Lavoro Pompa Idraulica: Funzionamento, Campi di Applicazione e Vantaggi

Le pompe idrauliche sono strumenti fondamentali per il trasferimento efficiente dei liquidi in una vasta gamma di applicazioni. 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.

Pompa a Pistone: Funzionamento e Applicazioni

La pompa a pistone fa parte delle tecnologie di alimentazione più potenti. Consente di lavorare anche materiali densi e ad alta viscosità.

Funzionamento della Pompa a Pistone

La pompa a pistone è preposta all'alimentazione del materiale dal contenitore alla pistola a spruzzo. A questo proposito viene generata una pressione con la quale il materiale viene erogato ad alta pressione attraverso l’ugello, quindi scomposto, nebulizzato e applicato a spruzzo sulla superficie. Il principio dell'alimentazione è basato sullo spostamento poiché il pistone spinge il materiale nel tubo dopo che è stato aspirato, ragion per cui la pompa a movimento alternativo può essere ritenuta una pompa volumetrica.

La pompa a pistone è composta da un cilindro dove è alloggiato il pistone stesso. Essa presenta inoltre un ingresso, tramite il quale viene aspirato il materiale nella pompa a movimento alternativo, e un'uscita attraverso la quale il materiale viene spinto nel tubo. L'ingresso e l'uscita sono dotati di valvole atte ad assicurare il movimento del materiale in una sola direzione.

Quando il pistone si allontana dall'ingresso, si crea un vuoto, un'aspirazione. La valvola si apre quindi automaticamente e il materiale viene aspirato nella camera del cilindro. Quando il pistone viene spinto nella direzione opposta della biella, cioè verso l'uscita, la pressione solleva l'elemento di chiusura della valvola di uscita e il materiale alimentato viene pressurizzato nel tubo.

Dato che con le successive corse del pistone viene aspirato sempre più materiale e infine spinto nel tubo, esso viene alimentato alla pistola a pressione crescente anche all'interno del tubo, quindi scomposto e nebulizzato attraverso l'ugello.

La pompa a pistone non è un maratoneta. Ciò significa: si attiva quando la pressione scende al di sotto di una determinata soglia. Essa alimenta quindi il materiale riformando la pressione impostata sul dispositivo. La pompa si arresta al raggiungimento della pressione necessaria. Spruzzando il materiale la pressione si abbassa di nuovo.

Peculiarità delle Pompe a Pistone WAGNER

WAGNER ha inventato e brevettato il sistema SSP. L'acronimo SSP sta per “Special Spray Power” ed è una tecnologia appositamente concepita per materiali ad alta viscosità.

Vantaggi della Pompa a Pistone

Una pompa a pistone assicura un'elevata aspirazione e un'ottima portata, in particolare per i materiali ad alta viscosità. La pompa stessa è robusta e resistente, due caratteristiche importanti per la lavorazione di materiali ad alto riempimento.

Il fatto che non sia un maratoneta significa anche risparmio delle parti soggette a usura.

Campo di Applicazione della Pompa a Pistone: Materiali Lavorabili

La pompa a pistone presenta un ampio campo di applicazione. Dai materiali liquidi, quali le velature, fino a quelli ad alta viscosità e ad alto riempimento per esterni è praticamente tutto possibile.

Possono essere applicati:

Smalti e velature
Colori a dispersione
Vernici a base di latex
Prodotti ignifughi
Materiali per rivestimenti spessi
Vernici a base di polveri di zinco
Ferro micaceo
Stucchi a spruzzo Airless
Trattamenti anticorrosione
Isolamenti per edifici
Materiali bituminosi e di rivestimento simili
Adesivi per tessuti
Sigillanti
Intonaci (se non riempiti) ed altri.

Le pompe a pistone sono disponibili in varie classi di prestazione e modelli.

Utenti e Applicazioni Ideali

La pompa a pistone è concepita, sviluppa e ottimizzata per uso professionale. Essa consente la lavorazione di un ampio spettro di materiali che spazia dai colori agli intonaci, fino agli adesivi, per cui è ovviamente ideale per lavori artigianali e di pittura. L'uso frequente consente inoltre un rapido ammortamento dei costi. L'applicazione a spruzzo dei materiali garantisce un elevato risparmio di tempo che può essere investito nella realizzazione di altri progetti. Rispetto agli altri metodi di lavoro, l'impiego della pompa a pistone assicura anche un risparmio di materiale.

Soprattutto con le macchine di tipo più grande, i dispositivi WAGNER dotati di pompa a pistone sono disponibili sia ad azionamento elettrico che a benzina e possono anche essere convertiti da un tipo di azionamento all'altro a garanzia di una flessibilità e operatività totale, anche a prescindere dalla disponibilità di energia elettrica sul cantiere.

Con i dispositivi di tipo più piccolo, oltre che per gli artigiani, la pompa a pistone è adatta anche per gli amanti dei Fai da Te particolarmente attivi nei lavori in casa dove il dispositivo a spruzzo è spesso in uso.

