La guida definitiva alle pompe a membrana: come funzionano, selezione e applicazioni

Una pompa a membrana, nota anche come pompa a membrana o pompa pneumatica, è una pompa a spostamento positivo che utilizza una membrana flessibile, o diaframma, per spostare i fluidi. Queste pompe sono progettate per gestire un'ampia varietà di liquidi, tra cui sostanze viscose, abrasive e corrosive, rendendole adatte a numerose applicazioni industriali. Il meccanismo della pompa isola il fluido dai componenti interni della pompa, il che è un netto vantaggio quando si ha a che fare con materiali sensibili o pericolosi.

Che cosa è una pompa a membrana

Una pompa a membrana è un tipo di pompa a spostamento positivo che sfrutta l'azione alternativa di una membrana flessibile per spostare i liquidi. Questa membrana, solitamente realizzata in gomma, termoplastica o Teflon, forma una guarnizione che separa il liquido pompato dai componenti meccanici della pompa. Variando il volume della camera, il fluido viene aspirato nella pompa e poi espulso. Questo design è particolarmente utile per applicazioni in cui la purezza del fluido o la prevenzione delle perdite sono essenziali.

Tipi di pompe a membrana

Le pompe a membrana sono disponibili in diverse configurazioni, ciascuna adatta a diverse applicazioni. I tipi più comuni includono:

Pompe a membrana singola

Le pompe a membrana singola utilizzano una singola membrana per spostare il fluido. Il funzionamento della pompa prevede che la membrana si muova avanti e indietro, creando un vuoto per aspirare il fluido nella camera della pompa in una corsa, e poi spingendo il fluido fuori nella corsa opposta. Queste pompe sono spesso utilizzate per applicazioni a portata inferiore.

Pompe a doppia membrana

Le pompe a doppia membrana utilizzano due diaframmi collegati da un albero. I diaframmi si muovono in tandem, creando un flusso più continuo ed equilibrato. Un diaframma aspira il fluido nella sua camera mentre l'altro lo espelle, con conseguente scarico più fluido. Questo design è particolarmente utile per gestire fluidi più viscosi e mantenere un'uscita costante.

Pompe AODD

Le pompe a doppia membrana (AODD) azionate ad aria compressa utilizzano aria compressa per azionare le membrane. Ciò le rende adatte all'uso in ambienti pericolosi o esplosivi, in quanto non richiedono energia elettrica. Le pompe AODD sono anche altamente versatili, in grado di gestire un'ampia gamma di tipi di fluidi.

Pompe a membrana azionate meccanicamente

Nelle pompe a membrana azionate meccanicamente, la membrana è mossa da un collegamento meccanico collegato a un motore. Il movimento è controllato da camme, manovelle o altri sistemi meccanici. Questo tipo di pompa in genere fornisce una portata precisa e controllata.

Pompe a membrana azionate elettricamente

Le pompe a membrana azionate elettricamente utilizzano un motore elettrico per muovere la membrana. Queste pompe sono spesso utilizzate in situazioni che richiedono portate precise e possono essere integrate in sistemi automatizzati. Sono generalmente più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai modelli ad aria compressa.

Componenti delle pompe a membrana

Le pompe a membrana sono costituite da diversi componenti chiave che funzionano insieme:

Il diaframma

Il diaframma è il componente principale, che crea una tenuta che isola il fluido pompato dal meccanismo interno della pompa. È solitamente realizzato in materiale flessibile e si muove avanti e indietro.

Camera di pompaggio

La camera della pompa è lo spazio in cui il fluido viene aspirato ed espulso. Il suo volume cambia con il movimento del diaframma, consentendo alla pompa di spostare il fluido.

Valvole

Le valvole di ingresso e di uscita regolano il flusso del fluido dentro e fuori dalla camera della pompa. Queste valvole, che possono essere a sfera, di ritegno o di altro tipo, assicurano che il fluido si muova nella direzione desiderata.

Meccanismo di attuazione

Il meccanismo di attuazione è responsabile dello spostamento del diaframma. Potrebbe essere un collegamento meccanico, aria compressa o un motore elettrico, a seconda del tipo di pompa.

