Bomba de Vácuo

A bomba de vácuo é um dispositivo criado para remover um gás, deixando um vácuo parcial dentro de um determinado recipiente, a fim de mover líquidos ou outros materiais durante a função de um aplicativo. Foi um dos primeiros instrumentos projetados para resolver problemas ligados a outros projetos científicos, que dependiam dos efeitos do vácuo.

As bombas de vácuo são capazes de atingir os vácuos através da exaustão de moléculas de gás para fora da câmara ou por condensação das moléculas para criar um vácuo de luz.

Principais técnicas de criação de vácuo

As bombas de vácuo são classificadas em três tipos:

Deslocamento Positivo

O método envolve a criação de um vácuo, expandindo uma parte de uma câmara, fechando-a, esgotando-a, tendo este processo uma alta taxa de repetição e alguma compressão. Isto é basicamente como os pulmões trabalham, quando os pulmões se expandem o ar é puxado para eles através do nariz ou boca, no entanto numa câmara, esta expansão teria de crescer indefinidamente a fim de criar um vácuo.

Dividindo a câmara de modo que a seção de expansão possa ser fechada, esta expansão “infinita” pode ser alcançada, através de uma câmara dividida poder-se-ia expandir um lado, extraindo o gás de seu interior, e em seguida, fechar o lado de vácuo da câmara.

Então, o gás no lado expandido é retirado, ou expulso, e as seções conectam-se novamente, a câmara expande-se, criando uma forte depressão no lado do vácuo da câmara, e o processo continua.

Exemplos:  bomba de palhetas rotativas, bomba de diafragma, bomba Roots e bomba scroll.

Transferências de Impulso

Este tipo de bomba baseia-se na transferência de movimento originada pelo contacto das moléculas de gás com outras com velocidade igual ou superior às anteriores. No caso em que temos um jato de fluido a alta velocidade, as moléculas de gás ao entrarem em contacto com as moléculas de fluido chocam instantaneamente e alteram o seu vetor velocidade, sendo assim conduzidas para o ponto de saída (p.e. bombas difusoras). No caso de interação entre as moléculas de gás com superfícies em movimento, temos uma adesão instantânea que faz com que as moléculas de gás sejam arrastadas no sentido de movimento da superfície, acompanhando estas moléculas até ao ponto de exaustão(p.e. bomba drag e bomba turbomolecular).

Este tipo de bomba é normalmente acompanhado por bombas de deslocamento positivo de forma a complementar a sua ação.

Captura/Armadilha

As moléculas são removidas de uma superfície através de captura realizada por processos físico-quimicos, como por exemplo a condensação ou adsorção.

Através de campos elétricos ou magnéticos presentes na bomba o processo de captura é facilitado. O gás bombeado não é retirado pois este fica armazenado num estado condensado.

As bombas de vácuo são usadas em uma ampla variedade de aplicações, que variam das câmaras de vácuo a bombas de água simples, porque, efetivamente criam pequenos vazios relativamente rápido.

Exemplos:  bombas criogênicas, bombas de sublimação e bombas iônicas.

Aplicações

A gama de aplicações das bombas de vácuo é muito vasta, havendo vários tipos de bomba especializada para cada necessidade. Como exemplo primordial temos o bombeamento de um fluido, onde se quer atingir um certo patamar/nível que só é possível devido ao auxílio que a bomba fornece na movimentação do fluido.

Aplicando este princípio básico para sistemas do quotidiano temos os seguintes exemplos:

• Sistemas de vácuo para embalagens – O vácuo tem, frequentemente, um papel essencial nos processos de embalagem e na produção das embalagens. A embalagem pode ser formada, termoformada e revestida de forma eficiente e precisa, usando técnicas de vácuo. Também pode ser movida, transportada, aberta e vedada a vácuo. Durante o processo de embalagem, os bens a serem embalados podem ser fornecidos e inseridos com o auxílio de vácuo. A utilização de vácuo na embalagem de alimentos ajuda a manter os alimentos frescos durante mais tempo, sem nenhuma perda de qualidade. A utilização de MAP (embalagem em atmosfera modificada) em produtos alimentares frescos mantém a aparência, a frescura e o sabor.

• Desgaseificação com vácuo - Em muitas indústrias, a desgaseificação de líquidos, de produtos pastosos e húmidos é uma das mais importantes aplicações de tecnologia de vácuo moderna. Os gases, os vapores e a humidade são extraídos pelo vácuo do material processado, aumentando a qualidade do produto. A desgaseificação de plásticos durante a extrusão é um exemplo: o vapor de água e os gases originados pelo processo de fundição são extraídos diretamente da zona do parafuso de extrusão, aumentando significativamente a estrutura e as propriedades físicas do produto.

• Transporte pneumático com vácuo e sobrepressão - O transporte pneumático de produtos a granel é um método eficiente e comprovado para o transporte de poeiras, pós, granulados e outros materiais fluidizáveis, de forma rápida e fiável dentro de um local de produção. A diferenciação é feita entre o transporte por sucção pneumática e o transporte por sobrepressão pneumática, ou seja, transporte com vácuo ou com sobrepressão. O transporte por sucção pneumática é sempre usado quando é necessário o transporte de materiais sensíveis sem contacto com o ar ambiente. Os sistemas de transporte por sucção pneumática são usados, em primeiro lugar, na indústria alimentar, na indústria de processamento de plásticos no transporte de granulados e nas indústrias farmacêutica e química.

