Misure di calibrazione e di tempo di evacuazione per un sistema da vuoto

Documenti analoghi
Conduttanza Q Δ. m s P > P 1 P 2 Q > Vuoto e Spettrometria di Massa

Misure di Spettrometria di massa Figura 1 Schema a blocchi del sistema utilizzato per la spettrom

Misure di Spettrometria di massa

Misure di pressione. Misura diretta. Misura indiretta. Lab di rivelatori LS. Misure di pressione (Ciullo G.) Lab di rivelatori LS

La teoria cinetica dei gas

Misura del periodo di oscillazione e della costante elastica della molla di un oscillatore armonico semplice.

Metodo dei Minimi Quadrati. Dott. Claudio Verona

Misure di pressione. Lab di rivelatori LS. Tecnologia del vuoto sistemi di pompaggio(ciullo G.)

MISURA DELLA DENSITA DI SOLIDI OMOGENEI DI FORMA REGOLARE

Misura dei rapporti tra le pressioni, nel caso dell espansione

Magnete in caduta in un tubo metallico

Sistemi da vuoto. Sistemi reali Q. F superficie. Per avere basse pressioni: - Elevate velocità di pompaggio. Q in V.

Esercizio sul dimensionamento di un impianto ad aria compressa per uso industriale

MISURA DELLE FREQUENZE DI RISONANZA DI UN TUBO SONORO

PROBLEMI E QUESITI DI TERMOLOGIA (SOLUZIONI)

LABORATORIO DI FISICA I

Esercitazioni di Matematica Generale A.A. 2016/2017 Pietro Pastore Lezione del 21 Novembre Logaritmi e Proprietà

ESERCITAZIONE: CALCOLO APPROSSIMATO ED ERRORI

Per rispondere al primo quesito è necessario avere una stima de volume della stanza, la cui base è la regione rappresentata in figura 1

Per rispondere al primo quesito è necessario avere una stima de volume della stanza, la cui base è la regione rappresentata in figura 1

1. I fluidi e le loro caratteristiche. 2. La pressione in un fluido.

Esame di Fisica Data: 18 Febbraio Fisica. 18 Febbraio Problema 1

APPLICAZIONE DELLA DEVIATA GAUSSIANA STANDARD

Le pompe sono macchine operanti su fluidi incomprimibili; esse assorbono lavoro da un motore per trasferire energia ad un fluido.

e loro sistema di controllo

Bilanci macroscopici. Esercizi dal libro Fenomeni di Trsporto, Bird, Stewart, Lightfoot

Determinazione del calore specifico dell alluminio con il calorimetro di Regnault

Studio delle oscillazioni del pendolo semplice e misura dell accelerazione di gravita g.

9.3 Il metodo dei minimi quadrati in formalismo matriciale

METODI NUMERICI PER IL CONTROLLO

TARATURA DI UNA BILANCIA DINAMOMETRICA

Facoltà di Psicologia Università di Padova Anno Accademico Corso di Psicometria - Modulo B

Studio fenomenologico del pendolo

Oleopneumatici Calcolo del valore della pressione interna ad armamento completato

LA PORTATA DI PICCO DI UNA COLATA: ERRORI NEL MODELLO DI TAKAHASHI E PROPOSTA DI CORREZIONE. C. Gregoretti 1

CALORIMETRO DELLE mescolanze

Interferenza da doppia fenditura

IN.CO.7129 PROGETTO/VERIFICA IMPIANTO INTERNO A GAS METANO

Taratura di una bilancia dinamometrica

LABORATORIO DI FISICA I A.A ESPERIENZA II 30/11/2017 GRUPPO 11. Taratura di una bilancia dinamometrica

Esperimentazioni di Fisica 1. Prova scritta del 10 giugno 2015 SOLUZIONI

LA SCALA LOGARITMICA

Vogliamo determinare una funzione lineare che meglio approssima i nostri dati sperimentali e poter decidere sulla bontà di questa approssimazione.

