Vácuo
Vácuo, em teoria, não se refere a nenhuma substância dentro do volume. (Na realidade, o vácuo verdadeiro não existe.) Normalmente, qualquer pressão de gás inferior à pressão atmosférica normal (101325 Pa) dentro de um recipiente é chamada de estado de vácuo.
Grau de vácuo
O grau de vácuo indica o grau de dispersão do gás sob condições de vácuo, geralmente expresso em termos de valores de pressão.
Em aplicações práticas, existem dois tipos de graus de vácuo: vácuo absoluto e vácuo relativo. O valor lido no medidor de vácuo é chamado de grau de vácuo.
O valor do grau de vácuo representa que o valor real da pressão do sistema é inferior ao valor da pressão atmosférica, e o valor exibido no manômetro também é chamado de pressão manométrica.
A indústria também se refere a isso como pressão relativa final, ou seja, grau de vácuo = pressão atmosférica – pressão absoluta (a pressão atmosférica é geralmente considerada como 101325Pa, a pressão absoluta final da bomba de vácuo do anel de água é 3300Pa, e a pressão absoluta final de a bomba de vácuo de palheta rotativa é de cerca de 10Pa).
Pressão Relativa Final
A pressão relativa refere-se ao grau de dispersão do gás dentro de um recipiente em comparação com a pressão atmosférica. Representa o valor real da pressão do sistema que é inferior ao valor da pressão atmosférica.
Como o ar dentro do recipiente é bombeado para fora, a pressão interna é sempre inferior à pressão externa.
Portanto, ao utilizar pressão relativa ou pressão manométrica para representá-la, o valor deve ser precedido de um sinal negativo para indicar que a pressão interna do recipiente é inferior à pressão externa.
Pressão Absoluta Final
A Pressão Absoluta Final refere-se à diferença entre a pressão absoluta dentro de um recipiente e a pressão teórica do vácuo (que tem um valor de pressão de 0 Pa).
Como resultado de limitações técnicas, é impossível bombear a pressão interna de um recipiente até o valor de vácuo absoluto de 0 Pa.
Portanto, o valor de vácuo alcançado por uma bomba de vácuo é sempre superior ao valor de vácuo teórico. Ao usar o vácuo absoluto para expressar este valor, não há necessidade de sinal negativo.
Por exemplo, se o grau de vácuo de um dispositivo estiver marcado como 0,098 MPa, então, na realidade, é -0,098 MPa.
Capacidade de bombeamento
Capacidade de bombeamento é um fator de medição da velocidade de bombeamento de uma bomba de vácuo, geralmente expressa em unidades de L/s e m³/h.
Compensa a taxa de vazamento do sistema. É fácil entender por que uma bomba de vácuo com alta capacidade de bombeamento pode facilmente atingir o grau de vácuo desejado, enquanto uma bomba de vácuo com baixa capacidade de bombeamento pode ser lenta ou incapaz de atingir o grau de vácuo desejado ao bombear o mesmo volume de recipiente.
Isso ocorre porque é impossível para o gasoduto ou contêiner impedir completamente o vazamento de gás, e a alta capacidade de bombeamento compensa a diminuição do vácuo devido ao vazamento.
Portanto, uma bomba de vácuo de alta capacidade de bombeamento pode facilmente atingir o grau de vácuo ideal.
Recomenda-se que, no cálculo da capacidade teórica de bombeamento, escolha, se possível, uma bomba de vácuo com maior capacidade de bombeamento. A fórmula para cálculo da capacidade de bombeamento será apresentada a seguir.
Os métodos de conversão entre Pa, KPa, MPa, mbar, bar, mmH2O, Psi são mostrados na tabela a seguir:
Tabela de conversão para unidades de pressão comumente usadas em laboratórios
| Unidades | Pai | KPa | MPa | bar | mbar | mmH2Ó | mmHg | psi |
| Pai | 1 | 10-3 | 10-6 | 10-5 | 10-2 | 101,97×10-3 | 7,5×10-3 | 0,15×10-3 |
| KPa | 103 | 1 | 10-3 | 10-2 | 10 | 101,97 | 7,5 | 0,15 |
| MPa | 105 | 103 | 1 | 10 | 104 | 101,97×103 | 7,5×103 | 0,15×103 |
| bar | 105 | 102 | 10-1 | 1 | 103 | 10,2×103 | 750,06 | 14,5 |
| mbar | 102 | 10-1 | 10-4 | 10-3 | 1 | 10.2 | 0,75 | 14,5×10-3 |
| mmH2O | 10-1 | 9,807×10-3 | 9,807×10-6 | 98,07×10-6 | 98,07×10-3 | 1 | 73,56×103 | 1,42×10-3 |
| mmHg | 9,807×10-3 | 133,32×10-3 | 133,32×10-6 | 1,33×10-3 | 1,33 | 13.6 | 1 | 19,34×10-3 |
| psi | 133,32×10-3 | 6,89 | 6,89×10-3 | 68,95×10-3 | 68,95 | 703.07 | 51,71 | 1 |
Seleção de bombas de vácuo
1. O grau de vácuo necessário para o processo
A pressão de trabalho da bomba de vácuo deve atender aos requisitos do processo, e o grau de vácuo selecionado deve ser de metade a uma ordem de grandeza superior ao do equipamento de vácuo. (Por exemplo, se o grau de vácuo necessário em pressão absoluta for 100 Pa, o grau de vácuo da bomba de vácuo selecionada deverá ser de pelo menos 50-10 Pa.)
