Pompa da vuoto

Termodinamica e Laboratorio (2009-2010)
Esperienza 5
Misura della velocità di pompaggio efficace di una pompa da vuoto
Considerando un gas contenuto nel volume V come gas perfetto a temperatura (ambiente) costante
si ha:
P(t) = P(0) exp(-t/τ)
dove P(0) e' il valore della pressione all’istante iniziale, τ = V/Weff è il tempo caratteristico di
svuotamento, Weff e' la velocita' di pompaggio effettiva della pompa.
N.B. τ cresce linearmente con il volume V
Dato un volume V, misurando P vs T, si ricava τ(V)
Ripetendo la misura di τ per diversi V, si ricava Weff
DESCRIZIONE DELL’APPARATO SPERIMENTALE.
Materiale a disposizione:
1) Misuratore assoluto di pressione della Pfeiffer Vacuum. Si tratta di un sensore di tipo piezoresistivo APR
250 che viene letto tramite una unità di trasmissione dati DPG 101. Il materiale piezo-resistivo ha la proprietà che, se
sottoposto a sforzo meccanico, cambia la sua resistività elettrica. Un piccolo volume pressurizzato a bassa pressione è
chiuso a tenuta da un diaframma; su di esso è depositato il materiale piezo-resistivo in modo da formare un ponte di
Wheatstone di resistenze. Il display digitale dello strumento riporta la misura della pressione assoluta sul sensore in
millibar (mbar). Questo strumento è molto sensibile e poco preciso. Quindi, ai fini della misura della pressione assoluta,
il display a cinque cifre è ridondante, visto che dovremo associare un errore di misura di 1 mbar. Ci puo' essere pero’ un
errore di calibrazione della pressione assoluta, che può essere valutato attorno a 5 mbar.
2) Cronometro digitale.
3) Pompa da vuoto Varian mod. DS42: pompa rotativa dotata di gas ballast. Non toccare il gas
ballast, perchè questo può determinare un cambiamento significativo del valore della
velocita' di pompaggio nominale Wn=1.8 m3/h.
4) Valvola da vuoto ad apertura controllata. Essa è posta all’ingresso del volume da vuotare ed è
attaccata all’estremità del tubo corrugato da vuoto connesso alla pompa.
5) 5 tronchetti cilindrici di acciaio inox, con dimensioni da misurare. (Soltanto uno dei banchi è
dotato di tronchetti di ugual volume: diametro D=110.0 + 0.3 mm, lunghezza L=250.0 + 0.1 mm).
Gli altri banchi hanno tronchetti tutti dello stesso diametro, D=100 + 0.3 mm , ma di diversa
lunghezza, L=250.0 + 0.1 mm oppure L=100.0 + 0.1 mm.)
6) O-ring montati su anelli di centraggio d’ alluminio. Questi O-ring si utilizzano quando si
montano insieme più moduli; essi garantiscono la tenuta da vuoto. I relativi anelli di centraggio
allontano di ~ 2-3 mm un tronchetto dal successivo. È opportuno tener conto di questa lunghezza
aggiuntiva quando si calcola il volume del recipiente da vuotare.
7) 2 flange di acciaio inox munite di O-ring, utilizzate per la chiusura degli estremi del contenitore
PROCEDIMENTO
1. Montare un solo tronchetto (lungo) con le due flangie di chiusura. Ad una flangia è connesso il
tubo da vuoto connesso a sua volta alla pompa. Sull’altra flangia è montato il sensore di pressione.
2. Assicurasi che il sensore sia in funzione e misuri la pressione atmosferica.
3. Aprendo la valvola V1 (apertura massima) osservare come la pressione decresce nel tempo, e a
quale vuoto limite si arriva. Facendo prove, stabilire come misurare l’andamento di P in funzione
del tempo: si suggerisce di prendere un dato ogni 5-10 s. Iniziare misure di P(t), verificare che P(t)
abbia un buon andamento esponenziale (lineare in scala semi-log).
4. L’errore sui valori di P e’ principalmente determinato dalla modalita’ di lettura, non dallo
strumento: ripetere la misura N volte, ricavare i valori di τ dai fit in scala semi-log, ed infine
ricavare il valore di τ come media.
5. Si aumenti il volume da pompare aumentando il volume (accoppiando un secondo modulo al
primo). Ripetere la misura di P(t) per N volte, e si ricavi il τ corrispondente al nuovo volume.
N.B. per ogni volume, stabilire un “opportuno” valore di N
6. Si proceda quindi montando progressivamente gli altri tronchetti in maniera da ottenere il il τ
corrispondente ad almeno 4 volumi.
7. Riportare su un grafico a scala lineare i valori di τ in funzione di V. Applicando il metodo dei
minimi quadrati, si calcoli il coefficiente angolare e quindi il valore di Weff ., da confrontare con il
valore nominale Wn.
8. Si noti che la retta di fit di τ(V) interseca l’asse delle V in un punto V0 diverso dall’origine del
sistema di riferimento scelto. Verifica: il valore di V0 è una misura di quella parte di volume
evacuato che non è stata inclusa nella valutazione di V basata soltanto sulle dimensioni interne dei
tronchetti.
.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Schema di pompa rotativa (da Wikipedia)

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