Como escolher uma bomba de apoio com base na velocidade de bombeamento
A quantidade de gás ou vapor transportada através de uma bomba de alto vácuo também deve ser tratada pela bomba de apoio. Além disso, na operação da bomba de alto vácuo (bomba de difusão, bomba turbomolecular), a pressão de apoio máxima permitida nunca deve ser excedida, mesmo por um curto período de tempo. Se Q for a quantidade efetiva de gás ou vapor, que é bombeada pela bomba de alto vácuo com uma velocidade de bombeamento efetiva Seff a uma pressão de entrada pA, essa quantidade de gás certamente deve ser transportada pela bomba de apoio a uma velocidade de bombeamento de SV na pressão de apoio pV. Para a taxa de transferência efetiva Q, a equação de continuidade se aplica:
(2.41)
A velocidade de bombeamento necessária da bomba de apoio é calculada a partir de:
(2.41a)
Exemplo de como calcular a velocidade de bombeamento
No caso de uma bomba de difusão com uma velocidade de bombeamento de 400 l/s, a velocidade efetiva de bombeamento é 50% do valor indicado no catálogo ao usar um defletor de casca. A pressão de apoio máxima permitida é de 2 · 10-1 mbar. A velocidade de bombeamento necessária, no mínimo, para a bomba de apoio depende da pressão de entrada pA conforme a equação 2.41a.
A uma pressão de entrada de pA = 1 · 10-2 mbar, a velocidade de bombeamento para a bomba de alto vácuo indicado no catálogo é de cerca de 100 l/s, sendo, posteriormente, 50% dessa pressão de 50 l/s. Portanto, a velocidade de bombeamento da bomba de apoio deve ser de pelo menos
A uma pressão de entrada de pA = 1 · 10-3 mbar, a bomba já atingiu sua velocidade nominal de bombeamento de 400 l/s; a velocidade efetiva de bombeamento agora é Seff = 200 l/s; assim, a velocidade de bombeamento necessária para a bomba de apoio é de
Como escolher uma bomba de vácuo de apoio com base nas faixas de pressão
Se a bomba de alto vácuo for usada para bombear vapores entre 10-3 e 10-2 mbar, deve ser utilizada uma bomba de apoio que ofereça uma velocidade de bombeamento nominal de 12 m3/h, que, em todo o caso, deve ter uma velocidade de bombeamento de 9 m3/h a uma pressão de 2 · 10-1 mbar. Se nenhum vapor for bombeado, uma bomba de palheta rotativa de estágio único operada sem lastro de gás irá fazer geralmente. Se (mesmo leves) componentes de vapor também devem ser bombeados, deve-se, em qualquer caso, usar uma bomba de lastro de gás de dois estágios como bomba de apoio que oferece – também com lastro de gás – a velocidade de bombeamento necessária a 2 · 10-1 mbar.
Se a bomba de vácuo alta só for utilizada a pressões de entrada inferiores a 10-3 mbar, uma bomba de apoio menor servirá; no caso do exemplo dado, esta será uma bomba que oferece uma velocidade de bombeamento de 6 m3/h. Se as pressões de entrada contínuas forem ainda mais baixas, abaixo de 10-4 mbar, por exemplo, a velocidade de bombeamento necessária para a bomba de apoio pode ser calculada a partir da equação 2.41a como:
Teoricamente, nesse caso, uma bomba de apoio menor com uma velocidade de bombeamento de cerca de 1 m3/h poderia ser usada. Mas, na prática, uma bomba de apoio maior deve ser instalada porque, especialmente ao iniciar um sistema de vácuo, grandes quantidades de gás podem ocorrer por breves períodos. A operação da bomba de alto vácuo é ameaçada se as quantidades de gás não puderem ser bombeadas imediatamente pela bomba de apoio. Se uma funcionar permanentemente a pressões de entrada muito baixas, recomenda-se a instalação de um volume de lastro (reservatório de linha de apoio ou reservatório oscilante) entre a bomba de alto vácuo e a bomba de apoio. A bomba de apoio deve então ser operada apenas por períodos curtos. No entanto, a pressão de apoio máxima permitida nunca deve ser excedida.
O tamanho do volume de lastro depende da quantidade total de gás a ser bombeado por unidade de tempo. Se essa taxa for muito baixa, a regra geral indica que 0,5 l de volume de lastro permite 1 min de tempo de bombeamento com a bomba de apoio isolada.
Para encontrar o tamanho mais adequado da bomba de apoio, um método gráfico pode ser usado em muitos casos. Nesse caso, o ponto de partida é a velocidade de bombeamento característica das bombas conforme a equação 2.41.
A velocidade de bombeamento caraterística de uma bomba é facilmente derivada da velocidade de bombeamento medida (vazão de volume) caraterística da bomba, conforme mostrado para uma bomba de difusão de 6000 l/s (consulte a curva S na Fig. 2.76). Para chegar à caraterística de rendimento (curva Q na Fig. 2.76), deve-se multiplicar cada valor de ordenada de S pelo seu valor de pA correspondente e plotado em relação a esse valor. Se for assumido que a pressão de entrada da bomba de difusão não excede 10-2 mbar, o rendimento máximo é de 9,5 mbar · l/s
Fig. 2.76 Diagrama para determinar graficamente uma bomba de apoio adequada.
a) Velocidade de bombeamento característica de uma bomba de difusão de 6000 l/s
b) Série de curvas de rendimento para bombas de êmbolo rotativo de dois estágios (V.B. = pressão de pré-vácuo crítica)
Portanto, o tamanho da bomba de apoio deve ser tal que esse rendimento possa ser manipulado pela bomba a uma pressão de entrada (da bomba de apoio) que seja igual ou preferencialmente menor que a pressão de apoio máxima permitida da bomba de difusão; que é 4 · 10-1mbar para a bomba de difusão de 6000 l/s.
Após considerar as caraterísticas de velocidade de bombeamento das bombas de êmbolo rotativo de dois estágios disponíveis comercialmente, a caraterística de rendimento de cada bomba é calculada de uma maneira semelhante àquela usada para encontrar a curva Q para a bomba de difusão na Fig. 2.76 a. O resultado é o grupo de curvas Q numeradas de 1 a 4 na Fig. 2.76 b, em que 4 bombas de êmbolo rotativo de dois estágios foram consideradas, cujas velocidades nominais eram 200, 100, 50 e 25 m3/h, respectivamente. A pressão de apoio crítica da bomba de difusão de 6000 l/s é marcada como V.B. (p = 4 · 10-1 mbar). Agora, o rendimento máximo Q = 9,5 mbar · l/s é mostrado como linha horizontal a. Essa linha cruza as quatro curvas de rendimento. Contando da direita para a esquerda, o primeiro ponto de interseção que corresponde a uma pressão de entrada abaixo da pressão crítica de apoio de 4 · 10-1mbar é feito com caraterística de rendimento 2. Isso corresponde à bomba de êmbolo rotativo de dois estágios com uma velocidade de bombeamento nominal de 100 m3/h. Portanto, essa bomba é a bomba de apoio correta para a bomba de difusão de 6000 l/s sob a suposição anterior.
No entanto, se o processo de bombeamento for tal que o rendimento máximo de 9,5 mbar · l/ s é improvável, uma bomba de apoio menor, é claro, pode ser usada. Isso é autoexplicativo, por exemplo, da linha b na Fig. 2.76 b, que corresponde a um rendimento máximo de apenas 2 mbar l/ s. Nesse caso, uma bomba de êmbolo rotativo de dois estágios de 25 m3/h seria suficiente.
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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