RELAZIONE DI LABORATORIO DI FISICA

Utilizzo dl del PLC in sistemi automatici

Oscillazioni libere e risonanza di un circuito RLC-serie (Trattazione analitica del circuito RLC-serie)

Misura del rapporto Q/V durante la fase di carica di un Condensatore.

Approssimazioni. π= Approssimazione per troncamento alla quarta cifra decimale del numero π π

1. In base ai dati disponbili e alla scheda tecnica, stima la potenza in kilowatt necessaria, giustificando la tua scelta.

C I R C O N F E R E N Z A...

Esperienza n 1. Misura della densità di cilindri cavi

La Portata volumetrica Q, spesso viene misurata in m3/h con la formula: La Velocità viene poi calcolata con la formula:

Scheda La legge di Boyle e Mariotte

Soluzione Esercizi Trasporto Fluidi Incomprimibili

Anno 5 Regole di derivazione

CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UN PROFILO

Elaborazione dei dati sperimentali. Problemi di Fisica

CORSO DI MATEMATICA E LABORATORIO ESERCIZI ASSEGNATI NELL A.A. 2016/17

Esperimentazioni di Fisica 1. Prova d esame del 18 febbraio 2019 SOLUZIONI

Densita. FLUIDI : liquidi o gas. macroscop.:

LABORATORIO DI FISICA

Sistemi di primo grado

Moto di un Volano. Marco Colò, Jacopo Nespolo Aprile 2007

Fluidodinamica applicata Esercizi Proposti (Da Risolvere)

Oscillazione risonante di una colonna d aria e velocità del suono

Esercitazione di Meccanica dei fluidi con Fondamenti di Ingegneria Chimica. Scambio di materia (II)

INTERPOLAZIONE. Introduzione

Università degli Studi di Firenze Facoltà di Scienze Mat., Fis. e Nat. Corso di Laurea in Matematica

Laboratorio di Fisica I - A.A. 2017/2018. Relazione dell esperienza N. 3

u = quantità di proteina B, y = misura dell attività della proteina A

la velocità della massa d aria in camera di prova; la portata in massa in camera di prova.

Elementi di Psicometria (con laboratorio software 1)

Esercitazioni di Architettura Navale III

METODO DEI MINIMI QUADRATI

Case study. viene espressa in unità µmol per ora per grammo di peso secco.

Corso Integrato di Statistica Informatica e Analisi dei Dati Sperimentali. Esercitazione E

Dati sperimentali Nella serie di 10 misurazioni di tempo effettuate, si sono ottenuti i seguenti valori espressi in secondi:

UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BERGAMO Facoltà di Ingegneria

Es. 1 Es. 2 Es. 3 Es. 4 Totale Teoria. Punteggi degli esercizi: Es.1: 8 punti; Es.2: 8 punti; Es.3: 8 punti; Es.4: 8 punti.

Macchina a regime periodico

Andrea Gambino Loredana Alicata Umberto La Mantia Alessia La Barbiera Alesso Ilari

Per rispondere al primo quesito è necessario avere una stima de volume della stanza, la cui base è la regione rappresentata in figura 1

= E qz = 0. 1 d 3 = N

5.4 Larghezza naturale di una riga

ESERCIZIO 1. Fig. 1. Si ricava a = m = 14.6 mm. Ricalcolando b per a/w= 14.6/50= 0.29, si ottiene b Procedendo, si ricava:

ECONOMIA APPLICATA ALL INGEGNERIA (Docente: Prof. Ing. Donato Morea) Microeconomia Esercitazione n. 1 - I FONDAMENTI DI DOMANDA E DI OFFERTA

Dall idrostatica alla idrodinamica. Fisica con Elementi di Matematica 1

LABORATORIO DI CIRCUITI ELETTRICI Nozioni generali e guida agli esperimenti. Rappresentazione grafica dei risultati sperimentali

Relazione di fisica ESPERIMENTO N 1

Corso di Laurea in Ing. Gestionale ESERCIZI DI TERMODINAMICA PER IL CORSO DI FISICA TECNICA

LA SCALA LOGARITMICA

RELAZIONE DI LABORATORIO DI FISICA

Facoltà di Scienze Politiche Corso di Economia Politica. Macroeconomia sui capitoli 24, 25 e 26. Dott.ssa Rossella Greco

PERDITE DI CARICO CONTINUE

Documentazione tecnica Istruzioni di montaggio. Particolari vantaggi. Impiego utilizzo. 1 DIMENSIONAMENTO Vaso d espansione 2 1.