Differenze delle Pompe a Pistone dalle Altre Tecnologie di Alimentazione WAGNER

La pompa a pistone è uno dei quattro sistemi di alimentazione del materiale integrati nei dispositivi WAGNER.

Pompa a Membrana

Il materiale viene in tal caso alimentato attraverso una membrana che, movimentata da un pistone ad azionamento idraulico, aspira il materiale tramite un vuoto che viene quindi pressurizzato nel tubo.

Pompa a Doppia Membrana

La pompa a doppia membrana rappresenta l'evoluzione di questa soluzione. Come si intuisce dal nome stesso, due membrane si muovono simultaneamente aspirando e alimentando il materiale contemporaneamente.

Pompa a Vite

La pompa a vite lavora con lo spostamento del materiale attraverso il tubo e lo statore. Consente anche di lavorare materiali ad alta viscosità.

Turbina

La quarta tecnologia di alimentazione applicata ai dispositivi WAGNER è quella XVLP e HVLP. Essa si affida a una turbina che nebulizza materiali a bassa viscosità tramite una ridotta pressione dell'aria e un elevato volume d'aria.

Dispositivi a Spruzzo WAGNER Dotati di Pompa a Pistone

La pompa a pistone WAGNER è applicata ai dispositivi a spruzzo airless in varie classi di prestazioni. A seconda del modello, i dispositivi PowerPainter e ProSpray sono predisposti per materiali a bassa o media viscosità, utilizzo frequente e oggetti di grandi dimensioni.

Excursus Storico sulla Pompa a Pistone

Le pompe odierne sono caratterizzate dalla ricercatezza tecnica del processo di pompaggio e dai materiali di moderna concezione, ad alta prestazione e a usura ridotta. Sapevate però che il principio di funzionamento della pompa a pistone era già applicato nelle culture antiche, ad esempio dai romani per il trasporto dell'acqua?

Sono molte le persone che si ricordano anche delle pompe meccaniche (le cosiddette pompe a mano) installate negli orti, nei cimiteri o altri luoghi per annaffiare le piante. La pompa a pistone è un pezzo di tecnologia quotidiana: pensiamo ad esempio alle pompe d'aria, come quelle per biciclette, o ai dispenser del sapone: ecco la pompa dosatrice al loro interno è una piccola pompa a pistone.

Questo sistema è descritto anche nei documenti di uno studioso dell'impero Ottomano risalenti al XVI secolo. In essi è descritta una pompa di tipo complesso, comandata da un albero a camme centrale e azionata tramite energia idrica. La pompa presentava non meno di sei cilindri, contrappesi e valvole di ritegno.

Nei sistemi di pompaggio dell'acqua, la pompa a pistone è stata sostituita nel tempo da quella centrifuga. Un suo ulteriore sviluppo è inoltre rappresentato dalla pompa inline. Si tratta di una pompa a due pistoni azionati in direzioni opposte da due bielle. Viene utilizzata in vari settori dell'industria, ad esempio per il foraggiamento liquido nell'agricoltura.

Anche la prova dell'esistenza del vuoto da parte di Otto von Guericke non sarebbe stata possibile senza pompa a pistone, che fu appunto utilizzata per pompare aria dalla sfera.

Funzione Principale delle Pompe Idrauliche

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.

Prestazioni Idrauliche di una Pompa Centrifuga

Le prestazioni idrauliche di una pompa centrifuga vengono rappresentate su una curva Q/H (portata/prevalenza) che, ad una velocità fissa, associa ad ogni portata la relativa prevalenza. Quindi tutti i punti rappresentati sulla curva sono punti di possibile funzionamento della macchina. Il reale punto di funzionamento sarà dato dall’intersezione della curva caratteristica della pompa con quella dell’impianto.

Secondo la legge di continuità, le velocità medie di flusso nei serbatoi di monte e di valle, sono per lo più insignificanti e possono essere trascurate se le superfici dei serbatoi sono relativamente grandi rispetto a quelle delle tubazioni. Le perdite di carico totali ( ΔHtot ) sono costituite dalle perdite in tutte le tubazioni (aspirazione e mandata).

dove si evidenzia che la prevalenza dell’impianto Himp, è la somma di Hs, quota fissa che dipende solo dalle caratteristiche dell’impianto e di Hd, che è invece la parte variabile dipendente dalla portata. Nel nostro ragionamento abbiamo sempre utilizzato, e continueremo ad usare come fluido l’acqua.

È il criterio più semplice ed economico, esso consiste, nell’agire sul grado di apertura di una valvola di regolazione, montata immediatamente a valle della flangia di mandata della pompa. Si introduce in questo modo una perdita di carico localizzata variabile, con conseguente variazione della pendenza della curva caratteristica dell’impianto e, quindi, della sua intersezione con la curva caratteristica della pompa. Nella figura 6 si può osservare come, a velocità di rotazione costante, un’aumentata pendenza della curva caratteristica dell’impianto, causata dalla parziale chiusura della valvola, permetta di ridurre la portata erogata. La pompa genera una prevalenza (B1) superiore a quella necessaria per l’impianto (C1), l’eccedenza (rappresentata dal segmento BC) viene utilizzata per vincere le perdite generate dalla valvola strozzata. Tale energia viene dissipata tutta sotto forma di calore e viene persa completamente. Questa perdita è accettabile se il campo di regolazione è piccolo oppure se la regolazione è sporadica.

