Vacuümpompen: Soorten, Toepassingen en Hoe Ze Werken

Een vacuümpomp is een apparaat dat gasmoleculen uit een afgesloten ruimte of container verwijdert, waardoor een gedeeltelijk of volledig vacuüm wordt gecreëerd. Vacuümpompen worden breed gebruikt in verschillende industrieën en onderzoeksgebieden, zoals luchtvaart, elektronica, metallurgie, chemie, geneeskunde en biotechnologie. Vacuümpompen kunnen ook worden gebruikt voor toepassingen zoals vacuümverpakking, vacuümvorming, vacuümcoating, vacuümdroging en vacuümfiltratie.

In dit artikel zullen we uitleggen wat vacuümpompen zijn, hoe ze werken, wat hun belangrijkste kenmerken en types zijn, en wat enkele van hun algemene toepassingen zijn.

Wat is een vacuümpomp?

Een vacuümpomp wordt gedefinieerd als een apparaat dat de druk binnen een ruimte of container vermindert door gasmoleculen te verwijderen. Het niveau van het vacuüm dat door een vacuümpomp wordt bereikt, hangt af van verschillende factoren, zoals het ontwerp van de pomp, het type gas dat wordt gepompt, het volume van de ruimte, de temperatuur van het gas en het lekagepercentage van het systeem.

De eerste vacuümpomp werd in 1650 uitgevonden door Otto von Guericke. Hij demonstreerde zijn apparaat door twee halve bollen te gebruiken die met zijn pomp werden geëvacueerd en daarna aan elkaar bevestigd. Hij toonde aan dat zelfs teams van paarden ze niet konden scheiden vanwege de atmosferische druk die op hen werkte. Later verbeterden Robert Boyle en Robert Hooke Guericke's ontwerp en voerden experimenten uit over de eigenschappen van het vacuüm.

Wat zijn de belangrijkste kenmerken van een vacuümpomp?

Er zijn drie hoofdkenmerken die een vacuümpomp karakteriseren:

• Uitlaatdruk

• Graad van vacuüm

• Pompsnelheid

Uitlaatdruk

Uitlaatdruk is de druk die bij de uitgang van de pomp wordt gemeten. Deze kan gelijk zijn aan of lager dan de atmosferische druk. Verschillende vacuümpompen hebben verschillende uitlaatdrukken. Normaal gesproken hebben pompen die een hoog vacuüm creëren, een lage uitlaatdruk. Bijvoorbeeld, om een zeer hoog vacuüm van 10-4 of 10-7 Torr (een eenheid van druk) te creëren, is een zeer lage uitlaatdruk van de pomp nodig.

Sommige hogevacuümpompen vereisen een backing pump om een lage uitlaatdruk te handhaven voordat ze kunnen werken. De backing pump kan een ander type vacuümpomp of een compressor zijn. De druk die door de backing pump wordt gecreëerd, wordt backing pressure of forepressure genoemd.

Graad van vacuüm

De graad van vacuüm is de minimale druk die door een vacuümpomp binnen een ruimte of container kan worden gecreëerd. Het wordt ook wel ultimate pressure of base pressure genoemd. Theoretisch is het onmogelijk om een absoluut vacuüm (nul druk) binnen een ruimte te creëren, maar praktisch gezien is het mogelijk om een zeer lage druk van ongeveer 10-13 Torr of lager te creëren.

De graad van vacuüm die door een vacuümpomp wordt bereikt, hangt af van verschillende factoren, zoals het ontwerp van de pomp, het type gas dat wordt gepompt, het volume van de ruimte, de temperatuur van het gas en het lekagepercentage van het systeem.

Pompsnelheid

Pompsnelheid wordt gedefinieerd als de snelheid waarmee een pomp gasmoleculen uit een ruimte of container kan verwijderen bij een bepaalde druk. Het wordt gemeten in eenheden van volume per tijd, zoals liters per seconde (L/s), kubieke voet per minuut (CFM) of kubieke meter per uur (m3/h). Pompsnelheid wordt ook wel zuigsnelheid of throughput genoemd.

Pompsnelheid hangt af van verschillende factoren, zoals het ontwerp van de pomp, het type gas dat wordt gepompt, het drukverschil tussen de in- en uitlaat van de pomp, en de doorvoerbaarheid van het systeem.

Wat zijn de soorten vacuümpompen?

Er zijn veel soorten vacuümpompen beschikbaar op de markt. Ze kunnen worden ingedeeld in twee hoofdcategorieën: positieve-displaceringpompen en kinetische pompen.

