Gestione della viscosità, risposta alla pressione e applicazioni
Confronto tra pompe centrifughe e pompe volumetriche in dettaglio
| Caratteristiche | pompe centrifughe | pompa volumetrica |
|---|---|---|
| Efficienza | Efficienza di picco al BEP, influenzata dalla viscosità | Mantiene un'efficienza costante, gestisce le alte viscosità |
| Gestione della viscosità | Eccellere con la bassa viscosità, faticare con l'alta viscosità | Fatica con le basse viscosità, eccelle con le alte viscosità |
| Risposta alla pressione | Sensibile alle variazioni di pressione, ha problemi di stabilità. | Gestisce efficacemente le variazioni di pressione e offre stabilità |
| Applicazioni | Approvvigionamento idrico, HVAC, irrigazione | Misurazione, sistemi idraulici, trasferimento di sostanze dense |
Le pompe sono utilizzate in molti settori, tra cui quello manifatturiero e farmaceutico. Esistono due tipi principali di pompe: quelle centrifughe e quelle volumetriche. Nella scelta tra le due, è importante notare che una pompa centrifuga utilizza una girante che ruota per creare energia cinetica che aumenta la velocità del fluido. Al contrario, una pompa volumetrica aspira il fluido in una cavità e lo spinge fuori attraverso l'aspirazione. Le dimensioni del mercato globale delle pompe industriali sono state valutate in circa 70 miliardi di dollari nel 2020 e si prevede che raggiungeranno 85-90 miliardi di dollari entro il 2025. Questo blog post vi fornirà un confronto approfondito di questi due tipi di pompe con le loro applicazioni e caratteristiche uniche.
Video di riferimento
Definizioni e principi di funzionamento
Pompe centrifughe
Definizione: Dispositivo meccanico progettato per muovere i fluidi convertendo l'energia cinetica rotazionale in energia idrodinamica; utilizza una girante per aumentare la velocità del fluido, che in seguito si trasforma in pressione.
Principio di funzionamento: in questo tipo di pompa, come illustrato nella figura a sinistra (1), quando il liquido entra attraverso l'occhio (2), la rotazione ad alta velocità del motore elettrico imprime una forza centrifuga che spinge l'acqua all'esterno attraverso le palette curve, aumentandone la velocità prima di entrare nel corpo della voluta o nella sezione del diffusore, dove il flusso ad alta velocità si trasforma in una maggiore prevalenza di pressione con conseguente scarico continuo dalla porta di uscita (3).
Pompe a spostamento positivo
Definizione: Sono dispositivi meccanici che muovono i fluidi intrappolando un volume fisso e poi forzandolo nel tubo di scarico, ad esempio con tecnologia rotativa o alternata; la tecnologia rotativa utilizza parti a ingranaggi, mentre quella alternata impiega pistoni, pistoni e diaframmi, eccetera.
Principio di funzionamento: Il fluido viene aspirato all'interno di una cavità e da lì spostato meccanicamente attraverso il lato di mandata utilizzando alcuni mezzi come lobi di ingranaggi e così via; di solito si parla di pompe rotative, ma quando si tratta di pompe alternative, esse funzionano intrappolando una certa quantità di liquido all'interno di una camera che viene spinta verso l'esterno con un pistone o una membrana, assicurando così una portata quasi uniforme anche in caso di variazioni di pressione. Le pompe volumetriche sono in grado di gestire con facilità fluidi altamente viscosi e sono adatte all'uso in condizioni di pressione variabile.
Confronto di efficienza
Pompe centrifughe
Efficienza in varie condizioni: La pompa centrifuga ha una curva di efficienza che raggiunge un picco nel punto di migliore efficienza (BEP). Questo punto rappresenta il punto in cui la macchina funziona in modo più efficace. L'efficienza diminuisce notevolmente man mano che ci si allontana dal BEP. I fluidi ad alta viscosità influiscono negativamente su questo tipo di efficienza perché i liquidi più densi aumentano la resistenza, impedendo così di mantenere flussi più elevati.
Fattori che influenzano l'efficienza: Ci sono diversi fattori che influenzano il funzionamento delle pompe centrifughe, ma la progettazione della girante è molto importante tra tutti, poiché se non viene eseguita correttamente può verificarsi una perdita di energia durante il funzionamento a causa della formazione di correnti parassite all'interno dei passaggi che conducono alle cavità in cui si trovano questi dispositivi; allo stesso modo deve essere mantenuta una condizione di flusso regolare in tutta la periferia delle giranti, per cui la velocità della pompa dovrebbe essere un'altra considerazione, poiché le velocità elevate accelerano l'usura che a sua volta riduce l'efficacia complessiva nel lungo periodo, a seconda delle proprietà del fluido che si desidera conoscere; anche la densità ha un impatto diretto sulle prestazioni, poiché è necessaria una maggiore potenza per muovere i fluidi più densi, mentre quelli più densi offrono una resistenza al flusso.
