Cara memilih ukuran pompa - evakuasi sistem vakum

Bagikan lewat

Pada dasarnya, ada dua pertanyaan terpisah tentang ukuran sistem vakum:

Berapa kecepatan pemompaan efektif yang harus dipertahankan oleh pengaturan pompa untuk mengurangi tekanan dalam bejana tertentu selama waktu tertentu ke nilai yang diinginkan?
Berapa kecepatan pemompaan yang efektif yang harus dicapai oleh pengaturan pompa selama proses vakum agar gas dan uap yang dilepaskan ke dalam bejana dapat dipompa dengan cepat sementara tekanan tertentu (tekanan pengoperasian) di dalam bejana dipertahankan dan tidak terlampaui?

Selama prosedur pemompaan proses tertentu (misalnya pengeringan dan pemanasan), uap dihasilkan yang semula tidak ada di ruang vakum, sehingga muncul pertanyaan ketiga:
Berapa kecepatan pemompaan efektif yang harus dicapai oleh pengaturan pompa agar proses dapat diselesaikan dalam waktu tertentu?

Kecepatan pemompaan efektif dari pengaturan pompa dipahami sebagai kecepatan pemompaan aktual dari seluruh pengaturan pompa yang berlaku di bejana. Kecepatan pemompaan nominal pompa kemudian dapat ditentukan dari kecepatan pemompaan efektif jika resistansi aliran (konduktansi) baffle, perangkap dingin, filter, katup, dan tubulasi yang dipasang antara pompa dan bejana diketahui (lihat halaman tentang konduktivitas ). Dalam penentuan kecepatan pemompaan nominal yang diperlukan, lebih lanjut diasumsikan bahwa sistem vakum kedap udara; oleh karena itu, laju kebocoran harus sedemikian kecil sehingga gas yang mengalir masuk dari luar segera dihilangkan oleh pengaturan pompa yang tersambung dan tekanan di bejana tidak berubah (untuk rincian lebih lanjut, lihat Deteksi kebocoran ). Pertanyaan yang tercantum di atas di bawah 1., 2. dan 3. adalah karakteristik untuk tiga latihan paling penting dalam teknologi vakum

Pengosongan bejana untuk mencapai tekanan yang ditentukan.
Memompa jumlah gas dan uap yang terus berkembang pada tekanan tertentu.
Memompa gas dan uap yang dihasilkan selama proses dengan variasi suhu dan tekanan.

Pengevakuasian awal ruang vakum dipengaruhi di wilayah vakum sedang, tinggi, dan ultratinggi oleh jumlah gas yang terus berkembang, karena di wilayah ini kebocoran gas dan uap dari dinding bejana sangat signifikan sehingga hanya dimensi dan tata letak sistem vakum yang ditentukan.

Pengosongan ruang vakum (tanpa sumber gas atau uap tambahan)

Karena faktor-faktor yang dijelaskan di atas, penilaian waktu pemompaan harus pada dasarnya berbeda untuk evakuasi wadah di wilayah vakum kasar dari evakuasi di wilayah vakum sedang dan tinggi.

Pengosongan ruang di area vakum kasar

Dalam hal ini, kecepatan pemompaan efektif yang dibutuhkan S _eff, dari rakitan pompa vakum hanya bergantung pada tekanan yang dibutuhkan p, volume V wadah, dan waktu pemompaan t.

Dengan kecepatan pemompaan konstan S _eff dan dengan asumsi bahwa ujung tekanan akhir p _{yang dapat} dicapai dengan pengaturan pompa sedemikian rupa sehingga ujung p << p, penurunan dengan waktu tekanan p(t) dalam ruang diberikan oleh persamaan:

(2,32)

Mulai dari 1013 mbar pada waktu t = 0, kecepatan pemompaan efektif dihitung tergantung pada waktu pemompaan turun t dari persamaan (2,32) sebagai berikut:

(2.33a)

(2.33b)

(2,34)

Memperkenalkan faktor tanpa dimensi

(2.34a)

ke dalam persamaan (2,34), hubungan antara kecepatan pemompaan efektif Seff, dan waktu pemompaan t diberikan oleh

