Sistema Venturi VS Pompe per vuoto

Come funziona il sistema Venturi?

Un sistema Venturi riduce la pressione quando un fluido scorre attraverso una sezione ristretta (o strozzatura) di un tubo. Nel 1797, Giovanni Battista Venturi fece esperimenti sul flusso in un tubo a forma di cono e costruì il primo misuratore di flusso per tubi chiusi chiamato “tubo di Venturi”. Il vuoto di Venturi è creato da una pompa in cui scorre aria compressa, ma la pompa non ha parti mobili. L’aria compressa scorre attraverso la camera iniziale, poi un portale più piccolo che si apre in un’altra camera più grande, che è come la prima.

La pressione statica nel primo tubo di misura (1) è più alta che nel secondo (2), e la velocità del fluido in “1” è più bassa che in “2”, perché l’area della sezione trasversale in “1” è maggiore che in “2”.https://en.wikipedia.org/wiki/Venturi_effect

Costringendo un tubo dove scorre il fluido si ottiene una pressione inferiore. Questo principio è contro intuitivo rispetto al senso comune. Perché la pressione diminuisce? Dove va il fluido se il percorso è ristretto? Quando il fluido inizia a scorrere, la sua velocità intorno all’orifizio nel tubo aumenta significativamente a causa della restrizione nella sezione trasversale. Un’illustrazione di questo è l’acqua che scorre attraverso un tubo. L’acqua è un liquido che non è facilmente comprimibile. Quando l’acqua scorre attraverso la regione ristretta di un tubo, l’acqua scorre più velocemente. Lo stesso volume d’acqua deve passare attraverso lo stesso spazio più velocemente. Più piccola è la regione ristretta del tubo rispetto al raggio originale, più veloce è la velocità del fluido.

Più veloce è il fluido in movimento, più bassa è la pressione (cioè il principio di Bernoulie) e più alta è la velocità, maggiore è la differenza di pressione differenziale misurata. Le restrizioni brusche generano forti turbolenze in un fluido. L’aggiunta di un ugello adatto a velocità di flusso più elevate a fluidi con particelle abrasive riduce la turbolenza e crea meno perdite di pressione. La riduzione della turbolenza è maggiore con gli ugelli Venturi e i tubi dove la restrizione è creata da costrizioni coniche più lunghe nella parete del tubo.

NOTA: Più lunga è la sezione di scarico del tubo, più forte è l’effetto del vuoto.

Tutti i sistemi Venturi, compresi i manometri, i contatori, gli ugelli, le piastre di orifizio, le strozzature e i tubi possono essere forniti con diversi diametri di restrizione in modo che la perdita di pressione e la pressione differenziale generate possano essere ottimizzate per le condizioni di processo e le applicazioni. “Nella dinamica dei fluidi, la velocità di un fluido incomprimibile deve aumentare quando passa attraverso una costrizione in accordo con il principio di continuità della massa, mentre la sua pressione statica deve diminuire in accordo con il principio di conservazione dell’energia meccanica” (Wikipedia, effetto Venturi, Recuperato il 18 settembre 2018). Pertanto, qualsiasi guadagno di energia cinetica e velocità del fluido mentre scorre attraverso una restrizione è bilanciato da una caduta di pressione.

Nota interessante: la portata di massa per un fluido comprimibile aumenterà con l’aumento della pressione a monte, che aumenterà la densità del fluido attraverso la costrizione (anche se la velocità rimarrà costante). Questo è il principio di funzionamento di un ugello de Laval. L’aumento della temperatura della sorgente aumenterà anche la velocità sonica locale, permettendo così di aumentare la portata massica, ma solo se l’area dell’ugello è anche aumentata per compensare la diminuzione della densità risultante.

Il sistema Venturi consiste di:

• Interruttore di vuoto Venturi o Nex Flow Ring Vac
• Tubo o tubo
• Minimo 2.5 CFM @ 90 PSI

Il sistema Venturi aumenta la capacità di aspirazione di qualsiasi compressore d’aria. Per configurare un Venturi Vacuum, collegare il compressore a un’estremità, spostare l’interruttore sull’impostazione di vuoto e collegare l’altra estremità a un dispositivo di vuoto.

