Dasar-dasar Vakum Kasar & Menengah
Di dunia vakum, ada perbedaan signifikan antara yang berada di ujung bawah spektrum dan yang menempati tingkat yang lebih tinggi (yaitu, vakum tinggi). Dalam hal definisi: vakum yang berkisar antara tekanan atmosfer dan 1 mbar dikenal sebagai vakum "kasar", sementara tekanan dari 1 hingga 10-3 mbar dikenal sebagai vakum "menengah". Setelah itu, definisi vakum berkembang dari tinggi hingga ultra-tinggi (UHV) hingga vakum tinggi ekstrem (XHV) dan berkisar dari 10-3 hingga <10-12 mbar.
Bekerja dalam Kondisi Vakum Kasar dan Menengah
Saat bekerja dalam kondisi vakum kasar dan sedang, ada kebenaran mendasar yang harus diterima: tidak ada satu pompa pun yang akan memenuhi semua kebutuhan atau harapan Anda.
Oleh karena itu, sangat penting untuk mencantumkan persyaratan yang benar-benar harus dipenuhi, bersama dengan persyaratan yang diinginkan (tetapi tidak penting). Akan logis untuk mengasumsikan bahwa Anda perlu mencapai tingkat vakum dan throughput tertentu. Setelah itu, sejumlah kriteria lain harus dipertimbangkan, termasuk pertimbangan kebisingan dan getaran, kemudahan pemeliharaan, modal, dan biaya berkelanjutan, ukuran (yaitu dimensi) pompa itu sendiri, ketahanannya terhadap guncangan, toleransi terhadap intrusi partikel, dan apakah kontaminasi oli akan menjadi masalah.
Pembuatan Vakum Kasar dan Menengah
Dibandingkan dengan HV hingga XHV, jenis pompa yang digunakan untuk vakum kasar dan sedang cukup sederhana dalam hal pengoperasiannya. Namun, hal ini bukan untuk meremehkan teknik yang tepat atau presisi yang dibutuhkan (atau bahkan ilmu pengetahuan) di balik operasi mereka. Selain itu, tidak boleh dilupakan bahwa banyak dari pompa ini digunakan sebagai pompa depan (atau cadangan), yang digunakan untuk "mengisi vakum" atau mendukung pompa vakum tingkat yang lebih tinggi. Tanpa manfaat dari pompa fore, unit vakum yang lebih tinggi ini akan beroperasi dengan lambat dan lambat, dan terburuknya tidak akan beroperasi sama sekali.
Pompa diafragma
Pompa diafragma beroperasi pada rezim vakum rendah. Karena desainnya, kompresor ini tidak mencapai rasio kompresi yang tinggi pada satu tahap. Oleh karena itu, sering kali ditemukan pompa diafragma dua, tiga, bahkan empat tahap. Konfigurasi semacam itu membuatnya berguna sebagai unit yang ringkas dan ramah lingkungan, misalnya, dalam aplikasi laboratorium dan untuk pompa turbomolekuler pendukung (TMP) Pompa diafragma dapat menghasilkan kisaran pengoperasian standar mulai dari 103 hingga kisaran mbar rendah.
Pompa ini menggunakan diafragma (yang membentuk satu sisi ruang) yang digerakkan ke belakang dan ke depan oleh batang. Gerakan osilasi ini mengompresi gas dan mengaktifkan katup. Gas bergerak masuk melalui katup inlet dan (ketika diafragma bergerak mundur), katup inlet ditutup dan gas ditekan sebelum dikeluarkan melalui katup outlet.
Diafragma dan katup biasanya terbuat dari PTFE, yang membuatnya tahan terhadap zat korosif dan kurang rentan terhadap kerusakan uap. Karena pompa diafragma bersifat "kering" pada desainnya, pompa ini menghasilkan vakum bebas hidrokarbon. Keunggulan lain dari pompa diafragma adalah mudah dibersihkan dan dirawat, cocok untuk memompa banyak gas dan bahan kimia laboratorium, dan karena tidak menggunakan oli, biaya operasional dan pemeliharaannya rendah.
Pompa gulir
Pompa gulir, yang memiliki kisaran tekanan 103 hingga 10-2 mbar, menggunakan dua gulungan berbentuk spiral Arkimeda yang saling terhubung untuk memompa atau mengompresi gas. Salah satu gulungan tetap, sementara gulungan lainnya mengorbit secara eksentrik di dalam ruang tanpa berputar, yang menjebak dan mengompresi kantong gas di antara gulungan. Ini pada gilirannya memindahkan gas yang terperangkap dari bagian luar (yakni inlet) ke bagian dalam (yakni outlet) ruang.
