Post finale

Il brevetto analizzato in questo blog rigurda la pompa a vuoto US2078565A, modello realizzato da E. Durst, O. Durst e M. Thieme a Magdeburgo nel 1933 e brevettato il 27 aprile 1937 presso l'United States Patent Office.

Durante questo periodo storico, l'Europa e l'America stavano vivendo un periodo di agitazione, dovuto alle crisi finanziare e all'imminente minaccia dello scoppio della seconda guerra mondiale.

La storia della pompa a vuoto ha inizio nel XVII secolo, quando Otto von Guericke, vissuto anche lui in Germania e nato a Magdeburgo, ne realizza un primo esemplare nel 1650.

E' bene precisare che negli anni antecedenti a questa invenzione, il "vuoto" era già noto in quanto fu studio di fisici e filosofi; anche il dispositivo della pompa, utilizzato principalmente per sollevare fluidi, come l'acqua, era già conosciuto.
Negli anni successivi, Robert Boyle, Denis Papin e altri, propongono nuovi tipi di pompe a vuoto dotate di cilindri e staffe fino ad arrivare fino alla seconda metà del XIX in cui vengono sviluppate pompe a caduta di mercurio, in grado di ottenere vuoti più spinti.

Il principio su cui si basa la pompa a vuoto consiste nell'aspirazione dei gas presenti all'interno del materiale trattato.
A seconda dei materiali lavorati, alcuni tipi di pompe a vuoto, come quella presa in esame, sono in grado di comprimere e triturare le sostanze attraverso una vite montata su un asta rotante; durante l'intero processo di compressione, i gas rilasciati vengono aspirati in modo continuo.




Diversi sono i tipi di sostanze che possono essere sottoposte a questo tipo di lavorazione, come ad esempio i materiali plastici e vetrosi, gli alimenti e materiali edili.

Con il passare degli anni, la pompa a vuoto ha subito numerose modifiche e adattamenti, che  ne permettono l'utilizzo  in vari settori, come in quello del packaging alimentare, in laboratori scientifici, in ambito ospedaliero e nel campo degli elettrodomestici.
Spesso, questo tipo di pompa assume diverse dimensioni e che ne permettono la collocazione all'interno di altri macchinari, ad esempio nei condizionatori o nelle autoclavi, in modo da rendere completo il trattamento.

Nel settore alimentare, questo dispositivo viene largamente utilizzato per la conservazione degli alimenti sottovuoto, mentre in campo medico per la sterilizzazione di camere e strumenti, al fine di evitare contaminazioni.


Alcune materie plastiche, durante i processi di modellamento, vengono sottoposte al processo di degasaggio tramite la pompa a vuoto in modo da eliminare bolle, cavità e piccole imperfezioni create dai gas intrappolati in esse.

In conclusione, è possibile affermare che la pompa a vuoto appartiene alla categoria delle invenzioni in quanto permette di compiere all'uomo azioni e processi che altrimenti risulterebbero impossibili, traendone numerosi vantaggi e abbattendone i costi.

Presenza odierna della pompa a vuoto

Qui di seguito vengono riportati alcuni esempi di pompe a vuoto utilizzate oggigiorno in diversi campi:

Pompa a vuoto utilizzata nei condizionatori per l'aspirazione dell'aria calda.

Pompa a vuoto utilizzata nel settore del packaging alimentare per l'aspirazione dei gas.

Pompa a vuoto da laboratorio.

Funzionamento di una pompa a vuoto

Abecedario

Abecedario relativo alla pompa a vuoto:

A... aspirazione

B... batteri

C... confezionamento

D... degasaggio

E... elettrodomestici

F... fluidi

G... gas

H... horror vacui

I... imbottigliamento

L... laboratorio

M... modellazione

N... Newcomen

O... Otto von Guericke

P... pistone

Q...

R... riempimento

S... Smeaton

T... Torricelli

U... umidità

V... vacuometro

Z...

La pubblicità

Le pubblicità riguardanti la pompa a vuoto non sono molte in quanto raramente questo dispositivo  non rientra nel mercato della compravendita quotidiana, a parte qualche piccola eccezione. 

Sono però reperibili alcuni manifesti raffiguranti pompe a vuoto per uso industriale, come quelli riportati.

