Macchine per il vuoto, cosa sono e come funzionano?

Macchine per il vuoto, cosa sono e come funzionano?

Non sai cosa sono le macchine per il vuoto? Scoprilo in questo articolo.

Con il termine “vuoto” si intende una porzione di spazio delimitata in cui è assente qualsiasi materia, compresa l’aria.

Pertanto in tale porzione di spazio la pressione è di poco o di  molto inferiore a quella atmosferica ed è fondamentale utilizzare macchine per il vuoto.

Principi e misurazioni

La pressione ha la capacità di variare le proprietà fisiche di un gas.

Facendo riferimento all’intervallo di vuoto MV (medio vuoto), ad esempio, si osserva attraverso macchine per il vuoto, che i parametri come conduttività termica e attrito interno di un gas, variano al variare della pressione, mentre sono indipendenti da essa nel caso di intervallo di vuoto  HV (alto vuoto).

E’ automatico perciò, la necessità che i misuratori di vuoto debbano poter essere adatti a diversi intervalli di vuoto.

Gli intervalli di vuoto sono così individuati:

Basso Vuoto (LV) dalla pressione atmosferica fino a 1 mbar ; Medio Vuoto (MV) da 1 mbar fino a mbar; Alto Vuoto (HV) da mbar fino a mbar; Ultra Alto Vuoto (UHV) da mbar fino a mbar; e Vuoto estremo (XHV) per valori oltre i mbar.

La suddivisione sopra riportata può essere non considerata assoluta, infatti i chimici e gli ingegneri usano scale di vuoto diverse per i loro studi.

I metodi per misurare la pressione sono di tipo diretto e indiretto, con l’utilizzo di macchine per il vuoto.

Il primo è la forza che si esercita su una determinata superficie; mentre il secondo è dipendente dal tipo di gas, ed è più indicato per le misure del vuoto medio e ultra alto.

La misura della pressione assoluta invece prende come punto il vuoto, mentre la pressione relativa è considerata quella ambientale.

Da ciò discende che bisogna considerare tutti i parametri dell’ambiente di lavoro per poter tarare con precisione il misuratore.

Tipi di misuratore

Di seguito si riportano alcuni tipi di misuratori di pressione con indicate le principali caratteristiche.

1) Piezo. Il piezo è una tecnologia che utilizza il principio della piezoelettricità.

I piezo funzionano cambiando la loro resistenza e la tensione quando la pressione cambia.tensione

2) Capacità. Nel diaframma di un condensatore, costruito di solito in ceramica o metallo, la sua capacità elettrica, misurata elettronicamente, che varia al variare della pressione.

3) Conduttività termica. Il misuratore si avvale dell’incandescenza di un filamento riscaldato a 100 ° centigradi al di sopra della temperatura dell’ambiente in cui si lavora, e, mantenuto fisso a tale temperatura.

Il valore della tensione elettrica usata per tenere costante la temperatura del filo mentre si impone un cambio di pressione corrisponde a un determinato valore della pressione applicata.

4) Catodo caldo o misuratore di ioni caldi utilizza particelle di gas ionizzato originati da un catodo,  queste particelle “caldo-ionizzate” vengono accelerate verso l’anodo, al valore della corrente generata può così essere convertita nella lettura del  valore della pressione.

5) Catodo freddo. Le particelle di gas sono a temperatura ambiente e la differenza di tensione tra i poli, con l’applicazione di un campo magnetico, determinerà una scarica elettrica il cui valore è rapportato al valore della pressione.

Misuratori attivi e passivi

I misuratori del vuoto sono classificati in due categorie, ossia quelli attivi e quelli passivi.

I “misuratori attivi” contengono l’elettronica di misura in testa all’apparecchio.

Le letture possono essere forma di S o seguire protocolli di comunicazione digitale con curve caratteristiche, che possono essere modificate da un software per letture accurate in diversi ambienti.

I “misuratori passivi” contengono solo un sensore, che è parte del circuito con un controllo esterno per elaborare i segnali.

Questi tipi di misuratori sono meno sensibili alle radiazioni.

I misuratori di vuoto, qualunque sia la scelta, in ogni caso, hanno bisogno di un’accurata pulizia e buona manutenzione altrimenti il rischio è quello di avere valori errati della misura della pressione.

Proprio per questo i misuratori sono progettati in modo tale da consentire la sostituzione di componenti sensibili e facilmente pulibili, in modo da essere sicuri sulla lettura di pressione durante i processi di misura.

Perdite di pressione

La perdita consiste nella quantità di gas che entra o esce dal sistema a causa di un foro, questo è possibile scoprirlo attraverso macchine per il vuoto.

La misura della perdita, o tasso di perdita, è la quantità di gas che si allontana dal sistema nell’unità di tempo, determinando la variazione di pressione.

In effetti nessuno dei sistemi conosciuti è propriamente ermetico in modo assoluto, ma per i processi coinvolti l’importante è che la perdita sia ridotta ai minimi termini in maniera tale da non inficiare i valori della pressione operativa e l’equilibrio del gas.

Pertanto è buona norma in caso di perdite di individuarle e di misurarne il tasso.

Per misurarne il tasso in funzione della direzione del flusso per un determinato fluido sono impiegati due metodi:

a) il metodo del vuoto;

b) il metodo della pressione positiva.

Per il primo metodo si ha una perdita il cui flusso ha direzione che procede dall’esterno all’interno, per cui la pressione ambientale è maggiore di quella all’interno del campione; per il secondo metodo o della pressione positiva si ha la perdita dall’interno verso l’esterno con pressione dell’interno maggiore di quella ambientale.

I campioni in prova quando sono testati devono, possibilmente, essere posti nelle condizioni di vuoto o di pressione a seconda del loro uso futuro.

Nel caso di applicazioni in vuoto saranno testati con il metodo a vuoto;  per applicazioni di campioni che saranno pressurizzati saranno testati con il metodo della pressione positiva.

In entrambi i casi il rilevamento delle perdite e la loro eliminazione sono passaggi molto importanti, se si pensa che essendo il gas un elemento comprimibile l pressione che si esercita su di esso può influire significativamente sulla quantità della perdita.

Come capire se ci sono le perdite

I modi che misurano le perdite sono così indicati:

1) test delle bolle;

2) misura a pressione differenziale;

3) test di caduta o dell’aumento della pressione;

4) modalità a vuoto con elio.

Tra questi rilevatori il test migliore è quello a modalità a vuoto con elio, è il più costoso ma anche il più affidabile e il più conveniente con tempi ridotti nel rilevamento delle perdite.

Un rilevatore di perdite a elio si compone da:

a) uno spettrometro di massa;

b) una pompa ad alto vuoto;

c) da pompe primarie e ausiliarie.

Questo metodo consente di rilevare anche le più piccole perdite e ne indica la posizione.