Le pompe centrifughe rappresentano uno dei componenti più bistrattati nell’ambito dell’industria. Queste pompe hanno la fama di essere inefficienti e di richiedere tempi troppo lunghi per la loro manutenzione.
Uno dei motivi di questo stato di cose è da ricercarsi nella tradizione secondo cui il personale tecnico deve essere addestrato direttamente sul luogo di lavoro: in questo modo i manutentori o imparano il mestiere da qualcuno che ha fatto lo stesso lavoro in passato, oppure si fanno da sé il proprio bagaglio di esperienze. Il problema in questo genere di approccio è che un errore viene ripetuto sinché gli effetti non vengono criticati. Per la pompa vengono definite varie priorità a livelli diversi, come progettazione, acquisto, installazione, impiego e manutenzione. Un errore commesso in uno qualsiasi di questi passaggi si riflette fatalmente in interventi manutentivi anticipati e reiterati nel tempo. Ma se il reparto manutenzione è abituato a lavorare solo sui sintomi senza curarsi di affrontare le situazioni in modo critico, in questo caso sarà ben difficile risalire alla vera radice del problema.
Come sempre, tocchiamo con mano la situazione con esempi pratici: oggi mi concentrerò sulle pompe dell’industria cartaria, un mercato che rappresenta per la mia azienda il principale target di riferimento ed in cui, in questi decenni, abbiamo davvero ottenuto risultati straordinari.
Per prima cosa, un progetto come si deve. Molte delle pompe impiegate nell’industria cartaria operano in sistemi di movimentazione aperti nei quali le sostanze liquide vengono trasferite da un serbatoio ad un altro fino al termine di una determinata fase di processo. Questa situazione costituisce una delle applicazioni più classiche per una pompa, tuttavia in essa si celano alcune difficoltà che possono riflettersi in problemi a lungo termine per gli utenti meno scrupolosi.
Un problema frequente consiste nel fatto che in termini di condizioni di lavoro spesso si identifica una media ma non i possibili estremi. Ad esempio, quando una pompa sta operando lo svuotamento di un serbatoio, la portata spesso è calcolata dividendo il volume della sostanza del serbatoio più il tempo medio nel quale il serbatoio dev’essere svuotato. Tuttavia, per le pompe centrifughe non è tanto importante il flusso, ma la pressione operativa del sistema, la quale può venire descritta graficamente con la curva della pressione di sistema.
Se si sovrappone questa curva alla curva caratteristica della pompa, si vede che le curve si intersecano in un certo punto: questo punto rappresenta il regime al quale la pompa può operare. Quando il livello del serbatoio da svuotare si riduce, la prevalenza statica del sistema aumenta. Ciò ha l’effetto di spostare la curva di sistema verso l’alto e di intersecare la curva della pompa in corrispondenza di una portata minore. Se le perdite per attrito all’interno del sistema sono più elevate di quanto prospettato in fase di progettazione, la curva di sistema risulterà più ripida. Di conseguenza la pompa opererà ad una portata minore del previsto. In condizioni estreme, il sistema potrebbe comprensibilmente richiedere una prevalenza maggiore di quella fornita dalla pompa: come risultato, la portata della pompa sarà uguale a zero. Se le perdite d’attrito invece sono state sovrastimate, la curva di sistema tenderà ad appiattirsi, per cui l’intersezione delle due curve avverrà in corrispondenza di una velocità di flusso più elevata. Se si instaurano queste condizioni estreme, la pompa si trova ad operare lontano dalla condizioni ideali specificate nel progetto, chiamate anche punto di massima efficienza (BEP - best efficiency point). Oltre ad incrementare i costi operativi, l’allontanamento dal punto di massima efficienza determina un aumento dell’instabilità idraulica nella pompa, che provoca vibrazioni e a lungo andare anche guasti imprevisti. L’identificazione delle condizioni estreme di funzionamento è quindi importantissimo per una selezione ottimale della pompa.
Basso prezzo non significa basso costo
Il più delle volte, quando si tratta di acquistare pompe centrifughe, le cartiere si rivolgono ai fornitori presso cui si sono già serviti in passato. Dal momento che sono conosciuti dai responsabili dell’impianto, si presume che uno qualsiasi dei prodotti da essi offerti andrà bene per coprire le funzioni desiderate. Di conseguenza, le pompe acquistate sono solitamente le più economiche per quell’applicazione specifica. Si contano sulle dita di una mano i responsabili di manutenzione che adottano meccanismi di calcolo dei costi che includono anche i costi d’esercizio, ed ancora meno quelli che considerano i costi di manutenzione. Ne risulta che una volta comperata la pompa più economica, spesso questa si rivela la più onerosa a lungo termine. Il manager attento pertanto dovrà fare un’analisi dei costi per l’intero arco di vita previsto per la pompa.