Alcuni tipi di pompe a vuoto, destinate ad uso industriale, vengono integrate in alcuni dispositivi, come ad esempio gli elettrodomestici, che a loro volta verranno messi sul mercato. 

Le pubblicità raffiguranti questi prodotti sono molteplici e di varia natura.

Pubblicità di un condizionatore

Pubblicità di un aspirapolvere 

Video pubblicitario aspirapolvere moderno

Contesto narrativo

Emanuel Swedenborg (1688-1772), filosofo svedese, nella Miscellanea del 1722, descrisse una pompa pneumatica a mercurio.

Miscellanea

Jean Antoine Nollet (1770-1770), fisico francese, propose un modello di pompa pneumatica nelle Leçons de physique expérimentale (1743-1748).

Leçons de physique expérimentale

Infine, John Smeaton (1724-1792), ingegnere inglese che progettò numerosi ponti e canali, nel 1753 descrisse un modello di pompa a vuoto a un solo cilindro in grado di funzionare anche come pompa a compressione.

Gli inventori

Il modello di pompa a vuoto analizzato è stato realizzato da Emanuel Durst, Oscar Durst e Thieme Max a Magdeburgo, Germania, probabile luogo della loro residenza.

In rete non ci sono molte notizie riguardanti la biografia degli inventori ma è noto che oltre a ideare il brevetto illustrato, Emanuel e Oscar Durst brevettarono nel 1933 anche un apparecchio per la liberazione dei gas dalle masse plastiche.

Le imprese assegnatarie

Il brevetto della pompa a vuoto ideato da E. Durst, O. Durst e M. Thieme è rimasto in possesso degli inventori stessi, infatti non risulta assegnato a nessuna impresa.

Questo dispositivo viene comunque citato in numerosi altri brevetti, come ad esempio in quello dell'apparecchio che consente di separare un vapore da un materiale viscoso, nel brevetto dell'estrusione (processo industriale di deformazione plastica) sottovuoto di materiali ceramici e nel dispositivo per il trattamento di impasti alimentari.

Chiarimenti e categorie

La pompa a vuoto è uno strumento che permette di aspirare i gas presenti in un determinato ambiente, permettendo la creazione del vuoto.
Queste pompe si differenziano dai compressori (macchine che innalzano la pressione di un aeriforme) in quanto questi ultimi lavorano a pressione costante mentre le pompe a pressione variabile decrescente. 
E' possibile distinguere tre categorie di pompe a vuoto:

1. a spostamento di parete, come le pompe rotative (dotate di un rotore a palette mobili) e le roots (trascinano il gas attraverso una coppia di lobi rotanti).
2. molecolari o a trasferimento di quantità di moto, come le pompe a diffusione (basate sulla diffusione dei vapori di un olio a bassa tensione) e le pompe turbomolecolari (pompe assiali a trascinamento).
3. a intrappolamento, come le pompe criogeniche (sfruttano il congelamento per ridurre il numero delle molecole libere), a getter (sfruttano gas chimicamente attivi che vengono pompati ad alte velocità) e ioniche.

Gli sviluppi dell'invenzione

Nel Seicento, i primi modelli di pompe a vuoto erano costituiti da un cilindro e da un pistone, il quale era messo in moto da manubri o staffe. A fine secolo, Denis Papin aggiunge alla pompa un nuovo cilindro dotato di pistone, in grado di lavorare in accoppiata con il primo.

Pompa Papin

Nel Settecento, vengono sviluppate le pompe ad acqua e vengono ideati particolari macchine, in grado di funzionare sia come pompe a vuoto, sia come pompe a compressione.
Esempi di pompa pneumatica a mercurio risalgono alla seconda metà dell'Ottocento, i quali consentivano di ottenere il vuoto alzando e abbassando la colonna di mercurio all'interno di un tubo, tramite il moto alternato di un pistone. Durante questo secolo vengono realizzati anche diversi tipi di pompe pneumatiche da tavolo a due cilindri.
Nel 1905 viene sviluppata la pompa rotativa Gaede a mercurio, considerata la prima pompa per alto vuoto industriale; infine vengono realizzati anche diversi tipi di pompe a diffusione e pompe criogeniche.

Pompa Gaede

Al giorno d’oggi, sul mercato, esistono diversi tipi di pompe a vuoto, con diversi tipi di proprietà e funzionamenti.

