વેક્યૂમ પંપ

વેક્યૂમ પંપ એક એવું ઉપકરણ છે જે સીલબંધ જગ્યામાંથી ગેસના પરમાણુઓને દુર કરે છે જેથી આંશિક વેક્યૂમ (શૂન્યાવકાશ) થઈ શકે. 1650માં ઓટ્ટો વોન ગ્વેરિક દ્વારા વેક્યૂમ પંપનો આવિષ્કાર કરવામાં આવ્યો હતો.

રૂટ્સ બ્લોઅર વેક્યૂમ પંપનું એક ઉદાહરણ છે

પ્રકારો

ત્રણ તકનિકોના આધારે પંપોને વ્યાપક રીતે વર્ગીકૃત કરી શકાય છે.

• પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પંપોમાં પોલાણને વારંવાર વિસ્તારવાની કાર્યપદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે વાયુઓને ચેમ્બરમાંથી બહાર નીકળવાની, પોલાણને ચુસ્ત થવાની અને બાદમાં વાયુને વાતાવારણમાં આવવાની વ્યવસ્થા કરી આપે છે.
• મોમેન્ટમ ટ્રાન્સફર પંપોને, મોલેક્યૂલર પંપો પણ કહેવાય છે, જેમાં ચેમ્બરમાં રહેલા વાયુઓને બહાર કાઢવા માટે તીવ્ર ઝડપે જતા ઘટ્ટ પ્રવાહી કે તીવ્ર ઝડપે ફરતી તક્તીઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
• એન્ટ્રાપ્મેન્ટ પંપો, વાયુઓને ઘન અથવા ઘટ્ટ સ્થિતિમાં ખેંચે છે. તેમાં ક્રાયોપંપ , ગેટર અને આયન પંપ નો સમાવેશ થાય છે.

ઓછા વેક્યૂમ માટે પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પંપ સૌથી વધારે અસરકારક છે. ઉચ્ચ સ્તરનું વેક્યૂમ મેળવવા માટે એક અથવા બે પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પંપ સાથેના મોમેન્ટમ પંપ સૌથી વધારે સામાન્ય ગોઠવણી તરીકે ગણવામાં આવે છે. આ ગોઠવણીમાં પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પંપ બે હેતુઓ માટે કામ કરે છે. એક તો એ કે મોમેન્ટમ ટ્રાન્સફર પંપો વાતાવરણના દબાણમાં પંમ્પિંગ શરૂ ન કરી શકતા હોવાથી ઉચ્ચ વેક્યૂમ મેળવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાનાર રફ વેક્યૂમને તે મોમેન્ટમ ટ્રાન્સફર પંપમાં મોકલતા પહેલા નળીમાં શોષે છે. બીજુ એ કે પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પંપ ઊંચા વેક્યૂમ પંપમાં વિસ્થાપિત પરમાણુઓના સંગ્રહને ઓછા વેક્યૂમમાં છોડીને મોમેન્ટમ ટ્રાન્સફર પંપને સહાય કરે છે. એન્ટ્રપમેન્ટ પંપથી અતિ ઉચ્ચ વેક્યૂમ મેળવી શકાય છે, પરંતુ તેમાં વાયુના પરમાણુઓ કે આયનોને ઝડપી લેતી સપાટીઓ સમયાંતરે ફરી તૈયાર કરવાની જરૂર પડે છે. આ જરૂરિયાતના કારણે નીંચા અને ઉચા વેક્યૂમમાં તેના પ્રાપ્ય કામગીરી સમયમાં અસ્વીકાર્ય ઘટાડો થાય છે, આમ તેનો ઉપયોગ અતિઉચ્ચ વેક્યૂમ પુરતો જ મર્યાદિત છે. પંપ તેના ઉત્પાદનના નજીવા ફેરફારો, સીલ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા પદાર્થ, દબાણ, પ્રવાહ, ઓઈલની વરાળના પ્રવેશ અને અપ્રવેશ, સેવાના અંતરાલ, વિશ્વસનિયતા, ધૂળ સહન કરવાની ક્ષમતા, કેમિકલ સહન કરવાની ક્ષમતા, પ્રવાહી અને ધ્રૂજારી સહન કરવાની ક્ષમતાના આધારે પણ અલગ અલગ પડે છે.

પ્રદર્શનના માપદંડો

• પંમ્પિંગ ઝડપ પંપના પ્રવેશદ્વારમાં જથ્થાના પ્રવાહના દરના સંદર્ભમાં હોય છે, જે સામાન્યપણે સમયના પ્રત્યેક એકમ જથ્થાના પ્રમાણમાં માપવામાં આવે છે. મોમેન્ટમ ટ્રાન્સફર અને એન્ટ્રાપમેન્ટ પંપો કેટલાક વાયુઓમાં અન્યોની સરખામણીએ વધુ અસરકારક હોય છે, આથી પંપ થતા દરેક વાયુઓમાં પંમ્પિંગ દર અલગ અલગ હોઈ શકે છે, અને પંપનો સરેરાશ જથ્થાના પ્રવાહનો દર ચેમ્બરમાં રહેલા વાયુઓના રાસાયણિક મિશ્રણો પર ઘણો આધારિત હોય છે.
• થ્રૂપૂટ (ચોક્કસ સમયમાં થયેલા કામનું પ્રમાણ)ને પંમ્પિંગ ઝડપ અને પ્રવેશ દ્વાર પરના વાયુ દબાણો દ્વારા ગુણાકાર કરીને તેના સંદર્ભમાં ગણવામાં આવે છે, અને તેને દબાણ•જથ્થો/એકમ સમયના એકમમાં માપવામાં આવે છે. સતત તાપમાનમાં, થ્રૂપૂટ સમયના પ્રતિ એકમ દીઠ પંપ થયેલા પરમાણુઓની સંખ્યાના પ્રમાણમાં હોય છે, અને આથી પંપના સામૂહિક પ્રવાહ દરના પ્રમાણમાં હોય છે. જ્યારે તંત્રમાં લિક (રિઝાવ) અથવા પંપમાં થતા વળતા પ્રવાહની ચર્ચા થઈ રહી હોય ત્યારે, કે થ્રૂપૂટ ને જથ્થાના લિક (રિઝાવ) દર અને લિક (રિઝાવ)ની વેક્યૂમ બાજુના દબાણ વચ્ચે ગુણાકારના સંદર્ભમાં લેવામાં આવે છે, આથી લિક થ્રૂપૂટ અને પંપ થ્રૂપૂટની સરખામણી થઈ શકે.

પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ અને મોમેન્ટમ ટ્રાન્સફર પંપોમાં એકધારો જથ્થાનો પ્રવાહ દર હોય છે (પંમ્પિંગ ઝડપ), પરંતુ જેમ ચેમ્બરનું દબાણ ઘટતુ જાય, આ જથ્થામાં સમૂહ ઓછો ને ઓછો થતો જાય છે. આથી પંમ્પિંગ ઝડપ એકધારી રહેવા છતા, થ્રૂપૂટ અને સામૂહિક પ્રવાહ દર વધુને વધુ ઘટે છે. દરમિયાન, લિકેજ (રિઝાવ), બાષ્પીભવન, સબ્લિમેશન (શુદ્ધ કરવું) અને વળતા પ્રવાહનો દર સમગ્ર તંત્રમાં સતત થ્રૂપૂટ ઉત્પન કરે છે.

પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ

હાથે બનાવેલો પાણીનો પંપ જે વેક્યૂમ ઉત્પન કરીને કૂવામાંથી પાણી ખેંચે છે જે પાણી ધોરિયા સુધી પહોંચે છે.એક રીતે જોઈએ તો, ગંદુ પાણી નીકળવાના ઊંચા દરના કારણે ઉચ્ચ કક્ષાનું વેક્યૂમ કોઈપણ સમયમર્યાદા માટે ન જળવાતું હોવા છતા, તે કૂવો ખાલી કરવાનું કામ કરે છે.

સ્ક્રોલ પંપની કાર્યપદ્ધતિ

પ્રવાહીને ક્યારેય ખેંચી શકાતુ નથી, આથી તકનિકી રીતે ખેંચાણથી વેક્યૂમ રચવું અશક્ય છે. ખેંચાણએ વેક્યૂમમાં થતી પ્રવાહીઓની હિલચાલ છે જે બાહ્ય દબાણની અસર હેઠળ થાય છે, પરંતુ પહેલા વેક્યૂમ રચવું પણ જરૂરી છે. કૃત્રિમ વેક્યૂમ તૈયાર કરવા માટે કન્ટેઈનર (બંધ પેટી)ના જથ્થાનું વિસ્તરણ કરવું એ સૌથી સરળ રસ્તો છે. ઉદાહરણ તરીકે જોઈએ તો, ડાયફ્રેમના સ્નાયુઓ (છાતી અને પેડુ વચ્ચેનો પડદાના સ્નાયુઓ) છાતીના પોલાણ સુધી લંબાય તો, ફેફસાઓનું કદ વધશે. આ વિસ્તરણ દબાણ ઘટાડે છે અને આંશિક વેક્યૂમ તૈયાર કરે છે, જે ટુંક સમયમાં જ વાતાવરણના દબાણના કારણે અંદર ધકેલાયેલી હવાથી ભરાઈ જશે.

અનંત વૃદ્ધિની જરૂરિયાત વગર ચેમ્બરને અનંત સમય સુધી ખાલી કરવાની કામગીરી ચાલુ રાખવા માટે, વેક્યૂમનો ઘટક વારંવાર બંધ થાય, બહાર નીકળે અને ફરી વિસ્તરણ થાય તે જરૂરી છે. પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પંપ પાછળ આ જ સિદ્ધાંત છે જે ઉદાહરણ તરીકે જોઈએ તો હાથે બનાવેલા પાણીના પંપ સમાન છે. પંપની અંદરની બાજુએ આવેલી કાર્યપદ્ધતિ ઊંડુ વેક્યૂમ રચવા માટે એક સિલ કરેલા પોલાણનું વિસ્તરણ કરે છે. દબાણમાં તફાવતના કારણે, ચેમ્બરમાં કેટલાક પ્રવાહીઓ (અથવા આપણા ઉદાહરણમાં કૂવામાં) પંપના નાના પોલાણમાં ધકેલાય છે. પંપના પોલાણને હંમેશા ચેમ્બરથી સિલ કરેલું હોય છે, વાતાવરણમાં ખુલ્લુ હોય છે, અને એક મિનિટમાં સંકોચાઈ જાય તેવું હોય છે.

