Cel mai bun răspuns
Fundamentele vidului
Pentru o privire mai detaliată asupra sistemelor de vid, citiți „Punerea în funcțiune a vidului”, „Strângeți economiile de energie din sistemele pneumatice”, „ Manipularea proiectării vidului „și” Proiectarea cu vid și ventuze. „
Evacuarea aerului dintr-un volum închis dezvoltă un diferențial de presiune între volum și atmosfera înconjurătoare. Dacă acest volum închis este legat de suprafața unei cupe de vid și a unei piese de prelucrat, presiunea atmosferică va apăsa cele două obiecte împreună. Cantitatea de forță de reținere depinde de suprafața partajată de cele două obiecte și de nivelul de vid. Într-un sistem industrial de vid, o pompă de vid sau un generator elimină aerul dintr-un sistem pentru a crea un diferențial de presiune.
Deoarece este practic imposibil pentru a elimina toate moleculele de aer dintr-un recipient, nu se poate realiza un vid perfect. Desigur, pe măsură ce se elimină mai mult aer, diferențialul de presiune crește, iar forța potențială de vid devine mai mare.
Nivelul de vid este determinat de diferența de presiune dintre volumul evacuat și atmosfera înconjurătoare. Se pot utiliza mai multe unități de măsură. Majoritatea se referă la înălțimea unei coloane de mercur – de obicei centimetri de mercur (in-Hg) sau milimetri de mercur (mm-Hg). Unitatea metrică comună pentru măsurarea vidului este milibarul sau mbar. Alte unități de presiune utilizate uneori pentru exprimarea vidului includ unitățile interconectate ale atmosferelor, torr și microni. O atmosferă standard este egală cu 14,7 psi (29,92 in-Hg). Orice fracțiune a atmosferei este un vid parțial și echivalează cu presiunea manometră negativă. Un torr este definit ca 1/760 dintr-o atmosferă și poate fi, de asemenea, considerat ca 1 mm-Hg, unde 760 mm-Hg este egal cu 29,92 in.-Hg. Chiar și mai mic este micronul, definit ca 0,001 torr. Cu toate acestea, aceste unități sunt utilizate cel mai adesea atunci când se lucrează cu aspiratoare aproape perfecte, de obicei în condiții de laborator, și rareori în aplicații de alimentare cu fluid.
Presiunea atmosferică este măsurată cu un barometru. Un barometru constă dintr-un tub vertical evacuat cu capătul superior închis și capătul inferior odihnind într-un recipient de mercur care este deschis către atmosferă, Figura 1. Presiunea exercitată de atmosferă acționează pe suprafața expusă a lichidului pentru a forța mercur sus în tub. Presiunea atmosferică la nivelul mării va susține o coloană de mercur, în general, nu mai mult de 29,92 in. înalt. Astfel, standardul pentru presiunea atmosferică la nivelul mării este de 29,92 in.-Hg, ceea ce se traduce printr-o presiune absolută de 14,69 psia.
Cele două puncte de referință de bază din toate aceste măsurători sunt presiunea atmosferică standard și o perfectă vid. La presiunea atmosferică, valoarea 0 in.-Hg este echivalentă cu 14,7 psia. În punctul de referință opus, 0 psia, – un vid perfect (dacă s-ar putea atinge) – ar avea o valoare egală cu cealaltă extremă a intervalului său, 29,92 in.-Hg. Cu toate acestea, calcularea forțelor de lucru sau a modificărilor de volum în sistemele de vid necesită conversii la presiune negativă (psig) sau presiune absolută (psia).
Presiunii atmosferice i se atribuie valoarea zero pe cadranele majorității manometrelor . Prin urmare, măsurătorile de vid trebuie să fie mai mici decât zero. Presiunea negativă a gagei este, în general, definită ca diferența dintre un anumit sistem de vid și presiunea atmosferică.