Collettori di aspirazione e mandata

I collettori di aspirazione e scarico sono le connessioni in cui il fluido entra ed esce dalla pompa. Sono progettati per fornire un flusso efficiente e ridurre al minimo le perdite di pressione.

Come funzionano le pompe a membrana

Le pompe a membrana sfruttano un'azione alternativa di un diaframma flessibile per spostare i fluidi. Questo processo comporta diversi passaggi chiave che creano un movimento di pompaggio.

Il cuore dell'operazione è il diaframma, una membrana flessibile. Questo diaframma è collegato a un meccanismo di azionamento, che può essere meccanico, pneumatico o elettrico. Quando il meccanismo di azionamento viene attivato, sposta il diaframma avanti e indietro all'interno della camera della pompa. Questo movimento modifica il volume della camera della pompa, creando l'azione di pompaggio.

• Fase di aspirazione: Durante la fase di aspirazione, il diaframma viene tirato indietro. Ciò aumenta il volume della camera della pompa, creando un vuoto che aspira il fluido nella pompa attraverso la valvola di ingresso. La valvola di uscita è chiusa durante questa fase per impedire il riflusso.
• Fase di scarico: Una volta riempita la camera, il meccanismo di azionamento spinge in avanti il diaframma. Ciò riduce il volume della camera, aumentando la pressione e forzando il fluido attraverso la valvola di uscita e fuori dalla pompa. Contemporaneamente, la valvola di ingresso si chiude, impedendo al fluido di rifluire nella linea di aspirazione.

Il movimento alternato del diaframma, alternando fasi di aspirazione e scarico, determina un flusso continuo di fluido. Questo processo viene ripetuto per fornire un pompaggio costante. Le valvole di ritegno della pompa, situate sia all'ingresso che all'uscita, gestiscono il flusso di fluido, assicurando che viaggi in una sola direzione. Esse impediscono al fluido di fluire di nuovo verso l'ingresso durante la fase di scarico e impediscono il riflusso nella pompa dalla linea di scarico durante l'aspirazione.

Vantaggi delle pompe a membrana

Manipolazione di fluidi viscosi

Le pompe a membrana sono adatte al pompaggio di fluidi ad alta viscosità. Gli ampi giochi e il design semplice consentono un facile passaggio di sostanze dense senza intasamenti.

Manipolazione di fluidi abrasivi

Le pompe possono gestire fluidi contenenti particelle abrasive. Il diaframma flessibile riduce al minimo il contatto con le parti in movimento, riducendo l'usura della pompa.

Capacità di autoadescamento

Le pompe a membrana hanno la capacità di autoadescarsi. Possono aspirare efficacemente i fluidi da sotto la pompa senza richiedere il riempimento iniziale delle linee di aspirazione.

Capacità di funzionamento a secco

Le pompe sono resistenti ai danni quando funzionano senza fluido, noto come funzionamento a secco, per brevi periodi. Questo perché il diaframma protegge le parti interne dall'attrito e dall'accumulo di calore.

Resistenza chimica

Le pompe a membrana sono compatibili con un'ampia varietà di prodotti chimici. La membrana e le parti bagnate possono essere realizzate con materiali resistenti alla corrosione e alla degradazione.

Funzionamento senza perdite

Grazie alla tenuta creata dal diaframma, le pompe sono esenti da perdite. Ciò è importante per il pompaggio di liquidi pericolosi o di valore.

Svantaggi delle pompe a membrana

Flusso pulsante

Le pompe a membrana possono generare un flusso pulsante, in particolare i tipi a membrana singola. Ciò può essere problematico per le applicazioni che richiedono un flusso costante e costante.

Pressione e flusso inferiori

In genere, le pompe a membrana presentano delle limitazioni in termini di portata e capacità di pressione rispetto alle pompe centrifughe o a pistoni.

Requisiti di manutenzione

Sebbene la progettazione sia robusta, prima o poi i diaframmi dovranno essere sostituiti a causa dell'usura e della fatica, con un conseguente aumento dei tempi e dei costi di manutenzione.