Se o requisito de pressão absoluta for superior a 3300 Pa, uma bomba de vácuo de anel de água deve ter prioridade como dispositivo de vácuo. Se o requisito de pressão absoluta for inferior a 3300 Pa, uma bomba de vácuo de palhetas rotativas ou uma bomba de vácuo com um nível de vácuo mais elevado deverá ser selecionada como dispositivo de obtenção de vácuo.
2. A capacidade de bombeamento necessária para o processo
A bomba de vácuo requer uma velocidade de bombeamento (ou seja, a capacidade da bomba de vácuo de descarregar substâncias gasosas, líquidas e sólidas sob sua pressão de trabalho), geralmente expressa em unidades de m³/h, L/s e m³/min.
O método de cálculo específico pode ser calculado com base na seguinte fórmula para seleção. Naturalmente, a seleção de bombas de vácuo é um processo abrangente que envolve experiência relacionada e outros fatores.
S=(V/t)×ln(P1/P2)
- S – velocidade de bombeamento da bomba de vácuo (em L/s).
- V – o volume da câmara de vácuo (em L).
- t – o tempo necessário para atingir o grau de vácuo necessário (em s).
- P1 – a pressão inicial (em Pa).
- P2 – a pressão necessária (em Pa).
3. Determinação da composição do objeto bombeado
Primeiro, é necessário determinar se o objeto bombeado é gás, líquido ou partículas.
Se o gás bombeado contiver impurezas como vapor de água ou uma pequena quantidade de partículas e poeira, uma bomba de vácuo de palhetas rotativas deverá ser selecionada com cuidado.
Se for necessário um alto grau de vácuo, um dispositivo de filtragem deve ser adicionado para filtrar as impurezas antes de usar uma bomba de vácuo de palhetas rotativas.
Em segundo lugar, é importante saber se o objeto bombeado é corrosivo (ácido ou alcalino, qual é o valor do pH?). Se o gás contiver fatores corrosivos, como ácidos e bases ou corrosão orgânica, ele deverá ser filtrado ou neutralizado antes de selecionar uma bomba de vácuo de palhetas rotativas.
Terceiro, considere se o objeto bombeado contaminará borracha ou produtos petrolíferos. Diferentes equipamentos de vácuo devem ser selecionados para diferentes meios bombeados. Se o gás contiver grande quantidade de vapor, partículas e gases corrosivos, um dispositivo auxiliar apropriado deverá ser instalado na tubulação de entrada da bomba, como condensador, filtro, etc. (especificamente, entre em contato com nossa equipe técnica de engenharia).
Quarto, considere se o ruído, a vibração e a aparência da bomba de vácuo têm impacto na fábrica.
Quinto, como diz o ditado, você recebe o que pagou. Ao adquirir uma bomba de vácuo ou equipamento de vácuo, deve-se dar prioridade à qualidade do equipamento, aos custos de transporte e às taxas de manutenção e conservação.
Velocidade de bombeamento e configuração do sistema de vácuo
Diferentes sistemas de vácuo requerem diferentes níveis de vácuo. Portanto, um conjunto de unidades de vácuo deve ser utilizado para completar o processo, conectando em série bombas de vácuo que trabalham em diferentes faixas de pressão.
A bomba de alto vácuo atinge o grau de vácuo necessário do sistema, enquanto a bomba de baixo vácuo descarrega diretamente na atmosfera.
Obviamente, a unidade de vácuo mais simples é uma bomba de vácuo com ventilação direta. Contudo, um sistema de alto vácuo geralmente requer uma unidade de três estágios, e um sistema de médio vácuo geralmente requer uma unidade de dois estágios.
É difícil criar uma unidade de alto vácuo eficaz usando apenas uma bomba de alto vácuo e uma bomba de baixo vácuo. Há várias razões para isso.
Um dos motivos é a continuidade do fluxo.
As bombas de alto vácuo têm restrições quanto à pressão que podem suportar no estágio frontal. Quando a pressão do pré-estágio é superior a uma determinada pressão, a bomba não funciona corretamente.
Quando a bomba de pré-estágio atinge esta pressão crítica, a velocidade de bombeamento pode diminuir, de modo que a vazão de exaustão da bomba de pré-estágio pode ser inferior à da bomba principal, o que quebra o requisito de continuidade do fluxo e inevitavelmente causará o unidade de vácuo não funcione corretamente.
