Quali sono i vantaggi di una pompa idraulica elettrica?

La scelta della pompa emerge molto prima che appaia il valore di coppia.

Un team di serraggio non discute di solito sulle pompe. La discussione avviene in seguito, quando la chiave si blocca a metà sequenza su una flangia, oppure quando la dispersione dei valori di coppia su un insieme di tiranti supera i limiti consentiti dalla procedura di giunzione, oppure quando il compressore d’aria, che avrebbe dovuto essere "proprio lì", risulta invece distante cento piedi dal punto effettivo di lavoro.

Una pompa idraulica elettrica tende a guadagnarsi il proprio posto sul lavoro non perché appare meglio su un foglio dati, ma perché elimina tre problemi ricorrenti: erogazione di pressione inconsistente, dipendenza da un’infrastruttura ad aria compressa che raramente è pulita quanto ipotizzato nelle specifiche tecniche e sforzo fisico richiesto dalla pompa manuale su un numero di viti che raggiunge le decine o le centinaia. I vantaggi sono concreti, ma specifici: si manifestano nella ripetibilità, nella conversione energetica, nel rumore e nella collocazione, nonché nel comportamento della pompa quando il lavoro si protrae a lungo.

Una pressione stabile rappresenta una categoria diversa di output

Il compito fondamentale di qualsiasi pompa idraulica in un sistema di coppia o di tensionamento consiste nel trasformare la potenza in ingresso in una pressione del fluido controllata. L’azionamento elettrico effettua tale conversione con una velocità di ingresso stabile e prevedibile, e questa stabilità si riflette direttamente sull’output.

Una pompa pneumatica dipende dall’aria compressa che arriva all’utensile alla pressione e alla portata specificate. In un’officina con un sistema d’aria ben mantenuto, questa condizione può essere soddisfatta. Sul campo, invece, spesso non lo è. La lunghezza della tubazione dell’aria, i raccordi, la filtrazione e il ciclo di funzionamento del compressore introducono tutte variazioni. Un sistema pneumatico di serraggio che subisce un calo di pressione di alimentazione durante il ciclo eroga una curva di pressione meno costante, e tale inconsistenza si riflette nella dispersione del momento torcente su un pattern di viti.

Il divario di precisione è documentato nei confronti tra le attrezzature. I sistemi idraulici di coppia mantengono un’accuratezza compresa tra più o meno il 3 e il 5 per cento, mentre i sistemi pneumatici rientrano tipicamente nella fascia più o meno 10–15 per cento. Per una flangia con limite di pressione, in cui l’integrità del giunto dipende da un carico di serraggio uniforme, questa differenza non è trascurabile. L’ASME PCC-1, la principale linea guida per il montaggio di giunti flangiati bullonati, considera la tensionatura dei bulloni un metodo in grado di ridurre la dispersione del precarico a circa più o meno il 5 per cento, rispetto alla dispersione molto maggiore associata ai metodi di serraggio a coppia non controllata. Una pompa elettrica non è l’unico modo per raggiungere tale obiettivo, ma rappresenta uno dei percorsi più diretti, poiché la sorgente di pressione non deve negoziazione con un sistema ad aria ad ogni ciclo.

La matematica dell’energia che gli ordini d’acquisto tendono a trascurare

Le pompe pneumatiche hanno il prezzo d'acquisto più basso. Hanno meno componenti interni, una costruzione più semplice e costi di produzione inferiori. Per questo motivo vengono inserite negli ordini d'acquisto senza particolari discussioni.

Il costo operativo racconta una storia diversa. L'aria compressa è un vettore energetico inefficiente. I sistemi pneumatici dissipano circa l'80–90 percento dell'energia in ingresso a causa delle perdite legate alla compressione e alle fughe nelle tubazioni. Una pompa elettrica converte l'energia in modo più diretto e stabile. Un impianto che utilizza una pompa pneumatica per più turni sta di fatto pagando diverse unità di energia per svolgere il lavoro di una sola.

Anche l'efficienza dei motori elettrici è oggi regolamentata in modo da favorire la soluzione elettrica. Secondo la norma IEC 60034-30-1, l'efficienza premium IE3 costituisce il requisito minimo per i motori a velocità fissa in molte giurisdizioni, mentre l'IE4 è sempre più diffuso. Una pompa basata su un motore IE3 parte da un livello di conversione energetica superiore rispetto a un sistema pneumatico che deve generare autonomamente la propria fornitura d'aria.

La matematica del ritorno sull'investimento non è identica per ogni officina, e sarebbe disonesto fingere il contrario. I confronti tra attrezzature indicano che il recupero dei costi di una pompa elettrica rientra approssimativamente nell’intervallo di 12–24 mesi per le attività con una domanda costante di serraggio, una volta considerata la differenza nei costi operativi. Un’officina che esegue lavori occasionali e a basso numero di cicli potrebbe non raggiungere mai tale ritorno. Il vantaggio è reale, ma scala in funzione del ciclo di lavoro.

Dove il silenzio e la collocazione contano davvero

Il rumore non compare spesso nell’elenco di selezione delle pompe, ma influenza concretamente l’esecuzione del lavoro. Un sistema pneumatico introduce un compressore nell’impronta acustica dell’area di lavoro, e i compressori non sono silenziosi. Su una piattaforma offshore, durante un fermo programmato in un impianto industriale — dove la comunicazione tra l’operatore della pompa e l’operatore con chiave dinamometrica è fondamentale per la sicurezza — oppure durante un turno notturno in un impianto vicino a zone residenziali, la differenza tra un compressore in funzione e un motore elettrico in funzione è una differenza pratica.

