Bagaimana cara kerja pompa vakum jet uap?

Bagikan lewat

Pengantar pompa penggerak cairan

Terdapat perbedaan antara pompa ejektor seperti pompa jet air (17 mbar < p < 10¹³ mbar), pompa vakum ejektor uap (10 ^-3 mbar < p < 10 ^-1mbar) dan pompa difusi (p < 10 ^-3 mbar). Pompa vakum ejektor terutama digunakan untuk produksi vakum sedang. Pompa difusi menghasilkan vakum tinggi dan ultratinggi. Kedua tipe ini beroperasi dengan aliran cairan pompa yang bergerak cepat dalam bentuk uap atau cair (water jet serta uap air, oli, atau uap merkuri). Mekanisme pemompaan semua pompa penggerak cairan pada dasarnya sama. Molekul gas yang dipadatkan dikeluarkan dari bejana dan masuk ke dalam aliran cairan pompa yang mengembang setelah melewati nozel. Molekul aliran cairan pompa ditransfer melalui impuls benturan ke molekul gas di arah aliran. Dengan demikian, gas yang akan dipompa dipindahkan ke ruang dengan tekanan yang lebih tinggi.

Pada pompa penggerak cairan, tekanan uap yang sesuai muncul selama pengoperasian tergantung pada jenis cairan pompa dan suhu serta desain nozel. Dalam kasus pompa difusi oli, ini dapat mencapai 1 mbar di ruang mendidih. Tekanan cadangan dalam pompa harus cukup rendah untuk memungkinkan uap mengalir keluar. Untuk memastikan hal ini, pompa tersebut memerlukan pompa cadangan yang sesuai, sebagian besar jenis mekanis. Jet uap tidak dapat memasuki bejana karena mengembun pada dinding luar pompa yang didinginkan setelah dikeluarkan melalui nozel.

Prinsip kerja pompa penggerak cairan

Wolfgang Gaede adalah orang pertama yang menyadari bahwa gas pada tekanan yang relatif rendah dapat dipompa dengan bantuan aliran cairan pompa dengan tekanan yang lebih tinggi dan, oleh karena itu, molekul gas dari wilayah dengan tekanan total rendah bergerak ke wilayah dengan tekanan total tinggi. Keadaan paradoks ini terjadi karena aliran uap pada awalnya sepenuhnya bebas gas, sehingga gas dari wilayah dengan tekanan gas parsial yang lebih tinggi (bejana) dapat menyebar ke wilayah dengan tekanan gas parsial yang lebih rendah (aliran uap). Konsep dasar Gaede ini digunakan oleh Langmuir (1915) dalam konstruksi pompa difusi modern pertama. Pompa difusi pertama adalah pompa difusi merkuri yang terbuat dari kaca, kemudian dari logam. Pada tahun enam puluhan, merkuri sebagai media hampir sepenuhnya digantikan oleh minyak. Untuk mendapatkan kecepatan aliran uap setinggi mungkin, ia membiarkan aliran uap berasal dari nozel dengan kecepatan supersonik. Uap cairan pompa, yang membentuk jet uap, dikondensasikan di dinding rumahan pompa yang didinginkan, sedangkan gas yang diangkut dikompresi lebih lanjut, biasanya dalam satu atau beberapa tahap berikutnya, sebelum dikeluarkan oleh pompa cadangan. Rasio kompresi, yang dapat diperoleh dengan pompa penggerak cairan, sangat tinggi: jika ada tekanan 10 ^-9 mbar pada port inlet pompa penggerak cairan dan tekanan balik 10 ^-2 mbar, gas yang dipadatkan dikompresi dengan faktor 10⁷!

