Il modo migliore di pompare, trasferire e pressurizzare fluidi di vario genere è una necessità che i costruttori e i progettisti di impianti affrontano continuamente. Vengono in soccorso i moltiplicatori di pressione (chiamati anche intensificatori) per liquidi, per gas e per aria compressa. Vediamo in dettaglio i punti di forza e le caratteristiche delle categorie principali di questi dispositivi: pompe pneumoidrauliche, gas booster e amplificatori di pressione.
TIPOLOGIE E VANTAGGI DEI MOLTIPLICATORI DI PRESSIONE
Una tecnologia collaudata e in continuo perfezionamento che assicura una soluzione duratura a un costo contenuto. È questa, in estrema sintesi, la “fotografia” dei moltiplicatori di pressione ad azionamento pneumatico, dispositivi indispensabili ai progettisti e ai costruttori di impianti alla ricerca della soluzione più opportuna per pompare, trasferire e pressurizzare fluidi di vario genere. In buona sostanza si tratta di pompe a pistoni a movimento alternato che convertono, grazie al principio delle aree differenziali, l’aria compressa in alta pressione fluida. Ma quali sono, in linea generale, i vantaggi delle pompe pneumatiche applicate all’alta pressione?
Come ben sanno i progettisti che le impiegano senza esitare nei propri impianti i loro punti di forza sono numerosi e vanno dalla loro intrinseca sicurezza, alla loro capacità di mantenere la pressione senza consumare energia (quando cala la pressione si riattivano automaticamente), alla compatibilità con quasi tutti i fluidi a tutte le temperature. Un altro vantaggio importante è rappresentato dal fatto che basta modificare la pressione e la quantità di aria compressa al motore pneumatico per gestire la pressione e il flusso a valle, garantendo così la flessibilità di utilizzo della pompa in varie applicazioni senza dover investire in attrezzature dedicate.
Il portfolio di pompe pneumatiche distribuite da Interfluid comprende una vasta selezione di modelli messi a punto da due grandi costruttori americani, noti per l’ampia gamma e per la solida innovazione delle loro pompe: HII (Hydraulics International) e HiP (High Pressure Equipment) con il marchio Sprague.
Alla categoria generale dei moltiplicatori di pressione appartengono tre grandi famiglie di prodotti: le pompe pneumoidrauliche progettate per trasferire e pressurizzare circuiti con liquidi fino a 5516 bar, i gas booster che consentono di raggiungere una pressione di 2070 bar senza contaminare il circuito e gli amplificatori di pressione che non sono altro che una versione semplificata dei gas booster da impiegare quando le pressioni da raggiungere non superano i 350 bar.
Per tutte le pompe pneumatiche HII sono disponibili la modifica dei tubi di scarico convogliato, molto utile nel settore Oil & Gas dato l’azionamento con gas non inerti, e la modifica heavy duty che permette di aumentare la durata e la velocità della pompa in applicazioni gravose. Inoltre per facilitare il controllo e l’integrazione con il circuito complessivo, le pompe HII possono anche essere dotate della modalità external pilot che permette con una semplice elettrovalvola di piccole dimensioni di accendere e fermare la pompa.
Vediamo ora più in dettaglio i vantaggi di tutti questi dispositivi e i loro campi di applicazione.
POMPE PNEUMOIDRAULICHE
Le pompe pneumoidrauliche per liquidi hanno il compito, come abbiamo già sottolineato, di convertire l’aria compressa in pressione idraulica sfruttando il principio delle aree differenziali. Sono pompe molto usate per collaudi idrostatici ad alte pressioni, unità di flussaggio, azionamento di attuatori e cilindri di bloccaggio e per il collaudo di guarnizioni di valvole.
Schematizzazione del funzionamento del principio delle aree differenziali
La sezione fluido ad alta pressione è costruita di solito in AISI per essere impiegata sia con l’acqua sia con vari tipi di olio e fluidi inerti e non. Le tenute statiche standard sono in nitrile, EPR o EPDM, mentre quelle del pistone sono in UHMWPE. Nelle versioni standard la sezione aria motore non richiede lubrificazione. Per la frizione delle tenute, tutti i motori ad aria ciclano con regolarità da circa 0,8 bar di aria compressa.
Le serie 3L-SS-XXX di HII e SM-3A/S-XXX di Sprague possono essere fornite con una leva per azionamento manuale, permettendo la pressurizzazione molto precisa del componente da collaudare.
