Come funziona una pompa a vuoto?

Il vuoto è uno spazio privo di materia in cui la pressione gassosa all'interno di questo volume è al di sotto della pressione atmosferica. La funzione principale di una pompa a vuoto è quella di cambiare la pressione in uno spazio contenuto per creare un vuoto completo o parziale meccanicamente o chimicamente. La pressione cercherà sempre di equalizzare tra le regioni collegate mentre le molecole di gas fluiscono da alto a basso per riempire l'intera area di quel volume. Pertanto, se viene introdotto un nuovo spazio a bassa pressione, il gas scorrerà naturalmente dall'area ad alta pressione alla nuova area di bassa pressione fino a quando non hanno uguale pressione. Si noti che questo processo di vuoto non viene creato non [succhiando "i gas ma spingendo molecole. Le pompe a vuoto spostano essenzialmente le molecole di gas da una regione al prossimo per creare un vuoto cambiando stati alti e a bassa pressione.
Nozioni di base sulla pompa a vuoto
Poiché le molecole vengono rimosse dallo spazio del vuoto, diventa esponenzialmente più difficile rimuoverle aggiuntive, aumentando così la potenza del vuoto richiesto. Gli intervalli di pressione sono inseriti in diversi gruppi:
Vuoto grezzo / basso: da 1000 a 1 mbar / 760 a 0,75 torr
Vuoto fine / medio: da 1 a 10-3 mbar / 0,75 a 7,5-3 torr
Vuoto alto: da 10-3 a 10-7 Mbar / 7,5-3 a 7,5-7 Torr
Vuoto ultra-alto: da 10-7 a 10-11 MBAR / 7.5-7 a 7.5-11 Torr
Extreme High vuoto: <10-11 Mbar / <7,5-11 Torr
Le pompe a vuoto sono classificate per l'intervallo di pressione che possono ottenere per aiutare a distinguere le loro capacità. Queste classificazioni sono:
Pompe primarie (di supporto) che gestiscono intervalli di pressione del vuoto ruvidi e bassi.
Le pompe per booster maneggiano intervalli a bassa e media pressione.
Le pompe secondarie (alte sottovuoto) maneggiano intervalli di pressione del vuoto alti, molto alti e alti.

A seconda dei requisiti di pressione e dell'applicazione operativa, le tecnologie della pompa a vuoto sono considerate bagnate o asciutte. Le pompe bagnate usano olio o acqua per la lubrificazione e la tenuta, mentre le pompe a secco non hanno liquido nello spazio tra i meccanismi di rotazione o le parti statiche utilizzate per isolare e comprimere le molecole di gas. Senza lubrificazione, le pompe a secco hanno tollerancesto molto stretto funzionano efficacemente senza usura. Vediamo alcuni dei metodi utilizzati in una pompa a vuoto.

Pompe di cattura
Le pompe di acquisizione, anche denominate pompe di intrappolamento, non hanno parti in movimento e vengono utilizzate per applicazioni che richiedono pressioni di vuoto estremamente elevate. Senza parti mobili, le pompe di acquisizione possono creare un ambiente di vuoto utilizzando due metodi diversi.
Cryopump (secco, secondario): pressione 7,5 x 10-10 Torr, velocità di pompaggio 1200-4200 I/S
Uno dei metodi utilizzati dalle pompe di cattura, è intrappolare le molecole di gas attraverso la criogenica per intrappolare le molecole di gas. I criopumps usano la tecnologia criogenica per congelare o intrappolare il gas su una superficie molto fredda. Usando temperature estremamente fredde, attirano efficacemente molecole verso l'interno per creare un vuoto.
Pompe a ioni di sputter (asciutto, secondario): pressione 7,5 x 10-12 Torr, velocità di pompaggio 1.000 I/s
Le pompe a ioni di sputter usano campi altamente magnetici e ionizzazione delle molecole di gas per renderle elettricamente conduttive come metodo di intrappolamento. Il campo magnetico crea una nuvola di ioni elettropositivi che vengono depositati su un catodo in titanio. In questo processo, i materiali chimicamente attivi si combinano con le molecole di gas per attirarli e creare un vuoto.

