Le pompe idrauliche sono componenti essenziali in molte applicazioni industriali e mobili. La loro funzione principale è quella di convertire l’energia meccanica in energia idraulica, permettendo il movimento dei fluidi all’interno di un sistema idraulico. Esistono vari tipi di pompe idrauliche, ognuna progettata per specifiche applicazioni e condizioni operative. Ecco delle informazioni davvero utili su tipologie, caratteristiche e applicazioni delle pompe idrauliche.
Pompe Volumetriche
Le pompe volumetriche sono caratterizzate da un moto alternativo degli organi mobili.
Pompe Alternative (o a Stantuffo)
Le pompe alternative (o a stantuffo) sono caratterizzate dal moto rettilineo alternato di un organo mobile, lo stantuffo. Questo esercita una pressione sul fluido trasferendovi energia.
Tipologie di Pompe Idrauliche
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.
Pompe a Pistoni Assiali
Le prime, note per per l’efficienza e la capacità di operare a pressioni elevate, sono caratterizzate da pistoni che si muovono parallelamente all’albero motore.
Pompe a Pistoni Radiali
Le pompe a pistoni radiali hanno pistoni disposti radialmente intorno all’albero motore: un design che permette un’alta capacità di generare pressione, ma le rende meno comuni rispetto alle pompe a pistoni assiali a causa della loro complessità costruttiva.
Pompe a Ingranaggi
Le pompe a ingranaggi sono tra le più semplici e affidabili pompe idrauliche. Le pompe a ingranaggi esterni sono costituite da due ingranaggi che ruotano in direzioni opposte all’interno di una camera, creano un vuoto che aspira il fluido e lo spinge attraverso il sistema.
Pompe a Ingranaggi Interni
Le pompe a ingranaggi interni utilizzano un ingranaggio esterno che ruota all’interno di un ingranaggio interno più grande. Questo design permette una maggiore efficienza volumetrica e un funzionamento più silenzioso rispetto alle pompe a ingranaggi esterni.
Pompe a Palette
Un altro tipo di pompa idraulica molto utilizzata e quella a palette, così chiamate poiché utilizzano palette scorrevoli montate su un rotore eccentrico per muovere il fluido attraverso il sistema. Funzionamento silenzioso, buona efficienza volumetrica e capacità di gestire fluidi a bassa viscosità sono i principali vantaggi delle pompe a palette.
La scelta della pompa idraulica giusta dipende da vari fattori, tra cui l’applicazione specifica, la pressione operativa, il tipo di fluido utilizzato e le condizioni ambientali.
Caratteristiche e Funzionamento
Le pompe a ingranaggi hanno pochissimi componenti mobili. Sono costituite da due ruote dentate che ingranano l’una nell’altra. Hanno una portata costante e generalmente operano a pressioni comprese tra 50 e 210 bar.
Nelle pompe a ingranaggi esterni, solo una delle ruote dentate, la ruota motrice, è collegata alla trasmissione. Esistono pompe a doppio ingranaggio esterno, che consistono in due pompe a ingranaggi azionate dallo stesso albero.
Le pompe idrauliche a pistone sono in grado di pompare flussi molto elevati ad alte pressioni. Il loro principio di funzionamento si basa sul movimento alternato dei pistoni.
Con blocco cilindri eccentrico: la rotazione del pistone avviene all’interno di un anello esterno rigido. Sono costituite da un rotore con scanalature radiali, nelle quali sono alloggiate delle palette rettangolari.
La cilindrata di una pompa corrisponde al volume del fluido pompato, a seconda del modello, dagli ingranaggi, dalle palette o dai i pistoni durante un ciclo completo. Le pompe a pistone e le pompe a palette possono essere a cilindrata fissa o variabile, a seconda del modello.
Portata (Qv), chiamata anche flusso, che è espressa in l/min.
Applicazioni
Trovano impiego non solo nell’industria, specialmente nelle macchine per la pressofusione e per lo stampaggio a iniezione, ma anche nelle macchine per la costruzione e i lavori pubblici. Trovano impiego anche nelle macchine da taglio a getto d’acqua. In questo caso il fluido idraulico è acqua e non olio.
