Se hai mai camminato in uno stabilimento farmaceutico, in una fabbrica di semiconduttori o in un impianto di lavorazione alimentare, probabilmente hai visto le unità di aspirazione Roots-Screw ronzare in sottofondo: sono cavalli di battaglia per tirare e mantenere la precisa bassa pressione di cui queste industrie hanno bisogno per funzionare. Come fornitore che lavora con queste unità giorno dopo giorno, ho imparato che anche se scegli un sistema di qualità come la nostra unità di aspirazione Roots-Screw, le sue prestazioni possono oscillare notevolmente a seconda di come lo usi, lo imposti e lo mantieni. Oggi analizzerò i fattori chiave che vediamo che creano o distruggono queste unità, direttamente dal campo per aiutarti a ottenere il massimo dal tuo sistema di aspirazione.
Innanzitutto, iniziamo dalle basi per assicurarci di essere sulla stessa lunghezza d'onda. Un'unità di aspirazione Roots-Screw combina due componenti principali: un soffiatore Roots (che aspira rapidamente un grande volume di gas) e una pompa a vite a secco (che comprime il gas fino alla pressione atmosferica). Niente olio, niente guarnizioni sporche, motivo per cui è popolare per le industrie pulite: molto meglio delle pompe con tenuta a olio per lavori sensibili alla contaminazione. Se vuoi approfondire la questione della pompa stessa, consulta la nostra pagina sulle pompe per vuoto a vite a secco, ma oggi parliamo dell'intera unità, non solo della pompa.
Il fattore più importante in assoluto? Pressione di esercizio e carico di gas. Non so dirti quante volte un cliente mi ha detto "la mia unità non tira abbastanza in profondità" solo per rendersi conto che sta cercando di aspirare un enorme volume di aria o gas di processo per il quale l'unità non è dimensionata. Andiamo nello specifico: le unità di aspirazione Roots-Screw funzionano meglio nell'intervallo di vuoto medio, solitamente da 1 mbar a 100 mbar. Se si utilizza un'unità progettata per tale intervallo a pressione atmosferica per tutto il giorno, il soffiatore Roots si surriscalderà perché spinge più gas di quanto la pompa a vite possa gestire. Ciò comporta una maggiore usura delle viti e degli ingranaggi del ventilatore e, infine, una riduzione delle prestazioni di aspirazione nel tempo.
Poi c'è la composizione del gas. Non tutti i gas sono uguali e ciò influisce direttamente sulle prestazioni. Se stai pompando aria secca o azoto, tutto procede liscio: le nostre unità lo gestiscono senza intoppi. Ma se hai a che fare con vapore acqueo, gas corrosivi o polveri di processo, fai attenzione. Il vapore acqueo è importante: se si condensa troppo nella pompa, può mescolarsi con piccole quantità di olio residuo (aspetta, no, le nostre pompe a vite a secco non hanno olio, giusto? Colpa mia) si condensa, può creare un impasto denso che intasa le filettature delle viti. I gas corrosivi, come il cloro o l'ammoniaca, col tempo consumano i materiali della vite e del soffiatore, causando perdite e una minore compressione. La polvere è un altro problema: le particelle fini possono rimanere intrappolate tra i rotori a vite e l'alloggiamento della pompa, causando un attrito che fa sì che l'unità lavori di più, utilizzi più energia e riduca i livelli di vuoto. Una volta ho lavorato con un cliente del settore alimentare che pompava polvere di farina; non avevano un prefiltro sulla loro unità e nel giro di sei mesi l'efficienza della pompa a coclea era diminuita del 30% a causa dell'accumulo di residui di farina. Quindi il tipo di gas non è solo un dettaglio minore: se lo ignori, distrugge le prestazioni.
