Pamumukpok na Walang Hangin: Uri, mga Paggamit, at Paano Ito Gumagana

Ang vacuum pump ay isang aparato na nag-aalis ng mga gas molecule mula sa isang sealed chamber o container, na nagpapabuo ng partial o complete vacuum. Ang mga vacuum pump ay malawakang ginagamit sa iba't ibang industriya at larangan ng pananaliksik, tulad ng aerospace, electronics, metallurgy, chemistry, medicine, at biotechnology. Maaari ring gamitin ang mga vacuum pump para sa mga aplikasyon tulad ng vacuum packaging, vacuum forming, vacuum coating, vacuum drying, at vacuum filtration.

Sa artikulong ito, ipaliwanag natin kung ano ang vacuum pumps, paano sila gumagana, ano ang kanilang pangunahing katangian at uri, at ano ang ilan sa kanilang karaniwang aplikasyon.

Ano ang Vacuum Pump?

Ang vacuum pump ay inilalarawan bilang isang aparato na bumababa sa presyon sa loob ng chamber o container sa pamamagitan ng pag-aalis ng mga gas molecule dito. Ang antas ng vacuum na nakuha ng vacuum pump ay depende sa maraming factor, tulad ng disenyo ng pump, ang uri ng gas na inipinump, ang volume ng chamber, ang temperatura ng gas, at ang leakage rate ng sistema.

Ang unang vacuum pump ay nilikha ni Otto von Guericke noong 1650. Ipinakita niya ang kanyang aparato sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang hemispheres na in-evacuate ng kanyang pump at pagkatapos ay pinagsama. Ipinakita niya na kahit ang mga team ng kabayo ay hindi makapaghihiwalay sa kanila dahil sa atmospheric pressure na nagsisilbing pwersa sa kanila. Pagkatapos, sina Robert Boyle at Robert Hooke ang naimprove ang disenyo ni Guericke at nag-conduct ng mga eksperimento sa mga katangian ng vacuum.

Ano ang mga Pangunahing Katangian ng Vacuum Pump?

May tatlong pangunahing katangian ang nagbibigay karakter sa vacuum pump:

• Exhaust pressure

• Degree of vacuum

• Pumping speed

Exhaust Pressure

Ang exhaust pressure ay ang pressure na sinusukat sa outlet ng pump. Ito ay maaaring magkapareho o mas mababa sa atmospheric pressure. May iba't ibang rating ang iba't ibang vacuum pump para sa iba't ibang exhaust pressure. Normal na, ang mga pump para sa paggawa ng mataas na vacuum ay may mababang exhaust pressure. Halimbawa, para sa paggawa ng napakataas na vacuum na 10-4 o 10-7 Torr (unit ng pressure), kinakailangan ng napakababang exhaust pressure ng pump.

Ilang high-vacuum pump ang nangangailangan ng backing pump upang mapanatili ang mababang exhaust pressure bago sila makapag-operate. Ang backing pump ay maaaring isa pang uri ng vacuum pump o compressor. Ang pressure na gawa ng backing pump ay tinatawag na backing pressure o forepressure.

Degree of Vacuum

Ang degree of vacuum ay ang minimum na pressure na maaaring gawin ng vacuum pump sa loob ng chamber o container. Kilala rin ito bilang ultimate pressure o base pressure. Teoretikal na, imposible itong lumikha ng absolute vacuum (zero pressure) sa loob ng chamber, ngunit praktikal na maaaring lumikha ng napakababang pressure na humigit-kumulang 10-13 Torr o mas mababa.

Ang degree of vacuum na nakuha ng vacuum pump ay depende sa maraming factor, tulad ng disenyo ng pump, ang uri ng gas na inipinump, ang volume ng chamber, ang temperatura ng gas, at ang leakage rate ng sistema.

Pumping Speed

Ang pumping speed ay inilalarawan bilang ang rate kung saan maaaring alisin ng pump ang mga gas molecule mula sa chamber o container sa isang binigay na pressure. Ito ay sinusukat sa unit ng volume per time, tulad ng liters per second (L/s), cubic feet per minute (CFM), o cubic meters per hour (m3/h). Ang pumping speed ay kilala rin bilang suction capacity o throughput.

Ang pumping speed ay depende sa maraming factor, tulad ng disenyo ng pump, ang uri ng gas na inipinump, ang pressure difference sa pagitan ng inlet at outlet ng pump, at ang conductance ng sistema.

Ano ang mga Uri ng Vacuum Pumps?

Maraming uri ng vacuum pump ang magagamit sa merkado. Maaari silang ikategorya sa dalawang pangunahing kategorya: positive displacement pumps at kinetic pumps.

Positive Displacement Pumps

Ang mga positive displacement pumps ay gumagana sa pamamagitan ng pag-trap ng fixed volume ng gas sa inlet at pagkatapos ay pag-compress nito sa mas mataas na pressure sa outlet. Maaari silang lumikha ng mababang hanggang medium na vacuum (hanggang 10-3 Torr). Ilang halimbawa ng positive displacement pumps ay:

• Rotary vane pumps

• Piston pumps

• Diaphragm pumps

• Screw pumps

• Scroll pumps

• Roots blowers

Rotary Vane Pumps

Ang mga rotary vane pumps ay isa sa mga pinaka-karaniwang uri ng positive displacement pumps.

