Le pompe sono utilizzate in larga scala nell’industria moderna, ed è quindi essenziale conoscere cosa sono e qual è lo scopo per cui vengono utilizzate. In questo articolo, a cui ne seguiranno altri di approfondimento, inizieremo a conoscere da vicino le pompe, dandone innanzitutto una definizione ed in seguito una descrizione sul perché vengono utilizzate e come funzionano. Questi primi passaggi generali sono essenziali per capire poi nei dettagli come fare manutenzione in maniera efficiente sulle pompe (soprattutto centrifughe) degli impianti industriali.

In questo articolo, il primo della serie Elementi di base delle pompe centrifughe, impareremo:

  • Cos’è una pompa
  • Qual è la funzione di una pompa
  • Classificazione delle pompe (volumetriche e fluidodinamiche).

Cos’è una pompa

La pompa può essere considerata la prima forma di macchinario che ha sostituito l’energia ottenuta da uno sforzo muscolare umano. Questa definizione sfortunatamente è poco comprensibile alla maggior parte di noi. Semplificando il tutto, una pompa è definita come quel macchinario che, attraverso movimenti rotanti o alternativi, sposta un fluido da una parte ad un’altra, da un luogo A ad un luogo B.

La maggior parte delle pompe sono costituite da diverse elementi, ognuno dei quali ha una funzione ben precisa. Ad ogni modo, alcune pompe, come ad esempio la vite di Archimede o la noria (ruota idraulica), sono molto semplici da un punto di vista costruttivo. Queste semplici pompe hanno pochi componenti al loro interno e proprio per questa semplicità sono ancora diffuse in buona parte del mondo, sebbene per scopi differenti rispetto alle più moderne pompe centrifughe.

Proprio per il fatto che le pompe sono la seconda tipologia di macchinario più diffusa, superate solo dal numero di motori elettrici presenti sulla Terra, possiamo trovarne di diverse tipologie, dimensioni e forma.

Di seguito alcuni esempi di pompe utilizzate nel corso degli anni:

Vite di Archimede
Ruota idraulica
Pompa centrifuga moderna
Pompa volumetrica moderna

Qual è la funzione di una pompa

Una pompa è progettata per trasferire un fluido da un luogo ad un altro. Le pompe sono in grado di trasferire un fluido da aree con basse pressioni fino a luoghi con alte pressioni, da luoghi in basso a luoghi posizionati in alto, da luoghi vicini a luoghi lontani. Un esempio di luoghi con basse pressioni è un serbatoio all’aperto o un serbatoio sottovuoto. Insomma, tutti quei luoghi di contenimento dove la pressione all’interno è uguale o inferiore alla pressione atmosferica. Esempi, invece, di luoghi ad alta pressione sono i serbatoi pressurizzati e tutti gli altri serbatoi dove all’interno vi è una pressione superiore a quella atmosferica.

Per poter spostare un fluido da un luogo ad un altro sconfiggendo la gravità è necessaria quindi una pompa che aggiunga energia al moto e permetta lo spostamento del fluido ad un punto più alto. Senza questa energia il trasferimento del fluido sarebbe impossibile. In rara occasioni vengono utilizzate le pompe per spostare un fluido da un punto più alto ad uno posto più in basso. Per muovere un fluido attraverso una condotta o una tubazione è inoltre fondamentale una pompa per compensare la perdita di energia che si crea attraverso l’attrito, generato con lo scorrimento del fluido attraverso la superficie della tubazione. Senza una pompa il fluido rimarrebbe fermo all’interno della tubazione.

Classificazione delle pompe

Le pompe, in maniera semplificata, si suddividono in:

  • Fluidodinamiche o idrauliche: il pompaggio del fluido avviene per mezzo della dinamicità indotta nel fluido stesso.
  • Volumetriche: il pompaggio del liquido avviene per mezzo dello spostamento o variazione di volume.

In questo paragrafo vedremo quindi i diversi modi attraverso i quali queste pompe possono aggiungere energia al fluido generando movimento. Vedremo anche le tipiche configurazioni a livello meccanico e come operano. E’ fondamentale capire la differenze tra queste due classificazioni per comprendere le successive spiegazioni.

Dato che le forme di una pompa possono essere numerose, in realtà le pompe possono essere classificate in diversi modi. Ad esempio:

  • A seconda delle applicazioni per cui sono progettate
  • A seconda dei materiali con cui sono realizzate
  • A seconda dei liquidi con cui devono entrare in contatto
  • A seconda dell’orientamento della pompa

Tutte questa classificazioni citate hanno delle limitazioni e spesso si sovrappongono l’una con l’altra. Vi è quindi la necessità di avere una classificazione più adeguata. Se la classificazione delle pompe viene effettuata in base a quanta energia viene aggiunta al fluido, non avremo sovrapposizioni. Come detto all’inizio del paragrafo, quindi, le pompe, in maniera semplificata, si suddividono in:

  • Fluidodinamiche o idrauliche: il pompaggio del fluido avviene per mezzo della dinamicità indotta nel fluido stesso.
  • Volumetriche: il pompaggio del liquido avviene per mezzo dello spostamento o variazione di volume.
Albero pompe

Pompe fluidodinamiche

Le pompe fluidodinamiche hanno la caratteristica di aggiungere energia continuamente. Questa energia aumenta la velocità del fluido presente all’interno della pompa a livelli al di sopra di quelli che occorrono alla mandata. Quando il fluido in velocità raggiungere la mandata deve rallentare per eguagliare la velocità del fluido trovato. La risultante riduzione di velocità produce un aumento di pressione che muove il fluido pompato nel caso in cui sia superiore alla resistenza trovata nel sistema; se la pressione invece è inferiore alla resistenza trovata nel sistema, il fluido non si muoverà.

Le pompe fluidodinamiche possono essere classificate in:

  • Pompe centrifughe
  • Turbopompe
  • Pompe Speciali

La forma più comune di pompa fluidodinamica è la pompa centrifuga.

Pompe centrifughe

La pompa centrifuga utilizza l’effetto centrifugo della sua girante per movimentare il liquido, trasformando l’energia meccanica proveniente dal suo motore prima in energia cinetica e successivamente in energia di pressione che conferisce al liquido sollevato.

Le pompe centrifughe pomperanno il fluido solo fino ad un preciso livello per cui sono state progettate. Raggiunto questo livello, il fluido non si muoverà più e tutta l’energia cinetica si trasformerà in calore. Questo calore può causare la vaporizzazione del fluido.

Le pompe centrifughe sono indubbiamente le pompe fluidodinamiche più utilizzate, sia in ambito industriale che in ambito residenziale. Possono essere classificate in due tipologie a seconda della costruzione:

  • Con girante a sbalzo
  • Con girante a doppio supporto (pompe split)

Le pompe centrifughe in base alla disposizione dell’albero di trasmissione che muove la girante, si distinguono in pompe ad asse orizzontale e ad asse verticale. Inoltre in base alla direzione del flusso che le attraversa le pompe possono essere: radiali se la mandata è ortogonale all’aspirazione o assiali se la mandata e l’aspirazione sono sullo stesso asse.

Le pompe centrifughe inoltre si suddividono in centrifughe monostadio o multi-stadio, in base alla quantità di giranti di cui sono dotate.Le pompe centrifughe a seconda che queste siano ad alimentazione elettrica o a benzina, si distinguono in elettropompe o motopompe.

Pompe volumetriche

Le pompe volumetriche aggiungono energia periodicamente. Si dicono pompe volumetriche quelle pompe che sfruttano la variazione di volume in una camera per provocare un’aspirazione o una spinta su un fluido. Le pompe volumetriche pompano un fluido da un punto ad un altro utilizzando diverse configurazioni.

Le pompe volumetriche possono essere classificate in:

  • Pompe rotative
  • Pompe alternative

Il loro utilizzo si riscontra spesso con fluidi viscosi. Il cuore dell’uomo e degli animali, per fare un esempio, è una pompa volumetrica.

Pompe volumetriche rotative

Una pompa rotativa è una pompa volumetrica costituita da una camera contenente ingranaggi, lobi, palette o elementi simili guidati da un albero rotante. La portata erogata è indipendente dalla prevalenza ed è invece direttamente proporzionale alla velocità di rotazione.

Le più comuni tipologie di pompe volumetriche rotative sono:

  • Pompe a lobi
  • Pompe a palette
  • Pompe ad ingranaggi
  • Pompe a vite

Pompe volumetriche alternative

La variazione di volume è ottenuta con lo scorrimento alternato di un pistone in un cilindro, e opportune valvole di ritegno forzano il fluido a scorrere in una sola direzione e ne impediscono il reflusso durante la corsa di ritorno del pistone.

Le pompe volumetriche alternative possono essere divise in:

  • Pompe a semplice effetto, se il pistone lavora solamente durante la corsa in un senso
  • Pompe a doppio effetto, se il pistone lavora sia in un verso che nell’altro.

Un’altra distinzione all’interno della categoria delle pompe volumetriche alternative si può avere in:

  • Pompe aspiranti: il pistone produce una depressione che provoca il sollevamento del liquido lungo un tubo e la sua espulsione dalla pompa a pressione ambiente
  • Pompe prementi: il fluido entra nel cilindro a pressione ambiente e viene sollevata per effetto della pressione; in questo caso il cilindro si trova allo stesso livello o al di sotto del liquido da sollevare
  • Pompe aspiranti e prementi: integrano entrambe le funzioni.

Le pompe volumetriche alternative (pompe a pistoni) sono utilizzate per portate medio-piccole e per alte prevalenze.

Funzionamento pompa volumetrica a pistoni

Continua la serie Elementi di base delle pompe centrifughe leggendo il secondo articolo dove vedremo nel dettaglio la sezione idraulica e la sezione di potenza di una pompa centrifuga.