Fluidi abrasivi fini in pompe volumetriche

Giugno 15, 2021

Che cos’è un fluido abrasivo fine?

Un fluido abrasivo è un fluido che causa una maggiore usura del sistema fluidico erodendo le superfici attraverso l’interazione fisica. L’erosione può verificarsi semplicemente a causa del flusso attraverso una superficie oppure per via delle particelle abrasive che interferiscono con le interazioni dei componenti interni all’interno di una pompa.

I tipi di particelle possono essere grossi contaminanti come quelli riscontrati nelle applicazioni per acque reflue, oppure possono essere pigmenti finemente integrati nel liquido intenzionalmente. Questi includono pigmenti di vernice, pigmenti di inchiostro, carbonio in sospensione, pigmenti metallici e cioccolato (quando sospeso in latte, sciroppo, ecc.). Questo articolo tratta specificamente di particelle abrasive sospese di dimensioni inferiori a 1 mm.

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Usura abrasiva della punta dell’ingranaggio

Particelle comuni che causano abrasione

Naturalmente, più dura è la particella solida, maggiore è la preoccupazione per l’usura della pompa. Pigmenti duri come biossido di titanio (TiO2) (durezza 6 sulla scala di Mohs) possono rapidamente usurare componenti metallici interagenti non temperati. Tuttavia, anche i pigmenti morbidi possono usurare componenti non metallici come ingranaggi in plastica o valvole di non ritorno in gomma. Se possibile, tutti i componenti in movimento dovrebbero essere più duri del particolato pompato. Tuttavia, la scelta di materiali più duri comporta un costo che potrebbe non essere necessario. Pertanto, è importante comprendere il fluido e comunicarlo chiaramente ai progettisti della pompa.

La dimensione delle particelle influenzerà anche la scelta della pompa migliore. Pompe progettate utilizzando materiali ultra-duri come allumina (Al2O3) possono ostruirsi se la dimensione del pigmento è maggiore del passaggio libero nella pompa. Le pompe che utilizzano componenti morbidi come plastica o gomma possono essere più tolleranti alle particelle più grandi, ma saranno comunque sensibili all’usura abrasiva.

Effetto della viscosità

La viscosità del liquido influisce sull’abrasività della combinazione liquido/pigmento. I fluidi ad alta viscosità sviluppano una pellicola fluida più robusta che ammortizza i pigmenti. Ciò è particolarmente vero in configurazioni come i cuscinetti idrodinamici (journal). La viscosità ha un effetto minore quando è richiesto un contatto intenzionale tra i componenti, come l’interazione del dente dell’ingranaggio.

Condizioni operative

Gli studi hanno dimostrato che l’usura abrasiva è correlata al quadrato della velocità. Per questo motivo, molti fornitori di pompe suggeriranno di sovradimensionare la pompa e di farla funzionare a una velocità inferiore. Questo non è l’ideale per cuscinetti idrodinamici e perdita interna. Tuttavia, in genere la preoccupazione primaria è l’usura abrasiva, mentre gli altri effetti possono essere risolti.

Tipo di pompa

Il tipo di pompa selezionato è molto importante per i fluidi abrasivi. Le pompe volumetriche rotative solitamente hanno un contatto tra i componenti. L’utilizzo di queste pompe per liquidi abrasivi richiede materiali duri come:

  • Ceramica (allumina o zirconia)
  • Carburi (carburo di tungsteno)
  • Acciai temprati
  • Rivestimenti duri

Ogni materiale ha compromessi come producibilità, costo, corrosività, ecc. Lo stile della pompa influisce anche sui materiali disponibili. Pompe ad ingranaggi esterni, ad esempio, non possono utilizzare ingranaggi in ceramica perché gli spigoli vivi subiranno una frattura fragile.

Le pompe che utilizzano elastomeri nel percorso del flusso, come le pompe a membrana, spesso non hanno contatto tra i componenti. Tuttavia, l’elastomero morbido è soggetto all’erosione causata dal materiale abrasivo che scorre intorno ai bordi ad alta velocità. Inoltre, la natura a impulsi di alcune pompe è incompatibile con alcune applicazioni come il getto d’inchiostro continuo, a mano che non si includano costosi smorzatori di pulsazione.

Guarnizioni

Gli abrasivi fini sono disastrosi per le guarnizioni scorrevoli. Le guarnizioni scorrevoli, per loro natura, hanno materiali morbidi che scivolano contro materiali duri. Piccole particelle abrasive si inseriscono facilmente tra le superfici di scorrimento, usurando rapidamente il materiale morbido della guarnizione.

Una soluzione è usare l’accoppiamento magnetico come quello delle pompe ad ingranaggi accoppiate magneticamente. Queste pompe sono un’ottima soluzione per i liquidi abrasivi, purché la dimensione delle particelle sia piccola e il particolato non sia magnetico.

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