Bombas de Vácuo: Tipos Aplicações e Como Funcionam

Uma bomba de vácuo é um dispositivo que remove moléculas de gás de uma câmara ou contêiner selado, criando um vácuo parcial ou completo. As bombas de vácuo são amplamente utilizadas em várias indústrias e campos de pesquisa, como aeroespacial, eletrônica, metalurgia, química, medicina e biotecnologia. As bombas de vácuo também podem ser usadas para aplicações como embalagem a vácuo, formação a vácuo, revestimento a vácuo, secagem a vácuo e filtração a vácuo.

Neste artigo, explicaremos o que são as bombas de vácuo, como funcionam, quais são suas principais características e tipos, e quais são algumas de suas aplicações comuns.

O que é uma Bomba de Vácuo?

Uma bomba de vácuo é definida como um dispositivo que reduz a pressão dentro de uma câmara ou contêiner removendo moléculas de gás dele. O grau de vácuo alcançado por uma bomba de vácuo depende de vários fatores, como o design da bomba, o tipo de gás bombeado, o volume da câmara, a temperatura do gás e a taxa de vazamento do sistema.

A primeira bomba de vácuo foi inventada por Otto von Guericke em 1650. Ele demonstrou seu dispositivo usando duas hemisferas que foram evacuadas por sua bomba e então unidas. Mostrou que mesmo equipes de cavalos não conseguiam separá-las devido à pressão atmosférica atuando sobre elas. Posteriormente, Robert Boyle e Robert Hooke melhoraram o design de Guericke e realizaram experimentos sobre as propriedades do vácuo.

Quais são as Principais Características de uma Bomba de Vácuo?

Existem três principais características que caracterizam uma bomba de vácuo:

• Pressão de exaustão

• Grau de vácuo

• Velocidade de bombeamento

Pressão de Exaustão

A pressão de exaustão é a pressão medida na saída da bomba. Pode ser igual ou inferior à pressão atmosférica. Diferentes bombas de vácuo têm diferentes pressões de exaustão. Normalmente, bombas para criar alto vácuo têm baixa pressão de exaustão. Por exemplo, para criar um vácuo muito alto de 10-4 ou 10-7 Torr (uma unidade de pressão), é necessária uma pressão de exaustão muito baixa da bomba.

Algumas bombas de alto vácuo requerem uma bomba de apoio para manter uma baixa pressão de exaustão antes de poderem operar. A bomba de apoio pode ser outro tipo de bomba de vácuo ou um compressor. A pressão criada pela bomba de apoio é chamada de pressão de apoio ou pressão inicial.

Grau de Vácuo

O grau de vácuo é a pressão mínima que pode ser criada por uma bomba de vácuo dentro de uma câmara ou contêiner. Também é conhecido como pressão final ou pressão base. Teoricamente, é impossível criar um vácuo absoluto (pressão zero) dentro de uma câmara, mas praticamente é possível criar uma pressão muito baixa de cerca de 10-13 Torr ou menor.

O grau de vácuo alcançado por uma bomba de vácuo depende de vários fatores, como o design da bomba, o tipo de gás bombeado, o volume da câmara, a temperatura do gás e a taxa de vazamento do sistema.

Velocidade de Bombeamento

A velocidade de bombeamento é definida como a taxa na qual uma bomba pode remover moléculas de gás de uma câmara ou contêiner em uma determinada pressão. É medida em unidades de volume por tempo, como litros por segundo (L/s), pés cúbicos por minuto (CFM) ou metros cúbicos por hora (m3/h). A velocidade de bombeamento também é conhecida como capacidade de sucção ou vazão.

A velocidade de bombeamento depende de vários fatores, como o design da bomba, o tipo de gás bombeado, a diferença de pressão entre a entrada e a saída da bomba e a condutância do sistema.

Quais são os Tipos de Bombas de Vácuo?

Existem muitos tipos de bombas de vácuo disponíveis no mercado. Elas podem ser classificadas em duas categorias principais: bombas de deslocamento positivo e bombas cinéticas.

Bombas de Deslocamento Positivo

As bombas de deslocamento positivo funcionam capturando um volume fixo de gás na entrada e, em seguida, comprimindo-o para uma pressão mais alta na saída. Elas podem criar vácuos baixos a médios (até 10-3 Torr). Alguns exemplos de bombas de deslocamento positivo são:

• Bombas de vane rotativa

• Bombas de pistão

• Bombas de diafragma

• Bombas de parafuso

• Bombas de rolos

• Sopradores roots

Bombas de Vane Rotativa

As bombas de vane rotativa são um dos tipos mais comuns de bombas de deslocamento positivo.

