possono essere ampiamente classificate secondo tre tecniche:
Le pompe a spostamento positivo usano un meccanismo per espandere ripetutamente una cavità, permettere ai gas di entrare dalla camera, sigillare la cavità e scaricarla nell’atmosfera. Le pompe a trasferimento di moto, chiamate anche pompe molecolari, usano getti ad alta velocità di fluido denso o lame rotanti ad alta velocità per spingere le molecole di gas fuori dalla camera. Le pompe di intrappolamento catturano i gas in uno stato solido o adsorbito. Questo include le criopompe, i getter e le pompe ioniche.
Le pompe a spostamento positivo sono le più efficaci per il vuoto basso. Le pompe di trasferimento del momento insieme a una o due pompe volumetriche sono la configurazione più comunemente usata per ottenere un vuoto elevato. In questa configurazione la pompa volumetrica serve a due scopi. In primo luogo ottiene un vuoto grossolano nel recipiente da evacuare prima che la pompa di trasferimento di quantità di moto possa essere utilizzata per ottenere il vuoto elevato, poiché le pompe di trasferimento di quantità di moto non possono iniziare a pompare a pressioni atmosferiche. In secondo luogo, la pompa volumetrica supporta la pompa di trasferimento di quantità di moto evacuando a basso vuoto l’accumulo di molecole spostate nella pompa ad alto vuoto. Le pompe di intrappolamento possono essere aggiunte per raggiungere i vuoti ultra alti, ma richiedono una rigenerazione periodica delle superfici che intrappolano le molecole d’aria o gli ioni. A causa di questo requisito il loro tempo operativo disponibile può essere inaccettabilmente breve in basso e alto vuoto, limitando così il loro uso ai vuoti ultra alti. Le pompe differiscono anche nei dettagli come le tolleranze di fabbricazione, il materiale di tenuta, la pressione, il flusso, l’ammissione o meno di vapore d’olio, gli intervalli di servizio, l’affidabilità, la tolleranza alla polvere, la tolleranza ai prodotti chimici, la tolleranza ai liquidi e le vibrazioni.
Pompa volumetricaModifica
Un vuoto parziale può essere generato aumentando il volume di un contenitore. Per continuare ad evacuare una camera indefinitamente senza richiedere una crescita infinita, un compartimento del vuoto può essere ripetutamente chiuso, esaurito ed espanso di nuovo. Questo è il principio alla base di una pompa volumetrica, per esempio la pompa dell’acqua manuale. All’interno della pompa, un meccanismo espande una piccola cavità sigillata per ridurre la sua pressione sotto quella dell’atmosfera. A causa della differenza di pressione, un po’ di fluido dalla camera (o dal pozzo, nel nostro esempio) viene spinto nella piccola cavità della pompa. La cavità della pompa viene poi sigillata dalla camera, aperta all’atmosfera e spremuta di nuovo a una dimensione minima.
Sistemi più sofisticati sono usati per la maggior parte delle applicazioni industriali, ma il principio di base della rimozione ciclica del volume è lo stesso:
- Pompa a palette rotative, la più comune
- Pompa a membrana, zero contaminazione di olio
- Anello liquido alta resistenza alla polvere
- Pompa a pistone, vuoto fluttuante
- Pompa Scroll, pompa a secco ad alta velocità
- Pompa a vite (10 Pa)
- Pompa Wankel
- Pompa a palette esterne
- Soffiatore Roots, chiamato anche pompa booster, ha la più alta velocità di pompaggio ma un basso rapporto di compressione
- Pompa Roots multistadio che combina diversi stadi fornendo un’alta velocità di pompaggio con un migliore rapporto di compressione
- Pompa Toepler
- Pompa a lobi
La pressione di base di un sistema di pompe a pistone con guarnizione in gomma e plastica è tipicamente da 1 a 50 kPa, mentre una pompa scroll potrebbe raggiungere i 10 Pa (quando è nuova) e una pompa a olio rotativa a palette con una camera metallica pulita e vuota può facilmente raggiungere 0.1 Pa.
Una pompa a vuoto volumetrica muove lo stesso volume di gas ad ogni ciclo, quindi la sua velocità di pompaggio è costante, a meno che non sia superata dal backstreaming.
