Nell'industria alimentare, farmaceutica, chimica, automobilistica, metallurgica o nell’ingegneria di processo: in molti settori dell’industria, la maggior parte dei vari processi di produzione richiede che i gas utilizzati presentino una pressione molto al di sotto di quella atmosferica. Una pressione di -700 mbar (300 mbar ass.) è considerata vuoto. Il vuoto, ovvero la pressione al di sotto dei 300 mbar assoluti, si suddivide in basso, medio, alto e ultra (vedere grafico).
Nella tecnologia del vuoto le pressioni assolute si misurano in millibar (mbar). Assoluto significa che i valori si riferiscono al vuoto assoluto. Il vuoto assoluto è pari a una pressione di 0,0000 mbar assoluti. Nella tecnologia del vuoto, la pressione assoluta è sempre espressa in modo tale che, normalmente, l’apposizione di “ass.” possa essere eliminata.Negli impianti, il vuoto basso, medio ed alto può essere ottenuto con gruppi di pompe in serie. Questi gruppi sono composti da almeno due stadi. Le pompe da vuoto primarie e i booster HV a lobi operano in sinergia. Aerzener Maschinenfabrik GmbH, costruisce soffiatori a lobi fin dal 1868 e booster a lobi per vuoto dal 1940. Pertanto, AERZEN non è solo uno dei pionieri di questa tecnologia. Oggi l'azienda è un produttore leader a livello mondiale che vanta un'ampia gamma di soffiatori per vuoto e alto vuoto. Questo successo nasce dalla competenza tecnica, da una produzione di elevata precisione, da un continuo sviluppo tecnico del prodotto, da personale esperto e da un continuo ed intenso dialogo con i propri clienti. Per il vuoto fino a 500 mbar ass (-500 mbar). AERZEN fornisce soffiatori a lobi della serie Delta Blower G5. Analogamente, anche la nuova serie di compressori Delta Hybrid è in grado di generare vuoto fino a 300 mbar ass (-700 mbar). Per ottenere un vuoto fino a 500 mbar ass. e fino a 300 mbar ass. è necessario un singolo stadio.
Ad ogni modo, il vuoto al di sotto dei 300 mbar ass. può essere ottenuto solo con due stadi, avvalendosi di un gruppo, che prevede l'utilizzo combinato di una pompa primaria da vuoto e di un booster HV per alto vuoto a lobi. In questo modo, la portata richiesta, il cosiddetto punto operativo, viene raggiunto. Nel primo stadio, la pompa primaria da vuoto riduce la pressione all'interno di un serbatoio o di un impianto fino ad un valore, ad es. di 200 mbar ass. (-800 mbar) Successivamente, il secondo stadio, il booster HV per alto vuoto a lobi, si avvia e raggiunge, in combinazione con la pompa primaria da vuoto, il vuoto finale richiesto e la portata necessaria. L’utilizzatore futuro dell'impianto a vuoto (ad es. un'acciaieria in Cina) richiede al costruttore del gruppo da vuoto (ad es. un costruttore di impianti tedesco) tutti i parametri principali di funzionamento dell'impianto:
Sulla base di questi dati, il costruttore del gruppo da vuoto sceglie la combinazione della pompa primaria da vuoto e del booster HV per alto vuoto in collaborazione con AERZEN.
Come pompa primaria da vuoto, a seconda del tipo di applicazione, possono essere impiegate pompe per vuoto ad anello liquido e pompe a palette o a vite per gas neutri. In applicazioni che richiedono un elevato livello di qualità, come ad es. nell'industria chimica potrebbe rivelarsi necessario l'impiego di pompe a vite. In quanto azienda specializzata, con molti anni di esperienza, AERZEN dispone di una vasta documentazione sulle prestazioni di tutte le pompe primarie da vuoto e consiglia il costruttore del gruppo da vuoto aiutandolo a scegliere, in stretta collaborazione, il booster HV per alto vuoto a lobi AERZEN più adatto. Per rispettare i parametri richiesti dall'operatore del gruppo da vuoto, la pompa primaria da vuoto e i booster HV per alto vuoto a lobi AERZEN devono essere abbinati energeticamente e termicamente in modo ottimale.
