Cara menghitung waktu pemompaan

Bagikan lewat

Dalam praktiknya, misalnya, saat memperkirakan biaya instalasi vakum yang direncanakan, perhitungan waktu pemompaan dari kecepatan pemompaan efektif S _eff, tekanan yang diperlukan p, dan volume ruang V dengan formula yang disajikan akan terlalu merepotkan dan memakan waktu. Nomogram sangat membantu di sini. Dengan menggunakan nomogram di Gambar 9,7, Anda dapat dengan cepat memperkirakan waktu pemompaan untuk instalasi vakum yang dievakuasi dengan pompa putar, jika kecepatan pemompaan pompa terkait cukup konstan melalui wilayah tekanan yang terlibat. Dengan mempelajari contoh yang disajikan, Anda dapat dengan mudah memahami aplikasi nomogram.

Gambar 9,7 Nomogram untuk penentuan waktu pump-down tp bejana dalam kisaran tekanan vakum kasar.

Kolom –: Volume bejana V dalam liter
Kolom ➁: Kecepatan pemompaan efektif maksimum S _eff ,maks pada bejana dalam liter per detik (kiri) atau meter kubik per jam (kanan).
Kolom –: Waktu pemompaan t_pdalam detik (kanan atas) atau menit (kiri tengah) atau jam (kanan bawah).
Kolom –: Kanan:
Tekanan p _AKHIR dalam milibar pada AKHIR waktu pemompaan jika tekanan atmosfer p _MULAI (p_n = 1013 berlaku pada MULAI waktu pemompaan. Tekanan p _AKHIR yang diinginkan harus dikurangi dengan tekanan akhir pompa p _ult ,p dan nilai diferensial harus digunakan dalam kolom. Jika ada aliran masuk qpV,in, nilai p _end - p _ult ,p - q_p V,in / S _eff, max harus digunakan dalam kolom.
Kiri:
Rasio pengurangan tekanan R = (p _START - p _ult ,p - q_p V,in / S _eff ,maks)/(p _END - p _ult ,p - q_p V,in / S _eff ,maks), jika tekanan p _START berlaku pada awal operasi pemompaan dan tekanan harus diturunkan ke p _AKHIR dengan memompa. Ketergantungan tekanan pada kecepatan pemompaan diperhitungkan dalam nomogram dan dinyatakan dalam kolom ➄ _ult,p. Jika tekanan pompa pult,p kecil relatif terhadap tekanan pend yang diinginkan pada akhir operasi pemompaan, ini sesuai dengan kecepatan pemompaan konstan S atau Seff selama seluruh proses pemompaan.

Contoh 1 sehubungan dengan nomogram 9,7:
Bejana dengan volume V = 2000 l harus dipompa turun dari tekanan p _START = 1000 mbar (tekanan atmosfer) hingga tekanan p _END = 10 ^-2 mbar dengan pompa plunger putar dengan kecepatan pemompaan efektif pada bejana S _eff, maks = 60 m³ /jam = 16,7 l · s ^-1. Waktu pemompaan turun dapat diperoleh dari nomogram dalam dua langkah:

1) Penentuan τ: Garis lurus ditarik melalui V = 2000 l (kolom – dan S _eff = 60 m³ /jam ^-1 = 16,7 l · s ^-1 (kolom ➁ dan nilai t = 120 s = 2 min dibaca di persimpangan garis lurus ini dengan kolom – (catatan bahwa ketidakpastian prosedur ini sekitar Δτ = ± 10 detik sehingga ketidakpastian relatif sekitar 10 %).