Il componente principale è un tubo di Venturi. Mentre il fluido scorre attraverso una lunghezza di tubo di diametro variabile. Per evitare un’eccessiva resistenza aerodinamica, un tubo di Venturi ha tipicamente un cono di entrata di 30 gradi e un cono di uscita di 5 gradi. (Wikipedia, Recuperato il 18 settembre 2018).

Accessori

• Raccordo rapido di scollegamento/collegamento dell’ugello
• Manometri di pressione o vuoto per monitorare quanto vuoto viene creato con il sistema
• Pompa a vuoto per raccogliere materiale e poi usare il sistema Venturi per spostare il materiale a una distanza maggiore

Vantaggi di un sistema di vuoto Venturi

I migliori vantaggi di un sistema di vuoto Venturi sono che:

• Crea un alto vuoto e un flusso amplificato per generare una forte forza di trasporto per spostare qualsiasi materiale con facilità.
• Riduce i costi energetici con meno consumo d’aria e usa meno pressione.
• Meno probabilità di contaminare il flusso d’aria a causa del design diretto, che impedisce l’intasamento.
• Leggero e portatile; configurazione semplice, che è più facile da produrre e meno costoso da acquistare. Si monta rapidamente e facilmente e si attacca alla configurazione esistente. Non ha valvole e non richiede filtri.
• Configurabile: Connessione standard, filettata (NPT o BSP) o flangiata
• Disponibile in un’ampia scelta di materiali: Alluminio anodizzato/duro, acciaio inossidabile 304/316L e Teflon. Costruito per durare: i materiali sono trattati per assicurare la longevità nel ciclo di vita del prodotto
• Supera le pompe multistadio da 2 a 7 volte
• Nessun rischio elettrico o di esplosione

Applicazioni del sistema Venturi

I tubi Venturi sono utilizzati in processi dove la perdita di pressione permanente non è tollerabile e dove è necessaria la massima precisione in caso di liquidi altamente viscosi. Si usano anche in applicazioni dove sostituiscono le pompe a vuoto alimentate elettricamente:

• Sfiato di gas
• Parti metalliche in movimento in un ambiente ruvido di macchinari:
  • Caricamento di tramogge; Pellet di plastica per lo stampaggio a iniezione
  • Rimozione di bordi
  • Operazioni di riempimento
  • Trasferimento di materiale
  • Sabbiatura
• Gas attraverso una linea di trasmissione o scrubber: Sposta materiale umido e secco o fluido attraverso un tubo
• Trasmissione di energia: Trasporto di solventi e prodotti chimici, per esempio, petrolio e gas, vapore
• Convertire un compressore d’aria standard in una macchina di aspirazione per fissare i prodotti con un’aspirazione uniforme per fissare una base a una superficie. L’uso di un compressore d’aria come forza di serraggio evita anche la necessità di fori su una superficie di lavoro.
• Misurare la velocità di un fluido, misurando le variazioni di pressione in diversi segmenti del dispositivo:
  • Misurare le pressioni di carburante o di combustione nei motori a reazione o a razzo
  • Misurare piccoli e grandi flussi di acqua e acque reflue
• In metrologia (scienza della misurazione) per calibri calibrati per pressioni differenziali.
• Aspiratori d’acqua che producono un vuoto parziale usando l’energia cinetica della pressione dell’acqua del rubinetto
• Collega il sacco del vuoto per fare laminati sottovuoto
• Operazioni di formazione sottovuoto per applicazioni industriali efficienti
• Atomizzatori che disperdono profumi o vernici spray (es.Cioè da una pistola a spruzzo).

Prodotti funzionali

Che cos’è una pompa a vuoto?

Una pompa a vuoto è un dispositivo inventato nel 1650 da Otto von Guericke. Essa rimuove le molecole d’aria e di gas da uno spazio sigillato o confinato, il che si traduce in un vuoto parziale. A volte le pompe a vuoto rimuovono il gas da un’area, lasciando un vuoto parziale o rimuovono l’acqua da un’area all’altra, come fa una pompa di scarico in un seminterrato.

Le prestazioni di una pompa a vuoto si misurano sulla velocità della pompa o sul volume di flusso all’ingresso in volume per unità di tempo. La velocità di pompaggio varia per ogni tipo di pompa e per il gas/liquido/fluido su cui viene utilizzata. Il numero di molecole pompate fuori dal contenitore per unità di tempo o rendimento è un altro fattore di prestazione.

