Come realizzare una pompa da vuoto fai-da-te

Una pompa da vuoto, similmente a un compressore (per pneumatici, per frigorifero, etc.), è in realtà solo una pompa d’aria. Entrambi i tipi di apparecchiature utilizzano il lato di ingresso per il suo potere aspirante. Ma un compressore d’aria comprime l’aria e la spinge in qualsiasi cosa a cui è attaccato, come un motore di un’auto o un pneumatico da bicicletta. Poiché un compressore d’aria ha tale funzione simile, il dispositivo risulta facile da trasformare in una pompa da vuoto fai-da-te, particolarmente economica se si dispone già del compressore. In questo articolo illustreremo alcuni semplici progetti a riguardo.

In questo articolo vedremo come realizzare una pompa da vuoto con un compressore per pneumatici o con uno da frigo. Con il primo è possibile raggiungere un vuoto molte volte più potente di quanto qualsiasi aspirapolvere sia in grado di produrre: circa 25 “pollici di mercurio” su un possibile 29,9, ovvero – come si può vedere dalla tabella qui sotto – un vuoto intorno all’87%, pari a circa 100 mbar. Con il secondo si può raggiungere un vuoto similare, ma con la possibilità di un funzionamento continuativo.

La percentuale di vuoto ottenuta e la corrispondente lettura sul manometro.

Nell’ultima parte dell’articolo, invece, illustreremo come si può realizzare una piccola pompa da vuoto usando una pompa ad aria per acquario (quella che “soffia” aria sul fondo, da non confondere non quelle che aspirano l’acqua). Queste pompe da vuoto ricavate da quelle da acquario, infatti, pur garantendo prestazioni inferiori a quelle delle pompe realizzate con i compressori ed a quelle delle “mini-pompe oilless” (che forniscono un vuoto di circa l’85% lavorando  per 2-3 consecutive, come quelle che trovate qui), sono economiche e durevoli.

In generale, più alta è la pressione fornita da un compressore e maggiore è il vuoto che si può ottenere. In realtà, un modo standard per realizzare il vuoto con un compressore è quello di usare un “tubo di Venturi”, che è usato anche nel carburatore delle automobili. Sebbene esistano vari tipi di pompe da vuoto che si possano realizzare da soli – e qui ne vedremo alcune – quelle fatte con il tubo di Venturi (e una fonte di alta pressione quale un compressore) sono senza dubbio fra le più semplici.

Un tubo di Venturi per fare il vuoto, visto nella teoria (in alto) e nella pratica (in basso).

Una pompa da un compressore per pneumatici

Per trasformare una pompa da vuoto da un compressore per pneumatici da 12 V come quelli portatili che si tengono nella propria automobile in caso di emergenza (e che puoi acquistare qui), basta seguire le istruzioni di seguito fornite. Innanzitutto, consulta le istruzioni fornite dal produttore per rivedere le diverse parti che compongono la propria pompa pneumatica ed i suoi limiti di utilizzo. Individua le informazioni che mostrano come aprire la custodia della pompa dell’aria e segui queste istruzioni.

Molti compressori d’aria possono essere convertiti in buone pompe da vuoto se riesci a trovare l’aspirazione d’aria, chiuderla e inserire un tubo o un raccordo appropriato. In questa sezione, mostrerò come fare. Ciò rende un comunissimo ed economico “gonfiatore di pneumatici” da 12 volt una pompa da vuoto adatta, ad esempio, per il confezionamento sottovuoto di laminati e di materiali compositi (come la fibra di vetro), o per l’evacuazione del contenitore di una piccola camera a vuoto.

È possibile aprire la maggior parte dei tipi di custodie di pompe d’aria pizzicando un terminale di chiusura e rilasciando la linguetta. Una volta aperta la custodia, devi trovare la presa d’aria della tua pompa. Ancora una volta, fai riferimento alle istruzioni del produttore per informazioni sulla tua unità. Trova il motore o il gruppo pompa sull’unità e tiralo o spingilo verso l’alto. Quindi, individua il cosiddetto “cilindro”: il cilindro è dove la presa d’aria verrà diretta prima di essere compressa in un tubo dell’aria.

