8_1_1 POMPE DI ESTRAZIONE, ALIMENTO, CIRCOLAZIONE, TRAVASO, SPINTA NAFTA, SENTINA, ZAVORRA, CARICO, PROSCIUGAMENTO, LUBRIFICAZIONE, POMPE DOSATRICI ED A PORTATA VARIABILE

 

In generale si ottiene un moto periodico con portate discontinue, che si possono regolarizzare solo utilizzando più pistoni con moto sfasato e stantuffi a doppio effetto. Per rendere sempre più omogenea la portata è usuale aumentare gli stantuffi: si va da 2 a 3, 4, 5, 6, 7 o 9 stantuffi. A causa della complessità costruttiva e delle pulsazioni nel flusso, le pompe vengono dotate, sulla mandata, di accumulatori pneumatici, ove tale soluzione non è fattibile si usano pompe con un numero elevato (e dispari) di pistoni in genere 9 o 11.

In alcune configurazioni gli stantuffi possono essere in linea e collegati ad un albero a gomiti, in altre a stella. Esistono anche configurazioni con stantuffi disposti parallelamente all’albero motore, in questi casi i pistoni sono collegati ad un piatto inclinato rispetto alla cassa.

Un particolare tipo di pompe alternative è quello in cui gli stantuffi, disposti radialmente rispetto all’albero motore, vengono comandati a variare la corsa in modo da ottenere una regolazione continua della portata. Tali pompe, costruttivamente molto complesse, a bordo sono utilizzate esclusivamente nei circuiti oleodinamici di potenza (per esempio nelle timonerie). Le curve caratteristiche delle pompe alternative mettono in luce la peculiarità di poter mandare, a velocità costante, la stessa portata per qualsiasi pressione entro la disponibilità di potenza del motore primo e la possibilità di resistenza meccanica della pompa: la prevalenza è infatti indipendente dalla portata ed è imposta esclusivamente dalle condizioni di funzionamento del sistema (perciò sulla mandata è obbligatoria una valvola di sicurezza). Tale caratteristica può costituire un vantaggio quando la pompa è utilizzata come dosatore oppure, per esempio, quando si vuole un movimento controllato, ossia a velocità costante dell’utilizzatore (è il caso di sistemi oleodinamici di controllo e di potenza), ma può costituire un problema se si desidera un impianto che si auto–regola, infatti per aumenti eccessivi della pressione alla mandata si può avere il collasso del sistema. La portata volumetrica media è proporzionale all’alesaggio, alla corsa, al numero degli stantuffi ed al numero di cicli al secondo di aspirazione e mandata. 

LE POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE

Caratteristica comune a tutti i tipi di pompe rotative è la semplicità costruttiva accompagnata da un basso costo; fra i diversi tipi si menzionano:

• le pompe ad ingranaggi

• le pompe a lobi

• le pompe a vite

• le pompe a palette.

La portata fornita da queste pompe può arrivare a qualche migliaio di metri cubi all’ora (ma non costituisce il punto forte di questa tipologia di pompe), con una velocità di rotazione sufficientemente elevata da permettere sempre l’accoppiamento diretto con il motore elettrico che le aziona. La pressione può essere molto elevata e raggiungere qualche migliaio di bar.

Il rendimento totale delle pompe rotative è compreso fra 0,70 e 0,90 a causa di valori modesti del rendimento volumetrico: le fughe sono tanto maggiori quanto maggiore è la prevalenza, quanto minore è la velocità di rotazione e quanto minore è la viscosità del fluido trattato. Le curve caratteristiche mostrano infatti un crescente decremento della portata all’aumentare della pressione allo scarico, decremento che diventa meno accentuato quando vengono elaborati liquidi ad alta viscosità − per i quali la portata diventa pressoché costante.

Le pompe ad ingranaggi sono pompe formate da una cassa entro la quale una coppia di ruote dentate (un pignone ed una ruota trascinata) ingrana trasportando fluido nel meato fra i denti ed il corpo (pompa ad ingranaggi esterni). La pompa ad ingranaggi esterni viene utilizzata per generare pressioni molto alte (fino a 400 bar) e trova impiego soprattutto nelle trasmissioni idrauliche (circuiti oleodinamici), potendo lavorare anche come motore, e grazie alla sua compattezza, al suo basso costo ed alle alte pressioni che può generare è la più usata fra quelle volumetriche rotative. 