Contromisure per le sollecitazioni provocate da disassamento
Uno dei fattori più importanti da considerare quando si installa una pompa è rappresentato dalla necessità di eliminare le fonti esterne di sollecitazioni meccaniche. A prescindere dalla causa che le determinano, queste sollecitazioni originano carichi dinamici addizionali sui cuscinetti e li deteriorano anzitempo. Le sollecitazioni poi tramite l’albero si trasmettono alla tenuta, causandone l’usura precoce. La maggior parte delle sollecitazioni esterne sono causate da disallineamenti delle tubature, alberi disassati ed errori nella disposizione dei gruppi di azionamento a puleggia. Nei sistemi a temperatura ambiente gli errori di allineamento sono il risultato diretto di pezzi assemblati male, di equipaggiamenti ausiliari inadatti o dell’imperizia degli operatori. Se la pompa invece movimenta liquidi ad una temperatura elevata al punto da provocare l’espansione delle tubature o del corpo della pompa, i problemi di allineamento divengono inevitabili. In questi casi, è conveniente un certo grado di flessibilità, tuttavia la situazione deve essere affrontata con molta cautela allo scopo di minimizzare le sollecitazioni esterne che agiscono sulla pompa. I raccordi flessibili per i tubi possono ridurre le sollecitazioni provocate da errori di allineamento alle flange delle pompe, ma solo se il raccordo in questione è ancorato ad un’estremità della pompa. Inoltre, il raccordo deve essere adeguatamente bloccato, altrimenti si limiterà a trasmettere semplicemente le sollecitazioni nel corpo della pompa. I giunti flessibili garantiscono anch’essi una protezione limitata contro le sollecitazioni provocate da errori di allineamento tra pompa e albero motore.
Prevenire è meglio che curare
Per evitare di curare solo i sintomi e non le cause, prima di procedere alla manutenzione il tecnico si dovrebbe sempre porre tre domande:
- Che intervento sto eseguendo sulla pompa?
- L’ho già fatto prima su questa pompa?
- Dovrò ripeterlo ancora?
Se la risposta all’ultima domanda è sì, allora vuol dire che probabilmente si sta agendo in maniera sbagliata! Ad esempio, quando una tenuta meccanica fallisce, la cosa più semplice che si potrebbe fare è quella di sostituirla e riavviare la pompa. Un rapido controllo delle condizioni di lavoro tuttavia potrebbe indicare che alla base vi è un problema di tenuta, che non è adatta al compito. Allo stesso modo, un albero sottodimensionato, normale causa di guasti periodici alla tenuta, viene identificato facilmente se si verifica il coefficiente di snellezza dell’albero stesso. Questo metodo è trascurato da molti in quanto considerato semplicistico, in particolare dai costruttori di pompe. Ma quasi otto anni di esperienza in questo settore mi portano ad affermare che si tratta di uno strumento importante per eliminare alcuni tipi di guasti. Per le pompe montate a sbalzo, che dimostrano quindi un’elevata incidenza di guasti alla tenuta o ai cuscinetti, il diametro (D) dell’albero può essere confrontato con la distanza (L) tra gli assi della girante e del cuscinetto radiale. Su di un albero resistente che sopporta il piegamento, la flessione e le vibrazioni in condizioni normali di pompaggio, il rapporto L3/D4 dovrebbe essere all’incirca inferiore a 2.
Attenzione alla tenuta! Non tutti i problemi alle tenute sono causati dall’albero. Ovviamente anche la tenuta in sé può dare problemi. Bisogna però essere consapevoli che molti costruttori di tenute meccaniche offrono tenute efficienti per quasi tutti i settori dell’industria.
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L’efficienza tuttavia dipende anche dal loro utilizzo su pompe resistenti, installate correttamente in sistemi gestiti in maniera impeccabile. Quando le tenute di ricambio vengono acquistate direttamente dal costruttore, i responsabili delle cartiere sono spesso sollecitati all’acquisto dell’ultima versione. Ciò viene semplicemente a conferma del fatto che le precedenti tenute sono state acquistate con lo stesso criterio delle pompe (ovvero con il sistema del minor prezzo possibile). Ho però una brutta notizia per voi: le tenute più economiche tendono ad essere quelle di disegno più antiquato, quindi quasi mai adatte per i processi moderni! Ciò nonostante, molte aziende utilizzano questi modelli obsoleti ai primi tentativi di sondaggio del campo delle tenute meccaniche, salvo poi meravigliarsi se esse non funzionano a dovere. Se una cartiera (o qualsiasi altra azienda manifatturiera) non ha mai operato con tenute meccaniche, è assolutamente sconsigliato acquistare pompe e tenute sulla base del minor prezzo possibile. Infatti l’esito scontato di questo atteggiamento sarà quello di dover affrontare ulteriori (e costose) spese in un secondo momento per interventi migliorativi, nonché l’irritazione degli operatori e dei tecnici manutentori. Coloro che intendono impiegare per la prima volta tenute meccaniche dovrebbero per prima cosa partecipare ad una sessione formativa che aiuti loro a capire i problemi specifici e le potenziali difficoltà delle applicazioni individuali.
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Per concludere: nel 2016 gli imprenditori dell’industria cartaria dovrebbero saperne di più sulle tenute meccaniche e sul loro ruolo indispensabile nel processo di evoluzione delle pompe. Essi pertanto non dovrebbero affidarsi ai consigli del fornitore delle pompe per l’acquisto delle tenute adatte, bensì trovare un venditore di fiducia che proponga loro soluzioni affidabili per le specifiche applicazioni, diventando così essi stessi esperti nel settore.