Tutto ciò che devi sapere sulle pompe idrauliche

In parole semplici, che cos'è una pompa idraulica?

Una pompa idraulica agisce come il cuore di un sistema idraulico. Riceve energia meccanica da un motore elettrico o a combustione interna e la converte in energia idraulica. Quando i componenti meccanici della pompa si muovono, creano una zona a bassa pressione che consente alla pressione atmosferica di spingere il fluido nella pompa; i componenti in movimento spostano quindi il fluido e lo inviano alle altre parti del sistema. La fonte descrive inoltre la potenza idraulica generata nella pompa come energia che viene infine riconvertita dal sistema in lavoro meccanico. Le pompe idrauliche non creano direttamente pressione: producono portata, mentre la pressione si sviluppa quando il flusso incontra la resistenza del carico. Le pompe possono essere divise in due grandi categorie:

• Pompe non volumetriche (pompe idrodinamiche)
• Pompe volumetriche

Le pompe non volumetriche non sono progettate per sopportare pressioni molto elevate e vengono impiegate soprattutto per trasferire vari fluidi nelle applicazioni industriali. I vantaggi comprendono costi di manutenzione relativamente bassi e poco rumore. Nelle pompe volumetriche, la quantità di fluido spostata dipende dalla rotazione dell'albero. La fonte suddivide queste pompe in quattro gruppi, descritti di seguito.

• Pompe idrauliche a ingranaggi
• Pompe idrauliche a palette
• Pompe idrauliche a pistoni
• Pompe idrauliche manuali

Pompe idrauliche a ingranaggi

Le pompe a ingranaggi si dividono in due tipi: a ingranaggi interni e a ingranaggi esterni.

1. Pompa a ingranaggi interni

Dal punto di vista strutturale, una pompa a ingranaggi interni viene spesso paragonata a una configurazione luna-stella. Queste pompe possono tollerare pressioni relativamente elevate, un importante vantaggio operativo. A seconda del modello possono utilizzare un corpo compatto in alluminio con ingranaggi in acciaio o ottone, caratteristiche che le rendono adatte a macchinari di valore elevato. Un'altra caratteristica utile è la possibilità di accoppiare sezioni di pompa con cilindrate differenti, anche in configurazioni multistadio. Tra gli altri vantaggi vi sono alta efficienza e un tasso di guasto relativamente basso. In sintesi, le pompe a ingranaggi interni vengono scelte per la capacità di alta pressione, basse perdite di portata, ridotta usura e basso rumore, pur dovendo considerare il prezzo relativamente elevato.

2. Pompa a ingranaggi esterni

Le pompe a ingranaggi esterni utilizzano normalmente due ingranaggi in acciaio e offrono capacità di pressione media con buona efficienza operativa. La fonte descrive versioni con corpi in alluminio o ghisa, in alcune configurazioni anche prive di cuscinetti dell'albero. Come nelle pompe a ingranaggi interni, è possibile accoppiare più sezioni con cilindrate diverse. Rispetto alle pompe interne, quelle esterne hanno generalmente efficienza moderata e possono presentare un tasso di guasto maggiore. Ad alta pressione possono avere perdite superiori e vengono spesso impiegate per riempire cilindri. Sono di solito più rumorose delle pompe interne, ma hanno il vantaggio di un costo inferiore. Sono ampiamente usate in macchinari, apparecchiature industriali e mezzi per costruzioni stradali.

