Özgül Gazların Yüksek Vakumda Pompalanması
İçindekiler
- Basınç Azaltma
- Hacim Bölgesinde Basınç Azaltma
- Damıtma Bölgesinde Basınç Azaltma
- Hidrojen Bölgesinde Basınç Azaltma
- Süreç Gazı Pompalama
- Gaz Vardır - Gaz Vardır
Bir vakum işlemli pompalama sisteminin planlanması ve tasarlanması sadece pompalama hızının maksimize edilmesi kadar basit değildir. Karşılaşılan her somut gaz türünün pompalama performansının eşleştirilmesi maksimum pompalama performansını sağlayacaktır. Tüm vakum teknolojisi uygulayıcılarının ortak tek bir ihtiyacı vardır ve bu da bir noktada, bir haznenin basıncının, ortam havasına açıldıktan sonra, atmosferik aşağı düşürülmesi gerekmesidir. Bu ihtiyaç çoğunlukla dikkatsiz uygulayıcıyı basınç azaltma sürecinin tamamının hava pompalamadan ibaret olduğunu varsaymaya yöneltir. Bu kolay varsayım ise yakında bilgisiz olacak uygulayıcıyı "büyük" bir pompanın çıkabilecek her türlü pompalama sorununu çözeceği varsayımına yöneltebilir. Bu kadar basit değildir. Basınç azaltma sürecinin aslında sabit bir gaz - gaz orana sahip bir dizi gazın bir karışımı olan ve hava adı verilen bir gaz ile başladığını düşünün. Nispi nemde (rh) değişikliklerle büyük ölçüde değişen su buharı hariç. Örneğin oda sıcaklığında ve U rh bulunan 100 litre hava 1,4 ml suya sahipken, 0 rh bulunan aynı hacim 2,47 ml su içerecektir. Bu kayda değer bir dağılımdır ve basınç azaltma ve pompalama sistemi üzerinde bir etkisi olacaktır. Su buharı içeriğindeki değişiklikler vakum teknolojisinde özgül gaz pompalamayı hedefleme ihtiyacının sadece tek ama açıkça önemli bir örneğidir. Genel olarak konuyu iki temel alana ayırmak mümkündür: basınç azaltma ve süreç.
Basınç Azaltma
Basınç azaltma süreci, atmosferik basınçtan ultra yüksek vakuma kadar vakum aralığının tamamını kapsayan üç somut bölgeye ayrılabilir. Ayrıntılı bir vakumla ilgili süreç sadece tek bir bölge içindeki basınçlar gerektirebilir veya birden fazla bölge arasından geçilmesini gerektirebilir. Bu üç ayrı bölge, ortam veya atmosferik basınçtan başlayarak, hacim bölgesi, damıtma bölgesi ve hidrojen bölgesi.
Hacim Bölgesinde Basınç Azaltma
Hacim bölgesinde, pompalar hazne hacmini dolduran havanın veya özgül gazın üstesinden gelmelidir. Her ne kadar bu bölgedeki basınç azalması aslen pompanın hacim deplasmanının bir fonksiyonu olsa da, hazne içinde nemden kaynaklanan su buharı miktarı, sıcak pompa içerisindeki suyun buhar basıncı nedeniyle pompanın yoğunlaşmış suyla yüklenmesini ve pompanın nihai basıncını engellemesini önlemek için dikkate alınmalıdır. O durumda, suyu pompanın dışında tutmak için çoğunlukla kapan teknikleri gereklidir ama su buharı pompalama etkileri geniş ölçüde değişebilir.
Genel olarak, atmosferikten basıncı azaltmak için kullanılan pozitif deplasmanlı pompalar aslen pompalamanın başlamasıyla hacim gazlarının hepsi için aynı pompalama hızına sahiptirler, ama hacim bölgesi içerisinde hareketsizken kullanılabilecek ilave yüksek vakumlu pompalar gaz-gaz oranlarında değişikliklere neden olabilir. Çeşitli gazlar için pompalama hızındaki farklılıklar genellikle bu bölge içinden basınç azaltma sırasında bir sorun olmasa da, özel durumlarda önemli olabilen farklılıklar vardır ve bu nedenle yüksek vakumlu pompaların nispi hızları her zaman akılda tutulmalıdır.
