Pompa Idraulica a Doppia Mandata: Funzionamento e Applicazioni

La pompa idraulica a doppia mandata rappresenta una soluzione efficiente e versatile per il trasferimento di fluidi in diversi contesti industriali. Queste pompe volumetriche operano attraverso il movimento alternato di due membrane contrapposte, spostando il fluido da un collettore di aspirazione inferiore attraverso il corpo pompa fino a un collettore di mandata.

Principi di Funzionamento

La denominazione inglese “Air Operated Double Diaphragm” (AODD) evidenzia come il movimento delle membrane sia controllato pneumaticamente tramite un distributore ad aria compressa. Questo design versatile permette la gestione di una vasta gamma di fluidi in diverse condizioni di viscosità, con prestazioni eccezionali.

Nelle pompe a membrana PHOENIX il fluido viaggia dal collettore inferiore di aspirazione al corpo pompa fino al collettore di mandata tramite il movimento alternato di due membrane contrapposte. In inglese è chiamata Air Operated Double Diaphram AODD in quanto il movimento è impresso alle membrane per via pneumatica attraverso un albero controllato da un distributore in cui viene introdotta aria compressa in una camera adiacente a quella di pompaggio. Grazie a questo meccanismo la pompa a membrana può essere chiamata anche pompa a membrana pneumatica o, con più precisione, pompa a doppia membrana pneumatica.

Componenti Principali:

Corpo centrale: Le estremità sono le camere d’aria contrapposte collegate dal distributore pneumatico.
Distributore pneumatico: È il componente che garantisce un continuo scambio d’aria nelle due camere contrapposte mantenendo un rapporto quasi di 1:1 tra il volume di fluido e quello d’aria. È costituito da una boccola mobile collegata all’albero che gestisce l’apertura e la chiusura dei passaggi dell’aria da una camera all’altra della spola, il tutto racchiuso in un corpo cilindrico fisso per il carico e scarico dal corpo centrale.
Membrane: Sono gli elementi elastici e i componenti principali della pompa a membrana che permettono lo spostamento del fluido. Sono costituite da gomme che per le loro proprietà chimiche cambiano in base all’ambiente d’utilizzo. Da un lato vengono a contatto con l’aria compressa e dall’altra col fluido di lavoro. Le due membrane, essendo perfettamente contrapposte, svolgono il lavoro opposto durante il ciclo di lavoro: quando una si gonfia, permettendo il pompaggio del fluido, l’altra si sgonfia creando un vuoto nella camera del fluido permettendo così l’aspirazione di quest’ultimo.
Corpi pompa: Sono le camere di passaggio del fluido della pompa pneumatica a doppia membrana. Essi contengono una valvola di non ritorno a sfera in aspirazione e una in mandata che si aprono e chiudono in maniera opposta in base alla fase di carico o scarico del fluido. Le valvole, composte da sfera, sede e gabbia, sono perfettamente concentriche al diametro dei canali di aspirazione e mandata del corpo pompa in modo da evitare trafilamenti del fluido e garantiscono il passaggio del fluido attraverso il diametro interno. La sfera poggia completamente sulla circonferenza interna per evitare inversione del moto del fluido e la gabbia la vincola al solo movimento verticale, non trasversale.
Collettori: Sono invece i canali di passaggio del fluido della pompa a doppia membrana. Abbiamo un collettore in aspirazione e uno in mandata. Essi collegano le due camere di lavoro contrapposte.

Fasi Operative

Il funzionamento della pompa a doppia membrana si articola in due fasi principali, sia lato aria che lato fluido:

Fase 1

Lato aria: L’aria, tramite l’apertura dei canali del distributore, passa nella membrana sinistra che si gonfia. L’albero trascina la membrana di destra che si sgonfia convogliando l’aria in eccesso allo scarico.

Lato fluido: Nella camera di sinistra il fluido sta uscendo dal collettore di mandata sotto la pressione creata dalla membrana. La sfera di aspirazione è chiusa e quella di mandata è aperta. Nella camera di destra si sta creando il vuoto (per lo svuotamento dell’aria della membrana) permettendo l’apertura della sfera di aspirazione e il passaggio del fluido attraverso il collettore di aspirazione.

Fase 2

Lato aria: Finito il carico della membrana sinistra inizia il suo scarico. Si aprono così altri canali sul distributore che convogliano l’aria nella membrana di destra che si gonfia.

Lato fluido: Quando la membrana di sinistra si scarica la camera sinistra si riempie di fluido. Si apre la sfera di aspirazione tramite il vuoto creato e il fluido passa attraverso il collettore di aspirazione.

