Pompe Idrauliche Industriali: Funzionamento e Tipologie

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 diverse tipologie di pompe idrauliche, ognuna progettata per specifiche applicazioni e condizioni operative. Ecco delle informazioni utili su tipologie, caratteristiche e applicazioni delle pompe idrauliche.

Tipologie di Pompe Idrauliche

Esistono diverse tipologie di pompe idrauliche, ognuna con caratteristiche e applicazioni specifiche. Le più comuni includono:

Pompe a Ingranaggi

Le pompe a ingranaggi sono tra le più semplici e affidabili pompe idrauliche. Funzionano attraverso l’ingranamento di due ruote dentate che creano un movimento continuo del fluido. 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. 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. Le pompe oleodinamiche ad ingranaggi sono la soluzione più diffusa nel settore soprattutto per la loro affidabilità e maggiore semplicità costruttiva.

• Pompe a ingranaggi esterni: 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 ingranaggi interni: utilizzano un ingranaggio esterno che ruota all’interno di un ingranaggio interno più grande.

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 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.

Pompe a Palette

Un altro tipo di pompa idraulica molto utilizzata è 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. Nel caso delle pompe a palette si ha una tipologia di pompa che utilizza un rotore dotato di palette mobili che durante il movimento creano delle camere di volume variabili. 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. Le pompe a pistone e le pompe a palette possono essere a cilindrata fissa o variabile, a seconda del modello.

• Pompe a palette bilanciate: due zone di pompaggio opposte che bilanciano le forze.
• Pompe a palette non bilanciate: una sola zona di pompaggio.

Pompe a Pistoni

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. Le prime, note per l’efficienza e la capacità di operare a pressioni elevate, sono caratterizzate da pistoni che si muovono parallelamente all’albero motore. 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. 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. A loro volta le pompe a pistoni assiali si dividono in: con piattello inclinato, con corpo inclinato e a cilindrata variabile. Mentre le pompe a pistoni radiali in: a camme e a eccentrico. 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. 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.

• Pompe a pistoni assiali:
  • Con piattello inclinato
  • Con corpo inclinato
  • A cilindrata variabile
• Pompe a pistoni radiali:
  • A camme
  • A eccentrico

Pompe Centrifughe

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. All’interno della chiocciola gira a grande velocità (da 1500 a 3000 giri/minuto) un organo rotante, chiamato girante o impulsore. 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. 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. Sono presenti sul mercato sia pompe ad asse orizzontale che ad asse verticale. Queste ultime possono essere impiegate quando lo spazio disponibile per l’installazione è veramente esiguo, in quanto il motore è posto proprio sopra la pompa. Un particolare tipo di pompa ad asse verticale è la pompa SOMMERSA, in cui il motore elettrico è posto all’interno di un contenitore ermetico. Queste pompe possono, perciò, essere installate sotto il livello del liquido e sono utilizzate quindi per pompare acqua da pozzi particolarmente profondi o da serbatoi interrati. Le centrifughe possono essere anche 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. Pompe centrifughe autoadescanti a canale laterale: Presentano dalla parte più esterna una camera separata in due settori che individuano la camera di aspirazione e la camera di mandata. Nella zona centrale delle due camere sono presenti rispettivamente una luce di aspirazione ed una luce di mandata. Posteriormente a questa camera esterna è presente una camera in cui ruota una girante aperta di tipo stellare, rotante con un gioco minimo, in modo da assicurare una elevata capacità d’innesco, lavora cioè a sfioramento con il corpo e la culatta della pompa, creando così una depressione che preleva il liquido che, dalla camera di aspirazione, tramite la luce di carico, viene trasferito alla luce di scarico e quindi alla camera di mandata. Gli utilizzi principali delle pompe centrifughe includono il pompaggio di sostanze chimiche, di acqua, in agricoltura, galvanica, torri di abbattimento fumi e nel settore petrolchimico.

Pompe Rotative

Le pompe rotative sono caratterizzate dal moto rotatorio lento di organi mobili: ruote dentate o lobi. Il trasferimento dell’energia avviene esercitando una pressione sul fluido in maniera analoga alle pompe a stantuffo. 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 Volumetriche

Pompe volumetriche: sono caratterizzate da un moto alternativo degli organi mobili. 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. 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.

Funzionamento delle 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.

Componenti Strutturali per l'Accoppiamento Motore-Pompa

La divisione Power Transmission è dedicata ai componenti strutturali per l’accoppiamento tra motore elettrico e pompa.

Giunti

I giunti MP Filtri, utilizzati per la trasmissione di potenza da un motore ad una pompa idraulica, sono disponibili in alluminio, ghisa ed acciaio. Certificati secondo la normativa ATEX 2014/34/EU Categoria 2G - Aree 1 e 2, sono idonei ad essere applicati anche in zone potenzialmente a rischio esplosione.

