Pompe a pistone vs. pompe per vuoto a vite

Le pompe a pistone e le pompe per vuoto a vite sono due tipi comuni di pompe utilizzate per generare il vuoto necessario in ambienti industriali, commerciali e di laboratorio. Sebbene entrambe abbiano i loro vantaggi, le pompe per vuoto a vite offrono prestazioni superiori in molte applicazioni, dall'imballaggio alla coltivazione di cristalli di silicio per pannelli solari. La scelta della giusta tecnologia del vuoto è fondamentale per l'efficienza operativa e la redditività.

Come funzionano le pompe per vuoto a vite

Una pompa per vuoto a vite è una pompa volumetrica che rimuove aria o altri gas da un ambiente sigillato per generare vuoto. Funziona mediante due rotori a vite che ruotano in direzioni opposte all'interno di un alloggiamento cilindrico. Il mezzo trasferito entra nella pompa per vuoto attraverso l'ingresso e viene intrappolato e trasportato nelle camere formate tra il cilindro e le doppie viti. Con la rotazione dei rotori, il mezzo trasferito viene spostato verso l'uscita lungo la lunghezza delle viti. Durante questo processo, lo spazio (volume) disponibile per il mezzo trasferito si riduce, poiché le dimensioni della camera diminuiscono continuamente. Di conseguenza, il mezzo trasferito viene compresso fino a raggiungere il volume minimo possibile. Viene quindi espulso attraverso l'uscita.

Durante il processo, i rotori a vite non entrano in contatto l'uno con l'altro o con l'alloggiamento della pompa, riducendo al minimo l'usura ed eliminando la necessità di lubrificanti come l'olio.

Come funzionano le pompe a pistone

Proprio come le pompe per vuoto a vite, le pompe a pistone funzionano secondo il principio volumetrico. Sono state inizialmente progettate per trasferire in modo efficiente acqua e altri fluidi sotto pressione, principalmente per uso agricolo e domestico nel prelievo di acqua da pozzi o fiumi. Tuttavia, sono anche in grado di generare vuoto.

La pompa stessa è costituita da un cilindro in cui un pistone si muove avanti e indietro. Su ciascun lato del cilindro è posizionata una valvola, una per l'aspirazione e una per lo scarico. Il pistone è collegato a una barra di accoppiamento fissata a un albero motore. Alimentato da un motore elettrico, l'albero motore ruota, muovendo il pistone quando la pompa è in funzione.

La generazione di vuoto inizia con la corsa di aspirazione, dove il pistone si sposta all'indietro. Ciò aumenta il volume nel cilindro. Man mano che il volume aumenta, la pressione all'interno del cilindro si riduce e le molecole di gas acquistano più spazio per muoversi. La pressione all'interno del cilindro è ora inferiore a quella presente nel serbatoio da evacuare. Man mano che i gas si spostano da aree a pressione più elevata ad aree a pressione più bassa, l'aria o il gas nel serbatoio viene aspirato nel cilindro.

Una volta che il pistone raggiunge la fine della sua corsa, la valvola di aspirazione si chiude, intrappolando all'interno il mezzo trasferito. Il pistone si muove quindi nella direzione opposta, riducendo il volume del cilindro e comprimendo il mezzo trasferito. Man mano che viene compresso, la sua pressione aumenta e infine viene espulso attraverso la valvola di scarico. Muovendo ripetutamente il pistone avanti e indietro, la pompa evacua continuamente aria o gas dal serbatoio, generando il vuoto.

Tipi di pompe a pistone

A differenza delle pompe per vuoto, le pompe a pistone non sono ottimizzate per generare livelli di vuoto costantemente alti, ma possono essere efficaci per il basso e medio vuoto. Per ottenere un flusso più costante, è possibile utilizzare pompe con più pistoni e cilindri. Le pompe a pistone ad azione singola sono dotate di una valvola su ciascuna estremità, dove l'aspirazione e lo scarico del gas avvengono secondo il principio descritto sopra. Ogni ciclo del pistone genera il vuoto aspirando il gas durante la corsa di aspirazione, a cui fanno seguito la compressione e lo svuotamento durante la corsa di scarico.

Al contrario, le pompe a pistone a doppia azionegenerano vuoto sia durante la corsa indietro che quella in avanti del pistone. In questo design, il cilindro è suddiviso in due camere, una su ciascun lato del pistone. Ciascuna camera è dotata di una valvola di aspirazione e di una valvola di scarico.

Mentre il pistone si sposta all'indietro, il volume nella camera A si espande. Contemporaneamente, la pressione della camera diminuisce, aspirando i gas dal contenitore pompato attraverso la valvola di aspirazione. Nella camera B, il processo avviene in senso inverso. Pertanto, con la corsa indietro del pistone, il gas precedentemente pompato viene compresso ed espulso attraverso la valvola di scarico. Quando il pistone si sposta nuovamente in avanti, i ruoli delle camere si alternano. Ciò significa che l'aspirazione del gas avviene nella camera B, mentre il gas pompato nella camera A viene compresso e scaricato. Questo design è più efficiente, poiché l'evacuazione avviene sia nelle corse in avanti che in quelle indietro, rendendo così il flusso più costante.

Applicazioni tipiche

Sebbene le pompe per vuoto a vite e le pompe a pistone differiscano nel loro principio operativo, possono essere utilizzate in molte delle stesse applicazioni. Tuttavia, le pompe a pistone non possono raggiungere livelli di alto vuoto. Sono in grado di funzionare in ambienti difficili con temperature fluttuanti, nonché con sostanze abrasivem ad esempio la sabbia, che possono essere presenti nel mezzo trasferito. Le applicazioni rilevanti sono, ad esempio, il trattamento termico nella produzione di compositi, la distillazione sottovuoto nell'industria chimica e farmaceutica o la fusione sottovuoto nella metallurgia.

Le pompe per vuoto a vite possono essere utilizzate con la stessa efficacia nelle stesse applicazioni esigenti delle pompe a pistone, ma offrono vantaggi aggiuntivi. Possono raggiungere livelli di alto vuoto, richiedono meno manutenzione e funzionano in modo più pulito. Pertanto, sono adatte anche per il degassaggio dell'acciaio, i processi di liofilizzazione nell'industria alimentare o varie applicazione nella produzione di batterie al litio, per fornire qualche esempio. Sono disponibili in diversi design, offrendo opzioni che ne consentono l'adattamento a diversi settori, anche quelli che richiedono ambienti puliti e privi di contaminazione come la produzione di semiconduttori.

Vantaggi delle pompe per vuoto a vite

Efficienza energetica

Le pompe per vuoto a vite sono più efficienti a livello energetico nelle applicazioni per vuoto, dove, invece, le pompe a pistone faticano. Le pompe a pistone, originariamente progettate per spostare fluidi in un intervallo di alta pressione, possono sprecare energia durante la generazione del vuoto. Ciò è dovuto al movimento meccanico del pistone necessario per mantenere il vuoto, insieme all'attrito e alla perdita di calore. Pertanto, le pompe a pistone vengono spesso utilizzate in funzionamento intermittente. Ciò significa che vengono accese e spente a intervalli regolari, ad esempio durante l'imballaggio o la movimentazione e la rotazione, dove il vuoto è necessario solo per brevi periodi. Al contrario, le pompe per vuoto a vite generano vuoto attraverso la rotazione, il che consente un funzionamento continuo più efficiente. Ciò riduce al minimo le perdite di energia e aiuta a mantenere costanti i livelli di vuoto.

Le pompe per vuoto Busch sono progettate per massimizzare l'efficienza energetica. Possono essere dotate del variatore di velocità ECOTORQUE (VSD) di Busch. Questa opzione è disponibile anche per le pompe per vuoto a vite a secco COBRA. Regolando la velocità rotazionale della pompa per vuoto in base ai requisiti del processo effettivo, ECOTORQUE permette di ottenere risparmi energetici fino al 50%. Ciò la rende la scelta ideale per tutti i settori in cui si auspica la riduzione dei costi energetici e il miglioramento dell'efficienza operativa.

Manutenzione

Le pompe per vuoto a vite richiedono generalmente una manutenzione inferiore rispetto alle pompe a pistone. Le pompe a pistone hanno più componenti meccanici, come le camicie dei cilindri e i cuscinetti, che si usurano nel tempo. Le pompe per vuoto a vite offrono una migliore durata utile a lungo termine, in particolare nelle applicazioni in cui la pompa è in uso continuo e i tempi di fermata dovuti alla manutenzione devono essere ridotti al minimo. I rotori a vite all'interno della pompa per vuoto non entrano in contatto tra loro o con l'alloggiamento del cilindro. Questa compressione senza contatto del mezzo trasferito non causa usura alle parti mobili. Per le pompe per vuoto a vite a secco COBRA i costi di manutenzione sono ridotti al minimo, poiché è sufficiente cambiare l'olio per ingranaggi a intervalli regolari.

Costi di esercizio

Le pompe a pistone richiedono un'alimentazione dell'olio costante per garantire una corretta lubrificazione delle parti mobili, mantenere una tenuta ermetica tra i pistoni e le pareti del cilindro e dissipare il calore generato durante il funzionamento. Per questo motivo, molti clienti installano una tubazione dell'olio speciale per non dover ricorrere a un rabbocco costante. Tuttavia, ciò comporta costi di esercizio più elevati a causa delle grandi quantità di olio consumate. Le pompe per vuoto a vite a secco COBRA di Busch non necessitano di olio nella camera di compressione, per cui è garantito il risparmio su queste spese.

Livelli di potenza sonora

Lo spostamento avanti e indietro delle pompe a pistone tende a generare livelli di vibrazioni e potenza sonora significativi. Questo può rappresentare un problema in ambienti in cui il controllo del rumore e la minimizzazione delle vibrazioni sono importanti.

Le pompe per vuoto a vite a secco COBRA funzionano a un livello di potenza sonora molto inferiore di circa 69 dB(A), paragonabile al rumore di un aspiratore domestico. Al contrario, a seconda delle sue dimensioni, una pompa per vuoto a pistone può raggiungere 85 dB(A), equivalenti al rumore generato da una strada trafficata.

Sicurezza di esercizio

Le pompe a pistone sono utilizzate principalmente per spostare liquidi o gas attraverso il movimento avanti e indietro di un pistone all'interno di un cilindro. Non sono ottimizzate per mantenere livelli di alto vuoto in funzionamento continuo, ma possono essere efficaci per generare un vuoto da basso a medio, ad esempio per la foggiatura o l'imballaggio sotto vuoto.

Le pompe per vuoto a vite di Busch sono note per la lunga durata della manutenzione, garantendo efficienza e sicurezza di esercizio per periodi prolungati a qualsiasi livello di vuoto. Le pompe per vuoto a vite a secco COBRA sono progettate per ambienti difficili come il degassaggio dell'acciaio. Hanno una tolleranza alle particelle e al vapore estremamente elevata, pertanto garantiscono prestazioni costanti nelle applicazioni industriali più esigenti.