Măsurarea vidului
Mai multe tipuri de indicatoare măsoară nivelul vidului. Un manometru tip tub Bourdon este compact și este cel mai utilizat dispozitiv pentru monitorizarea funcționării și performanței sistemului de vid. Măsurarea se bazează pe deformarea unui tub Bourdon elastic curbat atunci când se aplică vid la orificiul gabaritului. Cu o legătură adecvată, gabaritele compuse din tubul Bourdon indică atât vidul, cât și presiunea pozitivă.
Un omolog electronic pentru manometrul este transductorul. Vacuumul sau presiunea deviază o diafragmă metalică elastică. Această deviere variază caracteristicile electrice ale circuitelor interconectate pentru a produce un semnal electronic care reprezintă nivelul vidului.
Un manometru cu tub U, Figura 2, indică diferența dintre două presiuni. În forma sa cea mai simplă, un manometru este un tub U transparent, pe jumătate umplut cu mercur. Cu ambele capete ale tubului expuse la presiunea atmosferică, nivelul de mercur din fiecare picior este același. Aplicarea unui vid pe un picior determină creșterea mercurului în acel picior g și să cadă în cealaltă. Diferența de înălțime dintre cele două niveluri indică nivelul vidului. Manometrele pot măsura vidul direct la 29,25 in.-Hg.
Un manometru absolut arată presiunea peste un vid teoretic perfect.Are aceeași formă de U ca și manometrul, dar un picior al manometrului absolut este etanșat, Figura 3. Mercur umple acest picior etanșat atunci când manometrul este în repaus. Aplicarea vidului pe piciorul desigilat scade nivelul de mercur din piciorul sigilat. Nivelul de vid se măsoară cu o scală glisantă plasată cu punctul său zero la nivelul de mercur din piciorul desigilat. Astfel, acest manometru compensează modificările presiunii atmosferice.
Sisteme industriale de vid
Aspiratoarele se încadrează în trei intervale:
- aspru (sau grosier), până la 28 in.-Hg
- mijlociu (sau fin), până la un micron,
- înalt, mai mare de un micron.
Aproape toate sistemele industriale de vid sunt aspre. De fapt, majoritatea aplicațiilor de ridicare și de menținere a muncii funcționează la niveluri de vid de numai 12 până la 18 in-Hg. Acest lucru se datorează faptului că, în general, este mai economic să crești forța de ridicare sau de menținere prin creșterea zonei de contact dintre piesa de prelucrat și cupa de vid decât să tragi un vid mai mare și să folosești aceeași zonă de contact.
este utilizat pentru aplicații de proces precum distilarea moleculară, uscare prin congelare, degazare și operații de acoperire. Aspiratoarele înalte sunt utilizate în instrumente de laborator, cum ar fi microscopul electronic, spectrometrele de masă și acceleratoarele de particule. și dispozitive de protecție. Prevenirea scurgerilor este deosebit de importantă în cazul sistemelor de vid, deoarece chiar și scurgeri foarte mici pot diminua foarte mult performanța și eficiența. Dacă se utilizează tuburi din plastic – așa cum se întâmplă adesea – asigurați-vă că este proiectat pentru service în vid. În caz contrar, pereții tubului s-ar putea prăbuși sub vid și ar putea bloca fluxul. De asemenea, liniile de vid ar trebui să fie la fel de scurte și înguste cât este posibil pentru a limita volumul de aer care trebuie evacuat.
O considerație importantă de proiectare pentru aplicațiile de menținere a sarcinii este utilizarea pompei de vid doar pentru a atinge nivelul de vid. necesar. Odată ce piesa de prelucrat este în contact cu cupa de vid și se obține vidul necesar, dezactivarea unei supape normal închise va menține vidul pe termen nelimitat – cu condiția să nu apară scurgeri. Deținerea unui vid în acest mod nu consumă energie și evită să acționeze continuu pompa de vid.