Successivamente, i sistemi di pre e post trattamento. Questa è la cosa che le persone spesso trascurano, ma è fondamentale. Come ho detto prima, se stai pompando gas umido o polveroso, un buon filtro di ingresso o un condensatore manterrà questi contaminanti fuori dalla pompa. Se non si dispone del giusto pretrattamento, si danneggia l'unità di aspirazione Roots-Screw prima ancora che possa svolgere il suo lavoro. Sul lato di uscita, un silenziatore di scarico e un raffreddatore di gas adeguatamente dimensionati aiuteranno l'unità a mantenere la pressione progettata. Recentemente abbiamo avuto un cliente che ha saltato il refrigeratore per la propria unità che pompa gas di processo caldo; il gas di scarico era troppo caldo, il che ha aumentato la temperatura interna della pompa, provocando l'espansione dei rotori e lo sfregamento contro l'alloggiamento: il loro vuoto è sceso da 5 mbar a 20 mbar in una settimana. Questo è risolvibile, ma solo se si affrontano le lacune pre e post trattamento.
Poi ci sono le condizioni di manutenzione e di funzionamento. Questa non è scienza missilistica, ma rimarrai sorpreso dal numero di operatori che saltano i controlli di base. Per le pompe a vite a secco, anche se non c'è olio da cambiare, è comunque necessario controllare regolarmente i filtri di ingresso e di uscita: i filtri sporchi limitano il flusso di gas, facendo lavorare di più l'unità e riducendo il vuoto. Inoltre, è necessario assicurarsi che le distanze del rotore siano impostate correttamente. Nel corso del tempo, l'usura può causare lo sfregamento dei rotori, riducendone l'efficienza. Abbiamo visto clienti far funzionare le loro unità per anni senza controllare le distanze e, quando le abbiamo aperte, i rotori erano così usurati che perdevano il 20% del gas pompato direttamente nel sistema. Inoltre, la temperatura ambiente conta molto. Se l'unità si trova in una stanza a 38°C (100°F), anziché a 21°C (70°F), il gas all'interno della pompa si espande, il che significa che l'unità non può raggiungere un vuoto così profondo. L'umidità nell'aria ambiente si aggiunge anche al carico di vapore acqueo di cui abbiamo parlato in precedenza, quindi anche gli ambienti ad alta umidità possono far diminuire le prestazioni.
Le impostazioni del sistema di controllo sono un altro grande problema. La maggior parte delle moderne unità per vuoto Roots-Screw, come i nostri sistemi di pompe per vuoto a vite PM VFD, utilizzano azionamenti a frequenza variabile (VFD) per regolare la velocità in base alla domanda. Se il VFD non è programmato correttamente, stai sprecando energia o compromettendo le prestazioni. Ad esempio, se imposti il VFD in modo che funzioni alla massima velocità anche quando hai bisogno solo di un basso carico di gas, sovraccaricherai il ventilatore, causando un'usura inutile. D'altro canto, se si limita la velocità a un valore troppo basso, l'unità non sarà in grado di ottenere il vuoto richiesto. Avevamo un cliente di semiconduttori che impostava il proprio VFD su una velocità fissa invece di lasciarlo regolare in base alla pressione; una volta ottimizzate le impostazioni in modo che funzionasse a velocità più elevate solo quando la pressione scendeva, il consumo di energia è diminuito del 25% e le prestazioni di vuoto sono rimaste costanti. Questo è il tipo di piccolo aggiustamento che fa un'enorme differenza.
Aspetta, dovrei menzionare anche il design montato su skid: alcune unità sono confezionate come un unico skid, con tutte le parti preassemblate, mentre altre sono costruite pezzo per pezzo sul campo. Se si utilizza uno skid assemblato male, ciò può causare perdite nelle tubazioni tra il soffiatore Roots e la pompa a vite. Anche una piccola perdita (come 1 sccm di aria) può compromettere il livello di vuoto, soprattutto se si utilizza un vuoto medio-profondo. Ecco perché consigliamo sempre un'unità di aspirazione a palette montata su skid (aspetta, no, la palette è diversa dalla nostra Roots-Screw, ma il montaggio su skid ha i suoi vantaggi). Scusate, correggiamo il problema: per prove coerenti di tubazioni e perdite, le unità skid preassemblate sono molto più affidabili. Testiamo ogni unità di aspirazione Roots-Screw montata su skid prima che lasci la nostra struttura, quindi non devi preoccuparti di controllare ogni giunto di tubo nel tuo impianto. Questo è un grande vantaggio per la coerenza delle prestazioni fin dal primo utilizzo.