No entanto, se uma bomba de médio vácuo for conectada entre as bombas de alto e baixo vácuo, ela poderá desempenhar o papel de preencher a lacuna, garantindo a continuidade do fluxo, e todas as bombas poderão funcionar em seu estado ideal. As bombas Roots podem trabalhar na faixa de médio vácuo e são as mais indicadas, por isso também são chamadas de bombas de reforço Roots.
Devido à sua baixa taxa de compressão, ela pode ser conectada a uma faixa de vários Pa a várias centenas de Pa. Quando uma unidade de alto vácuo de três estágios entra em um nível de vácuo mais alto, uma vez que a vazão de exaustão da bomba principal diminui significativamente, apenas um é necessária uma pequena bomba de pré-estágio para manter a continuidade do bombeamento. Este método é frequentemente adotado em aplicações reais, o que pode reduzir o consumo de energia da unidade.
Outra razão pela qual uma unidade de alto vácuo muitas vezes requer uma unidade de três estágios é a limitação da pressão de sucção da bomba de alto vácuo. A bomba tem uma pressão inicial de trabalho e as bombas tradicionais de alto vácuo estão na faixa de vários Pa. Portanto, a bomba de pré-estágio deve pré-bombear para esta pressão antes que a bomba principal possa começar a funcionar.
No entanto, a bomba de pré-estágio que ventila diretamente para a atmosfera muitas vezes leva muito tempo para bombear até esta pressão porque, à medida que a pressão diminui, a velocidade de bombeamento da bomba também diminui. Especialmente para unidades de vácuo com bombeamento periódico, o tempo necessário para atingir o grau de vácuo de trabalho é importante.
Quanto maior o tempo de pré-bombeamento, mais tempo leva para entrar na pressão de trabalho, portanto, adicionar uma bomba de médio vácuo em combinação com uma bomba de baixo vácuo pode atingir a pressão na qual a bomba principal pode operar em um tempo mais curto, o que pode garantir a eficiência do uso do equipamento.
As bombas Roots e as bombas de reforço de óleo podem ser usadas como bombas de médio vácuo. As bombas auxiliares moleculares têm uma taxa de compressão muito alta, o que lhes permite atingir um vácuo limpo e excelente desempenho de alto vácuo.
Eles também têm uma capacidade de bombeamento super forte na faixa de médio vácuo. Isso faz com que as bombas de reforço molecular sejam atualmente a única bomba de vácuo que combina desempenho de médio e alto vácuo. Portanto, pode ser combinada com uma bomba de baixo vácuo para formar uma unidade de alto vácuo com desempenho comparável a uma unidade de três estágios.
Especificamente, devido à alta resistência das bombas de reforço molecular, a bomba de pré-estágio pode facilmente estar em um estado de alto fluxo; e a alta pressão de sucção da bomba de reforço molecular reduz a carga de pré-bombeamento da bomba de pré-estágio.
As bombas de reforço moleculares podem trabalhar na faixa de 100-50Pa, e a bomba de pré-estágio da atmosfera para esta pressão segue basicamente a regra de que a pressão cai em uma ordem de grandeza cada vez que a unidade passa. Portanto, a unidade pode ter uma alta eficiência de bombeamento.
Simplificar unidades de alto vácuo e remover bombas Roots é outra vantagem das bombas de reforço molecular. Para equipamentos maiores de aplicação de alto vácuo, a capacidade de pré-bombeamento da bomba de pré-estágio pode ser adequadamente reforçada para reduzir ainda mais o tempo de bombeamento.
Como o tempo de pré-bombeamento é muito menor do que todo o processo de exaustão, a bomba de pré-estágio também pode ser usada como função de pré-bombeamento de vários dispositivos, o que muitas vezes é muito prático. Isto simplifica muito a unidade de vácuo para aplicações em larga escala.
Em algumas aplicações de médio vácuo, é necessário entrar na faixa de 10-1Pa, o que muitas vezes é difícil de conseguir com uma unidade de bomba Roots de dois estágios.
No entanto, o uso de uma unidade de bomba Roots de três estágios conectada em série pode aumentar o nível de vácuo em uma ordem de grandeza para atingir 10-1Pa. Portanto, unidades de três estágios também são comumente usadas em aplicações de médio vácuo.
Como as bombas de reforço molecular podem atingir velocidade total de bombeamento de 10-1Pa, elas também podem substituir as bombas Roots de dois estágios em uma unidade de médio vácuo de três estágios.
De modo geral, as bombas Roots que funcionam continuamente na faixa de pressão baixa de médio vácuo podem ser completamente substituídas por bombas de reforço molecular.
Por outro lado, as bombas Roots que funcionam continuamente na faixa de pressão de ponta de médio vácuo devem ser relativamente menores porque as bombas de pré-estágio geralmente têm forte velocidade de bombeamento nesta faixa de pressão.
