Vakum Pompa: Türleri Uygulamaları ve Çalışma Prensipleri

Bir vakum pompa, bir kap veya konteynırın içindeki gaz moleküllerini çıkarmak için kullanılan ve kısmi veya tam bir vakumu yaratan cihazdır. Vakum pompaları, havacılık, elektronik, metalurji, kimya, tıp ve biyoteknoloji gibi çeşitli endüstri ve araştırma alanlarında yaygın olarak kullanılır. Vakum pompaları ayrıca vakum ambalajlama, vakum form oluşturma, vakum kaplama, vakum kurutma ve vakum filtreleme gibi uygulamalar için de kullanılabilir.

Bu makalede, vakum pompaların ne olduğunu, nasıl çalıştığını, ana özelliklerini ve tiplerini, bazı yaygın uygulamalarını açıklayacağız.

Vakum Pompa Nedir?

Vakum pompa, bir odanın veya konteynırın içindeki basınçtan gaz moleküllerini çıkararak bu odada veya konteynırda vakum oluşturabilen bir cihaz olarak tanımlanır. Bir vakum pompa tarafından elde edilen vakum derecesi, pompanın tasarımı, pompalanan gaz türü, odanın hacmi, gazın sıcaklığı ve sistemin sızıntı hızı gibi birçok faktöre bağlıdır.

İlk vakum pompa, Otto von Guericke tarafından 1650 yılında icat edilmiştir. Cihazını, pompa ile boşaltılan iki yarımküre kullanarak göstermiştir. At atmosfer basıncına karşı bile iki yarımküreyi birbirinden ayıramadığını göstermiştir. Daha sonra Robert Boyle ve Robert Hooke, Guericke'nin tasarımını geliştirdi ve vakumun özelliklerine dair deneyler yaptılar.

Vakum Pompasının Ana Özellikleri Nelerdir?

Vakum pompasını karakterize eden üç ana özelliktir:

• Sıvışma basıncı

• Vakum derecesi

• Pompa hızı

Sıvışma Basıncı

Sıvışma basıncı, pompanın çıkış noktasında ölçülen basıncıdır. Bu basınc, atmosfer basıncına eşit veya daha düşük olabilir. Farklı vakum pompaları, farklı sıvışma basıncı değerlerine sahiptir. Genellikle, yüksek vakum yaratan pompalar düşük sıvışma basıncına sahiptir. Örneğin, 10^-4 veya 10^-7 Torr (basınç birimi) kadar çok yüksek bir vakum yaratmak için, pompanın çok düşük bir sıvışma basıncı gereklidir.

Bazı yüksek vakum pompaları, işletilebilmesi için önce düşük bir sıvışma basıncını koruyacak bir destek pompa gerektirir. Destek pompa, başka bir tip vakum pompa veya kompresör olabilir. Destek pompa tarafından yaratılan basınc, destek basıncı veya ön basıncı olarak adlandırılır.

Vakum Derecesi

Vakum derecesi, bir vakum pompa tarafından bir odanın veya konteynırın içinde yaratılabilen minimum basıncıdır. Ayrıca nihai basıncı veya temel basıncı olarak da bilinir. Teorik olarak, bir odanın içinde mutlak bir vakum (sıfır basınç) yaratılması mümkün değildir, ancak pratikte yaklaşık 10^-13 Torr veya daha düşük bir basınç yaratılabilir.

Bir vakum pompa tarafından elde edilen vakum derecesi, pompanın tasarımı, pompalanan gaz türü, odanın hacmi, gazın sıcaklığı ve sistemin sızıntı hızı gibi birçok faktöre bağlıdır.

Pompa Hızı

Pompa hızı, bir pompanın belirli bir basınc altında bir odanın veya konteynırın içinden gaz moleküllerini ne kadar hızlı çıkarabileceğini ifade eder. Bu hız, litre/saniye (L/s), kubik ayak/dakika (CFM) veya kubik metre/saat (m^3/h) gibi birimlerle ölçülür. Pompa hızı aynı zamanda emme kapasitesi veya verim olarak da bilinir.

Pompa hızı, pompanın tasarımı, pompalanan gaz türü, pompanın giriş ve çıkış arasındaki basınç farkı ve sistemin iletkenliği gibi birçok faktöre bağlıdır.

Vakum Pompaların Tipleri Nelerdir?

Piyasadaki birçok tür vakum pompa bulunmaktadır. Bunlar, pozitif yer değiştirme pompaları ve kinetik pompalar olmak üzere iki ana kategoriye ayrılabilir.

Pozitif Yer Değiştirme Pompaları

Pozitif yer değiştirme pompalar, girişi olan sabit bir hacim gazı yakalayarak ve ardından çıkışta daha yüksek bir basıncı sıkıştırarak çalışırlar. Düşük ila orta vakumları (10^-3 Torr'a kadar) yaratabilirler. Bazı örnek pozitif yer değiştirme pompalar şunlardır:

• Döner vane pompaları

• Piston pompaları

• Membran pompaları

• Screw pompaları

• Kaydırma pompaları

• Roots blowers

Döner Vane Pompaları

Döner vane pompalar, en yaygın pozitif yer değiştirme pompalarından biridir.

