Come scegliere una pompa primaria in base alla velocità di pompaggio
La quantità di gas o vapore che viene trasportata attraverso una pompa per vuoto alto deve essere gestita anche dalla pompa primaria. Inoltre, durante il funzionamento della pompa per vuoto alto (pompa a diffusione, pompa turbomolecolare), la contropressione massima consentita non deve mai essere superata, neanche per un breve periodo di tempo. Se Q è la quantità effettiva di gas o vapore che viene pompata dalla pompa per vuoto alto con una velocità di pompaggio effettiva Seff a una pressione di ingresso pA, questa quantità di gas deve essere trasportata sicuramente dalla pompa primaria a una velocità di pompaggio di SV alla contropressione pV. Per la portata effettiva Q, si applica l'equazione di continuità:
(2.41)
La velocità di pompaggio richiesta della pompa primaria è data da:
(2.41a)
Esempio di calcolo della velocità di pompaggio
Nel caso di una pompa a diffusione con una velocità di pompaggio di 400 l/s, la velocità di pompaggio effettiva è pari al 50% del valore indicato nel catalogo quando si utilizza un deflettore a guscio. La contropressione massima consentita è 2 · 10-1 mbar. La velocità di pompaggio richiesta come minimo per la pompa primaria dipende dalla pressione di aspirazione pA secondo l'equazione 2.41a.
A una pressione di aspirazione pA = 1 · 10-2 mbar, la velocità di pompaggio per la pompa per vuoto alto indicata nel catalogo è di circa 100 l/s, quindi il 50% di questo valore è 50 l/s. Pertanto, la velocità di pompaggio della pompa primaria deve essere almeno pari a
A una pressione di aspirazione pA = 1 · 10-3 mbar, la pompa ha già raggiunto la sua velocità di pompaggio nominale di 400 l/s; la velocità di pompaggio effettiva è ora Seff = 200 l/s; quindi la velocità di pompaggio richiesta per la pompa primaria è pari a
Come scegliere una pompa per vuoto primaria in base agli intervalli di pressione
Se la pompa per vuoto alto deve essere utilizzata per il pompaggio di vapori tra 10-3 e 10-2 mbar, è necessario utilizzare una pompa primaria con una velocità di pompaggio nominale di 12 m 3/h che, in ogni caso, deve avere una velocità di pompaggio di 9 m3/h a una pressione di 2 · 10-1 mbar. Se non è necessario pompare vapori, nella maggior parte dei casi è possibile utilizzare una pompa rotativa a palette monostadio senza zavorra a gas. Se devono essere pompati anche componenti (anche lievi) di vapore, utilizzare in ogni caso una pompa con zavorra a gas a due stadi come pompa primaria che garantisca, anche con zavorra a gas, la velocità di pompaggio richiesta a 2 · 10-1 mbar.
Se la pompa per vuoto alto deve essere utilizzata solo con pressioni di aspirazione inferiori a 10-3 mbar, sarà possibile utilizzare una pompa primaria più piccola; nel caso dell'esempio descritto, si tratta di una pompa con una velocità di pompaggio di 6 m3/h. Se le pressioni di aspirazione continua sono ancora inferiori, al di sotto di 10-4 mbar, ad esempio, la velocità di pompaggio richiesta per la pompa primaria può essere calcolata dall'equazione 2.41a come:
Teoricamente, in questo caso, è possibile utilizzare una pompa primaria più piccola con una velocità di pompaggio di circa 1 m3/h. Tuttavia, in pratica, è necessario installare una pompa primaria più grande poiché, soprattutto nella fase di avvio di un impianto per vuoto, possono aversi grandi quantità di gas per brevi periodi. Il funzionamento della pompa per vuoto alto rischia di essere compromesso se le quantità di gas non possono essere immediatamente pompate via dalla pompa primaria. Se si lavora costantemente a pressioni di ingresso molto basse, si consiglia l'installazione di un volume di zavorra (serbatoio della linea primaria o serbatoio di pompaggio) tra la pompa per vuoto alto e la pompa primaria. La pompa primaria deve quindi essere azionata solo per brevi periodi. La contropressione massima consentita, tuttavia, non deve mai essere superata.
