Beste antwoord
Grondbeginselen van vacuüm
Voor een diepere kijk op vacuümsystemen leest u “Vacuüm aan het werk zetten”, “Haal energiebesparingen uit pneumatische systemen” ” Omgaan met vacuümontwerp “en” Ontwerpen met vacuüm en zuignappen. “
Door lucht uit een gesloten volume te verwijderen ontstaat een drukverschil tussen het volume en de omringende atmosfeer. Als dit gesloten volume wordt gebonden door het oppervlak van een vacuümbeker en een werkstuk, zal atmosferische druk de twee objecten tegen elkaar drukken. De hoeveelheid houdkracht hangt af van het oppervlak dat door de twee objecten wordt gedeeld en het vacuümniveau. In een industrieel vacuümsysteem verwijdert een vacuümpomp of generator lucht uit een systeem om een drukverschil te creëren.
Omdat het vrijwel onmogelijk is om alle luchtmoleculen uit een container te verwijderen, kan geen perfect vacuüm worden bereikt. Naarmate er meer lucht wordt verwijderd, neemt het drukverschil natuurlijk toe en wordt de potentiële vacuümkracht groter.
Het vacuümniveau wordt bepaald door het drukverschil tussen het geëvacueerde volume en de omringende atmosfeer. Er kunnen verschillende maateenheden worden gebruikt. De meeste verwijzen naar de hoogte van een kolom met kwik – meestal inches kwik (in.-Hg) of millimeters kwik (mm-Hg). De gebruikelijke metrische eenheid voor vacuümmeting is de millibar of mbar. Andere drukeenheden die soms worden gebruikt om vacuüm uit te drukken, zijn onder meer de onderling gerelateerde eenheden van atmosferen, torr en micron. Een standaardatmosfeer is gelijk aan 14,7 psi (29,92 inch-Hg). Elke fractie van een atmosfeer is een gedeeltelijk vacuüm en komt overeen met een negatieve overdruk. Een torr wordt gedefinieerd als 1/760 van een atmosfeer en kan ook worden beschouwd als 1 mm-Hg, waarbij 760 mm-Hg gelijk is aan 29,92 in.-Hg. Nog kleiner is de micron, gedefinieerd als 0,001 torr. Deze apparaten worden echter het meest gebruikt bij bijna perfecte stofzuigers, meestal onder laboratoriumomstandigheden, en zelden bij toepassingen met vloeistofvermogen.
De atmosferische druk wordt gemeten met een barometer. Een barometer bestaat uit een geëvacueerde verticale buis met het bovenste uiteinde gesloten en het onderste uiteinde in een container met kwik die open staat naar de atmosfeer, figuur 1. De druk die door de atmosfeer wordt uitgeoefend, werkt op het blootgestelde oppervlak van de vloeistof om kwik te forceren omhoog in de buis. De atmosferische druk op zeeniveau ondersteunt een kwikkolom die over het algemeen niet meer dan 29,92 inch bedraagt. hoog. De standaard voor atmosferische druk op zeeniveau is dus 29,92 inch-Hg, wat zich vertaalt naar een absolute druk van 14,69 psia.
De twee basisreferentiepunten in al deze metingen zijn standaard atmosferische druk en een perfecte vacuüm. Bij atmosferische druk komt de waarde 0 inch-Hg overeen met 14,7 psia. Op het tegenoverliggende referentiepunt zou 0 psia, – een perfect vacuüm (als het zou kunnen worden bereikt) – een waarde hebben die gelijk is aan het andere uiterste van zijn bereik, 29,92 in.-Hg. Het berekenen van arbeidskrachten of volumeveranderingen in vacuümsystemen vereist echter conversies naar negatieve overdruk (psig) of absolute druk (psia).
Atmosferische druk krijgt de waarde nul toegewezen op de wijzerplaten van de meeste manometers . Vacuümmetingen moeten daarom kleiner zijn dan nul. Negatieve manometerdruk wordt over het algemeen gedefinieerd als het verschil tussen een bepaald systeemvacuüm en atmosferische druk.
