Come Funziona una Pompa Idraulica: Principi, Tipi e Applicazioni

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.

Principi di Base delle Pompe Idrauliche

La funzione principale delle pompe idrauliche è quella di movimentare le acque di flusso. 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.

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.

Componenti Fondamentali

L'elemento essenziale che permette alla pompa di compiere questo sforzo è il motore. 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.

Tipologie di Pompe Idrauliche

Le pompe idrauliche sono disponibili in una vasta gamma di tipologie, ognuna progettata per specifiche esigenze di trasferimento di liquidi. 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 a Pistoni

Le pompe a pistoni sono tra le più efficienti e vengono utilizzate in applicazioni che richiedono alta pressione e precisione. Il loro funzionamento si basa sul movimento di pistoni all’interno di cilindri, che comprime il fluido e lo spinge nel sistema idraulico. Queste pompe possono essere a pistoni assiali o radiali, a seconda dell’orientamento dei pistoni rispetto all’albero motore.

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.

Pompa a Pistone WAGNER

La pompa a pistone fa parte delle nostre tecnologie di alimentazione più potenti e consente di lavorare anche materiali densi e ad alta viscosità. La pompa a pistone è preposta all'alimentazione del materiale dal contenitore alla pistola a spruzzo. A questo proposito viene generata una pressione con la quale il materiale viene erogato ad alta pressione attraverso l’ugello, quindi scomposto, nebulizzato e applicato a spruzzo sulla superficie.

Il principio dell'alimentazione è basato sullo spostamento poiché il pistone spinge il materiale nel tubo dopo che è stato aspirato, ragion per cui la pompa a movimento alternativo può essere ritenuta una pompa volumetrica. 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.

Vantaggi della pompa a pistone:

Elevata aspirazione e ottima portata, in particolare per i materiali ad alta viscosità.
Robustezza e resistenza, due caratteristiche importanti per la lavorazione di materiali ad alto riempimento.
Risparmio delle parti soggette a usura.

Campo di applicazione della pompa a pistone:

Smalti e velature
Colori a dispersione
Vernici a base di latex
Prodotti ignifughi
Materiali per rivestimenti spessi
Vernici a base di polveri di zinco
Ferro micaceo
Stucchi a spruzzo Airless
Trattamenti anticorrosione
Isolamenti per edifici
Materiali bituminosi e di rivestimento simili
Adesivi per tessuti
Sigillanti
Intonaci (se non riempiti) ed altri

Pompe a Ingranaggi

Le pompe a ingranaggi sono tra le più comuni e sono utilizzate per applicazioni che richiedono portate costanti e medie pressioni. Queste pompe funzionano grazie a due ingranaggi che, ruotando, intrappolano il fluido tra i denti e lo spingono nel sistema idraulico.

Le pompe a ingranaggi sono tra le più semplici e affidabili pompe idrauliche, spesso utilizzate in applicazioni che richiedono un flusso continuo e costante. Due ingranaggi, montati in una camera, ruotano in direzioni opposte.

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

Le pompe a palette sono caratterizzate da un rotore dotato di palette scorrevoli che spingono il fluido nella camera di compressione. Queste pompe sono utilizzate in applicazioni che richiedono pressioni moderate e sono apprezzate per il loro funzionamento silenzioso e la capacità di gestire fluidi con viscosità variabile.

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.

Altri Tipi di Pompe

Oltre alle tipologie sopra descritte, esistono altre pompe idrauliche utilizzate in contesti specifici:

Pompe a Vite: Lavorano con lo spostamento del materiale attraverso il tubo e lo statore, adatte per materiali ad alta viscosità.
Pompe a Membrana: Alimentano il materiale attraverso una membrana movimentata da un pistone ad azionamento idraulico.
Pompe a Doppia Membrana: Due membrane si muovono simultaneamente aspirando e alimentando il materiale contemporaneamente.
Pompe Centrifughe: Utilizzano una girante per aumentare la pressione del fluido.
Pompe Autoadescanti: Capaci di aspirare l’aria contenuta nella condotta d’aspirazione.
Pompe Sommerse: Installate sotto il livello del liquido per pompare acqua da pozzi profondi.

