Pompe Pneumatiche a Membrana: Funzionamento, Vantaggi e Applicazioni Industriali

Le pompe pneumatiche a membrana rappresentano una soluzione idraulica volumetrica versatile ed efficiente, ampiamente impiegata in svariati settori industriali. Conosciute anche con l'acronimo AODD (Air Operated Double Diaphragm), queste macchine si distinguono per la loro capacità di gestire un'ampia gamma di fluidi, dai liquidi a bassa viscosità a quelli altamente corrosivi, abrasivi o contenenti particelle solide. Il loro funzionamento si basa sul movimento alternato di due membrane flessibili, azionate da un sistema ad aria compressa, che permette il trasferimento del fluido da un collettore di aspirazione inferiore a un collettore di mandata.

Principio di Funzionamento delle Pompe AODD

Il cuore delle pompe pneumatiche a membrana è costituito da due membrane flessibili montate su un albero condiviso. L'intero ciclo di funzionamento si basa sull'utilizzo di aria compressa come fluido motore.

Componenti Chiave

Per comprendere appieno il funzionamento, è essenziale analizzare i componenti principali:

• Corpo centrale: Questo elemento include l'ingresso e lo scarico dell'aria di alimentazione e lo scambiatore pneumatico. Lo scambiatore pneumatico, spesso brevettato, è un componente chiave che fornisce una pressione alternata alla valvola dell'aria, contribuendo al movimento delle membrane e all'azione di pompaggio. È costituito da un cilindro esterno suddiviso in tre sezioni: l'aria compressa entra nella sezione centrale e fuoriesce nelle camere dietro le membrane attraverso le due sezioni laterali.
• Camere fluido: Queste ospitano i volumi all'interno dei quali il fluido viene aspirato e pompato. Le camere fluido comprendono le membrane e talvolta includono l'alloggiamento delle sfere, che fungono da valvole di non ritorno in ingresso e uscita.
• Collettori: Offrono l'interfaccia di collegamento all'impianto e sono fissati alle camere esterne per garantire la tenuta e creare un percorso di flusso del fluido.
• Valvola dell'aria: Dirige l'aria compressa all'interno delle camere e contribuisce allo spostamento del gruppo membrana.

Il Ciclo di Pompaggio

Il funzionamento si articola in fasi sequenziali che garantiscono il trasferimento continuo del fluido:

1. Fase di Spinta: L'aria compressa, settata in un range tra 1,5 e 8 bar (normalmente gestita in un rapporto 1:1 con i liquidi da trasferire), viene spinta verso una delle camere della pompa. Attraverso un albero distributore, questa aria imprime alle membrane il movimento che ne aziona il pompaggio.
2. Movimento della Membrana: La membrana, spinta dalla pressione dell'aria, si dilata e sposta il liquido dalla camera nel collettore di mandata. Contemporaneamente, l'altra membrana si ritrae, creando un vuoto nella sua camera e permettendo l'aspirazione del fluido.
3. Fase di Scarico: Nella fase di scarico, la camera aria della membrana che prima era in pressione vede ora un passaggio aperto verso l'ambiente esterno. La trazione della membrana opposta, che si sta gonfiando, ritrae la membrana creando nello stesso tempo una depressione nella camera fluido, che permette la risalita del fluido e il suo riempimento.
4. Ciclo Continuo: Le camere lavorano in alternanza, con l'aria compressa che si sposta avanti e indietro tra le camere, assicurando un flusso costante e riducendo le pulsazioni.

Vantaggi delle Pompe Pneumatiche a Membrana

Le pompe pneumatiche a membrana offrono numerosi vantaggi che le rendono una scelta privilegiata in molteplici contesti industriali.