2) Penentuan tp: Tekanan tertinggi pompa rotary adalah pult,p = 3 · 10-2 mbar, peralatan bersih dan kebocoran dapat diabaikan (tetapkan qpV,in = 0); ini adalah p _START - p _ult,p = 10 _-1 mbar - 3 · 10 ^-2 mbar = 7 · 10 ^-2 mbar. Sekarang garis lurus ditarik melalui titik yang ditemukan di bawah 1) τ = 120 dtk (kolom – dan titik p _AKHIR - p _ult,p = 7 · 10 ^-2 mbar (kolom ➄ dan persimpangan garis lurus ini dengan kolom – t_p = 1100 dtk = 18,5 mnt dibaca. (Sekali lagi, ketidakpastian relatif prosedur adalah sekitar 10% sehingga ketidakpastian relatif tp adalah sekitar 15%.) Dengan mempertimbangkan faktor keselamatan tambahan sebesar 20%, Anda dapat mengasumsikan waktu pemompaan sebesar tp = 18,5 menit · (1 + 15 % + 20 %) = 18,5 menit · 1,35 = 25 menit.

Contoh 2 sehubungan dengan nomogram 9,7:
Sistem vakum yang bersih dan kering (q _pV,in = 0) dengan V = 2000 l (seperti pada contoh 1) harus dipompa ke tekanan p _END = 10 ^-2 mbar. Karena tekanan ini lebih kecil dari tekanan tertinggi pompa piston putar (S _eff,maks = 60 m³ /jam = 16,7 l ( s ^-1 = 3 · 10 ^-2 mbar), pompa Roots harus digunakan bersama pompa piston putar. Yang pertama memiliki tekanan awal p1 = 20 mbar, kecepatan pompa Seff,maks = 200 m³ /jam - 55 l · s ^-1 serta p _ult,p - 4 · 10 ^-3 mbar. Dari p _start= 1000 mbar hingga p = 20 mbar, satu bekerja dengan pompa piston putar dan kemudian menghubungkan pompa Roots dari p₁= 20 mbar hingga p _END = 10_^-2 mbar, di mana pompa piston putar bertindak sebagai pompa cadangan. Untuk langkah pemompaan pertama, satu memperoleh konstanta waktu τ = 120 s = 2 min dari nomogram seperti dalam contoh 1 (garis lurus melalui V = 2000 l, Seff = 16,7 l · s ^-1 ). Jika titik ini di kolom – dihubungkan dengan titik p₁ - p _ult,p = 20 mbar - 3 · 10 ^-2 mbar = 20 mbar (pult,p diabaikan di sini, yaitu pompa piston putar memiliki kecepatan pemompaan konstan di seluruh kisaran dari 1000 mbar hingga 20 mbar) di kolom ➄, maka t _p,1 = 7,7 mnt. Pompa Roots harus mengurangi tekanan dari p1 = 20 mbar ke pEND = 10-2 mbar, yaitu rasio pengurangan tekanan R = (20 mbar - 4 · 10 ^-3 mbar) / (10 ^-2 mbar ^-4 · 10 ^-3 ) = 20/6 · 10-3 mbar = 3300.

Konstanta waktu diperoleh (garis lurus V = 2000 l dalam kolom –, S _eff = 55 l · s ^-1 dalam kolom ➁) pada = 37 d (dalam kolom –).
Jika titik ini di kolom – terhubung ke R = 3300 di kolom ➄, maka satu memperoleh di kolom – t_p, ₂ = 290 dt = 4,8 mnt. Jika t_u = 1 mnt diperhitungkan untuk waktu pergantian, ini menghasilkan waktu pemompaan t_p = t_p1 + t_u + t_p2 = 7,7 mnt + 1 mnt + 4,8 mnt = 13,5 mnt.

Waktu pump-down dari pompa rotary vane dan rotary piston, sejauh kecepatan pompa yang bersangkutan konstan hingga tekanan yang diperlukan, dapat ditentukan dengan mengacu pada contoh 1.

Secara umum, pompa Roots tidak memiliki kecepatan pemompaan konstan di area kerja yang terlibat. Untuk evaluasi waktu pemompaan, biasanya cukup untuk mengasumsikan kecepatan pemompaan rata-rata. Contoh 2 dan 3 nomogram menunjukkan, dalam konteks ini, bahwa untuk pompa Roots, rasio kompresi K tidak mengacu pada tekanan atmosfer (1013 mbar), tetapi pada tekanan di mana pompa Roots dinyalakan.