Companiile oferă, de asemenea, dispozitive proprietare, cum ar fi cupele de vid cu supape integrate și supapele care termină fluxul dintr-o cupă care prezintă excesiv scurgere. Această supapă este concepută pentru a evita oprirea falsului alarmă atunci când țineți piese de prelucrat poroase (cum ar fi cartonul), totuși pentru a preveni o scurgere la o ceașcă de vid de la reducerea vidului la o ceașcă adiacentă.
Selecția pompei de vid
Primul pas major în selectarea pompei de vid potrivite este compararea cerințelor de vid aplicate cu valorile maxime de vid ale pompelor comerciale. La niveluri scăzute, există o gamă largă de pompe. Dar pe măsură ce nivelul de vid crește, alegerea se restrânge, uneori până la punctul în care poate fi disponibil un singur tip de pompă.
Pentru a calcula nevoile de vid ale unui sistem, luați în considerare toate dispozitivele de lucru care trebuie acționate. vidul dispozitivelor poate fi determinat prin calcule bazate pe formule de manual, date teoretice, informații de catalog, curbe de performanță sau teste efectuate cu sisteme prototip. Odată ce cunoașteți vidul necesar, puteți începe să căutați pompe care să satisfacă cerințele aplicației.
Valoarea maximă a vidului pentru o pompă este de obicei exprimată fie pentru cicluri de funcționare continue, fie intermitente și poate fi obținută de la producătorii de pompe. Deoarece vidul teoretic maxim la nivelul mării este de 29,92 in.-Hg, capacitățile reale ale pompei se bazează pe și se compară cu această valoare teoretică. În funcție de proiectarea pompei, limita de vid variază între 28 și 29,5 in.-Hg sau aproximativ 93\% sau 98\% din valoarea teoretică maximă. Pentru unele tipuri de pompe, valoarea maximă a vidului va fisă se bazeze pe această limită superioară practică. Pentru alții, unde disiparea căldurii este o problemă, valoarea maximă a vidului ar putea lua în considerare și creșterea admisibilă a temperaturii.
Pompele de vid mecanice
O pompă de vid convențională poate fi considerată un compresor care funcționează cu admisia sa sub presiunea atmosferică și cu descărcarea la presiunea atmosferică. Compresoarele și pompele de vid au mecanisme de pompare identice. Pompa de vid este pur și simplu conductată pentru a extrage aerul dintr-un recipient închis și pentru a evacua în atmosferă, ceea ce este exact opusul a ceea ce face un compresor. Deși mașinile prezintă numeroase similitudini, în proiectarea sistemului trebuie luate în considerare două diferențe semnificative între acțiunile de compresie și pompare cu vid. Schimbarea maximă a presiunii produse de o pompă de vid este limitată; nu poate fi niciodată mai mare decât presiunea atmosferică. În plus, pe măsură ce vidul crește, volumul de aer care trece prin pompă scade continuu.Prin urmare, pompa însăși trebuie să absoarbă practic toată căldura generată.
Pompele mecanice de vid sunt în general clasificate fie ca deplasare pozitivă, fie ca deplasare ne-pozitivă (dinamică). Pompele cu deplasare pozitivă atrag un volum de aer relativ constant în ciuda oricăror variații ale nivelului de vid și pot trage un vid relativ ridicat. Principalele tipuri de pompe cu deplasare pozitivă includ: piston alternativ și oscilant, palete rotative, diafragmă, rotor lobat și șuruburi rotative. un sistem închis. Acestea oferă debituri foarte mari, dar nu pot atinge un vid ridicat. Pompele majore cu deplasare nepozitivă sunt unități centrifugale, cu flux axial și suflante regenerative (sau periferice) în mai multe etape. Dintre acestea, numai suflanta este o alegere economică pentru sistemele de vid independente sau dedicate.
