Leer hoe vacuümpompen werken, wat de belangrijkste onderdelen zijn en waarom we ze gebruiken. Dit artikel beschrijft het basisprincipe van de werking van eentraps- en tweetrapsvacuümpompen voor HVAC-ingenieurs. Voor meer artikelen over HVAC engineering KLIK HIER.
Scroll naar beneden om de YouTube tutorial te bekijken.
Wat zijn vacuümpompen?
Vacuümpompen worden veelvuldig gebruikt door airconditioning- en koeltechnici om lucht of niet-condenseerbare stoffen zoals water uit het systeem te verwijderen. Deze moeten uit het systeem worden verwijderd omdat ze de werking van het koelsysteem inefficiënt maken en ook de interne onderdelen kunnen aantasten.
Deze procedure wordt uitgevoerd voordat een nieuw systeem wordt geladen of wanneer een bestaand systeem enkele reparaties heeft ondergaan waarbij het koelmiddel al is teruggewonnen. In beide gevallen bestaat de kans dat lucht en vocht het systeem hebben verontreinigd.
Waar zijn ze aangesloten?
Op een doorsnee aircosysteem zie je deze vacuümpompen aangesloten via een spruitstuk over de hoge- en lagedrukzijde van het systeem. Een betere manier om dit te doen is om het spruitstuk te verwijderen en de vacuümpomp aan te sluiten op de zuigleiding met een manometer aangesloten op de vloeistofleiding, omdat dat het verste punt in het systeem is en je dus een echte meting krijgt.
We hebben voor dit artikel samengewerkt met onze vriend Bryan van de HVAC-school. Zijn YouTube-video loopt u door hoe u daadwerkelijk een vacuümpomp aan te sluiten op een echte wereld systeem, alsmede geven u veel grote technische tips om uw kennis en vaardigheden op te bouwen. Om zijn YouTube-video te bekijken KLIK HIER.
De belangrijkste onderdelen van een vacuümpomp
Als we een standaard vacuümpomp nemen die er ongeveer zo uitziet als hieronder.
We hebben de elektromotor aan de achterkant, de compressor aan de voorkant, een handvat aan de bovenkant en een steunvoet aan de onderkant. We hebben dan een inlaat die op het systeem wordt aangesloten om de lucht uit het systeem te verwijderen en we hebben ook de uitlaat om dit naar de atmosfeer af te voeren. Aan de voorkant van het compressorgedeelte bevindt zich een kijkglas voor het oliepeil, zodat we kunnen zien hoeveel olie er in de kamer zit en hoe de toestand ervan is.
Als we de eenheid uit elkaar halen, kunnen we zien dat er een ventilator en een beschermend omhulsel aan de achterkant van de motor zijn gemonteerd. Binnenin de motor bevindt zich de stator met spoelen. Concentrisch hieraan hebben we de rotor en de as die de compressor aandrijft. Aan de voorkant bevindt zich de compressiekamer. Dit is een tweetrapscompressor, waardoor we een dieper vacuüm kunnen trekken en we dus twee compressiekamers hebben. Binnenin de compressiekamers bevinden zich de compressorrotors en de schoepen die de lucht uit het systeem stuwen. Bovenop de compressiekamer zit een membraanafsluiter die de uitlaat ontlucht. Wanneer we de beschermende behuizing van de ventilator verwijderen, zien we dat de ventilator is aangesloten op de as die door de pomp loopt. De ventilator wordt gebruikt om de elektromotor af te koelen en blaast omgevingslucht over de behuizing om dit af te voeren. De vinnen op de behuizing vergroten het oppervlak van de behuizing, waardoor meer ongewenste warmte kan worden afgevoerd.
Binnenin de motor
Binnenin de motor hebben we de stator die is omwonden met koperen spoelen. Wanneer een elektrische stroom door de koperen spoelen vloeit, genereert deze een magnetisch veld. De rotor wordt door dit magnetisch veld beïnvloed en dit dwingt hem tot draaien. De rotor is verbonden met de as en de as loopt in de lengterichting van de pomp, van de ventilator tot de compressor. Als de rotor draait, draait dus ook de compressor en dat is wat we gebruiken om het vacuümeffect te creëren en de lucht uit een systeem te evacueren.
via GIPHY
Momentje: als we aan een vacuüm denken, denken we aan een zuigende kracht, maar dat is eigenlijk niet het geval. We zullen hieronder in detail uitleggen waarom.