Pompe di trasferimento
Le pompe di trasferimento possono funzionare utilizzando due tipi di metodi; Energia cinetica o spostamento positivo. A differenza delle pompe di cattura, le pompe di trasferimento stanno spingendo le molecole di gas fuori dallo spazio attraverso il sistema. Ciò che hanno in comune è che tutti usano un metodo per spingere meccanicamente gas e aria attraverso il sistema a diversi intervalli di sistema. È comune che le pompe di trasferimento multiple siano utilizzate insieme in parallelo per fornire un vuoto e una portata più elevata. È inoltre comune utilizzare più pompe di trasferimento in un sistema per consentire la ridondanza in caso di guasto della pompa.
Pompe cinetiche
Le pompe cinetiche usano il principio del momento attraverso le giranti (pale) o introducendo vapore per spingere il gas verso l'uscita.
Pompa turbomolecolare (secca, secondaria): pressione 7,5 x 10-11 Torr, velocità di pompaggio 10-50.000 I/s.
Tutte le pompe cinetiche sono pompe secondarie in quanto vengono utilizzate per applicazioni ad alta pressione. Un metodo a secco è la pompa turbomolecolare, che utilizza lame rotanti ad alta velocità all'interno della camera che spingono le molecole di gas. Trasferire lo slancio dalle lame rotanti alle molecole di gas aumentando il loro tasso di spostamento verso l'outlet. Queste pompe forniscono basse pressioni e hanno basse velocità di trasferimento.
Pompa di diffusione del vapore (bagnato, secondario): pressione 7,5 x 10-11 Torr, velocità di pompaggio 10-50.000 I/s.
La pompa di diffusione a vapore utilizza il vapore di olio riscaldato ad alta velocità che utilizza energia cinetica per trascinare le molecole di gas dall'ingresso all'uscita. Non ci sono parti in movimento e c'è una pressione ridotta all'ingresso.
Pompe di spostamento positive
L'altra forma di tipo di trasferimento è uno spostamento positivo. Il principio di base di una pompa di spostamento positivo è ampliando il volume originale nella camera, spostano piccoli volumi di gas isolati in diverse fasi, comprendendo a un volume più piccolo e ad una pressione più elevata espulsa all'esterno. Queste pompe funzionano a intervalli di pressione più bassi e sono classificate in pompe primarie o di booster e incorporano tecnologie bagnate o asciutte. Ecco i vari tipi di pompe per vuoto primarie a spostamento positivo:
Pompa a pale rotante con sede a olio (bagnato, primario): pressione 1 x 10-3 mbar, velocità di pompaggio 0,7-275 m3/h (0,4-162 ft3/min)
Le pompe rotanti a rotazione sigillate con olio comprimono gas con un rotore montato eccentricamente che trasforma un set di palette. A causa della forza centrifuga, queste palette scivolano fuori e formano camere tra loro e l'alloggiamento. Il mezzo pompato è intrappolato all'interno di queste camere. Durante un'ulteriore rotazione, il loro volume viene costantemente ridotto. Pertanto, il mezzo pompato viene compresso e trasportato in uscita. Le pompe per vuoto a palette rotanti sono disponibili in versioni a singolo e due fasi.

Pompa ad anello liquido (bagnato, primario): pressione di 30 mbar, velocità di pompaggio 25-30.000 m3/h (15 - 17.700 ft3/min)
Le pompe ad anello liquido hanno una girante decentrata con palette piegate verso la rotazione che formano un anello cilindrico in movimento di liquido attorno all'involucro dall'accelerazione centrifuga. Le palette creano spazi a forma di mezzaluna di dimensioni diverse mentre ruotano e sono sigillate dall'anello liquido. Vicino all'aspirazione o all'ingresso, il volume diventa più grande causando la pressione in ciascuno di cadere e disegnare il gas. Mentre ruota, i volumi tra ciascuna pala diminuiscono a causa della girante posizionata dall'eccentrica e della formazione di anelli liquidi. Questo comprime il gas mentre si scarica, creando un flusso continuo.