Vacuümmeting
Verschillende soorten meters meten het vacuümniveau. Een manometer van het type Bourdonbuis is compact en het meest gebruikte apparaat voor het bewaken van de werking en prestaties van het vacuümsysteem. De meting is gebaseerd op de vervorming van een gebogen elastische buisveer wanneer vacuüm wordt aangelegd op de poort van de meter. Met de juiste koppeling geven samengestelde buisveermanometers zowel vacuüm als positieve druk aan.
Een elektronische tegenhanger van de vacuümmeter is de transducer. Vacuüm of druk buigt een elastisch metalen diafragma af. Deze afbuiging varieert de elektrische eigenschappen van onderling verbonden circuits om een elektronisch signaal te produceren dat het vacuümniveau vertegenwoordigt.
Figuur 3. Absolute manometer meet vacuüm als het verschil in kwikniveau in zijn twee benen.
Een U-buismanometer, Figuur 2, geeft het verschil aan tussen twee drukken. In zijn eenvoudigste vorm is een manometer een transparante U-buis die half gevuld is met kwik. Met beide uiteinden van de buis blootgesteld aan atmosferische druk, het kwikniveau in elk been is hetzelfde. Door een vacuüm toe te passen op een been, stijgt het kwik in dat bestand g en vallen in de andere. Het hoogteverschil tussen de twee niveaus geeft het vacuümniveau aan. Manometers kunnen vacuüm rechtstreeks meten tot 29,25 in.-Hg.
Een absolute manometer toont de druk boven een theoretisch perfect vacuüm.Hij heeft dezelfde U-vorm als de manometer, maar een poot van de absolute manometer is verzegeld, Figuur 3. Mercurius vult deze verzegelde poot als de meter stilstaat. Door vacuüm aan te brengen op het niet-afgedichte been, wordt het kwikniveau in het afgedichte been verlaagd. Het vacuümniveau wordt gemeten met een glijdende schaal die met het nulpunt op het kwikniveau in het niet-afgedichte been is geplaatst. Deze meter compenseert dus veranderingen in atmosferische druk.
Industriële vacuümsystemen
Stofzuigers vallen in drie bereiken:
- ruw (of grof), tot 28 inch-Hg
- midden (of fijn), tot één micron,
- hoog, groter dan één micron.
Bijna alle industriële vacuümsystemen zijn ruw. In feite werken de meeste hef- en werkopspanningstoepassingen bij vacuümniveaus van slechts 12 tot 18 inch-Hg. Dit komt omdat het over het algemeen goedkoper is om de hef- of vasthoudkracht te vergroten door het contactoppervlak tussen het werkstuk en de vacuümkom te vergroten dan om een hoger vacuüm te trekken en hetzelfde contactoppervlak te gebruiken.
Middenvacuüm wordt gebruikt voor procestoepassingen zoals moleculaire destillatie, vriesdrogen, ontgassen en coatingbewerkingen. Hoogvacuüm wordt gebruikt in laboratoriuminstrumenten, zoals elektronenmicroscopen, massaspectrometers en deeltjesversnellers.
Een typisch vacuümsysteem bestaat uit een vacuümbron, toevoerleidingen, fittingen en verschillende regelkleppen, schakelaars, filters , en beschermende apparaten. Lekpreventie is vooral belangrijk bij vacuümsystemen, omdat zelfs zeer kleine lekken de prestaties en efficiëntie aanzienlijk kunnen verminderen. Als er plastic slangen worden gebruikt – zoals vaak het geval is – zorg er dan voor dat deze is ontworpen voor vacuümtoepassingen. Anders zouden de wanden van de buis onder vacuüm kunnen bezwijken en de stroming kunnen blokkeren. Vacuümleidingen moeten ook zo kort en smal zijn als praktisch is om het luchtvolume dat moet worden afgevoerd te beperken.
Een belangrijke overweging bij het ontwerp voor werkopspanningstoepassingen is om de vacuümpomp alleen te gebruiken om het vacuümniveau te bereiken verplicht. Zodra het werkstuk in contact is met de vacuümkom en het vereiste vacuüm is bereikt, zal het uitschakelen van een normaal gesloten klep het vacuüm voor onbepaalde tijd vasthouden – op voorwaarde dat er geen lekkage optreedt. Het op deze manier vacuüm houden verbruikt geen energie en voorkomt dat de vacuümpomp continu moet worden gebruikt.
