Come viene misurata la pressione del vuoto?
Gli intervalli di pressione nella tecnologia del vuoto e la loro caratterizzazione
Nella tecnologia del vuoto è comune suddividere l'intero intervallo di pressione, che si estende per oltre 16 potenze di dieci, in singoli regimi più piccoli. Questi sono generalmente definiti come segue:
Vuoto basso (RV) 1000 - 1 mbar
Vuoto medio (MV) 1 - 10-3 mbar
Vuoto alto (HV) 10-3 - 10-7 mbar
Vuoto ultra alto (UHV) 10-7 - (10-14) mbar
Tabella IX Intervalli di pressione utilizzati nella tecnologia del vuoto e relative caratteristiche (numeri arrotondati alla potenza di dieci intera)
Questa suddivisione è, naturalmente, piuttosto arbitraria. In particolare, i chimici possono fare riferimento allo spettro di maggiore interesse per loro, compreso tra 100 e 1 mbar, come al "vuoto intermedio". Alcuni tecnici potrebbero non fare riferimento al vuoto, ma parlare invece di "bassa pressione" o "pressione negativa". Tuttavia, gli intervalli di pressione sopra elencati possono essere definiti in modo abbastanza soddisfacente dall'osservazione delle condizioni di cinetica dei gas e della natura del del flusso di gas. Anche le tecnologie operative nei vari intervalli saranno diverse.
Aria atmosferica
Prima dello svuotamento, ogni sistema per vuoto sulla Terra contiene aria e sarà sempre circondato dall'aria durante il funzionamento. Ciò rende necessario conoscere le proprietà fisiche e chimiche dell'aria atmosferica.
L'atmosfera è costituita da una serie di gas e, vicino alla superficie terrestre, anche da vapore acqueo. La pressione esercitata dall'aria atmosferica è riferita al livello del mare. La pressione atmosferica media è di 1.013 mbar (equivalente a una "atmosfera", un'unità di misura utilizzata in passato). La tabella VIII mostra la composizione dell'atmosfera standard a un'umidità relativa del 50% e a una temperatura di 20 °C (68 °F).
Tabella VIII Composizione dell'aria atmosferica. Nota: nella composizione dell'aria atmosferica, l'umidità relativa (RH) è indicata separatamente insieme alla temperatura.
All'umidità relativa data, quindi, la pressione dell'aria rilevata sul barometro è di 1.024 mbar.
Tabella XVII Tabella di confronto e conversione della temperatura (arrotondata al grado intero)
In termini di tecnologia del vuoto, occorre notare i seguenti punti per quanto riguarda la composizione dell'aria:
a) Il vapore acqueo contenuto nell'aria, che varia in base al livello di umidità, svolge un ruolo importante durante lo svuotamento di un impianto per vuoto (vedere pagina sul pompaggio dei gas - processo a umido).
b) La notevole quantità di gas argon inerte deve essere presa in considerazione nelle procedure di svuotamento utilizzando pompe ad adsorbimento.
c) Nonostante il bassissimo contenuto di elio nell'atmosfera, solo circa 5 ppm (parti per milione), questo gas inerte si rivela particolarmente evidente nei sistemi a vuoto ultra alto sigillati con Viton o che incorporano componenti in vetro o quarzo. L'elio è in grado di permeare queste sostanze in quantità misurabile.
La pressione dell'aria atmosferica diminuisce con l'aumento dell'altitudine sopra la superficie terrestre (vedere la Fig. 9.3). Il vuoto alto prevale a un'altitudine di circa 100 km (328.083 piedi) e il vuoto ultra alto al di sopra di 400 km (1.312.335 piedi). La composizione dell'aria cambia anche in base alla distanza dalla superficie terrestre (vedere la Fig. 9.4).
Fig 9.3 Riduzione della pressione dell'aria (1) e variazione della temperatura (2) in funzione dell'altitudine
Fig 9.4 Variazione della composizione dei gas nell'atmosfera in funzione dell'altitudine
Unità di pressione e loro definizione
Pressione p (mbar)
Pressione dei fluidi (gas e liquidi). (Grandezza: pressione; simbolo: p; unità di misura: millibar; abbreviazione: mbar). La pressione è definita nello standard DIN 1314 come il rapporto tra la forza standardizzata applicata su una superficie e l'estensione di questa superficie (forza riferita all'area della superficie). Anche se il Torr non viene più utilizzato come unità di misura della pressione, è comunque utile nell'interesse della trasparenza citare questa unità di pressione: 1 Torr è la pressione del gas in grado di sollevare una colonna di mercurio di 1 mm a 0 °C (32 °F). (La pressione atmosferica standard è 760 Torr o 760 mm Hg). La pressione p può essere definita da più pedici:
Pressione assoluta pabs
Nella tecnologia del vuoto la pressione assoluta è sempre specificata, in modo da poter normalmente omettere l'indice "abs".