મોટાભાગના વ્યવહારદક્ષ તંત્રો ઔદ્યોગિક કામકાજોમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે, પરંતુ ચક્રીય રીતે હવા કાઢવાનો પાયાનો સિદ્ધાંત એક સમાન હોય છેઃ

• રોટરી વેન પંપ, સૌથી સામાન્ય
• ડાયફ્રેમ પંપ (કંપનશીલ પડદાવાળા પંપ), ઓઈલ દૂષણરહિત
• લિક્વિડ રિંગ પંપ (પ્રવાહી રિંગ પંપ)
• પિસ્ટન પંપ, સૌથી સસ્તા
• સ્ક્રોલ પંપ, સૌથી વધુ ઝડપના સૂકા પંપ
• સ્ક્રૂ પંપ (10 પીએ (Pa) (પાસ્કલ))
• વેન્કેલ પંપ
• એક્સ્ટર્નલ વેન પંપ (બાહ્ય પંખા ધરાવનાર પંપ)
• રૂટ્સ બ્લોઅર, તેને બૂસ્ટર પંપ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે સૌથી વધારે પંમ્પિંગ ઝડપ ધરાવે છે પરંતુ દબાણનો દર ઓછો હોય છે.
• બહુસ્તરીય રૂટ્સ પંપ કે જેમાં ઉંચી પંમ્પિંગ ઝડપ આપતા કેટલાક સ્તરો આવેલા હોય છે અને દબાણનો દર વધુ સારો હોય છે.
• ટોઈપ્લેર પંપ
• લોબ પંપ

રબર અને પ્લાસ્ટિકથી સીલ કરેલા પિસ્ટન પંપ તંત્રમાં પાયાનું દબાણ સામાન્યપણે 1 થી 50 કેપીએ (kPa) હોય છે, જ્યારે સ્ક્રોલ પંપમાં સંભવતઃ 10 પીએ (Pa) (નવો હોય ત્યારે) અને રોટરી વેન ઓઈલ પંપમાં મેટલિક ચેમ્બર ચોખ્ખુ અને ખાલી હોય તો 0.1 પીએ (Pa) સુધી પહોંચી શકે છે.

પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ વેક્યૂમ પંપમાં દરેક ચક્રમાં એકસમાન વાયુનો જથ્થો બહાર નીકળે છે જેથી તેની પંમ્પિંગ ઝડપ વળતા પ્રવાહના કારણે ઘટે નહીં ત્યાં સુધી એકધારી જ રહે છે.

મોમેન્ટમ ટ્રાન્સફર

ટર્બોમોલેક્યૂલર હાઈ વેક્યૂમ પંપનો કટઅવે દેખાવ (આંતરિક રચના જોઈ શકાય તેવું ચિત્ર)

મોમેન્ટમ ટ્રાન્સફર પંપમાં વાયુના પરમાણુઓ વેક્યૂમ બાજુએથી નિકાસ બાજુ તરફ આગળ વધે છે (જે સમાન્યપણે એક પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પંપ દ્વારા ઘટાડેલા દબાણ પર જાળવી રાખવામાં આવે છે). મોમેન્ટમ ટ્રાન્સફર પંમ્પિંગ માત્ર અંદાજે 0.1 કેપીએ (kPa) કરતા ઓછા દબાણ પર જ થઈ શકે છે.ભૌતિક દ્રવ્ય પ્રવાહી ગતિશાસ્ત્રના નિયમના આધારે જુદા જુદા દબાણ પર જુદી જુદી રીતે વહે છે. વાતાવરણના દબાણ અને હળવા વેક્યૂમમાં પરમાણુઓ એકબીજા સાથે સંપર્કમા આવે છે અને પોતાના આસપાસના પરમાણુઓને ધક્કો મારે છે જેને વિસ્કસ ફ્લો (ચિકણા પ્રવાહ) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. જ્યારે પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર વધે છે, પરમાણુઓ એકબીજાના સંપર્કમાં આવવાના બદલે ચેમ્બરની દિવાલો સાથે વધુ અથડાય છે, અને મોલેક્યૂલર પંમ્પિંગ પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પંમ્પિંગ કરતા વધુ અસરકારક બને છે, આ સ્થિતિને સામાન્યપણે હાઈ વેક્યૂમ (ઉચ્ચ શૂન્યાવકાશ) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આ સ્થિતિને સામાન્યપણે હાઈ વેક્યૂમ (ઉચ્ચ શૂન્યાવકાશ) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

મોલેક્યૂલર પંપએ મિકેનિકલ પંપોની સરખામણીએ વધારે વિસ્તારને સાફ કરે છે, અને વારંવાર ઘણું વધારે કામ કરે છે. જેથી તે વધુ ઉચ્ચ પંમ્પિંગ ઝડપ માટે સક્ષમ બને છે. તે વેક્યૂમ અને તેના નિકાસની જગ્યા વચ્ચે લાગેલા સીલના ભોગે આમ કરે છે. જો સીલ ન હોય તો, નિકાસની જગ્યાએ સહેજ દબાણ આવે તો પણ તે સમગ્ર પંપમાં બેકસ્ટ્રીમિંગ (વળતા પ્રવાહ)નું કારણ બની શકે છે; તેને સ્થગિત સ્થિતિ ગણવામાં આવે છે. જોકે, ઉચ્ચ વેક્યૂમમાં, દબાણની માત્રાઓની પ્રવાહ પર ઓછી અસર થાય છે, અને મોલેક્યૂલર પંપ તેની મહત્તમ સંભાવ્યતા સુધી કામ કરી શકે છે.