SCROLLVAC (Pompa gulir)
- Bellow baja tahan karat
- Katup balast gas
- Scroll tetap
- Orbiting scroll
Pompa scroll digunakan dalam berbagai aplikasi seperti dalam instrumen analitik (misalnya spektrometri massa dan mikroskop elektronik) di mana vakum yang bersih, kering, dan senyap diperlukan. Selain itu, pompa scroll sering digunakan sebagai pompa cadangan untuk TMP.
Pompa scroll memiliki banyak keunggulan dibandingkan pompa vakum lainnya: yang paling penting adalah biaya pengoperasiannya rendah karena tidak memerlukan oli (yang juga membuatnya ramah lingkungan). Selain itu, kebutuhan pemeliharaannya rendah. Namun, keausan segel ujung dapat menyebabkan emisi partikel.
Pompa rotary vane
Pompa rotary vane dengan kisaran 103 hingga 10 -4 mbar adalah jenis pompa vakum perpindahan positif yang paling umum. Produk ini bekerja dengan cara berikut: rotor offset (dilengkapi dengan vana yang geser masuk dan keluar dari rumahnya) berputar di dalam ruangan. Vane, yang menyegel bagian dalam ruang melingkar, "menjebak" sejumlah gas yang masuk melalui saluran masuk. Saat rotor berputar, volume yang terkandung di antara vana dan permukaan dalam ruang berkurang, sehingga tekanan gas yang "tertangkap" juga meningkat, hingga keluar melalui port outlet.
Pompa rotary vane menawarkan keandalan, ketangguhan, desain ringkas, dan biaya investasi yang rendah, sehingga ideal untuk berbagai aplikasi industri dan pelapisan, termasuk untuk instrumen analitik serta aplikasi R&D dan industri.
Selain itu, kisaran tekanan pengoperasiannya menjadikannya pompa cadangan yang ideal untuk semua jenis pompa vakum menengah dan tinggi. Sementara pengoperasian dengan seal oli merupakan kelemahan untuk beberapa aplikasi, penggunaan oli memungkinkan rasio kompresi yang lebih tinggi, perilaku pendinginan internal yang lebih baik, dan membuat pompa kompatibel dengan kotoran, debu, dan kondensasi. Tentu saja, kebutuhan untuk menyervis pompa secara teratur (yaitu penggantian oli) berarti biaya kepemilikan yang lebih tinggi (dibandingkan dengan pompa kering dengan ukuran serupa), dan pompa ini tidak menyediakan vakum bebas oli (hidrokarbon atau PFPE, dll.).
Pompa ulir
Pompa ulir, yang memiliki kisaran 103 hingga 10-2 mbar, beroperasi menggunakan dua rotor ulir yang berputar berlawanan yang dirancang agar berputar "satu sama lain", sehingga menjebak gas dalam volume di antara "sekrup" rotornya. Saat sekrup berputar, volume yang terperangkap ini (saat bergerak ke arah port keluar) berkurang yang tidak hanya mengompresi gas, tetapi juga memindahkannya ke arah keluar. Pompa ulir sering digunakan sebagai pompa lanjutan untuk pompa Roots.
Pompa ulir memiliki sejumlah karakteristik penting: meskipun terdapat ruang mikro di antara kedua ulir yang berputar, tidak ada komponen yang berkontak dan tidak ada kebutuhan pelumasan, sehingga tidak ada kontaminasi pada media yang dipadatkan. Selain itu, keausan rotor dihilangkan, rotor memiliki toleransi tinggi terhadap partikel, menggunakan kecepatan pemompaan tinggi, dan sangat efisien karena kompresi internal. Namun, pompa ini kurang cocok untuk memompa gas ringan, dan tidak dapat dikurangi ke kecepatan pemompaan yang rendah. Biaya operasional dan persyaratan pemeliharaan juga relatif rendah. Pompa ulir cocok untuk berbagai aplikasi, seperti tungku industri, sistem metalurgi, pengemasan, dan pelapisan.
Pompa booster roots
Pompa roots, yang memiliki kisaran tekanan 10 hingga 10 -4 mbar, umumnya digunakan sebagai pompa 'booster' untuk meningkatkan tekanan akhir dan kecepatan pemompaan. Pompa roots menggunakan dua unit interkoneksi berputar berlawanan yang berputar di dalam ruang. Gas masuk melalui flensa saluran masuk dan "terjepit" di antara kedua unit yang berputar cepat dan dinding ruang dan kemudian dikeluarkan melalui port keluar.
Keunggulan booster Roots adalah sangat senyap dan ringkas, memiliki masa pakai yang lama, tidak memiliki komponen kontak, dan memberikan pemompaan yang bersih (yaitu, tidak ada partikel atau oli yang dapat mengontaminasi sistem vakum).