Pompa per trasferimento di quantità di motoModifica
In una pompa per trasferimento di quantità di moto, le molecole di gas sono accelerate dal lato del vuoto al lato dello scarico (che è solitamente mantenuto ad una pressione ridotta da una pompa volumetrica). Il pompaggio a trasferimento di quantità di moto è possibile solo sotto pressioni di circa 0,1 kPa. La materia scorre in modo diverso a diverse pressioni in base alle leggi della dinamica dei fluidi. Alla pressione atmosferica e al vuoto leggero, le molecole interagiscono tra loro e spingono le molecole vicine in quello che è noto come flusso viscoso. Quando la distanza tra le molecole aumenta, le molecole interagiscono con le pareti della camera più spesso che con le altre molecole, e il pompaggio molecolare diventa più efficace del pompaggio a spostamento positivo. Questo regime è generalmente chiamato alto vuoto.
Le pompe molecolari spazzano un’area più grande delle pompe meccaniche, e lo fanno più frequentemente, rendendole capaci di velocità di pompaggio molto più elevate. Fanno questo a spese della tenuta tra il vuoto e il loro scarico. Poiché non c’è guarnizione, una piccola pressione allo scarico può facilmente causare backstreaming attraverso la pompa, questo è chiamato stallo. In alto vuoto, tuttavia, i gradienti di pressione hanno poco effetto sui flussi di fluido, e le pompe molecolari possono raggiungere il loro pieno potenziale.
I due principali tipi di pompe molecolari sono la pompa a diffusione e la pompa turbomolecolare. Entrambi i tipi di pompe soffiano fuori le molecole di gas che si diffondono nella pompa imprimendo una quantità di moto alle molecole di gas. Le pompe a diffusione soffiano fuori le molecole di gas con getti di olio o mercurio, mentre le pompe turbomolecolari usano ventilatori ad alta velocità per spingere il gas. Entrambe queste pompe si bloccano e non riescono a pompare se scaricate direttamente alla pressione atmosferica, quindi devono essere scaricate in un vuoto di grado inferiore creato da una pompa meccanica.
Come per le pompe volumetriche, la pressione di base sarà raggiunta quando le perdite, il degassamento e il backstreaming sono uguali alla velocità della pompa, ma ora minimizzare le perdite e il degassamento a un livello paragonabile al backstreaming diventa molto più difficile.
Pompa rigenerativaModifica
Le pompe rigenerative utilizzano il comportamento vorticoso del fluido (aria). La costruzione è basata sul concetto ibrido di pompa centrifuga e turbopompa. Di solito consiste in diverse serie di denti perpendicolari sul rotore che fanno circolare le molecole d’aria all’interno di scanalature cave stazionarie come una pompa centrifuga multistadio. Possono raggiungere 1×10-5 mbar (0,001 Pa) (quando si combinano con la pompa Holweck) e scaricare direttamente alla pressione atmosferica. Esempi di tali pompe sono Edwards EPX (carta tecnica) e Pfeiffer OnTool™ Booster 150. A volte è indicato come pompa a canale laterale. A causa dell’alta velocità di pompaggio dall’atmosfera all’alto vuoto e meno contaminazione poiché il cuscinetto può essere installato sul lato di scarico, questo tipo di pompe sono utilizzate nel blocco del carico nei processi di produzione dei semiconduttori.
Questo tipo di pompa soffre di un alto consumo di energia (~1 kW) rispetto alla pompa turbomolecolare (<100W) a bassa pressione poiché la maggior parte della potenza viene consumata per riportare la pressione atmosferica. Questo può essere ridotto di quasi 10 volte sostenendo con una piccola pompa.
Pompa di intrappolamentoModifica
Una pompa di intrappolamento può essere una criopompa, che utilizza temperature fredde per condensare i gas in uno stato solido o adsorbito, una pompa chimica, che reagisce con i gas per produrre un residuo solido, o una pompa ionica, che utilizza forti campi elettrici per ionizzare i gas e spingere gli ioni in un substrato solido. Un criomodulo utilizza il criopompaggio. Altri tipi sono la pompa ad assorbimento, la pompa getter non evaporativa e la pompa di sublimazione al titanio (un tipo di getter evaporativo che può essere usato ripetutamente).
Altri tipiModifica
- Pompa a vuoto Venturi (aspiratore) (da 10 a 30 kPa)
- Eiettore di vapore (il vuoto dipende dal numero di fasi, ma può essere molto basso)