Se usate una pompa rotativa nel vostro impianto, probabilmente vi rendete conto che pompa solo alla velocità indicata nelle specifiche pubblicate quando la pompa è nuova e l'olio è pulito. Questo è il caso sia che venga usata per un forno metallurgico, un sistema di deposizione di vapore, una camera di simulazione spaziale o un'applicazione di essiccazione. Dopo alcuni utilizzi, le prestazioni iniziano a scivolare. Nel corso del tempo, questo non fa che peggiorare. Ma perché questo accade e cosa si può fare per rimediare?
L'impatto dell'acqua nella vostra pompa a pistoni
Vi siete mai chiesti perché le prestazioni della pompa sono peggiori nei giorni umidi? È tutto merito dell'acqua che si condensa nella pompa. Quando è molto agitato, l'olio si emulsiona con l'acqua, quindi a volte c'è così tanta acqua che l'olio diventa lattiginoso. Nei giorni umidi, potreste non essere in grado di scendere sotto i 100 micron anche con un Booster (Pompe Root)
L'acqua in questione viene pompata fuori dalla camera a vuoto e dalle tubazioni quando si fa il vuoto nella camera, condensandosi nella pompa mentre la pressione del vapore acqueo viene portata alla pressione atmosferica vicino allo scarico della pompa a vuoto.
Un singolo millilitro di acqua liquida vaporizzerà per formare circa 1,24 litri di vapore a temperatura e pressione standard (STP). Governato dalla legge dei gas ideali, quando la pressione scende, il volume occupato dal vapore sale. Se la pressione scende da un milione di micron (pressione atmosferica) a un micron, allora 1,2 litri di vapore acqueo si trasforma in 1,24 milioni di litri di vapore acqueo. (Per riferimento, 1 mL di acqua è più o meno il volume dell'estremità del tuo dito sotto l'unghia). Chiedetevi quanti mL di acqua condensata si trovano all'interno della vostra pompa a pistoni in qualsiasi momento, sul fondo del serbatoio dell'olio o sbattuti all'interno della pompa durante il funzionamento.
Ogni volta che la vostra pompa passa attraverso un ciclo di compressione, c'è un vuoto che si accumula dietro il pistone. Quando la pressione scende al di sotto della pressione di flash, un po' di liquido si trasforma in vapore all'interno della vostra pompa. Questo vapore può consumare fino a metà della vostra velocità di pompaggio, ed è in definitiva ciò che vi impedisce di raggiungere le prestazioni di pompaggio .
Perché non potete tornare alle prestazioni iniziali della vostra pompa
Anche cambiando l'olio, non tornerete mai alle prestazioni della pompa fuori dalla scatola, perché non è possbile far uscire tutta l'acqua. Spesso, se la pressione desiderata è bassa - per esempio, sotto i 20 micron - non la otterrete mai senza un Booster ( Pompa Roots) sopra. Vediamo spesso casi in cui una combinazione pompa/Booster ( pompa Roots) si ferma a 50 micron o più, soprattutto quando il tempo è umido. Questo è il motivo per cui se cambiate l'olio alla pompa a pistoni, non riuscirete mai a recuperare le prestazioni che aveva quando era nuova.
Non si può far uscire tutta l'acqua a meno che non si faccia funzionare la pompa a caldo con una zavorra a gas per eliminare l'umidità. La zavorra a gas funziona a tempo, ma il tempo è esattamente quello che una linea di produzione non ha. Il tempo che si aspetta che la pompa sia pronta è tempo perso, altrimenti noto come tempo di inattività - l'errore più costoso.
L'acqua non va via
Questo è il problema principale. Il vapore acqueo occupa un'enorme quantità di volume a basse pressioni, proprio come altri gas. La parte difficile dell'acqua è che si condensa facilmente sulle superfici, specialmente quelle metalliche, che sono più fredde di 100⁰C (212⁰F) quando sono aperte all'atmosfera. Viene assorbito da materiali igroscopici come polvere e cloruri metallici. Poi viene tirato fuori dal vostro sistema dalla pompa a vuoto, dove potrebbe condensare internamente.
Se si dispone di una pompa per vuoto a secco che funziona abbastanza caldo internamente per mantenere l'acqua in uno stato di vapore (la maggior parte di loro lo fanno), poi l'acqua di condensazione non è mai un problema. Con la maggior parte delle pompe a secco, si ottiene lo stesso pompaggio al giorno 1.000 come si fa il primo giorno.
Desorbimento nel sistema del vuoto
C'è un impatto più grave per quanto riguarda il vapore acqueo nelle prestazioni del vuoto. L'acqua è una molecola polare, cioè ha una polarità elettrica di dimensioni molecolari. Questo la rende molto più propensa ad attaccarsi ad una superficie anche quando non si condensa, e resiste al desorbimento dalla superficie più dei gas come l'azoto, l'ossigeno o l'argon. Man mano che ci si addentra nel vuoto, è più probabile che la molecola d'acqua venga desorbita. Questo è visto come degasaggio. Perché è un problema serio?
