Pompe a vuoto: tipi applicazioni e funzionamento

Una pompa a vuoto è un dispositivo che rimuove le molecole di gas da una camera o contenitore sigillato, creando un vuoto parziale o completo. Le pompe a vuoto sono ampiamente utilizzate in vari settori e campi di ricerca, come l'aerospaziale, l'elettronica, la metallurgia, la chimica, la medicina e la biotecnologia. Le pompe a vuoto possono essere utilizzate anche per applicazioni come l'imballaggio al vuoto, la formatura al vuoto, la verniciatura al vuoto, l'essiccazione al vuoto e la filtrazione al vuoto.

In questo articolo spiegheremo cos'è una pompa a vuoto, come funziona, quali sono le sue principali caratteristiche e tipologie, e quali sono alcune delle sue applicazioni comuni.

Cos'è una pompa a vuoto?

Una pompa a vuoto è definita come un dispositivo che riduce la pressione all'interno di una camera o contenitore rimuovendo le molecole di gas. Il grado di vuoto raggiunto da una pompa a vuoto dipende da diversi fattori, come il design della pompa, il tipo di gas pompato, il volume della camera, la temperatura del gas e il tasso di perdita del sistema.

La prima pompa a vuoto fu inventata da Otto von Guericke nel 1650. Dimostrò il suo dispositivo usando due emisferi che erano stati evacuati dalla sua pompa e poi uniti insieme. Mostrò che neppure squadre di cavalli potevano separarli a causa della pressione atmosferica che agiva su di essi. Successivamente, Robert Boyle e Robert Hooke migliorarono il design di Guericke e condussero esperimenti sulle proprietà del vuoto.

Quali sono le principali caratteristiche di una pompa a vuoto?

Ci sono tre caratteristiche principali che caratterizzano una pompa a vuoto:

• Pressione di scarico

• Grado di vuoto

• Velocità di pompaggio

Pressione di scarico

La pressione di scarico è la pressione misurata all'uscita della pompa. Può essere uguale o inferiore alla pressione atmosferica. Diverse pompe a vuoto sono progettate per diverse pressioni di scarico. Normalmente, le pompe per creare un alto vuoto hanno una bassa pressione di scarico. Ad esempio, per creare un vuoto molto alto di 10-4 o 10-7 Torr (un'unità di pressione), è necessaria una pressione di scarico della pompa molto bassa.

Alcune pompe ad alto vuoto richiedono una pompa di supporto per mantenere una bassa pressione di scarico prima di poter operare. La pompa di supporto può essere un altro tipo di pompa a vuoto o un compressore. La pressione creata dalla pompa di supporto è chiamata pressione di supporto o pressione anteriore.

Grado di vuoto

Il grado di vuoto è la pressione minima che può essere creata da una pompa a vuoto all'interno di una camera o contenitore. È anche noto come pressione ultima o pressione base. Teoricamente, è impossibile creare un vuoto assoluto (pressione zero) all'interno di una camera, ma praticamente è possibile creare una pressione molto bassa di circa 10-13 Torr o inferiore.

Il grado di vuoto raggiunto da una pompa a vuoto dipende da diversi fattori, come il design della pompa, il tipo di gas pompato, il volume della camera, la temperatura del gas e il tasso di perdita del sistema.

Velocità di pompaggio

La velocità di pompaggio è definita come la velocità con cui una pompa può rimuovere le molecole di gas da una camera o contenitore a una data pressione. È misurata in unità di volume per tempo, come litri al secondo (L/s), piedi cubi al minuto (CFM) o metri cubi all'ora (m3/h). La velocità di pompaggio è anche nota come capacità di aspirazione o portata.

La velocità di pompaggio dipende da diversi fattori, come il design della pompa, il tipo di gas pompato, la differenza di pressione tra l'ingresso e l'uscita della pompa, e la conduttanza del sistema.

Quali sono i tipi di pompe a vuoto?

Esistono molti tipi di pompe a vuoto disponibili sul mercato. Possono essere classificati in due categorie principali: pompe a spostamento positivo e pompe cinematiche.

Pompe a spostamento positivo

Le pompe a spostamento positivo funzionano intrappolando un volume fisso di gas all'ingresso e quindi comprimendolo a una pressione più alta all'uscita. Possono creare vuoti bassi a medi (fino a 10-3 Torr). Alcuni esempi di pompe a spostamento positivo sono:

• Pompe a vane rotanti

• Pompe a pistoni

• Pompe a diaframma

• Pompe a vite

• Pompe a scorrimento

• Soffianti Roots

Pompe a vane rotanti

Le pompe a vane rotanti sono uno dei tipi più comuni di pompe a spostamento positivo.

Sono costituite da un rotore cilindrico con vane radiali che si spostano avanti e indietro mentre il rotore ruota all'interno di uno statore. Le vane dividono lo spazio tra il rotore e lo statore in camere che cambiano volume mentre si muovono dall'ingresso all'uscita. Quando una camera si sposta dall'ingresso all'uscita, intrappola il gas a bassa pressione e poi lo comprime a alta pressione prima di rilasciarlo all'uscita.

Le pompe a vane rotanti possono essere sia a olio che asciutte.

Le pompe a vane rotanti a olio usano l'olio come lubrificante e sigillante tra le vane e lo statore. L'olio aiuta anche a raffreddare e rimuovere alcune molecole di gas dal sistema. Le pompe a vane rotanti asciutte non usano olio ma si affidano ad altri materiali o rivestimenti per ridurre l'attrito e l'usura tra le vane e lo statore.

Le pompe a vane rotanti possono creare vuoti fino a 10-3 Torr con velocità di pompaggio comprese tra 0,5 e 1000 L/s.

Pompe a pistoni

Le pompe a pistoni sono un altro tipo di pompe a spostamento positivo che utilizzano uno o più pistoni per comprimere il gas all'interno di cilindri. I pistoni si muovono avanti e indietro all'interno di cilindri che hanno valvole alle estremità per controllare il flusso del gas. Quando un pistone si muove in avanti, spinge il gas fuori da una estremità del suo cilindro mentre ne aspira attraverso una valvola d'ingresso. Quando si muove all'indietro, chiude la valvola d'ingresso mentre apre la valvola d'uscita per rilasciare il gas compresso.

Le pompe a pistoni possono essere a singolo stadio o multistadio. Le pompe a pistoni a singolo stadio hanno solo un cilindro per pistone, mentre le pompe a pistoni multistadio hanno due o più cilindri collegati in serie per pistone. Le pompe a pistoni multistadio possono creare vuoti più alti rispetto a quelle a singolo stadio comprimendo il gas più volte prima di rilasciarlo.

Le pompe a pistoni possono creare vuoti fino a 10-3 Torr con velocità di pompaggio comprese tra 1 e 1000 L/s.

Pompe a diaframma

Le pompe a diaframma sono un altro tipo di pompe a spostamento positivo che utilizzano diaframmi flessibili per comprimere il gas all'interno di camere. I diaframmi sono attaccati a leve che si muovono avanti e indietro tramite un motore elettrico o un camme eccentrico. Quando un diaframma si muove in avanti, spinge il gas fuori dalla sua camera attraverso una valvola d'uscita mentre ne aspira attraverso una valvola d'ingresso. Quando si muove all'indietro, chiude la valvola d'uscita mentre apre la valvola d'ingresso per consentire il flusso del gas.

Le pompe a diaframma sono pompe asciutte che non utilizzano olio o altri fluidi come lubrificanti o sigillanti. Sono adatte per pompare gas corrosivi, infiammabili o sensibili che non possono essere contaminati dall'olio. Possono anche operare in qualsiasi orientamento senza influire sulle loro prestazioni.

Le pompe a diaframma possono creare vuoti fino a 10-3 Torr con velocità di pompaggio comprese tra 0,1 e 100 L/s.

Pompe a vite

Le pompe a vite sono un altro tipo di pompe a spostamento positivo che utilizzano due viti intersecate per comprimere il gas all'interno di camere. Le viti ruotano in direzioni opposte all'interno di alloggiamenti cilindrici che hanno porte d'ingresso e d'uscita alle estremità. Mentre le viti ruotano, spostano il gas lungo i loro fili dall'ingresso all'uscita riducendone il volume e aumentandone la pressione.

Le pompe a vite possono essere a olio o asciutte. Le pompe a vite a olio utilizzano l'olio come lubrificante e sigillante tra le viti e gli alloggiamenti. L'olio aiuta anche a raffreddare e rimuovere alcune molecole di gas dal sistema. Le pompe a vite asciutte non utilizzano olio ma si affidano ad altri materiali o rivestimenti per ridurre l'attrito e l'usura tra le viti e gli alloggiamenti.