Grundlagen zu Aerosolen, feuchten Gasen und Kondensat in Membranpumpen

Feuchtes Gas oder Aerosol? Ein wichtiger Unterschied!

Beim Einsatz von Membranpumpen für Gase ist es wichtig zu wissen, ob es sich bei dem zu fördernden Medium um ein trockenes oder feuchtes Gas oder um ein Aerosol handelt. Ein feuchtes Gas ist ein Sonderfall eines Gasgemisches, und ein bekanntes feuchtes Gas ist feuchte Luft, die ein Gemisch aus gasförmigem Wasser und trockener Luft ist. Ein in diesem Zusammenhang häufig verwendeter Begriff ist die relative Luftfeuchtigkeit, ein Wert, der die Menge an gelöstem Wasser bezogen auf die maximale Menge für diese Gastemperatur und diesen Druck angibt.

Der gasförmige Zustand von Wasser kann in einen flüssigen oder festen Zustand übergehen. Der Übergang eines Teils des Wassers vom gasförmigen in den flüssigen Zustand wird als Kondensation bezeichnet und führt zur Bildung kleiner Wassertröpfchen. Dieses Verhalten kann auch bei anderen feuchten Gasen und Gasgemischen auftreten. In einem Aerosol gibt es eine klare Phasengrenze zwischen Gas und Flüssigkeit oder Feststoff. Da Aerosole flüssige oder auch feste Teilchen in einem Gas sind, sind auch Wassertröpfchen in einem Dampf Aerosole. Aerosole können sichtbar sein und treten im Alltag als Phänomene wie Nebel oder Deospray auf.

Zusammengefasst können trockene Gase, feuchte Gase und Aerosole wie folgt definiert werden:

• Trockenes Gas: jedes Gas oder Gasgemisch, das kein Wasser in gasförmiger, flüssiger oder fester Form enthält
• Nasses Gas: jedes Gas oder Gasgemisch, das Wasser in gasförmiger, flüssiger oder fester Form enthält
• Aerosol: jedes Gas oder Gasgemisch, das flüssige oder feste Teilchen jeglicher Art enthält

Was ist Kondensat in Membranpumpen und wie entsteht es?

Der Begriff Kondensat bezeichnet in der Regel eine Substanz, die einen Phasenwechsel vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand vollzogen hat. Kondensation kann durch Abkühlung oder Verdichtung verursacht werden. Bei trockenen Gasen können je nach Gas extreme Druck- oder Temperaturänderungen erforderlich sein, um Kondensation zu verursachen. Bei Membranpumpen ist diese Art der Kondensation vernachlässigbar, da die Druck- und Temperaturschwankungen in der Regel nicht so extrem sind. Stickstoff zum Beispiel kondensiert erst bei fast 0° K. Zusammengefasst bedeutet dies, dass sowohl feuchte als auch trockene Gase je nach Umgebungsbedingungen Kondensat bilden können. Bei Aerosolen mit flüssigen Partikeln können diese Partikel an Oberflächen anhaften.

Dies verdeutlicht das unterschiedliche Verhalten von feuchten Gasen und Aerosolen in Membranpumpen: Während feuchte und trockene Gase erhebliche Temperatur- oder Druckänderungen durchlaufen müssen, um in nennenswertem Umfang zu kondensieren, also eine Flüssigkeit zu bilden, müssen die Partikel eines Aerosols nicht kondensieren. Stattdessen befinden sie sich bereits in einem flüssigen Zustand, so dass sie leicht an Oberflächen haften können, wenn sie durch ein System strömen. Dementsprechend ist die Menge an Kondensat, die bei der Förderung von Aerosolen anfällt, in der Regel wesentlich höher als bei der Förderung von feuchten oder trockenen Gasen. Es ist daher wichtig, die richtige Pumpe zu wählen und sie gegebenenfalls so anzupassen, dass sie optimal auf das Medium und die Anforderungen der Anwendung abgestimmt ist.

Was tun, wenn Kondensat zu erwarten ist?

Beim Betrieb einer Anlage, in der Kondensat auftreten kann, gibt es verschiedene Möglichkeiten, mit dieser Herausforderung umzugehen. Für den Umgang mit Kondensat in Gasmembranpumpen ist es ratsam, die Pumpe so zu installieren, dass das Kondensat aus dem Kopf ablaufen kann. Dies bedeutet, dass sowohl die Einbaulage wichtig ist, als auch die Position der Pumpe im Gesamtsystem, die nicht am tiefsten Punkt, sondern so hoch wie möglich sein sollte.

