Pressione Pompa Idraulica: Funzionamento e Principi Fondamentali
Le pompe idrauliche sono dispositivi fondamentali nei sistemi idraulici, utilizzati per convertire l’energia meccanica in energia idraulica, permettendo il movimento dei fluidi all’interno di un circuito. Il loro funzionamento è cruciale per garantire l’efficienza e l’affidabilità dei sistemi idraulici in una vasta gamma di applicazioni, dall’industria pesante ai macchinari agricoli.
Tipi di Pompe Idrauliche
La famiglia delle pompe volumetriche è impiegata in vari campi dell’industria. Quelle che in genere troviamo nella maggioranza dei circuiti oleodinamici sono divise in due grandi tipologie: pompe rotative e pompe a pistoni alternativi. 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 Rotative
Le pompe rotative basano il loro funzionamento grazie al passaggio di un fluido attraverso un meato o gioco, cioè una millimetrica o micrometrica intercapedine, che separa le superfici di due corpi in movimento relativo, riempita di lubrificante che ne evita lo sfregamento. Esso viene realizzato meccanicamente attraverso l’uso di coppie di ingranaggi o di viti oppure sfruttando gli spazi generati da palette mobili. In questo articolo prenderemo in considerazione le più comuni pompe rotative ad ingranaggi esterni.
Pompe a Pistoni Alternativi
Le pompe a pistoni sono tra le più comuni e versatili, utilizzate in molte applicazioni industriali. Questo ciclo continuo di aspirazione e compressione permette alla pompa di mantenere un flusso costante di fluido, ideale per applicazioni ad alta pressione.
Pompe Centrifughe
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.
Pompe Autoadescanti
Pompe autoadescanti possono aspirare, durante l’avvio, l’aria presente nella condotta di aspirazione da una sorgente un pozzo, un laghetto o un fossato. Quando l’aria sarà stata eliminata, la pompa inizierà ad aspirare acqua. E’ importante aver prima riempito il corpo pompa con acqua. Queste pompe vengono in genere posizionate in luoghi asciutti, ossia fuori dall’acqua. Il motore aziona il corpo della pompa autoadescante, che è dotato di un raccordo di aspirazione e di un raccordo di mandata. Il raccordo di aspirazione consente alla pompa di aspirare l’acqua attraverso un tubo di aspirazione, la cui estremità è posizionata sott’acqua (nota: il tubo di aspirazione posto in acqua deve terminare con una valvola di non ritorno, altrimenti l'acqua aspirata fuoriuscirà dal tubo stesso). Nel corpo pompa sono posizionate una o più giranti.
Funzionamento Dettagliato delle Pompe ad Ingranaggi Esterne
In questo articolo prenderemo in considerazione le più comuni pompe rotative ad ingranaggi esterni. La ruota dentata primaria (2) ruota nel senso indicato dalla freccia (vedi figura 2), trascinando la ruota dentata secondaria (3), in senso di rotazione contrario. A seguito della rotazione, si rendono liberi i vani di dentatura: la conseguente depressione che viene generata e l’azione della pressione atmosferica, fanno in modo che il fluido affluisca nella camera di aspirazione E. Il fluido riempie i vani dei denti e, percorrendo la parte esterna, viene spinto verso l’uscita P, la cosiddetta mandata: per un buon rendimento volumetrico occorre tenere sotto controllo il gioco di accoppiamento laterale (rasamento sui fianchi) tra ingranaggi (5) e gli organi di tenuta, le ralle (6). Inoltre questo tipo di pompe sono dotate di cuscinetti di sostentamento e bilanciamento idrostatico funzionanti tramite i dischi (7), i quali, spinti dalla pressione del sistema, premono sui fianchi degli ingranaggi.
Principi di Funzionamento delle Pompe a Pistoni
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.
Funzionamento 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.
