Scegliere il materiale giusto per le pompe per liquidi
I tubi delle pompe nei sistemi idraulici possono influire in modo significativo sulle prestazioni delle pompe
Quando si collega idraulicamente una pompa a membrana per liquidi a un sistema, gli ingegneri devono scegliere tra una moltitudine di materiali per le linee di pompaggio sia sul lato di aspirazione che su quello di pressione. La scelta del materiale giusto è spesso più complessa di quanto sembri inizialmente. Pertanto, è fondamentale conoscere gli effetti positivi e negativi più importanti che i materiali dei tubi delle pompe possono avere e sapere come evitarli o sfruttarli.
Scelta tra una vasta gamma di materiali per le linee di pompaggio
Quando si progetta un sistema di fluidi, è necessario considerare molti fattori, tra cui la portata e la pressione richieste, nonché le proprietà del fluido. Un aspetto meno evidente è la scelta del materiale per i tubi utilizzati nel sistema. I tubi rigidi possono essere realizzati in vari metalli e leghe metalliche, come l'acciaio inossidabile o il rame, nonché in vari polimeri come il cloruro di polivinile (PVC-U), il polipropilene (PP) o l'acrilico. I tubi flessibili possono essere realizzati in vari polimeri, come il polietilene (PE), il politetrafluoroetilene (PTFE) o il silicone. Questi materiali differiscono in modo significativo sia nelle proprietà chimiche che in quelle fisiche.
Garantire la compatibilità chimica delle linee di pompaggio
Uno dei criteri più importanti per la scelta del materiale delle linee di pompaggio è la compatibilità chimica. A tal fine, è necessario conoscere i fluidi trasferiti e le potenziali fluttuazioni nella qualità dei fluidi. È inoltre importante conoscere la temperatura dei fluidi, poiché le alte temperature possono influire su alcuni polimeri. Con queste informazioni a disposizione, gli ingegneri possono consultare una tabella di compatibilità chimica e trovare una serie di materiali in grado di resistere ai fluidi trasferiti.
Perché la scelta del materiale delle linee di pompaggio è fondamentale quando si utilizzano pompe volumetriche
Una volta effettuata la preselezione dei materiali in base alla compatibilità chimica, è possibile prendere ulteriori decisioni. Questa selezione deve tenere conto delle proprietà fisiche del materiale e delle caratteristiche della pompa. Ciò è particolarmente importante quando si utilizza una pompa volumetrica, sia essa una pompa a membrana convenzionale, peristaltica o a pistone, poiché queste pompe generano pulsazioni che svolgono un ruolo importante nelle prestazioni dell'intero sistema di fluidi. Le pompe Smooth Flow KNF costituiscono un'eccezione a questo principio perché, pur essendo pompe volumetriche, generano pulsazioni così basse da essere trascurabili in questo contesto.
Proprietà fisiche delle linee di pompaggio
A seconda della scelta dei materiali, le linee di pompaggio possono avere proprietà fisiche diverse. Un aspetto rilevante è la levigatezza della superficie. Più la superficie è liscia, minore sarà l'attrito durante il pompaggio del fluido. Ciò è particolarmente importante quando la velocità di flusso richiesta è elevata. Una proprietà ancora più critica è l'elasticità della linea di pompaggio, che dipende principalmente dallo spessore della parete e dalla composizione del materiale. In combinazione con le pulsazioni della pompa, questa elasticità crea un effetto di capacità che può avere un impatto significativo sulle prestazioni della pompa e dell'intero sistema idraulico.
Le proprietà fisiche delle linee di pompaggio sono meno rilevanti per le applicazioni con gas rispetto a quelle con liquidi. Poiché i gas, a differenza dei liquidi, sono comprimibili, le pulsazioni della pompa non rappresentano un problema rilevante nelle applicazioni con gas. In questo caso, le pulsazioni si dissipano perché il gas stesso agisce come una sorta di molla e non trasmette lo shock delle pulsazioni in modo così brusco.
Comprendere l'effetto di capacità delle linee di pompaggio
Poiché le linee di pompaggio sono elastiche in una certa misura, agiscono in modo simile a una molla quando sono soggette a pulsazioni. Quando la pompa scarica, la pressione aumenta nella linea di uscita, di conseguenza si espande e contiene più liquido. Quando la pompa esegue la corsa di ingresso, la pressione nella linea di uscita diminuisce e il materiale si contrae di conseguenza, espellendo il liquido. Questa interazione può portare a effetti armonici che amplificano o compromettono le prestazioni della pompa e dell'intero sistema idraulico.
I due video seguenti mostrano una simulazione di questo fenomeno di risonanza. L'impianto è costituito da un pistone sulla sinistra che simula la pulsazione e da un tubo in PVC-P con un diametro interno di 4 mm, uno spessore della parete di 1 mm e una lunghezza di 1,5 m. Il tubo è collegato a un serbatoio sul lato destro. Nel video 1, il pistone funziona a 1200 giri/min, mentre nel video 2 funziona a 2700 giri/min. Questa frequenza variabile è l'unica differenza tra le due configurazioni e ha un effetto considerevole sulle condizioni di pressione nel tubo. In entrambe le configurazioni, il pistone genera la stessa quantità di flusso per corsa. Tuttavia, la pressione nel tubo differisce in modo significativo. Funzionando a 1200 giri/min, il pistone più lento genera una pressione all’incirca doppia nella linea di uscita. Questa significativa differenza di pressione è dovuta all'effetto di capacità del tubo.
Come risolvere i problemi relativi ai tubi nelle pompe
Quando le pulsazioni della pompa causano problemi con i tubi, esistono diversi approcci che possono aiutare a mitigare il problema. Un metodo consiste nel provare diverse lunghezze, diametri, spessori delle pareti e materiali dei tubi. I materiali più morbidi spesso aiutano ad attenuare gli effetti delle pulsazioni. Tuttavia, a causa della complessità di queste interazioni, questo approccio non è pianificabile. In molti casi, l'unico modo per identificare soluzioni efficaci è fare dei tentativi. Fattori quali il materiale del tubo, la lunghezza e la temperatura del fluido possono influenzare in modo significativo le prestazioni del sistema in modi imprevedibili.
Una soluzione più affidabile prevede l'uso di smorzatori esterni sui lati di ingresso e uscita della pompa. Sebbene efficaci, gli smorzatori esterni aumentano le dimensioni e la complessità del sistema e introducono ulteriori potenziali punti di guasto e perdite.
Un'alternativa superiore e altamente affidabile è l'uso della tecnologia Smooth Flow di KNF. Queste pompe combinano i vantaggi della tecnologia delle pompe a membrana con una pulsazione significativamente ridotta. Ciò si ottiene grazie a smorzatori interni avanzati o utilizzando fino a cinque membrane che funzionano in parallelo con sfasamenti che attenuano i singoli picchi di pulsazione. Grazie a questo design avanzato e unico, KNF offre una soluzione ideale per le applicazioni in cui possono verificarsi problemi di armoniche nei tubi.