L’interno di un compressore per pneumatici.

In pratica, una volta aperta la custodia, è possibile capovolgere il gruppo motore / pompa e ispezionare il cilindro per individuare la presa d’aria, ovvero i fori in cui l’aria entra nel cilindro prima di venire compressa. All’interno troverete un assemblaggio con un piccolo motore, un paio di ingranaggi e una piccola pompa a pistone. Nell’immagine qui sopra, il motore è vicino al centro e il cilindro della pompa si trova sulla sinistra, con il tubo dell’aria compressa che fuoriesce in prossimità della parte superiore.

Attacca il raccordo del tubo da vuoto. Usando resina epossidica “steel-filled” ad alta temperatura, sigilla intorno ai fori di aspirazione. Attacca la barra del raccordo cui collegherai in seguito il tubo flessibile nella resina epossidica. Aggiungi una resina epossidica attorno alla base della flangia e lasciala asciugare per almeno 24 ore. Attacca un tubo da vuoto in polivinilcloruro (tipicamente da 1/4 di pollice) al raccordo di aspirazione. Per maggiore sicurezza, è possibile aggiungere una fascetta stringitubo.

Pratica un foro nella custodia del compressore per il passaggio del tubo di aspirazione. Individua dove si adatta al passaggio del tubo, quindi utilizza un paio di tronchesi per creare il foro. Passa il tubo attraverso l’apertura praticata. Infine, richiudi la custodia e rimetti il terminale a cappuccio. Ora sei pronto per utilizzare la nuova pompa da vuoto. Naturalmente, sarà utile accoppiare la pompa a un alimentatore a 12 V in grado di fornire la corrente necessaria, come ad es. un caricabatteria per auto.

L’ingresso dell’aria e l’attacco del raccordo con la resina epossidica.

Se si utilizza un gonfiatore per pneumatici veramente economico, non bisogna aspettarsi troppo. I gonfiatori realmente economici possono funzionare solo per pochi minuti prima di surriscaldarsi. I migliori gonfiatori, invece, possono funzionare fino a un’ora. Perciò, non fate funzionare la pompa troppo a lungo. Se non sai dalle istruzioni che può lavorare per più di 15 minuti, fallo funzionare solo per 5 o 10 minuti alla volta, dandogli 5 minuti di raffreddamento prima di riavviarlo.

Idealmente, sarebbe utile avere una pompa con un cilindro in alluminio ed un’alettatura pesante, una ventola di raffreddamento e un motore potente, adatto per un lungo funzionamento continuo. Inizialmente, puoi farti un’idea della temperatura limite da non superare – per non rischiare di bruciare il motore – misurando la temperatura del compressore (quindi a custodia aperta) con un termometro infrarosso. In caso contrario, sii molto gentile con la tua piccola pompa economica.

Un consiglio: usa una camera a vuoto di dimensioni modeste, in modo che non sia necessario far funzionare la pompa tutto il tempo, o per molto tempo, ma solo per realizzare il vuoto nel serbatoio. Oppure utilizza un vacuostato per rabboccare il vuoto in modo automatico ogni tanto, lasciando la pompa spenta la maggior parte del tempo, oppure fallo a mano. Se la pompa funziona la maggior parte del tempo, vuol dire che qualcosa non va nel sistema che hai progettato e realizzato.

Moderni compressori per pneumatici (ne trovi vari online qui).