Caratteristiche e Rendimento delle Pompe
Un ulteriore parametro fondamentale, indicatore dello stato di salute della pompa, è il Rendimento: esso viene considerato normale se pari a 95% o comunque superiore a 90%. Come si sottolineato all’inizio di questo articolo, la pompa costituisce il cuore di ogni impianto oleodinamico, per cui è fondamentale conoscerne le modalità di guasto, le possibili cause ed i rimedi più efficaci.
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.
Cilindrata delle Pompe
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.
Impiego dell'Oleodinamica
L’oleodinamica è una tecnica che utilizza i fluidi per generare pressione e convertirla in energia meccanica. I cilindri e le pompe idrauliche consentono di sollevare carichi pesanti con il minimo sforzo. Questi vengono inoltre utilizzati anche nelle frizioni o nei sistemi frenanti dei veicoli commerciali.
In virtù del loro semplice funzionamento, gli impianti oleodinamici vengono utilizzati in un’ampia gamma di aree di lavoro. Per il funzionamento di sistemi oleodinamici viene raramente utilizzata l’acqua. Di solito tali impianti vengono azionati con l’aiuto di un olio speciale (olio idraulico). Grazie alle sue proprietà, l’olio è perfettamente idoneo a garantire un funzionamento delicato all’interno della meccanica di precisione di macchine e motori.
Vantaggi dell'Oleodinamica
- Elevata trasmissione di potenza
- Ingombro relativamente ridotto
- Buona adattabilità alle contingenti condizioni di spazio grazie a tubi e collegamenti flessibili
- Idoneità anche per macchine di precisione grazie a sequenze di movimento lente e regolabili separatamente
- Lunga durata e bassa usura (se mantenuti e utilizzati seguendo le istruzioni)
- L’olio idraulico previene l’attrito e allo stesso tempo svolge una funzione refrigerante, aumentando così la durata del sistema
Settori di Impiego dell'Oleodinamica
- Macchine agricole e da costruzione: accessori per escavatori, gru, trattori e benne ad alto ribaltamento
- Officina meccanica: piattaforme di sollevamento, utensili, sollevatori idraulici
- Ingegneria automobilistica: frizione, freni, servosterzo, telaio
- Ingegneria logistica: carrelli elevatori, transpallet manuali
- Impianti di sollevamento
- Produzione: presse idrauliche, banchi prova, nastri trasportatori
Il Ruolo della Centralina Oleodinamica
La centralina oleodinamica è fondamentale per il corretto funzionamento del sistema. Regola la pressione e il flusso del fluido idraulico, garantendo l’efficienza e la sicurezza dell’intero circuito.
Considerazioni sull'Installazione e la Manutenzione
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.
Tabella Comparativa dei Tipi di Pompe Idrauliche
| Tipo di Pompa | Principio di Funzionamento | Applicazioni Tipiche | Vantaggi | Svantaggi |
|---|---|---|---|---|
| Pompe a Ingranaggi | Rotazione di ingranaggi per spostare il fluido | Sistemi di lubrificazione, macchinari agricoli | Semplici, affidabili, economiche | Meno efficienti ad alte pressioni, rumorose |
| Pompe a Pistoni | Movimento alternato di pistoni in cilindri | Sistemi idraulici ad alta pressione, macchinari industriali | Alta efficienza, alte pressioni | Più complesse, costose |
| Pompe a Palette | Rotore eccentrico con palette scorrevoli | Sistemi idraulici a bassa viscosità, macchine utensili | Funzionamento silenzioso, compatte | Meno adatte per fluidi ad alta viscosità |
| Pompe Centrifughe | Girante che spinge il fluido dal centro verso l'esterno | Sistemi di irrigazione, approvvigionamento idrico | Flusso elevato, semplici da mantenere | Bassa pressione, non autoadescanti |
| Pompe Autoadescanti | Capacità di aspirare aria all'avvio | Pozzi, laghetti, sistemi di emergenza | Non necessitano di riempimento iniziale | Meno efficienti delle pompe sommerse |