My Statement Paper: Voordelen van Vacuümtoepasingen Pieter Thijs & Jef Boogaerts
2013-2014 Master student Electromechanical Engineering Faculty of Engineering Technology, Campus Group T, Leuven Vesaliusstraat 13, 3000 Leuven
My Statement Paper-Jef Boogaerts en Pieter Thijs
Inleiding Er bestaan al heel wat toepassingen die mogelijk zijn met vacuümtechnologie. Ze zijn aanwezig in verschillende sectoren, van transport tot productietechnologiën. Het besproken argument in deze paper is ‘dat er meer onderzoek moet gedaan worden naar vacuümtoepassingen’. Onder meer omdat dit vooral economische voordelen maar ook heel wat andere voordelen met zich meebrengt. Aangezien de masterproef gaat over de scroll compressor voor vacuümtoepassingen, wordt de scroll compressor eerst kort aangehaald. Verder in deze paper zullen een aantal bestaande toepassingen besproken worden waarbij ook hun voordelen aangehaald worden.
Scroll compressor De scroll compressor is een type van compressor dat olievrij kan werken. Het bestaat uit 2 delen. Dit zijn de rotor en de stator. Deze beide delen bevatten een spiraal (Zie onderstaande figuur).
De werking van een scroll compressor is als volgt. De rotor zal een cirkelvormige translatie maken tegenover de stator. Hierbij zullen er volumes lucht aan de inlaat (buitenkant van spiraal) worden weggetrokken. Doordat de rotor en de stator tegen elkaar schuiven zal de lucht naar het midden worden getransporteerd in een geleidelijk aan kleiner wordend compartiment. In het midden bevindt zich de uitlaat van de spiraal. De scroll compressor kan ook als vacuüm pomp worden gebruikt. Het enige verschil is dan dat de druk aan de inlaat lager is als één bar. Dit wordt bereikt door de ingang af te sluiten met een drukvat.
Toepassingen Vacuüm transport Een van de toepassingen van vacuüm is het transporteren van stoffen die van kleine korrel grote, vloeibaar of gasvormig zijn. Het werkingsprincipe bestaat eruit om een buis met vacuüm vat, vacuüm te zuigen. Daarna wordt het vat opengezet aan één kant zodat grondstoffen worden aangezogen tot aan het vacuüm vat. Dit type van transport is meer economisch rendabel dan andere transportsystemen. Ook is het veiliger omdat er geen lek naar de omgeving kan ontstaan aangezien de lucht in de buis op lagere druk is als de atmosfeer. (TBMA, 2013)
Vacuum assisted resin transfer molding VARTM is een voorbeeld van een systeem waarin vacuümtransport wordt gebruikt. In dit geval wordt het resin met behulp van vacuum in de mall getransporteerd. Doordat deze methode zeer goed controleerbaar is kunnen luchtbellen worden voorkomen. Dit is economisch gezien een zeer goede methode omdat het mogelijk is om een betere kwaliteit te krijgen voor dezelfde productieprijs. 1
My Statement Paper-Jef Boogaerts en Pieter Thijs (LM Windpower, 2013)
Vacuum metalizing Vacuum metalizing is ook wel bekend als ‘physical vapour deposition’ (PVD). Dit is een proces waarbij het metaal wordt verdampt binnenin een vacuümkamer waarna het zich bindt aan het gewenste substraat. Dit kan gedaan worden met verschillende soorten metalen zoals aluminium en chroom. Het principe van vacuüm metalliseren is gebaseerd op het verlagen van de verdampingstemperatuur van een stof door de druk te verlagen. Dit proces is goedkoper als conventionele technieken zonder dat er aan kwaliteit wordt ingeboet. Onder meer door de verlaagde verdampingstemperatuur wordt er energie uitgespaard. Het is zelfs zo dat er makkelijker een hogere kwaliteit kan verkregen worden. (University, n.d.)
Vacuüm treinen aan snelheden van 4000km/h
Indien men een pijpleiding met een railsysteem systeem zou kunnen vacuüm zuigen dan zou men dit kunnen gebruiken voor het transporteren van mensen of voorwerpen op hoge snelheid. Men kan dan hogere snelheden halen doordat de luchtweerstand gereduceerd wordt tot ongeveer nul. Deze trainen zouden de verschillende continenten kunnen verbinden. Binnen het uur zou de Atlantisch oceaan kunnen overgestoken worden. Er kunnen natuurlijk wel vragen gesteld worden bij de veiligheid aangezien deze treinen tegen 4000km/h zouden reizen. Voor transport van goederen zou deze gebrek aan veilligheid minder problemen vormen. Maar de voordelen hierbij zijn duidelijk, snellere verplaatsingen, minder tijdverlies. (Blain, 2012)
Vacuum degassing Vacuum degassing is een proces om opgeloste stoffen uit een metaal, meestal gesmolten, te ontrekken. Dit is mogelijk door het verlagen van de druk. In het verleden was er voor het verwijderen van waterstof een trage afkoeling van het metaal nodig waardoor het productieproces in tijd toenam. Met deze nieuwe techniek wordt dit probleem opgelost doordat dit een snellere en preciesere methode is, waardoor de productietijd afneemt. Een ander voordeel is dat wanneer deze techniek gebruikt wordt om koolstof te verwijderen, het metaal ductieler wordt. (Instruments, n.d.)