Elas consistem em um rotor cilíndrico com vanes radiais que se movem para dentro e para fora conforme o rotor gira dentro de um estator. As vanes dividem o espaço entre o rotor e o estator em câmaras que mudam de volume conforme se movem da entrada para a saída. Conforme uma câmara se move da entrada para a saída, ela captura gás em baixa pressão e, em seguida, o comprime em alta pressão antes de liberá-lo para a saída.

As bombas de vane rotativa podem ser seladas a óleo ou secas.

As bombas de vane rotativa seladas a óleo usam óleo como lubrificante e selante entre as vanes e o estator. O óleo também ajuda a resfriar e remover algumas moléculas de gás do sistema. As bombas de vane rotativa secas não usam óleo, mas confiam em outros materiais ou revestimentos para reduzir o atrito e o desgaste entre as vanes e o estator.

As bombas de vane rotativa podem criar vácuos até 10-3 Torr com velocidades de bombeamento variando de 0,5 a 1000 L/s.

Bombas de Pistão

As bombas de pistão são outro tipo de bomba de deslocamento positivo que usam um ou mais pistões para comprimir gás dentro de cilindros. Os pistões se movem para frente e para trás dentro de cilindros que possuem válvulas em ambas as extremidades para controlar o fluxo de gás. Conforme um pistão se move para a frente, ele empurra o gás para fora de uma extremidade de seu cilindro enquanto suga o gás de outra extremidade através de uma válvula de entrada. Conforme se move para trás, ele fecha sua válvula de entrada enquanto abre sua válvula de saída para liberar o gás comprimido.

As bombas de pistão podem ser de estágio único ou de múltiplos estágios. As bombas de pistão de estágio único têm apenas um cilindro por pistão, enquanto as bombas de pistão de múltiplos estágios têm dois ou mais cilindros conectados em série por pistão. As bombas de pistão de múltiplos estágios podem criar vácuos mais altos do que as bombas de pistão de estágio único, comprimindo o gás várias vezes antes de liberá-lo.

As bombas de pistão podem criar vácuos até 10-3 Torr com velocidades de bombeamento variando de 1 a 1000 L/s.

Bombas de Diafragma

As bombas de diafragma são outro tipo de bomba de deslocamento positivo que usam diafragmas flexíveis para comprimir gás dentro de câmaras. Os diafragmas estão ligados a hastes que se movem para frente e para trás por um motor elétrico ou um cam excêntrico. Conforme um diafragma se move para a frente, ele empurra o gás para fora de sua câmara através de uma válvula de saída enquanto suga o gás de outra câmara através de uma válvula de entrada. Conforme se move para trás, ele fecha sua válvula de saída enquanto abre sua válvula de entrada para permitir o fluxo de gás.

As bombas de diafragma são bombas secas que não usam óleo ou outros fluidos como lubrificantes ou selantes. São adequadas para bombear gases corrosivos, inflamáveis ou sensíveis que não podem ser contaminados por óleo. Também podem operar em qualquer orientação sem afetar seu desempenho.

As bombas de diafragma podem criar vácuos até 10-3 Torr com velocidades de bombeamento variando de 0,1 a 100 L/s.

Bombas de Parafuso

As bombas de parafuso são outro tipo de bomba de deslocamento positivo que usam dois parafusos interdigitados para comprimir gás dentro de câmaras. Os parafusos giram em direções opostas dentro de alojamentos cilíndricos que possuem portas de entrada e saída em ambas as extremidades. Conforme os parafusos giram, eles movem o gás ao longo de suas roscas da entrada para a saída, reduzindo seu volume e aumentando sua pressão.

As bombas de parafuso podem ser seladas a óleo ou secas. As bombas de parafuso seladas a óleo usam óleo como lubrificante e selante entre os parafusos e os alojamentos. O óleo também ajuda a resfriar e remover algumas moléculas de gás do sistema. As bombas de parafuso secas não usam óleo, mas confiam em outros materiais ou revestimentos para reduzir o atrito e o desgaste entre os parafusos e os alojamentos.