Darüber hinaus kann die Pumpe selbst für den Umgang mit Kondensat angepasst werden. Ein Gasballast kann helfen, das Kondensat aus dem Pumpenkopf der Membranpumpe zu spülen. Dabei handelt es sich um eine kleine Öffnung im Pumpenkopf, durch die die Pumpe Umgebungsluft ansaugt. Bei KNF Pumpen kann der Kunde zwischen einem permanent offenen Gasballast und einem Gasballast, der geöffnet und geschlossen werden kann, wählen. Eine weitere Möglichkeit bei Gaspumpen besteht darin, das Spiel des oberen Totpunktes zu vergrößern, wenn die Anwendungsparameter dies zulassen. Unter dem "oberen Totpunkt“ versteht man in diesem Fall den Abstand zwischen der Membran in der höchsten Stellung und dem Pumpenkopf.

Kondensat in Membranpumpen kann Lebenszeit verkürzen

Einige Membranpumpen können Kondensat nicht gut handhaben, andere wiederum sind reine Flüssigkeitspumpen. Der Unterschied liegt in den Konstruktionsdetails, die für das jeweilige Medium optimiert sind. In der Praxis bedeutet dies, dass Gaspumpen für die mit der Gasförderung verbundenen Lasten ausgelegt sind. Gase und Flüssigkeiten haben sehr unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Sie unterscheiden sich unter anderem in ihrer Dichte, die sich grob mit einem Faktor von tausend beziffern lässt. Bei einer speziellen Gaspumpe für trockene Gase, die einer Flüssigkeit ausgesetzt ist, erhöht sich die Last auf Membrane, Ventile, Exzenter, Lager, Motor und andere Teile enorm. Da die Pumpe für Gase optimiert ist, bedeutet dies, dass sie nicht unter idealen Bedingungen arbeitet, was ihre Lebensdauer erheblich verkürzen kann.

Für Anwendungen, bei denen mit Kondensat in der Pumpe zu rechnen ist, bietet KNF Gaspumpen an, die für entsprechende Belastungen ausgelegt sind und Kondensat problemlos bewältigen. Pumpen, die für trockene Gase ausgelegt sind, haben ein sehr geringes Kopfspiel. Sammelt sich Kondensat im Pumpenkopf an, wirkt es wie ein inkompressibler Widerstand und führt dazu, dass die Membrane gewissermaßen auf den Pumpenkopf schlägt. Dies ist nicht nur schädlich für die Pumpe, sondern kann auch erhebliche Pumpengeräusche verursachen. Kondensat kann auch die Funktion der Ventile beeinträchtigen. Dies gilt jedoch nur für Gaspumpen, die für trockene Gase ausgelegt sind.

Warum nicht einfach immer eine Flüssigkeitspumpe verwenden?

Nun könnte man meinen, dass man sicherheitshalber immer eine KNF Flüssigkeitspumpe verwenden sollte. Dies ist jedoch nicht ratsam. Gaspumpen können ein äußerst geringes Kopfspiel besitzen, das es ihnen unter anderem ermöglicht, Gas stark zu komprimieren oder ein tiefes Vakuum zu erzeugen. Dies ist bei Flüssigkeitspumpen nicht der Fall. Darüber hinaus verfügen Flüssigkeitspumpen über spezielle vorgespannte Ventile, die sich ideal für die Förderung von Flüssigkeiten eignen. Unter bestimmten Betriebsbedingungen können diese Spezialventile bei der Förderung von Gasen nicht richtig funktionieren. Deshalb bietet KNF spezielle Gaspumpen und spezielle Flüssigkeitspumpen an, so dass für jede Anwendung die ideale Pumpe zur Verfügung steht.

Warum das Wissen um das Fördermedium entscheidend ist

Um eine Membranpumpe optimal zu betreiben und eine maximale Lebensdauer zu gewährleisten, ist es wichtig, die Art des zu fördernden Mediums zu kennen. KNF bietet optimierte Lösungen für alle Arten von Medien, von trockenen und feuchten Gasen über Aerosole und Flüssigkeiten bis hin zu Gas-Flüssigkeits-Gemischen. So können wir ideale Pumpenlösungen für eine Vielzahl von Anwendungen anbieten, auch für Anwendungen, bei denen nasse Gase und Aerosole eine Herausforderung darstellen, wie bei der Emissionsmessung, der Entgasung, in Autoklaven oder bei Laboranwendungen. Gemeinsam mit unseren technischen Experten können Kunden ihre spezifischen Bedürfnisse besprechen und eine Lösung erhalten, die ihren Anforderungen wirklich gerecht wird.