Jenis pompa penggerak cairan

Tekanan tertinggi pompa penggerak cairan dibatasi oleh nilai untuk tekanan parsial cairan yang digunakan pada suhu pengoperasian pompa. Dalam praktiknya, orang mencoba memperbaiki hal ini dengan memperkenalkan baffle atau perangkap dingin. Ini adalah "kondensor" antara pompa penggerak cairan dan ruang vakum, sehingga tekanan akhir yang dapat dicapai di ruang vakum sekarang hanya dibatasi oleh tekanan parsial cairan pada suhu baffle.
Berbagai jenis pompa penggerak cairan pada dasarnya dibedakan oleh densitas cairan pompa pada keluaran nozel atas yang menghadap sisi vakum tinggi pompa:

Kepadatan uap rendah: Pompa difusi termasuk pompa difusi oli dan pompa difusi merkuri
Kepadatan uap tinggi: Pompa jet uap termasuk pompa uap air, pompa jet uap oli, dan pompa jet uap merkuri
Pompa jet uap/difusi oli gabungan
Pompa jet air

Prinsip pengoperasian pompa ejektor uap oli

Tindakan pemompaan tahap ejektor uap dijelaskan dengan bantuan Gambar 2.46. Cairan pompa memasuki nozel (1), yang dibangun sebagai nozel Laval, di bawah tekanan tinggi p₁. Di sana, tekanan ini diperluas ke tekanan masuk p₂. Pada ekspansi ini, perubahan energi yang tiba-tiba disertai dengan peningkatan kecepatan. Akibatnya, jet uap cairan pompa yang dipercepat mengalir melalui area pencampur (3), yang terhubung ke bejana (4) yang sedang dievakuasi. Di sini molekul gas yang keluar dari bejana diseret bersama jet uap. Campuran, uap cairan pompa - gas, sekarang memasuki nozel diffuser yang dibangun sebagai nozel Venturi (2). Di sini, campuran uap dan gas dikompresi ke tekanan cadangan p₃ dengan penurunan kecepatan secara bersamaan. Uap cairan pompa kemudian dikondensasikan di dinding pompa, sedangkan gas yang terbawa dihilangkan oleh pompa cadangan.

Gambar 2,46 Pengoperasian pompa jet uap.

Nozzle (Laval)
Nozel diffusor (Venturi)
Ruang pencampuran
Sambungan ke ruang vakum

Pompa ejektor uap oli sangat cocok untuk memompa sejumlah besar gas atau uap dalam kisaran tekanan antara 1 dan 10 ^-3 mbar. Kepadatan aliran uap yang lebih tinggi di nozel memastikan bahwa difusi gas yang dipadatkan dalam aliran uap terjadi jauh lebih lambat daripada pada pompa difusi, sehingga hanya lapisan luar aliran uap yang ditembus oleh gas. Selain itu, permukaan di mana difusi terjadi jauh lebih kecil karena konstruksi khusus dari nozel. Oleh karena itu, kecepatan pemompaan spesifik pompa ejektor uap lebih kecil daripada kecepatan pemompaan difusi. Karena gas yang dipadatkan di sekitar jet di bawah tekanan inlet yang lebih tinggi secara signifikan memengaruhi jalur selang aliran, kondisi optimal hanya diperoleh pada tekanan inlet tertentu. Oleh karena itu, kecepatan pemompaan tidak tetap konstan terhadap tekanan masuk yang rendah. Sebagai konsekuensi dari kecepatan dan kepadatan aliran uap yang tinggi, pompa ejektor uap oli dapat mengangkut gas terhadap tekanan latar yang relatif tinggi. Tekanan latar belakang kritisnya adalah beberapa milibar. Pompa ejektor uap oli yang digunakan dalam teknologi vakum saat ini umumnya memiliki satu atau beberapa tahap difusi dan beberapa tahap ejektor selanjutnya. Sistem nozel booster terdiri dari dua tahap difusi dan dua tahap ejektor dalam kaskade (lihat Gbr. 2,47). Tahap difusi memberikan kecepatan pemompaan tinggi antara 10 ^-4 dan 10 ^-3 mbar (lihat Gbr. 2,48), tahap ejektor, throughput gas yang tinggi pada tekanan tinggi (lihat Gbr. 2,49) dan tekanan latar kritis tinggi. Ketidaksensitivitas terhadap debu dan uap yang terlarut dalam cairan pompa diperoleh dengan boiler yang luas dan reservoir cairan pompa yang besar. Jumlah besar kotoran dapat terkandung dalam boiler tanpa memburuknya karakteristik pemompaan.