La selezione del materiale è un altro fattore legato al tipo di gas e alla durata. Le nostre unità di aspirazione Roots-Screw utilizzano materiali resistenti alla corrosione per le viti e l'alloggiamento, ma se hai un'applicazione personalizzata con gas molto aggressivi, potresti dover passare a qualcosa come Hastelloy invece della ghisa standard. Ho visto clienti provare a far passare gas corrosivo attraverso un'unità standard e, nel giro di tre mesi, l'alloggiamento presentava perdite stenopeiche che facevano diminuire il vuoto: alla fine hanno dovuto sostituire l'intera pompa perché hanno saltato in anticipo l'aggiornamento del materiale. Si tratta di un piccolo costo aggiuntivo all'inizio, ma molto più economico delle riparazioni di emergenza successive.
Parliamo velocemente di come questi fattori si sommano. Prendiamo un cliente dell'industria farmaceutica: ha bisogno di liofilizzare (liofilizzare) i vaccini, operazione che richiede un vuoto costante di 0,5 mbar. Hanno dimensionato correttamente la loro unità, ma hanno pompato molto vapore acqueo, hanno saltato il condensatore, hanno fatto funzionare l'unità in una stanza calda e non hanno controllato i filtri. Nel giro di quattro mesi, il vuoto raggiunse i 2 mbar, il che stava rovinando la qualità dei lotti. Abbiamo collaborato con loro per aggiungere un condensatore, installare un filtro migliore, spostare l'unità in una parte più fresca dell'impianto e regolare le impostazioni del VFD. Una volta fatto ciò, il vuoto è tornato a 0,45 mbar, il consumo di energia è diminuito e i rifiuti sono diminuiti del 15%. Questo è il tipo di impatto che questi fattori possono avere: piccoli cambiamenti portano a grandi risultati.
Allora, qual è il takeaway qui? Se desideri che la tua unità di aspirazione Roots-Screw funzioni al meglio, devi ottenere la dimensione giusta per la pressione e il carico di gas, abbinare i materiali alla composizione del gas, aggiungere sistemi di pre e post trattamento, attenersi a un programma di manutenzione regolare, impostare correttamente il sistema di controllo e considerare un design pre-testato montato su skid per evitare perdite di tubazioni. Ogni parte di questo processo influisce sul funzionamento dell'unità, sulla sua durata e sulla coerenza del vuoto finale.
In fin dei conti, l'obiettivo è ottenere un vuoto affidabile senza tempi di inattività imprevisti. Se stai cercando un'unità di aspirazione Roots-Screw o se la tua attuale unità non funziona come prima, il nostro team può aiutarti a dimensionarla correttamente, personalizzarla per la tua applicazione e persino guidarti attraverso le migliori pratiche di manutenzione. Non vendiamo solo pompe per vuoto: lavoriamo con te per garantire che il tuo sistema per vuoto funzioni per le tue esigenze specifiche.
Riferimenti:
- "Tecnologia del vuoto: principi e pratica", 3a edizione, Elsevier, 2019.
- "Manuale dei sistemi di pompe per vuoto industriali", McGraw-Hill, 2021.
- "Pompe per vuoto a secco: progettazione, funzionamento e manutenzione", Vacuum Technology Journal, vol. 58, n. 2, 2020, pp. 45-52.
- Associazione dei produttori di apparecchiature per il vuoto industriale (IVEMA), "Best practice per le prestazioni delle unità di aspirazione a vite", 2022.
