Pompe refrigerante per macchine utensili a confronto

Installazione di una pompa per refrigerante senza guarnizioni Hydra-Cell G10 su un impianto CNC ad alta pressione presso la 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, viene iniettato a pressioni fino a 70 bar, con un flusso richiesto di 25-30 l/min.

Wanner International progetta e produce pompe per refrigerante multi-diaframma senza guarnizioni, ideali per ogni tipologia di macchina utensile. All’AMB di Stoccarda ha proposto l’ultima nata: la “pompa intelligente” Hydra-Cell G10.

di Martin Bold

La progettazione e la realizzazione di pompe per refrigerante costruite su misura hanno una lunga storia, anche per 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 a una maggiore varietà dei refrigeranti gestiti dalla pompa. Non sempre, però, 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 solo da una tecnologia applicata alle pompe radicalmente diversa.

La rilevanza di una fornitura di refrigerante ad alta pressione è nota, non ultimo per la capacità di 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 è svolta, inoltre, dal flusso di refrigerante ad alta pressione.

In tali sistemi vengono predilette, in generale, le pompe di tipo volumetrico, solitamente a vite, a pistone (o stantuffo) e multi-diaframma, soluzioni che presentano differenze sostanziali tra loro. I contrasti più evidenti riguardano le pompe multi-diaframma e le altre tipologie di pompe refrigeranti.

Confronto tra i costi di un’applicazione di fresatura, perforazione o tornitura su macchina utensile con pompa a vite o pompa Hydra-Cell G10.

LE POMPE MULTI-DIAFRAMMA

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 tale da prevenire la penetrazione di particelle abrasive, azione potenzialmente dannosa nelle parti interne fragili. Tuttavia, le guarnizioni dinamiche sono soggette a usura, fattore che riduce la durata operativa, diminuisce la portata di refrigerante e genera una notevole variabilità nel processo, incrementando perfino il consumo energetico. La pompa multi-diaframma non prevede guarnizioni dinamiche e 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, al fine di dar vita all’azione di pompaggio, assicurando 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, inoltre, separano l’olio dal liquido pompato, in modo che i due liquidi non vengano 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, la Wanner Engineering, a Minneapolis, negli Stati Uniti (https://www.hydra-cell.eu), e produsse le sue prime pompe senza guarnizioni “Hydra-Cell”, soluzioni in grado di gestire più liquidi diversi a pressioni fino a 70 bar. Nel corso degli anni, Wanner ha continuato a sviluppare questa tecnologia ed ha ampliato la propria gamma di modelli, soddisfacendo al meglio le esigenze degli esperti di impianti per refrigerante, come più volte confermato da indagini sul campo a livello mondiale.

 

Variazioni della portata in base alla pressione e alla pompa in funzione con giri/min fissi.

UN ESEMPIO INDIANO

Un caso esemplare riportato dall’India – un paese al tempo stesso utente e produttore di macchine utensili – è particolarmente significativo, in quanto registra l’accettazione costante di pompe multi-diaframma “Hydra-Cell” come opzione standard, per la gestione di qualsiasi refrigerante ad alta pressione, in un’importante azienda che serve industrie automobilistiche.

La Craftsman Automation (www.craftsmanautomation.com) possiede impianti operativi ubicati a Coimbatore, Chennai, Pune, Indore, Jamshedpur, Faridabad e Bangalore. L’attività dell’azienda è l’ingegneria di precisione, che contempla la progettazione, fabbricazione e fornitura di prodotti che variano dalle attrezzature di sollevamento ai blocchi motore e alle testate di cilindri. Il taglio dei metalli, e le operazioni associate, sono operazioni essenziali nel lavoro svolto.

Le attività di taglio comprendono fresatura e foratura. L’azienda indiana si avvale di numerosi centri di lavoro verticali equipaggiati con impianti per refrigerazione ad alta pressione attraverso i mandrini. Molte di queste macchine erano precedentemente dotate di pompe a vite: nonostante il filtraggio sottile, inferiore anche ai 10 µm, scorie metalliche molto fini potevano ricircolare nel liquido refrigerante e le pompe a vite adottate non erano in grado di gestirle in modo soddisfacente.

La soluzione scelta per risolvere il problema è risultata quella della graduale sostituzione delle pompe a vite con le pompe multi-diaframma “Hydra-Cell” senza guarnizione. Una tipica riconfigurazione è stata quella effettuata su un trapano a pistola: la macchina permetteva un’operazione di foratura profonda in cui il liquido refrigerante, un olio puro, veniva 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 quindi stata sostituita con una pompa “Hydra-Cell” G10 standard, funzionante a 70 bar. La portata richiesta era ed è di 25-30 l/min.

UN PROGRAMMA SEGUITO CON COSTANZA

Nel corso di diversi anni, Craftsman Automation ha riconfigurato ben 60 pompe multi-diaframma “Hydra-Cell” su impianti per macchine utensili a CNC, menzionando quali risultati tangibili 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 risultati pochissimi.

L’azienda progetta e costruisce inoltre macchine speciali per uso proprio, quasi tutte attualmente dotate di pompe per refrigerante “Hydra-Cell”. Una di queste macchine speciali è stata riconfigurata quando la crescente fiducia nelle pompe multi-diaframma ha persuaso il team di progettazione di Craftsman Automation ad applicare i vantaggi della tecnologia senza guarnizioni a una macchina di lavaggio automatica robotizzata. La soluzione viene utilizzata internamente per pulire le superfici interne dei getti – blocchi motore, testate dei cilindri – e per 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 guarnizioni in una pompa a stantuffo triplex venivano 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 scomparsi grazie all’installazione della pompa multi-diaframma ad alta pressione in sostituzione della pompa a stantuffo precedentemente impiegata. I vantaggi conseguiti prevedono performance costantemente affidabili, manutenzione semplice e ridotta al minimo, assenza di tempi d’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, con un flusso di 50 l/min.

UN NUOVO SISTEMA DI CONTROLLO

In occasione dell’ultima edizione della fiera di macchine utensili e lavorazioni meccaniche AMB di Stoccarda, svoltasi lo scorso settembre in Germania, Wanner International ha fornito una dimostrazione dal vivo di una pompa “Hydra-Cell” G10 con il nuovo ed esclusivo controllo “pompa intelligente”, sviluppato internamente dai progettisti dell’azienda.

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

Non rimane che osservare con attenzione i diagrammi comparativi delle performance di una tipica pompa a vite con quelli di una pompa “Hydra-Cell” standard e quelli della “pompa intelligente” “Hydra-Cell” equivalente (www.hydra-cell.it/macchinautensile). ©TECNeLaB

 

Confronto delle performance di una tipica pompa a vite con quelli di una pompa “Hydra-Cell” standard e quelli della “pompa intelligente” “Hydra-Cell” equivalente.

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