Pompe Idrauliche: Funzionamento e Applicazioni
Questa guida ha lo scopo di offrirvi una visione d’insieme dei principali tipi di pompe e di alcune delle loro applicazioni. 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. In primo luogo, al fine di evitare fenomeni di corrosione e l’eventuale usura prematura che potrebbero derivarne, dovrete considerare il tipo di fluido che desiderate movimentare.
Tipologie di Pompe
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.
Pompe Centrifughe
Solitamente le pompe centrifughe sono le più adatte per i fluidi a bassa viscosità, ossia quelli del primo e secondo gruppo, perché l’azione di pompaggio esercita sul fluido uno sforzo di taglio elevato. Le pompe centrifughe sono dispositivi resistenti che offrono generalmente buone rese.
Questi dispositivi possono pompare volumi elevati a debito costante e, di solito, non sono autoadescanti. Per questo stesso motivo è necessario riempire il circuito in maniera indipendente prima dell’attivazione della pompa.
Pompe Sommerse
La scelta tra una pompa sommersa e una pompa di superficie dipende principalmente dall’altezza di aspirazione. Se il fluido da aspirare si trova ad una profondità superiore ai 7 metri dovrete ricorrere ad una pompa sommersa: una pompa di superficie, infatti, non sarà in grado di aspirare un fluido a questa profondità.
Le pompe di superficie consentono un accesso agevole e quindi anche una manutenzione più facile. Un altro inconveniente di questi dispositivi è che devono essere innescati, laddove le pompe sommerse vengono innescate tramite semplice immersione del corpo nel liquido da pompare.
Per quanto riguarda le pompe di superficie, qualora il circuito non possa essere innescato automaticamente, potrete optare per una pompa autoadescante.
Altre tipologie di pompe
Le pompe peristaltiche sono autoadescanti. Questo tipo di pompe consente di realizzare un dosaggio preciso del fluido. In esse, infatti, l’aspirazione esercitata dal tubo crea un’azione di innesco, che peraltro permette alla pompa di evacuare dei fluidi che contengono aria o eventuali residui gassosi. Allo stesso tempo, però, le pompe peristaltiche sono abbastanza ingombranti rispetto ad altri modelli con portata simile.
In generale, questi dispositivi di forte capacità sono ad azionamento pneumatico. In linea generale, la doppia membrana permette l’aspirazione e poi la mandata del fluido da trasportare.
Le pompe ad ingranaggi sono caratterizzate da una portata costante e un livello di rumorosità in funzionamento bassissimo. Si tratta di pompe piuttosto affidabili, compatte e di concezione semplice, ragion per cui la loro manutenzione non rischia di essere molto onerosa. Queste pompe trovano impiego nell’industria automotive per garantire la lubrificazione dell’insieme dei componenti del motore.
Le pompe più usate sono le pompe elettriche che, come indicato dal loro nome, sono alimentate da un motore elettrico. A differenza della pompa classica, che ha bisogno di una fonte di energia esterna, la motopompa, generalmente centrifuga, è dotata di un motore a combustione (a diesel o a benzina) che la rende autonoma. Questo tipo di pompa trova impiego principalmente nell’agricoltura e nelle operazioni di protezione civile, più precisamente nelle operazioni antincendio.
Caratteristiche del Fluido da Movimentare
Il tipo di fluido da movimentare ha grande rilevanza nella scelta di una pompa perché le caratteristiche di quest’ultima andranno scelte soprattutto in funzione della viscosità del fluido (ossia dalla resistenza che il fluido oppone al proprio spostamento), della sua temperatura al momento dell’aspirazione e della presenza o assenza di particelle solide nel fluido. In linea generale, più il fluido è viscoso e più il suo scorrimento nel vostro sistema di pompaggio sarà difficile.
Per questa stessa ragione è di fondamentale importanza che conosciate la composizione chimica del fluido in questione, la sua viscosità e l’eventuale presenza in esso di elementi solidi. Un’analisi approfondita delle sue proprietà vi permetterà di scegliere sia la tecnologia ideale per la vostra applicazione che i materiali di costruzione compatibili con il fluido stesso.
La viscosità dei fluidi, tuttavia, varia anche a seconda delle condizioni operative. Nel primo gruppo troviamo i fluidi come l’acqua, l’olio e l’alcol, che si spostano più o meno alla stessa maniera, indipendentemente dalla velocità o dal livello di agitazione. Questo tipo di applicazioni non condiziona in pressoché alcun modo la vostra scelta.
Nel secondo gruppo si trovano invece alcuni prodotti alimentari, come il burro o la panna, la cui viscosità aumenta in base all’agitazione; le pompe centrifughe standard, ad esempio, non sono adatte per il pompaggio di questo genere di fluidi.
Il terzo gruppo comprende i fluidi che scorrono solo dopo aver superato una certa soglia di viscosità. Superata questa soglia, la viscosità diminuisce con l’agitazione.
Come Evitare la Cavitazione
Il fenomeno della cavitazione si verifica quando il liquido pompato è vicino al punto di ebollizione, ossia quando è sul punto di trasformarsi in gas. La cavitazione è provocata dalla formazione di bolle di vapore che implodono, generando un rumore che può essere fastidioso.
Per calcolare tale dimensionamento è necessario calcolare un valore chiamato NPSHa (ossia Net Positive Suction Head disponibile, o altezza di aspirazione netta positiva disponibile), il quale dipende dalla portata, dalla pressione, dalle perdite di carico e dalla mandata. Questi due valori sono espressi in metri e, affinché la pompa sia dimensionata correttamente, dovrete verificare che il valore NPSHa sia superiore a quello NPSHr di almeno 0.5 m.
Potenza e Rendimento di una Pompa
La potenza di una pompa, nota anche come potenza assorbita, rappresenta l’energia impartita al fluido pompato per aumentarne la velocità e la pressione. Tutte le pompe idrauliche, al fine di spostare e aumentare la pressione di un fluido, consumano energia. La potenza richiesta dalla pompa dipende da una serie di fattori accessori della pompa stessa, tra cui l’efficienza del motore della pompa e la pressione.
Ulteriori fattori che influiscono sulla potenza della pompa fanno riferimento alle caratteristiche di densità, viscosità e portata del fluido trasportato. Le pompe non sono in grado di trasferire tutta l’energia che ricevono; a causa degli attriti, dissipazioni, turbolenze; per cui l’energia assorbita nell’unità di tempo dal motore, chiamata potenza assorbita, sarà maggiore di quella effettivamente acquistata dal liquido.
Il rapporto tra la potenza utile e la potenza assorbita definisce il rendimento della pompa. Il rendimento totale di una pompa considera le perdite di carico interne alla macchina.
Il rendimento di una pompa può essere definito come il rapporto fra la potenza utile e la potenza assorbita. Nello specifico il rendimento è la capacità della pompa di trasformare energia meccanica in energia idraulica (efficienza), rappresenta la relazione tra la potenza fornita al fluido pompato (potenza idraulica) e la potenza del motore, quest’ultimo deve avere una potenza superiore a quella che si intende applicare al fluido, in modo da sopperire alla dissipazione.