Università degli Studi di Padova
Corso di laurea in Scienza dei Materiali
Modulo di
“Tecniche di Vuoto e Film Sottili”
pro...
Prof. V. Palmieri_ UniPD 27
SCHEMA COSTRUTTIVO E DI FUNZIONAMENTO DI UNA
POMPA TROCOIDALE
W.G. Baechler, D. Knobloch, J. V...
Prof. V. Palmieri_ UniPD 28
È una pompa meccanica volumetrica in cui il pistone ruotante
nella camera operativa ha la form...
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Aspirazione Compressione Combustione Espulsione
WANKEL Engine
________________________________...
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Il motore Wankel è assai più leggero
di un equivalente a benzina, più
affidabile perché più se...
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1. Engine Inlet
2. Exhaust Outlet
3. Housing
4. Combustion Chambers
5. Stationary Gear
6. Roto...
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POMPE ROTATIVE:
VELOCITÀ DI POMPAGGIO E
PRESSIONE LIMITE
La velocità di pompaggio di queste po...
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La pressione limite dipende
essenzialmente:
• dalla necessità di avere elevatissimi
__________...
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Tipico andamento della velocità di pompaggio di una
pompa rotativa, in funzione della pression...
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Se le pompe rotative sono utilizzate in sistemi
per alto vuoto è opportuno dotarle di adeguati...
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La zavorra d'aria
Per effetto dell'elevata compressione cui sono sottoposti i
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Prof. V. Palmieri_ UniPD 38
Per rimediare a questo inconveniente, che
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privo di aria; essa deve quindi a...
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Se, per esempio, una pompa, il cui
volume operativo è a 70 °C, deve aspirare del
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R. Thees ha determinato una adeguata relazione
per il calcolo della massima tensione di vapore...
Prof. V. Palmieri_ UniPD 42
Se si tratta di pompare solo vapori,
invece di una miscela di vapori e gas permanenti,
l'equaz...
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Senza zavorra d'aria è evidente che non è
possibile esercitare un'azione di pompaggio se il
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Se la pompa è perciò applicata a un sistema
dove non vi siano specificatamente vapori da
pompa...
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Supponiamo, a titolo di esempio, di dovere
pompare solo vapori di acido acetico contenuto
nel ...
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Ciò significa che, con uno zavorratore d'aria per
cui B/S = 0,1, è possibile pompare vapori di...
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Dispensa lab 3 pompe meccaniche parte 2

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Dispensa lab 3 pompe meccaniche parte 2

  1. 1. Università degli Studi di Padova Corso di laurea in Scienza dei Materiali Modulo di “Tecniche di Vuoto e Film Sottili” prof. V. Palmieri www.surfacetreatments.org Superconductivity Lab - Laboratori Nazionali di Legnaro Istituto Nazionale Fisica Nucleare - Viale dell'Universita', 2 35020 Legnaro (PADOVA) - ITALY Produzione del Vuoto: Pompe Meccaniche Dispensa 1 - Parte 2
  2. 2. Prof. V. Palmieri_ UniPD 27 SCHEMA COSTRUTTIVO E DI FUNZIONAMENTO DI UNA POMPA TROCOIDALE W.G. Baechler, D. Knobloch, J. Vac. Sci. TechnoL, Voi. 9, No. 1 (1972) 402
  3. 3. Prof. V. Palmieri_ UniPD 28 È una pompa meccanica volumetrica in cui il pistone ruotante nella camera operativa ha la forma di ipotrocoide. Queste pompe possono avere velocità di pompaggio varie che permettono pressioni limite analoghe a quelle ottenute con pompe rotative a palette o a pistone oscillante e hanno quindi lo stesso tipo di applicazioni. Le pompe trocoidali sembrano però avere alcune caratteristiche migliorative quali: •maggiore compattezza, •grande capacità per l'olio, •notevole silenziosità, •velocità di pompaggio costante per un campo maggiore di pressioni. SCHEMA COSTRUTTIVO E DI FUNZIONAMENTO DI UNA POMPA TROCOIDALE W.G. Baechler, D. Knobloch, J. Vac. Sci. TechnoL, Voi. 9, No. 1 (1972) 402 _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ ______________________
  4. 4. Prof. V. Palmieri_ UniPD 29 Aspirazione Compressione Combustione Espulsione WANKEL Engine _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________
  5. 5. Prof. V. Palmieri_ UniPD 30 Il motore Wankel è assai più leggero di un equivalente a benzina, più affidabile perché più semplice, avendo meno parti in movimento ("ciò che non c'è, non si rompe"!), con assai meno vibrazioni (perché il moto è circolare anziché lineare, girando solo rotore e albero motore!), con una risposta migliore (perché non soggetta al sistema delle valvole), meno inquinante (perché la combustione è più "fredda" e quindi rilascia una quantità minore di NOx) e perfino più silenzioso! Col movimento del rotore nello statore, le 3 "camere", solidali con i 3 lati del rotore ma limitate dalla forma dello statore, cambiano posizione e volume: idealmente, sarebbe come avere 3 cilindri senza il limite del loro movimento lineare e della loro complessità meccanica! ________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ________________
  6. 6. Prof. V. Palmieri_ UniPD 31 1. Engine Inlet 2. Exhaust Outlet 3. Housing 4. Combustion Chambers 5. Stationary Gear 6. Rotor 7. Internal Gear 8. Eccentric Shaft 9. Spark Plugs Diagram of Wankel Engine. ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________
  7. 7. Prof. V. Palmieri_ UniPD 32 POMPE ROTATIVE: VELOCITÀ DI POMPAGGIO E PRESSIONE LIMITE La velocità di pompaggio di queste pompe in genere rimane quasi costante dalla pressione atmosferica fino a (100 ÷ 1) Pa e quindi subisce un rapido calo fino al valore della pressione limite, che in genere è intorno a 10–1 Pa. La velocità di pompaggio per pompe rotative è riferita normalmente alla ________________ ______________________________________.
