Vakum pompalarının çalışma prensibi
Vakumun tanımı ve önemi:
Günlük kullanımda "vakum" havasız bir boşluğu, yani parçacıkların bulunmadığı bir boşluğu ifade eder. Bu terim Latince "boş" anlamına gelen vacuus sıfatından gelmektedir. Ve aslında teknik olarak tam bir vakum üretilemez ve insan bilgisine göre böyle bir vakum yoktur: Uzay boşluğu bile hafif ama kısmen dolu bir boşluktur.
DIN 28400-1 standardına göre, 300 mbar'ın altında bir basınca ulaşıldığında vakumdan söz edilir. Teknik olarak, atmosferik basınçtan çok daha düşük basınçtaki gaz durumları vakum olarak adlandırılır. Burada, artık basınca bağlı olarak çeşitli derecelerde bir ayrım vardır:
- Kaba vakum (300 ila 1 hPa)
- İnce vakum (1 ila 10-3 hPa)
- Yüksek vakum (10-3 ila 10-7 hPa) ve
- Ultra yüksek vakum (10-7 ila 10-12 hPa)
Vakumun farklı derecelerinin aralığı çok geniştir. "Vakumla paketlenmiş" yiyecekler kaba vakumun artık basıncına bile ulaşamazken, aksi takdirde yalnızca uzayda bulunan basınçlara, örneğin parçacık hızlandırıcılarında üretilen ultra yüksek vakumlara da ulaşılır.
Vakum pompaları çalışma prensibi tüm vakum pompa tipleri için aynıdır
Uygulamaya ve göreve bağlı olarak birçok farklı vakum pompası türü vardır. Bununla birlikte, sadece iki temel prensip vardır ve bu nedenle vakum pompaları aşağıdakilere ayrılır
- gaz transfer vakum pompaları
- ve gaz bağlayıcı vakum pompaları.
Tasarımlar böylece prensipte sıvıları işlemeye yarayan gerçek pompalardan ayrılır. Bu nedenle teknik açıdan bakıldığında vakum pompaları pompa değil aslında kompresördür.
Gaz transfer vakum pompaları, gazları partiküllere veya kapalı bir çalışma alanına aktarılan impulslar yoluyla iletir.
Gaz bağlayıcı vakum pompaları ise gaz moleküllerini kapalı bir bölmede taşır.
Her iki tasarım da bir hazneden mümkün olduğunca çok partikül çıkarmayı amaçlamaktadır. Sonuç, aşırı bir negatif basınçtır.
Ne tür vakum pompaları vardır?
Pozitif deplasmanlı pompalar, kapalı bir çalışma alanında, çalışma süreci boyunca boyutu değişen bir vakum üretir: Gazların alınması ve taşınması sırasında düşük basınç, dışarı atılması ve basınç değişimi sırasında yüksek basınç ortaya çıkar. Gaz, daha sonra kapatılan çalışma alanına girer. Bu süreçte sıkıştırılır ve ardından tekrar dışarı atılır. Vakum üretimi için pozitif deplasmanlı pompaların çeşitleri arasında döner pistonlu pompa ve döner kanatlı pompa bulunur. Diyaframlı pompa prensibi de vakum üretmek için kullanılır.
Moleküler pompalar, yuvarlak bir muhafaza içinde hızla dönen bir rotor diskinden, giriş olarak bir emme nozulundan ve çıkış olarak bir ön vakum nozulundan oluşur. Parçacıklar içeri alınırsa, rotor üzerinde adsorbe edilir ve desorbe edilir ve ön vakum nozulundan kaçarlar. Turbomoleküler pompalar (kısaca turbopompa olarak da adlandırılır) dönüşümlü olarak düzenlenmiş rotorlara ve statorlara sahiptir. Rotorlar dakikada 90.000 devire kadar hızlara ulaşır, böylece çok yüksek bir pompa kapasitesi elde edilebilir.
Kriyopompalar gaz yoğuşması için keskin bir şekilde soğutulmuş bir yüzey içerir ve bu nedenle yoğuşma pompaları olarak da adlandırılır. Soğutma için genellikle helyum kullanılır; bazı modellerde hidrojen veya nitrojen kullanılır.
Sorpsiyon pompalarında aktif karbon veya zeolit adı verilen maddeler kullanılır, böylece tahliye edilecek gaz pompanın iç yüzeyinde buharlaşır.
Buna karşın jet pompaları gazı bir nozül ile dışarı atar. İmpuls, taşınmaları için partiküllere aktarılır.
Sıvı halkalı vakum pompaları özel bir türdür: Bu tasarım da kondansatör prensibine göre çalışır. Bu isim, sıvı halkalı pompaların sadece bir vakum oluşturmaya değil, gazları bir vakum içine taşımaya da hizmet etmesinden gelmektedir.
Vakum pompaları için uygulama alanları
Düşük vakumdan yüksek vakuma ve ultra yüksek vakuma kadar, vakum pompaları üretim ve araştırmada çok çeşitli uygulamalar için kullanılmaktadır. Uygulama alanları bilimden, ilaç ve tıp teknolojisine, genel proses mühendisliğinden fotovoltaik modül ve mikroçip üretimine kadar uzanmaktadır.
Kullanımı doğal hale gelen birçok ürün vakumda sıkıştırma olmadan üretilemezdi ki bilgisayarlar ve akıllı telefonlar buna iyi birer örnektir. Ancak vakum teknolojisi günlük yaşamda bile önemlidir. Örneğin soğutma ve iklimlendirme teknolojisi için gereklidirler.
Genellikle bu uygulamalar için önemli olan, küçük parçacıkların üretim kalitesini bozmadığı mümkün olduğunca temiz bir alan oluşturmaktır. Mikroçipler son derece küçük yapılara sahip olduğundan yarı iletken üretiminde en ufak bir kirlenme bile ürünü kullanılamaz hale getirebilir. Bir elektron mikroskobunun test alanında, gaz molekülleri incelenen numuneyi etkileyecektir.
Basit bir vakum pompası kaba bir vakum oluşturmak için yeterli olsa da, daha aşırı negatif basınçlar için birkaç pompayı arka arkaya seri olarak yerleştirmek gerekir. Sıradaki ilk pompa olarak genellikle döner kanatlı bir pompa kullanılır ve ön vakum olarak adlandırılan bir vakum oluşturur. Böylece sonraki pompanın ki bu genellikle bir turbomoleküler pompadır, alandan daha az gaz molekülü taşıması gerekir.
Vakum pompaları günümüzde günlük yaşamın vazgeçilmezidir
İster günlük yaşamda ister bilimsel araştırmalarda olsun vakum pompaları birçok alanda vazgeçilmezdir. Mümkün olduğunca az sayıda rahatsız edici gaz molekülünün bulunduğu havasız bir alan yaratarak süreçleri daha güvenli, daha güvenilir ve verimli hale getirirler.
Bu makineler bilinen sıradan pompa olmadıklarından, piyasada vakum pompası alanında ihtisaslaşmış üreticiler bulunmaktadır.