Questa ampia gamma di differenze, permette alla pompa di essere impiegata in diversi settori, come in quello scientifico, medico, industriale e domestico.

Ad esempio, i sistemi di riscaldamento o refrigerazione delle case sfruttano una pompa a vuoto per risucchiare l'aria e l'umidità, rendendone più efficace il loro rendimento. Lo stesso principio viene sfruttato per la conservazione degli alimenti sottovuoto, permettendo di eliminare l'aria presente nel contenitore e di mantenere inalterati aspetto e caratteristiche.

I precedenti storici dell'invenzione

Le innovazioni storiche su cui si basa la pompa a vuoto sono numerose.

A Ctesibio (III secolo a.C) risale la prima pompa per il sollevamento ad acqua, formata da due cilindri in bronzo dentro ai quali, mediante un'asta girevole, vengono alzati e abbassati con un movimento alterno due pistoni, favorendo l'entrata dell'acqua. Tramite la chiusura di opportune valvole, il liquido all'interno dei cilindri non può ricadere e viene fatto salire dentro a un tubo.

Pompa di Ctesibio

Intorno al XVI secolo, Galileo Galilei mette in discussione la teoria dell'horror vacui.
Nel 1644, Evangelista Torricelli, matematico e fisico italiano sviluppa il barometro, il quale è in grado di misurare la pressione atmosferica. 

Questo strumento è composto da un recipiente nel quale viene capovolto un tubicino di vetro contenente del mercurio, la cui altezza indica la pressione atmosferica. Variazioni della pressione atmosferica portano ad un innalzamento o ad un abbassamento del livello di mercurio.

Barometro

Nel 1650, Otto von Guericke produce i primi modelli di pompe pneumatiche, tipi di pompe per il vuoto, in cui la variazione di volume è data dall'oscillazione di una membrana che chiude un lato di una camera.

Dalla seconda metà del Seicento vengono proposti nuovi modelli di pompe a vuoto, dotate di cilindri mossi da manubri o staffe; nei secoli successivi le pompe a vuoto vengono migliorate ulteriormente, permettendo di ottenere dei modelli più efficaci e in grado di ottenere vuoti più spinti.
Per ulteriori approfondimenti consultare Museo Galileo. 

Bibliografia

Dorothy M. HOFFMAN, Bawa SINGH et al, Handbook of vacuum science and tecnology, United States of America, Academic Press, 1998.

A. D. CHEW, A. CAMERON et al, Considerations for primary vacuum pumping in mass spectrometry systems, s.l., s.e., gennaio 2005.

Karl JOUSTEN (Ed.), C. Benjamin NAKHOSTEEN, Handbook of Vacuum Technology, s.l., 2008.

A. ROTH, Vacuum Technology, Amsterdam, North Holland, 1977.

Word cloud

Contesto sociale

La pompa a vuoto viene largamente usata nei processi industriali facilitando la compressione e l'aspirazione dei gas dai materiali lavorati. Grazie a questa macchina, il processo di lavorazione del prodotto viene portato a termine in minor tempo.

Un primo esempio di pompa risale alla vite di Archimede, realizzata nel III secolo a.C.; questo dispositivo permetteva di sollevare dei fluidi o dei materiali granulari attraverso la rotazione di una manovella, la quale permetteva di imprimere un moto rotativo alla vite.
Nel 1650, Otto von Guericke, costruisce la prima vera pompa a vuoto della storia, la quale verrà usata dallo stesso fisico per la realizzazione dell'esperimento degli emisferi di Magdeburgo.

Vite di Archimede

Emisferi di Magdeburgo

Invenzione o innovazione?

L'invenzione è la creazione, l'introduzione di nuovi oggetti o strumenti che facilitano il lavoro e contribuiscono al progresso delle abilità tecniche.
L'innovazione, invece, è un processo che riguarda l'introduzione di nuovi sistemi e tecniche che portano ad un sostanziale progresso della società.
Si può quindi affermare che la pompa a vuoto rientra nella categoria delle invenzioni in quanto ha permesso all'uomo di velocizzare e di meccanizzare il processo di triturazione e compressione di alcuni tipi di materiali, senza provocare un progresso nella società.

