Le pompe a membrana offrono chiaramente molti vantaggi, quali la durata, il funzionamento a secco e il trasferimento di liquidi abrasivi. Tuttavia, le pompe a singola membrana possono talvolta creare delle pulsazioni di pressione significative. Picchi di pressione elevati possono ridurre la vita utile della pompa e dei suoi componenti, nonché limitare l'efficienza del sistema. In qualità di leader tecnologico, KNF cerca sempre di migliorare le pompe attuali e di sviluppare nuove tecnologie. Pertanto, KNF ha sviluppato la serie di pompe FP a basse pulsazioni in risposta alle esigenze del mercato.
Perché si verificano le pulsazioni di pressione
Le pompe a membrana sono volumetriche. La portata è generata dalle variazioni cicliche del volume all'interno della camera di pompaggio. A causa delle resistenze idrauliche tra la camera di pompaggio e il carico finale, la pulsazione di volume si trasforma in una pulsazione di pressione. Queste resistenze idrauliche si possono trovare all'interno della pompa, per esempio in prossimità delle valvole, ma anche all’interno dei componenti facenti parte del sistema (tubi, filtri, restringimenti, diramazioni, ecc.). Possiamo paragonare il fenomeno sopra al traffico nel parcheggio di un cinema: dopo il film, gli spettatori escono dal parcheggio ad intermittenza. Se non ci fossero barriere all'uscita, il traffico scorrerebbe senza code (pressione). Tuttavia, a causa degli ostacoli, esempio strada di uscita a singola corsia, la pulsazione di volume (molte persone che escono dal cinema contemporaneamente) si trasforma in una pulsazione di pressione (code di auto). Una volta uscite tutte le macchine dal parcheggio, la situazione diventa tranquilla fino alla fine del prossimo film (che rappresenta la fase di aspirazione della pompa a membrana). In alcune applicazioni è possibile ridurre le pulsazioni grazie all’utilizzo di smorzatori o di pompe a plurimembrana.
Perché le pulsazioni sono dannose
In molte applicazioni, le pulsazioni di pressione o di volume sono indesiderate. Questo è particolarmente vero nell'industria della stampa digitale dove le fluttuazioni di pressione possono influenzare negativamente la qualità dell'immagine. Inoltre, in questa applicazione vengono spesso utilizzati tubi di diametro ridotto che comportano elevate perdite di pressione. Le pulsazioni riducono la durata dei componenti del sistema, generano forti vibrazioni e quindi aumentano la rumorosità. Nel peggiore dei casi le pulsazioni possono dare luogo alla formazione di schiuma e/o alterare le caratteristiche del fluido. Purtroppo, le pompe volumetriche, quali le pompe peristaltiche, ad ingranaggi, a pistone o a membrana, generano delle pulsazioni. Come produttore leader di pompe a membrana, KNF ha sviluppato soluzioni per il trasferimento di liquidi a basse pulsazioni che ottimizzano il flusso del liquido: la serie di pompe FP o Smooth Flow si basa su due diversi principi di funzionamento che descriviamo in dettaglio qui di seguito.
L’utilizzo della tecnologia plurimembrana
Da anni, KNF produce pompe sia a singola che a doppia membrana, le cosiddette pompe boxer. In quest’ultima configurazione, le bielle azionano contemporaneamente due membrane sfasate di 180°. Durante la fase di aspirazione della prima membrana, la seconda si trova nella fase di scarico e espelle il liquido. Questo sfasamento di 180° riduce le pulsazioni nel liquido. La Figura 1 evidenzia la riduzione delle pulsazioni se si utilizza una pompa boxer rispetto a una pompa a singola testata. Una pompa a tre membrane riduce i picchi di pressione di un fattore di 3. Grazie alla riduzione istantanea della portata massima, le pulsazioni create dalle resistenze idrauliche all'interno del sistema si riducono in modo significativo. Il collegamento dei due ingressi e delle due uscite di una pompa a doppia membrana può essere costoso e dispendioso; richiede più spazio e si aumentano le possibili perdite ai rispettivi raccordi. Per questo motivo KNF ha fatto un passo avanti con le pompe FP a basse pulsazioni grazie alle cinque membrane sfasate di 72°. I singoli volumi aspirati da ognuna delle cinque membrane si uniscono all'interno della pompa. In questo modo si ha un solo collegamento sia sul lato aspirazione che sulla mandata. Per il cliente, un solo ingresso e una sola uscita ne semplifica notevolmente il montaggio, riduce i costi e lo spazio necessario all’interno della macchina ed elimina ulteriori connessioni di tubi.