(2,35)

Rasio V/Seff umumnya ditetapkan sebagai konstanta waktu τ. Oleh karena itu, waktu pemompaan ruang vakum dari tekanan atmosfer ke tekanan p diberikan oleh:

(2,36)

Ketergantungan faktor dari tekanan yang diinginkan ditampilkan pada Gambar 2.75. Perlu dicatat bahwa kecepatan pompa vana putar satu tahap dan pompa piston putar berkurang di bawah 10 mbar dengan balast gas dan di bawah 1 mbar tanpa balast gas. Perilaku dasar ini berbeda untuk pompa dengan berbagai ukuran dan jenis tetapi tidak boleh diabaikan dalam menentukan ketergantungan waktu pemompaan pada ukuran pompa. Perlu dicatat bahwa persamaan (2,32 hingga 2,36) serta Gambar 2,75 hanya berlaku ketika tekanan tertinggi yang diperoleh dengan pompa yang digunakan adalah beberapa urutan lebih rendah dari tekanan yang diinginkan.

Gambar 2,75 Ketergantungan faktor tanpa dimensi s untuk penghitungan waktu pumpdown t menurut persamaan 2.36. Garis putus berlaku untuk pompa satu tahap di mana kecepatan pemompaan menurun di bawah 10 mbar.

Contoh: Ruang vakum dengan volume 500 l harus dipompa ke 1 mbar dalam waktu 10 menit. Berapa kecepatan pemompaan efektif yang diperlukan?
500 l = 0,5 m³; 10 menit = 1/6 jam
Menurut persamaan (2,34) berikut ini:

Untuk contoh yang diberikan di atas, baca nilai 7 dari garis lurus di Gambar 2.75. Namun, dari garis putus-putus, nilai 8 dibaca. Menurut persamaan (2,35) diperoleh sebagai berikut:

dengan mempertimbangkan fakta bahwa kecepatan pompa berkurang di bawah 10 mbar. Oleh karena itu, kecepatan pemompaan efektif yang diperlukan adalah sekitar 24 m³ /jam.

Pengosongan ruang di area vakum tinggi

Secara signifikan lebih sulit untuk memberikan formula umum untuk digunakan di wilayah vakum tinggi. Karena waktu pemompaan untuk mencapai tekanan vakum tinggi tertentu sangat bergantung pada evolusi gas dari permukaan dalam ruang, kondisi dan pra-pengolahan permukaan ini sangat penting dalam teknologi vakum. Dalam kondisi apa pun, bahan yang digunakan tidak boleh menunjukkan area berpori atau - terutama terkait baking-out - mengandung rongga; permukaan dalam harus sehalus mungkin (permukaan sejati = permukaan geometris) dan dibersihkan secara menyeluruh (dan dibersihkan dari gemuk). Perkembangan gas sangat bervariasi dengan pilihan material dan kondisi permukaan. Data yang berguna dikumpulkan dalam Tabel X.

Tabel X Laju pengeluaran gas dari bahan dalam mbar · l · s-1 · cm-2

Perkembangan gas hanya dapat ditentukan secara eksperimental dari kasus ke kasus dengan metode peningkatan tekanan: sistem dikosongkan sebaik mungkin, dan terakhir pompa dan ruang diisolasi oleh katup. Sekarang waktu diukur agar tekanan di dalam ruang (volume V) meningkat sejumlah tertentu, misalnya, daya 10. Jumlah gas Q yang muncul per satuan waktu dihitung dari:

(2,37)

(Δp = peningkatan tekanan terukur)

Jumlah gas Q terdiri dari jumlah semua perkembangan gas dan semua kebocoran yang mungkin ada. Apakah akibat perkembangan gas atau kebocoran dapat ditentukan dengan metode berikut:

Jumlah gas yang timbul dari perkembangan gas harus berkurang seiring waktu, jumlah gas yang masuk ke sistem dari kebocoran tetap konstan seiring waktu. Secara eksperimental, perbedaan ini tidak selalu mudah dilakukan, karena sering kali diperlukan waktu yang lama - dengan evolusi gas murni - sebelum kurva tekanan-waktu yang diukur mendekati nilai akhir yang konstan (atau hampir konstan); sehingga awal kurva ini mengikuti garis lurus untuk waktu yang lama dan dengan demikian mensimulasikan kebocoran (lihat Deteksi Kebocoran ).