Versatilità e Compatibilità con i Fluidi

Una delle principali qualità di queste pompe è la loro capacità di lavorare con quasi tutti i tipi di fluidi. Possono gestire liquidi estremamente acidi, corrosivi, alcalini, vernici, colle, e liquidi ad alta viscosità fino a 50 CPS. La loro efficacia si estende anche a liquidi con particelle solide fino a 2 mm di diametro in configurazioni più piccole e fino a 12 mm nelle più grandi. Questo le rende ideali per il pompaggio di fanghi, inchiostri, resine e altri materiali complessi.

Robustezza e Affidabilità

Le pompe AODD sono note per la loro robustezza e la capacità di operare in condizioni gravose. Sono particolarmente efficaci per trasferire una vasta gamma di fluidi, inclusi quelli viscosi, quelli abrasivi o i fluidi carichi di particelle solide. A differenza delle pompe centrifughe, non subiscono cavitazione, un fenomeno che può danneggiare gravemente altri tipi di pompe. Inoltre, possono funzionare a secco senza subire danni, una caratteristica preziosa in applicazioni dove l'alimentazione del fluido può essere intermittente.

Sicurezza e Idoneità per Ambienti Pericolosi

Poiché non richiedono elettricità per il funzionamento, essendo alimentate da un impianto di compressione dell'aria, le pompe pneumatiche a membrana sono meno propense a generare scintille. Questo le rende ideali per l'uso in ubicazioni remote o pericolose dove il funzionamento con elettricità potrebbe costituire un rischio. Molti modelli sono provvisti di Certificazione Atex per usi in ambienti a rischio di esplosione, prodotti in esecuzione antideflagrante, in accordo con la Direttiva 2014/34/UE secondo gli standard europei armonizzati EN-60079-10 ed EN 1127-1. Su richiesta, sono disponibili in speciale versione conduttiva per l'impiego in "Zona1 - Zona21", mentre nella versione standard sono adatte a usi in "Zona2 - Zona22" (presenza di gas e di polveri infiammabili).

Regolabilità e Controllo

Le pompe pneumatiche a membrana sono facilmente regolabili, permettendo variazioni della portata tramite la gestione della pressione dell'aria compressa o manipolando il collettore d'aspirazione. Questa flessibilità le rende adatte a diverse esigenze applicative, garantendo sempre portata e prevalenza regolabili.

Manutenzione e Durata

Rispetto ad altre tecnologie di alimentazione, la pompa a doppia membrana gestita ad aria compressa offre numerosi vantaggi, come ad esempio un flusso del materiale a pulsazioni molto ridotte a garanzia di un'alimentazione e di un getto del materiale uniforme. La pompa a doppia membrana è inoltre dotata di protezione contro il funzionamento a secco. Grazie al facile accesso a tutti i componenti, la pompa a doppia membrana consente interventi di manutenzione e il montaggio di parti di ricambio in tempi rapidi. Che si tratti della sfera della valvola, di una guarnizione o di qualsiasi altra parte, la sostituzione è presto fatta.

Tipi Specifici di Pompe Pneumatiche a Membrana

La versatilità di queste pompe si estende alla loro capacità di adattarsi a svariate configurazioni di impianto e alle loro molteplici varianti, ciascuna progettata per esigenze specifiche.

Pompe con Design Compatto (es. Serie BX50)

Le pompe pneumatiche BX50, ad esempio, sono caratterizzate da ingombri estremamente ridotti. Le loro dimensioni compatte le rendono particolarmente idonee ad essere montate in apparecchiature industriali dove vi è la necessità di movimentare piccole quantità di fluido in spazi ristretti. La forma squadrata di queste pompe a doppia membrana è infatti perfetta per usi in ambienti scomodi, in posizioni inusuali o in luoghi di difficile accesso, come nel caso di montaggi in batteria, di installazioni in armadi di distribuzione centralizzata, di installazione a banco o a soffitto (situazioni impiantistiche molto diffuse nel settore chimico, nella movimentazione di inchiostri e vernici, nelle macchine da stampa, nei circuiti di circolazione olio). Il principio costruttivo delle pompe a doppia membrana Savino Barbera permette il pompaggio senza problemi di liquidi densi, infiammabili o viscosi. Indipendentemente dal liquido movimentato, le pompe BX hanno sempre portata e prevalenza regolabili, possono funzionare a secco, possono essere installate in aree potenzialmente esplosive (che richiedono la Certificazione Atex) o in ambienti dall'umidità elevata.