મોલેક્યૂરલ પંપોના મુખ્ય બે પ્રકારો ડીફ્યૂઝન પંપ અને ટર્બોમોલેક્યૂલર પંપ છે. બંને પ્રકારના પંપ વાયુના પરમાણુઓને બહાર ફેંકે છે જેને પંપમાં વાયુના પરમાણુઓ પર આપવામાં આવેલા વેગથી વિખેરવામાં આવ્યા હોય છે. ડીફ્યૂઝન પંપોમાં વાયુના પરમાણુઓને તેલ કે પારાના ફુવારાઓથી બહાર ધકેલવામાં આવે છે, જ્યારે ટર્બોમોલેક્યૂલર પંપોમાં વાયુને બહાર ધકેલવા માટે અતિ ઝડપી પંખાનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. જો બંને પંપમાં સીધા જ વાતાવરણના દબાણમાં નિકાસ કરવામાં આવે તે તે બંધ થઈ જાય છે અને પંમ્પિંગ કામ થઈ શકતું નથી, આથી યાંત્રિક પંપ દ્વારા તૈયાર કરાયેલા ઓછા દરજ્જાના વેક્યૂમમાં જ તેના નિકાસની વ્યવસ્થા કરવી આવશ્યક છે.

પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પંપોમાં, લિકેજ (રિઝાવ), આઉટગેસિંગ (વાયુ બહાર ફેંકાવો) અને બેકસ્ટ્રીમિંગ (વળતા પ્રવાહ) પંપની ઝડપને સમાન કરે ત્યારે પાયાનું દબાણ ઓછામાં ઓછા દબાણ સુધી પહોંચે છે, પરંતુ હવે લિકેજ (રિઝાવ) અને આઉટગેસિંગને બેકસ્ટ્રીમિંગ (વળતા પ્રવાહ)ના સ્તર કરતા ઘટાડવું વધારે અઘરુ બની ગયું છે.

• ડીફ્યૂઝન પંપ
• ટર્બોમોલેક્યૂરલ પંપ

એન્ટ્રપમેન્ટ

એન્ટ્રપમેન્ટ પંપોએ ક્રાયોપંપ હોઈ શકે છે, જેમાં વાયુઓને ઘન બનાવવા અથવા શોષાય તેવી સ્થિતિ સુધી લઈ જવા માટે ઠંડા તાપમાનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જ્યારે કેમિકલ પંપ, કે જેમાં ઘન કચરાનું ઉત્પાદન કરવા માટે વાયુઓ સાથે તે પ્રતિક્રિયા કરે છે, અથવા આયનાઈઝેશન પંપો, કે જેમાં વાયુઓને આયનાઈઝ કરવા માટે પ્રબળ વીજક્ષેત્રનો ઉપયોગ કરાવામાં આવે છે અને આયનોને ઘન અવશેષના રૂપમાં બનવા માટે પ્રેરિત કરવામાં આવે છે. ક્રાયોમોડ્યૂલમાં ક્રાયોપંમ્પિંગનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

• આયન પંપ
• ક્રાયોપંપ
• સોર્પશન પંપ
• નોન-એવેપરેટીવ ((બિન-બાષ્પીભવનીય) ગેટર

પંપોના અન્ય પ્રકારો

• વેન્ચુરી વેક્યૂમ પંપ (એસ્પાઈરેટર) (10 થી 30 કેપીએ (kPa))
• સ્ટીમ ઈઝેક્ટર (વરાળ બહાર કાઢનાર) (વેક્યૂમનો આધાર સ્તરોની સંખ્યા પર રહેલો હોય છે, પરંતુ ઘણું મંદ હોઈ શકે છે)

તકનિકો

વેક્યૂમ તંત્રોની વિશાળ વિવિધતાઓમાં વેક્યૂમ પંપમાં ચેમ્બર (એક બંધ ભાગ) અને સંચાલન પ્રક્રિયાઓ આવેલી હોય છે. કેટલીક વખત એક જ ઉપકરણમાં એક કરતા વધારે પંપનો (શ્રેણીમાં અથવા સમાંતર રીતે) ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પંપનો ઉપયોગ કરીને તબક્કાવાર વેક્યૂમ, અથવા રફ વેક્યૂમ રચી શકાય છે જે વાયુના ભારણને ઈનલેટ પોર્ટ (પ્રવેશ દ્વાર) થી આઉટલેટ પોર્ટ (નિકાસ દ્વાર) સુધી લઈ જાય છે. યાંત્રિક મર્યાદાઓના કારણે આવા પંપ માત્ર ઓછુ વેક્યૂમ જ મેળવી શકે છે. ઉચ્ચ વેક્યૂમ મેળવવા માટે ફરજિયાતપણે અન્ય તકનિકોનો ઉપયોગ જરૂરી છે, વિશેષ રીતે શ્રેણીઓમાં (સામાન્યપણે નીચેની બાજુએ પ્રારંભિક ઝડપી પંપની સાથે પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પંપ રાખવામાં આવે છે). કેટલાક ઉદાહરણોમાં સંભવતઃ ઓઈલ સિલ કરેલા રોટરી વેન પંપનો ઉપયોગ થઈ શકે છે (સૌથી સામાન્ય પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પંપ) જેને ડીફ્યૂઝન પંપથી મદદરૂપ બળ પુરુ પાડવામાં આવે છે, અથવા ટર્બોમોલેક્યૂરલ પંપના મદદરૂપ બળ સાથેના સૂકા સ્ક્રોલ પંપનો ઉપયોગ થઈ શકે છે. વેક્યૂમની જરૂરિયાતના સ્તર આધારિત અન્ય પણ કેટલાક જોડાણો છે.