Vantaggi delle Pompe a Doppia Membrana

Autoadescante: Grazie a questa caratteristica la pompa a membrana può aspirare fluido anche se posizionata al di sopra del pelo libero, anche con funzionamento a secco cioè senza liquido iniziale, fino a 4 metri d’altezza. Non rischia innalzamenti di temperatura e/o sfregamenti che danneggiano la pompa e le membrane.
Facilmente regolabile: È possibile variare la portata facilmente diminuendo il carico pneumatico di aria compressa in ingresso, oppure chiudendo il collettore d’aspirazione.
Versatilità: È in grado di elaborare quasi tutti i tipi di fluidi esistenti: siccome la pompa a membrana è movimentata dall’aria compressa, con campi e pressioni di utilizzo più ampi e vari, le camere di pompaggio si riempiono e svuotano a prescindere dal liquido lavorato, movimentando anche sostanze molto dense o viscose.
Non stalla e non cavita: a differenza di una pompa centrifuga, la pompa a membrana pneumatica può lavorare con qualsiasi portata senza cavitare, il fluido non rischia di vaporizzare in quanto la pressione nella camera non sarà mai inferiore alla tensione di vapore del fluido.

Materiali e Compatibilità Chimica

La scelta del materiale della pompa a membrana è fondamentale per assicurare performance adeguate all’impianto, garantire la sicurezza degli operatori e dell’ambiente, la salvaguardia della pompa stessa e la compatibilità chimica e di temperatura del liquido con i materiali costruttivi.

I materiali si differenziano in base ai corpi pompa con collettori, alle membrane, alle valvole di non ritorno con la loro sfera e alle guarnizioni.

Esempi di materiali utilizzati:

NBR: Idoneo per fluidi a base d’oli, petrolio, acqua, idrocarburi e tutte le sostanze chimiche blande.
EPDM: Per soluzioni alcaline, acidi diluiti, chetoni e alcoli, oltre ad applicazioni con liquidi abrasivi.
PTFE: Ampia compatibilità chimica, elevata resistenza alla corrosione e proprietà antiadesive.
HYTREL: Buona resistenza a basse temperature e all’abrasione.
SANTOPRENE: Ideali per soluzioni ed acidi diluiti.
AISI: Ottima resistenza all’abrasione e alla corrosione oppure liquidi molto viscosi (per sfere).
VITON: Resistono bene al calore e agli agenti chimici aggressivi e agli idrocarburi (per guarnizioni).

Applicazioni Industriali

Con le pompe a doppia membrana è possibile elaborare liquidi altamente acidi, corrosivi o alcalini, vernici, colle, liquidi ad alta viscosità fino a 50 CPS, prodotti alimentari, o liquidi con particelle solide fino a 2 mm di diametro nelle configurazioni più piccole e fino a 12 mm in quelle più grandi.

Le pompe a doppia membrana sono perfette per la movimentazione e il dosaggio in tutta sicurezza di prodotti liquidi densi, chimici, corrosivi e viscosi. Sono quindi adatte per la movimentazione di solventi, inchiostri, vernici, carburanti, prodotti chimici ed abrasivi.

Esempi di Applicazioni Specifiche

Pompe a membrana Phoenix ATEX: Progettate per operare in ambienti con atmosfere potenzialmente esplosive.
Pompe a membrana Phoenix FOOD: Specificamente progettate e costruite per soddisfare gli standard richiesti per l'utilizzo in applicazioni che riguardano l'industria alimentare.

Pompe Centrifughe: Un Confronto

A differenza delle pompe a doppia membrana, le pompe centrifughe sono turbomacchine idrauliche progettate per movimentare un fluido di lavoro a volume costante attraverso canali sempre aperti, garantendo un flusso stazionario e continuo, eliminando così la necessità di valvole interne. Quando la girante ruota, trasferisce energia cinetica al fluido e genera una depressione nel condotto di aspirazione. Questo fenomeno, combinato con la pressione atmosferica, permette l’ingresso del liquido nella pompa centrifuga.

Caratteristiche Principali delle Pompe Centrifughe:

Girante: Componente principale che trasferisce energia al fluido.
Corpo pompa (voluta): Direziona il flusso e converte l'energia cinetica in pressione.
Tenuta meccanica: Assicura l'isolamento del fluido dall'esterno.
Cassa esterna: Supporta e protegge i componenti interni.
Motore: Trasmette il movimento alla girante.

Le pompe centrifughe sono ideali nel caso in cui sia richiesto un flusso continuo, ma è preferibile evitare fluidi ricchi di particelle solide o molto corrosivi che danneggerebbero la girante e ostruirebbero i canali di passaggio. È possibile movimentare fluidi fino a 500 CPS o peso specifico fino a 1,9 kg/L aumentando la potenza del motore.

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