2 minute read

Zgodovina laboratorijske vakuumske črpalke

Muzejske Raziskovalne Naprave

piše doc. dr. Petar Djinović

Laboratorijske črpalke imajo ključno vlogo pri številnih poskusih in analizah, saj omogočajo ustvarjanje in vzdrževanje vakuuma. Z odstranjevanjem plinov iz sistema črpalke omogočajo različne procese: enostavne filtracije in delo z rotavaporjem, pa tudi bolj napredne analitske tehnike kot je elektronska mikroskopija. Najpogostejše laboratorijske vakuumske črpalke so lamelne, membranske in turbomolekularne.

Lamelne rotacijske vakuumske črpalke so najbolj razširjena vrsta laboratorijskih črpalk. Izumili so jih v poznem 19. stoletju in delujejo na principu ekscentričnega krožnega vrtenja lamel, ki ustvarja sesanje in stiska plin. Dosežejo lahko ravni vakuuma okoli 0,01 mbar v eni stopnji in do 10-4 mbar v dvostopenjski izvedbi. Te črpalke potrebujejo olje za mazanje in tesnjenje, kar je lahko pomanjkljivost pri delu z agresivnimi kemikalijami, ki reagirajo z oljem, ali ko kontaminacija s sledovi oljnih hlapov predstavlja težavo. Kljub temu ostajajo priljubljena izbira zaradi zanesljivosti, enostavne uporabe in dostopne cene.

Membranske črpalke na drugi strani uporabljajo gibljivo polimerno ali kovinsko membrano in ventile za izpodrivanje plina. Najpogosteje se uporabljajo v rotacijskih uparjalnikih (rotavaporjih). Za razliko od lamelnih rotacijskih črpalk membranske črpalke za delovanje ne potrebujejo olja, zaradi česar so primerne za uporabo z najbolj agresivnimi kemikalijami in ni tveganja za onesnaženje z oljem.

Zahtevajo minimalno vzdrževanje in so vsestranske zaradi številnih materialov, ki so na voljo za membrano.

mi in mirujočimi rezili blizu ali manjši od srednje proste poti molekul plina, ki znaša približno 70 nm pri 1 baru in 0,7 mm pri 0,1 mbar. Doseganje tako dolge srednje proste poti molekul plina pomeni, da turbomolekularna črpalka lahko obratuje samo v kombinaciji z npr. lamelno črpalko, ki ustvari zadostni začetni podtlak.

Slabost membranskih črpalk je nižja hitrost črpanja ter nižji nivo vakuuma ki seže le do okoli 10 mbar.

Za ustvarjanje ultravisokega vakuuma (tlak okoli 10-9 mbar) so potrebne turbomolekularne črpalke, ki jih poznamo že kakšnih 70 let. Delujejo povsem drugače kot rotacijske ali membranske črpalke, saj temeljijo na hitro vrtečem se rotorju ventilatorja, ki ‘zadene’ molekule plina in jih ‘odbija’ proti izpuhu skozi sklop gibljivih in mirujočih lopatic. Za delovanje mora biti razmik med gibljivi-

Hitrost vrtenja lopatic črpalke se giblje v območju med okoli 20,000 in 90,000 obratov v minuti, kar zahteva zelo natančno izdelavo ležajev iz posebnih materialov. Kompresijsko razmerje turbomolekularnih črpalk se eksponentno spreminja s kvadratnim korenom molekulske mase plina, zaradi česar so učinkovitejše pri črpanju težjih molekul plina. Vodik in helij je težko učinkovito črpati s turbomolekularnimi črpalkami. Če povzamemo, imajo laboratorijske črpalke bistveno vlogo v številnih znanstvenih in raziskovalnih aplikacijah. Črpalke z lopaticami so cenovno dostopne, zanesljive in imajo visoko raven vakuuma, vendar za delovanje potrebujejo olje. Membranske črpalke so vsestranske, enostavne za uporabo in ne potrebujejo olja, imajo pa nižjo hitrost črpanja. Turbomolekularne črpalke so potrebne za ultravisoke ravni vakuuma, vendar so drage in manj učinkovite pri črpanju lahkih plinov. Poznavanje prednosti in omejitev vsake vrste črpalke je tako ključnega pomena za izbiro prave črpalke za vaš poskus in za zagotovitev njegovega uspeha.

This article is from: