Tipi di pompe per vuoto industriali

Per quasi due decenni abbiamo visto in prima persona come il cuore di molti processi industriali e scientifici sia un vuoto affidabile. Scegliere la giusta tecnologia delle pompe per vuoto non è solo una verifica delle specifiche; è una decisione fondamentale che influisce sull'efficienza del processo, sulla qualità del prodotto e sul costo totale di proprietà.

Questa guida demistifica i principali tipi di pompe per vuoto, aiutandoti a comprenderne i principi di funzionamento, i punti di forza e le applicazioni ideali.

Comprensione dello spettro del vuoto: da grezzo ad alto/altissimo

Prima di approfondire i tipi di pompe, è fondamentale comprendere i livelli di vuoto che intendiamo raggiungere. Lo spettro è generalmente suddiviso in:

• Vuoto agitato/basso: (atmosfera fino a 1x10⁻⊃3; mbar) Comune nell'imballaggio, nel sollevamento e nel degasaggio.

• Vuoto fine/medio: (da 1x10⁻⊃3; mbar a 1x10⁻⁷ mbar) Essenziale per applicazioni di filtrazione, essiccazione e laboratorio.

• Alto/altissimo vuoto (UHV): (1x10⁻⁷ mbar e inferiore) Fondamentale nella fabbricazione di semiconduttori, nella simulazione spaziale e nella ricerca fisica avanzata.

Diverse pompe sono progettate per funzionare in modo efficiente in parti specifiche di questo spettro.

Un approfondimento sulle principali tecnologie delle pompe per vuoto

1. Pompe per vuoto rotative a palette con guarnizione ad olio

• Come funzionano: un rotore rotante con palette scorrevoli è montato eccentricamente all'interno di uno statore. La forza centrifuga spinge le palette contro la parete dello statore, creando camere di espansione e contrazione che aspirano, isolano e scaricano i gas. L'olio fornisce lubrificazione, raffreddamento e uno strato sigillante critico.

• Pro: Tecnologia collaudata, conveniente per vuoto intenso/basso, relativamente silenzioso.

• Contro: rischio di contaminazione dell'olio nel processo, richiede cambi e smaltimento regolari dell'olio, può essere sensibile al particolato e ai vapori condensabili.

• Ideale per: lavori generali di laboratorio, piccoli forni industriali, come pompa di supporto per sistemi a vuoto più elevato.

  
  

2. Pompe ad anello liquido

• Come funzionano: una girante multipala ruota eccentricamente all'interno di un involucro riempito con un liquido sigillante (spesso acqua). Il liquido forma un anello mobile che crea camere di compressione, comprimendo il gas in modo isotermo.

• Pro: Estremamente robusto, gestisce in modo eccellente i vapori umidi e condensabili, la compressione isotermica è ideale per i gas sensibili al calore.

• Contro: Vuoto finale ed efficienza inferiori rispetto ad altri tipi, richiede una fornitura continua di liquido sigillante e il trattamento dell'acqua contaminata.

• Ideale per: lavorazione chimica, distillazione farmaceutica, disidratazione della carta e applicazioni di sgrossatura con elevato contenuto di umidità.

  
  

3. Pompe per vuoto Roots (soffianti)

• Come funzionano: due rotori a forma di 8 ruotano in senso contrario senza toccarsi l'un l'altro o l'involucro, intrappolando e spostando meccanicamente il gas dall'ingresso all'uscita.

• Nota cruciale: le pompe Roots non possono funzionare solo contro la pressione atmosferica; devono essere supportati da una pompa primaria (come una pompa rotativa a palette o a vite a secco). Si tratta di pompe di potenziamento che aumentano notevolmente la velocità di pompaggio e consentono alla pompa di supporto di funzionare in modo più efficiente nel suo intervallo di pressione preferito.

• Pro: velocità di pompaggio molto elevate nel campo del vuoto medio, nessuna compressione interna, senza olio.

• Contro: Non è una pompa autonoma, richiede una pompa di supporto.

• Ideale per: aumentare la produttività e l'efficienza dei sistemi per vuoto nella metallurgia, nei liofilizzatori su larga scala e nei sistemi di evaporazione.

  
  

4. Pompe per vuoto a secco: i moderni cavalli di battaglia

La richiesta di soluzioni oil-free, pulite e che richiedano poca manutenzione ha reso le pompe a secco lo standard del settore per molte applicazioni impegnative. Ecco i tipi più comuni:

a) Pompe per vuoto a artigli

• Principio: due artigli ruotano senza contatto, intrappolando il gas e comprimendolo internamente prima di espellerlo verso l'uscita. Spesso organizzato in più moduli per rapporti di compressione più elevati.