Jika evolusi gas Q dan ujung p _tekanan yang diperlukan diketahui, mudah untuk menentukan kecepatan pemompaan efektif yang diperlukan:

(2,38)

Contoh: Ruang vakum sebesar 500 l mungkin memiliki luas permukaan total (termasuk semua sistem) sekitar 5 m². Perkembangan gas yang stabil sebesar 2 · 10 ^-4 mbar · l/s diasumsikan per m²luas permukaan. Ini adalah tingkat yang diharapkan ketika katup atau rotary feedthrough, misalnya, tersambung ke ruang vakum. Untuk mempertahankan tekanan 1 · 10 ^-5 mbar dalam sistem, pompa harus memiliki kecepatan pompa

Kecepatan pemompaan 100 l/dtk saja diperlukan untuk terus memompa keluar jumlah gas yang mengalir masuk melalui kebocoran atau berkembang dari dinding ruang. Di sini proses evakuasi mirip dengan contoh yang diberikan di bagian vakum kasar di atas. Namun, dalam kasus pompa difusi, proses pemompaan tidak dimulai pada tekanan atmosfer, tetapi pada tekanan vakum awal pV. Kemudian persamaan (2,34) diubah menjadi:

Pada tekanan latar p_V = 2 · 10 ^-3 mbar "kompresi" K dalam contoh kita adalah:

Untuk mencapai tekanan tertinggi 1 · 10 ^-5 mbar dalam waktu 5 menit setelah mulai memompa dengan pompa difusi, kecepatan pemompaan efektif adalah

diperlukan. Ini jauh lebih rendah dibandingkan dengan kecepatan pemompaan efektif yang diperlukan untuk mempertahankan tekanan akhir. Waktu pumpdown dan vakum tertinggi dalam kisaran vakum tinggi dan ultra-tinggi sebagian besar tergantung pada laju evolusi gas dan laju kebocoran.

Pengosongan ruang di wilayah vakum sedang

Di area vakum kasar, volume bejana menentukan waktu yang dibutuhkan dalam proses pemompaan. Namun, di daerah vakum tinggi dan ultratinggi, evolusi gas dari dinding memainkan peran penting. Dalam wilayah vakum sedang, proses pemompaan dipengaruhi oleh kedua kuantitas tersebut. Selain itu, di wilayah vakum menengah, terutama dengan pompa rotary, tekanan tertinggi yang dapat dicapai tidak lagi diabaikan. Jika jumlah gas yang memasuki ruang diketahui berada pada laju Q (dalam milibar liter per detik) dari evolusi gas dari dinding dan kebocoran, persamaan diferensial (2,32) untuk proses pemompaan menjadi

(2,39)

Integrasi persamaan ini menyebabkan

(2,40)

di mana
p₀ adalah tekanan pada awal proses pemompaan
p adalah tekanan yang diinginkan

Berbeda dengan persamaan 2.33b, persamaan ini tidak memungkinkan solusi yang pasti untuk Seff, oleh karena itu, kecepatan pemompaan efektif untuk evolusi gas yang diketahui tidak dapat ditentukan dari kurva waktu-tekanan tanpa informasi lebih lanjut.

Oleh karena itu, dalam praktiknya, metode berikut akan menentukan pompa dengan kecepatan pemompaan yang cukup tinggi:
a) Kecepatan pemompaan dihitung dari persamaan 2,34 sebagai hasil dari volume ruang tanpa evolusi gas dan waktu pemompaan yang diinginkan.
b) Kualifikasi laju evolusi gas dan kecepatan pemompaan ini ditemukan. Koefisien ini harus lebih kecil dari tekanan yang diperlukan; untuk keselamatan, harus sekitar sepuluh kali lebih rendah. Jika kondisi ini tidak terpenuhi, pompa dengan kecepatan pompa yang lebih tinggi harus dipilih.

Blog & Wiki Choosing a pump Vacuum Generation Vacuum Fundamentals