As bombas de vácuo são equipamentos capazes de realizar a remoção de gases ou ar de um recipiente e, portanto, reduzir a pressão do sistema a uma pressão menor do que a pressão atmosférica.
O que é vácuo?
A palavra vácuo significa espaço vazio, estado onde não há nada, não há matéria. Contudo, temos que alinhar essa definição com a realidade física atual em que vivemos, assim, podemos defini-lo fisicamente como um estado onde a pressão ou a densidade molecular, foi reduzida.
Figura 1 – Representação da densidade (Fonte: Manual da química)
Figura 2 – Partícula Orion encontrada no espaço (Fonte: Nasa)
Essa correção se faz necessária devido ao fato de que, até no espaço, que é o principal referencial de vácuo total ou absoluto que temos, existem moléculas ou partículas.
Por tanto, devemos ter a ideia de que o vácuo absoluto é uma tendência ao vazio, mas que é muito difícil de ser atingido no estado físico real.
No mundo industrial utilizamos esse estado em várias aplicações, por meio de equipamentos denominados de bombas de vácuo.
Como todos nós estamos sujeitos a pressão atmosférica, quando um gás começa a ser removido de um sistema, a sua pressão vai diminuindo, daí obtemos uma pressão de vácuo, ou simplesmente vácuo. Quanto mais gás é removido, maior será a pressão de vácuo, ou maior será o vácuo produzido.
Portanto o vácuo é medido através da pressão, cujas unidades são diversas, sendo frequente o uso de mmHg (milímetro de mercúrio), Torr e mbar (milibar). Trazemos outros exemplos na tabela seguinte:
Figura 3 – Unidades comuns para mensurar vácuo (Fonte: Lazzero)
Um ponto que gera muita confusão nas pessoas está relacionado a escala de pressão utilizada que pode ser a escala absoluta ou a escala relativa, também chamada de escala efetiva.
A escala absoluta a pressão é expressa a partir do zero absoluto, que seria correspondente a ter todo o ar ou gás removido do sistema em questão. Nessa escala, não existem valores negativos, somente positivos.
A escala relativa ou efetiva é aquela expressa a partir da pressão atmosférica. Nesse caso, podem ter valores positivos ou negativos, sendo a pressão positiva chamada de pressão manométrica e a pressão negativa chamada de pressão vacuométrica ou pressão de vácuo.
A pressão manométrica é medida por um manômetro cuja escala só tem valores positivos, por outro lado, a pressão vacuométrica é medida por meio de um vacuômetro, que terá escala negativa, por exemplo, -300 mmHg (menos 300 milímetros de mercúrio).
Instrumentos que possuem escala positiva e negativa são chamados de manovacuômetros.
Quando a pressão reinante é a pressão atmosférica, consideramos pressão efetiva igual a zero.
Estamos alertando sobre isso, uma vez que é comum encontrarmos na literatura sobre bomba de vácuo, valores sendo expressos como positivos ou negativos, estando ambas corretas, apenas variando na escala considerada, sendo efetiva ou absoluta respectivamente.
O que são bombas de vácuo?
As bombas de vácuo são equipamentos capazes de realizar a remoção de gases ou ar de um recipiente e, portanto, reduzir a pressão do sistema a uma pressão menor do que a pressão atmosférica.
A capacidade de geração de vácuo é uma característica intrínseca ao tipo de equipamento utilizado.
Um dos equipamentos mais comuns são as bombas de vácuo de anel líquido que explicaremos o seu funcionamento mais adiante.
Figura 4 – Bombas de vácuo de anel líquido (Fonte: OMEL)
Princípio geral de funcionamento das bombas de vácuo
Existe um princípio termodinâmico descrito a partir da equação dos gases perfeitos, também chamada de equação de Clapeyron, que mostra que a expansão de um gás (aumento de volume) provoca uma redução da sua pressão.
A maioria das bombas de vácuo é um tipo de máquina de deslocamento positivo que lança mão do princípio citado.
Em uma fase do funcionamento, as bombas de vácuo promovem a expansão do gás, que derruba a pressão naquele instante. Estando a bomba a uma pressão mais baixa, o ar ou gás do sistema estando a uma pressão mais alta é “empurrado” para dentro da bomba de vácuo.
A segunda parte do processo ocorre o oposto, uma compressão do gás que é então expelido do equipamento.
A medida que o processo vai se repetindo, mais gás vai sendo removido e a pressão vai caindo cada vez mais, no entanto, a medida que o gás vai ficando mais rarefeito, mais difícil é capturar as moléculas, por isso, eles não conseguem, na sua maioria fazer vácuo absoluto.
O processo é similar, na maioria das bombas de vácuo industriais, como isso acontece, vai depender do tipo de bomba de vácuo.
Tipos de bombas de vácuo
Existem vários tipos de bombas de vácuo e cada uma tem uma capacidade máxima de geração de vácuo a depender do mecanismo de geração de vácuo, vamos ver a seguir, os tipos mais comuns.
