Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Il vuoto/Pompe da vuoto: differenze tra le versioni

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la velocità di pompaggio ad esempio mettendo più pompe in parallelo non cambia tale vuoto limite,
la velocità di pompaggio ad esempio mettendo più pompe in parallelo non cambia tale vuoto limite,
che può essere migliorato usando pompe di tecnologia diversa.
che può essere migliorato usando pompe di tecnologia diversa.


[[Categoria:Micro e nanotecnologia|Pompe da vuoto]]

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Pompe da vuoto

Per fare il vuoto, come anche per mantenerlo, è necessario avere dei dispositivi meccanici che asportino dalle camere da vuoto, attraverso delle condutture, il gas; tali dispositivi si chiamano pompe da vuoto.

Le pompe da vuoto possono essere catalogate in tre categorie:

  • pompe a spostamento di parete: tali pompe usano un meccanismo meccanico per espandere

ciclicamente una cavità, permettono al gas di affluire dalla camera da vuoto, uno volta aspirato la cavità viene sigillata, il gas compresso ed espulso verso l'atmosfera. Esempio di tali pompe sono le rotative e le roots

  • pompe a trasferimento di quantità di moto, dette anche pompe molecolari, tali pompe usano

jet di fluidi densi ad alta velocità o lame rotanti ad elevata velocità in maniera tale da imprimere un grande impulso alle molecole di gas. Esempio di tali dispositivi sono le pompe a diffusione e le pompe turbomolecolari.

  • pompe ad intrappolamento che catturano i gas residui in un solido o su una superficie

assorbente. Esempio sono le criopompe, i getter e le pompe ioniche.


Sezione di una pompa roots; si vedono i lobi che ruotando comprimono il gas
Sezione di una pompa turbomolecolare

Le pompe a spostamento sono le più efficaci per i bassi vuoti, ma il riflusso all'indietro attraverso le guarnizioni metalliche generalmente limita l'utilità nelle applicazioni di alto vuoto. Per raggiungere condizioni di alto vuoto è necessario disporre in serie una pompa a spostamento di parete con una pompa a trasferimento di quantità di moto.

Le pompe a trasferimento di quantità di moto non possono funzionare in basso e medio vuoto, in quanto vanno in quello che in gergo aereonautico viene chiamato stallo. Per questa ragione richiedono una pompa a spostamento in serie che aspiri i gas in uscita in medio vuoto e li porti a pressione leggermente superiore a quella atmosferica.

Le pompe ad intrappolamento sono usati nei sistemi di ultra alto vuoto, ma hanno una limitazione nel tempo di operazione in quanto la materia non viene asportata dalla camera da vuoto durante il funzionamento, ma accumulata. Quindi tali pompe periodicamente saturano e richiedono la rigenerazione, che può portare il sistema di nuovo ad alta pressione e temperatura (se si tratta di pompe criogeniche). Poichè il tempo di operazione dipende dalla quantità totale di materia aspirata, utilizzare le pompe ad assorbimento in alto vuoto è assolutamente sconsigliabile, in quanto riduce ad un valore inaccettabile il tempo di operatività. Le pompe da vuoto differiscono in altri dettagli quali i materiali delle guarnizione, le tolleranze, le pressioni di operazione, la velocità di aspirazione, affidabilità, intervallo di tempo tra interventi tecnici, tolleranza ai liquidi e vibrazioni.


Caratteristiche specifiche delle pompe sono:


  • La velocità di pompaggio riguarda al volume che fluisce nell'ingresso nell'unità di tempo come unità di misura si usano litri al secondo metri cubi all'ora. A causa della compressione, il volume che fluisce all'uscita è molto inferiore a quello dell'ingresso. Le pompe a trasferimento di quantità di moto sono più efficaci per alcuni gas che per altri. A causa di tale selettività la composizione del gas residuo nella camera da vuoto è diversa dalla composizione dei gas di partenza.
  • La portata indica la quantità di materia portata via nell'unità di tempo, ed è data dal prodotto della velocità di pompaggio per la pressione all'ingresso. Se la temperatura è costante valendo l'equazione di stato dei gas perfetti, tale grandezza è pari alla quantità di materia portata via dalla pompa nell'unità di tempo. Quando si parla di buchi, degassamento o riflusso indietro, si misurano in unità del volume entrante moltiplicato la pressione a cui il fenomeno avviene, in maniera tale che il confronto con la portata è facilmente calcolabile.

Le pompe a spostamento di parete e quelle a trasferimento di quantità di moto hanno praticamente una velocità di pompaggio indipendente dalla pressione. Ma al diminuire della pressione della camera da vuoto, il volume aspirato contiene sempre meno quantità di materia, per questa ragione la portata diminuisce rapidamente. Al contempo i buchi, l'evaporazione, la sublimazione e il riflusso indietro producono una quantità di materia immessa nella camera indipendente dalla pressione. Quindi quando la portata della pompa (tenendo conto della riduzione dovuta alla conduttanza delle tubazioni di interconnessione) diviene pari alla quantità di materia che si immette nella camera, il sistema si porta asintoticamente ad una pressione di equilibrio dinamico detto di vuoto limite.

Si definisce degassamento la evaporazione o sublimazione all'interno della camera da vuoto; la sorgente più comune di degassamento è l'acqua asorbita dai materiali della camera da vuoto. Se la causa principale di immmissione di materia nella camera sono buchi o degassamento, l'utilizzo di pompe di maggiore velocità di pompaggio può migliorare la qualità del vuoto. Tuttavia, vi è un vuoto per cui il riflusso indietro attraverso le pompe o il degassamento dell'olio delle pompe (le pompe a secco non hanno problemi connessi con l'olio) diventa il meccanismo di immissione di materia. In questo caso, il vuoto raggiungerà il vuotolimite della pompa, cioè il vuoto migliore con la pompa in condizioni ideali. Aumentare la velocità di pompaggio ad esempio mettendo più pompe in parallelo non cambia tale vuoto limite, che può essere migliorato usando pompe di tecnologia diversa.