Parametri Chiave delle Pompe Idrauliche

Per comprendere appieno il funzionamento e le capacità di una pompa idraulica, è essenziale considerare alcuni parametri chiave:

Cilindrata: Volume teorico di liquido spostato in una rotazione completa dell’albero motore.
Portata: Quantità di fluido erogata dalla pompa in un determinato intervallo di tempo.
Pressione Massima: Pressione massima che la pompa può generare.
Altezza di Aspirazione (Ha): L'altezza di aspirazione non può, in nessun caso, superare limiti ben precisi. Ha non superi i 6÷7 metri, questo per evitare la cavitazione.
Rendimento Globale (ηP): Rapporto tra la potenza idraulica conferita al fluido e la potenza meccanica assorbita.

Lettura e Interpretazione dei Diagrammi delle Pompe

Il disegno caratteristico di una pompa è caratterizzato da una curva. Il grafico mette in relazione 2 assi che rappresentano da un lato la massima pressione (prevalenza) prodotta dell'elettropompa e dall'altro la lunghezza portata in litri/min. Come è facile intuire, conoscendo un minimo i principi fisici che regolano la pressione dei liquidi, la pompa avrà il massimo della prevalenza e quindi della forza, quando la portata sarà pari a zero. Ogni libretto delle istruzioni presenta un disegno di questo tipo.

Applicazioni delle Pompe Idrauliche

Le pompe oleodinamiche trovano applicazione in una vasta gamma di settori, tra cui l’industria manifatturiera, la costruzione, l’agricoltura e l’automazione. Uno dei principali vantaggi delle pompe oleodinamiche è la loro capacità di fornire elevata potenza con dimensioni e peso relativamente contenuti.

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.

Considerazioni sull'Installazione e l'Avviamento

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. In questo caso il livello dell'acqua nel serbatoio si trova ad un'altezza superiore rispetto alla pompa. L'acqua riempie la pompa cadendo dall'alto, spinta dal suo stesso peso dal serbatoio di raccolta.

Il funzionamento dello spurgo è più complicato quando la pompa dovrà compiere un'aspirazione da un pozzo, cisterna o serbatoio che e’ posto al di sotto della pompa stessa. In questo caso la tubazione necessaria per l'aspirazione dovrà disporre di una valvola di non ritorno immersa nel serbatoio.

In concreto, le valvole di non risalita, saranno montate all'estremità del tubo di aspirazione e in corrispondenza di un filtro, costituito da una rete metallica, che blocchi l'aspirazione dello sporco, rimasto sul fondo del deposito dell'acqua. La massima altezza affinchè una pompa possa lavorare correttamente, detta anche capacità di autodescamento, è di circa 8-9 metri.

Dispositivi di Controllo e Sicurezza

Un aspetto da considerare nel momento in cui si volesse comprare un'elettropompa è che una per prelevare l'acqua e spostarla dovrà essere necessariamente collegata all'elettricità. Questo significa avere una pompa idraulica sempre attiva, indipendentemente dal fatto che avvenga o meno un consumo di acqua.

Il funzionamento di un presscontrol dipenderà dalla pressione massima della pompa. Questo particolare strumento dovrà sempre tener conto della potenza della pompa elettrica. Sarà indispensabile fare sempre riferimento ai dati tecnici riportati sulla confezione del presscontrol, dove è indicato certamente la potenza massima di corrente che potrà tollerare.

Come dicevamo sopra, il compito di un presscontroll potrà anche essere svolto da un pressostato.

Tabella Comparativa dei Tipi di Pompe Idrauliche

Tipo di Pompa	Principio di Funzionamento	Applicazioni Tipiche	Vantaggi	Svantaggi
Pompe a Pistoni	Movimento di pistoni all'interno di cilindri	Sistemi ad alta pressione, macchinari industriali	Alta efficienza, alta pressione	Costo elevato, manutenzione complessa
Pompe a Ingranaggi	Rotazione di ingranaggi che intrappolano il fluido	Sistemi a media pressione, macchinari agricoli	Semplicità, affidabilità, costo contenuto	Pressione limitata, rumorosità
Pompe a Palette	Rotore eccentrico con palette scorrevoli	Sistemi a bassa pressione, macchinari silenziosi	Funzionamento silenzioso, gestione di fluidi a bassa viscosità	Pressione limitata, usura delle palette

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