Pompa centrifuga e pompa volumetrica positiva: differenze, usi e come scegliere

Come funziona ciascun tipo di pompa

Pompe centrifughe e le pompe volumetriche spostano il fluido mediante meccanismi completamente diversi e questa unica distinzione determina quasi ogni differenza di prestazioni tra di loro. Comprendere il principio di funzionamento di ciascuno è il punto di partenza per qualsiasi selezione informata della pompa.

Una pompa centrifuga converte l'energia rotazionale del motore in energia cinetica nel fluido. Mentre la girante gira, accelera il liquido verso l'esterno dal suo centro attraverso la forza centrifuga, che viene poi convertita in pressione all'uscita di scarico. Più velocemente gira la girante, maggiore sarà la velocità trasmessa al fluido, ma la relazione tra flusso e pressione non è fissa. La portata diminuisce all'aumentare della contropressione del sistema. Per un'analisi dettagliata dei principi e del design delle pompe centrifughe, comprese la geometria della girante e le configurazioni dell'involucro, vale la pena esaminare attentamente la progettazione sottostante prima di specificarne una per un processo.

Una pompa volumetrica (PD) funziona secondo un principio completamente diverso: intrappola un volume fisso di fluido in una cavità (tramite ingranaggi, diaframma, pistone, lobi rotanti o cavità progressiva) e quindi forza fisicamente quel volume nella linea di scarico ad ogni ciclo o rotazione. La quantità di fluido erogato per giro o corsa rimane sostanzialmente costante, indipendentemente da ciò che fa la pressione a valle. Questa certezza meccanica è la caratteristica distintiva della pompa PD ed è al tempo stesso il suo più grande punto di forza e, in determinate situazioni, il suo limite.

Curve di prestazione: la differenza chiave che interessa agli ingegneri

Se si tracciano le curve prestazionali di questi due tipi di pompe una accanto all'altra, il contrasto diventa immediato. Sulla curva di una pompa centrifuga, la portata e la prevalenza hanno una relazione inversa: all'aumentare della contropressione, la portata diminuisce. La pompa funziona in modo più efficiente in un punto specifico, il punto di migliore efficienza (BEP), e le prestazioni diminuiscono su entrambi i lati. Gli ingegneri devono progettare i sistemi in modo che il punto operativo rimanga vicino al BEP; il funzionamento di una pompa centrifuga lontano dalla curva porta a sprechi di energia, vibrazioni e usura prematura.

La curva di una pompa volumetrica non assomiglia quasi a questa. Poiché sposta un volume fisso per ciclo, la portata rimane quasi costante in un ampio intervallo di pressioni di scarico . All’aumentare della pressione, il flusso cambia appena. Ciò rende le pompe PD intrinsecamente adatte per il dosaggio, la misurazione e qualsiasi applicazione che richieda un rendimento prevedibile e coerente. Il compromesso è che se la linea di scarico è bloccata, la pressione continuerà ad aumentare finché qualcosa non si guasta, motivo per cui la maggior parte delle installazioni di pompe volumetriche richiedono una valvola limitatrice di pressione.

Comprendere come la portata e la prevalenza interagiscono in un dato sistema è essenziale prima di impegnarsi con uno dei due tipi di pompa. Una trattazione completa sulla comprensione della portata e della prevalenza della pompa aiuta a chiarire come questi parametri interagiscono con la lunghezza del tubo, le perdite per attrito e la resistenza del sistema nelle installazioni reali.

Gestione della viscosità: dove ogni pompa vince o fatica

La viscosità del fluido è senza dubbio la variabile più importante quando si sceglie tra una pompa centrifuga e una pompa volumetrica. I due tipi rispondono alla viscosità in modi opposti, il che significa che scegliere quello sbagliato può comportare gravi perdite di efficienza o un guasto totale della pompa.

Le pompe centrifughe funzionano meglio con fluidi a bassa viscosità: acqua, prodotti chimici leggeri, solventi sottili e liquidi simili che scorrono liberamente. All’aumentare della viscosità, le perdite per attrito all’interno della pompa aumentano rapidamente. La portata diminuisce, la prevalenza diminuisce, l'efficienza diminuisce e il consumo energetico aumenta. Al di sopra di circa 200-400 centipoise (a seconda del design della pompa), il degrado delle prestazioni di una pompa centrifuga diventa abbastanza grave da renderla una scelta poco pratica.

Le pompe volumetriche rispondono all'aumento della viscosità in modo molto diverso. Man mano che il fluido diventa più denso, una pompa PD diventa spesso più efficiente , non meno, perché una maggiore viscosità riduce le perdite interne attraverso i giochi. Le pompe a ingranaggi, le pompe a lobi e le pompe a cavità progressiva vengono abitualmente utilizzate per trasferire oli, adesivi, fanghi, polimeri e altri mezzi ad alta viscosità che bloccherebbero completamente una pompa centrifuga. Le pompe PD gestiscono inoltre i fluidi sensibili al taglio in modo più delicato, perché generano velocità interne inferiori: un vantaggio fondamentale nella lavorazione degli alimenti, nei prodotti farmaceutici e nelle applicazioni biologiche in cui il fluido non deve essere degradato da forze meccaniche.

