Pompe centrifughe vs. pompe a spostamento positivo: una guida completa a tipi, prestazioni, selezione e altro

Le pompe sono i cavalli da tiro di innumerevoli operazioni industriali, ma selezionare il tipo corretto può essere difficile. La scelta tra pompe centrifughe e a spostamento positivo ha un impatto significativo sulle prestazioni. Questi due tipi di pompe differiscono notevolmente nel loro funzionamento, capacità e applicazioni.

Questo articolo esplorerà le complessità di ciascuna, analizzandone i meccanismi, le caratteristiche delle prestazioni e gli usi tipici, fornendo indicazioni per la selezione ottimale della pompa. Tratterà aspetti importanti come principi operativi, portate, gestione della viscosità e considerazioni sulla manutenzione per aiutare i professionisti del settore a prendere decisioni informate.

Che cosa è una pompa centrifuga

Una pompa centrifuga è un tipo di pompa rotodinamica che utilizza una girante rotante per impartire energia cinetica al fluido, aumentandone la velocità e la pressione. Questa energia cinetica viene quindi convertita in energia di pressione quando il fluido esce dalla pompa.

Pompe centrifughe sono caratterizzati dalla loro capacità di spostare grandi volumi di fluido a pressioni relativamente basse, rendendoli adatti a un'ampia gamma di applicazioni che coinvolgono fluidi a bassa viscosità. Sono ampiamente utilizzati in vari settori industriali, ambienti domestici e agricoltura grazie al loro design semplice, alla facilità di funzionamento e alla convenienza.

Principi di funzionamento delle pompe centrifughe

Le pompe centrifughe funzionano secondo il principio di conversione dell'energia meccanica di un motore in energia cinetica all'interno del fluido. Il processo inizia quando il motore elettrico fa girare l'albero della pompa, che è collegato alla girante. La girante, dotata di una serie di pale o palette, ruota ad alta velocità, in genere compresa tra 500 e 5000 giri/min. Questa rotazione crea una forza centrifuga che attira il fluido al centro della pompa, vicino all'occhio della girante. Mentre il fluido si muove attraverso la girante, acquista velocità e viene spinto verso l'esterno, verso i bordi esterni dell'involucro.

La cassa della pompa è progettata per raccogliere il fluido scaricato dalla girante e dirigerlo verso l'uscita della pompa. La forma della cassa converte l'energia cinetica del fluido in energia di pressione, consentendo al fluido di essere spinto attraverso il tubo di scarico. La chiave qui è che la pompa produce flusso creando pressione.

Che cosa è una pompa a spostamento positivo

Una pompa a spostamento positivo è un tipo di pompa che sposta il fluido intrappolando una quantità fissa di fluido in una cavità e quindi forzando o spostando quel volume nel tubo di scarico. A differenza delle pompe centrifughe, che conferiscono energia cinetica al fluido, le pompe a spostamento positivo creano un flusso costante racchiudendo e trasferendo ripetutamente volumi fissi di fluido.

Questo meccanismo consente alle pompe volumetriche di gestire fluidi viscosi e di generare pressioni elevate, rendendole ideali per applicazioni che richiedono dosaggio preciso, alta pressione e la gestione di fluidi difficili.

Principi di funzionamento delle pompe a spostamento positivo

Le pompe a spostamento positivo funzionano intrappolando meccanicamente un volume fisso di fluido e spostandolo dal lato di aspirazione al lato di scarico della pompa. Queste pompe utilizzano una cavità in espansione sul lato di aspirazione e una cavità in diminuzione sul lato di scarico. Quando la cavità sul lato di aspirazione si espande, il fluido viene aspirato nella pompa. Quando la cavità collassa, il fluido viene forzato fuori attraverso la linea di scarico. Questo processo crea un flusso costante, proporzionale alla velocità di funzionamento, indipendentemente dalla pressione. Le pompe a spostamento positivo sono classificate in due tipi principali: alternative e rotative.