Contesto tecnologico

Diversi sono i tipi di materiali che possono essere soggetti alla lavorazione della pompa a vuoto.
In base al tipo di dispositivo utilizzato, possono essere trattati i gas, i materiali edili, le sostanze edibili e le materie plastiche.

E' proprio il 1900 il secolo della plastica, infatti nel 1910 Leo Baekeland brevetta la Bakelite, la prima resina termoindurente di origine sintetica. 
Negli anni trenta il petrolio diventa la "materia prima" per produrre materie plastiche; nel 1933 in Inghilterra viene brevettato il Polietilene e nel 1938 in America il Nylon.

Nella seconda metà del XX secolo, in Italia, il polipropilene isotattico diventa famoso grazie al carosello di Gino Bramieri.
E' probabile che la struttura delle pompe a vuoto venga realizzata in ghisa, acciaio e bronzo.

Contesto storico

Il brevetto della pompa a vuoto fu pubblicato il 27 aprile del 1937 presso l'United State Patent Office (istituito negli ultimi anni del XIX secolo da Thomas Jefferson).
Negli anni intorno alla pubblicazione del brevetto, l'America stava cercando di risollevarsi dalla grave crisi economica del 1929 causata dal crollo della borsa di Wall Street.

La crisi finanziaria fu conseguenza del fenomeno della sovrapproduzione sviluppatosi durante un periodo di prosperità economica, The Roaring Twenties; in questi anni molti settori subirono una notevole crescita, ad eccezione di quello agricolo.

Nel 1932 salì al governo degli Stati Uniti Franklin Delano Roosevelt, che attuò il New Deal, uno speciale programma che prevedeva l'intervento dello Stato nella politica economica.

La ripresa dell'economia americana fu un processo lento, infatti solo agli inizi degli anni quaranta l'economia ritornò ai livelli degli anni antecedenti alla crisi.
Anche il resto del mondo, intorno al 1937, stava vivendo momenti di tensione; dopo la sconfitta della prima guerra mondiale, la Germania stava affrontando gravi difficoltà economiche, alimentate anche dalla crisi finanziaria di Wall Street.
Nel 1933, anno di produzione della pompa a vuoto analizzata, sale al potere della Germania Adolf Hitler, a capo del Partito Nazionalsocialista Tedesco dei Lavoratori (NSDAP).
Con l'invasione della Polonia da parte dei tedeschi ebbe inizio la seconda guerra mondiale, che si concluse nel maggio del 1945 con la vittoria delle forze alleate.

Parole chiave

Elenco delle parole chiave presenti nel brevetto con relativa traduzione:

• belt (cinghia);
• casing (involucro esterno);
• chamer (camera);
• comminute (triturare);
• compress (comprimere);
• degas (degassare);
• nozzle (ugello);
• pipe (tubo);
• press (pressa);
• pulley (carrucola);
• screw (vite);
• shaft (albero);
• soft plastic material (materiale di plastica morbida)
• vacuum (vuoto).

Sezione orizzontale di una pompa a vuoto

Componenti principali:

1. cinghia;
2. foro d'entrata;
3. albero con vite rotante;
4. camera cilindrica;
5. camera di degasaggio;
6. tubo per aspirazione;
7. foro d'uscita.

Descrizione della pompa a vuoto

La pompa a vuoto (vacuum press), brevettata il 27 aprile 1937, è un dispositivo che permette di sminuzzare e rimuovere i gas dalle materie plastiche morbide.
Il materiale plastico viene introdotto in una camera cilindrica dove è presente una vite rotante, azionata da un motore collegato tramite una cinghia. Quando l'albero su cui è montata la vite inizia a ruotare, il materiale plastico viene triturato e spinto verso la parete della camera cilindrica, dove sono presenti dei piccoli fori che ne permettono il passaggio; il materiale passa così all'interno della seconda camera, quella di degasaggio. Qui la massa triturata viene spinta da una vite rotante verso un foro d'uscita; durante questo processo i gas liberati dal materiale vengono aspirati da un tubo collegato alla camera.
Durante l'intero processo di compressione e di degasaggio, il passaggio per i gas viene mantenuto libero da un elemento rotante che rimuove qualsiasi eventuale residuo di materiale depositato all'interno della camera, evitando così di intasare il passaggio.