Note storiche

Varie tipologie di pompe

• 1) La semplice aspirazione a bocca premette di raggiungere semplici depressioni, ma per lo studio della natura era necessario avere a disposizioni strumenti più efficaci. in termini di aspirazione si può stimare in 0,3 atm ossia 250 mmHg.
  
  
• 2a) Pompe discontinue ad un pistone (pompa di von Guericke): La pompa ideata da von Guericke era costituita da un cilindro nel quale agiva un pistone (formato da dischi sovrapposti di cuoio bagnati d'olio) mosso manualmente: la cosiddetta siringa.
  Essa terminava con un tubo, munito di rubinetto, che si fissava ad un pallone in vetro; lungo il tubo si trovava anche una valvola comunicante con l'esterno. Volendo fare il vuoto nel pallone, si apriva il rubinetto e si tirava verso l'esterno il pistone di modo che l'aria riempisse il cilindro. Quindi, chiudendo il rubinetto, si spingeva il pistone verso l'interno facendo uscire l'aria dal cilindro attraverso la valvola, per poi iniziare un nuovo ciclo di aspirazione. Nel 1659, Robert Boyle razionalizzò le parti della pompa di von Guericke e munì l'asta del pistone di una cremagliera accoppiata ad una ruota dentata.Un bilanciere a due manici o una manovella muovevano alternativamente, nei due versi, la ruota dentata che ingranava sui denti dell'asta a cremagliera, azionando il pistone. La pompa a un solo cilindro fu ulteriormente perfezionata, anche se la macchina a due cilindri si diffuse maggiormente soprattutto nel modello realizzato da Hauksbee nel 1709, che applicava le innovazioni introdotte da Papin.
  
  
• 2b) Pompe discontinue a due pistoni (pompa di Papin): nel 1687 circa, Denis Papin (1647-1712) apportò delle modifiche sostanziali, aggiungendo un secondo cilindro con pistone o corpo di tromba (come si usava dire) che lavorasse accoppiato col primo e sostituendo il rubinetto azionato manualmente con una valvola a molla all'interno della testa di ogni pistone e alla base di ogni cilindro sul condotto che li unisce con quello di aspirazione.
  Papin, inoltre, sostituì il pallone in vetro contenente il volume d'aria da rarefare con un recipiente in vetro spesso e a forma di campana, poggiato su un piatto al centro del quale sfociava il canale di aspirazione.
  La tenuta ermetica fra campana e piatto si otteneva smerigliando il bordo di vetro della prima, spianando perfettamente il secondo e usando del grasso. come sigillante.
  
  
• 3) pompa ad acqua (effetto Venturi): sfruttano l'effetto Venturi di una corrente di liquido in presenza di una strozzatura a livello della quale si osserva una diminuzione di pressione ma un aumento di velocità. L'effetto fu scoperto dall'italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822) e utilizzato per creare depressioni fino a circa 1 mmHg.
  L'apparecchiatura di vetro è abbastanza semplice l'acqua viene fatta scorrere dall'alto verso il basso fino ad una strozzatura posta in un ambiente chiuso: l'aumento della velocità del liquido si trascina dietro il gas circostante in collegamento con una seconda apertura collegata al recipiente ove si desidera fare il vuoto.
  
  
• 4) pompa rotativa a olio (pompa Gaede): ideata da W. Gaede (1878-1945) e può essere considerata a stantuffo, anche se rotativa. Dentro una capsula cilindrica ruota un cilindro con l'asse in posizione eccentrica rispetto a quello della capsula, di modo che le loro superfici siano tangenti.
  Il cilindro contiene una scanalatura lungo un suo diametro nella quale due palette possono muoversi radialmente con movimento a stantuffo. Una molla posta fra loro le mantiene aderenti alla parete della capsula; sia per l'attrito, sia per la tenuta e l'eliminazione dello spazio nocivo è utilizzato un olio a bassa pressione di vapore saturo.
  La pompa viene tenuta in rotazione da un motore elettrico, così da agire molto più rapidamente di quelle lineari manuali. Quando l'apparecchio è in funzione, a causa della posizione nella quale si trovano l'ugello di ingresso e la valvola di uscita dell'aria, si vengono a creare due camere a volume variabile, l'una in fase di espansione, l'altra in compressione, le quali alternativamente aspirano l'aria dall'ingresso e la sospingono verso l'uscita. La pompa rotativa ad olio messa in rotazione da un motore elettrico a corrente monofase a 105 V, 45 periodi, realizzava un vuoto fino a 10^-2 mmHg; inoltre, era in grado di comprimere l'aria fino ad un paio di atmosfere. Sullo stesso modello l'inventore realizzò anche una pompa rotativa a mercurio con una efficienza maggiore ma che necessitava di una pre-rarefazione dell'aria per esempio ad opera della pompa rotativa ad olio.
  
  
• 5) pompe a diffusione (pompe di Leybold). Gaede comunicò nel 1923 la scoperta del principio di funzionamento delle pompe da vuoto a diffusione: una corrente di vapore che si ottiene scaldando un liquido in un bollitore (inizialmente fu utilizzato esclusivamente mercurio) si espande in un camino. Questa corrente poi si raffredda condensandosi in una camera oltre il camino e torna, allo stato liquido, per gravità, al bollitore. Il camino è in comunicazione con la cavità da vuotare: le molecole del gas da evacuare diffondono nel getto di vapore; se viene fatto un vuoto preparatorio minore di 10^-1÷10^-2 di mmHg, ad esempio con pompe meccaniche, le molecole hanno una minima probabilità di tornare indietro verso la cavità, mentre sono trasportate per urti successivi nella camera di condensazione dove vengono estratte dalla pompa preparatoria che agisce su quella a diffusione. Il getto di vapore può essere diretto verso l'alto, il basso, o lateralmente rispetto alla verticale del bollitore. Benché il mercurio permetta di ottenere pressioni di 10^-9÷10^-10 mmHg, il problema della sua sostituzione come mezzo di aspirazione si pose ben presto poiché l'elevato valore di pressione di vapore impone l'uso di trappole che ne evitino il diffondersi nel sistema, deteriorando il vuoto; le trappole, però, frenano il flusso del gas da evacuare, rallentando la velocità di aspirazione di uno o due ordini di grandezza. Le sole sostanze utilizzate in sostituzione del mercurio sono olii (da raffinazione, organici, sintetici, siliconici) i quali, inoltre, permettono l'utilizzazione di varii metalli (ottone, acciaio, rame) per la fabbricazione delle pompe, mentre quelle a mercurio debbono essere o di vetro o di acciaio. I sistemi a diffusione a olio permettono di ottenere pressioni fino a 10^-6 mmHg.
  
  
• 6) pompe criogeniche utilizzate per ottenere vuoti ultraspinti, accoppiano all'azione di una pompa da vuoto le basse temperature così da raggiungere alti vuoti dell'ordine di 10-4÷10-12 torr (mmHg). Lavorano con un impianto di pre-vuoto, poi il flusso gassoso, catturato dall'alto, viene gradualmente raffreddato passando attraverso uan griglia di 80 K e poi toccando delle pale alla temperatura di 15 K.