Le valvole e il moto nei condotti di aspirazione e scarico (da G. Ferrari, Motori a Combustione Interna)

Tre resistenze in serie

CORSO DI MATEMATICA E LABORATORIO ESERCIZI ASSEGNATI NELL A.A. 2017/18

Transcript:

Misure di calibrazione e di tempo di evacuazione per un sistema da vuoto E. Bagli,2, L.Bandiera and A.Pesce Dipartimento di Fisica, Universit degli Studi di Ferrara 2 INFN Sezione di Ferrara March 7, 2009 Introduzione Sono state effettuate misure di calibrazione e di tempo di evacuazione della camera di Fig.; i dati estrapolati sono stati confrontati con stime teoriche calcolate in precedenza. Il lavoro é stato svolto in tre fasi:. Calcolo di valori attesi per P ultimate e Q max sostenibili dal sistema (errore 0%) 2. Test di perdita della camera ( leak test ) mediante l utilizzo di un apposito cerca fughe ( leak detector ) 3. Estrapolazione valore sperimentale del tempo di evacuazione della camera e confronto con i valori attesi Scopo di questo esperimento è prevedere le condizioni di vuoto raggiungibili dal sistema e verificarle sperimentalmente, al fine di utilizzare al suo interno un cannoncino elettronico, operazione che richiede una pressione all interno della camera di P 0 6 mbar Pfeiffer PKR 26 misuratore da vuoto full-range tarato in mbar, costituito da un misuratore Penning e uno Pirani, per la misurazione alle basse e alle alte pressioni (alto e basso vuoto), rispettivamente. Pfeiffer TPR 28 misuratore da vuoto di tipo Pirani, per la verifica esclusiva del prevuoto. CH camera cilindrica di acciaio di diametro D = 33cm e lunghezza L = 70cm. V N C valvola manuale conduttanza cilindrica di lunghezza L = 5cm e diametro D = 25cm C A DN40KF conduttanza cilindrica di lunghezza L = 50cm e diametro D = 4cm C B DN6KF conduttanza cilindrica di lunghezza L = 0cm e diametro D =.6cm

Figure : Sistema da vuoto usato per le misure del tempo di evacuazione e di calibrazione NV6 valvola automatica pneumatica C V = 4.0l/s conduttanza della valvola NV6 C T DN25KT conduttanza a T con bracci di lunghezza L = 7cm e diametro D = 2.5cm TURBOVAC MAG W300 pompa turbo con veloità di pompaggio in aria ( N 2 ) S = 00l/s XDS0 pompa rotativa di prevuoto con velocità di pompaggio in aria S = 9.3m 3 /h = 2.6l/s Misurazione della P ultimate e della Q max La pressione limite P ultimate é il vuoto più spinto sostenibile dalla camera e si calcola: P ultimate = Q () Q è la portata, ovvero l energia per un unità di tempo [E/t]; in condizioni stazionarie (P V =costante) la portata si conserva. è la velocità di pompaggio in uscita dalla camera, misurata in [l/s]. Conoscendo il valore di q (portata per unità di superficie) e della superficie del cilindro è possibile ottenere la portata Q. Nel nostro caso abbiamo scelto il valore q 0 = 8.0 0 7 W/m 2, che corrisponde alla portata per unità di area dopo 0 ore di outgasing, per un acciaio senza stagno, materiale costituente la nostra camera. A partire da questo si ottiene: 2

