Nei sistemi di pompaggio per impianti a vuoto, è comune utilizzare pompe rotative a palette come pompe primarie o come dispositivi per l’evacuazione di sistemi di carico e scarico (load-lock). La loro funzione è mantenere la porta di uscita delle pompe primarie a una pressione sufficientemente bassa, normalmente intorno a 0,01 mbar. Si tratta di macchine robuste e affidabili, che devono essere in grado di gestire e tollerare l’eventuale presenza, nel flusso di gas che le attraversa, di varie sostanze oltre ai gas normalmente presenti nell’aria (principalmente azoto, ossigeno e piccole quantità di argon e altri gas). Tra queste, la frazione principale è generalmente costituita da vapore acqueo, ma in alcuni casi può essere presente anche, ad esempio, una quantità non trascurabile di composti organici, o altre sostanze potenzialmente pericolose, come vapori acidi e particelle solide.
In queste macchine, l’olio ha due funzioni principali: la lubrificazione delle parti meccaniche e la tenuta. Una terza funzione, secondaria ma importante per il funzionamento delle pompe in questione, è la trasmissione del calore che si genera come conseguenza dell’attrito delle parti in movimento e della compressione dei gas, attraverso processi convettivi. Oltre a questo, l’olio protegge i componenti interni della pompa dalla corrosione ed è un mezzo utile per evitare l’accumulo di depositi solidi all’interno della pompa, riducendo al contempo il rumore generato dalla macchina.
L’olio utilizzato nelle pompe rotative a palette è generalmente un olio minerale, opportunamente distillato in modo da avere una pressione di vapore non superiore a 1E-4 mbar, che è due ordini di grandezza inferiore al vuoto di base ottenibile con la sola pompa rotativa a palette in funzione. Va sottolineato che le prestazioni di queste pompe dipendono sia dallo stato di manutenzione della meccanica che da quello dell’olio: il miglior vuoto di base si raggiunge quando la pompa è nuova e dopo un certo periodo di utilizzo dell’olio, che con l’uso subisce una progressiva perdita delle frazioni più volatili. La presenza, nell’olio, di contaminanti – in primo luogo acqua – contribuisce a un aumento della pressione di base ottenibile e quindi al deterioramento delle prestazioni.
Sulla base di quanto sopra, le principali caratteristiche di un olio per pompe per vuoto sono le seguenti:
• Bassa pressione di vapore.
• Valore di viscosità corretto.
• Buona capacità lubrificante.
• Elevata stabilità termica e chimica.
• Bassa tossicità.
L’uso di oli minerali paraffinici soddisfa questi requisiti, quindi molto spesso a questi prodotti vengono aggiunti solo inibitori di corrosione, antiossidanti e antischiuma. Per usi particolari, caratterizzati dalla presenza di sostanze tossiche, piroforiche o comunque dannose, sono stati sviluppati oli sintetici con caratteristiche adeguate.
Naturalmente, l’olio in questione deve essere sostituito periodicamente: i produttori forniscono generalmente linee guida riguardo alla frequenza consigliata per il cambio dell’olio, tuttavia, per una scelta corretta, deve essere preso in considerazione il livello di contaminazione causato da ciascun processo specifico. Nei casi in cui la contaminazione da particolato solido è particolarmente importante, è anche possibile prevedere sistemi di filtraggio dell’olio a bordo della pompa.
I principali tipi di olio utilizzati nelle pompe rotative a palette sono i seguenti:
• Oli a singola distillazione: con contenuto ridotto di sostanze volatili e composti di zolfo, adatti per pompe monostadio.
• Oli a doppia distillazione: il contenuto di sostanze volatili e composti di zolfo è ulteriormente ridotto; adatti per pompe a doppio stadio.
• Oli ad alta temperatura (ultra grade): utilizzati in pompe progettate per lavorare a temperature più elevate, per la gestione di flussi elevati di vapore acqueo.
• Fluidi inerti (Krytox, Fomblin): adatti per pompe destinate all’uso con gas pericolosi/reattivi.
Conclusioni
La scelta dell’olio corretto per le pompe primarie destinate a una determinata applicazione è quindi uno dei fattori da prendere in considerazione per ottenere le migliori prestazioni di un sistema e di un processo.