Vacuümpompen

De Theorie
De meest voor de hand liggende en voor zichzelf sprekende methode is natuurlijk om gewoon een vacuümpomp te gebruiken om de lucht te verwijderen uit de heat-pipe. Een buis vullen met de juiste hoeveelheid water, leeg pompen en dan afsluiten klinkt wel zo gemakkelijk, maar toch hadden wij wel voorzien dat er enkele haken en ogen aan zaten.
Het is met een vacuümpomp sowieso nooit mogelijk om al het gas te verwijderen, zelfs als er geen gas bij komt. Dit heeft te maken met het feit dat de pomp bij iedere slag een gedeelte van de lucht afvoert waardoor de efficiëntie bij een afnemende dichtheid van het gas ook terugloopt. Alleen al hierdoor zou het erg lastig worden om 99,9% vacuum te bereiken.
Er was echter nog een ander probleem wat wij zoals al testende bleek erg onderschat hadden. De weggepompte lucht werd namelijk vrij snel aangevuld door waterdamp die al tijdens het pompen snel vrij kwam. Dit vermindert de efficiëntie nog meer, omdat ook dit gas weggepompt wordt. We hebben zelfs in een laatste wanhopige poging geprobeerd om de test opstelling te bevriezen voor we gingen pompen, maar ook dit mocht niet baten. Het water kwam tijdens het pompen als snel boven het vriespunt uit en begon te verdampen, waardoor de uiteindelijke kooktemperatuur nog niets verbeterd was. De oplossing om teveel water in de opstelling te doen en een hele tijd door te pompen zodat we ook een boel waterdamp eruit pompen dat hopelijk de overige gas moleculen 'meespoelt' was ook geen optie, omdat de we van het labpersoneel moesten opletten voor condens in de vacuumpomp.
Een laatste theoretische oplossing die wij nog na het afronden van de experimenten bedachten was om eerst een legebuis vacuum te pompen zodat we geen last hebben van waterdamp en daarna de buis onder te dompelen in een bak met water en voorzichtig een kraantje open te draaien om hem te vullen met water.

De Tests
Wij hebben met veel verschillende opstellingen geprobeert te testen hoe wij het beste een heat-pipe konden bouwen. Wij hebben eerste een glazen cilinder geschikt voor vacuumopstellingen gebruikt en daarna hebben wij enkele opstellingen getest met een stuk metalen verwarmingsbuis. De glazen buis had als grote voordeel dat deze doorzichtig was wat ons in staat stelde om exact te zien wat er binnenin gebeurde, maar als nadeel had deze dat glas een slechte warmtegeleider is en over het algemeen niet uiterst goed druk bestendig is, wat als gevolg had dat wij toch wat veiligheids maatregelen moesten nemen.
Om het kookpunt te kunnen bepalen hadden wij de glazen cilinder in een beterglas met water gehangen welke door een regelbaar verwarmingselement met magneetroerder verwarmd werd. Door de temperatuur langzaam op te voeren tot het water begon te koken en dan de temperatuur af te lezen van de thermometer konden wij het kookpunt bepalen.
Na veel experimenteren was het ons eindelijk gelukt om de opstelling luchtdicht en goed regelbaar te krijgen. Door met de vacuumpomp zoveel mogelijk lucht te verwijderen en dan de heat-pipe langzaam vanaf kamer temperatuur op te warmen kwamen wij erachter dat de laagste kooktemperatuur die wij in de opstelling konden bereiken ongeveer 301K is. De druk in de cilinder moet dan tussen de 1,333.10³Pa bij 284K en 5,33.10³Pa bij 307K zijn.
Wij waren niet geheel tevreden met dit resultaat en dachten dat mogelijk het grote volume van de cilinder het verhinderde om een lagere druk te verkrijgen. Tevens wilden wij graag meer meetresultaten zien dan van 1 enkele thermometer in ons waterbad. Met een ijzeren heat-pipe dachten wij deze problemen te kunnen oplossen en tevens zou het ons in staat stellen zonder extra bescherming te werken, want een ijzeren heat-pipe is veel beter tegen de druk bestand. Een metalen verwarmingsbuis met een binnen diameter van ongeveer 10mm bood uitkomst en met behulp van een aantal rubberen doppen en verbindingsstukken was een heat-pipe zo gecreeërd. Twee NTC's elk aan een uiteind van de buis geplaatst en via IPCOACH uitleesbaar op de PC stelde ons in staat de temperatuur gedurende het testen nauwlettend in de gaten te houden. Een 180 Ohms weestand met een regelbare voeding op maximaal vermogen verstookte zo'n 6,3W bij I = 179 mA en U = 35 V en verwarmde hiermee rustig de buis aangezien geen andere energievormen dan warmte aangetroffen werden.
Toen we gingen testen bleek echter niet alles zo perfect te gaan als wij gehoopt hadden. Het feit dat het door lastig is om door de heat-pipe heen te zien of het water kookte hadden wij maar voor lief genomen, want we dachten dit wel te kunnen herleiden aan de grafieken met de temperatuur erin, maar deze lieten absoluut geen duidelijkheid bestaan over zelfs maar een mogelijke kooktemperatuur. In een laatste wanhoopsactie bij gebrek aan tijd hebben we nog geprobeert of we een kooktemperatuur konden vinden door de heat-pipe heel snel met een föhn te verwarmen. Dit liet weleenswaar een iets ander patroon zien, maar het kookpunt zou dan pas bij >325K liggen en dat zou tevens betekennen dat er een druk van meer dan 13,33.10³Pa in de heat-pipe zou zijn wat significant hoger zou zijn dan de eerder gevonden waardes in de glazen cilinder. Een duidelijke reden kon niet direct met zekerheid aangewezen worden, maar we hebben een sterk vermoeden dat er ergens een lek in het systeem zat. Dit hadden we kunnen controleren als we maar hadden kunnen zien of dat het water kookte zonder daarbij afhankelijk te zijn van de grafieken van de temperatuur.

Tussentijdseconclusie
Vacuumpompen is door ons veruit de meest geteste methode, maar nog steeds zijn lang niet alle opties goed belicht door ons. Een goede volgende testopstelling zou weer de metalen buis zijn, maar nu met een doorzichtig stuk om het water te kunnen zien koken en tevens zou er een krachtigere warmtebron aan de bodem bevestigd moeten worden om het hele testtraject enigsins te versnellen. Ook vacuumpompen zonder water aanwezig in de buis zou mogelijk een goede verbetering kunnen zijn.