Como funciona uma bomba de diafragma?

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As bombas de vácuo de diafragma são bombas de deslocamento de oscilação. Elas pertencem à família de bombas de vácuo de transferência de gás. A linha que fornecem significa que se enquadram na categoria de vácuo parcial. Elas são importantes em laboratórios em que a pressão de apenas alguns mbar é necessária. Isso leva ao seu uso em laboratórios químicos para processos farmacêuticos ou médicos, entre outras aplicações.

Princípio de operação

As bombas de vácuo de diafragma são bombas de vácuo de compressão a seco de um ou vários estágios (estão sendo fabricadas bombas de diafragma com até quatro estágios). Aqui, a circunferência de um diafragma é tensionada entre a cabeça da bomba e a parede da carcaça (Fig. 2.1). Ela é movida de forma oscilante por meio de uma biela e um excêntrico. A câmara de bombeamento ou compressão, cujo volume aumenta e diminui periodicamente, afeta a ação de bombeamento. As válvulas são arranjadas de forma que, durante a fase em que o volume da câmara bombeadora aumenta, esteja aberta para a linha de admissão. Durante a compressão, a câmara de bombeamento está ligada à linha de escape. O diafragma fornece uma vedação hermética entre a câmara da engrenagem e a câmara de bombeamento, de modo que permaneça livre de óleo e lubrificantes (bomba de vácuo de compressão a seco). O diafragma e as válvulas são os únicos componentes em contato com o meio que deve ser bombeado. Ao revestir o diafragma com PTFE (Teflon) e ao fabricar as válvulas de entrada e escape de um elastômero altamente fluorado, como no caso do DIVAC da Leybold, é possível bombear vapores e gases agressivos. Portanto, é adequado para aplicações de vácuo no laboratório químico.

Fig. 2.1 Esquema sobre o design de um estágio da bomba de diafragma.

1) Tampa do compartimento 2) Válvulas 3) tampa 4) Disco do diafragma 5) Diafragma 6) Disco de suporte do diafragma 7) Biela 8) Disco excêntrico

Benefícios das bombas de diafragma

Recentemente, as bombas de diafragma tornaram-se cada vez mais importantes, principalmente por razões ambientais. Elas são alternativas às bombas de vácuo de jato de água, visto que as bombas de diafragma não produzem qualquer água residual. No geral, uma bomba de vácuo de diafragma pode economizar até 90% dos custos operacionais em comparação com uma bomba a jato de água. Em comparação com as bombas de palheta rotativa, a câmara de bombeamento das bombas de diafragma é totalmente isenta de óleo. Por padrão, não são necessárias vedações de eixo imersas em óleo.

Limitações das bombas de diafragma

Devido à capacidade limitada de deformação elástica do diafragma, apenas é obtida uma velocidade de bombeamento relativamente baixa. No caso deste princípio de bombeamento, um volume permanece no ponto morto superior - o chamado "espaço morto" - de onde os gases não podem ser movidos para a linha de escape. A quantidade de gás que permanece na pressão de escape se expande para a câmara de bombeamento em expansão durante o curso de sucção subsequente, enchendo-a assim, de modo que, à medida que a pressão de admissão diminui, a quantidade de gás novo que entra reduz cada vez mais. Assim, a eficiência volumétrica piora continuamente por esse motivo. As bombas de vácuo de diafragma não são capazes de atingir uma taxa de compressão maior do que a relação entre o "espaço morto" e o volume máximo da câmara de bombeamento. No caso de bombas de vácuo de diafragma de um estágio, a pressão máxima atingível é de aproximadamente 80 mbar. As bombas de dois estágios, como a DIVAC da Leybold, podem atingir cerca de 10 mbar (consulte a Fig. 2.2), as bombas de três estágios podem atingir cerca de 2 mbar e as bombas de diafragma de quatro estágios podem atingir cerca de 5 ·10^-1 mbar.

Fig. 2.2 Princípio de funcionamento para uma bomba de diafragma de dois estágios. Abertura e fechamento das válvulas, caminho e mecanismo de bombeamento durante quatro estágios subsequentes de uma volta da biela (a-d)

Compatibilidade com outras bombas e aplicações

As bombas de diafragma que oferecem uma pressão máxima tão baixa, como as bombas de diafragma de três cabeças e de 4 cabeças, são adequadas como bombas de apoio para bombas turbomoleculares com estágios de arrasto molecular totalmente integrados (bombas turbomoleculares compostas ou de ampla faixa). Desta forma, obtém-se um sistema de bombas absolutamente isento de óleo, sendo de grande importância para os arranjos de medição envolvendo sistemas de espectrômetro de massa e detectores de vazamento. Em contraste com as bombas de palheta rotativa, esta combinação de bombas para detectores de vazamento oferece a vantagem de que naturalmente nenhum hélio é dissolvido na bomba de diafragma, evitando, assim, um possível acúmulo de fundo de hélio. No entanto, o vácuo máximo para a bomba espiral ou de palheta rotativa com lubrificação é consideravelmente melhor do que até mesmo as bombas de diafragma de 4 cabeças.

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