Ito ay binubuo ng cylindrical rotor na may radial vanes na sumuslide pabalik-balik habang umiikot ang rotor sa loob ng stator. Ang mga vanes ay naghihiwalay sa espasyo sa pagitan ng rotor at stator sa mga chamber na nagbabago sa volume habang lumilipat mula inlet hanggang outlet. Habang ang chamber ay lumilipat mula inlet hanggang outlet, ito ay nag-trap ng gas sa mababang pressure at pagkatapos ay nag-compress nito sa mataas na pressure bago ito irelease sa outlet.

Maaaring maging oil-sealed o dry ang mga rotary vane pumps.

Ang mga oil-sealed rotary vane pumps ay gumagamit ng langis bilang lubricant at sealant sa pagitan ng vanes at stator. Tumutulong din ang langis upang paburan at alisin ang ilang gas molecule mula sa sistema. Ang mga dry rotary vane pumps naman ay hindi gumagamit ng langis ngunit umaasa sa iba pang materyales o coatings upang bawasan ang friction at wear sa pagitan ng vanes at stator.

Maaaring lumikha ng vacuum hanggang 10-3 Torr ang mga rotary vane pumps, na may pumping speeds na nasa range mula 0.5 hanggang 1000 L/s.

Piston Pumps

Ang mga piston pumps ay isa pang uri ng positive displacement pump na gumagamit ng isang o higit pang pistons upang i-compress ang gas sa loob ng cylinders. Ang mga pistons ay galaw-galaw sa loob ng cylinders na may valves sa parehong dulo upang kontrolin ang flow ng gas. Habang ang piston ay galaw pababa, ito ay nag-push ng gas palabas ng isang dulo ng cylinder habang nag-draw ng gas mula sa isa pang dulo sa pamamagitan ng inlet valve. Habang ito ay galaw pataas, ito ay nagsasara ng inlet valve habang binubuksan ang outlet valve upang irelease ang compressed gas.

Maaaring single-stage o multi-stage ang mga piston pumps. Ang mga single-stage piston pumps ay may isang cylinder lamang per piston, samantalang ang mga multi-stage piston pumps ay may dalawa o higit pang cylinders na konektado sa series per piston. Maaaring lumikha ng mas mataas na vacuum ang mga multi-stage piston pumps kaysa sa single-stage piston pumps sa pamamagitan ng pag-compress ng gas maraming beses bago ito irelease.

Maaaring lumikha ng vacuum hanggang 10-3 Torr ang mga piston pumps, na may pumping speeds na nasa range mula 1 hanggang 1000 L/s.

Diaphragm Pumps

Ang mga diaphragm pumps ay isa pang uri ng positive displacement pump na gumagamit ng flexible diaphragms upang i-compress ang gas sa loob ng chambers. Ang mga diaphragms ay nakakabit sa mga rod na galaw-galaw sa pamamagitan ng electric motor o eccentric cam. Habang ang diaphragm ay galaw pababa, ito ay nag-push ng gas palabas ng kanyang chamber sa pamamagitan ng outlet valve habang nag-draw ng gas mula sa isa pang chamber sa pamamagitan ng inlet valve. Habang ito ay galaw pataas, ito ay nagsasara ng outlet valve habang binubuksan ang inlet valve upang payagan ang flow ng gas.

Ang mga diaphragm pumps ay dry pumps na hindi gumagamit ng langis o iba pang fluids bilang lubricants o sealants. Ang mga ito ay angkop para sa pagpump ng corrosive, flammable, o sensitive gases na hindi dapat kontaminado ng langis. Maaari rin silang mag-operate sa anumang orientation nang hindi maapektuhan ang kanilang performance.

Maaaring lumikha ng vacuum hanggang 10-3 Torr ang mga diaphragm pumps, na may pumping speeds na nasa range mula 0.1 hanggang 100 L/s.

Screw Pumps

Ang mga screw pumps ay isa pang uri ng positive displacement pump na gumagamit ng dalawang intermeshing screws upang i-compress ang gas sa loob ng chambers. Ang mga screws ay umiikot sa opposite directions sa loob ng cylindrical housings na may inlet at outlet ports sa parehong dulo. Habang ang mga screws ay umiikot, sila ay nag-momove ng gas sa kanilang threads mula sa inlet hanggang sa outlet habang binabawasan ang volume at binabataas ang pressure nito.

Maaaring maging oil-sealed o dry ang mga screw pumps. Ang mga oil-sealed screw pumps ay gumagamit ng langis bilang lubricant at sealant sa pagitan ng screws at housings. Tumutulong din ang langis upang paburan at alisin ang ilang gas molecule mula sa sistema. Ang mga dry screw pumps naman ay hindi gumagamit ng langis ngunit umaasa sa iba pang materyales o coatings upang bawasan ang friction at wear sa pagitan ng screws at housings.

Maaaring lumikha ng vacuum hanggang 10