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Pompe per vuoto ad anello liquido - Tecnologia del vuoto classica ma sempre all'avanguardia

La tecnologia del vuoto non ha mai smesso di evolversi: non solo nel passato recente, ma per decenni ha continuato ad avanzare. Oggi, le pompe per vuoto a vite a secco sono utilizzate nella tecnologia dei processi chimici, e molte altre applicazioni come le pompe per vuoto a camme a secco si sono imposte come generatori di vuoto standard in tutti i settori dell'industria. Le pompe per vuoto rotative a palette lubrificate a olio sono all'avanguardia anche in molte applicazioni, non da ultimo per via del loro sviluppo continuo. Nei propri campi di applicazione, sono in genere le pompe per vuoto più usate.
Nonostante i tanti miglioramenti, i nuovi sviluppi e ulteriori progressi, un principio della generazione di vuoto è rimasto immutato fino a oggi in alcune applicazioni e viene ancora applicato con successo: la pompa per vuoto ad anello liquido.
Il principio alla base della pompa per vuoto ad anello liquido fu sviluppato all'inizio del 1890 sotto forma di "pompa per vuoto ad anello d'acqua". Grazie alla struttura semplice e robusta, le pompe per vuoto ad anello liquido (fig. 1) sono adatte alla generazione di vuoto in applicazioni nelle quali i gas o i vapori umidi vengono evacuati oppure in quelle nelle quali, durante il processo di compressione, tende a formarsi la condensa all'interno della pompa per vuoto. Sono pertanto particolarmente adatte ai processi umidi e quindi utilizzate per la generazione di vuoti grossolani nella tecnologia di processo, il settore chimico, durante la produzione e la lavorazione del petrolio, per la ventilazione di condensatori di turbine a vapore, nel settore della plastica, nella produzione di carta, nel settore della tecnologia alimentare e in molte altre applicazioni industriali.
Principio operativo
Come fluido operativo, le pompe per vuoto ad anello liquido utilizzano l'acqua o un liquido compatibile con il gas o vapore da evacuare. Sono inoltre utilizzati con notevole frequenza glicole etilenico, oli minerali o solventi organici, ma anche altri liquidi già facenti parte del processo. Il principio di base è lo stesso in tutte le taglie e versioni.
Una girante montata eccentricamente ruota all'interno di un alloggiamento cilindrico (fig. 2). Questo alloggiamento è riempito di fluido operativo fino a ricoprire le pale della girante. Il movimento rotatorio della girante e la conseguente forza centrifuga fanno sì che il liquido all'interno dell'alloggiamento formi il cosiddetto anello liquido. Il gas viene pompato negli spazi tra le singole palette e l'anello liquido. Grazie alla disposizione eccentrica della girante, i volumi di questi spazi sono variabili e questo consente di aspirare il gas, comprimerlo e scaricarlo nuovamente. L'anello liquido sigilla i singoli spazi verso il cilindro. Questo è il motivo per cui a volte viene chiamato fluido di tenuta anziché fluido operativo.
Meccanismo
A causa del fluido operativo utilizzato, questo meccanismo può essere impiegato solo nell'intervallo di vuoto grossolano, poiché il livello di vuoto raggiungibile dipende dalla pressione di vapore e dalla viscosità del fluido operativo, che viene costantemente pompata attraverso la pompa per vuoto. Ciò consente di utilizzare una pompa per vuoto ad anello liquido a temperature relativamente basse. Inoltre funziona prevalentemente in modo isotermico. Questo significa che il mezzo da pompare difficilmente si scalda durante il processo di compressione. Per questo motivo, le pompe per vuoto ad anello liquido sono teoricamente predestinate al pompaggio di vapori e gas con un'elevata percentuale di umidità. Le basse temperature della pompa per vuoto favoriscono la condensazione di vapori e gas umidi. In una certa misura, questo significa che la pompa per vuoto funziona anche come condensatore. Poiché la condensa si forma già quando il gas entra nella pompa per vuoto, il volume del gas si riduce notevolmente. Oltre all'effetto condensa, si ottiene anche un aumento della capacità di aspirazione nominale. Il fluido operativo devia il calore di compressione, processo che favorisce la condensa e un aumento della capacità di aspirazione. Un importante vantaggio delle pompe per vuoto ad anello liquido è il fatto che il fluido operativo e i materiali utilizzati per i componenti possono essere adattati al mezzo trasferito. Questo rende inoltre possibile il pompaggio di gas e vapori esplosivi. Grazie alle basse temperature di esercizio, il pompaggio dei materiali esplosivi può, in ogni caso, essere considerato molto meno problematico rispetto ad altre pompe per vuoto meccaniche.
Struttura
La differenza di base riguarda le pompe per vuoto ad anello liquido a singolo stadio e quelle a doppio stadio. Nella versione a singolo stadio, il processo di compressione descritto sopra viene eseguito in uno stadio di compressione. Nella pompa per vuoto a doppio stadio (fig. 3), il mezzo trasferito pre-compresso viene trasportato dal primo stadio a un secondo stadio di compressione e qui compresso nuovamente. Le versioni delle pompe per vuoto ad anello liquido a singolo stadio possono raggiungere pressioni assolute nominali di 130 hPa (mbar), mentre quelle a doppio stadio arrivano a 33 hPa (mbar).
Perfino le taglie variano significativamente. Busch Vacuum Solutions offre diverse serie e versioni di pompe per vuoto ad anello liquido DOLPHIN, con capacità di aspirazione che coprono l'intervallo da 25 a 26.500 metri cubi all'ora.
Varianti
La fornitura e la rimozione del fluido operativo possono avvenire in tre modi:

1. Funzionamento senza ricircolo
Questa è la variante più semplice per l'esercizio di una pompa per vuoto ad anello liquido e viene utilizzata ogni volta che è disponibile una quantità sufficiente di fluido operativo. Lo stadio di compressione viene rifornito costantemente di fluido operativo. Il fluido viene quindi scaricato insieme al gas e alla condensa.

2. Circuito aperto con fluido operativo
In un circuito aperto (fig. 4), il fluido operativo viene deviato in un separatore di liquidi insieme al gas, dopo essere uscito dalla pompa per vuoto. Il liquido e il gas vengono separati in questa fase. Il gas viene scaricato oppure trasferito mentre il fluido operativo pulito entra nel separatore di liquidi. Questo garantisce una quantità sufficiente di liquido all'interno del circuito e il mantenimento della temperatura su un livello stabile. Questo tipo di circuito aperto consente di risparmiare fino al 50% di fluido rispetto al funzionamento senza ricircolo.
3. Circuito del fluido operativo chiuso
È presente un separatore di liquidi anche a valle della pompa per vuoto in un circuito chiuso (fig. 5). Il gas viene scaricato dal circuito mentre il fluido operativo viene deviato mediante uno scambiatore di calore prima di entrare nuovamente nella pompa per vuoto. Il fluido operativo viene costantemente raffreddato. Questa configurazione consente di risparmiare fino al 95% del fluido operativo. Ciò significa che è necessario aggiungere solo piccole quantità di liquido pulito mediante il separatore di liquidi. Si consiglia pertanto il circuito chiuso ogniqualvolta non sia disponibile una quantità sufficiente di fluido operativo oppure quando è necessario conservare la maggior quantità possibile di fluido operativo.
Sistemi per vuoto personalizzati
Le pompe per vuoto ad anello liquido sono eccezionalmente adatte da utilizzare come moduli nei sistemi e nelle installazioni per vuoto. Si possono ottenere pressioni assolute nominali inferiori in combinazione con getti di vapore. È possibile trovare soluzioni tecnicamente ed economicamente ottimali per sistemi per vuoto specificamente adatte alla singola applicazione. Busch Vacuum Solutions vanta un'esperienza ultradecennale nella progettazione e realizzazione di questo tipo di sistemi, utilizzati in tutto il mondo per il funzionamento economico e sicuro nella tecnologia del trattamento chimico, nella produzione e lavorazione del petrolio, la generazione di potenza e molte altre aree. Le singole taglie di pompe per vuoto ad anello liquido DOLPHIN Busch sono disponibili in varie versioni certificate ATEX.