L’aspirazione di un vuoto è causata da una differenza di pressione dell’aria. Una ventola azionata da un’elettricità riduce la pressione all’interno della macchina. La pressione atmosferica spinge poi l’aria attraverso il tappeto e nell’ugello in modo che la polvere venga letteralmente spinta nel sacco.

I componenti di una pompa a vuoto sono:

• Aspirazione: Più alto è il grado di aspirazione, più potente è il pulitore.
• Potenza d’ingresso: Il consumo di energia è in watt. La potenza nominale in entrata non indica l’efficacia del pulitore, ma solo la quantità di elettricità che consuma
• Potenza in uscita: La quantità di potenza in entrata è convertita in flusso d’aria alla fine del tubo di pulizia. Il flusso d’aria è spesso indicato in airwatt (watt).

Come funziona una pompa a vuoto?

Un albero rotante, in uno spazio sigillato, rimuove le molecole di aria e gas. Questa azione diminuisce progressivamente la densità dell’aria all’interno dell’involucro, creando un vuoto. Man mano che la pressione nell’involucro si riduce, diventa più difficile rimuovere ulteriori particelle. La quantità di energia prodotta da una pompa a vuoto dipende dal volume di gas rimosso e dalla differenza di pressione prodotta tra l’atmosfera interna ed esterna.

Le due tecnologie utilizzate dalle pompe a vuoto sono il trasferimento di gas o la cattura.

Le pompe di trasferimento allocano la spinta dal lato del vuoto al lato dello scarico per accelerare il gas.
Spostamento delle molecole di gas per azione cinetica o spostamento positivo:

Le pompe di trasferimento cinetiche dirigono il gas verso l’uscita della pompa utilizzando lame ad alta velocità o la pressione del gas introdotta. Le pompe cinetiche non hanno tipicamente contenitori sigillati ma possono raggiungere alti rapporti di compressione a basse pressioni.

Il trasferimento a spostamento positivo intrappola il gas e lo sposta attraverso la pompa. Sono spesso progettati in più fasi su un albero motore comune. Il volume isolato è compresso in un volume più piccolo ad una pressione più alta ed espulso nell’atmosfera (o alla pompa successiva). È comune l’uso di due pompe di trasferimento in serie per fornire un vuoto e una portata maggiori. Il gas espulso è al di sopra della pressione atmosferica quando lo stesso numero di molecole di gas esce dalla pompa come vi entra. Il rapporto di compressione è la pressione di scarico all’uscita misurata rispetto alla pressione più bassa ottenuta all’ingresso.

Le pompe a cattura catturano le molecole di gas sulle superfici all’interno del sistema del vuoto. Questa pompa funziona a portate inferiori rispetto alle pompe di trasferimento, ma può fornire un vuoto molto forte. Le pompe di cattura funzionano usando la condensazione criogenica, la reazione ionica o la reazione chimica e non hanno parti mobili. Possono generare un vuoto senza olio.

Le pompe per vuoto meccaniche di solito hanno un motore elettrico come fonte di energia, ma possono in alternativa fare affidamento su un motore a combustione interna, e aspirano aria da un volume chiuso e la rilasciano nell’atmosfera. La pompa per vuoto a palette rotanti è la più popolare del tipo di pompa meccanica. I singoli rotori sono collocati intorno a un albero e girano ad alta velocità. L’aria viene intrappolata e spostata attraverso la porta di aspirazione e dietro di essa si crea il vuoto.

Tipi di pompe per vuoto

Le pompe possono essere considerate pompe a umido o a secco, a seconda che il gas sia esposto o meno a olio o acqua durante il pompaggio. La pompa a umido utilizzerà olio o acqua per la lubrificazione e/o la tenuta e questo fluido può contaminare il gas pompato. Le pompe a secco non hanno fluido. Hanno spazi stretti tra le parti rotanti e statiche della pompa, usano guarnizioni in polimero secco (PTFE) o un diaframma per separare il meccanismo di pompaggio dal gas aspirato. Le pompe a secco riducono il rischio di contaminazione del sistema e lo smaltimento dell’olio rispetto alle pompe a umido.

