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.
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. Tutte le pompe che qui di seguito verranno presentate, hanno una caratteristica in comune, ossia sono tutte pompe volumetriche.
Principi di Funzionamento e Definizioni Chiave
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.
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. 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 (Qv): Chiamata anche flusso, è espressa in l/min.
Tipi di Pompe Idrauliche
Esistono vari tipi di pompe idrauliche, ognuna progettata per specifiche applicazioni e condizioni operative. Ci sono diversi tipi di pompe come, ad esempio, le pompe sommergibili, quelle per l’irrigazione o quelle per la circolazione dell'acqua calda.
Le differenti tipologie di pompe funzionano ognuna secondo le proprie modalità e finalità operative e costruttive, ma, in linea di massima, si possono suddivise in tre categorie: pompe autoadescanti, pompe centrifughe e pompe sommerse.
Pompe Volumetriche
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.
Mettendo in rotazione l’albero il blocco cilindri viene trascinato dall’accoppiamento scanalato. 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.
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.
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.
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.
Tipi Specifici di Pompe Idrauliche
Le pompe idrauliche sono disponibili in una vasta gamma di tipologie, ognuna progettata per specifiche esigenze di trasferimento di liquidi.
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 per l’efficienza e la capacità di operare a pressioni elevate, sono caratterizzate da pistoni che si muovono parallelamente all’albero motore.
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.
Pompe a Pistoni Assiali
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.
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.
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.
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.
Rotazione degli ingranaggi: Due ingranaggi, montati in una camera, ruotano in direzioni opposte.
Le pompe ad 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.
Le pompe ad ingranaggi sono tra le più semplici e affidabili pompe idrauliche, spesso utilizzate in applicazioni che richiedono un flusso continuo e costante. Pompe ad ingranaggi che sfruttano il movimento di ingranaggi per pompare il fluido per spostamento.
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. 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.
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.
Le pompe a palette sono utilizzate in applicazioni che richiedono un funzionamento silenzioso e una capacità di gestire fluidi a bassa viscosità. Queste pompe funzionano mediante un rotore eccentrico con palette scorrevoli che creano camere a volume variabile.
Sono costituite da un rotore con scanalature radiali, nelle quali sono alloggiate delle palette rettangolari.
Pompe a Vite
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.
Applicazioni delle Pompe Idrauliche
Le pompe idrauliche 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. 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.
Considerazioni sull'Installazione e Manutenzione
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.
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.
Il funzionamento di un presscontrol dipenderà dalla pressione massima della pompa. Questo particolare strumento dovrà sempre tener conto della potenza della pompa elettrica. Sarà indispensabile fare sempre riferimento ai dati tecnici riportati sulla confezione del presscontrol, dove è indicato certamente la potenza massima di corrente che potrà tollerare.