Como funciona uma bomba de palheta rotativa?
Princípios de operação das bombas rotativas lubrificadas a óleo
Uma bomba de vácuo de deslocamento é geralmente uma bomba de vácuo na qual o gás a ser bombeado é sugado com o auxílio de pistões, rotores, palhetas e válvulas ou similares, possivelmente comprimido e, em seguida, descarregado. O processo de bombeamento é efetuado pelo movimento rotativo do pistão dentro da bomba. A diferenciação deve ser feita entre bombas de deslocamento de compressão lubrificadas e a seco. Ao usar óleo de vedação, é possível obter em um único estágio, altas taxas de compressão de até cerca de 105. Sem óleo, o "vazamento interno" é consideravelmente maior e a taxa de compressão atingível é correspondentemente menor, cerca de 10.
Como mostrado na Tabela de classificação 2.1, as bombas de deslocamento lubrificadas a óleo incluem bombas de palhetas rotativas e de êmbolo rotativo com design de um e dois estágios, bem como bombas trocóides de estágio único que hoje são apenas de interesse histórico. Essas bombas são todas equipadas com uma instalação de lastro de gás que foi descrita em detalhes pela primeira vez por Gaede em 1935. Dentro dos limites de engenharia especificados, a instalação de lastro de gás permite o bombeamento de vapores (vapor de água em particular) sem condensação dos vapores na bomba.
Tabela 2.1 Classificação das bombas de vácuo
Bombas de palheta rotativa (TRIVAC B, TRIVAC E, SOGEVAC)
As bombas de palheta rotativa (consulte a Fig. 2.6) consistem em um alojamento cilíndrico (anel de bombeamento) (1) no qual um rotor excentricamente suspenso e ranhurado (2) gira na direção da seta. O rotor tem palhetas (16) que são forçadas para fora, geralmente por força centrífuga, mas também por molas para que as palhetas deslizem dentro da carcaça. O gás que entra pela entrada (4) é empurrado pelas palhetas e é finalmente ejetado da bomba pela válvula de escape lubrificada a óleo (12).
Fig. 2.6 Corte transversal de uma bomba de palheta rotativa de estágio único (TRIVAC B)
- Porta de entrada
- Coletor de sujeira
- Válvula antirretorno
- Duto de entrada
- Palheta
- Câmara de bombeamento
- Rotor
- Orifício, conexão para lastro de gás inerte
- Duto de escape
- Válvula de escape
- Mola
- Purificador
- Orifício; conexão para o filtro de óleo
A linha TRIVAC B (Fig. 2.6) tem apenas duas palhetas deslocadas em 180°. As palhetas são forçadas para fora pelas forças centrífugas sem o uso de molas. Em temperaturas ambientes baixas, isso possivelmente requer o uso de um óleo mais fino. As bombas possuem uma bomba de óleo com engrenagens para lubrificação por pressão. A série TRIVAC B é equipada com uma válvula antirretorno particularmente confiável; um arranjo horizontal ou vertical para as portas de admissão e escape. O visor do nível de óleo e o atuador do lastro de gás estão todos do mesmo lado da caixa de óleo (design de fácil utilização). Em combinação com o sistema TRIVAC BCS, pode ser equipado com uma linha muito abrangente de acessórios, projetados principalmente para aplicações de semicondutores. O reservatório de óleo da bomba de palheta rotativa e também o das outras bombas de deslocamento com vedação a óleo serve para lubrificação e vedação, e também para preencher espaços mortos e ranhuras. Ele remove o calor da compressão de gás, ou seja, para fins de resfriamento. O óleo fornece uma vedação entre o rotor e o anel da bomba. Essas peças estão "quase" em contato ao longo de uma linha reta (linha da camisa do cilindro). Para aumentar a área da superfície vedada com óleo, uma chamada passagem de vedação está integrada ao anel de bombeamento (consulte a Fig. 2.4). Isto proporciona uma melhor vedação e permite uma taxa de compressão mais elevada ou uma pressão máxima mais baixa.
Confira o vídeo abaixo para ver uma animação de bombeamento de uma bomba de palheta rotativa TRIVAC B em ação
Leybold TRIVAC B - Function principles
Linhas de pressão de bombas de palhetas rotativas
A Leybold fabrica diferentes linhas de bombas de palheta rotativa que são especialmente adaptadas a diferentes aplicações, como alta pressão de entrada, baixa pressão máxima ou aplicações na indústria de semicondutores. Um resumo das características mais importantes desses intervalos é apresentado na Tabela 2.2. As bombas de palheta rotativa TRIVAC são produzidas como bombas de dois estágios (TRIVAC D) (consulte a Fig. 2.7). Com as bombas lubrificadas a óleo de dois estágios, é possível obter pressões operacionais e máximas mais baixas em comparação com as bombas de estágio único correspondentes. A razão para isso é que, no caso de bombas de um estágio, o óleo está inevitavelmente em contato com a atmosfera externa, de onde o gás é retirado, o gás que escapa parcialmente para o lado do vácuo, restringindo assim a pressão máxima atingível. Nas bombas de deslocamento de dois estágios lubrificadas a óleo, fabricadas pela Leybold, o óleo que já foi desgaseificado é fornecido ao estágio no lado do vácuo (estágio 1 na Fig. 2.7): a pressão máxima fica quase na faixa de alto vácuo; as pressões operacionais mais baixas estão na faixa entre vácuo médio/alto vácuo. Nota: operar o chamado estágio de alto vácuo (estágio 1) com muito pouco óleo ou nenhum óleo irá – apesar da pressão máxima muito baixa – na prática levar a dificuldades consideráveis e prejudicará significativamente a operação da bomba.