In questo caso a valle della pompa viene inserita una valvola che scarica la portata in eccesso nel serbatoio di aspirazione. Anche questo metodo è di tipo dissipativo. La pompa veicola una Q maggiore di quella che viene richiesta dall’impianto. Le perdite che si realizzano con questo schema di regolazione sono maggiori di quelle che si realizzano con lo schema che utilizza una valvola di regolazione in mandata.

Per fare ciò è necessario passare attraverso la costruzione della curva caratteristica del circuito equivalente e della curva caratteristica della pompa equivalente. Come illustrato nelle figure citate.

Leggi di Similitudine

Prima di illustrare questi sistemi di variazione del punto di funzionamento, occorre introdurre le cosiddette leggi di similitudine. Le leggi della similitudine permettono la previsione delle prestazioni di una macchina a partire dalla conoscenza del comportamento di un ' altra macchina o di un modello realizzato in laboratorio. Esse sono basate sul concetto che due macchine geometricamente simili (dimensioni caratteristiche che stanno in un rapporto costante) e cinematicamente (simili triangoli delle velocità all’ ingresso e allo scarico dalla girante) avranno anche Io stesso rendimento idraulico. Partendo da questa tesi si possono sviluppare delle semplici relazioni fra prevalenza H, portata Q e numero di giri n. Il punto di funzionamento della pompa può quindi essere modificato, modificando la velocità di rotazione della macchina. In questo modo si ottiene, per ogni velocità, una diversa curva caratteristica. Ogni curva è legata alle altre dalle leggi della similitudine (fig. La curva dell’impianto incrocerà ogni curva della pompa, in un punto diverso. La macchina potrà quindi adattare le proprie prestazioni all’andamento della richiesta della rete idrica. Il caso classico è quello di macchine adibite alla pressurizzazione di un condotto di distribuzione di acqua potabile. Le variazioni orarie della richiesta, vengono seguite dalla variazione delle prestazioni della/e pompa grazie all’uso di sistemi di controllo elettronici (sensori e inverter). In questo modo si ottiene anche un grande risparmio di energia, poiché le prestazioni della macchina seguono esattamente ciò che viene richiesto e non ci sono dissipazioni di energia.

Se invece di mantenere costante il diametro e variare la velocità, operiamo a velocità fissa e modifichiamo il diametro, otterremo delle curve caratteristiche analoghe alle precedenti (fig. 13). Questo tipo di intervento è molto più rigido rispetto a quello relativo alla variazione della velocità di rotazione.

Il punto di funzionamento dell’impianto può anche essere variato collegando le pompe in parallelo o in serie. ll collegamento in parallelo si ottiene quando più pompe, che aspirano ciascuna in modo indipendente, spingono all’interno dello stesso collettore di mandata. La portata in ogni punto della curva caratteristica risultante, sarà data dalla somma delle portate delle singole pompe alla medesima prevalenza (fig. 14). Nel collegamento in serie invece in tutte le pompe defluisce la stessa portata mentre la prevalenza del sistema è data dalla somma delle prevalenze delle singole pompe. La curva caratteristica di più pompe in serie si ottiene sommando per ogni valore di portata Q la prevalenza H di ciascuna pompa (fig.

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.

Tipi di Pompe Volumetriche

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.

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.

Motori Idraulici

Le pompe oleodinamiche vengono utilizzate nei sistemi idraulici in numerosi settori industriali. Esse convertono l’energia meccanica in energia idraulica, permettendo di muovere fluidi sotto pressione per generare forza e movimento. Una pompa oleodinamica è un dispositivo che trasforma l’energia meccanica, derivata solitamente da un motore elettrico o a combustione interna, in energia idraulica. Questo avviene attraverso il movimento di un fluido, tipicamente olio, che viene pressurizzato e fatto circolare nel sistema idraulico.

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.

Le pompe a ingranaggi sono tra le più comuni e sono utilizzate per applicazioni che richiedono portate costanti e medie pressioni. Queste pompe funzionano grazie a due ingranaggi che, ruotando, intrappolano il fluido tra i denti e lo spingono nel sistema idraulico.

Le pompe a palette sono caratterizzate da un rotore dotato di palette scorrevoli che spingono il fluido nella camera di compressione. Queste pompe sono utilizzate in applicazioni che richiedono pressioni moderate e sono apprezzate per il loro funzionamento silenzioso e la capacità di gestire fluidi con viscosità variabile.

Le pompe oleodinamiche trovano applicazione in una vasta gamma di settori, tra cui l’industria manifatturiera, la costruzione, l’agricoltura e l’automazione. 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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