Invertire una Pompa

Perché si vuole azionare una pompa in entrambe le direzioni di rotazione e di flusso?

Questo utilizzo è comune per le pompe che caricano o scaricano liquidi da autocisterne o vagoni ferroviari. Una volta completato il carico, le pompe vengono brevemente azionate in senso contrario per ripulire le linee. Esistono poi molti altri motivi per cui la funzione di pompaggio bidirezionale può risultare necessaria.

Molte delle pompe di processo su cui facciamo affidamento ogni giorno presentano un limite cruciale

Tuttavia, molte delle pompe di processo su cui facciamo affidamento ogni giorno presentano un limite cruciale: possono generare flusso solo in una direzione e non possono essere invertite. Le pompe centrifughe, le pompe alternative, incluse le pompe dosatrici e ad azionamento pneumatico a doppia membrana (AODD), le pompe rotative a palette e diverse altre pompe non possono semplicemente invertire il flusso invertendo la direzione del motore.

Prendiamo in esame le più comuni pompe di processo, le pompe centrifughe. Le frecce di rotazione vengono impresse sulla pompa o stampate sulla targhetta per mettere perfettamente in chiaro che queste pompe funzionano in un solo senso di rotazione e di flusso. Che cosa può succedere azionando in senso inverso una pompa centrifuga?  L'effetto varia in base a tipologia e design, ma esistono diverse possibili conseguenze: portata e prevalenza ridotte, rumorosità, cedimento della tenuta, guasto dei cuscinetti e rischio che la girante, se filettata, possa sganciarsi dall'albero e danneggiare la pompa.

Le pompe alternative sono provviste di valvole d'arresto (di non ritorno) all'ingresso e all'uscita della camera del fluido per garantire che il flusso possa scorrere solo in una direzione. Inoltre, le pompe rotative a palette in genere montano palette scanalate orientate verso lo scarico della pompa per consentire al liquido retrostante di agevolarne l'estensione. Talvolta il flusso può essere invertito, ma è necessario aprire la pompa e invertire la direzione di ogni paletta, nonché di tutte le valvole limitatrici della pressione integrate. Le pompe a vite, incluse le pompe a cavità progressiva (monovite), a 3 viti e a 2 viti con fasatura sovente possono essere utilizzate al contrario; tuttavia, in questo modo sulla tenuta, normalmente installata sull'estremità di aspirazione a bassa pressione, grava l'intera pressione di scarico della pompa, che può causare il rapido cedimento della tenuta stessa.

Le pompe a ingranaggi interni, a ingranaggi esterni, a lobi e a pistoni circonferenziali (CP) di Viking possono generalmente essere azionate in entrambe le direzioni, con pochissime eccezioni. Quando la pompa viene fatta funzionare nei due sensi di rotazione e di flusso, la sua capacità rimane costante in entrambe le direzioni, una caratteristica peculiare e vantaggiosa di questi apparecchi di pompaggio volumetrico rotativo.

Motivi più comuni per invertire la rotazione di una pompa

Mentre le pompe a ingranaggi esterni, a lobi e CP hanno in genere porte a 180°, le pompe a ingranaggi interni spesso presentano porte a 90°, una conformazione che frequentemente motiva l'inversione di rotazione di una pompa per adattarla al sistema. Se il serbatoio di alimentazione si trova a destra, una porta di ingresso collocata a sinistra non è l'ideale. Per la sistemazione della pompa, è teoricamente possibile adottare una configurazione "creativa" delle tubazioni, tuttavia l'inversione del senso di rotazione e lo scambio delle porte di ingresso e di uscita consentono una progettazione più pulita del sistema ed evitano di aggiungere ulteriori lunghezze e restrizioni alla tubazione di ingresso. La pompa può essere ordinata e realizzata con entrambi i sensi di rotazione, ma talvolta proviene dallo stock o da una parte diversa dell'impianto del cliente. Le inversioni di rotazione possono essere necessarie per una serie di motivi.

È importante sapere quale scenario si adatta meglio alla propria pompa: 

• Una sola direzione di rotazione e flusso
• Due direzioni di rotazione e flusso (una delle quali è la direzione prevalente)
• Due direzioni di rotazione e flusso (tempo di funzionamento all'incirca uguale per entrambe)
• Checklist per l'inversione della rotazione

Prima di invertire la rotazione di una pompa a ingranaggi interni, occorre verificare i seguenti 5 aspetti fondamentali:

1. È possibile invertire la pompa?