Nota: Le pompe a vuoto non si convertono facilmente da umide a secche cambiando lo stile della pompa. La camera e le tubazioni possono essere contaminate se bagnate. Pertanto, tutte le pompe a umido devono essere accuratamente pulite o sostituite, altrimenti contamineranno il gas durante il funzionamento.

Primaria/Booster/Secondaria	Nome	Tipo di pompa
Pompe primarie (di supporto)	Pompa rotativa a palette sigillata a olio	Bagnata Spostamento positivo
	Pompa ad anello liquido
	Pompa a membrana	Spostamento positivo secco
	Pompa a scorrimento
Pompe di spinta	Pompa a pedale
	Pompa a zampa
	Pompa a vite
Pompa secondaria	Pompa turbomolecolare	Trasferimento cinetico secco
	Vapore Diffusion Pump	Wet Kinetic Transfer
	Cryopump	Dry Entrapment
	Sputter Ion Pump

Ragioni per usare una Vacuum Pump:

1. Fornire una forza
2. Raccogliere la polvere
3. Rimuovere i costituenti attivi e reattivi
4. Rimuovere i gas intrappolati e dissolti
5. Ridurre il trasferimento termico
6. Aumentare il “percorso libero medio” delle molecole di gas in modo che la pressione diventa utile.

Il percorso libero medio è la distanza che una molecola percorre prima di scontrarsi con un’altra molecola. Una molecola potrebbe sperimentare i seguenti tipi di flusso nel vuoto:

1. Flusso viscoso, turbolento: Tremendo movimento casuale mentre le molecole cercano di spostarsi in qualsiasi spazio aperto che possa portare ad un’uscita più veloce.
2. Flusso viscoso, laminare: Dopo alcuni minuti, la corsa delle molecole verso l’uscita finisce ed esse cominciano a muoversi verso un’uscita in modo ordinato.
3. Flusso molecolare: Il percorso libero medio diventa più lungo all’interno del diametro del tubo creando un flusso libero di molecole. È più probabile che le molecole di gas si scontrino con le pareti del tubo (contenitore) piuttosto che con un’altra molecola. Man mano che la pressione diminuisce, anche la conduttanza diminuisce finché il flusso di gas non si trasforma in flusso molecolare. La conduttanza è la misura della massa di gas che scorre alla pressione media per metro di lunghezza del tubo.

Svantaggi di una pompa a vuoto

• Muove un grande volume d’aria/basso vuoto
• Converte la pressione in flusso (richiede una pressione più alta per funzionare)
• Raccoglie sporco, polvere e detriti
• Risparmia energia
• Durevole

Applicazioni pompa per vuoto

• Processi medici, che richiedono l’aspirazione come la terapia o gli spettrometri di massa
• Applicazioni chimiche e farmaceutiche
• Strumenti analitici scientifici che analizzano materiali solidi, gas, superficiali, liquidi e biologici come la microscopia elettronica
• Industrie di processo per sfogare i fumi, rimuovere la polvere e lo sporco, alimentare le attrezzature e compattare i rifiuti:
  • Zuccherifici
  • Pulp & carta
  • Cemento
  • Tubi a vuoto
  • Lampade elettriche
  • Semiconduttori
  • Rivestimento in vetro
• I piroscopi negli strumenti di volo sono alimentati da una fonte di vuoto in caso di guasto elettrico.
• Impianti di trattamento per sistemi fognari
• Rimuovono l’acqua da una zona ad un’altra, come fa una pompa di scarico in un seminterrato.

Sistema Venturi VS Pompa a vuoto

Un sistema Venturi può essere usato in molte delle stesse applicazioni di una pompa a vuoto. Il vantaggio principale del sistema Venturi di Nex Flow (Ring Vac) è che le unità sono compatte e robuste, semplici da configurare e non richiedono manutenzione rispetto alle pompe per vuoto. Quando lo sfiato dell’aria è continuo – la scelta di una pompa del vuoto a bassa pressione può far risparmiare costi energetici. Tuttavia – se il trasporto intermittente di materiali è quello che state cercando – un sistema ad aria compressa ad anello con un interruttore on/off istantaneo può far risparmiare costi energetici quando si usa l’aria compressa.