• Le pompe alternative, come le pompe a pistone, a stantuffo e a membrana, sfruttano un movimento avanti e indietro per creare l'azione di pompaggio.
• Le pompe rotative, come le pompe a ingranaggi, a lobi, a vite e a palette, utilizzano elementi rotanti per spostare il fluido.

La pressione generata da queste pompe è determinata dalla resistenza del sistema e possono raggiungere pressioni elevate senza un calo significativo della portata. È importante notare che una pompa a spostamento positivo continuerà a produrre flusso anche contro uno scarico chiuso, portando a un rapido aumento della pressione, il che rende necessarie valvole di sicurezza o di sicurezza.

Confronto tra pompe centrifughe e pompe volumetriche

Meccanismo di funzionamento

Le pompe centrifughe funzionano utilizzando una girante per impartire energia cinetica al fluido, che aumenta la velocità e successivamente la pressione, spostandolo attraverso la pompa. Non intrappolano volumi fissi di fluido, ma creano pressione per spostare il fluido.

Le pompe a spostamento positivo, d'altro canto, funzionano intrappolando un volume fisso di fluido all'interno di una camera e forzandolo nella linea di scarico tramite un'azione meccanica. Questo meccanismo di spostamento diretto consente loro di mantenere una portata costante indipendentemente dalle variazioni di pressione.

Caratteristiche della portata

Le pompe centrifughe presentano una portata variabile che cambia con la pressione del sistema. Man mano che la pressione aumenta, la portata diminuisce e viceversa.

Le pompe a spostamento positivo forniscono una portata pressoché costante, indipendentemente dalle variazioni di pressione. La portata è proporzionale alla velocità di funzionamento della pompa, rendendole ideali per applicazioni che necessitano di un output prevedibile e costante.

Gestione della viscosità

Le pompe centrifughe sono più adatte per fluidi a bassa viscosità come acqua, solventi e oli leggeri. Le loro prestazioni diminuiscono significativamente con fluidi a viscosità più elevata a causa delle maggiori perdite per attrito all'interno della pompa. La portata diminuisce rapidamente all'aumentare della viscosità.

Le pompe a spostamento positivo eccellono nella gestione di fluidi ad alta viscosità, come oli densi, sciroppi e fanghi. La portata può effettivamente aumentare con l'aumento della viscosità. Sono progettate con giochi interni che accolgono fluidi densi, garantendo un flusso costante indipendentemente dalla viscosità.

Capacità di sollevamento tramite aspirazione

Le pompe centrifughe standard non sono autoadescanti e non possono creare una depressione, ovvero non possono aspirare il fluido verso l'alto nella pompa.

Le pompe volumetriche, grazie alla loro progettazione, possono creare un vuoto sul lato di ingresso, consentendo loro di aspirare fluidi da sotto il livello della pompa, garantendo così capacità di aspirazione.

Considerazioni sul taglio

Le pompe centrifughe, con le loro giranti ad alta velocità, possono causare il taglio dei fluidi, il che può essere un problema per i materiali sensibili al taglio. Il motore ad alta velocità può degradare il fluido mentre passa attraverso la pompa.

Le pompe a spostamento positivo producono meno taglio, il che le rende una scelta migliore per i fluidi sensibili allo stress meccanico o quelli contenenti solidi fragili. Sono spesso utilizzate per gestire delicatamente i fluidi sensibili al taglio e quelli contenenti solidi fragili.

Richieste di manutenzione

Le pompe centrifughe hanno generalmente minori esigenze di manutenzione grazie al loro design semplice e al minor numero di parti mobili. Ciò le rende adatte al funzionamento continuo. Tuttavia, problemi come cavitazione, usura della girante e perdite di tenuta possono richiedere attenzione.

Le pompe volumetriche solitamente hanno meccanismi più complessi con più parti mobili, il che comporta maggiori esigenze di manutenzione.

Differenze di costo tipiche

Le pompe centrifughe sono solitamente più convenienti da acquistare grazie al loro design più semplice e alla loro ampia disponibilità. Spesso hanno anche costi di manutenzione inferiori.