1. Bomba de vácuo de Anel líquido
As bombas de vácuo de anel líquido são equipamentos que possui um rotor excêntrico na carcaça que será a peça-chave para gerar o anel líquido que dá o nome à bomba, conforme podemos visualizar na figura seguinte:
Figura 5 – Funcionamento de Bomba de vácuo de anel líquido (Fonte: OMEL)
Esse tipo de bomba funciona com um anel líquido, que normalmente é água. A disposição excêntrica dentro da carcaça, permite que, quando em operação, água seja centrifugada, criando um anel líquido no formato da carcaça, representado em verde na figura.
O rotor gira no sentido anti-horário no exemplo, tendo sua entrada na região em branco. Quando isso ocorre, temos a formação das câmaras de volumes variáveis que são criadas entre o rotor e o anel líquido.
O gás entra e sai axialmente ao rotor, na figura seria no sentido de entrando ou saindo da tela, onde estamos chamando de células de aspiração. Ao entrar, a câmara aumenta o seu volume provocando a expansão do gás e, consequentemente, uma queda da pressão, conforme o princípio termodinâmico já citado, o que faz o gás ser aspirado pela bomba de vácuo.
Posteriormente, na segunda parte do giro, a câmara diminui o seu tamanho, provando agora uma compressão do gás que é então expulso da bomba de vácuo através de furos que são chamados de células de pressão, por onde são descarregados uma mistura de líquido e gás.
Figura 6 – Sistema de geração de vácuo OMEL (Fonte: OMEL)
O líquido inserido nas bombas de vácuo, pode ser chamado de líquido compressor ou líquido de selagem. Como o processo em si, acaba misturando gás e líquido, é comum que encontremos mecanismo de separação de líquido e gás na tubulação de descarga.
Essas bombas possuem vantagens significativas quanto ao desgaste, uma vez que se resume ao atrito da água com o rotor. Além disso, costumam ser amplamente resistentes a corrosão e operações adversas, pois podemos utilizar diversos materiais de construção, adequados ao líquido de selagem e também, aos gases aspirados.
Nós da OMEL, dispomos de uma linha completa de bombas de vácuo de anel líquido e compressores, para as mais diversas aplicações, com capacidade de geração de vácuo na casa dos 30 torr (absoluto) ou 40 mbar e vazões de até 10.350 m³/h.
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Devemos nos atentar a questão da temperatura da água dentro da bomba de anel líquido, para evitar problemas como cavitação. A OMEL dispõe de engenharia altamente capacitada para dar suporte técnico ao seus clientes, acesse https://omel.com.br/contato/ e converse com nossa equipe.
1. Bomba de vácuo tipo Roots
A bomba de vácuo de lóbulos ou roots, como são normalmente chamadas, são bombas que utilizam lóbulos que giram em sincronismo perfeito, sem se tocar, por meio de engrenagens, ocasionando assim o deslocamento do gás.
A OMEL possui dois tipos de equipamentos que usam essa tecnologia que podem ser utilizadas como bomba de vácuo.
O primeiro deles é o nosso Soprador Roots SRT. Este é um compressor roots, no entanto, se instalado num sistema, como por exemplo, em processos chamados de transporte pneumático, eles possuem função de bomba de vácuo.
Nesses equipamentos, os lóbulos trabalham de forma sincronizada, sem se tocar, o movimento dos lóbulos provoca a expansão do gás mencionada anteriormente.
Esse equipamento tem limite de geração de vácuo de até 375 Torr (absoluto) ou 500 mbar (absoluto).
Quando a necessidade de vácuo é maior, nós temos as Bombas do Vácuo Roots VRT/PA que são ligeiramente diferentes do soprador SRT.
Elas possuem entradas adicionais de ar que promovem um resfriamento adicional ao equipamento e com isso permite o equipamento trabalhar em pressões ainda mais baixas, na casa dos 75 Torr (absoluto) ou 100 mbar.
O esquema de funcionamento, está ilustrado na figura a seguir:
Figura 7 – Sequência de funcionamento VRT/PA (Fonte: OMEL)
Figure 16 – Bomba de vácuo Tipo Roots VRT/PA (Fonte: OMEL)
Esse tipo de bomba possui vantagens quanto a desgaste de peças, quando comparada a bomba de palhetas e quanto a necessidade de recursos hídricos como as bombas de anel líquido que precisam de água para funcionar.
Além disso, nossa Bomba de Vácuo Roots opera com sistema de entrada de ar à temperatura ambiente, garantindo o resfriamento da máquina e aumentando a confiabilidade operacional.
Principais aplicações industriais
Desde a geração de vácuo para embalagens até processos de destilação em indústrias químicas podemos encontrar bombas de vácuos. Vejamos a seguir algumas das principais aplicações:
- Processos com máquinas extrusoras de plástico
- Desaereção de água para boilers e sistemas diversos
- Escorvamento de equipamento
- Geração de vácuo para sistemas de desodorização
- Processos de esterilização (Autoclaves)
- Desgaseificação de cerâmica e outros produtos
- Exaustão de condensadores
- Recuperação de solventes
- Filtração a vácuo
- Empacotamento a vácuo
- Destilação em petroquímicas e químicas
- Processos de evaporação
Como vimos até aqui, as bombas de vácuo atendem uma gama diversa de aplicações, sendo a bomba de vácuo de anel líquido e a bomba de vácuo roots as mais conhecidas quanto a geração de vácuo, devido a sua confiabilidade de operação, vida útil e baixa manutenção, quando dimensionada corretamente.
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