Bedrijven bieden ook eigen apparaten aan, zoals vacuümkoppen met geïntegreerde kleppen en kleppen die de stroom beëindigen van een kop die te veel lekkage. Deze klep is ontworpen om uitschakeling bij vals alarm te voorkomen bij het vasthouden van poreuze werkstukken (zoals karton), maar om te voorkomen dat een lek bij een vacuümbeker het vacuüm bij een aangrenzende beker vermindert.
Selectie vacuümpomp
De eerste grote stap bij het selecteren van de juiste vacuümpomp is het vergelijken van de vacuümvereisten voor toepassingen met de maximale vacuümclassificaties van commerciële pompen. Op lage niveaus is er een ruime keuze aan pompen. Maar naarmate het vacuümniveau toeneemt, wordt de keuze smaller, soms tot het punt waarop slechts één type pomp beschikbaar is.
Om de vacuümbehoeften van een systeem te berekenen, moet u overwegen dat alle werkapparatuur wordt aangedreven. het vacuüm van de apparaten kan worden bepaald door berekeningen op basis van handboekformules, theoretische gegevens, catalogusinformatie, prestatiecurves of tests gemaakt met prototypesystemen. Zodra u het vereiste vacuüm kent, kunt u op zoek gaan naar pompen die aan de toepassingsvereisten voldoen.
De maximale vacuümclassificatie voor een pomp wordt gewoonlijk uitgedrukt voor continue of intermitterende bedrijfscycli, en kan worden verkregen bij pompfabrikanten. Omdat het maximale theoretische vacuüm op zeeniveau 29,92 inch-Hg is, zijn de werkelijke pompcapaciteiten zijn gebaseerd op en vergeleken met deze theoretische waarde. Afhankelijk van het pompontwerp varieert de vacuümgrens van 28 tot 29,5 inch-Hg of ongeveer 93\% of 98\% van de maximale theoretische waarde. Voor sommige pomptypes zal de maximale vacuümclassificatiegebaseerd zijn op deze praktische bovengrens. Voor anderen, waar warmteafvoer een probleem is, kan de maximale vacuümclassificatie ook rekening houden met de toegestane temperatuurstijging.
Mechanische vacuümpompen
Een conventionele vacuümpomp kan worden gezien als een compressor die werkt met zijn inlaat onder atmosferische druk en de afvoer onder atmosferische druk. Compressoren en vacuümpompen hebben identieke pompmechanismen. De vacuümpomp is eenvoudig van leidingen voorzien om lucht uit een gesloten container te onttrekken en af te voeren naar de atmosfeer, wat precies het tegenovergestelde is van wat een compressor doet. Hoewel de machines veel overeenkomsten vertonen, moet bij het ontwerp van het systeem rekening worden gehouden met twee significante verschillen tussen compressie- en vacuümpompacties. De maximale drukverandering geproduceerd door een vacuümpomp is beperkt; het kan nooit hoger zijn dan de atmosferische druk. Bovendien, naarmate het vacuüm toeneemt, daalt het luchtvolume dat door de pomp gaat continu.Daarom moet de pomp zelf uiteindelijk vrijwel alle gegenereerde warmte absorberen.
Mechanische vacuümpompen worden over het algemeen gecategoriseerd als positieve verplaatsing of niet-positieve verplaatsing (dynamisch). Verdringerpompen zuigen ondanks elke variatie in het vacuümniveau een relatief constant luchtvolume aan en kunnen een relatief hoog vacuüm trekken. De belangrijkste typen verdringerpompen zijn onder meer: zuiger- en schommelzuiger, draaischuif, diafragma, gelobde rotor en roterende schroefontwerpen.
Niet-verdringerpompen gebruiken kinetische energieveranderingen om lucht uit een gesloten systeem. Ze bieden zeer hoge stroomsnelheden, maar kunnen geen hoog vacuüm bereiken. Grote niet-verdringerpompen zijn meertraps centrifugale, axiale stroomeenheden en regeneratieve (of perifere) ventilatoren. Hiervan is alleen de ventilator een economische keuze voor zelfstandige of speciale vacuümsystemen.
