Tipi di Pompe Idrauliche: Funzionamento e Applicazioni

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.

Classificazione delle Pompe

Nel mondo dell’ingegneria e della meccanica dei fluidi, la classificazione delle pompe è essenziale per comprendere quale tipo di pompa utilizzare in base al fluido da trattare, al sistema da alimentare o alla configurazione dell’impianto. La classificazione delle pompe si basa su due grandi famiglie: le pompe dinamiche (o cinetiche) e le pompe volumetriche. Questa suddivisione tiene conto del modo in cui viene sfruttata l’energia per mandare in pressione il fluido.

• Pompe dinamiche (o centrifughe): aumentano la velocità del fluido grazie a organi rotanti (come la girante), convertendo l’energia cinetica in pressione.
• Pompe volumetriche: agiscono grazie a un sistema meccanico che varia il volume di una camera per spostare il fluido.

Entrambe le categorie includono tipi di pompe diverse, ognuna progettata per specifiche applicazioni e condizioni operative.

💡 Nota: alcune pompe (come le elettriche o a immersione) sono classificate in base alla tecnologia o configurazione, mentre altre (come centrifughe, a pistone, a membrana) per meccanismo funzionale.

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. 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.

Pompe ad Ingranaggi

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.

Le pompe ad 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 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.

Pompe a Palette

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. Sono costituite da un rotore con scanalature radiali, nelle quali sono alloggiate delle palette rettangolari.

Funzionamento silenzioso, buona efficienza volumetrica e capacità di gestire fluidi a bassa viscosità sono i principali vantaggi delle pompe a palette.

Pompe a Pistoni

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.

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. 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 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.

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.

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

Le pompe a pistone e le pompe a palette possono essere a cilindrata fissa o variabile, a seconda del modello.

Pompe a Vite

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

Altri Tipi di Pompe

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 Autoadescanti

Le 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.

In pratica, le giranti funzionano come le palette di un rotore che, grazie al movimento, esercitano una determinata forza di aspirazione e di mandata. Con la rotazione della girante, queste forze vengono attivate e la pompa può aspirare acqua fino a una profondità di 8 metri. Questo tipo di pompa ha una potenza in uscita (mandata) sempre molto più alta e viene indicata come prevalenza o pressione massima. Di norma, quante più giranti sono presenti tanto maggiore è la pressione che la pompa può esercitare.

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.

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.

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. 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.

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.

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.

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.

Le applicazioni domestiche includono il prelievo d’acqua da pozzi per uso sanitario, l’alimentazione della lavatrice, l’irrigazione del giardino o lo svuotamento di locali allagati. In agricoltura servono a mandare acqua a campi coltivati, serre o orti, anche a chilometri di distanza. Negli allevamenti, sono utilizzate per il rifornimento di abbeveratoi, la pulizia dei locali e la gestione dei reflui. Le pompe per antincendio sono progettate per funzionare in emergenza, spesso con alimentazione alternata o sistemi a doppia pompa. Devono garantire portata e pressione elevata in tempi rapidi, anche con riserva d’acqua.

Esempi di Pompe Specializzate

• Pompe sommerse: Utilizzate per estrarre acqua da grandi profondità, spesso superiori ai 30-50 metri. Queste pompe vengono inserite direttamente nel pozzo e spingono l’acqua verso l’alto sfruttando un motore elettrico immerso nel liquido.
• Pompe per acque reflue: Progettate per il pompaggio di liquidi densi o contenenti detriti, come acque reflue, liquami e fanghi. Integrano giranti aperte o trituratori per evitare ostruzioni.
• Pompe per irrigazione: Ideali per impianti agricoli di piccole e grandi dimensioni. Possono pescare da pozzi, laghi o vasche di raccolta e spingere l’acqua nei tubi di irrigazione a goccia o a pioggia.
• Pompe con galleggiante: Dotate di un sensore a galleggiante che attiva o disattiva la pompa in base al livello dell’acqua. Questa caratteristica è utile per evitare il funzionamento a secco e automatizzare la gestione di pozzi, serbatoi e impianti antiallagamento.
• Pompe industriali: sono progettate per garantire prestazioni elevate, resistenza a condizioni gravose e lunga durata. Vengono utilizzate in settori come chimica, petrolchimica, alimentare, trattamento acque e manifattura. Possono essere centrifughe, volumetriche o a immersione, e devono gestire liquidi di diversa viscosità, pressione e temperatura.

Come Scegliere la Pompa Idraulica 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. 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.

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.

Per scegliere correttamente la pompa, bisogna considerare la prevalenza totale, data dalla profondità del pozzo sommata alle perdite di carico del sistema. Anche la portata richiesta (in litri/ora) incide sulla scelta del modello, oltre alla pressione necessaria all’uscita.

Manutenzione

Una manutenzione regolare include la pulizia dei filtri, il controllo del corretto assorbimento del motore, la verifica delle guarnizioni e della valvola di non ritorno. Le manutenzioni straordinarie riguardano la sostituzione delle parti usurate o la riparazione del motore elettrico.

Una pompa guasta può mostrare segnali evidenti come rumori anomali, vibrazioni, scatti del salvavita, o semplicemente il mancato avvio. In alcuni casi, la pompa sembra funzionare ma la pressione dell’acqua è insufficiente. Cali di pressione improvvisi, getti irregolari o perdite lungo il tubo possono derivare da rotture interne, ostruzioni, usura della girante, o ingresso d’aria nel sistema.

Tabella Comparativa Tipologie Pompe

Comprendere la classificazione delle pompe permette di scegliere il tipo di pompa più adatto per ogni esigenza. Che si tratti di una pompa centrifuga, a ingranaggi, a pistone o a membrana, la conoscenza delle tipologie di pompe aiuta a progettare impianti idraulici efficaci e durevoli. Una scelta corretta consente di sfruttare al meglio ogni componente, riducendo sprechi e massimizzando le prestazioni.

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