Q = q 0 S = q 0 πd(d/2 + L) =.6 0 8 W (2) Per calcolare, invece, la possiamo utilizzare la seguente equazione maestra: = C S UHV (3) Il valore della conduttanza C è stata calcolata utilizzando la formula per un tubo di lunghezza infinita in aria a 20 C (che rispetta la stima al 0% di errore): C = 2. D3 [cgs] (4) L da cui risulta C = 2.6 0 3 l/s. Sapendo inoltre dalle specifiche della pompa che S UHV =. 0 3 l/s, troviamo =.0 0 3 l/s. A questo punto ricaviamo la pressione limite P u ltimate =.58 0 8 mbar. Vediamo quindi che la nostra richiesta è rispettata. Figure 2: Velocità di pompaggio della TURBOVAC MAG W 300 C in funzione della pressione in ingresso É facile, ora, ricavare Q max : dal grafico di Fig.2 osserviamo che per un certo intervallo di pressioni la velocità di pompaggio S UHV rimane costante. Per stimare la portata massima basta prendere il valore massimo della pressione in tale intervallo P inlet max = 0 2 mbar e calcolare: Poichè la portata si conserva si ha: Q max = P inletmaxs UHV =.W (5) Q max = P outletmaxs outlet (6) dove P outlet max = 2mbar è la pressione massima sostenibile all uscita della pompa e S outlet è la velocità di pompaggio all uscita. Da (6) ricaviamo: 3

S outlet = 5.5l/s (7) Calcoliamo ora la conduttanza C 2 data dal contributo dalle varie conduttanze C A, C B, C V e C T poste in serie: C 2 = C A C B C V C T (8) dove C A = 5.5l/s, C B = 5.0l/s, C T = 3.5l/s sono state calcolate tramite (4) (nel caso di C T la lunghezza L del tubo è uguale alla somma dei due bracci). C V = 4.0l/s, invece, è dato dalle specifiche tecniche della valvola NW6. In tal modo la conduttanza totale risulta C 2 = 0.l/s. A questo punto possiamo calcolare la velocitá di pompaggio in entrata alla pompa di prevuoto XDS0 (S P V ), utilizzando la formula maestra inversa: = (9) S P V S outlet C 2 Da qui otteniamo S P V = 5.8l/s. Confrontando tale risultato col valore dato dalle caratteristiche della pompa di prevuoto, S P V = 2.6l/s, notiamo che non é possibile con tale pompa supportare la portata massima precedentemente calcolata Q max =.W, a meno di non variare la conduttanza C 2. 2 Test di perdita Per condurre il test di perdita, si é inizialmente sostituita a V N un sistema di due valvole, una da vuoto e una valvola di perdita V LC ( leak valve ), in quanto la sola valvola di perdita non garantiva la tenuta metallica del sistema. Sono stati poi calibrati i due misuratori da vuoto (Pfeiffer PKR26 e TPR28) in aria, impostando tramite un calcolatore elettronico i due canali (CH e CH6) di presa dati a una pressione P 000mbar. A questo punto la leak valve è stata collegata ad un leak detector, un cerca fughe, costituito da una pompa a membrana, una pompa turbo e uno spettrometro di massa impostato sulla misurazione dell elio (He). Di seguito si procede nella chiusura della V LC e sparando con apposita pistola a pressione elio sulla valvola, dal basso verso l alto, essendo l elio volatile, si controlla la variazione della portata di elio sul misuratore di flusso del cerca fughe: non essendovi variazioni significative nella portata, non sono presenti perdite. Per verificare il corretto funzionamento del cerca fughe è stata poi indotta una perdita aprendo V LC ed è stata verificata la presenza della perdita stessa con lo spettrometro di massa del cerca fughe. É stata poi tolta la valvola per test di perdita dal cerca fughe per sostituirla con la valvola V N ed é stata controllata la sua tenuta tramite l uso di un apposito soffietto. Vista la corretta tenuta metallica del sistema, esso é stato scollegato dal cerca fughe. 3 Misura del tempo di evacuazione La pressione di un gas, durante l evacuazione di un volume, ha un andamento esponenziale del tipo: 4

