Bombas podem ser amplamente categorizadas de acordo com três técnicas:
Bombas de deslocamento positivo usam um mecanismo para expandir repetidamente uma cavidade, permitir que os gases fluam da câmara, selar a cavidade e exaurí-la para a atmosfera. As bombas de transferência de momento, também chamadas bombas moleculares, usam jatos de alta velocidade de fluido denso ou lâminas rotativas de alta velocidade para derrubar moléculas de gás para fora da câmara. Bombas de entalamento capturam gases em estado sólido ou adsorvido. Isto inclui as bombas criopropulsoras, getters e bombas de íons.
Bombas de deslocamento positivo são as mais eficazes para aspiradores baixos. Bombas de transferência de momento em conjunto com uma ou duas bombas de deslocamento positivo são a configuração mais comumente usada para alcançar altos vácuos. Nesta configuração, a bomba de deslocamento positivo serve para dois propósitos. Em primeiro lugar, ela obtém um vácuo bruto no vaso sendo evacuado antes que a bomba de transferência de momento possa ser usada para obter o alto vácuo, já que as bombas de transferência de momento não podem começar a bombear a pressões atmosféricas. Em segundo lugar, a bomba de deslocamento positivo faz o backup da bomba de transferência de momento, evacuando para baixo vácuo o acúmulo de moléculas deslocadas na bomba de alto vácuo. Bombas de entalamento podem ser adicionadas para alcançar vácuo ultra-alto, mas requerem regeneração periódica das superfícies que retêm moléculas ou íons de ar. Devido a esta exigência, seu tempo operacional disponível pode ser inaceitavelmente curto em aspiradores baixos e altos, limitando assim seu uso a aspiradores ultra-altos. As bombas também diferem em detalhes como tolerâncias de fabricação, material de vedação, pressão, fluxo, admissão ou não de vapor de óleo, intervalos de manutenção, confiabilidade, tolerância ao pó, tolerância a produtos químicos, tolerância a líquidos e vibração.
Bomba de deslocamento positivoEditar
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Pode ser gerado um vácuo parcial ao aumentar o volume de um recipiente. Para continuar evacuando uma câmara indefinidamente sem necessidade de crescimento infinito, um compartimento do vácuo pode ser fechado repetidamente, esgotado e expandido novamente. Este é o princípio por trás de uma bomba de deslocamento positivo, por exemplo, a bomba de água manual. Dentro da bomba, um mecanismo expande uma pequena cavidade selada para reduzir a sua pressão abaixo da da atmosfera. Por causa do diferencial de pressão, algum fluido da câmara (ou do poço, no nosso exemplo) é empurrado para dentro da pequena cavidade da bomba. A cavidade da bomba é então selada a partir da câmara, aberta para a atmosfera e espremida de volta ao tamanho de um minuto.
Sistemas mais sofisticados são usados para a maioria das aplicações industriais, mas o princípio básico da remoção de volume cíclico é o mesmo:
- Bomba de palhetas rotativas, a mais comum
- Bomba de diafragma, zero contaminação por óleo
- Anel líquido de alta resistência ao pó
- Bomba de pistão, vácuo flutuante
- Bomba de roletes, bomba seca de maior velocidade
- Bomba de parafuso (10 Pa)
- Bomba de palhetas
- Bomba de palhetas externas
- Soprador de raízes, também chamado de bomba de reforço, tem velocidades de bombeamento mais altas mas baixa taxa de compressão
- Bomba Roots de várias etapas que combina várias etapas proporcionando alta velocidade de bombeamento com melhor taxa de compressão
- Bomba Toepler
- Bomba Lobe
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A pressão de base de um sistema de bomba de pistão com vedação de borracha e plástico é tipicamente de 1 a 50 kPa, enquanto uma bomba scroll pode atingir 10 Pa (quando nova) e uma bomba de óleo de palhetas rotativas com uma câmara metálica limpa e vazia pode facilmente atingir 0.1 Pa.
Uma bomba de vácuo de deslocamento positivo move o mesmo volume de gás com cada ciclo, de modo que sua velocidade de bombeamento é constante, a menos que seja superada por backstreaming.
