Como a pressão de vácuo é medida?
As faixas de pressão na tecnologia de vácuo e sua caracterização
É comum, na tecnologia de vácuo, subdividir a sua ampla faixa de pressões globais – que abrange mais de 16 potências de dez – em regimes individuais menores. Eles geralmente são definidos da seguinte forma:
Vácuo parcial (RV) 1000 – 1 mbar
Vácuo médio (MV) 1 – 10-3 mbar
Alto vácuo (HV) 10-3– 10-7 mbar
Ultra-alto vácuo (UHV) 10-7 – (10-14) mbar
Tabela IX Faixas de pressão usadas na tecnologia de vácuo e suas características (números arredondados para potência inteira de dez)
Essa divisão é, naturalmente, um pouco arbitrária. Os químicos, em particular, podem se referir ao espetro de maior interesse para eles, situado entre 100 e 1 mbar, como "vácuo intermediário". Alguns engenheiros podem não se referir ao vácuo, mas, em vez disso, falar de "baixa pressão" ou mesmo de "pressão negativa". Os regimes de pressão listados acima podem, no entanto, ser delineados de forma bastante satisfatória a partir de uma observação da situação gás-cinética e da natureza do fluxo de gás. As tecnologias operacionais nas diversas faixas também serão diferentes.
Ar atmosférico
Antes da evacuação, cada sistema de vácuo na terra contém ar e sempre estará cercado de ar durante a operação. Isso torna necessário estar familiarizado com as propriedades físicas e químicas do ar atmosférico.
A atmosfera é composta de vários gases e, junto à superfície da terra, também de vapor de água. A pressão exercida pelo ar atmosférico é referenciada ao nível do mar. A pressão atmosférica média é de 1013 mbar (equivalente à "atmosfera", uma unidade de medida usada anteriormente). A Tabela VIII mostra a composição da atmosfera padrão com umidade relativa de 50% e temperatura de 20 °C ou 68 °F.
Tabela VIII Composição do ar atmosférico. Nota: Na composição do ar atmosférico, a umidade relativa (UR) é indicada separadamente, juntamente com a temperatura.
Portanto, na umidade relativa dada, a pressão do ar lida no barómetro é de 1024 mbar.
Tabela XVII Comparação de temperatura e tabela de conversão (arredondada para graus inteiros)
Em termos de tecnologia de vácuo, os seguintes pontos devem ser observados em relação à composição do ar:
a) o vapor de água contido no ar, variando de acordo com o nível de umidade, desempenha um papel importante na evacuação de uma unidade de vácuo (consulte a página sobre bombeamento de gases – processo úmido).
b) A quantidade considerável de argônio de gás inerte deve ser levada em consideração nos procedimentos de evacuação usando bombas de sorção.
c) Apesar do teor muito baixo de hélio na atmosfera, apenas cerca de 5 ppm (partes por milhão), este gás inerte torna-se particularmente evidente em sistemas de ultra-alto vácuo que são vedados com Viton ou que incorporam componentes de vidro ou quartzo. O hélio é capaz de permear essas substâncias em uma extensão mensurável.
A pressão do ar atmosférico cai com o aumento da altitude acima da superfície da terra (ver Fig. 9.3). O alto vácuo prevalece a uma altitude de cerca de 328.083 pés (100 km) e ultra-alto vácuo acima de 1.312.335 pés (400 km.) A composição do ar também muda com a distância até à superfície da terra (ver Fig. 9.4).
Fig. 9.3 Diminuição da pressão do ar (1) e mudança da temperatura (2) em função da altitude
Fig. 9.4 Mudança na composição do gás da atmosfera em função da altitude
Unidades de pressão e sua definição
Pressão p (mbar)
Pressão de fluidos (gases e líquidos). (Quantidade: pressão; símbolo: p; unidade de medida: milibar; abreviação: mbar.) A pressão é definida na norma DIN 1314 como o quociente da força padronizada aplicada a uma superfície e a extensão dessa superfície (força referenciada à área de superfície). Embora o Torr não seja mais usado como unidade de medição da pressão, é, no entanto, útil no interesse da transparência mencionar esta unidade de pressão: 1 Torr é a pressão do gás capaz de elevar uma coluna de mercúrio em 1 mm a 0 °C (32 °F). (A pressão atmosférica padrão é de 760 Torr ou 760 mmHg.) A pressão p pode ser definida mais detalhadamente por meio de assinaturas:
Pressão absoluta pabs
A pressão absoluta é sempre especificada na tecnologia de vácuo para que o índice "abs" possa normalmente ser omitido.