Temperatuuroverwegingen zijn erg belangrijk bij het selecteren van een mechanische vacuümpomp, omdat hoge externe of interne warmte de prestaties en het onderhoud van de pomp sterk kan beïnvloeden leven. De interne pomptemperatuur is belangrijk omdat naarmate het vacuümniveau toeneemt, er minder lucht aanwezig is om de gegenereerde warmte af te voeren, zodat de pomp meer van de warmte moet opnemen. Voor hoogvacuümtoepassingen zijn vaak zware pompen met koelsystemen nodig. Maar lichte pompen kunnen gedurende korte perioden op maximaal vacuüm werken als er tussen de cycli voldoende afkoelingsperiode is. De pomp ervaart een totale temperatuurstijging als gevolg van alle warmtebronnen die erop inwerken – intern gegenereerde warmte plus warmte door interne lekkage, compressie, wrijving en externe omgevingstemperatuur.
Venturi-vacuümpompen
Veel machines die vacuüm nodig hebben, gebruiken ook perslucht. En als vacuüm slechts met tussenpozen nodig is, kan de perslucht die al beschikbaar is, worden gebruikt om vacuüm te genereren via een apparaat dat een vacuümgenerator wordt genoemd, ook wel een vacuümejector of vacuümpomp genoemd. Bovendien kan de samengeperste lucht ook worden gebruikt in combinatie met een vacuümcup door een luchtstroom te produceren om het vrijkomen van het werkstuk te versnellen.
Vacuümgeneratoren werken op basis van het venturi-principe, figuur 4. Gefilterd, niet-gesmeerd perslucht komt binnen via inlaat A . Een diffusoropening (mondstuk), B , zorgt ervoor dat de luchtstroom in snelheid toeneemt, waardoor de druk wordt verlaagd, waardoor een vacuüm ontstaat in kanaal C . De luchtstroom wordt naar de atmosfeer afgevoerd via de geluiddemper D .
Vacuümgeneratoren bieden verschillende voordelen. Ze zijn compact en licht van gewicht, waardoor ze vaak op of nabij de plaats van gebruik kunnen worden gemonteerd. Ze zijn goedkoop, en omdat ze geen bewegende delen hebben, hebben ze geen onderhoud nodig dat gepaard gaat met mechanische vacuümpompen. Ze hebben geen elektrische stroombron nodig omdat ze vacuüm genereren door een bestaand persluchtsysteem aan te boren. Als het echter achteraf in een machine wordt ingebouwd, moet de capaciteit van het bestaande pneumatische systeem mogelijk worden vergroot. Warmteopwekking, die vaak de beperkende factor is bij mechanische vacuümpompen, is van weinig belang bij vacuümgeneratoren.
Mechanische pompen worden meestal gespecificeerd om een machine continu van vacuüm te voorzien. Maar veel van deze machines gebruiken vacuüm eigenlijk maar met tussenpozen op veel verschillende locaties. In dergelijke gevallen kunnen vacuümgeneratoren een praktisch alternatief bieden door met tussenpozen vacuüm te leveren aan elke bron in plaats van continu voor de hele machine.
Vacuümgeneratoren worden eenvoudig aangestuurd door het starten of beëindigen van een persluchtstroom naar het mondstuk. Vacuümgeneratoren worden al tientallen jaren gebruikt, maar relatief recente verbeteringen hebben geleid tot mondstukontwerpen die een hoger bedrijfsrendement opleveren.
Een andere ontwikkeling waarbij venturis worden gebruikt, zijn de meertraps vacuümgeneratoren. In deze configuratie zijn twee of meer vacuümgeneratoren in serie aangesloten om een grotere vacuümstroom te produceren zonder meer perslucht te gebruiken. In wezen dient de uitlaat van het eerste mondstuk (dat het maximaal haalbare vacuümniveau bepaalt) als invoer voor een tweede trap. De uitlaat van de tweede trap dient dan als input voor een derde trap. Dit betekent dat een meertrapsgenerator een bepaald volume sneller evacueert dan een eentrapsgenerator, maar ze zullen uiteindelijk allebei hetzelfde vacuümniveau trekken.