Pompa idraulica a palette

Le pompe a palette funzionano mediante palette all'interno di una cartuccia. La forza centrifuga spinge le palette verso l'esterno, aspirando il fluido dall'ingresso e trasportandolo verso l'uscita. Poiché la cartuccia è alloggiata nel corpo della pompa, queste unità sono chiamate anche pompe idrauliche a cartuccia; poiché usano palette, sono note anche come pompe a palette o a lamelle. Il corpo è comunemente in ghisa, mentre la cartuccia utilizza diverse leghe, rendendo particolarmente importanti la progettazione e la tecnologia produttiva della cartuccia. Le palette e la loro struttura sono tra i componenti fondamentali che sopportano la pressione. I vantaggi includono basso rumore e perdite di pressione relativamente ridotte. Sono inoltre facili ed economiche da manutenere, perché la sostituzione della cartuccia può ripristinare gran parte dell'insieme operativo della pompa. In alcuni modelli la portata in uscita può essere modificata cambiando la posizione dell'anello nella cartuccia. In sintesi, una pompa a palette può essere adatta a macchinari che richiedono pressione e costo medi, poco rumore e riparazioni semplici.

Pompa idraulica a pistoni

Una pompa a pistoni aspira il fluido da un lato e lo scarica dall'altro attraverso il movimento e la disposizione angolare dei pistoni. Lo spostamento volumetrico all'interno di un blocco o cilindro crea portata nel sistema idraulico. La costruzione varia in funzione della disposizione e dell'angolo dei pistoni e può essere suddivisa in tre principali configurazioni:

• Pompa idraulicaPompa a pistoni radiali
• Pompa idraulica a pistoni ad asse inclinato
• Pompa idraulica a pistoni con piatto inclinato

Una caratteristica delle pompe a pistoni è la costruzione relativamente complessa. La disposizione dei pistoni e i materiali del corpo consentono di sopportare alte pressioni e di mantenere la portata con perdite relativamente basse durante brevi picchi di pressione. In sintesi, offrono elevata capacità di pressione e basso rumore. Con fluido pulito e adatto possono inoltre garantire lunga durata. Nei modelli a cilindrata variabile, la portata viene regolata modificando la geometria della pompa e quindi la cilindrata per giro. Queste unità appartengono alla famiglia delle pompe idrauliche volumetriche.

Fattori da considerare nella scelta di una pompa

• Dimensione dell'ingresso della pompa (collegamento tubo)

Devono essere identificati la dimensione del collegamento sulla linea di aspirazione e quella dell'uscita collegata alla linea di pressione.

• Pressione nominale di uscita della pompa (pressione di esercizio – uscita)

Indica la pressione massima che la pompa è progettata per sopportare. Le pompe producono portata; la pressione si sviluppa quando viene opposta una resistenza al flusso. La pressione è comunemente espressa in bar.

• Pressione nominale di ingresso della pompa (pressione di esercizio – ingresso)

Indica la pressione all'ingresso della pompa, dove il fluido entra dalla linea di aspirazione.

• Velocità di rotazione della pompa

La velocità di rotazione è correlata alla portata volumetrica prodotta dalla pompa ed è comunemente espressa in giri al minuto (rpm).

• Cilindrata del fluido

• Portata effettiva

La fonte usa il termine portata effettiva per descrivere la portata erogata a una determinata velocità di rotazione, viscosità e temperatura di esercizio. È comunemente espressa in litri al minuto (L/min).

• Potenza richiesta dalla pompa

• Temperatura dell'olio idraulico

Affinché la pompa eroghi efficacemente la portata richiesta, la temperatura dell'olio deve rimanere entro un intervallo adeguato. Per gli oli minerali la fonte indica circa -20°C/+70°C.

• Filtrazione

La filtrazione è il processo di separazione delle particelle solide sospese da un fluido. Un filtro adeguato trattiene le particelle in funzione delle loro dimensioni e impedisce che raggiungano le parti sensibili del sistema. La capacità filtrante è comunemente espressa in micron.

Criteri di selezione della pompa idraulica

Nella scelta di una pompa devono essere considerati i seguenti fattori:

Pressione massima ammessa della pompa

Deve essere identificata la pressione massima richiesta dal circuito. Le pompe con pressioni nominali più elevate costano generalmente di più. La fonte associa inoltre valori superiori a pompe di maggiori dimensioni e a una maggiore portata disponibile. Ad alta pressione, la comprimibilità del fluido può diventare più significativa e influire negativamente sui sistemi di controllo di precisione.

