Apa yang dimaksud dengan gas ballast dan bagaimana cara kerjanya?

Bagikan lewat

Fasilitas ballast gas yang dikembangkan pada tahun 1935 oleh Wolfgang Gaede menghambat terjadinya kondensasi uap di dalam pompa. Fasilitas ballast gas seperti yang digunakan pada pompa rotary vane, rotary plunger, dan trochoid, memungkinkan pemompaan tidak hanya gas permanen, tetapi juga gas kondensat dalam jumlah lebih besar.

Manfaat ballast gas

Fasilitas ballast gas (lihat Gbr. 2,13) mencegah kondensasi uap di ruang pompa pompa. Saat memompa uap, uap ini hanya boleh dikompresi hingga tekanan uap saturasinya pada suhu pompa. Jika memompa uap air, misalnya, pada suhu pompa 158°F (70°C), uap hanya dapat dikompresi hingga 312 mbar (tekanan uap jenuh air pada 158°F (70°C) (lihat Tabel XIII)). Saat dikompresi lebih lanjut, uap air mengembun tanpa meningkatkan tekanan. Tidak ada tekanan berlebih yang dibuat di dalam pompa dan katup pembuangan tidak terbuka. Sebaliknya, uap air tetap sebagai air di dalam pompa dan mengemulsifikasi dengan oli pompa. Hal ini sangat cepat mengurangi sifat pelumasan oli dan pompa bahkan dapat macet jika terlalu banyak air yang diambil.

Cara kerja

Sebelum proses kompresi aktual dimulai (lihat Gbr. 2,13), jumlah udara yang ditentukan dengan tepat ("ballast gas") dimasukkan ke dalam ruang pemompaan pompa. Jumlahnya sedemikian rupa sehingga rasio kompresi pompa dikurangi hingga maks. 10:1. Sekarang uap yang telah diserap oleh pompa dapat dikompresi bersama dengan ballast gas, sebelum mencapai titik kondensasinya dan dikeluarkan dari pompa. Namun, tekanan parsial uap yang dihirup tidak boleh melebihi nilai tertentu. Uap harus sangat rendah sehingga dalam kasus kompresi dengan faktor 10, uap tidak dapat mengembun pada suhu pengoperasian pompa. Saat memompa uap air, nilai kritis ini disebut "toleransi uap air".

Ditampilkan secara skematis pada Gambar 2,14 adalah proses pemompaan dengan dan tanpa ballast gas karena berlangsung dalam pompa rotary vane saat memompa uap kondensat.

Dua persyaratan harus dipenuhi saat memompa uap:
1) pompa harus pada suhu pengoperasian.
2) katup balast gas harus terbuka.
(Dengan katup balast gas terbuka, suhu pompa meningkat sekitar 50°F (10°C). Sebelum memompa uap, pompa harus dioperasikan selama setengah jam dengan katup balast gas terbuka).

Tabel XIII Tekanan saturasi p5 dan densitas uap eD air dalam rentang suhu dari -148°F (-100°C) hingga +284°F (+140°C)

Gambar 2.13 Proses kerja dalam pompa rotary vane dengan gas ballast

1-2 Pengisapan
2-5 Kompresi
3-4 Saluran masuk ballast gas
5-6 Pengosongan

Gambar 2.14 Diagram proses pemompaan pada pompa rotary vane tanpa dan dengan perangkat ballast gas saat memompa zat kondensat.

a) Tanpa ballast gas

1) Pompa terhubung ke bejana, yang sudah hampir kosong dari udara (70 mbar) - sehingga harus mengangkut sebagian besar partikel uap
2) Ruang pompa dipisahkan dari bejana - kompresi dimulai
3) Isi ruang pompa sudah dikompresi hingga uap mengembun menjadi tetesan - tekanan berlebih belum tercapai
4) Udara yang tersisa hanya menghasilkan tekanan berlebih yang diperlukan dan membuka katup pembuangan, tetapi uap sudah mengembun dan tetesan mengendap di dalam pompa.

b) Dengan ballast gas
1) Pompa terhubung ke bejana, yang sudah hampir kosong dari udara (70 mbar) - sehingga harus mengangkut sebagian besar partikel uap
2) Ruang pompa dipisahkan dari bejana - kini katup balast gas, melalui mana ruang pompa diisi dengan udara tambahan dari luar, terbuka - udara tambahan ini disebut balast gas
3) Katup pembuangan ditekan terbuka, dan partikel uap dan gas didorong keluar - tekanan berlebih yang diperlukan untuk terjadi ini tercapai sangat awal karena udara ballast gas tambahan, karena pada awalnya kondensasi seluruh proses pemompaan tidak dapat terjadi
4) Pompa membuang udara dan uap lebih lanjut