Het selecteren van een vacuümgenerator hangt af van de vereiste hefkracht en het luchtvolume dat moet worden afgevoerd.De hefkracht is afhankelijk van het vacuümniveau dat de generator kan trekken – wat op zijn beurt weer afhangt van de geleverde luchtdruk – en het effectieve oppervlak van de vacuümcup. Bij de meeste toepassingen is het belangrijk dat een generator het vereiste vacuüm in zo kort mogelijke tijd kan trekken om het luchtverbruik te minimaliseren.
Antwoord
Het hangt een beetje af van wat zou absoluut vacuüm zijn en “waar” zou je het willen hebben.
Als je een volume wilt zonder enige materie (atomen of moleculen), dan is het mogelijk om hier op aarde te worden gecreëerd.
MAAR.
Alleen in extreem kleine volumes en voor een zeer korte tijd.
Over het algemeen de dichtheid neemt af naarmate u de druk verlaagt. Onder normale omstandigheden krijg je ongeveer 10 ^ 20 deeltjes (moleculen of atomen) per kubieke cm. Als je afdaalt naar het ultrahoog vacuüm (druk van 10 ^ -10 mbar) in een kamer zoals op de afbeelding hieronder, dan krijg je als miljoen deeltjes per kubieke cm. Nog steeds best veel, maar je kunt niet lager komen met “standaard” wetenschappelijke apparatuur.
(Multiprobe Surface Science System op NBMC )
Om lager te worden, moet je naar CERN gaan, waar je de “anti-materie container” kunt vinden met 10 ^ – 17 mbar druk binnenin.
(Ionenval op CERN)
Dat is als honderd deeltjes in een kubieke cm. Beschouw de grootte van een atoom als ongeveer 10 ^ -12 m en je krijgt zoiets als kortstondige volumes van enkele kubieke millimeters met absoluut vacuüm tussen de atomen (gemiddeld). Nu zijn we aan het praten! Dit is het volume dat een normaal mens (niet-fysicus) gemakkelijk kan bedenken.
Als dit niet genoeg voor je is, moet je voor een natuurlijk vacuüm gaan. En dit is duidelijk niet waar te nemen op aarde, aangezien er veel dingen om ons heen vliegen.
Dus je moet buiten onze planeet gaan. Voor een druk van 10 ^ -17 mbar (CERN-achtig) zou je de interplanetaire ruimte moeten bezoeken, maar we willen MEER! Ik bedoel, minder …
De volgende stap zou zijn om het zonnestelsel te verlaten en naar de interstellaire ruimte te gaan. In ons sterrenstelsel is de geschatte dichtheid van interstellaire deeltjes ongeveer vijftigduizend per kubieke meter. WHOA! U zou uw vinger in een absoluut vacuüm kunnen brengen! Slechts voor een korte tijd, omdat moleculen die uit je ruimtepak verdampen, het snel zouden besmetten. En als vinger niet genoeg is, gaan we de intergalactische ruimte binnen met één deeltje per kubieke meter . Nu past je hele hoofd in het absolute vacuüm!
(Ik denk dat dat de plek zou zijn waar sommige mensen wat balans in het leven zouden kunnen vinden. Absoluut niets buiten en in hun hoofd!)
Gefeliciteerd als je al het bovenstaande hebt gelezen en zo ver bent gegaan.
MAAR.
Op dit punt Ik moet je teleurstellen! Zelfs als je erin zou slagen om de intergalactische ruimte binnen te dwalen op zoek naar een werkelijk lege plek om je hoofd in te steken, zou je alleen beseffen dat het vol is met… ENERGIE! De kosmische microgolfachtergrond is er. Overblijfselenstraling uit de tijd van de oerknal wacht op je in elke uithoek van het universum …
Ja – als je ooit alle materie kwijt zou kunnen raken, zou er nog steeds veel energie over zijn.
En zelfs als je op de een of andere manier alle straling zou kunnen afschermen, zou de kwantumtheorie je niet alleen laten zijn… aangezien zelfs het totaal uiteindelijk absolute kwantumvacuüm vol energieschommelingen en virtuele deeltjes zit. Dus de conclusie is:
ER KAN GEEN ABSOLUTE VACUÜM ZIJN OVERAL IN HET UNIVERSUM.
OOPS! Sorry. Ben ik je vergeten te vertellen dat we het al een hele tijd weten? Sinds Aristoteles meer dan twee millennia geleden zei dat de natuur een hekel heeft aan vacuüm ?