Un’alternativa è rappresentata da due ruote concentriche ma non coassiali, una con ingranaggio esterno ed una, a maggior numero di denti, con ingranaggio interno (pompa ad ingranaggi interni): in questo caso il fluido rimane imprigionato fra i denti delle ruote. Queste pompe sono utilizzabili solamente con fluidi lubrificanti a causa degli elevati attriti che si generano fra gli organi in movimento. La tenuta è garantita dalla viscosità del fluido e dalla velocità di rotazione, mentre l’adescamento è automatico fino a dislivelli di 4÷8 m in colonna d’olio. Quella con ingranaggi interni fornisce pressioni molto basse (1.5 MPa) e portate minori rispetto alla prima, ma è più indicata per pompare fluidi viscosi e fluidi con sospensioni abrasive. Le portate arrivano fino a 3000 m3/h.

Le pompe a lobi non sono altro che particolari pompe ad ingranaggi interni in cui le ruote hanno solo due o tre denti. Sono adatte ad elaborare fluidi viscosi ma soprattutto fluidi con solidi in sospensione anche di grandi dimensioni, quindi non necessariamente lubrificanti; esse sono però inclini ad indurre fluttuazioni nel flusso e vibrazioni. Elaborano pressioni limitate a 30 bar e le portate arrivano fino a 300 m3/h.

Le pompe a vite sono costituite da una cassa entro la quale ruotano uno o più alberi con filettatura a vite (in realtà le pompe sono ad una, a 2 oppure a 3 viti). Nella pompa a singola vite l’albero provoca un movimento orbitale del rotore a vite (collegato all’albero del motore con un albero cardanico), movimento obbligato dalla forma della cassa sulla quale è ricavata la filettatura a doppio principio. La pompa ad una sola vite si usa preferibilmente per liquidi con particelle in sospensione, portate e pressioni non sono elevate.

Quando le viti sono due il moto è sincronizzato da un accoppiamento meccanico fra gli assi oppure è trascinato dal fluido.

Quando sono tre, una di esse è conduttrice e le altre sono trascinate: i due principi delle viti trascinate − con senso di filettatura contrario rispetto alla principale − e quello unico della vite conduttrice costituiscono, insieme alla cassa, dei vani chiusi che vengono trascinati verso la mandata. Queste pompe sono spesso utilizzate per il trasporto di un fluido piuttosto che per creare una prevalenza ed hanno un flusso pressoché continuo, da cui l’assenza di vibrazioni e la silenziosità. La spinta della mandata viene bilanciata con la creazione, sullo stesso albero, di due corpi contrapposti con aspirazione in comune, oppure con canali per compensazione delle pressioni assiali. Esse sono adatte per lavorare con fluidi ad alta viscosità, soprattutto quelle a tre viti, potendo elaborare fluidi aventi viscosità cinematica fino a 5000 cSt ma con portate molto basse al massimo di circa 1,0 m3/h (si osservi infatti che per tutte le pompe volumetriche all’aumentare della viscosità del fluido è necessario ridurre la velocità di rotazione allo scopo di mantenere alti rendimenti). Le pompe a due viti consentono portate fino a di 2000 m3/h. 

Le pompe a moto sincronizzato si prestano per elaborare anche fluidi non lubrificanti poiché la distanza fra le due viti è garantita meccanicamente, nelle altre invece si possono elaborare solo fluidi lubrificanti (qui la distanza fra le viti è garantita dal fluido − ed è anche all’origine di trafilamenti). In generale le pompe a vite forniscono al massimo 250 bar.

Nelle pompe a palette (vane pumps) il volume di trasporto è generato da palette alloggiate radialmente nel corpo di un rotore eccentrico rispetto alla cassa: esse possono scorrere radialmente seguendo con l’estremità il profilo della cassa, alla quale sono tenute premute da molle. 

L’immissione circonferenziale del flusso può essere fatta su uno o più tratti della circonferenza del rotore.