Binnenin de compressor
Als we binnenin de compressor kijken, zien we dat we de inlaat hebben, die is aangesloten op het systeem dat we evacueren. Dan hebben we de uitlaat en de membraanafsluiter die de afgevoerde lucht en vocht afvoert.
In het midden hebben we de compressierotor en de compressieruimte. Merk op dat de rotor excentrisch is gemonteerd in de kamer, wat betekent dat hij niet perfect in het midden zit, dat is een belangrijk kenmerk dat we hieronder in detail zullen zien. De as is verbonden met de rotor en zorgt ervoor dat hij draait.
In de rotor zijn twee veerbelaste schoepen gemonteerd. De veren proberen altijd de schoepen naar buiten te duwen, maar ze worden op hun plaats gehouden door de wanden van de compressieruimte. De uiteinden van de schoepen zijn altijd in contact met de wand en er is een dun laagje olie dat helpt een afdichting tussen de twee te vormen. Wanneer de rotor draait, blijven de veren de schoepen naar buiten duwen zodat de schoepen de contouren van de compressieruimte volgen.
Wanneer de pomp start, zal de rotor over de inlaat bewegen en een gebied binnen de compressieruimte blootleggen. Dit gebied heeft een lagere druk dan de druk in het systeem, zodat de lucht en het vocht in het koelsysteem zich naar binnen haasten om te proberen dit lege gebied te vullen.
Waarom doet het dit?
Druk stroomt altijd van hoog naar laag, dus als we bijvoorbeeld twee ballonnen met verschillende druk zouden aansluiten, zullen de gassen van de hogedrukzijde naar de lagedrukzijde stromen totdat beide dezelfde druk hebben. De lage druk zijde was vacuüm, maar het zoog de gassen niet naar binnen, de hoge druk zijde duwde zijn weg naar binnen. Dat is het vacuümeffect. Gassen willen gelijk worden en zullen van een hoge druk naar een lage druk stromen. Daarom gebruiken we een vacuümpomp om een gebied met lagere druk te creëren, zodat de ongewenste gassen
binnen een koelsysteem zich uit het systeem haasten om te proberen dit gebied met lagere druk te vullen.
In ons scenario worden de verbindingsslang en het nieuwe gebied met lage druk binnen de compressiekamer een verlengstuk van het koelsysteem, zodat de gassen in het systeem zich haasten om dit te vullen en te proberen de druk tussen deze twee gelijk te maken. Het is echter een val, omdat als de rotor blijft draaien de tweede schoep naar binnen zwiept en dat volume gas in de kamer tussen de twee schoepen insluit. De andere schoep gaat over de inlaat en creëert weer een gebied met lagere druk, zodat er steeds meer gas binnenstroomt om deze leegte op te vullen. Als de compressor draait, zal het volume van de kamer afnemen. Daarom is de rotor niet perfect gecentreerd, zodat we het volume van de opgesloten gassen kunnen variëren. Door deze volumevermindering worden de gassen samengeperst in een kleinere ruimte, waardoor de druk en de temperatuur toenemen.
Hij blijft draaien in een kleiner volume totdat de druk hoog genoeg wordt om de membraanafsluiter bij de uitlaat te openen en de gassen worden afgevoerd.
De compressor blijft draaien en terwijl hij dat doet, wordt de volgende partij gassen in het systeem getrokken en deze cyclus gaat door.
via GIPHY
De meeste vacuümpompen zijn tweetraps, wat betekent dat er twee compressiekamers in serie zijn geschakeld, waarbij de uitlaat van de eerste compressor rechtstreeks in de inlaat van de tweede kamer wordt aangesloten. Met dit ontwerp kan de pomp een dieper vacuüm bereiken.
Twee-traps ontwerp
Wanneer we een enkele compressor hebben, drukt de uitlaat tegen de atmosferische druk in, zoals hierboven beschreven. Maar bij het tweetrapsontwerp drukt de uitlaat tegen een veel lagere druk, die eenvoudigweg de inlaat is van de tweede roterende compressor en het lagedrukgebied dat hij tijdens die rotatie creëert.
via GIPHY
Als de vacuümpomp blijft draaien, zal hij uiteindelijk de gassen uit het gesloten systeem trekken, waardoor de druk zal dalen tot onder de druk van de atmosfeer die de buitenkant van het systeem omgeeft.
Als de druk afneemt, zal het vocht in het systeem gemakkelijker te koken en te verdampen worden. We kunnen een beetje warmte toevoegen met een warmtelamp of een warmtepistool om het te helpen verdampen.
