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Confronto tra pompe per refrigerante per macchine utensili
La progettazione e la realizzazione di pompe per refrigerante costruite su misura hanno una lunga storia, nonostante la continua evoluzione delle esigenze degli operatori delle macchine utensili. Anno dopo anno, sono stati richiesti tempi di lavorazione sempre più rapidi e cicli di durata inferiore, uniti a standard più elevati di precisione e maggiore varietà dei refrigeranti gestiti dalla pompa. Non sempre i progressi nella progettazione delle pompe convenzionali hanno consentito di rispondere adeguatamente alla sfida di un mercato le cui esigenze di cambiamento possono essere soddisfatte soltanto da una tecnologia applicata alle pompe radicalmente diversa.

La rilevanza di un fornitura di refrigerante ad alta pressione è nota, non ultimo penetrare la piccola "barriera di vapore" ostruente formata sulla superficie di taglio durante la lavorazione. Il calore non può fuoriuscire se il refrigerante non raggiunge l'obiettivo. Un'efficace rottura dei trucioli si affida inoltre al flusso di refrigerante ad alta pressione. 

In tali sistemi si prediligono in generale le pompe di tipo volumetrico, solitamente a vite, a pistone (o stantuffo) e multi-diaframma,  che presentano differenze sostanziali tra loro. I contrasti più evidenti riguardano le pompe multi-diaframma e gli altri tipi di pompe refrigeranti. 


Installazione di pompa per refrigerante senza guarnizioni Hydra-Cell G10 su impianto CNC ad alta pressione presso Craftsman Automation. Queste pompe rappresentano l'opzione selezionata per le attività di raffreddamento e rimozione dei trucioli di quest'azienda in applicazioni comprendenti i trapani a pistola, in cui il refrigerante (una miscela di olio puro da taglio) è iniettato attraverso l'attrezzo a pressioni fino a 70 bar. Il flusso richiesto è 25-30 l/min.


Sebbene sia una caratteristica condivisa, la funzionalità ad alta pressione non rappresenta in alcun caso l'unico fattore significativo nella progettazione delle pompe per refrigerante. A eccezione delle pompe a diaframma, tutte le tipologie si affidano alla tenuta stagna, combinata con filtraggio fine del liquido refrigerante riciclato, in modo da prevenire la penetrazione di particelle abrasive potenzialmente dannoso nelle parti interne fragili. Tuttavia, le guarnizioni dinamiche sono soggette a usura, che riduce la durata operativa, diminuisce la portata di refrigerante e crea una notevole variabilità nel processo, incrementando persino il consumo energetico. La pompa multi-diaframma non prevede guarnizioni dinamiche. Il suo principio operativo è completamente diverso in quanto sviluppa un processo molto più coerente.

Tre o cinque piccoli diaframmi sono inseriti in un'unica testata della pompa compatta e fissati in sequenza dalla pressione dell'olio per creare l'azione di pompaggio, fornendo un flusso regolare e accuratamente variabile di refrigerante al componente operativo in una vasta gamma di pressioni. L'equilibrio idraulico tra liquidi garantisce il funzionamento dei diaframmi senza sollecitazioni, conferendo al diaframma stesso una durata pluriennale e minimizzando i costi di manutenzione. I diaframmi separano inoltre l'olio dal liquido pompato,  in modo che i due liquidi non siano mai a contatto.

Il concetto base di multi-diaframma in un'unica testata della pompa risale al 1971 quando l'inventore William F. Wanner fondò, insieme al figlio Bill, Wanner Engineering a Minneapolis, negli Stati Uniti, e produsse le sue prime pompe senza guarnizioni "Hydra-Cell", in grado di gestire più liquidi diversi a pressioni fino a 70 bar. Nel corso degli anni Wanner ha continuato a sviluppare la tecnologia e ampliato la propria gamma di modelli, soddisfacendo al meglio le esigenze degli esperti di impianti per refrigerante, come è stato più volte confermato da report sul campo a livello mondiale. 


Confronto tra i costi per l'intera durata

Un caso riportato dall'India (un paese al tempo stesso utente e produttore di macchine utensili) è particolare in quanto registra l'accettazione costante delle pompe multi-diaframma Hydra-Cell come opzione standard per la gestione di qualsiasi refrigerante ad alta pressione in un'importante azienda che serve le industrie automobilistiche.