ઉચ્ચ વેક્યૂમ મેળવવું ઘણું મુશ્કેલ છે કારણ કે આઉટગેસિંગ અને બાષ્પ દબાણના ગુણધર્મો માટે વેક્યૂમમાં ઉજાગર થયેલા તમામ પદાર્થો ખૂબ જ કાળજીપૂર્વક બહાર કાઢવા જરૂરી છે. ઉદાહરણ તરીકે જોઈએ તો, જ્યારે વેક્યૂમ ઉત્પન કરવામાં આવે ત્યારે વેક્યૂમ ચેમ્બરને સિલ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા ઓઈલ, ગ્રીસ અને રબર, અથવા પ્લાસ્ટિક ગેસકિટ ઉકળવા ન જોઈએ, અન્યથા તેમાંથી ઉત્પન થતા વાયુઓ ઈચ્છીત સ્તરનું વેક્યૂમ રચવામાં અવરોધો ઉભા કરશે. અનેક કિસ્સાઓમાં, વેક્યૂમ માટે ઉજાગર કરેલી તમામ સપાટીઓ ઊંચા તાપમાને ગરમ કરેલી હોવી જરૂરી છે જેથી સંચિત વાયુનું વહન કરી શકાય.

વેક્યૂમ પંમ્પિંગ પહેલા ભેજ મુક્તિની કામગીરીથી આઉટગેસિંગનું પ્રમાણ ઓછુ કરવું જરૂરી છે. ઉચ્ચ વેક્યૂમ તંત્રોમાં સામાન્યપણે ધાતુના ચેમ્બર અને સામાન્ય રીતે ઓછા વેક્યૂમ ચેમ્બરોને સિલ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા રબર ગેસકિટના બદલે ક્લેઈન ફ્લેંજ્સ અથવા આઈએસઓ (ISO) ફ્લેંજ્સ જેવા ધાતુના ગેસકિટનો ઉપયોગ થાય છે. આઉટગેસિંગના પ્રમાણને ઓછુ કરવા માટે સમગ્ર તંત્ર એકદમ ચોખ્ખુ અને કાર્બનિક પદાર્થોમુક્ત હોવું જરૂરી છે. ઘન અને પ્રવાહી એવા તમામ પદાર્થોમાં, બાષ્પનું દબાણ ઓછુ હોય છે, અને જ્યારે વેક્યૂમનું દબાણ આ બાષ્પના દબાણ કરતા ઓછુ હોય ત્યારે તેનું આઉટગેસિંગ મહત્વપૂર્ણ બની જાય છે. પરિણામ સ્વરૂપે સંખ્યાબંધ પદાર્થો જેમકે એપોક્સી વગેરે ઓછા વેક્યૂમમાં સારી રીતે કામ કરતી શકતા હોય, તેઓ ઉચ્ચ વેક્યૂમાં આઉટગેસિંગના સ્ત્રોતરૂપ બની જાય છે. આ શ્રેષ્ઠતમ સાવચેતીઓ સાથે, વિવિધ મોલેક્યૂલર પંપની મદદથી 1 એમપીએ (mPa) વેક્યૂમ ખૂબ સરળતાથી પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. કાળજીપૂર્વકની રૂપરેખા તૈયાર કરવામાં આવે તો 1 µPa પણ શક્ય છે.

કેટલાક પંપો શ્રેણીમાં અથવા સમાંતર રીતે પણ ઉપયોગમાં લઈ શકાય છે. લાક્ષણિક પંપડાઉન હરોળમાં, ચેમ્બરમાંથી મોટાભાગના વાયુને દુર કરવા માટે વાતાવરણથી શરૂ થતા (760 ટોર (Torr), 101 કેપીએ (kPa)) થી 25 ટોર (Torr) (3 કેપીએ (kPa)) એક પોઝિટિવ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પંપનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ત્યારબાદ દબાણને 10⁻⁴ ટોર (Torr) (10 એમપીએ (mPa)) સુધી લઈ જવા માટે સ્ટ્રોપ્શન પંપનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. દબાણને વધુ ઘટાડીને 10⁻⁸ ટોર (Torr) (1 µPa) સુધી લઈ જવા માટે ક્રાયોપંપ અથવા ટર્બોમોલેક્યૂલર પંપનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. વધુમાં આયન પંપનો ઉપયોગ થઈ શકે છે જે 10⁻⁶ ટોર (Torr)થી શરૂ થાય છે, અને હિલિયમ અથવા હાઈડ્રોજન જેવા વાયુઓ કે જે ક્રાયોપંપ કે ટર્બો પંપથી પૂરતા પ્રમાણમાં દુર ન કરી શકાતા હોય તેને દુર કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

અતિ ઉચ્ચ વેક્યૂમની જરૂર રૂઢિગત બનેલા સાધનો, આકરી સંચાનલ પદ્ધતિઓ, અને ટ્રાયલ-એન્ડ-એરર (પરીક્ષણ અને ક્ષતિ)ની યોગ્ય માત્રામાં હોય છે. અતિ ઉચ્ચ વેક્યૂમ તંત્રો સામાન્યપણે કાટરહિત લોખંડમાંથી બનેલા હોય છે જેમાં ધાતુ-ગેસકિટ યુક્ત મિશ્રિત ફ્લેંજ્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હોય છે. આ તંત્રને સામાન્યપણે ગરમ કરવામાં આવે છે, જે વેક્યૂમ હેઠળ વધુ યોગ્ય ગણવામાં આવે છે, જેથી સમગ્ર તંત્રમાં તમામ આઉટગેસિંગ પદાર્થો પર હંગામી ધોરણે બાષ્પનું દબાણ વધારી શકાય અને તેને ઉકાળી શકાય. જરૂર પડે તો, તંત્રના આ આઉટગેસિંગની આ પ્રક્રિયાને ઓરડાના તાપમાને પણ કરવામાં આવે છે, પરંતુ તેમાં ઘણો વધારે સમય લાગે છે. એક વખત મોટા પ્રમાણમાં આઉટગેસિંગ પદાર્થોને ઉકાળ્યા બાદ તેને બહાર કાઢી નાખવામાં આવે પછી, આ તંત્રને ઓછા બાષ્પ દબાણે ઠંડુ કરી શકાય છે જેથી વાસ્તવિક કામગીરી દરમિયાન બાકી રહેલ પદાર્થોનું આઉટગેસિંગ કરી શકાય. કેટલાક તંત્રોમાં ઓરડાના તાપમાનથી ઓછા તાપમાને પ્રવાહી નાઈટ્રોજનની મદદથી ઠંડુ કરી શકાય છે જેથી બાકી રહેલ આઉટગેસિંગને બંધ કરી શકાય અને સાથે સાથે ક્રાયોપંપ તંત્રને પણ બંધ કરી શકાય.

