abrasivi, molto densi oppure contenenti detriti.
  • Girante semi-aperta: più efficiente della precedente, è adatta per fluidi semi-abrasivi e non eccessivamente densi.
  • Girante chiusa: formata da due dischi e un cilindro, all’interno del quale si trovano le pale dell’elica, è specifica per acqua e gas.

Tuttavia, per l’irrigazione, vista la facilità con cui l’acqua può contenere sabbia, piccoli sassi o fango, si impiegano solitamente giranti aperte o semi-aperte. Il cui numero varia essenzialmente in funzione della pressione e della portata richieste: si va da pompe mono-girante a quelle a tre giranti, per portate maggiori. Le giranti possono essere poste su un albero perpendicolare o parallelo rispetto al flusso del liquido. Nel primo caso si hanno pompe centrifughe radiali, nel secondo assiali.

Specifiche Fondamentali per l'Irrigazione

Dire irrigazione non è sufficiente: i metodi per attuarla sono tanti e così variabili da condizionare significativamente le caratteristiche della pompa necessaria per ottenere il miglior rapporto tra efficienza, prestazioni e ottimizzazione dei costi. Le specifiche fondamentali cui guardare sono, riassumendo, tre: pressione, portata e prevalenza.

  • Pressione: indica la forza con cui l’acqua è spinta fuori dalla pompa e condiziona la distanza a cui si può far giungere il liquido e la capacità di irrigare a pioggia su ampie superfici. Si misura in Bar.
  • Prevalenza: indica l’altezza a cui si può spingere, in verticale, il fluido pompato. Si misura convenzionalmente in metri ed è direttamente proporzionale alla pressione: più alta è la pressione, più in alto si arriva con la prevalenza.
  • Portata: è inversamente proporzionale alla prevalenza e rappresenta la quantità di acqua che si può muovere attraverso una pompa. Per questo motivo è misurata in litri al secondo (o al minuto) o in metri cubi/ora.

Un elemento da tenere in considerazione, nella scelta della pompa, è la dimensione delle tubature: con condotte più grandi aumenta la portata della pompa ma si riduce la pressione dell’acqua, per la legge di Poiseuille.

Sistemi di Irrigazione e Pompe

Un rapido elenco aiuta a capire quanto possono variare le condizioni di lavoro delle pompe irrigue. I sistemi di irrigazione più frequenti sono quelli per aspersione (irrigatori a pioggia o rotoloni) o a goccia (manichetta o microirrigazione), sia superficiali sia interrati, ma si usano pompe anche con pivot e ranger, nell’irrigazione delle serre, nel pescaggio delle acque da fossi o laghetti, talvolta nell’irrigazione per scorrimento.

Un’altra variabile è il sistema di alimentazione, che va dal motore diesel (gruppi-pompa o motopompe), al trattore tramite presa di potenza o anche al motore elettrico. In generale, le maggiori richieste in termini di pressione e prevalenza si hanno con gli impianti a pioggia, mentre l’irrigazione a goccia necessita di ampia portata ma con pressioni modeste. Nel primo caso si possono raggiungere i 10 bar, con lunghezze di trasporto che possono raggiungere i 700 metri, mentre per sistemi a manichetta sono sufficienti dai 3 ai 5 bar di pressione, ma con portate superiori ai 4 mila litri al minuto. Lo stesso vale per le pompe di travaso, ovvero quelle utilizzate per pescare acqua da bacini e trasferirla in vasche o in cisterne per il trasporto.

«Allo stesso modo - prosegue il giovane meccanico - è importante tarare il motore in rapporto alla dimensione della pompa e alle prestazioni richieste a quest’ultima». Si cerca in altre parole un equilibrio tra le caratteristiche dell’impianto alimentato e gli strumenti per alimentarlo: pompa idraulica da una parte, motore che la aziona dall’altra. Da ciò dipendono sia l’efficienza, sia i costi e non ultimo la sostenibilità ambientale del ciclo di irrigazione.

«Nel caso del motore, dimensione, numero di cilindri e potenza erogata condizionano non soltanto le prestazioni della pompa, ma anche i consumi. Utilizzare un propulsore troppo piccolo comporta maggior uso di gasolio e usure anticipate, in quanto il motore lavora sempre al massimo regime e si surriscalda. In generale, un motore statico per irrigazione dovrebbe girare a un regime compreso tra 1.400 e 1.500 giri al minuto. In quel caso, e se tutto è tarato nel modo giusto, i consumi scendono fino a 8 litri l’ora. Da questo valore fino a, diciamo, 10 l/h si resta in un buon range di efficienza. Sopra i 10 litri l’ora, probabilmente c’è qualcosa di sbagliato».