Gambar 2,47 Diagram pompa semprotan oli (penguat).

Gambar 2,48 Kecepatan pemompaan dari berbagai pompa uap sebagai fungsi tekanan asupan terkait dengan kecepatan pemompaan nominal 1000 l/dtk. Akhir kisaran kerja pompa ejektor uap oli (A) dan pompa difusi (B)

Gbr. 2,49 kecepatan berbagai pompa uap (berasal dari Gbr. 2,48)

Pompa jet air dan ejektor uap

Termasuk dalam kelas pompa penggerak cairan bukan hanya pompa yang menggunakan uap yang mengalir cepat sebagai cairan pompa, tetapi juga pompa jet cair. Pompa vakum yang paling sederhana dan murah adalah pompa jet air. Seperti pada pompa uap (lihat Gbr. 2,46 atau 2,51), aliran cairan pertama-tama dilepaskan dari nozel dan kemudian, karena turbulensi, bercampur dengan gas yang dipadatkan di dalam ruang pencampuran. Terakhir, pergerakan campuran air dan gas diperlambat dalam tabung Venturi. Tekanan total akhir dalam wadah yang dipompa oleh pompa jet air ditentukan oleh tekanan uap air dan, misalnya, pada suhu air 59°F (15°C) adalah sekitar 17 mbar.

Gambar 2,46 Pengoperasian pompa jet uap.

Nozzle (Laval)
Nozel diffusor (Venturi)
Ruang pencampuran
Sambungan ke ruang vakum

Gambar 2,51 Representasi skematis pengoperasian pompa ejektor uap.

Saluran masuk uap
Nozel jet
Diffuser
Zona pencampuran
Sambungan ke ruang vakum

Pada dasarnya, kecepatan pemompaan yang lebih tinggi dan tekanan akhir yang lebih rendah dihasilkan oleh pompa ejektor uap. Bagian melalui satu tahap ditampilkan pada Gambar 2.51. Penandaan sesuai dengan yang ditunjukkan pada Gambar 2.46. Dalam praktiknya, beberapa tahap pemompaan biasanya dipasang dalam kaskade. Untuk pekerjaan laboratorium, kombinasi pompa dua tahap cocok dan terdiri dari tahap ejektor uap dan tahap jet air (pendukung), keduanya terbuat dari kaca. Tahap pendukung jet air memungkinkan pengoperasian tanpa pompa pendukung lainnya. Dengan bantuan aliran uap pada tekanan berlebih, ruang vakum dapat dievakuasi hingga tekanan tertinggi sekitar 3 mbar. Kondensat dari uap diarahkan keluar melalui aksesori saluran pembuangan. Tahap jet air pada pompa ini didinginkan dengan air untuk meningkatkan efisiensinya. Pompa ejektor uap sangat cocok untuk pekerjaan di laboratorium, terutama jika uap yang sangat agresif akan dipadatkan. Pompa ejektor uap, yang akan beroperasi pada tekanan beberapa milibar, terutama direkomendasikan untuk memompa peralatan distilasi laboratorium dan pabrik serupa ketika tekanan dari pompa jet air sederhana tidak cukup. Dalam kasus ini, penggunaan pompa putar tidak akan ekonomis.

Batasan pompa jet air

Meskipun biaya investasinya rendah, pompa jet air dan ejektor uap semakin sering digantikan di laboratorium oleh pompa diafragma karena masalah lingkungan saat menggunakan air sebagai cairan pompa. Pelarut yang masuk ke dalam air hanya dapat dihilangkan kembali melalui metode pembersihan yang rumit (distilasi).

Blog & Wiki Pump Types Vacuum Generation Vacuum Fundamentals