Quali pompe per vuoto funzionano per il pompaggio di gas secchi?
Per i processi a secco in cui deve essere pompata una miscela di gas non condensabili (ad esempio, aria), la pompa da utilizzare è chiaramente caratterizzata dalla pressione di esercizio richiesta e dalla quantità di gas da rimuovere. In questa sezione, viene presa in considerazione la scelta della pressione di esercizio richiesta. La scelta della pompa richiesta viene trattata nella pagina Dimensionamento della pompa.
Ogni pompa ha un campo di funzionamento caratteristico in cui ha un'efficienza particolarmente elevata. Pertanto, vengono descritte le pompe più adatte per l'uso nelle seguenti regioni di pressione. Per i processi sottovuoto a secco, il serbatoio deve prima essere svuotato. È possibile che le pompe utilizzate per questa operazione siano diverse da quelle che rappresentano le scelte ottimali per un processo eseguito a pressioni di esercizio definite. In ogni caso, la scelta deve essere effettuata tenendo in considerazione in particolare la regione di pressione in cui si svolge prevalentemente il processo di lavoro.
Vuoto basso (1.013 - 1 mbar)
Il campo di lavoro abituale delle pompe rotative è inferiore a 80 mbar. A pressioni più elevate, queste pompe hanno un consumo energetico molto elevato (vedere la Fig. 2.11) e un elevato consumo di olio. Pertanto, se i gas devono essere pompati a un valore superiore a 80 mbar per lunghi periodi, si consiglia di utilizzare, in particolare dal punto di vista dell'economia, pompe a getto, pompe ad anello d'acqua o pompe multi-palette a secco. Le pompe rotative a palette e a stantuffo sono particolarmente adatte per lo svuotamento di serbatoi dalla pressione atmosferica a pressioni inferiori a 80 mbar, poiché possono lavorare con continuità a basse pressioni. Se si sviluppano grandi quantità di gas a pressioni di ingresso inferiori a 40 mbar, si consiglia il collegamento in serie di una pompa Roots. Quindi, per la velocità della pompa primaria richiesta per il processo interessato, è possibile utilizzare una pompa a stantuffo o una pompa rotativa a palette molto più piccola.
Fig 2.11 Potenza del motore di una pompa rotativa a stantuffo (velocità di pompaggio 60 m3/h) in funzione della pressione di aspirazione e della temperatura di esercizio. Le curve per le pompe con zavorra a gas di altre dimensioni sono simili.
1 Curva della temperatura di esercizio 1 - 32 °C (89 °F)
2 Curva della temperatura di esercizio 2 - 40 °C (104 °F)
3 Curva della temperatura di esercizio 3 - 60 °C (140 °F)
4 Curva della temperatura di esercizio 4 - 90 °C (194 °F)
5 Curva teorica per compressione adiabatica
6 Curva teorica per compressione isotermica
Vuoto medio (1 - 10-3 mbar)
Se un serbatoio sottovuoto deve semplicemente essere evacuato a pressioni nell'intervallo del vuoto medio, probabilmente alla pressione primaria richiesta dalle pompe a diffusione o dalle pompe ioniche sputter, pompe rotative monostadio e a due stadi risultano adeguate rispettivamente per pressioni fino a 10-1 e a 10-3 mbar. È decisamente più difficile scegliere il tipo di pompa adatto se si tratta di processi a vuoto medio in cui i gas o i vapori si liberano continuamente e devono essere pompati via. A questo punto, potrebbe essere utile un suggerimento importante. Vicino alla pressione finale raggiungibile, la velocità di pompaggio di tutte le pompe rotative diminuisce rapidamente. Pertanto, il limite minimo per la normale regione della pressione di esercizio di queste pompe deve essere quello in cui la velocità di pompaggio è ancora pari a circa il 50% della velocità di pompaggio nominale.
Tra 1 e 10-2 mbar allo sviluppo di grandi quantità di gas, le pompe Roots con pompe rotative come pompe primarie presentano caratteristiche di pompaggio ottimali. Per questo intervallo di pressione, è sufficiente una pompa rotativa monostadio, se il campo di lavoro principale è superiore a 10-1 mbar. Se è compreso tra 10-1 e 10-2 mbar, si consiglia di utilizzare una pompa primaria a due stadi. Al di sotto di 10-2 mbar, la velocità di pompaggio delle pompe Roots monostadio in combinazione con pompe rotative a due stadi come pompe primarie diminuisce. Tuttavia, tra 10-2 e 10-4 mbar, le pompe Roots a due stadi (o due pompe Roots monostadio in serie) con pompe rotative a due stadi come pompe primarie hanno ancora una velocità di pompaggio molto elevata. Al contrario, questa regione di pressione è il campo di lavoro abituale delle pompe a eiettore di vapore. Per il lavoro in questa regione di pressione, queste sono le pompe più economiche da acquistare. Come pompe primarie, sono adatte pompe rotative a cilindrata positiva monostadio. Se risulta conveniente operare con manutenzione ridotta e senza valvole (ovvero, in caso di serbatoi di piccole dimensioni in cicli di funzionamento brevi da svuotare a circa 10-4 mbar o di grandi serbatoi da mantenere a questa pressione senza sorveglianza per settimane), risultano adatte combinazioni con pompe Roots a due stadi e pompe rotative a due stadi come pompe primarie. Sebbene tale combinazione non funzioni come la pompa a eiettore di vapore corrispondente, può funzionare per un periodo di tempo molto più lungo senza necessità di manutenzione.
Vuoto alto (da 10-3 a 10-7 mbar)
Le pompe a diffusione, ioniche sputter e turbomolecolari operano in genere nell'intervallo di pressione inferiore a 10-3 mbar. Se il campo di lavoro varia durante un processo, è necessario collegare al serbatoio sistemi di pompaggio diversi. Sono inoltre disponibili speciali pompe a diffusione che combinano le caratteristiche tipiche di una pompa a diffusione (bassa pressione finale, elevata velocità di pompaggio nell'intervallo del vuoto alto) con le eccezionali caratteristiche di una pompa a eiettore di vapore (alta resa nell'intervallo del vuoto medio, alta contropressione critica). Se il campo di lavoro è compreso tra 10-2 e 10-6 mbar, queste pompe a diffusione sono, in generale, particolarmente consigliate.
Vuoto ultra alto (< 10-7 mbar)
Per la produzione di pressioni nell'intervallo del vuoto ultra alto, in combinazione con le pompe di pre-vuoto appropriate, vengono utilizzate pompe ioniche e pompe a sublimazione, oltre a pompe turbomolecolari e pompe criogeniche. La pompa più adatta a un particolare processo UHV dipende da varie condizioni (per ulteriori dettagli, vedere la pagina relativa al vuoto oil-free).
Fondamenti della tecnologia del vuoto
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Riferimenti
- Simboli del vuoto
- Glossario delle unità
- Riferimenti e fonti
Simboli del vuoto
Glossario dei simboli comunemente utilizzati negli schemi della tecnologia del vuoto come rappresentazione visiva dei tipi di pompe e delle parti dei sistemi di pompaggio
Glossario delle unità
Panoramica delle unità di misura utilizzate nella tecnologia del vuoto e dell'importanza dei simboli, nonché degli equivalenti moderni delle unità storiche
Riferimenti e fonti
Riferimenti, fonti e ulteriori letture riguardanti la i fondamenti della tecnologia del vuoto