L’utilizzo di smorzatori di pulsazioni
Un altro approccio per ridurre i picchi di pressione in una pompa a membrana a singola testata è l'utilizzo di un cosiddetto smorzatore di pulsazioni che viene solitamente montato sul lato mandata della pompa. Questo approccio è stato utilizzato con successo per anni anche da KNF. Tuttavia, come già accennato prima, in prossimità dei raccordi aggiuntivi ci possono essere delle potenziali perdite di liquido. Per rispondere sempre di più alle esigenze del mercato, KNF ha sviluppato la prima pompa a membrana al mondo con due smorzatori di pulsazioni integrati direttamente nella testa della pompa: uno sul lato aspirazione e uno sul lato mandata.
Come funziona la nuova pompa FP 70
Quando la membrana della pompa si muove verso il basso durante la fase di aspirazione, aspira sia il liquido dal sistema sia il liquido in contatto con lo smorzatore di pulsazioni. Questo funziona perché la membrana dello smorzatore si muove verso il basso grazie alla pressione negativa. Una volta scaricato il liquido dalla pompa, la membrana aspira di nuovo il liquido e riempie nuovamente la camera di smorzamento sul lato di aspirazione. In questa fase la membrana di smorzamento si muove verso l'alto e si ottiene un flusso quasi continuo nella linea di aspirazione. Sul lato mandata, lo smorzatore di pulsazioni assorbe una parte del volume espulso dalla pompa. Questo può essere facilmente visto dalla membrana di smorzamento che si muove verso l'alto. Se la membrana ricomincia ad aspirare, il volume immagazzinato nello smorzatore sul lato mandata viene rilasciato nella linea di scarico (la membrana dello smorzatore sul lato mandata si muove verso il basso). Così si ottiene un flusso di volume continuo all'interno del tubo anche sul lato della pressione. Grazie alle basse fluttuazioni volumetriche nei tubi, la pulsazione di pressione sui lati aspirazione e mandata è minima grazie agli smorzatori integrati. Questo design innovativo garantisce un flusso di liquido a basse pulsazioni che, fatta eccezione per la contropressione, funziona in modo praticamente indipendente dal sistema del cliente. A seconda del tipo di pompa e del punto di funzionamento, le pulsazioni possono essere ridotte fino a un fattore di 20. Inoltre, vengono eliminate ulteriori interfacce per il cliente.
Vantaggi delle pompe a basse pulsazioni
Indipendentemente dal fatto che il trasferimento di liquido costante e a basse pulsazioni sia ottenuto per mezzo di una pompa plurimembrana o di uno smorzatore, esso offre molti vantaggi per il cliente. A seconda della portata, la perdita di carico può essere fino a dieci volte inferiore. Questo è particolarmente importante per fluidi più viscosi, quali inchiostro. Allo stesso tempo, il consumo di corrente del motore è inferiore, il che significa meno riscaldamento. Inoltre, eliminare le pulsazioni ad alta pressione può ridurre la formazione di microbolle. Può anche prevenire la formazione di schiuma, specialmente per i liquidi con bassa tensione superficiale. Anche la controllabilità della pompa è notevolmente aumentata, poiché la portata è molto lineare rispetto alla velocità che è indipendente dal sistema del cliente. Infine, il carico di lavoro all'interno della pompa è ridotto e tutti i componenti del sistema sono sottoposti a stress inferiore grazie alle pulsazioni ridotte. In questo modo sia la pompa che i componenti durano di più. Altro vantaggio è la riduzione delle vibrazioni dei tubi che contribuisce alla riduzione del rumore.