Pada wilayah vakum sedang, perkembangan gas atau laju kebocoran menjadi jelas. Dari nomogram 9,10, perhitungan waktu pemompaan dalam wilayah vakum ini dapat diperkirakan.

Gambar 9,10 Penentuan waktu pemompaan dalam kisaran vakum menengah, dengan mempertimbangkan outgassing dari dinding.

Nomogram menunjukkan hubungan antara kecepatan pemompaan nominal pompa, volume ruang, ukuran dan sifat permukaan dalam serta waktu yang diperlukan untuk mengurangi tekanan dari 10 mbar menjadi 10 ^-3 mbar.

Contoh 1: Ruang tertentu memiliki volume 70 m³ dan luas permukaan dalam 100 m²; perkembangan gas substansial sebesar 2 · 10 ^-3 mbar · l · s ^-1 · m ^-2 diasumsikan. Pertanyaan pertama adalah memutuskan apakah pompa dengan kecepatan pemompaan nominal 1300 m3/jam umumnya cocok dalam kasus ini. Koordinat untuk area permukaan yang bersangkutan sebesar 100 m² dan perkembangan gas sebesar 2 · 10 ^-3 mbar · l · s ^-1 · m ^-2 menghasilkan titik persimpangan A, yang disambungkan ke titik B dengan garis miring ke atas dan kemudian dihubungkan melalui garis vertikal ke kurva yang didasarkan pada kecepatan pemompaan pompa sebesar 1300 m³ /jam (D). Jika proyeksi ke kurva berada di dalam area kurva yang ditandai (F), kecepatan pemompaan pompa cukup untuk perkembangan gas. Waktu pemompaan yang relevan (penurunan tekanan dari 10 mbar ke 10 ^-3 mbar) kemudian diberikan sebagai 30 menit berdasarkan garis yang menghubungkan titik 1300 m³ /jam pada skala kecepatan pemompaan ke titik 70 m³ (C) pada skala volume: perpanjangan menghasilkan titik persimpangan pada 30 menit (E) pada skala waktu.

Dalam contoh 2, kita harus menentukan kecepatan pompa
pompa harus memiliki jika bejana (volume = sekitar 3 m³ ) dengan
luas permukaan 16 m²dan perkembangan gas rendah
8 · 10 ^-5 mbar · l · s-1 · m ^-2 harus dievakuasi dari 10 mbar ke
10 ^-3 mbar dalam waktu 10 menit. Nomogram menunjukkan bahwa
dalam hal ini pompa dengan kecepatan pemompaan nominal 150 m³ /jam sesuai.

Dalam banyak aplikasi, penting untuk menghubungkan tekanan yang dapat dicapai pada waktu tertentu dengan waktu pemompaan. Ini mudah dilakukan dengan referensi ke nomogram 9.7.

Sebagai contoh pertama, karakteristik pump-down - yaitu, hubungan tekanan p (ditunjukkan sebagai tekanan p _akhir yang diinginkan) versus waktu pemompaan t_p - diturunkan dari nomogram untuk mengevakuasi bejana dengan volume 5 m³ dengan pompa plunger putar satu tahap E 250 dengan kecepatan pemompaan efektif S _eff= 250 m3 /jam dan tekanan akhir p _end,p = 3 · 10 ^-1 mbar saat dioperasikan dengan ballast gas dan pada p _end,p = 3 · 10 ^-2 mbar tanpa balast gas. Konstanta waktu τ = V / S _eff (lihat persamaan 2,36) sama dalam kedua kasus dan berjumlah menurut nomogram 9,7 hingga sekitar 70 detik (kolom 3). Untuk setiap nilai p _akhir> p _akhir,garis lurus yang menghubungkan " titik 70 detik" pada kolom 3 dengan nilai (pend - pend,p) pada skala kanan kolom 5 memberikan nilai t_p yang sesuai. Hasil dari prosedur ini ditampilkan sebagai kurva a dan b pada Gambar 2.77.