  8. 8. Prof. V. Palmieri_ UniPD 33 La pressione limite dipende essenzialmente: • dalla necessità di avere elevatissimi __________________________ (anche di 106) per scaricare il gas nell'atmosfera esterna, • dai problemi di tenuta tra palette o pistone e ____________ in cui avviene _____________, • dalla _____________________ dell'olio usato, • dalla decomposizione dell'olio in composti più __________________, • dalla perfetta ________ delle parti meccaniche, • dalla ______________________ (dal momento che le pompe operano in compressione) con conseguente impossibilità, o grande difficoltà, a eliminarli dal sistema da vuoto.
  9. 9. Prof. V. Palmieri_ UniPD 34 Tipico andamento della velocità di pompaggio di una pompa rotativa, in funzione della pressione ——— senza zavorra d'aria; ------ con zavorra di aria
  10. 10. Prof. V. Palmieri_ UniPD 35 Se le pompe rotative sono utilizzate in sistemi per alto vuoto è opportuno dotarle di adeguati _________________________ dei vapori d'olio ("trappole di vapori") costituiti essenzialmente da un contenitore con sferule di allumina ad alta superficie o zeoliti L'effetto della “__________________" dei vapori di olio verso il sistema da vuoto, in inglese detto __________________è praticamente trascurabile fino a pressioni di (100-10) Pa; a pressioni più basse diventa invece rilevante ed è appunto in queste condizioni che sarebbe opportuna l'entrata in funzione di trappole. L'uso della _________________ può portare a una riduzione della conduttanza tra pompa e sistema da vuoto e quindi della velocità di pompaggio effettiva, quando si opera a pressioni minori di 10 Pa; a pressioni più elevate, dato il regime di flusso (intermedio o laminare) l'effetto, in tale senso, della trappola è invece trascurabile.
  11. 11. Prof. V. Palmieri_ UniPD 36 _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________
  12. 12. Prof. V. Palmieri_ UniPD 37 La zavorra d'aria Per effetto dell'elevata compressione cui sono sottoposti i gas pompati dalle pompe sopra descritte, avviene che questi gas siano liquefatti se sono condensabili alle temperature a cui si trovano nel volume operativo della pompa (in genere 60 °C ÷ 80 °C) allorché la pressione che essi raggiungono durante la compressione diventa uguale a quella di saturazione del vapore. Tensione di vapore di alcuni comuni liquidi in funzione della temperatura
  13. 13. Prof. V. Palmieri_ UniPD 38 Per rimediare a questo inconveniente, che è particolarmente importante quando le pompe sono impiegate in sistemi di distillazione sotto vuoto, è stato introdotto un semplice accorgimento detto: “__________________________________". Esso consiste in una _______________________che permette l'immissione nella camera della pompa, prima che inizi la fase di compressione, di una quantità di aria esattamente dosata con una opportuna valvola in modo tale da ridurre sensibilmente il _____________________ (per esempio, a un massimo di 10:1). Con questo rapporto di compressione, i vapori aspirati non potranno più condensare, purché la _____________________ di questi vapori non superi un certo valore che rappresenta la massima _________________________. Lo zavorratore d'aria introduce evidentemente una diminuzione della velocità di pompaggio di una pompa
  14. 14. Prof. V. Palmieri_ UniPD 39 a) La pompa e in comunicazione con il recipiente ormai quasi privo di aria; essa deve quindi aspirare quasi esclusivamente particelle di vapore. b) La camera della pompa è isolata dal recipiente. A questo punto si apre la valvola della __________________ e quindi la camera di aspirazione si riempie d'aria fresca addizionale che si mescola con il__________________. c) Si apre la _____________________ e le particelle di vapore e aria vengono espulse: per effetto della zavorra d'aria la sovrapposizione necessaria e raggiunta come all'inizio del pompaggio e la _________________ è impedita. d) La pompa continua a espellere ___________________. Illustrazione del funzionamento di una pompa rotativa
  15. 15. Prof. V. Palmieri_ UniPD 40 Se, per esempio, una pompa, il cui volume operativo è a 70 °C, deve aspirare del vapore acqueo, la compressione può essere spinta al punto in cui la pressione del vapore diventa uguale a 33320 Pa (tensione di vapore saturo a 70 °C); se la compressione è superiore, il vapore acqueo ______________ in goccioline senza che la sua pressione possa aumentare e quindi raggiungere un valore sufficiente (≤ 1,01 · 105 Pa) per aprire la ___________________. Il vapore rimane quindi nella pompa sotto forma di acqua, _________________ l'olio della pompa stessa e impedendo lo svuotamento del sistema da evacuare; questa situazione può portare anche al ______________________ della pompa dal momento che vengono peggiorate anche le proprietà ________________ dell'olio.