Considerațiile de temperatură sunt foarte importante atunci când selectați o pompă de vid mecanică, deoarece căldura externă sau internă ridicată poate afecta foarte mult performanța și service-ul pompei. viaţă. Temperatura internă a pompei este importantă, deoarece odată cu creșterea nivelului de vid, este mai puțin aer pentru a transporta căldura generată, astfel pompa trebuie să absoarbă mai mult din căldură. Pompele grele cu sisteme de răcire sunt deseori necesare pentru aplicații cu vid ridicat. Dar pompele ușoare pot funcționa la vid maxim pentru perioade scurte de timp dacă există o perioadă adecvată de răcire între cicluri. Pompa are o creștere totală a temperaturii ca urmare a tuturor surselor de căldură care acționează asupra ei – căldură generată intern plus căldură din scurgeri interne, compresie, frecare și temperatură ambientală externă.
Pompele de vid tip Venturi
Multe mașini care necesită vid folosesc și aer comprimat. Și dacă vidul este necesar numai intermitent, aerul comprimat care este deja disponibil poate fi utilizat pentru a genera vid printr-un dispozitiv numit generator de vid, cunoscut și sub numele de ejector de vid sau pompă de vid. Mai mult, aerul comprimat poate fi, de asemenea, utilizat în combinație cu o ceașcă de vid prin producerea unei pufuri de aer pentru a grăbi eliberarea piesei de prelucrat.
Generatoarele de vid funcționează pe baza principiului venturi, Figura 4. Filtrat, nelubrat aerul comprimat intră prin intrare A . Un orificiu difuzor (duză), B , determină creșterea vitezei fluxului de aer, scăzând astfel presiunea acestuia, ceea ce creează un vid în canalul C . Fluxul de aer se evacuează în atmosferă prin toba de eșapament D .
Generatoarele de vid oferă mai multe avantaje. Sunt compacte și ușoare, deci pot fi montate adesea la sau aproape de punctul de utilizare. Acestea sunt ieftine și, deoarece nu au piese în mișcare, nu necesită întreținerea asociată pompelor mecanice de vid. Nu au nevoie de o sursă de energie electrică, deoarece generează vid prin atingerea unui sistem de aer comprimat existent. Cu toate acestea, dacă este montat într-o mașină, capacitatea sistemului pneumatic existent poate fi necesar să crească. Generarea de căldură, care este adesea factorul limitativ al pompelor mecanice de vid, este puțin preocupată de generatoarele de vid.
Pompele mecanice sunt cel mai adesea specificate pentru a furniza o mașină cu vid în mod continuu. Dar multe dintre aceste mașini folosesc de fapt vidul doar intermitent în multe locații diferite. În astfel de cazuri, generatoarele de vid pot oferi o alternativă practică prin furnizarea de vid intermitent la fiecare sursă, mai degrabă decât continuu pentru întreaga mașină. Generatoarele de vid au fost folosite de zeci de ani, dar îmbunătățirile relativ recente au condus la proiectarea duzelor care oferă o eficiență mai mare de funcționare.
O altă dezvoltare care utilizează venturis este generatoarele de vid în mai multe etape. În această configurație, două sau mai multe generatoare de vid sunt conectate în serie pentru a produce un debit mai mare de vid fără a utiliza mai mult aer comprimat. În esență, evacuarea din prima duză (care determină nivelul maxim de vid atins) servește ca intrare pentru a doua etapă. Evacuarea din a doua etapă servește apoi ca intrare pentru a treia etapă. Aceasta înseamnă că un generator cu mai multe etape evacuează un volum dat mai repede decât o face un generator cu o singură treaptă, dar ambii vor trage în cele din urmă același nivel de vid.
Selectarea unui generator de vid depinde de forța de ridicare necesară și volumul de aer care trebuie evacuat.Forța de ridicare depinde de nivelul de vid pe care îl poate trage generatorul – care, la rândul său, depinde de presiunea de aer furnizată – și de zona efectivă a cupei de vid. În majoritatea aplicațiilor este important ca un generator să poată trage vidul necesar într-un timp cât mai scurt posibil pentru a minimiza consumul de aer
Răspuns
Depinde cam de „ce” ar vid absolut și „unde” ți-ai dori să fie.