La flessibilità di posizionamento è l’altro vantaggio operativo. Una pompa elettrica necessita di una fonte di alimentazione, che può essere una presa a muro, un generatore o un quadro di distribuzione temporaneo. Non richiede invece un compressore d’aria dimensionato al consumo dello strumento, collegato idraulicamente al punto di lavoro e sottoposto a manutenzione per prevenire il trasporto di umidità e olio. Ciò semplifica la logistica dello spostamento di un sistema di serraggio da una flangia alla successiva, specialmente quando il punto di lavoro è in quota o di difficile accesso.

Il compromesso è onesto. Se sul cantiere non è disponibile né una rete elettrica stabile né un generatore, una pompa pneumatica o un’unità azionata da motore rimane la soluzione corretta. Una pompa elettrica non elimina la necessità di un piano energetico: ne modifica semplicemente le caratteristiche di fornitura.

Intervento su flangia in centrale elettrica in cui il tempo di allestimento costituiva il collo di bottiglia

Un team di manutenzione presso una grande centrale elettrica stava eseguendo il pretensionamento di bulloni per flange ad alta resistenza su apparecchiature elettriche, utilizzando cilindri solidi separati e dispositivi esterni di tensionamento. L’allestimento per ciascun bullone richiedeva il montaggio di numerosi componenti prima ancora che fosse possibile collegare la pompa. Non era la fase di pompaggio a rallentare l’operazione: era invece il montaggio del dispositivo di fissaggio.

Il team ha quindi passato a cilindri idraulici cavi abbinati a una stazione di pompaggio elettrica. La barra di tensionamento passa direttamente attraverso il nucleo cavo del cilindro, riducendo l’intero processo di montaggio del dispositivo di fissaggio multiparte a un singolo passaggio di posizionamento. Nel corso di un periodo di sei mesi, l’efficienza del pretensionamento dei bulloni per flange elettriche è migliorata del 44 percento, secondo quanto riportato, ed è stato eliminato del tutto il lavoro manuale relativo al montaggio dei dispositivi ausiliari di fissaggio. Il programma di revisione è stato completato in anticipo rispetto alla scadenza originaria.

In quel caso, la pompa non faceva nulla di particolare: forniva semplicemente una pressione costante a un cilindro che, per caso, aveva un’interfaccia meccanica migliore. Tuttavia, la combinazione era determinante: una pompa in grado di mantenere la pressione senza intervento dell’operatore permetteva all’equipaggio di concentrarsi sul posizionamento e sulla sequenza delle operazioni, mentre il cilindro cavo eliminava la fase di preparazione che fino ad allora aveva assorbito l’intero turno.

Pompe a due stadi, pompe a tre stadi e la logica di selezione che funziona davvero

Le pompe elettriche non costituiscono una singola categoria. Il numero di stadi descrive come viene erogata la portata d’olio al crescere della pressione del sistema; la scelta tra una pompa a due stadi e una pompa a tre stadi modifica il profilo del ciclo in misura maggiore rispetto alla semplice differenza tra le rispettive pressioni massime nominali.

Una pompa a due stadi eroga una portata maggiore nello stadio a bassa pressione, quindi passa a una portata inferiore per la porzione ad alta pressione del ciclo. Si tratta di una configurazione pratica, portatile ed economica, ideale per interventi con chiave singola, per la manutenzione mobile e per lavori in cui spostare la pompa tra diverse postazioni è più importante che ridurre di pochi secondi la durata di ciascun ciclo.

Una pompa a tre stadi aggiunge una fascia intermedia di pressione e portata. Ciò consente di mantenere disponibile una portata utile più elevata anche al crescere della pressione, accorciando i cicli ripetuti su chiavi di grandi dimensioni o su configurazioni con più utensili, purché motore, serbatoio, sistema di raffreddamento e valvole siano dimensionati di conseguenza. Non è automaticamente la scelta migliore: un’unità a tre stadi può essere più ingombrante, più pesante e più costosa da manutenere. Il numero di stadi rappresenta un punto di partenza, non un giudizio definitivo.

Le variabili di selezione che determinano effettivamente le prestazioni sono la portata pubblicata a diversi punti di pressione, la pressione di crossover tra le fasi, la capacità utile di olio, il ciclo di lavoro e il numero di utensili alimentati dalla pompa. Una pompa con la giusta classe di pressione ma con portata insufficiente ciclerà lentamente e surriscalderà l’olio. Una pompa con portata generosa ma con un serbatoio troppo piccolo rispetto al volume del tubo non riuscirà a sostenere una sequenza multi-utensile.

Taizhou Ruiqi Tools Co., Ltd. produce chiavi dinometriche idrauliche, tenditori per bulloni e piattaforme di pompe che li azionano, ponendo particolare enfasi sull’adattamento dell’erogazione della pompa all’utensile e alla procedura di serraggio del giunto, anziché proporre una configurazione monofase come universalmente corretta. L’aspetto produttivo di tale attività comprende la scelta del motore, l’integrazione delle valvole e la taratura del controllo della pressione: dettagli che determinano se la pompa mantiene il valore impostato già al centesimo ciclo e non soltanto al primo.