0 0 0 8 0 0 P (m b a r) 6 0 0 4 0 0 2 0 0 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 T im e (s ) Figure 3: Andamento della pressione in funzione del tempo all interno della camera durante l evacuazione effettuata mediante l utilizzo della pompa di prevuoto P = P 0 e t/τ (0) dove P 0 é la pressione iniziale e τ la costante di tempo data dal rapporto fra il volume della camera e la velocitá di pompaggio all uscita della stessa (τ = V/S). Mediante l utilizzo della pompa rotativa è stata evacuata la camera, che si trovava a pressione atomsferica (P 000mbar): dall analisi dei dati sperimentali è stato stimato un tempo di evacuazione t e 600s, dopo i quali si è raggiunta una pressione limite di 0.02mbar. Osservando il grafico di Fig.3, si nota l andamento esponenziale della curva di pressione, come previsto. Interpolando i dati, si ottiene una costante di tempo τ fit 3.8. Per validare il valore di t e ottenuto sperimentalmente, lo si pone a confronto con valori teorici aspettati estrapolati dal grafico di Fig.5. Per una stima approssimata del tempo di evacuazione non é necessario conoscere ogni singola conduttanza fra la pompa di prevuoto e la camera: abbiamo perciò trascurato alcuni elementi del sistema. In primo luogo non si tiene conto della presenza della pompa turbo, della conduttanza C che lo collega alla camera, e delle conduttanze C B e C T : ne consegue che si considera solo C A come unica conduttanza tra la camera e la rotativa. Non é, invece, possibile trascurare la conduttanza dovuta alla valvola NW6 tra la pompa turbo e quella di prevuoto, in quanto C V = 4.0l/s é dello stesso ordine di grandezza della velocitá di pompaggio S P = 2.6l/s della pompa di prevuoto XDS0. A partire dalla relazione espressa nella formula maestra (3) é possibile calcolare = S P C V 2.6l/s () 5

Figure 4: Tempo richiesto per portare la pressione da 760 Torr a 0.76 Torr in un volume V (l), connesso tramite una conduttanza di diametro D(cm) e lunghezza L(cm) ad una pompa con velocità di pompaggio S p (l/s) Utilizzando il valore ottenuto di insieme al valore di D 4 /L per la conduttanza C A é possibile estrapolare graficamente un valore di t e /V per le nostre stime. Poiché D 4 /L = 5.2cm 3, si ottiene t e /V 6s/l. É possibile quindi stimare il tempo di evacuazione necessario in t e 360s, poichè per la camera V 60l. Il valore sperimentale ottenuto dall analisi dei dati è di t e 600s, dello stesso ordine di grandezza di quello stimato: la differenza fra i due valori è dovuta alle diverse semplificazioni effettuate nella stima teorica, all interpolazione grafica qualitativa precedentemente effettuata e al diverso range di pressione fra la stima teorica e il dato sperimentale. É possibile inoltre calcolare un valore teorico per la costante di tempo τ = V/ = 37.5s e confrontarlo con il valore τ fit = 3.8s estrapolato durante l analisi dati dal grafico di Fig.(3): anche in questo caso i due valori hanno lo stesso ordine di grandezza. A questo punto si è proceduto con l accensione della pompa turbo per continuare l evacuazione della camera fino ad un vuoto dell ordine di 0 7 mbar, utile per i nostri scopi. Stabilizzatasi la pressione all interno della camera, il nostro sistema ha raggiunto una P utlimate 3.0 0 7 mbar in un tempo t e 40min. 4 Conclusioni I dati sperimentali ottenuti per il tempo di evacuazione e per la costante di tempo sono stati confrontati con i valori attesi: il confronto ha fornito risultati coerenti entro l errore atteso ( 0%). La camera ha quindi raggiunto un livello di vuoto tale da consentire l utilizzo del cannoncino elettronico al suo interno. 6

0.0 2 5 0.0 2 0 0.0 5 P (m b a r) 0.0 0 0.0 0 5 0.0 0 0 0 0 0 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 T im e (s ) Figure 5: Andamento della pressione in funzione del tempo all interno della camera, durante l evacuazione effettuata mediante l utilizzo della pompa turbo: da evidenziare il fatto che l accensione della pompa turbo non coincide con l inizio del decadimento esponenziale della pressione nella camera, poichè essa deve prima arrivare a regime 7