Classificazione, Tipi e Funzionamento delle Pompe Idrauliche

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.

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.

Tipi di Pompe Idrauliche

Esistono diverse categorie di pompe idrauliche, ognuna con caratteristiche specifiche che le rendono adatte a diverse applicazioni:

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.

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.

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.

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 ad ingranaggi che sfruttano il movimento di ingranaggi per pompare il fluido per spostamento.

Pompe Volumetriche

Pompe volumetriche: sono caratterizzate da un moto alternativo degli organi mobili. Una prima comparsa delle pompe idrauliche avviene nel terzo secolo A.C. grazie ad Archimede, il quale progettò la pompa nota come Vite di Archimede: questo dispositivo era in grado di spostare grosse quantità di fluido, a basse prevalenze.

Nello stesso periodo storico fece la sua comparsa la pompa Noria: si tratta di un meccanismo in grado di sollevare fluidi a più alte prevalenze, fino a 20/30 metri. Il funzionamento è quello tipico di un mulino, dove un corso d’acqua svolge la funzione di fonte di fluido e di energia meccanica.

Intorno al 1600 l’invenzione dei primi sistemi biella-manovella permise la creazione delle prime pompe a stantuffo, azionate dalla forza delle braccia. 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.

Principi di Funzionamento e Componenti Chiave

La funzione principale delle pompe idrauliche è quella di movimentare le acque di flusso. L'elemento essenziale che permette alla pompa di compiere questo sforzo è il motore. La pompa cosiddetta centrifuga possiede un'entrata dell'acqua (definita aspirazione), posizionata in corrispondenza dell'asse centrale dell'elettropompa.

L'accensione di un motore elettrico fa muovere alcune pale, dette giranti, che spingono i liquidi pompati dal centro della pompa, verso l'esterno. Il disegno caratteristico di una pompa è caratterizzato da una curva. Come si leggono e interpretano le informazioni di questo schema, presente nella scheda tecnica di ogni pompa è molto semplice.

Il grafico mette in relazione 2 assi che rappresentano da un lato la massima pressione (prevalenza) prodotta dell'elettropompa e dall'altro la lunghezza portata in litri/min. Come è facile intuire, conoscendo un minimo i principi fisici che regolano la pressione dei liquidi, la pompa avrà il massimo della prevalenza e quindi della forza, quando la portata sarà pari a zero.

Ogni libretto delle istruzioni presenta un disegno di questo tipo. Queste tipologie di pompe sono differenti da quelle centrifughe monogirante, perchè montano sull'asse diverse giranti, separate tra loro da diffusori, ovvero dei propri "raddrizzatori del flusso dell'acqua". La differenza principale del il sistema di funzionamento trifase è che in questo caso non si necessita ne del condensatore, ne tanto meno del collegamento con il neutro.

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. Come dicevamo sopra, il compito di un presscontroll potrà anche essere svolto da un pressostato.

Considerazioni sulla Scelta della Pompa Giusta

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.

Alternative e Comparazioni con Altri Tipi di Pompe

Le pompe industriali vengono utilizzate per gestire e trasferire vari fluidi da un'area all'altra in molte applicazioni e settori diversi. Le pompe dinamiche sono dotate di giranti o pale rotanti per trasferire il fluido da un luogo all'altro. Il tipo più comune sono le pompe centrifughe.

Le pompe centrifughe hanno un prezzo ragionevole ma spesso hanno una compatibilità limitata con molti fluidi. Il loro design complesso e sensibile non è adatto a fluidi contenenti abrasivi e solidi, poiché danneggiano rapidamente le giranti durante il funzionamento. Poiché funzionano a velocità di rotazione elevate, le pompe centrifughe tendono a sottoporre ad attrito e degradare i liquidi, un aspetto importante da considerare nel processo e nel trasferimento di ingredienti di tipo sanitario all'interno di un flusso di ricetta/prodotto.

Inoltre, il design delle pompe centrifughe non consente molte variazioni dinamiche della portata nel sistema. Le pompe a membrana risolvono molti di questi problemi comuni. Sebbene le pompe a trascinamento magnetico abbiano risolto ampiamente i problemi causati dalle perdite dalle guarnizioni meccaniche, possono essere utilizzate solo con fluidi puliti e omogenei, il che le rende inadatte per applicazioni che prevedono solidi.

Inoltre, la natura stessa del sistema di azionamento magnetico può portare al surriscaldamento o al trasferimento della scia di calore dell'azionamento nel fluido, alterando la composizione del materiale. Il calore in eccesso prodotto dalla pompa a trascinamento magnetico causa malfunzionamenti?

Le pompe volumetriche sono progettate per gestire un'ampia gamma di viscosità e fornire un flusso costante, il che le rende opzioni comuni per applicazioni che richiedono portate precise o pressioni elevate. Le pompe a lobi rotativi necessitano di complessi ingranaggi di distribuzione situati nella trasmissione.