Rumore

Le pompe ad aria compressa possono essere rumorose durante il funzionamento. Sebbene altre configurazioni siano meno rumorose, il rumore può comunque rappresentare un problema per alcune applicazioni.

Misurare

Le pompe a membrana possono essere più grandi e ingombranti rispetto ad altri tipi di pompe con portate simili, il che può renderne difficile l'utilizzo in spazi ristretti.

Applicazioni delle pompe a membrana

Industria chimica

Le pompe a membrana sono spesso utilizzate negli impianti di lavorazione chimica per gestire materiali corrosivi e pericolosi. Sono progettate per garantire un trasferimento sicuro e affidabile.

Trattamento delle acque reflue

Queste pompe vengono utilizzate per il dosaggio di prodotti chimici nel trattamento delle acque reflue e nello spostamento dei fanghi, grazie alla loro capacità di gestire i solidi.

Industria alimentare e delle bevande

Le pompe a membrana vengono utilizzate per il trasferimento di prodotti alimentari e bevande, in quanto garantiscono un funzionamento igienico.

Industria farmaceutica

Le pompe vengono utilizzate nell'industria farmaceutica perché possono movimentare fluidi sterili e sensibili senza contaminarli.

Operazioni minerarie

Grazie alla loro capacità di gestire materiali abrasivi, le pompe a membrana vengono utilizzate per pompare fanghi e altri materiali viscosi nelle operazioni minerarie.

Applicazioni di vernici e rivestimenti

Queste pompe vengono comunemente utilizzate per il trasferimento di vernici, rivestimenti e adesivi perché riescono a gestire la consistenza di tali materiali.

Olio e gas

Le pompe a membrana vengono utilizzate per pompare e trasferire vari fluidi nella produzione di petrolio e gas, tra cui fanghi di perforazione e additivi chimici.

Come selezionare la pompa a membrana giusta

La scelta della pompa a membrana corretta implica un'attenta valutazione di diversi fattori:

• Adattamento della pompa all'applicazione e ai requisiti specifici: Innanzitutto, la capacità della pompa deve soddisfare i requisiti dell'applicazione specifica, per quanto riguarda le proprietà del fluido, il luogo di utilizzo e il compito che deve svolgere.
• Portata: Valutare la portata richiesta per garantire che la capacità della pompa soddisfi le esigenze operative. Un sovradimensionamento o un sottodimensionamento della pompa possono causare inefficienze o problemi di prestazioni.
• Pressione: Selezionare una pompa in grado di soddisfare i requisiti di pressione del sistema, tenendo in considerazione la pressione del fluido stesso.
• Tipo di fluido: Valutare la viscosità, l'abrasività, la natura chimica e la temperatura del fluido per garantirne la compatibilità con i materiali della pompa.
• Selezione della taglia: Assicurarsi che le dimensioni fisiche della pompa siano compatibili con lo spazio di installazione e con eventuali vincoli di spazio dell'ambiente.
• Costo: Valutare il rapporto costo-efficacia della pompa, tenendo conto dei costi operativi, della durata utile e del costo di sostituzione dei componenti, per individuare la scelta più conveniente per l'uso specifico.

Problema comune con le pompe a membrana

• Guasto del diaframma: I diaframmi possono rompersi a causa di fatica o degradazione chimica, rendendo necessaria la loro sostituzione.
• Problemi con le valvole: Le valvole possono usurarsi o intasarsi, con conseguenti effetti sulla portata e sulla pressione.
• Perdite: Possono verificarsi perdite attorno alle guarnizioni e ai collegamenti, che richiedono ispezioni e riparazioni attente.
• Perdite d'aria (pompe AODD): Le perdite d'aria nelle pompe AODD possono ridurre l'efficienza e causare problemi operativi.
• Pulsazione: La pulsazione nel flusso può causare vibrazioni del sistema e richiedere apparecchiature aggiuntive, come smorzatori di pulsazioni.

Pompe a membrana contro altri tipi di pompe