Wood drying under vacuum Door hout in een kamer te leggen met verlaagde druk kan men het kookpunt van het water in het hout verlagen. Dit maakt het mogelijk om met minder warmte sneller meer water te verdampen. 2
My Statement Paper-Jef Boogaerts en Pieter Thijs Doordat er minder warmte moet worden toegevoerd is er minder energie nodig om het gehele proces uit te voeren. Het is ook een meer productief proces aangezien verdampen op deze manier sneller gaat. (Canada, 2013)
Vacuum forming Tijdens dit proces wordt een ‘blad’ plastiek warm gemaakt. Dit wordt dan rond een matrijs vacuüm gezogen om zo een driedimensionele vorm te creëren. Deze techniek heeft een aantal voordelen. Eerst en vooral is deze techniek heel precies. Dit is belangrijk voor onderdelen die in een ander onderdeel moeten passen. Ten tweede is dit proces zeer kosten-effectief. Enerzijds omdat er met lage drukken gewerkt wordt. Het vereist ook een mindere hoeveelheid van minder gesofisticeerde gereedschappen. Ook de matrijzen kunnen uit relatief goedkope materialen gemaakt worden. Anderzijds kunnen grote onderdelen gemaakt worden van een ‘blad’ pastiek waardoor kwantiteitskosten verminderd kunnen worden. Ten derde is ‘vacuum forming’ vaak een economische keuze. Omdat het een eenvoudig productieproces is, wordt er minder tijd besteed aan de productie. Aangezien de opstartkosten relatief laag zijn is deze techniek aantrekkelijk voor kleine bedrijfjes. Vacuum forming staat ook toe om meer complexe en dunner stukken te gieten. Doordat vacuüm het materiaal met een hogere snelheid en kracht verspreid als het normale gietproces, kan het gegoten materiaal op moeilijker bereikbaar plaatsen raken voor het gestold is. (Duncan, 2013)
Packaging Bij vacuüm verpakken wordt er lucht uit de verpakking getrokken. Het doel is om zuurstof te verwijderen om zo de houdbaarheidsdatum van voeding te verlengen en het verpakkingsvolume van producten te verkleinen. Door de zuurstof te verwijderen, wordt de groei van aërobe bacteriën tegengegaan en kan de houdbaarheidsdatum verlengd worden tot wel vijf of tien keer zoveel.
Vacuüm lassen Naast economische- en milieuvoordelen is vacuum soms ook nodig om het process mogelijk te maken. Een voorbeeld is lassen. Door de zuurstof in de omgeving te ontrekken kan men voorkomen dat de metalen zullen oxideren. Dit wordt onderandere gebruikt voor het solderen van transistors en geintegreerde schakelingen(“Wat is vacuüm? (2),” 2014)
3
My Statement Paper-Jef Boogaerts en Pieter Thijs
Conclusie In onze blog en in onze paper hebben we veel verteld over vacuüm toepassingen. Bij de meeste van deze toepassingen zijn we tot de conclusie gekomen dat het gebruik van vacuüm het proces goedkoper maakt. Vaak omdat de verdampingstemperatuur op lagere druk lager ligt en zo minder energie moet toegevoegd worden om deze temperatuur te bereiken. Het is ook duidelijk geworden dat vacuüm in veel sectoren kan worden toegepast. Een paar voorbeelden zijn transport, oppervlakte behandeling en hout drogen. Ook werd er opgemerkt dat toepassingen met vacuüm veilliger zijn naar de omgeving toe. Dit wordt veroorzaakt door materiaal dat niet kan lekken van een lage druk naar een hoge druk. Ook het aantal beschikbare technologieen in verband met vacuüm is aan het toe nemen. Onderstussen zijn er ook al beursen specifiek over vacuüm zoals de vacuüm expo UK (“Vacuum Expo,” 2014). Hier kan men alle grote verkopers, technologiën, materialen en instrumenten terug vinden in verband met vacuüm.
4
My Statement Paper-Jef Boogaerts en Pieter Thijs
Referenties Blain, L. (2012). Vacuum treinen. Canada, V. products. (2013). Wood drying under vacuum. Duncan, A. (2013). The Advantages of Vacuum Forming. Instruments, A. (n.d.). Vacuum degassing, mixing, molding, and Micro-Bead Dispensing. LM Windpower. (2013). VARTM. TBMA. (2013). TBMA. University, K. (n.d.). Vacuum metalizing. Vacuum Expo. (2014). Retrieved May 10, 2014, from http://www.vacuum-expo.com/ Wat is vacuüm? (2). (2014). Retrieved from http://www.nevac.nl/889/wat-is-vacu-m-2.html
5