Tra le varie tipologie di pompe esistenti, le pompe a pistoni e le pompe a palette sono due delle più comuni e versatili. Le pompe a palette sono un tipo di pompa volumetrica che utilizza palette scorrevoli all'interno di un rotore per trasferire fluidi.
Queste pompe sono composte da un rotore montato eccentrico all'interno di una cavità e dotato di palette che si estendono e si ritraggono in base alla rotazione del rotore stesso. Le pompe a palette sono apprezzate per la loro capacità di mantenere un flusso costante e uniforme, oltre che per la loro capacità di gestire fluidi con una viscosità variabile.
Le pompe a pistoni, d'altra parte, sono un tipo di pompa volumetrica che utilizza pistoni per muovere il fluido. Queste pompe sono composte da uno o più cilindri contenenti pistoni che si muovono avanti e indietro, creando una differenza di pressione che aspira e spinge il fluido attraverso la pompa.
Le pompe a palette utilizzano un rotore con palette in grado di creare camere di volume variabile per il trasporto del fluido. Questo design semplice consente una costruzione compatta e un funzionamento silenzioso.
Efficienza e Manutenzione
In termini di efficienza, le pompe a pistoni sono generalmente superiori alle pompe a palette, specialmente quando si tratta di generare alte pressioni. Le pompe a pistoni possono raggiungere pressioni molto elevate con un'efficienza energetica superiore, rendendole ideali per applicazioni industriali pesanti.
Le pompe a pistoni, a causa della loro costruzione più complessa e delle alte pressioni che gestiscono, possono richiedere una manutenzione più frequente rispetto alle pompe a palette. Tuttavia, la durata di vita delle pompe a pistoni può essere molto lunga se mantenute correttamente.
Utilizzi Specifici
Le pompe a pistoni sono ideali per applicazioni che richiedono alte pressioni e precisione, come nei sistemi idraulici industriali, nelle macchine da costruzione e nei sistemi di iniezione del carburante.
Le pompe volumetriche erogano 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. Tutte le pompe che qui di seguito verranno presentate, hanno una caratteristica in comune, ossia sono tutte pompe volumetriche.
Cilindrata e Rendimento
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.
Le pompe idrauliche sono disponibili in una vasta gamma di tipologie, ognuna progettata per specifiche esigenze di trasferimento di liquidi. 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.
Tabella Comparativa Pompe Idrauliche
| Tipo di Pompa | Pressione Operativa | Portata | Applicazioni Tipiche | Vantaggi | Svantaggi |
|---|---|---|---|---|---|
| Pompe a Ingranaggi | Bassa/Media (50-210 bar) | Costante | Sistemi di lubrificazione, attrezzature per l’edilizia, macchine agricole | Affidabilità, semplicità costruttiva | Limitata per alte pressioni |
| Pompe a Pistoni | Alta | Variabile | Presse idrauliche, sistemi di sollevamento, macchinari per la lavorazione dei metalli | Alta pressione, rendimento elevato | Maggiore complessità, manutenzione più frequente |
| Pompe a Palette | Media | Costante e uniforme | Gestione di fluidi a bassa viscosità | Funzionamento silenzioso, buona efficienza volumetrica | Meno efficienti ad alte pressioni |
Le pompe ad ingranaggi, per esempio, sono ideali per i sistemi di lubrificazione, le attrezzature per l’edilizia e le macchine agricole in quanto prevedono una bassa o media pressione.
Le pompe a pistoni vengono utilizzate nelle presse idrauliche, nei sistemi di sollevamento, nei macchinari per la lavorazione dei metalli, per le macchine per il movimento terra e in generale per le applicazioni industriali pesanti in quanto sono in grado di generare pressioni elevate e flussi variabili.
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.
è quindi necessaria un’attenta valutazione di molteplici fattori, non solo tecnici ma anche economici.
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