Damıtma Bölgesinde Basınç Azaltma
10 torr’luk isteğe bağlı bir üst sınırda ayarlanmış damıtma bölgesinde, ayrık gazlara hakim olan özgül gaz, haznenin iç yüzeylerinden ayrışan su buharı ve nem emen madde kütlesi içinden difüzyondur. Her ne kadar su buharının pompalanması hacim bölgesinde çok sayıda endişeden sadece biri olsa da, basınç damıtma bölgesine girmek için yeterince düşürüldüğünde, vurgu yer değiştirir. Çoğu durumda, hacim bölgesini boydan boya geçmek için kullanılan hazırlama pompası nihai noktasına ulaşmış olacaktır, bu nedenle moleküler akış basıncı rejimi içinde çalışabilen yüksek vakumlu bir pompa kullanmak gereklidir. Yoğuşma sorun olmaktan çıkar, ama bir basınç azaltma döngüsünde ilk kez, tek bir gaz artık gazların yapısına hakim olur ve düşünme tarzımıza da hakim olması gerekir.
Bir basınç azaltma işlemi damıtma bölgesine girerken, su buharı çok yüksek bir hızda iç yüzeylerden ayrışmaktadır. İlk ayrışmadan sonra su buharının bir kısmı tekrar emileceği için, hazneden atmak için mümkün olduğu kadar çok uzağa pompalamak gereklidir. Bu nedenle, dikkatimizi satıcı teknik özelliklerinde genellikle belirtilen azot (N2) için pompalama hızı yerine, su buharı için pompalama hızına odaklamamız gereklidir. Bunun yanı sıra, başlangıçta pompalandıktan sonra su buharına ne olduğu hakkında düşünmeliyiz.
Örneğin, kriyojenik pompalar su buharı için son derece yüksek pompalama hızlarına sahiptirler, ama daha önemlisi, çok yüksek miktarlarda pompalanmış su buharını buz olarak tutma yeteneğine sahiptirler. Bir kriyojenik pompa pompalama düzeninden pompanın sıcak duvarına olan aralığı köprülemek ve bir ısıl kısa devreye neden olmak için yeterli buz oluşana kadar su buharı kabul etmeye devam edecektir.
Hacim bölgesi aracılığıyla bir basınç azaltımı büyük miktarda su buharının çıkarılmasını gerektirir. 100-litrelik bir hazne nispi nem fonksiyonu olarak ml suya eşdeğer bir sıvı içerecektir.
Tersine, turbo-moleküler, turbo/sürükleme ve moleküler sürükleme pompalarının amacı pompalanan gazların pompa aracılığıyla bir vakum hattı içine geçmesini ve burada da bir destek pompası ile tekrar pompalanarak atmosfere atılmasını sağlamaktır. Genel olarak, bu doğrudur, ama pratikte, pompaların içindeki geniş yüzey alanları su buharı için tekrar emilim bölgeleri sağlar. Pompa içinde ayrışan ve tekrar emilen su buharı teorik sıkıştırma oranını değiştirerek toplam pompalama hızında bir düşüşe neden olabilir. Birçok durumda, hazneye tekrar girmeye başlaması için yeterince sorbe edilmiş su buharı pompa içinde birikebilir.
Pompa türlerinin hiçbiri tüm koşullarda su buharının pompalanması için ideal sayılamaz, ama ne kadar su buharının pompalanması gerektiği ve sisteme nasıl devir yaptırılacağı hakkında düşünmek gereklidir. Önemli olan damıtma bölge içerisindeki özgül gaz yüküne odaklanmaktır.