Pressione totale pt
La pressione totale in un serbatoio è la somma delle pressioni parziali di tutti i gas e i vapori presenti all'interno del serbatoio.
Pressione parziale pi
La pressione parziale di un determinato gas o vapore è la pressione che tale gas o vapore eserciterebbe se fosse presente da solo nel serbatoio. Nota importante: nella tecnologia del vuoto alto, in particolare, la pressione parziale in una miscela di gas e vapore è spesso intesa come la somma delle pressioni parziali di tutti i componenti non condensabili presenti nella miscela stessa, ad esempio nel caso della "pressione finale parziale" in una pompa rotativa a palette.
Pressione del vapore di saturazione ps
La pressione del vapore saturo viene definita come la pressione del vapore di saturazione ps. ps sarà una funzione della temperatura per una determinata sostanza.
Pressione del vapore pd
Pressione parziale dei vapori che possono essere liquefatti alla temperatura dell'azoto liquido (LN2).
Pressione standard pn
La pressione standard pn è definita nella norma DIN 1343 come una pressione pari a pn = 1.013,25 mbar.
Pressione finale pp end
La pressione più bassa che può essere raggiunta in un serbatoio sottovuoto. La cosiddetta pressione finale dipende non solo dalla velocità di aspirazione della pompa, ma anche dalla pressione del vapore pd per i lubrificanti, i sigillanti e i propellenti utilizzati nella pompa. Se un serbatoio viene svuotato semplicemente con una pompa per vuoto rotativa (compressione volumetrica) a tenuta d'olio, la pressione finale che può essere raggiunta sarà determinata principalmente dalla pressione del vapore dell'olio della pompa utilizzato e, a seconda della pulizia del serbatoio, anche dei vapori rilasciati dalle pareti dei serbatoi e, naturalmente, dalla tenuta del serbatoio a vuoto stesso.
Pressione ambiente pamb
o pressione atmosferica (assoluta)
Sovrappressione pe o pressione relativa
(Simbolo indice da "eccesso")
Qui i valori positivi per pe indicano la sovrappressione o pressione relativa; i valori negativi caratterizzano il vuoto.
Pressione di esercizio pw
Durante lo svuotamento, i gas e/o i vapori vengono rimossi da un serbatoio. Si ritiene che i gas siano in uno stato gassoso che non ne consenta, tuttavia, la condensa alla temperatura di esercizio o di lavoro. Il vapore è anche importante in uno stato gassoso, ma può essere liquefatto alle temperature prevalenti aumentando la pressione. Infine, il vapore saturo è quello che, alla temperatura prevalente, è gas in equilibrio con la fase liquida della stessa sostanza.
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Tabella I Unità di pressione consentite, incluso il Torr 1) e relative conversioni.
- Il Torr è incluso nella tabella solo per facilitare il passaggio da questa unità familiare alle unità previste dalle normative N · m-2, mbar e bar. In futuro non potranno più essere utilizzate le unità di pressione Torr, mm di colonna d'acqua, mm di colonna di mercurio (mm Hg), vuoto %, atmosfera tecnica (at), atmosfera fisica (atm), atmosfera assoluta (ata), pressione superiore a quella atmosferica e pressione inferiore a quella atmosferica. In questo contesto, si fa riferimento alla norma DIN 1314.
- L'unità Newton al metro quadrato (N · m-2) è detta anche Pascal (Pa): 1 N · m-2 = 1 Pa. Newton al metro quadrato o Pascal è l'unità SI per la pressione dei fluidi.
- 1 Torr = 4/3 mbar; fl torr = 1 mbar.
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References
- Vacuum symbols
- Glossary of units
- References and sources
Vacuum symbols
A glossary of symbols commonly used in vacuum technology diagrams as a visual representation of pump types and parts in pumping systems
Glossary of units
An overview of measurement units used in vacuum technology and what the symbols stand for, as well as the modern equivalents of historical units
References and sources
References, sources and further reading related to the fundamental knowledge of vacuum technology