Dacă vrei un volum fără materie (atomi sau molecule), atunci este posibil să fie creat aici pe Pământ.
DAR.
Numai într-un volum extrem de mic și pentru un timp foarte scurt.
În general, particulele densitatea scade odată cu scăderea presiunii. În condiții normale, obțineți ceva de genul 10 ^ 20 particule (molecule sau atomi) pe cm cub. Când coborâți la vidul extrem de ridicat (presiunea de 10 ^ -10 mbar) într-o cameră ca cea din imaginea de mai jos, atunci veți obține ca milioane de particule pe cm cub. Încă destul de mult, dar nu puteți scădea cu echipamentele științifice „standard”.
(Multiprobe Surface Science System la NBMC )
Pentru a ajunge mai jos trebuie să vizitați CERN, unde puteți găsi „containerul anti-materie” cu 10 ^ – Presiune de 17 mbar înăuntru.
(Capcana ionică la CERN)
E ca o sută de particule într-un cm cubi. Luați în considerare dimensiunea unui atom ca fiind de aproximativ 10 ^ -12 m și obțineți ceva de genul unor durate de scurtă durată de mai mulți milimetri cubi cu vid absolut între atomi (în medie). Acum noi vorbim! Acesta este volumul la care se poate gândi cu ușurință un om normal (non-fizician).
Dacă acest lucru nu este suficient pentru tine, atunci trebuie să mergi pentru vidul natural. Și acest lucru evident nu poate fi observat pe Pământ, deoarece avem multe lucruri care zboară în jurul nostru.
Deci, trebuie să vă deplasați în afara planetei noastre. Pentru presiuni de 10 ^ -17 mbar (asemănător CERN) ar trebui să vizitați spațiul interplanetar, dar vrem MAI MULTE! Adică, mai puțin …
Următorul pas ar fi părăsirea sistemului solar și mutarea în spațiul interstelar. În galaxia noastră, densitatea estimată a particulelor interstelare este de aproximativ cincizeci de mii pe metru cub. WHOA! Ai putea pune degetul într-un vid absolut! Doar pentru o vreme, deoarece moleculele care se evaporă din costumul tău spațial l-ar contamina rapid. Și dacă degetul nu este suficient, atunci să ne mutăm în spațiul intergalactic cu o particulă pe metru cub . Acum întregul tău cap se încadrează în vidul absolut!
(Cred că acesta ar fi locul în care unii oameni ar putea găsi un anumit echilibru în viață. Absolut nimic în afara și în interiorul capului lor!)
Felicitări dacă ați reușit să citiți toate cele de mai sus și să mergeți până aici.
DAR.
În acest moment Trebuie să te dezamăgesc! Chiar dacă ați reuși să vă plimbați în spațiul intergalactic în căutarea unui loc cu adevărat gol în care să vă puneți capul, ați realiza doar că este plin de … ENERGIE! Fundalul cosmic cu microunde este acolo. Radiațiile relicve din vremea Big Bangului vă așteaptă în fiecare colț al Universului …
Da – dacă ați putea vreodată să scăpați de toată materia, ar mai rămâne multă energie.
Și chiar dacă ai putea cumva să ecranezi întreaga radiație, teoria cuantică nu te-ar lăsa să fii singur … întrucât chiar și vidul cuantic total-în cele din urmă absolut este plin de fluctuații de energie și particule virtuale. Deci, concluzia este:
NU POATE EXISTA NICI UN VOLU ABSOLUT ÎN UNIVERS NICI UNIVERS.
OOPS! Îmi pare rău. Am uitat să vă spun că o știm destul de mult? De când Aristotel a spus că natura urăște vidul cu peste două milenii în urmă?