Comment les raccords de vide influencent-ils la conductance ?

Dans les manuels de science du vide, les cours de formation et les connaissances transmises de génération en génération, on nous dit que « tous les raccords de vide doivent être aussi courts et larges que possible ». Mais, que se passe-t-il lorsque nous ne le faisons pas ? Quelle est la conséquence de la non-conformité ?

Qu'est-ce que la conductance dans la technologie du vide ?

Dans la terminologie du vide, la conductance C entre deux points est définie comme le débit de gaz Q (à travers un composant) divisé par la perte de charge (ΔP) à travers celui-ci, où P_up est la pression en amont du système et P_down est la pression en aval :

où S est la vitesse de pompage en tout point du système de vide.

Les mécanismes d'écoulement des gaz peuvent être divisés en différents régimes : continuum (où les collisions molécule-molécule dominent le comportement), moléculaire (les collisions molécule-paroi dominent) et un régime d'écoulement transitoire entre ces deux régimes.

Le schéma ci-dessous (pour l'air à 293 K) illustre la conductance d'un tuyau de 1 mètre de long tracée pour différents diamètres et la conductance des pressions varie comme 1/longueur pour les longs tuyaux.

Conductance pour une longueur de tuyau de 1 mètre

Pour le débit moléculaire, la conductance est indépendante de la pression (ici <~0,01 mbar), pour le débit de continuum, la conductance est une fonction linéaire de la pression (ici >~1 mbar) et pour le débit transitoire, elle est un « mélange » des dépendances extrêmes à la pression.

Qu'est-ce que cela signifie dans le monde réel du vide ?

Voici quelques exemples pour l'illustrer.

1. Quel est l'effet sur la vitesse nette de pompage d'une pompe à spirale XDS35i avec une conduite en amont NW40 de 5 m avec 2 coudes ?

Pour l'air à 293 K

1. Entrée de la pompe 2. Entrée de la ligne de pompage

Nous pouvons constater qu'à des pressions plus élevées (où la conductance du tuyau est la plus élevée), il n'y a pas d'impact sur la vitesse nette. La différence de pourcentage devient cependant plus prononcée à <10 mbar (perte de 50 %) et ne devient négligeable qu'à la pression ultime du système (avec une vitesse nette nulle).

2. Système avec robinet-vanne

Prenons l'exemple d'un système équipé d'une pompe turbomoléculaire (TMP) connectée directement à une chambre via un robinet-vanne ISO100 (dont la conductance moléculaire déclarée est relativement importante, soit ~1 700 l/s). Le graphique ci-dessous montre la vitesse nette du système (S_Up) avec une gamme de vitesses de la TMP (S_Down) ; une petite perte de conductance dans des conditions de débit moléculaire.