Kontaminasyon sorunları operasyon esnasında sistemin ve/ veya pompalama hatlarının özel
gaz püskürtme ile çözülebilir veya önlenebilir. Kontaminasyon, vakum teknolojisini uygulayanları avlayan sabit bir tuzaktır.
Eğer kontaminasyonu, yürütülmekte olan sürece veya aktiviteye müdahalede bulunabilir veya hatta müdahalede bulunmaktan sorumlu bir şey olarak tanımlarsanız, kontaminasyonun ve kontaminatların önlenmesinin bir bütün olduğunu da kolaylıkla anlayabiliriz.
Neredeyse her bir sürecin veya vakum sisteminin anlaşılması veya sorununun giderilmesine teşebbüste bulunurken dikkate alınması gereken kendisine has kontaminasyon sorunları bulunmaktadır ve süreçlerin pek çoğunu etkileyen sadece birkaç tane vardır.
Örneğin, normalden fazla olan bir helyum (He) zemininin inert yapısından dolayı termal buharlaşma sistemi içerisinde gerçek anlamda bir etkisi olmayacaktır, ancak He sızıntı detektöründe bu büyük bir sorun olabilir, çünkü bu hassasiyet ve/veya tepki süresinde sorunlara neden olabilir.
Kontaminant, vakum sürecine veya kullanılmakta olan dâhili cihaza müdahalede bulunan her şey anlamına gelmektedir.
Bu, kaynaklar ve çözümler üzerinden genelleştirmenin imkânsız olduğu kadar çok olası kontaminasyon kaynağının olduğu anlamına gelmektedir, ancak belirli pompalama sistemlerine ve odaklanılacak genel kabul görmüş kontaminantlara ilişkin olarak belirli bazı sorunlar bulunmaktadır.
Momentum Transfer Pompaları
Genel anlamda yüksek vakum pompalarını tutma ve momentum transfer pompaları olarak ayırabiliriz. Örneğin; iyon sıçratan, gaz giderici ve dondurucu gibi tutma pompaları, gazı bir "çöp kutusuna” pompalamakta ve burada geçici veya kalıcı olarak tutmaktadır.
Diğer tarafta ise momentum transfer pompaları, pompanın girişine girmesine izin vererek gazı pompalamakta, bir nevi mekanik etki ile sıkıştırmakta ve yüksek basınç altında atmosferik basınçtan daha düşük bir basınçta başka bir hacme dönüştürmektedir.
Bu grup içerisinde difüzyon, moleküler çekme, turbomoleküler ve turba/çekme pompaları bulunmaktadır. Her durumda bunların giriş basıncını, yüksek vakum pompasının çalışmasına olanak sağlayacak kadar düşük seviyeye getirmek için destek pompasına ihtiyacı bulunmaktadır.
Bu noktada destek pompası, sıkıştırmanın etkili olabilmesi için yüksek vakum pompasının egzozuna yeterince düşük basınç verilmesi amacı ile rolünü değiştirir.
Basıncın atmosferikten belirlenen giriş basıncına düşürülmesinden sonra destek pompasının rolü "kaba işleme” ve düşük egzoz basıncı sağlarken de rolü "destek” olacaktır. Bir pompanın üretebileceği sıkıştırma derecesi, giriş ve egzoz ile pompalanan gazın moleküler ağırlığı arasındaki orana bağlıdır.
Egzoz portunu destek pompasının girişine bağlayan hatta vakum hattı adı verilir. Sınırlayıcı vakum hattı basıncı daha sonra vakum hattı toleransı adını alır ve bu limit, pompa türü ve bireysel tasarım arasında oldukça değişkenlik göstermektedir, bundan dolayı sabit bir genel spesifikasyon mümkün değildir.
Bu pompalama süreci esnasında bir dizi potansiyel kontaminasyon senaryoları ortaya çıkmaktadır ve her birinin ayrıca değerlendirilmesi gerekmektedir.
Su Buharı
Su buharı, pek çok vakum süreci için büyük bir sorundur, çünkü vakum haznelerinin tamamının iç yüzeyi tarafından yavaşça ayrıştırılmaktadır. Hazneye 10-3 tor altında basınçlarla pompalama yapıldığı için büyük artık gaz haline gelmektedir ve bu geçiş kuruma alanına girdikçe uygun bir şekilde belirlenmektedir.
Kuruma alanında momentum transfer pompasının ya ayrıştırılan suyu tamamen dışarı pompalaması veya pompalama ile sürekli tahliye ederek oldukça düşük parsiyal basınç sağlaması gerekmektedir.
Bu, girişten itibaren destek pompasının egzozuna kadar bütün pompalama hattının sürekli olarak su buharına maruz kalması anlamına gelmektedir.
Eğer, ki genelde böyledir, hazne yüksek vakum pompası ile kabaca pompalanıyor ise haznenin havasının içerisindeki nem şeklindeki su buharının tamamı bütün pompalama hattı üzerinden hareket edecektir.
Düşünün ki oda ısısında bir litre hava var ve %50 göreceli nem içerisinde kabaca 20 tor litre su buharı bulunmakta. Turbo ailesinin bir üyesinin iç yüzeyleri daha büyük olabilir ve bu yüzeyler pompadan geçtiği esnada su buharını ayrıştıracaktır.