Lanterne

Le lanterne della gamma MP Filtri, monoblocco o modulari, sono disponibili in diverse tipologie per la massima compatibilità con le pompe in commercio.

Curve Caratteristiche delle Pompe Centrifughe

La curva caratteristica di una pompa centrifuga permette di esprimere in maniera chiara l’idoneità di una specifica pompa per l’utilizzo all’interno di un determinato sistema. Ogni curva caratteristica della pompa è riferita ad una precisa rotazione del motore, dipendente, nel caso dei comuni motori asincroni, dalla frequenza di alimentazione e dal numero di poli del motore stesso.

Curva Caratteristica

La curva caratteristica di una pompa centrifuga è una rappresentazione grafica della capacità della pompa di spostare fluidi in relazione al livello di pressione in essere durante le operazioni di funzionamento della pompa stessa. La curva caratteristica rappresenta la capacità di una pompa di generare il flusso del fluido (portata) in base alla prevalenza. Il legame tra la portata e la prevalenza, a numero di giri costante, è tipico di ciascuna pompa.

Prevalenza

La prevalenza di una pompa è definita come la differenza di pressione tra l’uscita e l’ingresso della pompa, espressa in unità di altezza (ad esempio in metri). L’unità di misura della prevalenza è rappresentata dal simbolo m. La prevalenza indica l’altezza massima di sollevamento che la pompa riesce a trasmettere al fluido convogliato. Si tratta di un fattore molto importante che determina la capacità della pompa di superare resistenze come curve, valvole e tubazioni.

Portata

La portata di una pompa centrifuga è la quantità di fluido che la pompa è in grado di spostare in un determinato intervallo di tempo. In altre parole, rappresenta la quantità di liquido che viene pompata attraverso la pompa in un’unità di tempo, solitamente espressa in litri al minuto o in metri cubi all’ora. La portata dipende dalle dimensioni della pompa, dalla velocità di rotazione dell’albero della pompa e dalle caratteristiche del fluido pompato, come la densità e la viscosità.

Curva di Rendimento

La curva di rendimento permette di valutare l’efficienza del funzionamento di una pompa. La curva rappresenta, sull’asse delle ordinate, il rapporto tra potenza utile alla pompa e potenza assorbita (definita dalla variabile η = Wu/W) in relazione alla portata volumetrica rappresentata sull’asse delle ascisse con la variabile Q.

Curva di Potenza Assorbita

La curva di potenza assorbita di una pompa è un parametro che permette di valutare l’efficienza di una pompa. La curva rappresenta, sull’asse delle ordinate, la potenza elettrica impiegata caratterizzata dalla variabile W in relazione alla portata espressa dalla variabile Q sull’asse delle ascisse. La potenza W è il prodotto della portata Q per la prevalenza H e per la densità d del fluido (W=Q∙d∙H).

Considerazioni Importanti

• In base agli ingombri delle pompe, complete di tubazioni e raccordi, è possibile stabilire i valori minimi di interasse fra le stesse.
• Verificare che su ciascuna uscita non venga superato il valore di coppia massima indicata a catalogo per l’accoppiatore selezionato.
• Nel caso di utilizzazione in impianti industriali fissi di notevole importanza o di applicazioni marine, occorre tenere conto di opportuni fattori di sicurezza.
• Verificare inoltre che il regime di rotazione sull’albero di ingresso non sia superiore a quello massimo indicato a catalogo.
• Si raccomanda di controllare la temperatura dell’olio nelle prime ore di funzionamento, assicurandosi che non vengano superati i 105°C.

Scelta della Pompa Idraulica

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. Quale pompa idraulica elettrica scegliere per assicurarsi le migliori prestazioni? 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.

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. 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%.

Parlare di pompe oleodinamiche significa concentrare l’attenzione su uno degli elementi più importanti di un sistema idraulico. Si tratta, infatti, del componente fondamentale per trasformare l’energia meccanica in energia idraulica. Le pompe per l’ oleodinamica sono dispositivi che aspirano il fluido da un serbatoio e lo immettono sotto pressione nel circuito idraulico. Durante questo processo l’energia meccanica viene convertita in energia idraulica. L’utilizzo delle pompe oleodinamiche e in modo particolare la possibilità di trasformare l’energia meccanica in energia idraulica, si rende necessario per i vantaggi che l’idraulica assicura rispetto alla meccanica. I sistemi idraulici, infatti, sono in grado di generare forze e coppie elevate anche in spazi relativamente ridotti, così come a ottenere un controllo preciso della velocità e della posizione dei vari attuatori.

Tabella Comparativa delle Pompe Idrauliche

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