કેટલાક અતિ ઉચ્ચ વેક્યૂમ તંત્રોમાં, કેટલાક ખૂબ જ વિચિત્ર લિકેજ (રિઝાવ)ના રસ્તાઓ અને આઉટગેસિંગના સ્ત્રોતો પણ અચુક રીતે ધ્યાનમાં લેવા જરૂરી છે. એલ્યુમિનિયમ અને પેલેડિયમનું પાણી શોષણ આઉટગેસિંગનો અસ્વીકાર્ય સ્ત્રોત બની જાય છે અને સખત ધાતુઓ જેવી કે કાયરહિત લોખંડ અથવા ટીટાનિયમનું શોષણ પણ ફરજિયાત ધ્યાનમાં લેવું જરૂરી છે. કેટલાક ઓઈલ અને ગ્રીસ પણ ચરમસીમાએ પહોંચેલા વેક્યૂમને ઉકાળી નાખશે. ધાતુના ચેમ્બરની દિવાલોમાં છીદ્રાળુતા પણ ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ, અને ધાતુની ફ્લેંજ્સના કણોની દિશા ફ્લેંજ સપાટીની સમાંતર હોવી જોઈએ.

પરમાણુના કદની અસર પણ ધ્યાને લેવી જરૂરી છે. નાના પરમાણુઓ સરળતાથી લિક (રિઝાવ) થઈ શકે છે તેમજ વધુ સરળતાથી ચોક્કસ પદાર્થ દ્વારા શોષાઈ શકે છે, અને મોલેક્યૂલર પંપ ઓછા વજનના પરમાણુ હોય તો ઓછી અસરકારકતા સાથે કામ કરે છે. કોઈપણ તંત્ર ઈચ્છીત વેક્યૂમ માટે નાઈટ્રોજનને (હવાનો મુખ્ય ઘટક) બહાર કાઢવા માટે સક્ષમ હોવુ જોઈએ, પરંતુ ચેમ્બર તો તેમ છતાય બાકી રહેલા વાતાવરણના હાઈડ્રોજન અને હિલિયમથી ભરેલું જ હોવું જોઈએ. ઉચ્ચ વાયુ-પ્રસરણ મટિરિયલ જેમ કે પેલેડિયમ (જે ઉચ્ચ સક્ષમતાનું હાઈડ્રોજન સ્પોંજ (છીદ્રો યુક્ત શોષક) છે) વગેરેથી જોડાયેલી નળીઓ વિશેષ આઉટગેસિંગની સમસ્યાઓ ઉભી કરે છે.

વેક્યૂમ પંપના ઉપયોગો

વેક્યૂમ પંપોનો ઉપયોગ સંખ્યાબંધ ઔદ્યોગિક અને વિજ્ઞાનિક પ્રક્રિયાઓમાં થાય છે જે પૈકી કેટલીક અહીં દર્શાવેલી છેઃ

• સંયુક્ત પ્લાસ્ટિક મોલ્ડિંગ (ઢાળકામ) પ્રક્રિયા (વીઆરટીએમ (VRTM))[૧]
• મોટાભાગના વિમાનોમાં કેટલાક ઉડાન સંબંધિત સાધનો ચલાવવા માટે.
• મોટાભાગના વિવિધ પ્રકારના ઈલેક્ટ્રિક લેમ્પ, વેક્યૂમ ટ્યુબો, અને સીઆરટી (CRT) જે જ્યાં ઉપકરણને છોડી જેવામાં આવતું હોય અથવા ચોક્કસ વાયુ કે વાયુના મિશ્રણથી ફરી ભરવામાં આવતુ હોય.
• સેમીકન્ડક્ટર (અર્ધસંચાલક) પ્રક્રિયાઓ, નોંધનીય રીતે આયન લગાવવાનું કામ, સૂકા નક્શીકામો અને પીવીડી (PVD), એએલડી (ALD), પીઈસીવીડી (PECVD), અને સીવીડી (CVD) નિક્ષેપણ અને ટૂંકમાં ફોટોલિથોગ્રાફીમાં.
• ઈલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપી.
• તબીબી કામગીરીઓ કે જેમાં કંઈક ખેંચાણની ચૂસવાની જરૂર પડતી હોય.
• તબીબી પ્રક્રિયાઓ જેવી કે રેડિયોથેરારી, રેડિયોસર્જરી, રેડિયોફાર્મસી.
• વાયુ, પ્રવાહી અને ઘન, સપાટી તેમજ જૈવપદાર્થો (બાયો મટિરિયલ)ના વિશ્લેષણ માટે વિશ્લેષણાત્મક ઉપકરણ તરીકે.
• આયનના સ્ત્રોત અને શોધક વચ્ચે અતિ ઉચ્ચકક્ષાનું વેક્યૂમ રચવા માટે માસ સ્પેક્ટ્રોમીટર તરીકે.
• સુશોભન, ટકાઉપણા અને ઊર્જા બચત માટે વેક્યૂમ કોટિંગ (શૂન્યાવકાશનું પડ) રચવા માટે.
• લો ઈ ગ્લાસ માટે કાચ પર પડ તૈયાર કરવા.
• એન્જિનમાં સખત બાહ્ય પડ માટે (ફોર્મ્યુલા વનમાં હોય છે તે રીતે).
• ઓફ્થેલ્મિક (નેત્રરોગો સંબંધિત) પડ રચવા માટે.
• દુધાળા પશુઓને દોહવા માટેના મશીનોમાં.
• એરકંડિશનિંગ (વાતાનૂકુલન) સેવાઓમાં- રેફ્રિજરન્ટ (તાપશામક)થી ચાર્જ કરતા પહેલા સમગ્ર તંત્રમાંથી અશુદ્ધિઓ દુર કરવા માટે.
• ટ્રેશ કમ્પેક્ટર (કચરાના નિયમન માટે).
• વેક્યૂમ એન્જિનિયરિંગ.
• સ્યૂઈજ સિસ્ટમ (કચરા નિકાલ તંત્ર) (જૂઓ ઈએન (EN)1091: 1997 ધોરણો).
• ઠંડી સુકવણી.
• ડેરી શેડ (પશુઓને રાખવાની જગ્યા) પ્લાન્ટમાં વેક્યૂમના મુખ્ય સ્ત્રોત તરીકે.