Pompa del diaframma (secco, primario): pressione di 5 x 10-8 mbar, velocità di pompaggio 0,6-10 m3/h (0,35-5,9 ft3/min)
Le pompe del diaframma sono metodi a secco pompe per vuoto a spostamento positivo. Un diaframma si trova su un'asta collegata tramite l'albero a gomito che sposta il diaframma in verticale mentre ruota. Quando il diaframma è in posizione bassa, il volume nella camera aumenta, abbassando la pressione e tirando le molecole d'aria. Mentre il diaframma si sposta verso l'alto, il volume viene ridotto e le molecole di gas vengono compresse mentre scorre verso l'uscita. Entrambe le valvole di ingresso e di uscita vengono caricate a molla per reagire alle variazioni di pressione.
Pompa a scorrimento (secco, primario): pressione di 1 x 10-2 mbar, velocità di pompaggio 5,0-46 m3/h (3,0-27 ft3/min)
Le pompe di scorrimento usano due rotoli non rotanti in un design a spirale, in cui le orbite interne interne e intrappolano un gas nello spazio del volume esterno. Poiché orbita in orbita il volume del gas diventa diminuentemente sempre più piccolo, comprimendolo fino a raggiungere il volume minimo e la pressione massima consentita ed è espulsa all'outlet situata al centro della spirale.
Pompe in stile radici (secco, booster): pressione <10-3 Torr, velocità di pompaggio 100.000 m3/h (58.860ft3/min)
Le pompe di radice spingono il gas in una direzione attraverso due lobi che si intrecciano senza toccare mentre il contatore ruota. Questo contatore rotante crea la portata massima man mano che il volume aumenta all'ingresso alla diminuzione simultanea all'uscita che comprime la pressione. Queste pompe sono progettate per applicazioni in cui è richiesta la rimozione di grandi volumi di gas.
Pompe artigli (secco, booster): pressione 1 x 10-3 mbar, velocità di pompaggio 100-800 m3/h (59-472 ft3/min)
Le pompe da artiglio hanno due artigli rotanti che contano ruotano. Sono estremamente efficienti, affidabili e a bassa manutenzione e spesso utilizzati in ambienti industriali duri. Gli artigli arrivano entro il 2/1000``, ma non toccano mai. Questa altezza minima tra gli artigli e l'alloggiamento della camera ottimizza il sigillo interno, eliminando l'usura e la necessità di lubrificanti o oli.

Pompe a vite (secco, booster): pressione 1 x 10-2 torr, velocità di pompaggio 750 m3/h (440 ft3/min)
Le pompe a vite utilizzano due viti rotanti posizionate orizzontalmente lungo l'interno di una camera, una per mancini e una destra, che si mesh senza contatto. Le molecole di gas introdotte a un'estremità sono intrappolate tra le due viti e mentre si girano in direzioni opposte il gas viene spinto nello spazio con un volume decrescente, comprimendolo mentre raggiunge l'uscita e creando una pressione ridotta dall'ingresso.

Conclusione
Come puoi vedere, determinare quale pompa a vuoto potresti aver bisogno per il processo di rimozione del gas può variare su così tanti fattori. Questi includono intervalli di pressione e velocità di pompaggio, portata, applicazione del tipo di gas, dimensioni del volume, aspettativa di vita e posizione del sistema. Questo può essere un compito scoraggiante che può richiedere molto tempo e costoso se non scelto. Il processo di Anderson può semplificare questo processo di selezione con conoscenze di esperti, una vasta gamma di pompe e inventario delle apparecchiature e strutture di ingegneria e fabbricazione completa se il sistema richiede una soluzione fabbricata personalizzata.
Anderson Process è un fornitore autorizzato di una gamma unica di prodotti in grado di soddisfare la domanda di diverse applicazioni in ogni settore. Questi tipi di pompa sono a palette rotante, lobo rotante, anello liquido, scorrimento, vite a secco e pompe ad artiglio con la selezione completa di intervalli di pressione e velocità di pompaggio per gestire le portate richieste dall'applicazione del vuoto.
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