Vi sono alcune eccezioni; ovvero alcuni modelli di pompe a ingranaggi non possono essere invertiti. Prima di spingerci troppo oltre, è meglio prima verificare che l'unità non presenti alcun "bollino rosso" indicante che la pompa rientra nel gruppo delle pompe "direzionali".

 Il primo "bollino rosso" è rappresentato da una freccia di rotazione sul corpo o sulla targhetta della pompa. Gli esempi più comuni per Viking Pump includono le pompe a trasmissione magnetica 895 Series™ (con freccia di rotazione sulla targhetta) o le pompe a velocità variabile 4195 Series™ da 4 pollici e oltre (con freccia di rotazione impressa nella testata). Anche alcune pompe a ingranaggi esterni Viking possono riportare le frecce di rotazione. In ogni caso, queste pompe hanno caratteristiche progettuali che le rendono rotative, pertanto non è consigliabile farle funzionare in senso di rotazione inverso.

Il secondo "bollino rosso" è rappresentato dalle differenze nelle dimensioni delle porte. In genere, le pompe Viking sono provviste di porte con dimensioni identiche ed è possibile scambiare ingresso e uscita. Tuttavia, alcune pompe sono progettate per avere una ben definita porta di ingresso e un'altrettanto specifica porta di uscita. In questi casi, la porta di ingresso è sempre più ampia della porta di uscita, per le stesse ragioni per cui si adotta questa soluzione nelle pompe centrifughe: ovvero, per alimentare meglio il liquido nella pompa e per eliminare qualsiasi confusione su quale porta sia di "ingresso" e quale sia di "uscita".

 Se la pompa a ingranaggi non presenta nessuna delle suddette controindicazioni, è probabile che si possa passare alla domanda n. 2.

2. La pompa è provvista di valvola limitatrice della pressione?

Le valvole limitatrici della pressione utilizzate sulle pompe rotative a lobi e sulle pompe a pistoni circonferenziali sono bidirezionali, ovvero forniscono limitazione di pressione indipendentemente dalla direzione in cui l'albero della pompa ruota e il liquido scorre. Ma le valvole di sicurezza montate sulle pompe a ingranaggi interni, a ingranaggi esterni e a palette di Viking, sia interne che di ritorno al serbatoio, sono direzionali. Assicurano la protezione dalla sovrappressione solo in una direzione di rotazione e di flusso. La maggior parte sono però reversibili, rimuovendo la valvola dalla pompa, invertendone l'orientamento di 180° e reinstallandola.  La modifica dell'orientamento della valvola è la rettifica più comunemente richiesta per invertire la direzione del flusso di una pompa a ingranaggi.

 Ci sono due aspetti importanti da tenere a mente:

 Innanzitutto, in alcuni modelli Viking la valvola di sicurezza non è una componente separata, ma piuttosto è integrata nel corpo della pompa stessa. Un esempio comune di questa situazione è rappresentato dalla pompa 432 Series™ di misura inferiore e dalla gamma con ingranaggi esterni di dimensioni più piccole, in cui la valvola è integrata nel corpo. Per questi modelli, la direzione della protezione dalla sovrappressione non può essere invertita.

In secondo luogo, se una pompa deve funzionare in entrambe le direzioni, è possibile che si verifichino condizioni di sovrappressione e di disturbo su entrambi i lati della pompa. L'azionamento della pompa in entrambe le direzioni richiede che entrambi i lati della pompa presentino protezioni dalla sovrappressione. Una valvola limitatrice interna Viking, che funziona solo in una direzione del flusso, non può essere utilizzata come unico mezzo di protezione dalla sovrappressione, poiché richiede l'aggiunta di una valvola limitatrice esterna al sistema per la direzione inversa.

3. La pompa prevede un piano di circolazione delle tenute?

Molte pompe sono provviste di un piano di circolazione della tenuta interna o esterna. Il piano include fori interni o tubi esterni che convogliano il fluido pompato attraverso la camera di tenuta per contribuire a lubrificare la tenuta e le parti della pompa e, in ultima analisi, a prolungarne la durata. Tra gli esempi più comuni, citiamo il Piano API 11 (o linea di lavaggio), oppure il Piano API 13 (o linea di risucchio). Questi piani di circolazione della tenuta prevedono il collegamento di una linea tra la tenuta (o premistoppa) e la porta di scarico o la porta di aspirazione, rispettivamente.