Gambar 2,77 Waktu pemompaan, tp, dari bejana 5 m3 menggunakan pompa plunger putar E250 dengan kecepatan pemompaan nominal 250 m3/jam dengan (a) dan tanpa (b) ballast gas, serta kombinasi pompa Roots/plunger putar WA 1001 / E250 untuk tekanan pengaktifan 10 mbar untuk WA 1001 (e).

Menghitung waktu pump-down untuk sistem pompa vakum

Agak lebih membosankan untuk menentukan hubungan (p _end ,t_p ) untuk kombinasi pompa. Contoh kedua yang dibahas di bawah ini berkaitan dengan pengosongan bejana dengan volume 5 m³ dengan kombinasi pompa Roots WA 1001 dan pompa pendukung E 250 (seperti contoh sebelumnya). Pompa dimulai dengan pompa E 250 yang dioperasikan tanpa balas gas saja, hingga pompa Roots dinyalakan pada tekanan 10 mbar. Karena karakteristik kecepatan pemompaan kombinasi WA 1001/ E 250 - tidak seperti karakteristik E 250 - tidak lagi merupakan garis lurus horizontal di atas bagian terbaik dari rentang tekanan (bandingkan dengan kursus karakteristik yang sesuai untuk kombinasi WA 2001 / E 250 di Gambar 2,19), salah satu memperkenalkan, sebagai perkiraan, nilai rata-rata S _eff, terkait dengan kisaran tekanan yang ditentukan. Untuk kombinasi WA 1001/ E 250 berlaku angka rata-rata berikut:

S _eff= 800 m³ /jam dalam kisaran 10 - 1 mbar,

S _eff= 900 m³ /jam dalam kisaran 1 mbar hingga 5 · 10 ^-2 mbar,

S _eff = 500 m³ /jam dalam kisaran 5 · 10 ^-2 hingga 5 · 10 ^-3 mbar

Gambar 2,19 Kurva kecepatan pemompaan untuk kombinasi pompa yang berbeda dengan pompa cadangan yang sesuai

Tekanan tertinggi kombinasi WA 1001 / E 250 adalah: P _end,p = 3 · 10 ^-3 mbar. Dari angka-angka ini, konstanta waktu yang sesuai dalam nomogram dapat ditentukan; dari sana, waktu pump-down tp dapat ditemukan dengan menghitung pengurangan tekanan R di sisi kiri kolom 5. Hasilnya adalah kurva c pada Gambar 2.77.

Perhitungan berbantuan komputer di Leybold

Tentu saja, perhitungan untuk sistem industri kami dilakukan oleh program komputer. Ini memerlukan komputer berperforma tinggi dan oleh karena itu biasanya tidak tersedia untuk perhitungan awal yang sederhana.

Pengosongan ruang di mana gas dan uap terbentuk

Pengamatan sebelumnya tentang waktu pemompaan akan berubah secara signifikan jika uap dan gas muncul selama proses evakuasi. Khususnya dengan proses bake-out, sejumlah besar uap dapat muncul saat permukaan ruang dibersihkan dari kontaminasi. Waktu pump-down yang diperlukan tergantung pada parameter yang sangat berbeda. Peningkatan pemanasan dinding ruang disertai dengan peningkatan desorpsi gas dan uap dari dinding. Namun, karena suhu yang lebih tinggi mengakibatkan percepatan keluarnya gas dan uap dari dinding, laju di mana gas dan uap dapat dikeluarkan dari ruang juga meningkat.

Besarnya suhu yang diizinkan untuk proses bake-out yang bersangkutan pada dasarnya akan ditentukan oleh material di dalam ruang. Waktu pemompaan yang akurat kemudian dapat diperkirakan dengan perhitungan hanya jika jumlah uap yang berkembang dan dipadatkan diketahui. Namun, hal ini jarang terjadi kecuali dalam proses pengeringan.

Blog & Wiki Choosing a pump Vacuum Generation Vacuum Fundamentals