Döner vane pompalar, bir stator içinde dönen silindirik bir rotordan ve radial kanatlarından oluşur. Kanatlar, rotordan statora doğru hareket ederken girinti ve çıkıntılara kayar. Kanatlar, rotor ve stator arasındaki alanı, girişten çıkışı geçerken hacim değiştiren odalara böler. Bir oda, girişten çıkışı geçerken düşük basınçta gazı yakalar, ardından onu yüksek basıca sıkıştırır ve çıkışa salınır.

Döner vane pompalar ya yağlı ya da kurutulmuş olabilir.

Yağlı döner vane pompalar, kanatlar ve stator arasındaki sürtünmeyi azaltmak ve gaz moleküllerini sistemden uzaklaştırmak için yağ kullanır. Kurutulmuş döner vane pompalar ise yağ yerine diğer malzemeler veya kaplamalar kullanarak kanatlar ve stator arasındaki sürtünmeyi ve aşınmayı azaltır.

Döner vane pompalar, 0.5 ila 1000 L/s arasında değişen pompalama hızlarıyla 10^-3 Torr'lık vakumları yaratabilir.

Piston Pompaları

Piston pompalar, bir veya daha fazla pistondan oluşan başka bir tür pozitif yer değiştirme pompasıdır. Pistonlar, gazı silindirler içinde sıkıştırmak için ileri ve geri hareket eder. Pistonlar, gaz akışını kontrol etmek için her iki ucunda vanalar olan silindirler içinde hareket eder. Bir piston ileri doğru hareket ederken, bir ucundan gazı dışarı iterek diğer ucundan giriş vanası aracılığıyla gazı çeker. Geri doğru hareket ederken, giriş vanasını kapatırken çıkış vanasını açarak sıkıştırılmış gazı salınır.

Piston pompalar tek aşamalı veya çok aşamalı olabilir. Tek aşamalı piston pompalar, her piston başına sadece bir silindire sahiptir, ancak çok aşamalı piston pompalar, her piston başına seride bağlanan iki veya daha fazla silindire sahiptir. Çok aşamalı piston pompalar, gazı salınmadan önce birden fazla kez sıkıştırarak daha yüksek vakumlar yaratabilir.

Piston pompalar, 1 ila 1000 L/s arasında değişen pompalama hızlarıyla 10^-3 Torr'lık vakumları yaratabilir.

Membran Pompaları

Membran pompalar, esnek membranları kullanarak gazı odalarda sıkıştıran başka bir tür pozitif yer değiştirme pompasıdır. Membranlar, bir elektrik motoru veya merkezi cam tarafından geri ve ileri hareket ettirilen çubuklara monte edilir. Bir membran ileri doğru hareket ederken, çıkış vanası aracılığıyla gazı odaya iterken, giriş vanası aracılığıyla başka bir odaya gaz çeker. Geri doğru hareket ederken, çıkış vanasını kapatırken giriş vanasını açarak gaz akışını sağlar.

Membran pompalar, yağ veya diğer sıvıları sürtünme veya mühürleme için kullanmayan kurutulmuş pompalardır. Koruyucu, yanıcı veya hassas gazları yağ ile kontamine edilemez. Herhangi bir yönde çalışabilirler ve performanslarına etki etmez.

Membran pompalar, 0.1 ila 100 L/s arasında değişen pompalama hızlarıyla 10^-3 Torr'lık vakumları yaratabilir.

Screw Pompaları

Screw pompalar, iki birleşik screw kullanarak gazı odalarda sıkıştıran başka bir tür pozitif yer değiştirme pompasıdır. Screw'lar, giriş ve çıkış portlarına sahip her iki uçta bulunan silindirik koniler içinde zıt yönlerde döner. Screw'lar dönerken, gazı thread'ler boyunca girişten çıkışı taşır, hacmini azaltır ve basıncını artırır.

Screw pompalar ya yağlı ya da kurutulmuş olabilir. Yağlı screw pompalar, screw'lar ve koniler arasındaki sürtünmeyi azaltmak ve gaz moleküllerini sistemden uzaklaştırmak için yağ kullanır. Kurutulmuş screw pompalar ise yağ yerine diğer malzemeler veya kaplamalar kullanarak screw'lar ve koniler arasındaki sürtünmeyi ve aşınmayı azaltır.

Screw pompalar, 10 ila 1000 L/s arasında değişen pompalama hızlarıyla 10^-3 Torr'lık vakumları yaratabilir.

Kaydırma Pompaları

Kaydırma pompalar, iki spiral şekilli scroll kullanarak gazı odalarda sıkıştıran başka bir tür pozitif yer değiştirme pompasıdır. Bir scroll sabitken, diğeri scroll, orbiting hareket eder, girişten çıkışı geçerken hacim değiştiren hilal şeklindeki odalar oluşturur. Bir oda, girişten çıkışı geçerken düşük basınçta gazı yakalar, ardından onu yüksek basıca sıkıştırır ve çıkışa salınır.

Kaydırma pompalar, yağ veya diğer sıvıları sürtünme veya mühürleme için kullanmayan kurutulmuş pompalardır. Koruyucu, yanıcı veya hassas gazları yağ ile kontamine edilemez. Herhangi bir yönde çalışabilirler ve performanslarına etki etmez.

Kaydırma pompalar, 1 ila 100 L/s arasında değişen pompalama hızlarıyla 10^-3 Torr'lık vakumları yaratab