Pompe a spostamento positivo
Efficienza in diverse condizioni
Le pompe volumetriche hanno un'efficienza pressoché costante in diverse condizioni. Queste pompe possono lavorare efficacemente con fluidi ad alta viscosità, il che le rende adatte all'uso in applicazioni che coinvolgono sostanze pesanti come oli e resine. A differenza delle pompe centrifughe, le pompe volumetriche erogano sempre la stessa quantità di liquido nonostante le variazioni di pressione. Questa proprietà garantisce prestazioni ineguagliabili anche in presenza di fluttuazioni di pressione.
Fattori che influenzano l'efficienza
Sono diversi gli elementi che determinano l'efficienza di una pompa volumetrica. Il design della camera e la precisione con cui sono state realizzate le parti mobili giocano un ruolo importante a questo scopo. Componenti ben progettati aiutano a ridurre al minimo le perdite interne, assicurando così una corretta dislocazione del fluido al suo interno. L'efficienza può anche essere influenzata dal tipo di fluido trattato; questi dispositivi funzionano al meglio con i liquidi ad alta viscosità, mentre hanno scarse prestazioni se utilizzati con quelli a bassa viscosità. È inoltre necessario effettuare una manutenzione regolare per mantenere un funzionamento ottimale; una buona lubrificazione dovrebbe sempre accompagnare la sostituzione tempestiva delle parti usurate.
Gestione di viscosità diverse dei fluidi
Pompe centrifughe
Prestazioni con fluidi a bassa viscosità
Le pompe centrifughe si distinguono per i fluidi a bassa viscosità. Ciò è dovuto al design della girante, che consente un movimento agevole senza che tali liquidi oppongano molta resistenza. Quando l'acqua o gli oli sottili vengono pompati con questa macchina, scorrono attraverso il sistema in modo fluido grazie al minore attrito creato dalla leggerezza del peso, mantenendo così un'elevata efficienza durante tutto il funzionamento, anche se si verificano frequenti variazioni di velocità lungo il suo percorso, fino al punto di uscita in cui la testa ha bisogno di maggiore energia per essere rimessa in movimento prima di lasciare il tubo di ingresso a forma di imbuto che si allontana dal tubo di uscita di scarico collegato da qualche parte tra i serbatoi che raggiungono il livello di piena capacità dopo un certo tempo trascorso dall'inizio, riempiendo lo spazio vuoto lasciato dietro il serbatoio precedentemente occupato. La ridotta resistenza all'attrito della girante garantisce il raggiungimento di una portata ottimale in qualsiasi momento.
Prestazioni con fluidi ad alta viscosità
Il problema principale delle pompe centrifughe si presenta quando devono gestire fluidi ad alta viscosità. In questi casi, lo spessore del fluido aumenta e ciò comporta un corrispondente aumento dell'attrito che agisce contro la rotazione delle giranti, causando una significativa perdita di energia e riducendo così notevolmente l'efficienza della pompa, tanto che le portate e le prevalenze desiderate non possono più essere sostenute da queste pompe, come richiesto per quei tipi di liquidi in quelle particolari condizioni in cui è necessaria una forza maggiore per muoversi attraverso queste macchine contro la resistenza offerta dalla loro natura pesante. Questo accade perché devono lavorare di più a causa dell'aumento della resistenza, che equivale a pompare sciroppo o olio denso attraverso un tubo stretto rispetto a uno più sottile dello stesso diametro ma di lunghezza maggiore riempito di sola acqua.
Prestazioni con fluidi a bassa viscosità
Le pompe volumetriche hanno difficoltà a lavorare con fluidi a bassa viscosità. La loro struttura prevede di intrappolare e spingere volumi fissi di liquido. La sottigliezza dei liquidi, come l'acqua, fa sì che superino facilmente le parti in movimento, con conseguente inefficienza, poiché la pompa non è in grado di mantenere una portata costante. Questi dispositivi funzionano meglio se utilizzati per sostanze dense. Le perdite sono più pronunciate nei fluidi più sottili, con conseguenti ripercussioni sulle prestazioni complessive.