• Caratteristiche: Buona tolleranza alla polvere, esente da olio, affidabile.

b) Pompe per vuoto a vite

• Principio: due rotori a vite intrecciati muovono il gas in direzione assiale dall'ingresso all'uscita. Gli spazi tra le viti forniscono compressione interna.

• Caratteristiche: Eccellente tecnologia a pompa a secco a tutto tondo. Gestisce un'ampia gamma di gas, offre un'elevata efficienza energetica (soprattutto con i VFD) ed è molto affidabile. Ideale per applicazioni di semiconduttori, chimiche e farmaceutiche.

c) Scorrere le pompe per vuoto

• Principio: una spirale orbitante si muove all'interno di una spirale fissa, creando sacche di gas mobili che vengono compresse verso l'uscita centrale.

• Caratteristiche: Molto silenzioso, compatto e privo di vibrazioni. Perfetto per ambienti puliti come laboratori di analisi e ricerca e sviluppo. Capacità limitata per processi carichi di particolato o corrosivi.

d) Pompe per vuoto rotative a palette a secco

• Principio: simili alle loro controparti con tenuta a olio, queste pompe utilizzano palette che scivolano fuori da un rotore all'interno di uno statore per creare camere di compressione. Funzionano però senza alcun fluido di lavoro nella camera di pompaggio . La chiave del loro funzionamento è l'uso di materiali speciali autolubrificanti per le palette e il rivestimento della camera, in grado di resistere all'attrito e al calore generati dal funzionamento a secco.

• Caratteristiche: Offrono un design compatto e senza olio che evita la contaminazione dell'olio e riduce le esigenze di manutenzione rispetto alle versioni con tenuta ad olio . I progetti moderni si concentrano su sistemi di raffreddamento efficienti per gestire il calore derivante dalla compressione a secco, che è fondamentale per mantenere prestazioni e longevità. Sono noti per i loro bassi livelli di rumore e vibrazioni.

• Ideale per: applicazioni che richiedono un ambiente pulito e privo di olio nell'intervallo di vuoto da grezzo a medio. Ciò li rende adatti a processi metallurgici come la fusione e il degasaggio sotto vuoto , nonché all'imballaggio, al sollevamento e ad altri compiti industriali in cui la contaminazione dell'olio rappresenta un problema.

  
  

5. Pompe turbomolecolari

• Come funzionano: una serie di rotori a pale girano a velocità estremamente elevate (tipicamente 30.000 - 90.000 giri/min). È statisticamente più probabile che le molecole di gas che entrano in collisione con queste pale vengano dirette verso lo scarico, creando un effetto di 'trascinamento'. Devono essere supportati da una pompa per vuoto.

• Pro: raggiunge un vuoto elevato e ultraelevato pulito e senza olio. Nessun idrocarburo nella camera.

• Contro: costo iniziale elevato, sensibile agli shock fisici e all'ingresso di particelle di grandi dimensioni, richiede una pompa di supporto.

• Ideale per: applicazioni UHV come deposizione di film sottile di semiconduttori (PVD, CVD), acceleratori di particelle e scienza delle superfici.

  
  

Confronto in breve

Come scegliere: tutto dipende dalla tua applicazione

La pompa 'migliore' è quella che risolve nel modo più efficace ed economico il tuo problema specifico. Ecco le domande chiave da porre:

1. Quale livello di vuoto è richiesto? Questo è il tuo punto di partenza.

2. Qual è il processo? È pulito o sporco? Si pompano vapori condensabili, polveri abrasive o gas corrosivi?

3. La contaminazione del petrolio è una preoccupazione? Per le applicazioni sensibili nel settore alimentare, farmaceutico o analitico, la risposta è sempre 'sì', rendendo le pompe a secco la scelta predefinita.

4. Quali sono i costi totali? Guarda oltre il prezzo di acquisto. Considerare il consumo energetico, i tempi di inattività per la manutenzione e i costi dei materiali di consumo (olio, filtri).

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Conclusione

Il viaggio dal vuoto grezzo con le robuste pompe Roots al vuoto ultra-alto incontaminato delle pompe turbomolecolari mostra una notevole evoluzione nell'ingegneria. Oggi, la tendenza è inequivocabilmente verso soluzioni di pompaggio asciutte, pulite e intelligenti che offrono affidabilità superiore e costi di esercizio inferiori. Tra queste, le pompe rotative a palette a secco rappresentano un'opzione robusta e senza olio per un'ampia gamma di applicazioni industriali in cui è necessario evitare la contaminazione ed è apprezzato il design compatto.

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