Pompe per Applicazioni Gravose (Heavy Duty)

Le pompe pneumatiche a membrana Sandpiper a sfera Heavy Duty serie HDB sono ideali per liquidi da poco a molto viscosi e con piccole particelle solide. Assicurano un'elevata capacità d'aspirazione e prevedono diverse opzioni specifiche per le bocche d'aspirazione (dal basso, dall'alto). Sono molto resistenti all'usura con l'utilizzo di prodotti anche molto abrasivi, prodotte in materiale metallico (alluminio, ghisa, acciaio inox e Hastelloy) e con una vasta scelta di materiali per sfere, sedi e membrane (gomme, termoplastici e Ptfe).

Per liquidi molto abrasivi e con particelle in sospensione, fino alla taglia della pompa, si utilizzano le pompe pneumatiche a membrana Sandpiper a clapet Heavy Duty serie HDF. Tutte le pompe HDF hanno mandata verso il basso per evitare depositi di liquido all'interno e per assicurare la massima capacità d'aspirazione. Sono prodotte in materiale metallico (alluminio, ghisa e acciaio inox) con possibilità di vasta scelta di gomme, termoplastici e PTFE per membrane, sedi e valvole.

Pompe per Fluidi Corrosivi e Pericolosi (Containment Duty)

Le pompe pneumatiche a membrana Sandpiper Containment Duty sono ideali per liquidi corrosivi e pericolosi, sia nella versione metallica che plastica. Hanno tutte una camera di contenimento con liquido interposto e possibilità di montare una specula visiva o un sensore di rottura membrane. Sono prodotte sia in materiale metallico (alluminio, ghisa, acciaio inox e Hastelloy) che in materiale plastico (polipropilene o PVDF) con sedi, sfere e membrane in Ptfe.

Pompe per Settori Specifici (Alimentare, Farmaceutico, Cosmetico)

Le pompe pneumatiche a membrana Dellmeco serie sanitaria, ad esempio, sono realizzate in AISI 316L, elettrolucidate con finitura superficiale inferiore a 0,8 micron, certificate ATEX Ex II 2G TX. Modelli appositamente progettati per il settore alimentare, farmaceutico e della cosmesi, totalmente smontabili ed ispezionabili. Sono adatte ai lavaggi CIP e alle sterilizzazioni SIP; questa serie è sprovvista di punti morti dove possono proliferare i batteri. Le pompe a doppia membrana FOOD sono specificamente progettate e costruite per soddisfare gli standard richiesti per l'utilizzo in applicazioni che riguardano l'industria alimentare.

Pompe con Tecnologia Innovativa (es. Albin)

Le pompe Albin pneumatiche a doppia membrana con passaggio del liquido centralmente all'interno pompa, vengono usate prettamente nel settore inchiostri e resine. Hanno membrane in PTFE vulcanizzato, valvole a clapet in Peek, corpi pompa in PP conduttivo ed alluminio, certificate ATEX, cassetto pneumatico brevettato a risparmio energetico, innovative rispetto ai modelli tradizionali. Grazie a questa costruzione, vengono ridotte le pulsazioni, il consumo dell'aria compressa, la rumorosità e gli ingombri, viene aumentata la durata delle membrane, vengono facilitate l'installazione in qualsiasi posizione e la manutenzione sul posto.

