Pompe Idrauliche a Pistoni: Funzionamento e Tipologie

Le pompe sono dispositivi meccanici fondamentali in molti settori industriali e domestici, in quanto vengono utilizzate per trasferire fluidi da un luogo a un altro. Tra le varie tipologie di pompe esistenti, le pompe a pistoni e le pompe a palette sono due delle più comuni e versatili.

Pompe a Pistoni e Pompe a Palette: Una Panoramica

Le pompe a palette sono un tipo di pompa volumetrica che utilizza palette scorrevoli all'interno di un rotore per trasferire fluidi. Queste pompe sono composte da un rotore montato eccentrico all'interno di una cavità e dotato di palette che si estendono e si ritraggono in base alla rotazione del rotore stesso. Le pompe a palette sono apprezzate per la loro capacità di mantenere un flusso costante e uniforme, oltre che per la loro capacità di gestire fluidi con una viscosità variabile.

Le pompe a pistoni, d'altra parte, sono un tipo di pompa volumetrica che utilizza pistoni per muovere il fluido. Queste pompe sono composte da uno o più cilindri contenenti pistoni che si muovono avanti e indietro, creando una differenza di pressione che aspira e spinge il fluido attraverso la pompa.

Le pompe a palette utilizzano un rotore con palette in grado di creare camere di volume variabile per il trasporto del fluido. Questo design semplice consente una costruzione compatta e un funzionamento silenzioso.

In termini di efficienza, le pompe a pistoni sono generalmente superiori alle pompe a palette, specialmente quando si tratta di generare alte pressioni. Le pompe a pistoni possono raggiungere pressioni molto elevate con un'efficienza energetica superiore, rendendole ideali per applicazioni industriali pesanti.

Le pompe a pistoni, a causa della loro costruzione più complessa e delle alte pressioni che gestiscono, possono richiedere una manutenzione più frequente rispetto alle pompe a palette. Tuttavia, la durata di vita delle pompe a pistoni può essere molto lunga se mantenute correttamente.

Le pompe a pistoni sono ideali per applicazioni che richiedono alte pressioni e precisione, come nei sistemi idraulici industriali, nelle macchine da costruzione e nei sistemi di iniezione del carburante.

Tipologie di Pompe Volumetriche

Le 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.

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.
Le pompe a pistoni sfruttano il moto alternativo dei pistoni in ceramica per pressurizzare i liquidi e farli passare attraverso valvole di uscita. Lo stantuffo è generalmente realizzato in ceramica, particolarmente durevole e resistente all’usura.

Nelle pompe a pistone lo stantuffo è fissato ad un rotore con una biella così che, quando lo stantuffo in ceramica si contrae, produce pressione di aspirazione. Quando il rotore gira, lo stantuffo viene spinto indietro per spingere il liquido attraverso la valvola di uscita.

Pompe Idrauliche Airless: A Pistone vs. Elettriche a Membrana

Le pompe idrauliche airless a pistone e le pompe airless elettriche a membrana rappresentano due strumenti essenziali nel settore delle verniciature e delle finiture industriali. Entrambe queste macchine sono state progettate con l’intento di spruzzare vernici, rivestimenti e vari altri materiali ad alta pressione, senza necessità di ricorrere all’aria compressa. Nonostante condividano il medesimo scopo, le loro caratteristiche e modalità operative variano notevolmente.

Pompe Idrauliche Airless a Pistone

Le pompe idrauliche airless a pistone si distinguono per il fatto che il loro funzionamento è alimentato da un sistema idraulico. Di norma, esse impiegano un motore elettrico che è collegato ad un meccanismo idraulico, il quale muove una pompa a pistone. Il loro funzionamento si basa sull’azione di un pistone che viene fatto avanzare e ritirare dal movimento idraulico, generato attraverso la corrente elettrica. L’elevata forza e la capacità di maneggiare materiali densi e viscosi rappresentano due peculiarità di queste pompe. Il primo motivo che rende le pompe idrauliche airless a pistone una scelta eccellente riguarda la loro potenza eccezionale. Queste macchine sono capaci di spruzzare con facilità vernici e rivestimenti ad alta viscosità. Inoltre, sono perfette per i lavori industriali di grandi dimensioni, grazie alla loro capacità di coprire ampi spazi in tempi brevi.

Tuttavia, ci sono alcuni svantaggi da considerare. Primo fra tutti, le pompe idrauliche airless a pistone necessitano di un sistema idraulico. Questo sistema potrebbe comportare una maggiore complessità nella gestione e un costo superiore rispetto alle alternative. In secondo luogo, queste pompe tendono ad avere un peso superiore rispetto alle versioni elettriche a membrana, rendendo la loro movimentazione più impegnativa.