Tali ingranaggi impediscono ai lobi di entrare in contatto nella testa della pompa, un'eccellente funzione di questo tipo di design. Tuttavia, questi ingranaggi sono un elemento mobile aggiuntivo che richiede una manutenzione regolare e deve essere sostituito occasionalmente.

Nella testa della pompa stessa, i lobi hanno tolleranze sufficientemente ampie da consentire il passaggio di materiali abrasivi, con graduale usura dei lobi e riduzione delle prestazioni della pompa. Inoltre, l'ampia tolleranza rende difficile per la pompa trasferire in modo efficiente i materiali sottili e a bassa viscosità.

Desiderate saperne di più sulle pompe a lobi rotativi e su come le pompe elettriche a membrana possono migliorare l'efficienza di trasferimento e ridurre i costi energetici? Le pompe a ingranaggi sono uniche in quanto hanno la capacità di pompare fluidi ad alta viscosità entro un intervallo di temperature abbastanza ampio, ma a causa della complessità del loro design, presentano elevati costi di manutenzione, soprattutto considerando la necessità di costosi pezzi di ricambio.

Inoltre a causa delle loro dimensioni e portate, le pompe a ingranaggi non sono adatte per operazioni con lotti di grandi portate. Siete stanchi del fatto che le vostre pompe a ingranaggi perdano efficienza troppo presto? Il funzionamento a secco è di gran lunga il motivo principale per cui queste pompe si guastano.

Il fluido deve sempre essere pompato per lubrificare le superfici di contatto tra rotore e statore. L'azionamento della pompa a vite eccentrica trasmette la sua potenza alla vite interna attraverso il corpo della pompa mediante una guarnizione dell'albero rotante.

Una guarnizione meccanica è una parte costosa soggetta a usura e sensibile ai picchi di calore, agli abrasivi e ai liquidi non lubrificanti, con un conseguente rischio di perdite nel tempo. Inoltre, la guarnizione meccanica pone problemi di igiene nelle applicazioni in ambito alimentare/di cura della persona ed è costosa da riparare.

Le pompe a vite eccentrica comportano costi a causa della manutenzione extra e dei tempi di fermo della pompa? Sebbene le pompe peristaltiche o a rulli siano ampiamente utilizzate e affidabili per una varietà di applicazioni, soprattutto nel caso di portate ridotte, gli utenti tendono a essere frustrati dall'ingombro significativo delle pompe e dagli elevati costi di manutenzione.

Il tubo flessibile utilizzato nelle pompe peristaltiche tende a degradarsi nel tempo, in particolare se utilizzato con abrasivi. A meno che l'unità non sia dotata di una funzione di protezione dalle perdite, la rottura del tubo flessibile può causare fuoriuscite nel flusso di processo e comportare situazioni pericolose o indesiderabili. Frustrati dagli alti costi di manutenzione delle vostre pompe peristaltiche?

La pompa elettrica a membrana QUANTM è una pompa elettrica a doppia membrana (EODD) di Graco in grado di risolvere molte delle comuni problematiche di cui sopra riscontrabili con altri tipi di pompe. Rispetto ai tradizionali tipi di pompe industriali, QUANTM fornisce maggiore flessibilità operativa e controllo.

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Aspetti Tecnici e Prestazioni

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.

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.

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. Cos'è e come funziona un motore idraulico? e pompe rotative. e pb. serbatoio B. di aspirazione Ha. di mandata Hb. in cui sono posti i manometri M2 ed M1.

Se i serbatoi sono entrambi aperti . con q=portata volumetrica [m3/s]. L'altezza di aspirazione non può, in nessun caso, superare limiti ben precisi. atmosferica. che la misura come p1. limiti all'altezza di mandata Hg. Ha non superi i 6÷7 metri, questo per evitare la cavitazione. liquido. danneggiare gli elementi meccanici della pompa. luminosa in corrispondenza della bocca di aspirazione. libero di muoversi in una camera cilindrica. suo riempimento.

Con d=diametro dello stantuffo (alesaggio). il serbatoio B di mandata. si chiude subito mentre quella di aspirazione è ancora chiusa. ed il ciclo ricomincia. consentire l'apertura e la chiusura delle valvole. la mandata tramite Vm1. la portata non è costante. sono calettate una serie di pale. l'acqua dal tubo di aspirazione. coassiale all'albero della girante. la bocca di mandata. (asse delle ordinate) in funzione della portata (asse delle ascisse). sul diagramma.

deve diminuire la prevalenza. passante per l'origine degli assi del diagramma Hm-q.

Tabella Comparativa dei Tipi di Pompe Idrauliche

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