Confronto testa a testa

La tabella seguente riassume le differenze più significative dal punto di vista operativo tra le due categorie di pompe rispetto ai parametri che contano di più negli ambienti dei processi industriali e chimici.

Applicazioni comuni per ciascun tipo di pompa

I profili applicativi delle pompe centrifughe e volumetriche riflettono i rispettivi punti di forza. Sapere dove prevale ciascun tipo aiuta gli ingegneri a restringere le opzioni prima che inizi la progettazione dettagliata.

Pompe centrifughe sono i cavalli di battaglia dell'approvvigionamento idrico municipale, della circolazione HVAC, dei sistemi di raffreddamento e del trasferimento di liquidi di grandi volumi. Nell'industria chimica, gestiscono acidi, alcali, solventi e acqua di processo dove la viscosità è bassa e la priorità è un'elevata produttività. Costituiscono inoltre la scelta standard nel trattamento delle acque reflue, nell'estinzione degli incendi e nell'irrigazione agricola, applicazioni in cui sono richieste portate elevate e costanti a pressioni moderate. Per una panoramica dei diversi tipi di pompe centrifughe e dei loro usi industriali, comprese le varianti a flusso radiale, flusso assiale e a trascinamento magnetico, è disponibile un ampio spettro di configurazioni adatte alle diverse esigenze di processo.

Pompe volumetriche entrano in gioco dove le pompe centrifughe non sono all'altezza. Le pompe a ingranaggi e le pompe a lobi sono standard nei sistemi di lubrificazione, nell'idraulica e nelle applicazioni alimentari che coinvolgono sciroppi, salse e oli commestibili. Le pompe a membrana e le pompe peristaltiche servono il dosaggio chimico e la produzione farmaceutica, dove il dosaggio preciso e la prevenzione della contaminazione non sono negoziabili. Le pompe a cavità progressiva gestiscono fanghi densi e mezzi abrasivi nelle operazioni di estrazione mineraria, acque reflue e perforazione. Le pompe a pistone e a stantuffo forniscono le pressioni molto elevate richieste nei sistemi di decalcificazione, test idrostatici e pulizia ad alta pressione.

Come scegliere la pompa giusta per il tuo processo

La scelta tra una pompa centrifuga e una volumetrica si riduce a quattro domande poste in sequenza. Rispondendo onestamente rispetto alle condizioni di processo effettive (non alle condizioni di progettazione ideali) e il tipo di pompa corretto di solito diventa chiaro.

1. Qual è la viscosità del fluido? Se è costantemente inferiore a 200 cP, una pompa centrifuga è il punto di partenza naturale. Se è superiore a 500 cP o se la viscosità varia in modo significativo a seconda delle condizioni operative, una pompa volumetrica fornirà prestazioni più prevedibili.
2. Come deve essere il profilo del flusso? Se è necessario un flusso preciso, dosato o costante, indipendentemente da ciò che accade alla pressione a valle, una pompa PD è la scelta corretta. Se l'applicazione tollera un flusso variabile e la priorità è un'elevata produttività, una pompa centrifuga è più efficiente ed economica.
3. Quale pressione richiede il sistema? Per pressioni di scarico molto elevate, superiori a quelle che può fornire una pompa centrifuga monostadio, le pompe PD offrono un percorso più diretto verso l'uscita richiesta. Per pressioni moderate con flusso elevato, i design centrifughi (compresi quelli multistadio) sono in genere la soluzione migliore.
4. Quali sono le caratteristiche particolari del fluido? La sensibilità al taglio, l'abrasività, il contenuto solido e l'aggressività chimica influenzano sia il tipo di pompa che la scelta dei materiali. Per i fluidi di processo corrosivi in ​​particolare, la guida alla scelta della pompa giusta per fluidi corrosivi illustra la compatibilità dei materiali per i comuni prodotti chimici aggressivi, inclusi acidi e solventi.

Per le applicazioni che coinvolgono fluidi di processo pericolosi o di alto valore in cui le perdite non possono essere tollerate, le pompe chimico-magnetiche per il trasferimento di fluidi senza perdite offrono una soluzione specializzata che elimina completamente le tenute meccaniche, rilevante sia per le configurazioni centrifughe che per alcune configurazioni PD. La guida ufficiale del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti sulle considerazioni sulla selezione delle pompe fornisce un quadro rigoroso per valutare i requisiti di sistema, le proprietà dei fluidi e i fattori di efficienza energetica nelle specifiche delle pompe industriali. Per uno sguardo completo alle configurazioni di pompa disponibili in entrambe le categorie, la gamma completa di pompe chimiche industriali comprende opzioni centrifughe, a trasmissione magnetica e speciali progettate per ambienti di processi chimici esigenti.