Pompe per Spruzzatura (WAGNER)

I sistemi a spruzzo WAGNER si affidano a pompe a doppia membrana pneumatiche, cioè a dire a tipi di pompe a doppia membrana ad aria compressa. L'aria compressa genera il movimento ascendente e discendente del pistone pneumatico alloggiato nel motore della pompa. Nelle pompe pneumatiche a doppia membrana WAGNER Cobra 40-25 e WAGNER Cobra 40-10 (AC) l'olio idraulico viene alimentato alla membrana assicurandone il movimento. La membrana aspira il materiale e, dopo aver cambiato direzione, lo alimenta a pressione dal tubo alla pistola a spruzzo. La pompa a doppia membrana Zip 52 di WAGNER non funziona invece con olio idraulico, lavora con una bassa pressione del materiale, non superiore a 8 bar. La pompa a doppia membrana ad aria compressa di WAGNER assicura prestazioni elevate e un lungo ciclo di vita al tempo stesso. La Zip 52 è compatibile con pistole di vari modelli e disponibile in versione avanzata come modello Perfect-Flow o Spraypack. I sistemi WAGNER con pompa a doppia membrana ad aria compressa assicurano un campo di applicazione ampio e versatile, spesso adibiti ad uso stazionario, ad esempio nelle officine di lavorazione del legno o metalli.

Installazione delle Pompe Pneumatiche a Membrana

Le pompe pneumatiche a membrana offrono diversi vantaggi ma, per prevenire danni o costi di riparazione, richiedono una particolare attenzione nella loro installazione.

Requisiti Fondamentali per l'Installazione

1. Installazione su superficie adeguata: Queste pompe devono essere montate su una base solida e stabile per minimizzare vibrazioni e garantire un funzionamento corretto.
2. Utilizzo di raccordi flessibili: È essenziale che i raccordi di aspirazione e scarico siano flessibili, come ad esempio dei tubi di gomma. Questo riduce lo stress meccanico sulla pompa e facilita l'installazione.
3. Dimensioni e lunghezza del tubo di aspirazione: Il tubo di aspirazione dovrebbe avere dimensioni almeno pari alla porta di aspirazione della pompa. Un tubo più stretto può limitare il flusso, causando problemi di aspirazione e riducendo l'efficienza.
4. Adeguata alimentazione d'aria: Assicurati che la linea di alimentazione dell'aria sia della dimensione corretta e in grado di fornire la pressione e il volume d'aria necessari per il funzionamento della pompa. L'aria compressa, utilizzata per azionare queste macchine, deve essere settata in un range tra 1,5 e 8 bar.
5. Regolazione del flusso e della pressione: È fondamentale installare un regolatore di pressione dell'aria sulla linea di alimentazione per controllare la portata e la prevalenza della pompa in base alle esigenze dell'applicazione.

Modalità di Installazione Specifiche

• Installazione in modalità autoadescante: La pompa a membrana è posizionata sopra il livello del fluido ed ha la capacità di aspirarlo, anche con funzionamento a secco, quindi priva di liquido al suo interno. La distanza fra la pompa ed il livello del fluido comporta delle perdite di carico che devono essere considerate.
• Installazione con aspirazione e mandata sdoppiata: In alcune applicazioni è necessario movimentare due fluidi senza lo spazio necessario per collocare due pompe distinte. Alcuni produttori offrono la possibilità di personalizzare le pompe andando a sdoppiare sia la mandata che l'aspirazione. Questo comporta lo spostamento di due fluidi (ad esempio due colori diversi) con la medesima pompa.
• Installazione con aspirazione sdoppiata: Quando c'è l'esigenza di trasformare la pompa in un mixer, è possibile sdoppiare il collettore di aspirazione mantenendo unica la mandata.
• Pompe sommergibili: Esistono varianti specifiche, come le pompe sommergibili, ideali per svuotare vasche.
• Pompe con controllo remoto: Per applicazioni che richiedono maggiore precisione, sono disponibili pompe con controllo remoto.

Differenze tra Pompe Pneumatiche e Elettriche a Membrana

Esistono due tipi principali di pompe a membrana: pneumatiche e elettriche, ciascuna con i propri vantaggi e svantaggi.