Positieve-displaceringpompen

Positieve-displaceringpompen werken door een vaste hoeveelheid gas bij de inlaat vast te houden en deze vervolgens te comprimeren tot een hogere druk bij de uitlaat. Ze kunnen lage tot middelmatige vacuums creëren (tot 10-3 Torr). Enkele voorbeelden van positieve-displaceringpompen zijn:

• Rotatievane-pompen

• Pistoonpompen

• Membranepompen

• Schroefpompen

• Scrollpompen

• Roots-blowers

Rotatievane-pompen

Rotatievane-pompen zijn een van de meest gebruikte types positieve-displaceringpompen.

Ze bestaan uit een cilindrische rotor met radiale vaneën die naar binnen en buiten schuiven terwijl de rotor roteert binnen een stator. De vaneën delen de ruimte tussen de rotor en stator in kamers die in volume veranderen naarmate ze van de inlaat naar de uitlaat bewegen. Als een kamer van de inlaat naar de uitlaat beweegt, vangt hij gas op lage druk en comprimeert het vervolgens tot hoge druk voordat het naar de uitlaat wordt vrijgegeven.

Rotatievane-pompen kunnen oliegeleid of droog zijn.

Oliegeleide rotatievane-pompen gebruiken olie als smeermiddel en verzegeling tussen de vaneën en de stator. De olie helpt ook om het systeem af te koelen en sommige gasmoleculen te verwijderen. Drogge rotatievane-pompen gebruiken geen olie, maar vertrouwen op andere materialen of coatings om wrijving en slijtage tussen de vaneën en de stator te verminderen.

Rotatievane-pompen kunnen vacuums tot 10-3 Torr creëren met pompsnelheden variërend van 0,5 tot 1000 L/s.

Pistoonpompen

Pistoonpompen zijn een ander type positieve-displaceringpomp dat één of meer pitten gebruikt om gas in cilinders te comprimeren. De pitten bewegen heen en weer in cilinders die kleppen aan beide einden hebben om de gasstroom te regelen. Wanneer een pit naar voren beweegt, duwt hij gas uit een eind van zijn cilinder terwijl hij gas door een inlaatklep inzuigt. Wanneer hij naar achteren beweegt, sluit hij zijn inlaatklep terwijl hij zijn uitlaatklep opent om het gecomprimeerde gas vrij te laten.

Pistoonpompen kunnen éénstaps of meervoudige zijn. Eénstappistoonpompen hebben slechts één cilinder per pit, terwijl meervoudige pistoonpompen twee of meer cilinders in serie per pit hebben. Meervoudige pistoonpompen kunnen hogere vacuums creëren door het gas meerdere keren te comprimeren voordat het wordt vrijgelaten.

Pistoonpompen kunnen vacuums tot 10-3 Torr creëren met pompsnelheden variërend van 1 tot 1000 L/s.

Membranepompen

Membranepompen zijn een ander type positieve-displaceringpomp dat flexibele membranen gebruikt om gas in kamers te comprimeren. De membranen zijn bevestigd aan stangen die heen en weer bewegen door een elektromotor of een excentrische nok. Wanneer een membraan naar voren beweegt, duwt het gas uit zijn kamer door een uitlaatklep terwijl het gas door een inlaatklep inzuigt. Wanneer het naar achteren beweegt, sluit het zijn uitlaatklep terwijl het zijn inlaatklep opent om de gasstroom toe te laten.

Membranepompen zijn droge pompen die geen olie of andere vloeistoffen gebruiken als smeermiddel of verzegeling. Ze zijn geschikt voor het pompen van corrosieve, brandbare of gevoelige gassen die niet door olie mogen worden besmet. Ze kunnen ook in elke oriëntatie werken zonder dat dit hun prestaties beïnvloedt.

Membranepompen kunnen vacuums tot 10-3 Torr creëren met pompsnelheden variërend van 0,1 tot 100 L/s.

Schroefpompen

Schroefpompen zijn een ander type positieve-displaceringpomp dat twee in elkaar grijpende schroeven gebruikt om gas in kamers te comprimeren. De schroeven draaien in tegengestelde richtingen in cilindrische behuizingen die inlaat- en uitlaatpoorten aan beide einden hebben. Terwijl de schroeven draaien, verplaatsen ze gas langs hun draad van de inlaat naar de uitlaat terwijl ze het volume verkleinen en de druk verhogen.

Schroefpompen kunnen oliegeleid of droog zijn. Oliegeleide schroefpompen gebruiken olie als smeermiddel en verzegeling tussen de schroeven en de behuizingen. De olie helpt ook om het systeem af te koelen en sommige gasmoleculen te verwijderen