Cos'è una pompa a membrana?
Una pompa a membrana è un tipo di pompa volumetrica che utilizza una membrana flessibile (diaframma) come componente principale per trasferire e pressurizzare un fluido. Le pompe a membrana sono impiegate in applicazioni a bassa pressione e basso flusso, e possono essere utilizzate per pompare diversi tipi di gas, liquidi e sospensioni.
Pompa a Membrana
Nota – la pompa a membrana prende il nome dal diaframma che utilizza per pompare il fluido. Le pompe sono spesso denominate in base alla parte che causa l'azione di pompaggio, ad esempio pompa a ingranaggi, pompa a pistone ecc.; lo stesso vale per le valvole, che di solito sono denominate in base al disco utilizzato per aprire e chiudere la valvola, ad esempio valvola a sfera, valvola a saracinesca, ecc.
Quali sono le parti principali di una pompa a membrana?
Una pompa a membrana è composta da relativamente poche parti principali, che sono:
- Valvole di ritegno (aspirazione e scarico)
- Camera di pompaggio
- Diaframma
- Collettore di aspirazione
- Collettore di scarico
Parti della Pompa a Membrana
Le pompe a membrana sono tipicamente azionate pneumaticamente, ma possono anche essere azionate elettricamente o meccanicamente. Le pompe azionate elettricamente richiedono motori elettrici mentre le pompe azionate pneumaticamente richiedono una valvola di distribuzione dell'aria. Questo articolo si concentra sulle pompe a membrana azionate ad aria perché sono le più comuni.
Nota – le valvole di 'non ritorno' sono anche conosciute come valvole di 'non ritorno', 'unidirezionali', 'di riflusso', 'a piede' e 'di ritenzione', ma tutti i termini significano la stessa cosa!
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Come funziona una pompa a membrana?
Le pompe a membrana richiedono aria compressa, corrente elettrica o movimento meccanico per funzionare; l'esempio seguente assume che venga utilizzata aria compressa, poiché è il mezzo più comune per azionare una pompa a membrana. È possibile avere una pompa a diaframma singolo o doppio, ma la pompa a doppio diaframma è molto più comune grazie alla sua maggiore efficienza (risultato del suo movimento a doppia azione).
Animazione della Pompa a Membrana
Nota – le pompe a doppia azione scaricano il fluido mentre si muovono in due direzioni (bidirezionale). Le pompe a singola azione scaricano il fluido mentre si muovono in una sola direzione (unidirezionale). I pistoni idraulici e i cilindri pneumatici spesso utilizzano un design a singola o doppia azione.
Pompe a Singola e Doppia Azione
Funzionamento della Pompa a Membrana
L'aria compressa (tipicamente 6-7 bar/87-101psi di pressione) è collegata a una pompa a doppio diaframma tramite tubi o tubazioni. Un pistone pneumatico (distributore d'aria) fornisce aria compressa allo spazio dietro uno dei diaframmi mentre l'aria viene contemporaneamente scaricata dall'altro; ciò è reso possibile perché entrambi i diaframmi sono montati su un albero comune, cioè quando uno si muove, si muove anche l'altro. L'aria scaricata viene solitamente espulsa attraverso un silenzatore per far funzionare la pompa in modo più silenzioso e per eliminare un getto d'aria ad alta pressione che viene scaricato intermittentemente dalla pompa.
Se l'aria viene scaricata, il diaframma interessato si contrae e assume una forma concava. Se l'aria viene fornita, il diaframma interessato si espande e assume una forma convessa. Mentre il diaframma cambia forma, viene creata una pressione positiva (forma convessa) o negativa (forma concava) all'interno della camera di pompaggio. Il fluido viene aspirato o scaricato dalla pompa a causa delle differenze di pressione create all'interno delle camere di pompaggio. Le valvole di ritegno sono utilizzate per garantire che il flusso attraverso la pompa avvenga solo in una direzione.
Funzionamento della Pompa a Membrana
Materiali di Costruzione della Pompa a Membrana
Il corpo della pompa è spesso realizzato in alluminio o in qualche tipo di materiale a base di polimeri come il PTFE; l'alluminio rende la pompa leggera mentre i materiali polimerici rendono la pompa resistente alla corrosione.
I diaframmi possono essere realizzati in gomma, elastomero termoplastico (TPE) o politetrafluoroetilene (PTFE).
Vantaggi e Svantaggi della Pompa a Membrana
Le pompe a membrana sono molto versatili e sono quindi utilizzate in molte industrie diverse per molte applicazioni; esse sono:
- Ben adatte a operare in ambienti corrosivi, o a pompare fluidi corrosivi, poiché le loro parti possono essere scelte per essere resistenti alla corrosione.
- Possono essere realizzate per essere intrinsecamente sicure, cioè la pompa non è una fonte di accensione quando viene collocata in un ambiente esplosivo o infiammabile.
- Possono operare anche se parzialmente o completamente immerse (a condizione che lo scarico dell'aria sia sopra la superficie del liquido in cui sono immerse).
- Sono autoadescanti (le pompe volumetriche sono autoadescanti, quindi lo sono anche le pompe a membrana).
- Grazie alle loro dimensioni, queste pompe sono leggere e portatili.
- Contengono poche parti e richiedono poca manutenzione.
Nota – il termine 'autoadescante' significa che una pompa ha la capacità di pompare aria.
Annotazioni del Modello 3D
Valvola di Ritegno
Le valvole di ritegno consentono il flusso in una sola direzione. Mentre il diaframma si muove, la pressione creata all'interno del corpo solleverà la sfera dalla sua sede e consentirà il flusso, oppure, premerà la sfera contro la sua sede e fermerà il flusso. L'effetto che il diaframma ha su ciascuna valvola dipende dall'orientamento della valvola di ritegno (la valvola di ritegno superiore opera nella direzione opposta rispetto alla valvola di ritegno inferiore).
Valvola di Non Ritorno a Battente
Aspirazione
Il fluido entra nella pompa attraverso questa connessione. Le pompe a membrana sono pompe volumetriche; quindi possono pompare gas, liquido o vapore.
Scarico
Il fluido viene scaricato dalla pompa attraverso questa connessione.
Membrana del Diaframma
Il diaframma è azionato tramite un pistone pneumatico. Quando la pressione pneumatica viene applicata a un lato del pistone, il diaframma cambia in una forma concava. Quando la pressione pneumatica viene applicata all'altro lato del pistone, il diaframma cambia in una forma convessa. Mentre il diaframma cambia forma, viene creata una pressione positiva (convessa) o negativa (concava) tra le due valvole di ritegno; il fluido viene aspirato o scaricato dalla pompa a causa della differenza di pressione creata. Le membrane del diaframma sono tipicamente costruite in materiale di gomma spessa.
Valvole Pneumatiche
Le valvole pneumatiche all'interno del corpo del diaframma distribuiscono l'aria su entrambi i lati del pistone. Man mano che l'aria viene distribuita su ciascun lato del pistone, la direzione del pistone cambia, e così anche la forma del diaframma (da convessa a concava ecc.).
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Risorse Aggiuntive
https://www.tacmina.com/learn/basics/01.html
https://www.verderliquids.com/us/en/pumps-by-principle/diaphragm-pump/how-do-diaphragm-pumps-work