 L'inversione della rotazione della pompa e della direzione del flusso inverte il flusso attraverso il piano della tenuta, convertendo un Piano 11 in un Piano 13 (o viceversa). Per alcune applicazioni, entrambi i piani API possono risultare accettabili e non richiedere modifiche. Per altre, occorre utilizzare l'appropriato piano di circolazione della tenuta e la linea deve essere rimossa e riposizionata di conseguenza.

 In alcuni modelli, il piano di circolazione della tenuta è interno alla pompa e la sua modifica può risultare più o meno semplice. Un esempio comune di questo caso è rappresentato dalle pompe 75 Series™, in cui un foro nella porta di aspirazione garantisce fluido fresco e bassa pressione sulla tenuta. Per queste pompe, il foro sul lato di scarico è tappato. Quando si inverte il senso di rotazione, è necessario spostare questo tappo sull'altro lato del corpo della pompa.

4. La pompa prevede percorsi di lubrificazione interni?

Le pompe a ingranaggi interni ed esterni di alcuni modelli e misure si avvalgono di percorsi aggiuntivi per la lubrificazione interna delle boccole o allo scopo di migliorare il flusso dietro il rotore. Un elemento comunemente presente è il perno dell'ingranaggio intermedio lubrificato a pressione, dotato di un foro che consente l'immissione del liquido dal lato di scarico della pompa e il suo successivo deflusso sotto la boccola. Questo accorgimento contribuisce a garantire una continua e considerevole lubrificazione della boccola e del perno e l'estensione della vita utile di tali componenti. Quando si inverte la rotazione della pompa, il percorso di lubrificazione interna si inverte. Pur continuando a fornire lubrificazione, il sistema perde parte della propria efficacia. Per alimentare a pressione il perno dell'ingranaggio intermedio, è preferibile che il foro sia aperto sul lato di scarico. Spesso è possibile modificare la posizione del tappo del tubo (malgrado le pompe di alcuni modelli e misure siano dotate di valvole di arresto che non richiedono alcuna modifica per effettuare l'inversione della direzione).

Un'altra opzione di lubrificazione interna, meno comune, è rappresentata dalle scanalature della carcassa. Queste vengono utilizzate per favorire il flusso dietro il rotore per i liquidi che potrebbero depositarsi e sedimentare nella parte posteriore della carcassa. Le carcasse con due scanalature possono essere azionate in entrambe le direzioni. Quelle con una sola scanalatura sono direzionali e devono essere sostituite prima di invertire la rotazione primaria della pompa. In alcuni casi, è possibile invertire una pompa con una scanalatura di lavaggio (lato di scarico) o una scanalatura di risucchio (lato di ingresso), ma prima di effettuare questa modifica si consiglia di rivolgersi al proprio distributore autorizzato Viking Pump.

5. Quando utilizzato in entrambe le direzioni, il sistema presenta un valore NPSHa adeguato?

Non è normale azionare regolarmente una pompa in entrambe le direzioni, ma molti clienti Viking Pump lo fanno, ad esempio, quando si riporta il materiale inutilizzato da un serbatorio di servizio al parco serbatoi al termine di una batch, utilizzando la stessa pompa. È probabile che la pompa sia posizionata vicino al serbatoio di origine nel parco serbatoi upstream, non vicino al serbatoio di servizio. Funzionando al contrario, tuttavia, la linea di scarico di 50 metri diventa una linea di aspirazione di 50 metri, che verosimilmente non garantisce un valore NPSHa sufficiente a prevenire la cavitazione senza ridurre in modo significativo la velocità della pompa. Calcolare NPSHa in entrambe le direzioni per capire se il riposizionamento in un punto centrale può essere una soluzione.

La pompa è pronta per l'inversione della direzione

Se montate correttamente, quasi tutte le pompe Viking possono essere utilizzate in una o entrambe le direzioni!  Dopo aver controllato tutti i punti della checklist e apportato le modifiche proposte, la pompa sarà pronta per il funzionamento in una nuova direzione.