O transporte por sobrepressão pneumática, por outro lado, é usado para materiais relativamente pesados, como areia, cascalho e cimento. Também é possível transportar materiais húmidos e de grande volume usando transportadores a vácuo, por exemplo, na eliminação de resíduos húmidos ou no transporte de cascas de árvore.

• Vácuo para processos de secagem - É inconcebível imaginar muitos sectores e campos industriais que não usem processos de secagem a vácuo. O líquido contido nos materiais processados é evaporado pela redução de pressão e é extraído como vapor. A secagem a vácuo é mais rápida, mais suave e energeticamente mais eficiente do que a secagem térmica. É particularmente adequada a processos de secagem para produtos químicos, farmacêuticos, alimentares e outras aplicações, em que o excesso de calor destrói ou degrada o produto. Por exemplo, na produção de concentrado de fruta ou na liofilização de café ou fruta, a secagem a vácuo mantém a consistência do produto e preserva os ingredientes vitais como as vitaminas, assim como os sabores. A secagem a vácuo é especialmente adequada à secagem de produtos com uma grande área de superfície, como granulados de plástico sintético ou outros materiais higroscópicos. O vácuo também é utilizado para secar componentes industriais.

• Transporte/retenção com vácuo - Hoje em dia, é inconcebível imaginar os processos de produção modernos sem a utilização de vácuo para retenção, transporte ou manuseamento de produtos. A ideia é simples e engenhosa: uma ventosa, placa de vácuo ou mesa de vácuo é usada para aplicar sucção e, dessa forma, segurar o objeto de forma firme. Este é um método extremamente eficiente que torna possível a movimentação, o transporte ou o aperto de objetos fixados desta forma. Nos processos de produção automatizados, como a fabricação de móveis, os componentes são movidos por vácuo através de toda a linha de produção. O processo começa com a inserção de painéis de madeira que são fornecidos à máquina de processamento inicial por um robot equipado com um dispositivo de sucção a vácuo. Os painéis são fixados por vácuo e processados nesta máquina antes de serem transportados para a próxima etapa de processamento por outra ventosa de vácuo. No final da linha de produção, um robot empilha automaticamente as peças fabricadas em paletes.

Nas tipografias, o vácuo é usado para transportar folhas individuais de papel. São puxadas para a máquina de impressão por vácuo, onde são passadas pelas estações de impressão individuais por rolamentos a vácuo antes de serem empilhadas novamente após a impressão. O papel também é puxado por vácuo por todas as máquinas de processamento subsequentes.

• Destilação com vácuo - A destilação a vácuo é um processo importante nas indústrias químicas e farmacêutica e tem aplicações em muitos outros sectores, incluindo produção de bebidas e alimentos. Outro exemplo é a refinação de petróleo bruto: o petróleo bruto contém hidrocarbonetos mais pesados e mais leves, com diferentes pontos de ebulição e que requerem dois processos de destilação. Após a destilação atmosférica, é executada uma segunda destilação a vácuo, para separar os hidrocarbonetos pesados a baixas temperaturas, minimizando o fracionamento térmico e a criação de derivados indesejados.

• Remoção com vácuo - O vácuo é utilizado para uma vasta variedade de aplicações, onde é necessária a remoção de produtos derivados. Essas aplicações vão desde a indústria de processamento de carne, ou seja, a remoção de resíduos, ossos e penas de galinha, até à indústria de processamento de madeira, por exemplo, na remoção de poeira de serração. A tecnologia de vácuo usada nessas aplicações depende da velocidade de bombagem e da diferença de pressão ou pressão final necessária. Os princípios de ventiladores e de uma variedade de bombas de vácuo são consequentemente utilizados nessas aplicações. A seleção da tecnologia de separação adequada é importante para garantir que os produtos removidos não entram em contacto com a bomba de vácuo ou o ventilador.

Como escolher uma bomba de vácuo?

Temos de ponderar diversos fatores ao escolher uma bomba de vácuo, primeiramente a aplicação prevista que vai influenciar a escolha em termos de tecnologia, lubrificação, resistência química, grau de vácuo e caudal necessário.

Os fatores mais importantes são o nível e qualidade do vácuo pretendido, existem vários tipos de vácuo, tal como demonstrado na Tabela 1, o que os distingue é o grau de rarefação do número de moléculas obtido artificialmente e que é medido a partir da pressão dos gases residuais.

Tabela 1 – Tipos de vácuo e condições ótimas de cada um.

Em seguida, deverá ter em consideração as seguintes características:

• Caudal da bomba: o caudal está relacionado com o tempo que o equipamento leva a escoar um fluido. Então existe a necessidade de avaliar se a capacidade da bomba é suficiente para efetuar o processo em análise, quer em termos de caudal volumétrico, quer de caudal mássico.

• Compatibilidade química: A bomba deve ser compatível com os gases usados previamente, analisando todos os problemas eventuais que possam vir a afetar o equipamento.

• Lubrificação: Em laboratório é privilegiado o uso de bombas de vácuo que funcionam a seco, pois as bombas lubrificadas apesar de maior eficácia e resistência, necessitam de uma manutenção mais frequente.

• Manutenção e custos: com base nos critérios supramencionados, deverá determinar-se, em seguida, a frequência das operações de manutenção. Os custos de manutenção, juntamente com os custos de exploração e o preço de compra do equipamento ditarão o custo global da instalação.

Trabalho realizado por:

João Lopes

Vítor Sousa