Pompe Pneumatiche a Membrana (AODD)

Come ampiamente discusso, queste pompe sono alimentate da aria compressa.

• Vantaggi: Ideali per l'uso in ubicazioni remote o pericolose dove il funzionamento con elettricità non è un'opzione. Hanno meno probabilità di generare scintille, un fattore critico in alcuni ambienti pericolosi.
• Svantaggi: Generalmente hanno costi di manutenzione più elevati a causa del numero di parti mobili e il consumo di aria compressa può essere un fattore di costo operativo.

Pompe Elettriche a Membrana

Queste pompe utilizzano l'elettricità come sorgente di energia per creare un'azione alternativa che sposta il fluido.

• Vantaggi: Combinano l'affidabilità e la compatibilità con i fluidi di una pompa pneumatica a membrana standard con la comodità e l'efficienza energetica di una fonte di alimentazione elettrica. Poiché sono alimentate da un motore elettrico, il consumo energetico può essere ridotto fino a 5 volte rispetto alle pompe pneumatiche a membrana, risultando in un costo totale di proprietà notevolmente inferiore durante la vita utile della pompa.
• Svantaggi: Richiedono una fonte di alimentazione elettrica affidabile e possono generare scintille, limitandone l'uso in ambienti Atex senza apposite certificazioni.

La differenza tra i due tipi di pompe a membrana sta nel modo in cui avviene il movimento dei diaframmi, le membrane flessibili che oscillano avanti e indietro per spostare il fluido.

Criteri di Selezione di una Pompa a Membrana

La scelta della pompa a membrana più adatta dipende da diversi fattori specifici dell'applicazione.

1. Tipo di fluido: Il primo passo è determinare il tipo di fluido che è necessario pompare. È abrasivo, corrosivo, viscoso o contiene particelle solide? La compatibilità dei materiali della pompa con il fluido è cruciale per la durata e l'efficienza.
2. Requisiti di portata e pressione: Determinare la portata e la pressione di scarico necessarie per la propria applicazione di pompaggio. Le pompe a doppia membrana possono movimentare liquidi con vari livelli di viscosità nonché liquidi con solidi in sospensione.
3. Alimentazione: La sorgente di alimentazione disponibile potrebbe determinare il tipo di pompa a membrana utilizzabile. Se l'accesso a una sorgente di energia elettrica affidabile è un problema, le pompe pneumatiche a membrana potrebbero essere l'opzione migliore.
4. Manutenzione e costi: Le pompe pneumatiche a membrana in genere hanno costi di manutenzione più elevati a causa del numero di parti mobili, ma possono avere un prezzo di acquisto iniziale inferiore rispetto alle pompe elettriche a membrana. Tuttavia, poiché le pompe elettriche a membrana richiedono meno energia, il costo totale di proprietà è notevolmente inferiore durante la vita utile della pompa.

Accessori per Pompe a Membrana

Per ottimizzare le prestazioni e la sicurezza degli impianti di pompaggio con pompe a membrana, sono disponibili diversi accessori.

• Smorzatori di pulsazioni DAMPER: La gamma di smorzatori di pulsazioni pneumatici Damper permette di ridurre le pulsazioni di flusso e la vibrazione nella linea di pompaggio, garantendo un flusso più uniforme e proteggendo i componenti dell'impianto. L'uso di smorzatori di pulsazione in ambienti ATEX migliora la sicurezza e l'affidabilità dell'impianto, contribuendo anche all'efficienza operativa e alla protezione dell'investimento.
• Tubo in PVC rinforzato: Rinforzato con anima di metallo per aspirazione e mandata, offre maggiore resistenza e durata.
• Valvola di fondo a sfera: Disponibile in PP o PVDF in diverse misure (1” - 1” ¼ - 1” ½ - 2”), previene il riflusso del fluido nella linea di aspirazione.

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