  16. 16. Prof. V. Palmieri_ UniPD 41 R. Thees ha determinato una adeguata relazione per il calcolo della massima tensione di vapore ammissibile (pD) per il pompaggio di vapori, miscelati a gas permanenti o soli. Nel primo caso la relazione è la seguente: ( ) S SLDLS p pppp − ⋅+⋅− 5 5 10 B/S10 B = ______________________(a 101 kPa) immessa in pompa per unità di tempo S = __________________ della pompa pS = ______________________ alla temperatura di esercizio della pompa pDL =___________________ presente nell'aria atmosferica, che viene introdotta come zavorra (assunto praticamente pari a 103Pa) pL = pressione parziale del gas permanente da pompare, alla _________________________. pD =
  17. 17. Prof. V. Palmieri_ UniPD 42 Se si tratta di pompare solo vapori, invece di una miscela di vapori e gas permanenti, l'equazione diventa semplicemente: ( ) S DLS p pp − ⋅− 5 5 10 B/S10 Se viene introdotta la zavorra d'aria (cioè B = 0), l'equazione diventa: pD = pL · pS /(105 – pS) Nel caso quindi in cui si debba pompare una miscela di vapori e gas permanenti, l'introduzione della zavorra d'aria aumenta la massima tensione di vapore ammissibile del termine (B/S) · (pS – pDL)/(105 – pS) pD =
  18. 18. Prof. V. Palmieri_ UniPD 43 Senza zavorra d'aria è evidente che non è possibile esercitare un'azione di pompaggio se il gas da pompare è costituito solo da vapori dal momento che pD = 0 (essendo pL = 0 e B = 0). Se è necessario aspirare vapore a una pressione superiore al valore massimo ammissibile, occorre provvedere alla sistemazione di un condensatore a monte della pompa, in modo da ridurre la tensione di vapore a un valore ammissibile. Il valore della pressione massima ammissibile, pD, è determinato dal rapporto B/S, che è generalmente compreso tra 0,1 e 0,15. L'aumento di B, data una determinata velocità di pompaggio S, è limitato dal fatto che esso tende a peggiorare il vuoto finale raggiungibile.
  19. 19. Prof. V. Palmieri_ UniPD 44 Se la pompa è perciò applicata a un sistema dove non vi siano specificatamente vapori da pompare, ma solo piccole quantità di essi, (essenzialmente vapore d'acqua) presenti nei gas permanenti, conviene mettere in funzione lo zavorratore d'aria _____________________ per eliminare queste piccole quantità di vapori e chiudere la __________ dello zavorratore d'aria dopo qualche tempo in modo da raggiungere più basse pressioni limite.
  20. 20. Prof. V. Palmieri_ UniPD 45 Supponiamo, a titolo di esempio, di dovere pompare solo vapori di acido acetico contenuto nel sistema da evacuare. La massima tensione di vapore ammissibile, perché possa essere effettuato il pompaggio con una pompa per la quale per esempio B/S = 0,1, deve essere calcolato in base alla formula precedente. Se la temperatura di esercizio della pompa e 75 °C, la tensione di vapore saturo dell'acido acetico in queste condizioni è 21331,52 Pa. Considerando inoltre pDL = 1333,22 Pa si ottiene: pD = 2533,11 Pa. ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________
  21. 21. Prof. V. Palmieri_ UniPD 46 Ciò significa che, con uno zavorratore d'aria per cui B/S = 0,1, è possibile pompare vapori di acido acetico purché la tensione di vapore all'interno della camera da vuotare non superi 2533,11 Pa. Poiché l'acido acetico ha una tensione di vapore di 2533,11 Pa a 28 °C, è possibile evacuare il sistema contenente acido acetico purché questo non venga a trovarsi a _____________________ a 28 °C. ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________

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