Per la formazione del vuoto, non aspettarti di svuotare un serbatoio da decine e decine di litri con una pompa da vuoto del genere. Utilizza un sistema idraulico a due stadi per ridurre il carico sulla pompa da vuoto e fare andare il vostro piccolo apparecchio molto più lontano: ad esempio, usando un aspirapolvere per aspirare preliminarmente la maggior parte dell’aria. Passare da 20 pollici di mercurio a 25 pollici richiede più tempo e consuma la pompa molto più velocemente.

Si noti che i compressori d’aria “nebulizzatori” per apparecchiature mediche sono più silenziosi, ma non creano granché vuoto: circa il 60%, pari a circa 600 mbar. Questo livello è ancora migliore di quanto un aspirapolvere in grado di aspirare, e buono per il confezionamento sottovuoto, ma è solo poco più della metà del vuoto ideale, per cui non sono utili per uso di laboratorio. Il lato positivo è che questi compressori sono più silenziosi e funzionano meglio, e probabilmente dureranno più a lungo.

Una pompa ricavata dal compressore da frigo

Fare una pompa da vuoto fai-da-te a partire dal compressore recuperato da un vecchio frigorifero – che fornisce un potente flusso d’aria – è più facile da realizzare di quanto si possa pensare, oltre ad essere, naturalmente, assai economica. Questo progetto è pensato solo per scopi didattici e destinato esclusivamente a sperimentatori adulti, sebbene tale argomento sia trattato in numerosi forum. Non provarlo a casa se non rientri in questa categoria o se non sai cosa stai facendo.

Una camera a vuoto fai-da-te realizzata con un vecchio compressore da frigo.

Per prima cosa occorre procurarsi il compressore. L’unità può provenire da un frigo domestico o anche da un piccolo frigo da bar che è comune nelle camere degli hotel. Il compressore può avere un condensatore di avviamento. Se il compressore è ancora attaccato al frigorifero, ci sono buone probabilità che ci sia ancora una certa pressione sul sistema, quindi fai attenzione quando tagli le linee che lo collegano alla serpentina con una potente cesoia. Il condensatore di avviamento va rimosso e salvato.

Per prima cosa pulisci tutti i pezzi dell’unità con uno straccio e un detergente. Sul lato compressore ci sono al più tre tubi: In, Out e Process, ovvero un tubo di ingresso, uno di uscita e uno per l’olio. Taglia l’estremità sigillata del Process con il tagliatubi, lasciando uscire l’olio il più a lungo possibile. Poi capovolgi l’apparecchio in modo che il tubo scoli in un recipiente di raccolta. Segna sul contenitore di raccolta il livello al quale il vecchio olio recuperato è salito, dopodiché svuotalo e puliscilo.

Riempi ora il contenitore con olio per compressori, oltre a circa 50 ml in più. Metti il nuovo olio nel compressore tramite una siringa grande che si estende nel tubo di processo. Infine, schiaccia l’estremità del tubo e saldala per sigillarla. Invece, sul tubo di uscita (out), taglia l’estremità e allargane l’apertura per un buon flusso d’aria. Questa apertura non è molto grande, quindi più grande è, meglio è. Salda un tubo di rame alla fine del tubo di uscita, piegalo verso l’alto e infilaci in cima una pallina da tennis.

La pallina da tennis viene leggermente modificata creandovi dei buchi e riempiendola di brandelli di stracci prima dell’installazione. Funziona allo stesso tempo come un collettore di vapore di olio e da marmitta. Il compressore è molto silenzioso, ma con la palla non c’è alcun rumore. Per quanto riguarda il tubo di ingresso (In), semplicemente raddrizzalo in modo da farlo correre in orizzontale e taglia l’estremità con il taglia-tubi, dopodiché attaccaci con una colla caldo un tubo di plastica.

La “trasformazione” del compressore da frigo in una pompa da vuoto.

Il cablaggio della parte elettrica è in genere abbastanza diretto, segui lo schema che hai trovato prima di smontare il compressore, ma aggiungi un interruttore. Collega i fili dell’alimentazione all’interruttore, collega l’interruttore alla scatola di giunzione, quindi mettici la piastra di copertura. Il condensatore di partenza va lasciato così come era e non dovrebbe essere modificato. A questo punto sei quasi pronto per testare il funzionamento del tuo compressore con un impianto provvisorio.