La Figura 1 mostra, secondo un calcolo teorico, l’interazione tra la pompa primaria da vuoto (linea arancione) e un booster HV per alto vuoto AERZEN serie GMa (linea verde) come gruppo a due stadi. Tuttavia, per ridurre il tempo di pompaggio, è possibile utilizzare soluzioni a più stadi costituite da una pompa primaria da vuoto seguita da una serie di booster HV per alto vuoto a lobi. Sull'asse X figurano i range di pressione della pompa primaria da vuoto e del booster HV per alto vuoto a lobi, sull'asse Y le portate. In questo esempio, la pompa primaria da vuoto si avvia inizialmente da sola. Quando viene raggiunto un grado di vuoto di 200 mbar ass., interviene il booster HV per alto vuoto a lobi AERZEN. Fino al punto operativo di 1 mbar, la curva verde aumenta notevolmente. Nel suo punto operativo, la portata volumetrica del gruppo è di circa 1.750 m³/h. I due range di pressione critici dal punto di vista termico possono essere corretti modificando i parametri nel programma di progettazione, in modo tale che la combinazione della pompa primaria da vuoto e del booster HV per alto vuoto a lobi AERZEN raggiunga il punto operativo (1 mbar nell’esempio) senza problemi. Basandosi su questa procedura, osservando i limiti termici e utilizzando la migliore combinazione possibile tra pompa primaria da vuoto e booster HV per alto vuoto, il costruttore del gruppo e AERZEN sono in grado di raggiungere i parametri fissati dal cliente finale. AERZEN offre...
La scelta della miglior combinazione di pompa primaria da vuoto e booster HV per alto vuoto garantisce un gruppo da vuoto economico e in grado di soddisfare le richieste del cliente.
AERZEN fornisce soffiatori per vuoto con raffreddamento pre-inlet serie mHV con portate nominali da 250 a 61.000 m³/h. La pressione differenziale massima ammissibile dipende dal carico termico generato. I soffiatori con pre-inlet vengono utilizzati prevalentemente nel range di basso vuoto e in depressione come pompa primaria da vuoto e per elevati rapporti di compressione nel range di basso vuoto fino a p2/p1 = 5. I soffiatori con pre-inlet, serie mHV, vengono utilizzati preferibilmente per necessità di funzionamento continuo senza problemi di surriscaldamento. A questo scopo, l'aria atmosferica o il gas già raffreddato vengono immessi direttamente nella camera di compressione, sul lato mandata, senza regolazione o valvole, attraverso un terzo foro laterale. Quando viene utilizzato gas ricircolato, questo viene preventivamente raffreddato da uno scambiatore, installato tra la pompa primaria da vuoto ed il soffiatore con pre-inlet. I soffiatori con pre-inlet hanno flange con guarnizioni e un sistema di lubrificazione a sbattimento. I soffiatori sono accoppiati direttamente al motore elettrico, ma in caso di pressione differenziale non elevata, è possibile azionarli con una trasmissione a cinghie. La camera di compressione è a tenuta grazie ad un labirinto con anelli elastici di tenuta, mentre l'albero di trasmissione è predisposto con due tenute radiali a labbro e una barriera d’olio.
I soffiatori della serie HV per un vuoto compreso tra 200 e 10-3 mbar sono disponibili per portate nominali tra 180 e 97.000 m³/h. Nella variante GMa operano con flusso in senso verticale; la variante GLa con il flusso in senso orizzontale consente di ottenere un impianto particolarmente compatto. Entrambe le varianti costruttive vengono utilizzate, insieme ad altre, nei processi di metallizzazione, negli impianti chimici e farmaceutici, nel settore metallurgico, nel recupero di gas di risulta, nelle centrali per vuoto, nei sistemi di rilevamento delle perdite ad elio, nella produzione di lampade, pannelli solari, nei degasaggi e nell'industria automobilistica. Per applicazioni particolari, è possibile utilizzare tenute e materiali speciali e corpi e lobi. I motori utilizzati sono il miglior stadio di efficienza disponibile e possono essere impiegati in tutti i mercati, tra gli altri, USA, Canada e Russia. Inoltre sono adatti all'uso con inverter. I motori sono flangiati direttamente ai soffiatori. Una speciale tenuta a labirinto combinata con anelli paraspruzzi, impediscono all’olio di passare dalle camere di lubrificazione (dei cuscinetti e degli ingranaggi) alla camera di compressione. Inoltre è presente una camera neutra con canali di raccolta condensato. Per ottenere una migliore tenuta, è possibile pressurizzare la camera neutra con gas di tenuta. Esclusivamente e su richiesta, i soffiatori per vuoto serie HV possono essere costruiti con omologazione ATEX, 2014/34/UE . Resistono a esplosioni fino a 13 bar, operano senza necessità di bypass interno e sono gli unici soffiatori per vuoto omologati per la zona 0 (internamente) ed esternamente per la classe di temperatura T4. Per una maggiore sicurezza di processo è possibile disattivare l'opzione di monitoraggio al di sotto dei 50 mbar.