Fig. 2.4 Disposição da passagem de vedação nas bombas de palheta rotativa também conhecida como "vedação dupla". Folga mínima constante a para toda a passagem de vedação b
Fig. 2.7 Seção transversal de uma bomba de palheta rotativa de dois estágios, diagrama
I Estágio de alto vácuo
II Segunda etapa de pré-vácuo
a – Fecho da válvula
b – Feixe de molas da válvula
Tabela 2.2 Intervalos da bomba de vácuo rotativa
Bombas de êmbolo rotativo (Bombas E)
Mostrada na Fig. 2.9 é uma vista em corte de uma bomba de êmbolo rotativa do tipo de bloco único. Aqui, um pistão (2) que é movido por um excêntrico (3) girando na direção da seta se move ao longo da parede da câmara. O gás que deve ser bombeado flui para a bomba através da porta de entrada (11), passa pelo canal de entrada da válvula deslizante (12) para a câmara de bombeamento (14). A válvula deslizante forma uma unidade com o pistão e desliza para frente e para trás entre a guia da válvula rotativa na carcaça (barra da dobradiça 13). O gás aspirado na bomba finalmente entra na câmara de compressão (4). Ao girar, o pistão comprime essa quantidade de gás até que seja ejetado pela válvula lubrificada a óleo (5). Como no caso das bombas de palhetas rotativas, o reservatório de óleo é utilizado para lubrificação, vedação, preenchimento de espaços mortos e resfriamento. Como a câmara de bombeamento é dividida pelo pistão em dois espaços, cada volta completa um ciclo de operação (consulte a Fig. 2.10). As bombas de êmbolo rotativo são fabricadas como bombas de um e dois estágios. Em muitos processos de vácuo que combinam uma bomba tipo roots com uma bomba de êmbolo rotativo de estágio único pode oferecer mais vantagens do que uma bomba de êmbolo rotativo de dois estágios sozinha. Se tal combinação ou uma bomba de dois estágios for inadequada, recomenda-se o uso de uma bomba tipo roots em conjunto com uma bomba de dois estágios. Isso não se aplica a combinações envolvendo bombas de palheta rotativa e bombas tipo roots.
Fig. 2.9 Corte transversal de uma bomba de êmbolo rotativo de estágio único
- Revestimento
- Pistão cilíndrico
- Excêntrica
- Câmara de compressão
- Válvula de pressão lubrificada a óleo
- Visor do nível de óleo
- Canal de lastro de gás
- Porta de escape
- Válvula de lastro de gás
- Coletor de sujeira
- Porta de entrada
- Válvula deslizante
- Barra da dobradiça
- Câmara de bombeamento (o ar está fluindo para dentro)
Fig. 2.10 Ciclo de operação de uma bomba de êmbolo rotativa
- Ponto morto superior
- A ranhura no canal de sucção da válvula deslizante é liberada – início do período de sucção
- Ponto morto inferior – a ranhura no canal de sucção é completamente livre, e o gás bombeado (seta) entra livremente na câmara de bombeamento (mostrado sombreado)
- A ranhura no canal de sucção é novamente fechada pela barra de articulação rotativa – fim do período de sucção
- Ponto morto superior – espaço máximo entre o pistão rotativo e o estator
- Pouco antes do início do período de compressão, a superfície frontal do êmbolo rotativo libera a abertura do lastro de gás – início da entrada do lastro de gás
- A abertura do lastro de gás é bastante livre
- Extremidade da entrada do lastro de gás
- Fim do período de bombeamento
Potência do motor das bombas de palheta rotativa e êmbolo rotativo
Os motores fornecidos com as bombas de palheta rotativa e êmbolo rotativo fornecem potência suficiente a temperaturas ambientes de 12 °C (53,6 °F) e ao usar nossos óleos especiais para cobrir o requisito de potência máxima (em cerca de 400 mbar). Dentro da faixa de operação real da bomba, o sistema de acionamento da bomba aquecida precisa fornecer apenas cerca de um terço da potência instalada do motor (consulte a Fig. 2.11).
Fig. 2.11 Potência do motor de uma bomba de êmbolo rotativa (velocidade de bombeamento 60 m3/h) em função da pressão de entrada e da temperatura de operação. As curvas para bombas de lastro de gás de outros tamanhos são semelhantes.
- Curva de temperatura operacional 1 - 32 °C (89 °F)
- Curva de temperatura operacional 2 - 40 °C (104 °F)
- Curva de temperatura operacional 3 - 60°C (140°F)
- Curva de temperatura operacional 4 - 90°C (194°F)
- Curva teórica para compressão adiabática
- Curva teórica para compressão isotérmica
Fundamentos da tecnologia de vácuo
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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