Le dimensioni del volume della zavorra dipendono dalla quantità totale di gas da pompare per unità di tempo. Se questa velocità è molto bassa, la regola indica che 0,5 l di volume zavorra consentono 1 minuto di tempo di pompaggio con la pompa primaria isolata.
Per trovare le dimensioni più adeguate della pompa primaria, in molti casi può essere utilizzato un metodo grafico. In questo caso, il punto di partenza è la caratteristica della velocità di pompaggio delle pompe secondo l'equazione 2.41.
La caratteristica della velocità di pompaggio di una pompa si ricava facilmente dalla caratteristica della velocità di pompaggio misurata (portata in volume) della pompa, come mostrato per una pompa a diffusione da 6.000 l/s (vedere la curva S nella Fig. 2.76). Per arrivare alla caratteristica della capacità di smaltimento (curva Q in Fig. 2.76), è necessario moltiplicare ciascun valore dell'ordinata di S per il valore pA corrispondente e tracciarlo rispetto a questo valore. Se si presume che la pressione di ingresso della pompa di diffusione non superi 10-2 mbar, la capacità di smaltimento massima è 9,5 mbar · l/s
Fig 2.76 Schema per determinare graficamente una pompa primaria adatta.
a) Caratteristica della velocità di pompaggio di una pompa a diffusione da 6.000 l/s
b) Serie di curve della capacità di smaltimento per pompe rotative a stantuffo a due stadi (V.B. = pressione di pre-vuoto critica)
Pertanto, le dimensioni della pompa primaria devono essere tali da poter gestire questa capacità di smaltimento della pompa a una pressione di aspirazione(della pompa primaria) pari o preferibilmente inferiore alla contropressione massima consentita della pompa a diffusione, pari a 4 · 10-1 mbar per la pompa a diffusione da 6.000 l/s.
Dopo aver tenuto conto delle caratteristiche della velocità di pompaggio delle pompe rotative a stantuffo a due stadi disponibili in commercio, la caratteristica della capacità di smaltimento di ciascuna pompa viene calcolata in modo simile a quella utilizzata per trovare la curva Q per la pompa a diffusione nella Fig. 2.76 a. Il risultato è il gruppo di curve Q numerate da 1 a 4 in Fig. 2.76 b, per cui sono state prese in considerazione 4 pompe rotative a stantuffo a due stadi, con velocità nominale rispettivamente di 200, 100, 50 e 25 m3/h. La contropressione critica della pompa a diffusione da 6.000 l/s è indicata come V.B. (p = 4 · 10-1 mbar). A questo punto, la capacità di smaltimento massima Q = 9,5 mbar · l/s viene visualizzata dalla linea orizzontale a. Questa linea interseca le quattro curve di capacità di smaltimento. Contando da destra a sinistra, il primo punto di intersezione che corrisponde a una pressione di aspirazione inferiore alla contropressione critica di 4 · 10-1 mbar è ottenuto con la caratteristica della capacità di smaltimento 2. Ciò corrisponde a una pompa rotativa a stantuffo a due stadi con una velocità di pompaggio nominale di 100 m3/h. Pertanto, nelle ipotesi di cui sopra, questa è la pompa primaria giusta per la pompa a diffusione da 6.000 l/s.
Tuttavia, se il processo di pompaggio è tale da rendere improbabile una capacità di smaltimento massima di 9,5 mbar · l/ s, è ovviamente possibile utilizzare una pompa primaria più piccola. Questo è spiegato in modo intuitivo, ad esempio, dalla linea b della Fig. 2.76 b, che corrisponde a una capacità di smaltimento massima di soli 2 mbar · l/s. In questo caso, sarebbe sufficiente una pompa rotativa a stantuffo a due stadi da 25 m3/h.
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