Hidrojen Bölgesinde Basınç Azaltma
Su buharı yavaşça ayrıştırılır ve yaklaşık 1 x 10 torr değere pompalanırken, basınç azaltma işlemi hidrojen (H2) bölgesine girer. Bu noktada pompalama hususlarının su buharından H2’ye geçmesi gereklidir. Damıtma bölgesinde su buharı için tartışılan aynı tarz tek gaz fikri bu defa H2 için uygulanmalıdır. Birçok şekilde, daha da fazla sıkılık gereklidir, çünkü toplam basınç artık çok daha düşüktür ve pompalardan atılan daha az miktarlarda gaz (hafıza) daha da önemli hale gelir.
Karşılaşılan H2 kaynakları, miktarları ve oranları sistemden sisteme büyük ölçüde değişecektir, bu nedenle her sistem sistemin kendisi ve hedef nihai basınç açısından çok dikkatli analiz gerektirir. Her ne kadar genel bir pompalama tavsiyesi vermek mümkün olmasa da, kriyojenik pompalar sınırlı bir H2 kapasitesine sahiptir ve turbo-moleküler ve moleküler sürükleme pompaları H2 için sınırlı bir sıkıştırma oranına ve sonrasında pompalama hızına sahiptirler. Ek gaz giderici pompalar her iki durumda da bir H2 pompalama hızı ve alı koyma güçlendiricisi olarak pratik bir çözüm olabilir.
Süreç Gazı Pompalama
Süreç söz konusu olduğunda çoğunlukla özgül gaz pompalamaya ilk basınç azaltımından bile daha fazla odaklanmak gereklidir. Günümüz vakum uygulamalarının çoğu, ilk basınç azaltımından sonra istatistiksel veya dinamik olarak başlatılan aşındırıcı, zehirleyici ve hatta öldürücü gazlar gerektirmektedir. Açıkçası, bu gazlar son derece dikkatli pompalama hususları gerektirirler. Diğer yaygın uygulamalar daha basittir. Örneğin püskürtme uygulamalarında, Argon (Ar) ve/veya reaktif gazlar süreç sırasında dinamik olarak başlatılırlar. Haznenin basıncını başarılı bir şekilde azaltan bir pompalama sistemi süreç gazlarını halledemeyebilir. Bu tür uygulamalarda özgül gaz pompalama işlemi hem basınç azaltma hem de süreç gazı pompalanmasına odaklanmalıdır.
Diğer uygulama türlerinde, süreç sırasında kirletici gazlar salınabilir. Buharlaşma tekneleri gibi iç kaynaklardan elde edilen ısıl ışıma ile su buharı iç yüzeylerden geri çıkartılabilir. Plazma süreçleri de iyon temizleme ile su buharı ayrışmasına neden olabilir. Su buharı bir süreç öldürücü olabildiğinden, su buharı yükündeki artışla baş etmek için yeterli pompalama kapasitesi sağlamak önemlidir. Bu sorunlar, süreç başlangıcından önce damıtma bölgesi aracılığıyla sistem basıncı azaltılsa bile ortaya çıkabilir. Vakum fırını uygulamaları, ısıl ışımadan elde edilen hazne duvarı ayrıştırma kaynaklarına ek olarak iş yükünden veya ısıtma düzenlerinden büyük miktarda su buharı salınmasını sağlayabilir. Bu uygulama beklenmeyen gaz yüklerine de iyi bir örnektir, çünkü çoğu metal ısınma ile atılabilen büyük miktarlarda çözünmüş H2 içerirler. Bu durumda, lehimlenen ötetikler eridikçe, çok büyük miktarda H2 atılabilir.
Gaz Vardır - Gaz Vardır
Bir basınç azaltma ve sonrasındaki süreç içinde karşılaşılan çeşitli gazların hepsine dikkat edilmesi başarılı bir sistem veya süreç tasarımı ile nispi başarısızlık arasındaki farkı yaratabilir. Adım adım ele almak ve özgül gazlar açısından süreci değerlendirmek pompa ve pompalama yöntemi (yöntemleri) seçimini basitleştirir.