Pemompaan gas dan uap secara bersamaan

Saat memompa gas permanen dan uap kondensat secara bersamaan dari sistem vakum, jumlah gas permanen sering kali cukup untuk mencegah kondensasi uap di dalam pompa. Jumlah uap yang dapat dipompa tanpa kondensasi dalam pompa dapat dihitung sebagai berikut:

(2,1)

Di mana: pvapor = adalah tekanan parsial uap pada saluran masuk pompa.
p _perm = adalah total tekanan semua gas permanen yang dipadatkan pada saluran masuk pompa.
p _vapor,sat = adalah tekanan saturasi uap yang dipadatkan, tergantung pada suhu (lihat Gbr. 2,15).
p _total = p _pembuangan + Δp _katup + Δp filter _pembuangan
Δp _katup = adalah perbedaan tekanan di seluruh katup pembuangan yang tergantung pada jenis pompa dan kondisi pengoperasian hingga 0,2 ... 0,4 bar.
Δp filter _gas buang = perbedaan tekanan di seluruh filter gas buang sebesar 0 ... 0,5 bar.

Gambar 2.15 Tekanan uap saturasi: Tabel dengan suhu

Contoh

Dengan pompa rotary vane dengan filter kabut oli eksternal secara seri, campuran uap air dan udara dipompa. Nilai-nilai berikut digunakan untuk menerapkan persamaan (2,1):

Tekanan uap air dalam campuran udara/uap air tidak boleh melebihi 23% dari total tekanan campuran.

Toleransi uap air

Kasus khusus penting dalam pertimbangan umum yang dibuat di atas terkait topik toleransi uap adalah pemompaan uap air. Menurut PNEUROP, toleransi uap air ditentukan sebagai berikut:

"Toleransi uap air adalah tekanan tertinggi di mana pompa vakum, pada suhu dan kondisi tekanan sekitar normal (68°F/20°C, 1013 mbar), dapat terus-menerus mengambil dan mengangkut uap air murni. Hal ini dikutip dalam mbar". Ini ditetapkan sebagai P _W,O.

Menerapkan persamaan (2,3) ke kasus khusus ini berarti:

(2,4)

Jika untuk gas balast gas udara atmosfer dengan kelembapan 50% digunakan, maka p _uap, g.b. = 13 mbar; dengan B/S = 0,10 - angka umum dalam praktik - dan p _total (tekanan pembuangan total) = 1330 mbar, toleransi uap air p _W,0 sebagai fungsi suhu pompa diwakili oleh kurva terendah dalam diagram Gambar 2.16. Kurva lainnya sesuai dengan pemompaan campuran uap air-udara, sehingga p _perm = p _air O), diindikasikan dengan simbol p_L dalam milibar. Dalam kasus ini, jumlah tekanan parsial uap air p_w yang lebih tinggi dapat dipompa seperti ditunjukkan dalam diagram. Angka untuk p _W,0 yang diberikan dalam katalog mengacu pada batas bawah dan berada di sisi yang aman.

Gambar 2.16 Tekanan parsial pw uap air yang dapat dipompa dengan katup ballast gas terbuka tanpa kondensasi di dalam pompa, sebagai fungsi suhu pompa untuk berbagai tekanan parsial pL udara. Kurva terendah sesuai dengan toleransi uap air pw,o dari pompa.

Menurut persamaan 2,4, peningkatan ballast gas B akan mengakibatkan peningkatan toleransi uap air p _W,0. Dalam praktiknya, peningkatan B, terutama dalam kasus pompa balast gas satu tahap, dibatasi oleh fakta bahwa vakum tertinggi yang dapat dicapai untuk pompa balast gas yang dioperasikan dengan katup balast gas terbuka menjadi lebih buruk saat balast gas B meningkat. Pertimbangan serupa juga berlaku untuk persamaan umum 2,3 untuk toleransi uap p _uap.

Pada awal proses pump down, pompa ballast gas harus selalu dioperasikan dengan katup balast gas terbuka. Dalam hampir semua kasus, lapisan tipis air akan ada di dinding bejana, yang hanya menguap secara bertahap. Untuk mencapai tekanan tertinggi yang rendah, katup ballast gas hanya boleh ditutup setelah uap dikeluarkan. Pompa Leybold umumnya menawarkan toleransi uap air antara 33 dan 66 mbar. Pompa dua tahap dapat menawarkan tingkat toleransi uap air lainnya yang sesuai dengan rasio kompresi di antara tahapnya - asalkan pompa tersebut memiliki ruang pemompaan dengan ukuran berbeda.

Gas lain sebagai ballast

Secara umum, udara atmosfer digunakan sebagai media ballast gas. Dalam kasus khusus, saat memompa gas eksplosif atau beracun, misalnya, gas permanen lainnya seperti gas mulia atau nitrogen, dapat digunakan.

Blog & Wiki Pump Types Vacuum Generation Vacuum Fundamentals