Pompe volumetriche, che sollevano un determinato volume per ogni ciclo di funzionamento, possono essere suddivise in due classi principali, alternativi e rotativi. Le pompe alternative includono i tipi a pistone, a stantuffo e a diaframma; le pompe rotative includono pompe a ingranaggi, a lobi, a vite, a palette e a camme.
La pompa a stantuffo è il tipo più antico in uso comune. Le pompe a pistone e a stantuffo consistono in un cilindro in cui un pistone o uno stantuffo si muove avanti e indietro. Nelle pompe a stantuffo il pistone si muove attraverso una guarnizione fissa imballata e viene spinto nel fluido, mentre nelle pompe a pistone la guarnizione imballata viene portata sul pistone che spinge il fluido fuori dal cilindro. Quando il pistone si muove verso l’esterno, il volume disponibile nel cilindro aumenta e il fluido entra attraverso la valvola di ingresso unidirezionale. Quando il pistone si muove verso l’interno, il volume disponibile nel cilindro diminuisce, la pressione del fluido aumenta, e il fluido viene spinto fuori attraverso la valvola di uscita. La velocità di pompaggio varia da zero nel punto in cui il pistone cambia direzione a un massimo quando il pistone è circa a metà della sua corsa. La variazione della velocità di pompaggio può essere ridotta utilizzando entrambi i lati del pistone per pompare il fluido. Le pompe di questo tipo sono chiamate a doppio effetto. Le fluttuazioni nella velocità di pompaggio possono essere ulteriormente ridotte usando più di un cilindro.
La velocità di pompaggio totale delle pompe a pistone può essere variata cambiando la velocità di reciprocità dell’asta del pistone o la lunghezza della corsa del pistone. Il pistone può essere azionato direttamente dal vapore, dall’aria compressa o dall’olio idraulico o attraverso un collegamento meccanico o una camma che trasforma il moto rotatorio di una ruota motrice in un moto alternativo dell’asta del pistone.
Le pompe a pistone e a pistone sono costose, ma sono estremamente affidabili e durevoli. Le pompe a pistone sono note per aver funzionato senza riparazioni o sostituzioni per più di 100 anni.
L’azione di una pompa a diaframma è simile a quella di una pompa a pistone in cui il pistone è sostituito da una membrana flessibile pulsante. Questo supera lo svantaggio di avere le guarnizioni del pistone in contatto con il fluido pompato. Come nel caso delle pompe a pistone, il fluido entra ed esce dalla pompa attraverso le valvole di non ritorno. Il diaframma può essere azionato meccanicamente da un pistone direttamente collegato al diaframma o da un fluido come l’aria compressa o l’olio.
Le pompe a membrana forniscono un’uscita pulsante di liquidi o gas o una miscela di entrambi. Sono utili per il pompaggio di liquidi che contengono particelle solide e per il pompaggio di prodotti chimici costosi, tossici o corrosivi dove non si possono tollerare perdite attraverso l’imballaggio.
Le pompe a membrana possono funzionare a secco per un lungo periodo di tempo. Inoltre, il tasso di pompaggio della maggior parte di tali pompe può essere cambiato durante il funzionamento.
Il tipo più comune di pompa a ingranaggi è illustrato nella Figura 1. Uno degli ingranaggi è guidato e l’altro gira libero. Un vuoto parziale, creato dallo svincolo degli ingranaggi rotanti, attira il fluido nella pompa. Questo fluido viene poi trasferito all’altro lato della pompa tra i denti degli ingranaggi rotanti e l’involucro fisso. Quando gli ingranaggi rotanti si ingranano insieme, generano un aumento di pressione che spinge il fluido nella linea di uscita. Una pompa ad ingranaggi può scaricare il fluido in entrambe le direzioni, a seconda del senso di rotazione degli ingranaggi.
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La figura 2 mostra una pompa ad ingranaggi interni. L’ingranaggio condotto è un rotore con denti tagliati internamente, che si ingranano con i denti di un ingranaggio folle tagliato esternamente, posto fuori centro rispetto al rotore. La parte a mezzaluna dell’involucro fisso divide il flusso del fluido tra l’ingranaggio folle e il rotore. Le pompe a ingranaggi possono pompare liquidi contenenti vapori o gas. Poiché dipendono dal liquido pompato per lubrificare le parti mobili interne, non sono adatte al pompaggio di gas. Forniscono un’uscita costante con pulsazioni trascurabili per una data velocità del rotore. L’erosione e la corrosione portano ad un aumento della quantità di liquido che scivola indietro attraverso la pompa. Poiché le pompe a ingranaggi sono soggette a intasamento, non sono adatte al pompaggio di liquidi contenenti particelle solide. Poiché non hanno bisogno di valvole di ritegno, tuttavia, possono essere utilizzate per pompare liquidi molto viscosi.
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Le pompe a lobi assomigliano alle pompe ad ingranaggi esterni, ma hanno rotori con due, tre o quattro lobi al posto degli ingranaggi; i due rotori sono entrambi azionati. Le pompe a lobi hanno un’uscita più pulsante rispetto alle pompe a ingranaggi esterni e sono meno soggette a usura. I compressori a lobi sono usati anche per pompare i gas; ogni rotore ha due lobi.
In una pompa a vite, un rotore a vite elicoidale ruota in un involucro fisso che è modellato in modo che le cavità formate all’ingresso si muovano verso lo scarico mentre la vite ruota. Quando si forma una cavità, si crea un vuoto parziale che attira il fluido nella pompa. Questo fluido viene poi trasferito dall’altra parte della pompa all’interno della cavità che avanza. La forma dell’involucro fisso è tale che all’estremità di scarico della pompa la cavità si chiude, generando un aumento di pressione che spinge il fluido nella linea di uscita.
Le pompe a vite possono pompare liquidi contenenti vapori o particelle solide. Forniscono un’uscita costante con pulsazioni trascurabili per una data velocità del rotore. Poiché le pompe a vite non hanno bisogno di valvole di ritegno in entrata e in uscita, possono essere utilizzate per pompare liquidi molto viscosi. Anche se le pompe a vite sono ingombranti, pesanti e costose, sono robuste, lente da usurare e hanno una vita eccezionalmente lunga.
Una pompa a palette scorrevoli è illustrata nella Figura 3. Il rotore è montato fuori centro. Le palette rettangolari sono posizionate a intervalli regolari intorno alla superficie curva del rotore. Ogni paletta è libera di muoversi in una fessura. La forza centrifuga dalla rotazione spinge le palette verso l’esterno per formare una guarnizione contro l’involucro fisso. Mentre il rotore ruota, si crea un vuoto parziale sul lato di aspirazione della pompa, attirando il fluido. Questo fluido viene poi trasferito all’altro lato della pompa nello spazio tra il rotore e l’involucro fisso. Sul lato di scarico, il volume disponibile è diminuito, e l’aumento di pressione risultante spinge il fluido nella linea di uscita; la velocità di pompaggio può essere variata cambiando il grado di eccentricità del rotore. Le pompe a palette non hanno bisogno di valvole di ritegno in entrata e in uscita; possono pompare liquidi contenenti vapori o gas ma non sono adatte a pompare liquidi contenenti particelle solide. I compressori a palette sono usati per pompare i gas.
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Le pompe a palette forniscono una potenza costante con pulsazioni trascurabili per una data velocità del rotore. Sono robuste, e le loro palette, facilmente sostituibili, sono autocompensanti per l’usura. La capacità di pompaggio non è influenzata fino a quando le palette non sono fortemente usurate.
Sono robuste e le loro palette, facilmente sostituibili, sono autocompensate dall’usura.