Bomba de transferência de momentoEditar
Numa bomba de transferência de momento, as moléculas de gás são aceleradas do lado do vácuo para o lado do escape (que normalmente é mantido a uma pressão reduzida por uma bomba de deslocamento positivo). O bombeamento de transferência de momento só é possível abaixo de pressões de cerca de 0,1 kPa. A matéria flui de forma diferente a diferentes pressões com base nas leis da dinâmica dos fluidos. À pressão atmosférica e ao vácuo suave, as moléculas interagem umas com as outras e empurram as moléculas vizinhas no que é conhecido como fluxo viscoso. Quando a distância entre as moléculas aumenta, as moléculas interagem mais frequentemente com as paredes da câmara do que com as outras moléculas, e o bombeamento de moléculas torna-se mais eficaz do que o bombeamento de deslocamento positivo. Este regime é geralmente chamado de alto vácuo.
Bombas moleculares varrem uma área maior que as bombas mecânicas, e o fazem com mais freqüência, tornando-as capazes de velocidades de bombeamento muito maiores. Elas fazem isso às custas do selo entre o vácuo e o seu escape. Como não há vedação, uma pequena pressão no escape pode facilmente causar refluxo através da bomba; isto é chamado de “stall”. Em alto vácuo, entretanto, os gradientes de pressão têm pouco efeito no fluxo do fluido, e as bombas moleculares podem atingir seu potencial máximo.
Os dois principais tipos de bombas moleculares são a bomba de difusão e a bomba turbomolecular. Ambos os tipos de bombas sopram as moléculas de gás que se difundem para dentro da bomba, dando impulso às moléculas de gás. As bombas de difusão sopram moléculas de gás com jatos de petróleo ou mercúrio, enquanto as bombas turbomoleculares usam ventiladores de alta velocidade para empurrar o gás. Ambas as bombas irão parar e falhar o bombeamento se forem exauridas diretamente à pressão atmosférica, portanto devem ser exauridas a um vácuo de grau inferior criado por uma bomba mecânica.
Como nas bombas de deslocamento positivo, a pressão de base será atingida quando o vazamento, a saída de gás e o refluxo forem iguais à velocidade da bomba, mas agora minimizar o vazamento e a saída de gás a um nível comparável ao refluxo torna-se muito mais difícil.
Bomba regenerativaEditar
Bombas regenerativas utilizam o comportamento de vórtice do fluido (ar). A construção é baseada no conceito híbrido de bomba centrífuga e turbobomba. Normalmente consiste em vários conjuntos de dentes perpendiculares sobre as moléculas de ar circulante do rotor dentro de ranhuras ocas estacionárias como a bomba centrífuga de múltiplas etapas. Podem atingir 1×10-5 mbar (0,001 Pa)(quando combinadas com a bomba Holweck) e exaustão direta à pressão atmosférica. Exemplos de tais bombas são Edwards EPX (papel técnico ) e Pfeiffer OnTool™ Booster 150. É por vezes referida como bomba de canal lateral. Devido à alta taxa de bombeamento da atmosfera para o alto vácuo e menos contaminação, uma vez que o rolamento pode ser instalado no lado do escape, este tipo de bombas são usadas no bloqueio de carga em processos de fabricação de semicondutores.
Este tipo de bomba sofre de alto consumo de energia (~1 kW) em comparação com a bomba turbomolecular (<100W) a baixa pressão, uma vez que a maior parte da energia é consumida para voltar à pressão atmosférica. Isto pode ser reduzido em quase 10 vezes com o apoio de uma pequena bomba.
Bomba de entalamentoEditar
Uma bomba de entalamento pode ser uma bomba criopropulsora, que usa temperaturas frias para condensar os gases a um estado sólido ou adsorvido, uma bomba química, que reage com gases para produzir um resíduo sólido, ou uma bomba de íons, que usa campos elétricos fortes para ionizar os gases e impulsionar os íons para um substrato sólido. Um criomódulo utiliza o bombeamento de criopropulsores. Outros tipos são a bomba de sorção, bomba getter não evaporativa, e bomba de sublimação de titânio (um tipo de getter evaporativo que pode ser usado repetidamente).
Outros tiposEditar
- Bomba de vácuo Venturi (aspirador) (10 a 30 kPa)
- Ejetor de vapor (o vácuo depende do número de estágios, mas pode ser muito baixo)