Ricerca tribologica avanzata per la riduzione dell'usura e l'allungamento del ciclo di vita della pompa
La missione di Varisco è progettare e costruire pompe autoadescanti e pompe ad ingranaggi interni robuste, affidabili e adatte alle applicazioni più complesse e gravose. L’impegno verso l’innovazione e il miglioramento continuo ci spinge ad approfondire temi tecnici avanzati, con l’obiettivo di sviluppare soluzioni sempre più performanti.
A partire dal 2023, Varisco ha avviato una collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Padova per affrontare una sfida tecnica e ambientale di grande rilievo: la prevenzione dell’usura precoce dei macchinari industriali e la riduzione della frequenza degli interventi di manutenzione.
Tali problematiche sono spesso legate a fenomeni di attrito, aggravati dall’impiego di materiali non ottimali o da condizioni operative non adeguate, con impatti significativi anche dal punto di vista energetico e ambientale.
La tribologia a servizio delle pompe a ingranaggi interni Varisco
La tribologia, disciplina che studia l’attrito, l’usura e la lubrificazione, riveste quindi un ruolo centrale nel nostro progetto, il cui obiettivo è identificare materiali e soluzioni in grado di prolungare il ciclo di vita delle pompe.
Le pompe volumetriche ad ingranaggi interni Varisco sono progettate per movimentare fluidi lubrificanti ma anche sostanze complesse – come bitume, resine, melassa o colle – caratterizzate da comportamenti reologici variabili, spesso sensibili alla temperatura o allo sforzo applicato (come alcuni fluidi non newtoniani, ad esempio l’amido di mais).
Durante lo studio ci siamo posti alcune domande chiave:
- In che modo questi fenomeni impattano sul normale funzionamento delle nostre pompe ad ingranaggi interni?
- Quali materiali permettono di migliorare la resistenza al grippaggio, ossia l’adesione tra superfici metalliche che può portare al blocco della macchina?
- Quali materiali possono permetterci di avere performance migliori (in termini di durata e di affidabilità) ad un costo inferiore?
Il progetto ha preso avvio dall’analisi delle innumerevoli applicazioni di cui Varisco ha esperienza, un’attenta analisi dello stato dell’arte tramite indagini inter-universitarie e l’interazione con i maggiori esperti di tribologia in Italia. L’Università di Padova vanta la possibilità di avere un laboratorio ben fornito e una consistente esperienza nella metallurgia, delle tecniche più avanzate per il ricoprimento dei metalli e un intero dipartimento dedicato ai compositi e ai polimeri in generale.
In parallelo alla analisi bibliografica, si è mappato lo stato dell’arte della conoscenza aziendale, analizzando quanti più organi meccanici soggetti a stress tribologico provenienti dal campo o da prove di laboratorio al microscopio, per comprenderne i meccanismi di deterioramento.
Oggi numerosi settori industriali affrontano problematiche tribologiche con tecnologie non ancora pienamente sviluppate. Secondo recenti studi, l’ottimizzazione tribologica nei processi industriali potrebbe ridurre fino al 24% il consumo energetico primario mondiale: un potenziale enorme che Varisco ha scelto di valorizzare.
La parte sperimentale del progetto con l’università è il cuore di questo esercizio, compreso infatti lo stato attuale si è reso necessario sviluppare uno strumento customizzato, un tribometro, capace di replicare fedelmente le condizioni operative delle pompe ad ingranaggi interni Varisco. Uno strumento che ci permette di studiare in modo mirato l’interazione tra materiali e fluidi, aprendo la strada a nuove soluzioni progettuali e a un miglioramento significativo della durata e dell’efficienza delle nostre macchine.
Tribometro per pompe a ingranaggi interni Varisco
Questo strumento innovativo consente di testare materiali, trattamenti e rivestimenti per alberi e cuscinetti in condizioni di lubrificazione non comuni in modo mirato, con l'obiettivo di incrementare la durata e l'efficienza delle macchine, determinando maggiore sostenibilità ed un ridotto impatto ambientale.
Progettazione del Tribometro
Il tribometro è stato progettato seguendo le linee guida ISO 6281 e consente:
- Elevate velocità di rotazione, carichi radiali elevati e temperatura operativa controllata
- Monitoraggio in tempo reale di coppia, RPM, temperatura dell’olio e del cuscinetto
- Test accelerati e di lunga durata
Caratteristiche principali:
- Cellula isolata per diversi liquidi
- Sistema di flussaggio e raffreddamento per l'equilibrio termico
- Apparato di filtraggio per la rimozione dei detriti
- Forza radiale tramite molla calibrata
- Apparato di controllo della temperatura mediante sistema di raffreddamento in retroazione
Variabili esaminate:
- Natura del fluido (newtoniano/non newtoniano), viscosità (0-105 cP)
- Velocità di rotazione e forza radiale (fino a 104 N)
- Geometrie meccaniche e rugosità superficiale
- Materiali di scorrimento
Risultati
Gli output consentono di ottenere diagrammi di Stribeck per identificare i regimi di lubrificazione.
I risultati mostrano gli effetti di velocità di rotazione, carico radiale, viscosità del fluido e variazioni geometriche.
Autori
Lo studio è stato condotto dal Prof. M. Dabalà, Ing.1, M.Sc. F. Cammelli1, G. Ferrarese, Ing.2, G. Brignolo, Ing.2
1) Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Padova, Italia
2) T&I Core Department di Varisco S.r.l., Atlas Copco Group, Padova, Italia