Per poter pompare dei gas liquefatti e non incorrere al rischio di gassificare il liquido, le pompe della serie 3L di HII possono essere fornite senza la molla di ritorno e (nella serie 5L) con la valvola di inversione a 3 vie, permettendo che la corsa di ritorno venga effettuata con la pressione del fluido a monte senza “strappo” e conseguente bolla di gas nella sezione liquido.
Oltre alle modifiche per il pilotaggio esterno e per le applicazioni gravose, alcuni modelli delle serie 5L e 7L di HII possono essere equipaggiati con modifica low pressure permettendo l’utilizzo con 0,2 bar d’aria compressa e aumentando così la sensibilità e ripetibilità nel pressurizzare il liquido già con bassissime pressioni.
GAS BOOSTER
Passiamo ora ai gas booster ad azionamento pneumatico ed elettrico, progettati per convertire l’aria compressa in alta pressione, fino a 2060 bar. In questi dispositivi la pressione di uscita, impostabile tramite un regolatore, corrisponde alla pressione dell’aria aumentata secondo il rapporto di moltiplicazione del gas booster.
Raggiunta la pressione preimpostata, il gas booster stalla automaticamente e la mantiene fino a quando non si verifica una caduta di pressione a valle. A questo punto si avvia automaticamente fino a raggiungere di nuovo la pressione impostata. Grazie alla separazione tra la sezione ad alta pressione e il motore ad aria, il gas di processo non può essere contaminato e non può contaminare l’aria compressa.
Interfluid ha scelto di inserire nella propria offerta i gas booster di Hydraulics International, perché l’azienda americana ha una gamma completa di gas booster ad azionamento pneumatico a semplice effetto, a doppio effetto e a due stadi, disponibili in vari rapporti di compressione. Anche in questo caso l’offerta è stata completata con un gas booster messo a punto da Sprague.
Questi dispositivi sono ideali per applicazioni con gas inerti (azoto, argon, elio e relative miscele) e non inerti (gas liquefatti, CO2, ossigeno, metano e idrogeno). Tra i più importanti vantaggi, oltre a quelli applicativi già ampiamente elencati e comuni alle pompe pneumatiche, vale la pena citare l’assenza di lubrificazione per l’aria compressa. Questo aspetto infatti si rivela molto importante in ottica ambientale visto che viene così evitata la dispersione in atmosfera di particelle di olio.
I settori di utilizzo sono molteplici: petrolchimico, Oil & Gas, farmaceutico, edile, navale, aeronautico, diving, automotive, ricerca e sviluppo, solo per fare qualche esempio.
La sezione ad alta pressione è in AISI e le tenute statiche della sezione alta pressione sono in Viton. A causa all’alto fattore di compressione e lo stress termico conseguente, i booster delle serie 5G e 7G di HII sono equipaggiati con una camicia esterna di raffreddamento per abbassare la temperatura del cilindro alta pressione ed evitare l’usura delle tenute. Per il raffreddamento viene utilizzata l’aria motore espulsa, assicurando un’ottima efficacia a costo zero. Per garantire la purezza del gas di processo, i gas booster sono non contaminanti e sempre muniti di un distanziale (dotato a sua volta di una connessione filettata per convogliare un’eventuale perdita in una zona sicura), in modo che le sezioni aria e gas rimangano sempre isolate.
La principale modifica dei gas booster, oltre a quelle già menzionate e comuni a tutte le tipologie di pompe, è la versione per l’utilizzo con O2/H2-CO2.
AMPLIFICATORI DI PRESSIONE
Chiudiamo infine questa parte dedicata ai moltiplicatori di pressione pneumatici con la categoria di prodotti chiamata amplificatori di pressione per aria ad azionamento pneumatico. Si tratta, in buona sostanza, di una versione semplificata dei gas booster, con i quali condividono le versioni standard (a semplice effetto, a doppio effetto e a due stadi) le versioni modificate (external pilot e heavy duty) e il principio di funzionamento, senza però disporre della separazione tra il motore pneumatico e la sezione gas ad alta pressione.
Non sono adatti quindi a tutti i gas e principalmente vengono utilizzati per aumentare la pressione di aria compressa e di altri gas inerti. Gli amplificatori di pressione, detti anche intensificatori di pressione, generano fino a fino a 350 bar. Sono ideali per aumentare la pressione di un punto dedicato dell’impianto senza dover intervenire e creare una linea ad alta pressione nello stabilimento.
La sezione ad alta pressione per rapporti di compressioni alti è in AISI e, per i rapporti bassi, in alluminio. L’usura delle tenute della sezione alta pressione (in NBR o Viton), viene evitata grazie all’abbassamento della temperatura del gas dovuta al posizionamento dello scarico dell’aria motore dei moltiplicatori sopra la sezione ad alta pressione.