Buna ilave olarak kaba işleme/destek pompası içerisindeki ıslak havanın sıkıştırılmasının neticesinde yoğunlaşma olacaktır ve bu yoğunlaşan buharın bir kısmı da pompa düşük basınca ve daha yüksek sıcaklıklara ulaştıkça vakum hattına geri girecektir.
Bu aşamada pompalama sistemi hazneden daha fazla su buharı pompalama konusunda zorluk yaşayacaktır,
çünkü sıkıştırma işlemi, vakum hattında daha fazla su buharının toplanmasından dolayı daha az verimli bir hal alacaktır. Bu noktada gaz kanunları ile mücadele etmeyi bırakıp bunları avantajımıza dönüştürebiliriz.
Yağ sızdırmaz mekanik pompalar ve kaydırmalı pompaların moleküler akış rejimine ulaşan daha yüksek basınca sahip olma eğilimi bulunmaktadır.
Tanım olarak moleküler akış, molekülden moleküle çarpışmalar arasındaki ortalama serbest yol veya mesafenin, hazne veya pompalama hattının çapından daha büyük olması durumunda meydana gelmektedir.
Su molekülleri üzerinde sonradan etkisi olan başka bir molekül olmadığından momentum transfer pompasından geriye serbestçe hareket edebilmekte ve destek pompasından geri çıkan su da dışarı pompalanmamaktadır.
Yağ Buharı
Aba işleme/destek için yağ sızdırmaz mekanik pompa kullanıldığı zamanlarda yağ buharının pompanın arkasından doğru çıkması muhtemeldir. Mekanik ajitasyondan dolayı pompanın yağı ısındıkça yağın buhar basıncı da vakum hattına girebilmesine neden olmak için yeterli şekilde artmaktadır.
Eğer, ki durum genellikle böyledir, uzayan operasyon esnasında giriş basıncı moleküler akış rejimi içerisinde ise, pompanın içerisinden geçeceği ve süreç haznesine gireceği yerde yağ buharının momentum transfer pompasına girmesini durdurmak üzere pompalanmış molekülden yağ molekülüne çarpışma olmayacaktır.
Geriye akan yağ buharı için çeşitli kapanlar bulunmaktadır, bunlar bu sorunun çözülmesine yardımcı olabilir, ancak oldukça dikkatli bir şekilde kullanılması ve bakımının yapılması gerekmektedir. Su buharı kontaminasyonu için hâlihazırda tanımlanmış olan aynı gaz akışı çözümü de bu sorunu çözecektir.
Vakum hattının viskoz akış seviyelerinde çalışması durumunda, akan gazın molekülleri çarpışma oranını artıracak ve geriye akışı durduracaktır. Bu teknik de geriye alma kapanlarının rejenere edildiği durumlarda oldukça kullanışlıdır.
Soğuk yüzeyler üzerinde veya moleküler eleğin gözenekleri içerisinde yakalanmış olan yağ molekülleri, rejenerasyon esnasında kaçacaktır; ya kirojenik kapanların ısınması esnasında ya da moleküler elek kapanlarından gazın uçması esnasında.
Kapan ve vakum hattının viskoz akış basınçlarında kuru gaz ile yıkanması durumunda yağ buharının, kapandan yukarı doğru sızması önlenecektir.
Hafif Gazlar
Momentum transfer pompalarının hepsinin helyum (He) ve hidrojen (H2) için düşük sıkıştırma oranı bulunmaktadır ve bunun sonucunda vakum hattında sıkıştırılmış hafif gazlar pompa üzerinden geriye akmakta veya pompa hızını yavaşlatmaktadır.
Bunların hepsinin sonucunda haznede bulunan hafif gazın göreceli olarak yüksek parsiyal basıncı meydana gelebilir. Vakum hattına daha ağır bir kuru gazın akması durumunda daha hafif olan gaz destek pompasına gönderilecektir.
Çap Yöntemi
Vakum hattı basıncının viskoz akış rejimine doğru genişlemesine izin verecek kadar yüksek olmayan vakum hattı tolerans basıncı durumunda vakum hattının çapını değiştirerek sorunu çözmeye çalışabilirsiniz.
Şunu unutmayınız ki akış rejimi, hem basıncın hem de çapın bir işlevidir, bundan dolayı vakum hattının basıncını momentum transfer pompasının vakum hattı tolerans seviyesinin üzerine çıkarmadan viskoz akış koşullarının karşılanabileceği bir noktaya doğru vakum hattının çapını artırmak mümkündür.
Sonuç
Ortak kullanılan vakum sistemlerinin meydana gelen kontaminasyon sorunlarının dezavantajları, momentum transfer pompası olan sistemlerin vakum hattına gaz akışının dikkatli bir şekilde uygulanması ile ortadan kaldırılabilir.
Basınç regülasyonu manuel olabileceği gibi gaz akış kontrolörlerinin yardımı ile de gerçekleştirilebilir. Isı ölçer veya Pirani ölçüm aletleri gibi termal iletkenlik ölçüm aletlerinin vakum hattında kullanılması durumunda verilen gaz için hassasiyet düzeltmesi uyguladığınızdan emin olmalısınız, bu özellikle argon için kesinlikle doğrudur.
Ali Cihan Şengül / Endüstri Mühendisi - Satış Temsilcisi -Gücüm Pompa Makine Sanayi ve Ticaret A.Ş.