Per il test realizza un montaggio a “T” con un tubo di plastica e colla a caldo. Il raccordo a “T” va collegato al vacuometro e all’altro tubo di plastica attaccato in precedenza. Questo sistema non è così resistente per l’uso quotidiano, e verrà sostituito con accessori adeguati in seguito, quando si collega alla camera a vuoto. La valvola a sfera tra la camera e il compressore non è necessaria: il compressore ha una sorta di valvola unidirezionale, quindi anche quando è spento non consente all’aria di entrare.

Una pompa da vuoto ricavata da una per acquario

Le pompe ad aria da acquario sono solitamente pompe a membrana, economiche e facili da modificare per generare un vuoto (sia pur debole). Le pompe a membrana consistono fondamentalmente in una membrana, in qualcosa per agitarla e in un paio di valvole unidirezionali. Girando le valvole di 180° si capovolge anche la direzione dell’aria che fluisce attraverso la pompa, trasformando una normale pompa d’aria in una pompa a vuoto. Perciò, la trasformazione è particolarmente facile.

Una pompa ad aria da acquario con due membrane.

Cosa possiamo aspettarci da una pompa del genere? Gli acquari sono solitamente alti meno di un metro, quindi una pompa fatta per pompare aria sul fondo di un acquario dovrebbe essere in grado di fornire un’adeguata differenza di pressione (circa 0,1 bar, o 100 mbar) solo per avere un’idea della magnitudine. Trasformarla in una pompa da vuoto non dovrebbe cambiare le cose in modo significativo. Rispetto a una pompa da vuoto professionale non è tanto, ma è abbastanza per essere molto utile.

I vantaggi delle pompe ad aria da acquario sono vari: costano poco, sono molto piccole e abbastanza silenziose, oltre al fatto – non meno importante – che durano di più e che convertirle è assai semplice. Per convertirle in una pompa per vuoto, occorre rimuovere le viti sul retro. All’interno, di solito c’è un piccolo trasformatore e due braccia. Queste braccia hanno un magnete a ciascuna estremità, che viene attirato dal campo magnetico del trasformatore per attivare i due soffietti di gomma.

In pratica, controlla se la pompa è collegata alla rete elettrica e, se lo è, scollegala. Aprila e vedi se riesci a localizzare le membrane: se non le vedi, prova a restituire la pompa e procuratene un’altra. Le membrane sono a volte attaccate a piccoli fermi che si trovano in un pezzo di tubo di silicone. All’altra estremità hanno un magnete, accanto alla bobina. Alcune pompe sono dotate di una sola membrana, tuttavia sono preferibili quelle con due membrane.

Le due piccole valvole da invertire sono ben visibili nella figura di destra.

Allenta la vite e rimuovi il blocco della membrana dalla custodia. Le membrane si trovano su una camera cilindrica. Prendile – evitando danni, ma di solito sono abbastanza robuste – e tirale fuori dal tubo di silicone che regge il fermo. La specie di piatto rotondo che si trova sotto la membrana ha due pezzi bianchi di gomma. Queste sono le prese d’aria. Uno di loro lascia passare l’aria nella camera e l’altro lascia uscire l’aria attraverso un’altro buco. Svitare la piastra in questione svitandone il perno.

Ruotala di 180 gradi, scambiando efficacemente la valvola di ingresso e di uscita e riavvitala. Devi farlo due volte (una volta per ogni membrana). Riattacca la membrana e rimetti tutto il resto al suo posto. L’ingresso / uscita sono di solito sigillati con un anello a “O” di gomma. Quindi fai attenzione che gli anelli a “O” siano posizionati correttamente. A questo punto chiudi la pompa con le viti. Potrebbe essere necessario sigillarla con mastice o colla a caldo, se non ottieni una buona aspirazione.

Infine, collega i tubi. Se la pompa ha due tubi di uscita, i due tubi possono essere combinati usando un connettore a T . Dall’esterno, la pompa dovrebbe ora apparire esattamente come prima, tuttavia ora funziona come una pompa da vuoto. Non ti resta quindi che provarla. Allo scopo, ti potrà essere utile un semplice sistema auto-costruito per misurare il livello di pressione raggiungibile: un vacuometro ad acqua, la cui unità di misura più comune è millimetri (oppure cm) di acqua. Ma per usarlo devi usare le accortenze che ora illustreremo.

Un manometro ad acqua di facilissima realizzazione. Puoi trasformarlo in un vacuometro seguendo le istruzioni fornite nel testo per non danneggiare la pompa da vuoto.

Puoi infatti costruire un manometro ad acqua, anziché a mercurio, per misurare la pressione, che in questo caso è negativa rispetto alla normale pressione atmosferica. Il tubo di plastica e le clip per fissarlo costano 3 o 4 euro. Nota che il diametro del tubo non importa: la pressione è la pressione, quindi le letture saranno le stesse indipendentemente dal diametro. Conta invece la lunghezza, dato che l’acqua è ben diversa dal mercurio.

Infatti, poiché la normale pressione atmosferica (al livello del mare) è di 760 mm di mercurio (o 760 mm Hg) e poiché l’acqua è molto meno densa del mercurio, ho 1 mm Hg = 1,36 cm di acqua, ovvero la normale pressione atmosferica è di 1033 cm, pari a 10,3 metri. Quindi un vacuometro ad acqua dovrà essere davvero molto lungo. Una volta costruito il manometro ad acqua, riempi una tazza di acqua e unisci delle gocce di colorante alimentare, e poi riempici il tubo. Nota che, se il tubo è più corto del necessario, l’acqua finirà nella pompa da vuoto, danneggiandola.

Assicurati che il liquido sia a livello in entrambi i rami, e oltre a segnare delle tacche da un pollice da un lato e da un centimetro dall’altro (per avere entrambe le letture), ti consiglio di attaccare un pezzo di carta, quindi di segnare la posizione”zero”. A questo punto puoi attaccare il tubo alla pompa da vuoto, accenderla a potenza inizialmente ridotta e, una volta a regime, segnare la nuova posizione. Dopodiché misura il numero di pollici su cui il nuovo livello d’acqua è, e moltiplicalo per due… e hai il vuoto ottenuto in cm d’acqua. Trasformalo in mm Hg dividendo per 1,36 e otterrai il livello di vuoto raggiunto grazie alla tabella in cima a questa pagina (guarda la colonna Torr-mm mercurio e poi la percentuale di vuoto)!

Infatti, la pressione è la differenza di altezza tra la parte più bassa e la parte più alta dei manometri. Come vedi, nella tabella in alto troviamo i pollici di mercurio. Se facciamo una scala in pollici, quindi, potremo fare le misurazioni e le successive conversioni in percentuale di vuoto in modo più rapido. Ad esempio, supponiamo che il dislivello misurato per il mercurio (non per l’acqua!) sia di 18 pollici. In tal caso, come si vede consultando la quinta colonna della tabella, la percentuale di vuoto raggiunta è intorno al 60%.

Naturalmente, è opportuno aggiungere al tubo di aspirazione che esce dalla pompa da vuoto una valvola di non ritorno come protezione aggiuntiva nel caso in cui le membrane non funzionassero troppo bene e lasciare così che l’aria ritorni nella pompa. Ovviamente, sarebbe stato possibile convertire la medesima pompa da acquario anche sigillandola in un grande contenitore e perforandolo per creare una porta, ma il metodo qui illustrato è senza dubbio più robusto e compatto.

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