વેક્યૂમનો ઉપયોગ યાંત્રિક ઉપકરણોને બળ (શક્તિ) પુરુ પાડવા માટે અથવા તો તેને ચલાવામાં મદદ માટે પણ ઉપયોગ થાય છે. ડીઝલ એન્જિન યુક્ત મોટર વાહનોમાં, એક પંપ એન્જિનની ઉપર (સામાન્ય રીતે કેમ-શાફ્ટ પર) લગાવેલો હોય છે જે વેક્યૂમ ઉત્પન કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે. પેટ્રોલ એન્જિનોમાં, વેક્યૂમ એન્જિનની કામગીરીની એક ઉપનીપજ તરીકે ઉત્પન થાય છે અને થ્રોટલ પ્લેટ (એન્જિનમાં વરાળનું નિયમન કરતો પડતો) દ્વારા પ્રવાહમાં અવરોધ ઉભો કરવામાં આવે છે. આ વેક્યૂમનો સંભવતઃ બાદ બળ (શક્તિ) તરીકે ઉપયોગ થઈ શકે છેઃ

• હાઈડ્રોલિક બ્રેકો માટે વેક્યૂમ સર્વો (વેક્યૂમ સહાયક) બૂસ્ટર.
• વેન્ટિલેશન સિસ્ટમ (હવાની હેરફેરનું તંત્ર)માં ડમ્પરોને ચલાવતી મોટરો.
• ક્રૂઝ કંટ્રોલ સર્વોમિકેનિઝમ (વહાણ નિયંત્રણ સહાયકતંત્ર)માં થ્રોટલ (એન્જિનમાં વરાળનું નિયમન કરતો પડતો) ચાલક.

વિમાનમાં, મોટાભાગે વેક્યૂમ સ્ત્રોત ઉડાનના વિવિધ સાધનોમાં પાવર ગાઈરસ્કોપ માટે ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે. વીજ સંબંધિત નિષ્ફળતાના કિસ્સામાં સમગ્ર સાધનને નુકસાન થતુ અટકાવવા માટે, તે સાધનની પેનલ જાણી જોઈને એવા ચોક્કસ સાધનો (ઉપકરણો) સાથે તૈયાર કરવામાં આવે છે જે વીજળીમાંથી શક્તિ મેળવે છે અને અન્ય સાધનો વેક્યૂમ સ્ત્રોતમાંથી શક્તિ મેળવે છે.

વેક્યૂમ પંપનો ઇતિહાસ

વેક્યૂમ પંપના પૂરોગામી તરીકે સક્શન પંપને ગણી શકાય, જે રોમનોની એક ઓળખ સમાન હતા. બેવડી કામગીરી કરતા સક્શન પંપો પોમ્પેઈ શહેરમાં શોધાયા હતા. અરેબિક એન્જિનિયર અલ-જઝારીએ પણ 13મી સદીમાં સક્શન પંપનો ઉલ્લેખ કર્યો હતો. તેણે જણાવ્યું હતું કે તેણે તૈયાર કરેલા મોડેલો ગ્રીક ફાયર (એક પ્રકારનું હથિયાર) ફેંકવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા બિઝાન્ટિન શીફોન કરતા મોટા કદના હતા. બાદમાં 15મી સદીમાં સક્શન પંપો યુરોપના દેશોમાંથી બહાર આવ્યા..