I soffiatori Canned motor AERZEN, serie CM (per gas aggressivi) e HM (per gas neutri), adatti al funzionamento continuo, consentono di ottenere tempi di pompaggio particolarmente brevi e vengono utilizzati nella tecnologia dell'alto vuoto industriale nel vuoto tra 200 e 10-5 mbar. Questi soffiatori operano con trasmissione a tenuta ermetica: l'albero di trasmissione è isolato da un incapsulatamento integrato nel motore e senza contatto con l’atmosfera esterna. Il numero di giri, compreso tra 6.000 e 7.200 , è quasi il doppio di un HV. Essendo però gli ingombri identici è possibile ottenere cicli di pompaggio molto brevi. Sebbene vengano installate due pompe primarie di vuoto nel medesimo gruppo per ottenere l’aumento delle prestazioni, il sistema rimane compatto: un vantaggio importante quando l’impianto richiede numerosi gruppi da vuoto. I soffiatori AERZEN con Canned motor sono disponibili
Questi sistemi vengono utilizzati per la creazione del vuoto industriale, ad es. nella tecnologia chimica e farmaceutica, nella metallizzazione, per l'evacuazione dell'idrogeno, negli impianti di rilevamento delle perdite con elio e in qualsiasi situazione in cui le perdite di vuoto devono essere assolutamente nulle. Inoltre, questi soffiatori da alto vuoto operano nell'industria dei semiconduttori, nella microelettronica, nella produzione di schermi piatti, nelle tecnologie laser e solari. I soffiatori da alto vuoto sono disponibili con flussi in due direzioni: verticale ed orizzontale. Considerato il raffreddamento ad acqua, sono adatti all'uso anche in camera bianca. Un’eccellente resistenza meccanica alla pressione differenziale (fino a 230 mbar), riduce i tempi di pompaggio. Utilizzando un inverter, è possibile ottenere un elevato controllo sulla portata (1:5) e quindi impiegare soffiatori da alto vuoto di grandezze minori. Grazie alle diverse varianti del motore, per il funzionamento ciclico e continuo, è sempre possibile trovare la soluzione più adeguata.
Per la progettazione di un gruppo da vuoto non esistono soluzioni ”a catalogo”: i parametri di funzionamento della pompa primaria da vuoto e del soffiatore da alto vuoto a lobi devono essere perfettamente abbinati. Solo così il gruppo da vuoto fornirà i valori necessari al cliente e raggiungerà il punto operativo richiesto. Proprio per questo, la soluzione ottimale può essere ottenuta solo grazie all’intensa collaborazione tra AERZEN, come fornitore del soffiatore per alto vuoto, e il costruttore del gruppo da vuoto. Grazie all'utilizzo del software, AERZEN verifica la combinazione costituita dalla pompa primaria da vuoto e dal soffiatore per alto vuoto AERZEN, progettata o richiesta dal costruttore del gruppo. «Prestiamo particolare attenzione ad evitare range di pressione termicamente critici e a fornire i rapporti di compressione energeticamente adeguati.» Per AERZEN vale questo principio di massima: «consigliamo il costruttore sulla miglior combinazione delle pompe e sulla performance dell’intero gruppo da vuoto.»
Autore: Norbert Barlmeyer, giornalista specializzato nella tecnologia dell'aria compressa, Bielefeld