Quando la pressione scende sotto i 100 micron, c'è ancora molto vapore acqueo sulle superfici del tuo sistema a vuoto. Tornando alla relazione pressione-volume, una pressione 10 volte più bassa richiede una velocità di pompaggio 10 volte superiore.
Pressione vs. Tempo
Questo è il motivo per cui si vede il fenomeno mostrato nel grafico della pressione contro il tempo qui sotto. Il grafico contiene i calcoli di pressione vs. tempo per tre opzioni di pompa. Il verde chiaro rappresenta una combinazione pompa a pistone/soffiatore, la linea ambra rappresenta una nuova pompa a pistone e la linea blu scuro rappresenta una pompa a pistone che ha una quantità relativamente piccola di umidità condensata al suo interno. 
Iniziano con una forte caduta di pressione e poi si appiattiscono dove il tasso di degasaggio è quasi uguale alla velocità di pompaggio (nel caso della linea blu, il degasaggio è interno alla pompa).
La differenza tra la curva verde e quella arancione è ciò che ci si può aspettare se si usa un Booster ( Pompa Roots) per migliorare le prestazioni del sistema di pompaggio. Si accorcia il tempo e si ottiene un vuoto più profondo. La differenza tra la curva arancione e quella blu è un divario simile, che mostra che un Booster ( Pompa Roots) può mitigare la perdita di prestazioni della pompa a pistoni. Ciò che significa anche che stai perdendo in gran parte i benefici del Booster ( Pompa Roots) a causa della condensazione dell'acqua nella tua pompa, e questa può essere una penalità molto costosa. Guardando il grafico temporale qui sopra, vedete che la combinazione pompa/ Booster ( Pompa Roots) rappresentata dalla linea verde chiaro raggiunge i 10 micron in circa 5 minuti, mentre la curva arancione che rappresenta una pompa/ Booster ( Pompa Roots) con olio contaminato dall'acqua impiega 35 minuti per raggiungere i 10 micron. Se avete un ciclo di produzione che richiede 2 ore, allora 30 minuti di quell'ora sono sprecati aspettando di raggiungere il vuoto per iniziare il processo. Nel corso di un anno di produzione di 8000 ore, state sprecando 120.000 minuti di tempo di produzione, che è una perdita di produttività del 25%. Regolare il vostro requisito di vuoto a 20 micron è un grande passo se è compatibile con il vostro processo, allora la differenza è di 9 minuti contro 3 minuti. Tuttavia, in un anno di 8000 ore, state sprecando 72.000 minuti, o 1200 ore.
Usare una pompa per vuoto a secco per massimizzare i risultati.
Quindi, cosa si può fare per ridurre al minimo i problemi associati al vapore acqueo nel vostro sistema di vuoto? Beh, si può eliminare la pompa rotativa o qualsiasi pompa di sgrossatura con olio in esso. Le pompe per vuoto a secco come la Leybold DRYVAC hanno temperature alte all'interno (fino a 180⁰C, o 356⁰F), quindi non condensano acqua all'interno della pompa.
Questo elimina il problema di avere acqua nella vostra pompa per vuoto. Potete scacciare l'acqua dalle superfici della vostra camera a vuoto riscaldandola. Così, il set pompa sempre pompe come se fosse nuovo e quindi può ridurre il tempo di inattività della pompa, come si vede nella figura qui sopra.
Utilizzo di una pompa di vapore dell'olio per accelerare il processo
Una seconda opzione è quella di considerare una pompa a vapore d'olio come la Leybold OB6000. Una pompa per vapore d'olio avrà una velocità di pompaggio molte volte superiore a quella dei sistemi di soffianti meccaniche a pressioni inferiori a 15 micron. Infatti, un OB6000 ha più di quattro volte la velocità di pompaggio della pompa a curva blu a pressioni inferiori a 15 micron. Avete bisogno di più? Provate l'OB12000 o l'OB18000.
Come ottenere i migliori risultati di pompaggio
La cosa migliore è contattare il vostro account manager Leybold locale per fargli valutare il vostro sistema e consigliarvi su come ottenere prestazioni migliori.
Quanto è importante il tempo di fermo della pompa? L'intero processo viene messo in pausa finché il requisito di pressione non viene soddisfatto. Il tempo di fermo della pompa è denaro perso, il che significa tempo perso e meno prodotto. Si aggiunge direttamente al vostro tempo di ciclo totale, il che significa che avete meno cicli per settimana e per anno. Questo può essere un colpo enorme per la vostra produzione.
Se siete già abituati a lunghi tempi di inattività della pompa, potreste vedere un enorme aumento della vostra produzione facendo i giusti cambiamenti. Il tipico ROI quando si passa a un'attrezzatura per il vuoto più performante è inferiore a sei mesi.