17મી સદીમાં, પાણીના પંપોની રૂપરેખા એવા તબક્કા સુધી સુધારવામાં આવી કે જેમાં આશ્ચર્યજનક રીતે વેક્યૂમ ઉત્પન થતું હતું, પરંતુ તેને તુરંત કોઈ સમજી શક્યું નહોતું. એ વાત બધા જ જાણતા હતા કે સક્શન પંપો અમુક ચોક્કસ ઊંચાઈથી વધારે અંતર સુધી પાણી ખેંચવા માટે સક્ષમ નહોતાઃ 1635ની આસપાસ લેવાયેલા માપ અનુસાર 18 ફ્લોરેન્ટિન યાર્ડ (વાર). (મીટરમાં રૂપાંતરણ અચોક્કસ છે, પરંતુ તે અંદાજે 9 કે 10 મીટર થઈ શકે છે.) આ મર્યાદાઓ તુસ્કેનીના શાસક દ્વારા તૈયાર કરાયેલી સિંચાઈ યોજનાઓ, ડ્રેનેજ (ગટર વ્યવસ્થા) અને સુશોભન માટેના શક્તિશાળી ફુવારાઓ માટે ચિંતાનો વિષય હતી, આથી રાજાએ આ સમસ્યાના નિરાકરણ માટે ગેલિલિયોની નિયુક્તિ કરી. ગેલિલિયોએ આ કોયડો ગેસ્પર બેર્ટી કે જેણે 1639માં રોમમાં પ્રથમ બેરોમીટર બનાવીને તેની નકલ કરી હતી તે સહિતના અન્ય વિજ્ઞાનિકો સમક્ષ મુક્યો હતો. બેર્ટીના બેરોમીટરમાં પાણીના કોલમ (સ્તંભ)ની ઉપર વેક્યૂમ રચાતું હતું પરંતુ તે આમ કેવી રીતે બને છે સમજાવી શક્યો નહોતો. આ દિશામાં મહત્વપૂર્ણ પ્રગતિ 1643માં ઈવાંગેલિસ્ટા ટોર્રીસેલી દ્વારા કરવામાં આવી હતી. ગેલિલિયોની નોંધના આધારે, તેણે મરક્યૂરી (પારાનું) બેરોમીટર તૈયાર કર્યું અને સમજી શકાય તેવી દલીલ કરી હતી કે સૌથી ઉપરના ભાગે જે ખાલી જગ્યા છે તે વેક્યૂમ છે. ત્યારબાદ પાણીની કોલમ (સ્તંભ)ની મર્યાદા એવા મહત્તમ વજન સુધી લઈ જવામાં આવી જ્યાં વાતાવરણનું દબાણ સહાય આપી શકે. કેટલાક લોકો માને છે કે, ટોર્રીસેલીનો પ્રયોગ ઘણો મહત્વપૂર્ણ હોવા છતા, બ્લેઈસ પાસ્કલના પ્રયોગે સાબિત કર્યું હતું કે સૌથી ટોચના ભાગે રહેલી ખાલી જગ્યામાં વેક્યૂમ હોય છે.

1654માં, ઓટ્ટે વોન ગ્વેરિકે પ્રથમ વેક્યૂમ પંપનો આવિષ્કાર કર્યો હતો અને તેનો ખ્યાતનામ મેગ્ડબર્ગ હેમીસ્ફીયર્સ પ્રયોગ કર્યો હતો, જે દર્શાવે છે કે એવા બે ગોળાર્ધો કે જેમાંથી હવા ખેંચી લેવામાં આવે તેને અશ્વોની ટુકડીઓ પરસ્પર વિરુદ્ધ દિશામાં ખેંચે તો પણ છુટા પાડી શકતા નથી. રોબર્ટ બોયલે ગ્વેરિકની ડિઝાઈનમાં સુધારા કર્યા અને વેક્યૂમના ગુણધર્મો પર પ્રયોગો હાથ ધર્યા. રોબર્ટ હૂકે પણ બોયલને વેક્યૂમ ઉત્પન કરવા માટે મદદરૂપ એવા એર પંપ (હવાના પંપ) તૈયાર કરવામાં મદદ કરી હતી. જ્યારે હેન્રીચ ગેસ્સલરે મરક્યૂરી ડિસ્પ્લેસમેન્ટ પંપ બનાવી અંદાજે 10 પીએ (Pa) (0.1 ટોર) સુધીનું વિક્રમી વેક્યૂમ મેળવ્યું તો 1855 સુધી વેક્યૂમનો અભ્યાસ ખોરંભે મુકાઈ ગયો હતો. સંખ્યાબંધ વીજ સંબંધિત ગુણધર્મો વેક્યૂમના સ્તરે જોઈ શકાય તેવા થઈ ગયા, અને તેના કારણે વેક્યૂમમાં ફરી લોકોને રસ જાગ્યો. આ કારણે વેક્યૂમ નળીનો વિકાસ થયો.

19મી સદીમાં, નિકોલા ટેસ્લાએ એપરેટ્સ (વિજ્ઞાનિક પ્રયોગોનું ઉપકરણ)ની ડિઝાઈન (રૂપરેખા) તૈયાર કરી, એવી સક્ષમતા પામવાની પરિકલ્પના કરી જેમાં ઉચ્ચ કક્ષાની નિકાસ થઈ શકે તેવો સ્પ્રેંગલ પંપ હતો.

જોખમો

વેક્યૂમ પંપ સાથે સ્મોલની ઈન્સ્ટિટ્યુટની વિદ્યાર્થીની કેથરિન મોલ્ચાનોવા, ડ્મીટ્રી લેવીટ્સ્કી, 1776

લગભગ 1980 પહેલા તૈયાર કરાયેલા ઓઈલ વેક્યૂમ-પંપના ઓઈલમાં મોટાભાગે કેટલાક વિવિધ જોખમરૂમ પોલિક્લોરિનેટેડ બાયફિનાઈલ્સ (પીસીબી (PCB)) હોય છે જે ખૂબ ઝેરી, કાર્સિનજેનિક (કર્ક રોગ કરનાર) અને પ્રબળ કાર્બનિક પ્રદૂષકો હોય છે.

આ પણ જુઓ

• એર પંપમાં પક્ષી પર એક પ્રયોગ
• શૂન્યાવકાશ
• વેક્યૂમ એન્જિનિયરિંગ
• વેક્યૂમ ફ્લેંજ
• વેક્યૂમ સ્યૂઅરેજ
• ઓટ્ટો વોન ગ્વેરિક