Elettrificazione e Decarbonizzazione

Va poi notato che minori consumi comportano ovviamente minori emissioni e dunque minor inquinamento atmosferico. A proposito di emissioni, si deve rilevare che la normativa è controversa: i gruppi-pompa carrellati, al pari degli irrigatori per aspersione dotati di un motore proprio, devono sottostare ai requisiti di Stage V e dunque sono praticamente obbligati ad adottare motori con sistema di abbattimento degli scarichi Scr (Riduzione selettiva catalitica tramite additivo all’urea), mentre i motori stazionari, quindi privi di ruote e timone, sono fermi ai parametri di Stage III.

Tuttavia, anche in questo ambito si comincia a parlare di decarbonizzazione. La strada più promettente è quella dell’elettrificazione, una soluzione praticabile quando si ha a che fare con punti di pompaggio fissi, ovvero tipicamente quelli che pescano da pozzi o invasi di vario genere. Fondi a questo scopo sono previsti dal Pnrr. Molto più difficile, per non dire impossibile, elettrificare i sistemi di irrigazione mobili, per i quali si ragiona invece su motori puliti, come quelli all’idrogeno. Ovviamente, ancora di là da venire.

Inquinamento Sonoro

Un aspetto che si potrebbe considerare marginale, ma che ha comunque un suo rilievo, anche per la serenità dell’agricoltore e di chi abita in aree rurali, è l’inquinamento sonoro prodotto dai gruppi-pompa alimentati da motori termici. Sono infatti sistemi che funzionano 24 ore su 24, in un periodo - quello estivo - in cui si vive all’aria aperta o comunque con le finestre aperte, in particolare durante le ore notturne. Ridurre le emissioni sonore dei motori diventa quindi prioritario, sia per non arrecare disturbo agli abitanti delle aree trattate, sia per evitare le prevedibili proteste da parte di questi ultimi.

Si è così iniziato a schermare i motori diesel con cofani insonorizzati, composti da pannelli fono-assorbenti di diverso spessore (e costo). I risultati sono buoni: una buona schermatura riduce la rumorosità a livelli compresi tra i 70 e gli 80 decibel (più o meno lo stesso rumore che si avverte stando alla guida di un trattore di ultima generazione).

Tecnologia e Innovazione nelle Pompe Moderne

In materia di rumore (e consumi) esistono sul mercato anche soluzioni coperte da brevetto, che prevedono uno scambiatore di calore a monte della pompa, sul tubo di aspirazione dell’acqua. Sistemi di raffreddamento e isolamento, doppio serbatoio per gasolio e urea… le motopompe di ultima generazione sono decisamente diverse da quelle, obsolete e chiassose, dei decenni scorsi. Questo perché la tecnologia, inclusa quella digitale, ha ormai colonizzato anche questa nicchia della meccanizzazione agricola, migliorandone efficienza, impatto ambientale e comfort di impiego.

Per esempio, sono disponibili argani elettrici oppure movimenti idraulici per il pescante, ovvero la proboscide che si inserisce nel canale d’irrigazione o nell’invaso, e in qualche caso anche per i piedi di stazionamento. È però nella gestione della pompa che si sono fatti i maggiori passi avanti. Il controllo è delegato a una centralina elettronica, che può avere diversi livelli di sofisticatezza e automazione: si va dal semplice allarme via sms in caso di malfunzionamento a sistemi che tengono memoria delle irrigazioni effettuate e possono essere programmati anche a distanza, per avviare o interrompere l’erogazione o modificare la portata oraria.

Manutenzione Semplificata delle Pompe Centrifughe

Una macchina che deve funzionare 24 ore al giorno - in una stagione in cui il tempo scarseggia e un fermo-macchina non è ipotizzabile a meno di non compromettere il delicato calendario delle irrigazioni - deve forzatamente richiedere una manutenzione molto ridotta. Le pompe centrifughe, ampiamente maggioritarie in questo campo, hanno per l’appunto il pregio della semplicità. A inizio stagione devono essere preparate con un’adeguata pulizia, controllo delle guarnizioni e cambio dell’olio negli ingranaggi. Fatto questo, è sufficiente intervenire con la sostituzione del premistoppa o della tenuta meccanica se si notano trafilamenti dal corpo pompa o perdite di pressione e con la pulizia periodica del girante nel caso si lavori con acqua inquinata da sabbia o alghe.

La meccanica agricola è ormai completamente globalizzata, ma, ciò nonostante, l’irrigazione resta una faccenda prettamente italiana, perlomeno nei sistemi di alimentazione. È infatti prodotta lungo lo “stivale” la larghissima parte delle pompe centrifughe utilizzate in irrigazione, mentre in altri ambiti, vedi gestione dei reflui e depurazione, si è assistito a una penetrazione di marchi stranieri, principalmente tedeschi.

TAG: #Idraulica #Pompa

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