Pompa fore multi-Roots yang bekerja bersama dengan pompa HV, UHV, atau XHV biasanya merupakan pilihan yang lebih ekonomis untuk mencapai vakum tinggi, dibandingkan dengan pompa fore diskret berukuran lebih besar karena kecepatan pemompaan dan tekanan tertingginya yang lebih baik.
Pompa roots sering digunakan dalam aplikasi industri (yaitu industri laser, tungku, metalurgi, dll.) karena kecepatan pemompaan yang tinggi, di ruang angkasa, R&D, dan fabrikasi semikonduktor dan panel surya.
Pengukuran Vakum Kasar dan Menengah
Vakum kasar dan menengah biasanya diukur dengan apa yang disebut sebagai "indikator langsung", yang mengukur tekanan terlepas dari/independen dari komposisi gas yang terlibat.
Pengukur langsung jatuh ke dalam dua kategori: pengukur yang mengandalkan beberapa bentuk deformasi mekanis, seperti diafragma, tabung Bourdon, resistansi piezo, atau kapasitansi listrik; dan pengukur yang menggunakan ketinggian kolom cairan, yang dikenal sebagai pengukur "hidrostatik".
Pengukur mekanis menggunakan kerja internal logam yang mengubah bentuknya tergantung pada tekanan, dengan defleksi ini terkait dengan pengukur jarum. Variasi ini adalah manometer kapasitansi, di mana diafragma (yang merupakan bagian dari kapasitor) melengkung dengan perubahan tekanan, sehingga menghasilkan perubahan kapasitansi (yang dapat diukur).
Dalam hal tantangan yang terkait dengan pengukuran tekanan, harus diingat bahwa sifat fisik gas berubah seiring dengan tekanan. Misalnya, konduktivitas termal dan gesekan internal gas sedemikian rupa sehingga penggunaannya bergantung pada berbagai faktor termasuk: kisaran tekanan; gas apa yang terlibat (yang akan menentukan faktor koreksi, kompatibilitas media, dan potensi reaksi kimia), keakuratan yang diperlukan; kondisi pengoperasian (kotor vs. bersih, getaran, suhu, kejutan - mungkin karena ventilasi tekanan - radiasi dan medan magnet); posisi pemasangan pengukur; dan bagaimana tekanan harus dibaca (dan dicatat).
Deteksi Kebocoran dalam Vakum Kasar dan Menengah
Pendeteksian kebocoran, serta penghilangan, pengelolaan, dan/atau akuntabilitasnya, sama pentingnya dalam vakum seperti halnya dalam sistem bertekanan. Karena gas dapat dikompresi, tekanan (atau vakum) memengaruhi jumlah kebocoran yang dikutip dalam mbar.liter/detik, dengan laju kebocoran adalah jumlah gas yang "keluar" melalui kebocoran dalam diferensial tekanan tertentu per satuan waktu.
Ada beberapa cara umum untuk mengukur kebocoran, masing-masing tergantung pada tingkat kebocoran terendah yang dapat dideteksi yang berlaku: uji gelembung; pengukuran tekanan diferensial; penurunan tekanan; uji peningkatan tekanan; mode sniffing helium; dan, mode vakum helium. Kedua metode pengujian terakhir ini juga disebut sebagai metode "deteksi gas pelacak". Semua metode dapat digunakan dalam vakum kasar dan sedang.
Pengujian gelembung melibatkan pemberian tekanan pada sistem, mengoleskan potensi titik kebocoran dengan sabun dan melihat apakah berbusa, sementara pengukuran tekanan diferensial melibatkan pengukuran kehilangan tekanan selama periode waktu yang ditetapkan.
Namun, uji kebocoran yang paling menarik melibatkan uji "sniffer" helium dan uji "vakuum" helium.
Dalam istilah sederhana, uji "sniffer" helium melibatkan probe sniffer yang dilewati di sekitar unit yang diamati dengan gas "sniffed" yang dilewati melalui spektrometer massa, untuk identifikasi dan pengukuran helium.
Uji sniffing memiliki keunggulan menunjukkan di mana kebocoran sebenarnya terjadi. Namun, konsentrasi helium sebesar 5 ppm di udara sekitar/atmosfer berarti sulit untuk membedakan antara sinyal latar belakang dan tingkat kebocoran yang sangat rendah.
Uji "vakuum" helium biasanya digunakan pada unit yang mengalami aplikasi HV dan UHV. Sederhananya, unit ditempatkan di dalam bejana, dan diberi tekanan dengan helium. Gas di dalam bejana kemudian menjalani pengujian spektrometer massa, dan helium apa pun yang terdeteksi akan menunjukkan kebocoran. Kelemahan utamanya, meskipun bukan satu-satunya, adalah unit harus ditempatkan di dalam bejana dengan ukuran yang sesuai. Atau, bejana dikosongkan oleh detektor kebocoran dan helium digunakan untuk 'mencium' secara eksternal.
Artikel terkait