Craftsman Automation possiede impianti operativi a Coimbatore, Chennai. Pune, Indore. Jamshedpur, Faridabad e Bangalore. La sua attività è l'ingegneria di precisione, cioè progettazione, fabbricazione e fornitura di prodotti che variano da attrezzature di sollevamento a blocchi motore e testate di cilindri. Il taglio dei metalli e le operazioni associate sono essenziali nel lavoro svolto. 

Le attività di taglio comprendono fresatura e foratura. L'azienda si avvale di numerosi centri di lavorazione in verticale con impianti per refrigerante ad alta pressione attraverso il mandrino. Molti erano dotati in precedenza di pompe a vite. Nonostante il filtraggio sottile, anche inferiore a 10 micron, scorie metalliche molto fini potevano ancora ricircolare nel liquido refrigerante e le pompe a vite non erano in grado di gestirle in modo soddisfacente. 


Confronto tra risparmi energetici

La soluzione è stata la graduale sostituzione delle pompe a vite con le pompe multi-diaframma Hydra-Cell senza guarnizione. Una tipica riconfigurazione è stata su un trapano a pistola: un'operazione di foratura profonda in cui il liquido refrigerante, un olio puro, è iniettato a pressione attraverso la piccola apertura centrale di un trapano lungo fino a raggiungere il lato di taglio. Raffreddamento ed efficienza di rimozione dei trucioli erano entrambi a rischio se le performance della pompa non potevano essere sostenute in modo affidabile. La pompa originale è stata sostituita con una pompa Hydra-Cell G10 standard funzionante a 70 bar. La portata richiesta è 25-30 l/min. 

Per diversi anni Craftsman Automation ha riconfigurato ben 60 pompe multi-diaframma Hydra-Cell su impianti per macchine CNC, menzionando la loro affidabilità, il fabbisogno energetico ridotto e l'efficienza sia nell'erogazione di refrigerante sia nell'efficace rimozione dei trucioli. I componenti da sostituire sono stati pochissimi. 

L'azienda inoltre progetta e costruisce macchine per scopi speciali per uso proprio, quasi tutte attualmente dotate di pompe per refrigerante Hydra-Cell. Una di queste è stata riconfigurata, quando la crescente fiducia nelle pompe multi-diaframma ha persuaso il team di progettazione di Craftsman ad applicare i vantaggi della tecnologia senza guarnizioni a una macchina di lavaggio automatica robotizzata. È utilizzata internamente, per pulire le superfici interne dei getti (blocchi motore, testate dei cilindri, ecc.) e rimuovere le bavature di metallo prodotte dalla lavorazione. Il liquido detergente è una miscela 4% - 96% di olio e acqua riciclata, erogata tramite un ugello ad alta pressione. In origine, le guarnizione in una pompa a stantuffo triplex erano  spesso danneggiate da particelle metalliche molto fini trasportate dall'acqua.  Le conseguenti perdite nella pompa riducevano la pressione di scarico e l'efficienza detergente, causando continui interventi di manutenzione e riparazione.

Tali problemi sono terminati con l'installazione della pompa multi-diaframma ad alta pressione in sostituzione della pompa a stantuffo. I vantaggi prevedono performance costantemente affidabili, manutenzione semplice e ridotta al minimo, assenza di tempi di inattività durante la produzione, filtraggio fine non necessario, mancanza di perdite. La pressione di scarico della pompa su quest'applicazione è pari a 100 bar, flusso 50 l/min. 


Comparazione tra portate della pompa

Nuovo sistema di controllo

In occasione dell'esposizione di macchine utensili AMB (Stoccarda, settembre 2018), Wanner International ha fornito una dimostrazione dal vivo di una pompa Hydra-Cell G10 con il nuovo ed esclusivo controllo "pompa intelligente" sviluppato internamente. 

Nella lavorazione multi-funzione, che richiede cambiamenti di attrezzi in sequenza e la variazione del flusso necessario, l'industria prevede un certo spreco di energia durante la conversione. La comprovata efficienza delle pompe Hydra-Cell mitiga tale effetto – e gli ultimi progressi di Wanner nella tecnologia di controllo consentono praticamente di eliminarlo – ottimizzando performance e risparmio energetico.

Vedere i diagrammi comparativi delle performance di una tipica pompa a vite, una pompa Hydra-Cell standard e la "pompa intelligente" Hydra-Cell equivalente.


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