Le pompe oleodinamiche sono componenti fondamentali nei sistemi idraulici, trasformando l'energia meccanica in energia idraulica per muovere fluidi sotto pressione e generare forza e movimento.
Una pompa oleodinamica aspira il fluido da un serbatoio e lo immette sotto pressione nel circuito idraulico, convertendo l'energia meccanica 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.
Tipologie di Pompe Oleodinamiche
Esistono diverse tipologie di pompe oleodinamiche, ciascuna adatta a specifici utilizzi. Ecco una panoramica delle principali categorie:
Pompe Volumetriche
La famiglia delle pompe volumetriche sono impiegate in vari campi dell’industria. Tutte le pompe che qui di seguito verranno presentate, hanno una caratteristica in comune, ossia sono tutte pompe volumetriche. Le pompe volumetriche sono caratterizzate da un moto alternativo degli organi mobili. 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.
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. 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.
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 ad Ingranaggi
Le pompe oleodinamiche ad ingranaggi sono la soluzione più diffusa nel settore soprattutto per la loro affidabilità e maggiore semplicità costruttiva. Ne 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.
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 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 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 Vite
Nelle pompe a vite si hanno uno o più rotori elicoidali per il trasferimento del fluido. 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.
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.
Sono costituite da un rotore con scanalature radiali, nelle quali sono alloggiate delle palette rettangolari.
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.
Pompe a Pistoni
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.
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 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.
Le pompe a pistoni sono tra le più efficienti e vengono utilizzate in applicazioni che richiedono alta pressione e precisione. Il loro funzionamento si basa sul movimento di pistoni all’interno di cilindri, che comprime il fluido e lo spinge nel sistema idraulico. Queste pompe possono essere a pistoni assiali o radiali, a seconda dell’orientamento dei pistoni rispetto all’albero motore.
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.
Parametri Fondamentali
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%.
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. 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.
Rendimento Globale
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.
Portata
Portata (Qv), chiamata anche flusso, che è espressa in l/min.
Applicazioni delle Pompe Oleodinamiche
Le pompe oleodinamiche trovano applicazione in una vasta gamma di settori, tra cui l’industria manifatturiera, la costruzione, l’agricoltura e l’automazione. 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. Le pompe oleodinamiche vengono utilizzate nei sistemi idraulici in numerosi settori industriali.
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.
Guasti e Rimedi
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.
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.
Uno dei principali vantaggi delle pompe oleodinamiche è la loro capacità di fornire elevata potenza con dimensioni e peso relativamente contenuti.
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