Portata massima in uscita

Un importante fattore di scelta è la capacità della pompa di fornire la portata richiesta. Se la portata del circuito è costante, si può usare una pompa a cilindrata fissa. Se servono portate molto differenti, possono essere combinate più pompe per migliorare l'efficienza. Quando è richiesta solo una variazione limitata, si può considerare una pompa a cilindrata variabile.

Velocità dell'albero della pompa

Un motore elettrico o a combustione interna fa ruotare l'albero della pompa. In generale, aumentando la velocità dell'albero di ingresso aumenta la portata in uscita, ma ogni pompa ha velocità minime e massime specificate dal costruttore. Una velocità eccessiva può ridurre la vita della pompa.

Tipo di fluido della pompa

Le pompe sono progettate per fluidi entro determinati intervalli di viscosità. I fluidi a base di olio minerale sono comuni. Alcuni fluidi a base d'acqua possono ridurre la durata della pompa e potrebbero non offrire la stessa capacità lubrificante per i componenti interni.

Livello di rumore della pompa

Un altro fattore valutato nella selezione è il rumore, misurato in decibel (dB). Una certa quantità di rumore può derivare dalle normali vibrazioni e dal movimento dei componenti, mentre un rumore eccessivo può indicare un guasto della pompa o dei componenti collegati. Le pompe idrauliche sono spesso relativamente compatte e possono produrre meno rumore di componenti più grandi come i motori elettrici. La fonte descrive generalmente le pompe a cilindrata fissa come più silenziose di quelle a cilindrata variabile. Anche il metodo di installazione e la strategia di controllo della pressione influenzano il rumore, e velocità e pressione maggiori tendono ad aumentarlo. Una velocità di rotazione più bassa e il corretto dimensionamento di pompa e pressione possono ridurlo. La cavitazione è un'altra importante fonte di rumore. Si verifica quando nel fluido si formano bolle di vapore o gas. Le pompe idrauliche sono progettate per lavorare con un fluido in gran parte incomprimibile, quindi l'aria trascinata può alterare il normale funzionamento e generare rumore. Le bolle formate all'ingresso o nelle zone a bassa pressione possono collassare quando raggiungono zone a pressione maggiore, creando urti, rumore e potenzialmente riducendo la vita della pompa.

Per ridurre la formazione di bolle e la cavitazione occorre considerare i seguenti punti:

• La fonte afferma che la velocità di aspirazione deve essere mantenuta sotto 5 tf/cc; l'unità è riportata così come compare nella fonte.
• La linea di ingresso della pompa deve essere mantenuta più corta possibile, perché una linea di aspirazione troppo lunga può favorire la formazione di bolle.
• Utilizzare il minor numero pratico di raccordi sul lato di aspirazione.
• Collocare la pompa il più vicino possibile al serbatoio.
• Usare filtri con bassa caduta di pressione e indicatore di intasamento o contaminazione, così da poterli sostituire quando sono sporchi.
• Utilizzare un olio adatto alla pompa e seguire le raccomandazioni del costruttore. La fonte osserva che l'aumento della temperatura aumenta la probabilità di formazione di bolle e raccomanda una temperatura operativa di circa 120°F-150°F per bilanciare rischio di cavitazione e viscosità del fluido.

  Sostituzione delle pompe idrauliche

  La sostituzione di una pompa più vecchia con un nuovo modello è una sfida comune con l'invecchiamento delle apparecchiature. La pompa originale potrebbe non essere più riparabile o lo stesso modello potrebbe non essere più disponibile, quindi il circuito può dover essere adattato. Tra i fattori importanti vi sono pressione nominale, capacità di portata, tipo di valvole montate sulla pompa, eventuale configurazione multisezione, senso di rotazione, forma e dimensioni fisiche come albero, centraggio e flangia, modello della pompa e altri dettagli di installazione.

  Uno dei fattori importanti nella selezione è il tipo di pompa, tra cui pompe a ingranaggi, a palette e a pistoni.