Prestazioni con fluidi ad alta viscosità
Le pompe volumetriche sono progettate per l'uso con liquidi altamente viscosi. Possono trattare efficacemente questo tipo di materiali confinando e spostando quantità prestabilite in qualsiasi momento durante il loro funzionamento, come illustrato di seguito: le sostanze ad alta viscosità, come oli o resine, scorrono senza problemi attraverso le pompe volumetriche perché hanno sempre una velocità quasi uguale indipendentemente dalle modifiche apportate intorno ad esse durante la fase di variazione della pressione, laddove altri tipi possono fallire, soprattutto se progettate da sole senza un sistema di backup che garantisca un'alimentazione continua anche quando un'unità si guasta durante il periodo di manutenzione Variazioni di pressione
Stabilità della pressione
Le pompe centrifughe hanno problemi a mantenere la stabilità della pressione. La velocità di rotazione della girante determina la pressione in uscita. Qualsiasi variazione della velocità comporta una corrispondente variazione della pressione. Questa mancanza di stabilità può causare problemi alle industrie che necessitano di un attento controllo delle pressioni durante determinate operazioni e processi. Pertanto, tali industrie cercano spesso alternative alle pompe centrifughe quando si tratta di garantire pressioni stabili o costanti.
Pompe a spostamento positivo
Risposta alle variazioni di pressione
Le pompe volumetriche rispondono bene alle variazioni di pressione. Queste macchine mantengono una portata pressoché costante indipendentemente dalle variazioni di pressione. Ciò che accade è che assicurano sempre che il volume di fluido intrappolato venga spinto fuori in modo uniforme. Per questo motivo, le pompe volumetriche funzionano meglio in presenza di frequenti fluttuazioni di pressione.
Stabilità della pressione
Le pompe volumetriche garantiscono livelli migliori o più elevati di stabilità delle pressioni. La viscosità e la densità del liquido pompato non influiscono sulle sue prestazioni. Per questo motivo, le pompe volumetriche sono preferite da molti settori che richiedono un controllo preciso su diversi tipi di fluidi in varie condizioni.
Applicazioni tipiche
Pompe centrifughe
Usi comuni
L'ampia gamma di applicazioni delle pompe centrifughe è dovuta alla loro capacità di gestire in modo efficiente i fluidi a bassa viscosità. Sono adatte all'uso nei sistemi di approvvigionamento idrico perché possono spostare grandi quantità d'acqua senza sprechi di energia. I sistemi HVAC si affidano a questi dispositivi per far circolare l'acqua e mantenere le impostazioni di temperatura all'interno degli edifici. Anche i sistemi di irrigazione li trovano utili, poiché forniscono portate elevate necessarie per una distribuzione uniforme su vasti campi agricoli.
Esempi di settore
Gli impianti chimici utilizzano ampiamente queste macchine per il trasferimento di sostanze chimiche da un luogo all'altro; nelle fabbriche di trasformazione alimentare, dove è necessario trasportare liquidi sottili come succhi di frutta, latte, ecc.
Pompe a spostamento positivo
Usi comuni
Le pompe volumetriche sono utilizzate in situazioni in cui è richiesto un controllo accurato del flusso, soprattutto quando si ha a che fare con fluidi altamente viscosi. Questi tipi di macchine funzionano alla grande durante le applicazioni di misurazione/dosaggio perché possono fornire quantità precise di liquido in modo costante. I sistemi idraulici utilizzano questo tipo di pompe per generare le alte pressioni necessarie per alimentare vari tipi di macchinari. Le industrie che si occupano del trasferimento di sostanze spesse come resine, oli, sciroppi, ecc. preferiscono le pompe volumetriche a causa dell'affidabilità dell'efficienza esibita da questi dispositivi durante la manipolazione di tali materiali.
Esempi di settore
Nelle aziende di produzione farmaceutica, le pompe svolgono un ruolo importante nel garantire che i principi attivi dei farmaci siano somministrati correttamente. Le fabbriche di vernici non sarebbero in grado di operare senza di esse, poiché aiutano a spostare liquidi pesanti come vernici, pitture, ecc. Gli impianti di trasformazione alimentare hanno bisogno di queste unità, in particolare le linee di produzione di impasti di cioccolato e miele. Le industrie cosmetiche trovano necessario che le creme, le lozioni e i gel siano fabbricati con pompe a spostamento positivo per garantire una portata costante.
Quando si sceglie una pompa, bisogna tenere conto dei requisiti e delle caratteristiche specifiche dell'applicazione. Per le situazioni di alta portata e bassa viscosità, le pompe centrifughe possono essere vantaggiose. Le pompe volumetriche funzionano meglio con fluidi ad alta viscosità e con applicazioni che richiedono portate costanti. Conoscere queste distinzioni aiuta a fare una scelta appropriata delle pompe, che a sua volta aumenta l'efficienza e l'affidabilità durante le operazioni industriali.