Nonostante questi potenziali svantaggi, le pompe idrauliche airless a pistone rimangono una scelta solida per molti professionisti nel settore delle verniciature industriali e delle finiture.

Pompe Airless Elettriche a Membrana

Alimentate da un motore elettrico, le pompe airless elettriche a membrana impiegano un efficiente meccanismo a membrana per convogliare il materiale di rivestimento attraverso l’ugello di spruzzatura. Questa tipologia di pompe si distingue per la sua leggerezza e portabilità, assicurando una facilità di spostamento decisiva nelle operazioni di verniciatura di piccole e medie dimensioni. Innanzitutto, sono significativamente più leggere e portatili, il che le rende semplici da trasferire da un punto all’altro del luogo in cui si sta lavorando.

Le pompe airless elettriche a membrana potrebbero non essere l’opzione ideale se devi lavorare con materiali estremamente densi o viscosi, visto che potrebbero incontrare difficoltà nella loro gestione. Nonostante questo, rimangono uno strumento efficace e conveniente per un’ampia gamma di applicazioni di verniciatura.

In sintesi, la scelta tra le due pompe dipende dalle esigenze specifiche dell’applicazione. Se si tratta di lavori industriali pesanti o di materiali ad alta viscosità, le pompe idrauliche airless a pistone sono sicuramente più adatte. Al contrario, se si ha bisogno di una soluzione più portatile per lavori di verniciatura di piccole e medie dimensioni, le pompe airless elettriche a membrana potrebbero essere una scelta migliore.

Fattori da Considerare nella Scelta della Pompa Idraulica

La selezione tra le pompe idrauliche Airless a Pistone e le Pompe Airless Elettriche a Membrana rispecchia le necessità distinte di ogni singolo progetto di verniciatura. Per i compiti industriali impegnativi o l’utilizzo con materiali a densità elevata, le pompe idrauliche airless a pistone, come i modelli WIT HYDRA, HYDRA BI-MIX, HYDRA TWIN e HYDRA 44000 BI-MIX, e HYDRA MAX 3, sono indubitabilmente l’alternativa ideale.

Se, tuttavia, avete bisogno di un’opzione più leggera e facilmente trasportabile per lavori di piccole o medie dimensioni, le pompe airless elettriche a membrana, quali i modelli WIT BLACK S, BLACK M, BLACK L, e BLACK XL, potrebbero rappresentare la scelta più adatta.

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.

Parametri Importanti: Cilindrata e Rendimento

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.

Tipologie di Pompe a Ingranaggi e a Vite

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.

Pompe a Pistoni Radiali e Assiali

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.

Pompe Oleodinamiche: Trasformazione dell'Energia

Parlare di pompe oleodinamiche significa concentrare l’attenzione su uno degli elementi più importanti di un sistema idraulico. Si tratta, infatti, del componente fondamentale per trasformare l’energia meccanica in energia idraulica. Le pompe per l’ oleodinamica sono dispositivi che aspirano il fluido da un serbatoio e lo immettono sotto pressione nel circuito idraulico. Durante questo processo l’energia meccanica viene convertita 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

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.

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.

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.

Nelle pompe a vite si hanno uno o più rotori elicoidali per il trasferimento del fluido.

Come abbiamo avuto modo di illustrare esistono diverse tipologie di pompe oleodinamiche, ciascuna più o meno adatta in base al tipo di utilizzo. 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.

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.

Criteri di Scelta per una Pompa Idraulica Elettrica

Quale pompa idraulica elettrica scegliere per assicurarsi le migliori prestazioni? La valutazione deve tenere conto di diversi criteri, tra cui la pressione di esercizio richiesta, la portata necessaria, il tipo di fluido e le condizioni operative. La scelta della pompa oleodinamica più adatta deve, ovviamente, tenere conto delle proprie esigenze. è quindi necessaria un’attenta valutazione di molteplici fattori, non solo tecnici ma anche economici.

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 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. Con blocco cilindri eccentrico: la rotazione del pistone avviene all’interno di un anello esterno rigido.

Sono costituite da un rotore con scanalature radiali, nelle quali sono alloggiate delle palette rettangolari. 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. Le pompe a pistone e le pompe a palette possono essere a cilindrata fissa o variabile, a seconda del modello.

Portata (Qv), chiamata anche flusso, che è espressa in l/min. 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.

Applicazioni Industriali e Mobili 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.

Tipologie di Pompe Idrauliche

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.
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: 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.

Considerazioni Finali sulla Scelta delle Pompe Idrauliche

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. 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. 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.

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