L’analisi fluidodinamica di pompe a pistoni in linea per acqua è necessaria in un’ottica di scelte progettuali che ne vadano ad ottimizzare le prestazioni nelle applicazioni di interesse.

Le pompe a pistoni in linea per acqua sono utilizzate nei sistemi di lavaggio industriali, lavaggio per automobili e nei sistemi antincendio. Il tipo di applicazione in cui vengono utilizzate impone alcune criticità: queste pompe devono essere robuste ed economiche; ci si aspetta che operino in condizioni diverse in termini di velocità e pressione con buona efficienza, considerando anche la possibilità di avere la bocca di aspirazione non pressurizzata, a seconda del contesto. Inoltre, anche il rumore e le vibrazioni possono rappresentare forti criticità in alcune applicazioni.

Peculiarità

Le pompe a pistoni assiali in linea sono caratterizzate da un’architettura piuttosto robusta, costituita da un albero a gomiti e biella connessa al pistone pompante. In particolare, la pompa analizzata ha tre pistoni pompanti connessi all’albero con uno sfasamento angolare di 120° l’uno rispetto all’altro. Ciascun pistone aspira dal serbatoio (o dalla rete idrica) e poi manda acqua attraverso semplici valvola automatiche, con otturatore a fungo e molla opportunamente precaricata.

L’albero, la biella e in generale i componenti in moto della pompa sono lubrificati con olio minerale, i pistoni invece sono realizzati in materiale ceramico e sono isolati con apposite tenute dalla parte olio.

Come visibile in Figura 1, la parte dei pistoni, valvole automatiche e testata della pompa lavora con acqua, la parte sottostante con olio minerale. Il funzionamento della pompa è piuttosto semplice, ma la progettazione richiede grande attenzione per ciò che riguarda la resistenza meccanica, la tenuta delle guarnizioni che assicurano la separazione degli ambienti che operano con acqua e con olio. Proprio su questi due aspetti si concentra la maggior parte degli sforzi dei progettisti, mentre l’aspetto fluidodinamico passa in secondo piano. Tuttavia, in determinate applicazioni più delicate e in un contesto di ricerca dell’ottimizzazione energetica di sistemi e componenti, gli aspetti fluidodinamici, che sono legati alle vibrazioni, al rumore e al rendimento, stanno diventando anch’essi molto importanti. Per questo motivo il Laboratorio di Idraulica del Veicolo del Dipartimento di Ingegneria Enzo Ferrari di Modena e Annovi e Reverberi SpA lavorano insieme su questi aspetti. In questo lavoro si descrive parte dell’attività condotta, in continuazione con quanto descritto in [1], relativamente alle tematiche della modellazione e simulazione fluidodinamica della pompa a pistoni in linea precedentemente descritta.