Le pompe a spostamento positivo hanno costi iniziali più elevati, specialmente per i tipi specializzati, a causa dei loro design più complessi. Hanno anche costi di manutenzione più elevati a causa dei componenti interni più complessi e delle parti più soggette a usura. Tuttavia, possono essere più efficienti dal punto di vista energetico quando si trattano fluidi ad alta viscosità.

Applicazioni tipiche

Le pompe centrifughe sono comunemente utilizzate per applicazioni che coinvolgono fluidi a bassa viscosità e portate elevate. Tra queste rientrano l'approvvigionamento idrico e la circolazione, l'irrigazione, il trattamento delle acque reflue, l'elaborazione chimica, la produzione di petrolio e gas, i sistemi HVAC e la generazione di energia. Sono inoltre utilizzate per trasferire ed elaborare grandi quantità di liquidi durante i processi di cottura, confezionamento o pulizia nella lavorazione alimentare.

Le pompe volumetriche sono preferite per applicazioni che richiedono un dosaggio accurato, alta pressione e la gestione di fluidi viscosi o sensibili al taglio. Gli usi tipici includono il pompaggio di oli densi, il dosaggio di sostanze chimiche, il trasferimento di ingredienti, sciroppi e prodotti finiti nella lavorazione alimentare, la gestione di fluidi corrosivi, abrasivi e ad alta viscosità nella lavorazione chimica e il dosaggio preciso nei prodotti farmaceutici.

Come selezionare la pompa giusta per la tua applicazione

Definizione dei requisiti di sistema

Il primo passo è definire chiaramente i requisiti del sistema. Ciò include la comprensione del fluido da pompare, la portata richiesta, la pressione necessaria e qualsiasi condizione operativa specifica. Determina il volume di fluido che deve essere spostato entro un dato intervallo di tempo. La portata è in genere misurata in galloni al minuto (GPM) o litri al minuto (LPM).

Valutare la pressione o la prevalenza totale che la pompa deve superare. Ciò include la prevalenza statica (la distanza verticale che il fluido deve sollevare) e le perdite di carico all'interno del sistema di tubazioni.

Proprietà dei fluidi

Le proprietà del fluido pompato sono un fattore chiave nella scelta della pompa giusta. La viscosità, che si riferisce allo spessore del fluido o alla resistenza al flusso, influisce sulle prestazioni di entrambi i tipi di pompa. Le pompe centrifughe sono adatte per fluidi a bassa viscosità, mentre le pompe a spostamento positivo sono migliori per fluidi ad alta viscosità. Anche altre proprietà del fluido come densità, corrosività e presenza di solidi dovrebbero essere prese in considerazione.

Requisiti di portata

La portata richiesta è un parametro critico. Se l'applicazione richiede una portata elevata e costante a pressioni più basse, una pompa centrifuga può essere adeguata per applicazioni a bassa viscosità. Tuttavia, se l'applicazione richiede una portata costante anche a pressioni variabili, una pompa a spostamento positivo è un'opzione migliore, soprattutto se la viscosità è elevata. Se ci sono fluttuazioni nella domanda, una pompa centrifuga può adattarsi meglio.

Pressione (testa) necessaria

Anche i requisiti di pressione o prevalenza del sistema sono importanti. Se l'applicazione richiede un'elevata pressione, una pompa a spostamento positivo è generalmente più adatta, in quanto può fornire una portata costante senza un calo significativo della pressione. Le pompe centrifughe sono più efficaci per applicazioni a bassa pressione e possono avere portate in calo considerevole quando la pressione aumenta.

Requisiti di potenza

Il fabbisogno energetico della pompa influirà sui costi operativi. Le pompe centrifughe sono efficienti dal punto di vista energetico in condizioni ottimali. Le pompe a spostamento positivo sono più efficienti nel gestire fluidi altamente viscosi e possono mantenere l'efficienza in un intervallo di pressioni.

Considerate inoltre la velocità di funzionamento di ogni tipo di pompa, poiché le pompe centrifughe tendono a funzionare a velocità più elevate mentre le pompe a spostamento positivo funzionano a velocità inferiori. Queste differenze nelle velocità di funzionamento possono avere un impatto sulla durata della guarnizione e possono influenzare il processo di selezione.