Pressão total pt
A pressão total em um reservatório é a soma das pressões parciais de todos os gases e vapores dentro do reservatório.
Pressão parcial pi
A pressão parcial de um determinado gás ou vapor é a pressão que esse gás ou vapor exerceria se estivesse presente sozinho no reservatório. Nota importante: especialmente na tecnologia de vácuo parcial, a pressão parcial em uma mistura de gás e vapor é geralmente entendida como a soma das pressões parciais para todos os componentes não condensáveis presentes na mistura – no caso da "pressão final parcial" em uma bomba de palheta rotativa, por exemplo.
Pressão de saturação do vapor ps
A pressão do vapor saturado é chamada de pressão de saturação do vapor ps. ps será uma função da temperatura para qualquer substância.
Pressão de vapor pd
A pressão parcial desses vapores que podem ser liquefeitos à temperatura do nitrogênio líquido (LN2).
Pressão padrão pn
A pressão padrão pn é definida em DIN 1343 como uma pressão de pn= 1013,25 mbar.
Pressão máxima pfinal
A pressão mais baixa que pode ser alcançada num reservatório de vácuo. A chamada pressão máxima pfinal depende não apenas da velocidade de sucção da bomba, mas também da pressão de vapor pd para os lubrificantes, vedantes e propulsores usados na bomba. Se um recipiente for evacuado simplesmente com uma bomba de vácuo rotativa (deslocamento positivo) lubrificada a óleo, então a pressão máxima que pode ser atingida será determinada principalmente pela pressão de vapor do óleo da bomba que está sendo usado e, dependendo da limpeza do recipiente, também dependerá dos vapores liberados das paredes do reservatório e, é claro, da estanqueidade do próprio reservatório de vácuo.
Pressão ambiente pamb
ou pressão atmosférica (absoluta)
Sobrepressão pe ou pressão do medidor
(Símbolo de índice de "excesso")
Aqui, os valores positivos para pe indicarão sobrepressão ou pressão do medidor; os valores negativos caracterizarão um vácuo.
Pressão de trabalho pw
Durante a evacuação, os gases e/ou vapores são removidos de um reservatório. Gases são entendidos como matéria em estado gasoso que, no entanto, não condensa à temperatura de trabalho ou de operação. O vapor também é matéria em estado gasoso, mas pode ser liquefeito em temperaturas predominantes pelo aumento da pressão. Finalmente, o vapor saturado é a matéria que na temperatura predominante é gás em equilíbrio com a fase líquida da mesma substância.
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Tabela I Unidades de pressão permitidas, incluindo o torr 1) e sua conversão.
- O torr está incluído na tabela apenas para facilitar a transição desta unidade familiar para as unidades estatutárias N · m-2, mbar e bar. No futuro, as unidades de pressão torr, coluna de água em mm, coluna de mercúrio em mm (mmHg), % de vácuo, atmosfera técnica (at), atmosfera física (atm), atmosfera absoluta (ata), pressão acima da atmosférica e pressão abaixo da atmosférica não podem mais ser utilizadas. É feita referência à DIN 1314 neste contexto.
- A unidade Newton dividida por metros quadrados (N · m-2) também é designada como Pascal (Pa): 1 N · m-2= 1 Pa. Newton dividido por metros quadrados ou Pascal é a unidade SI para a pressão dos fluidos.
- 1 torr = 4/3 mbar; fl torr = 1 mbar.
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Referências
- Símbolos de vácuo
- Glossário de unidades
- Referências e fontes
Símbolos de vácuo
Um glossário de símbolos normalmente usados em diagramas de tecnologia de vácuo como uma representação visual dos tipos de bomba e peças em sistemas de bombeamento
Glossário de unidades
Uma visão geral das unidades de medida usadas na tecnologia de vácuo e o que os símbolos significam, bem como os equivalentes modernos das unidades históricas
Referências e fontes
Referências, fontes e leitura adicional relacionadas aos conhecimentos fundamentais da tecnologia de vácuo
