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Acciari (2004) considera que em muitos cálculos realizados em tecnologia de vácuo, o valor da velocidade de bombeamento da bomba de vácuo necessita ser altamente precisa. Ele propõe dois arranjos experimentais para a caracterização da velocidade de bombeamento da bomba de vácuo. O primeiro arranjo experimental proposto determina a velocidade de bombeamento através da queda de pressão medida em coluna de mercúrio e medidor Pirani. O arranjo experimental proposto está representado na Figura 7.9 e o esquema, que orienta o procedimento de medição da velocidade de bombeamento da bomba mecânica, está formalizado na Figura 7.10.

Figura 7.9 Arranjo experimental proposto para a caracterização da velocidade de bombeamento das bombas mecânicas de palhetas. Fonte: Acciari (2004).

Neste caso, o princípio de determinação da velocidade de bombeamento da bomba de vácuo envolve basicamente a medição da pressão atmosférica local e a obtenção do gráfico da queda de pressão em função do tempo. A velocidade de bombeamento deve ser obtida pelo coeficiente angular de uma reta ajustada no gráfico monolog da pressão em função do tempo. A vantagem de plotarmos os valores de pressão num eixo logarítmico está em apresentarmos de forma condensada essa variação da pressão que é definida segundo uma lei exponencial. Dessa forma, os valores de pressão menores que 1 mbar podem ser visualizados claramente no gráfico.

O procedimento experimental para a determinação da velocidade de bombeamento pelo método do coeficiente angular envolve os seguintes passos:

* Antes de ligar as bombas, fechar as válvulas V1 e V3 que estão conectadas diretamente às bombas. Isso garante seu isolamento até atingirem o regime estacionário de operação;

* Utilizar filtros para evitar retorno de óleo das bombas para o sistema ou para os sensores de pressão;

* Em seguida abrir a válvula de arejamento do sistema de vácuo V4 e a válvula V2 para que a pressão interna na câmara e no tubo do manômetro se iguale a pressão atmosférica. Com o medidor ligado diretamente a câmara verifica-se a pressão;

* Abrir a válvula V3 lentamente para que se comece a fazer vácuo do lado direito do tubo, tendo cuidado nesse instante pois o throughput da bomba mecânica é alto e faz com que o mercúrio suba bruscamente podendo contaminar as válvulas e tubulações do sistema e vácuo. Concluído o vácuo do lado direito do tubo fecha-se a válvula V4;

* Depois de todas essas etapas o sistema está pronto para iniciar as medições, para isso abrir a válvula V4 e iniciar a filmagem da queda de pressão em função do tempo com o auxílio de uma máquina fotográfica digital e iluminação adequada, para posterior tratamento dos dados em microcomputador utilizando a planilha Excel.

Figura 7.10 Esquema para determinação da velocidade de bombeamento das bombas mecânicas de palhetas. Em azul temos a bomba de vácuo a ser caracterizada. Fonte: Acciari (2004).

Com relação ao processo de medição da queda de pressão em função do tempo, a coluna de mercúrio apresenta maior precisão em relação ao medidor Pirani, reduzindo as incertezas das medidas, principalmente a partir de 500 mbar de pressão. A queda da pressão na câmara de vácuo faz com que o mercúrio suba do lado esquerdo do manômetro fornecendo os valores da pressão em função do tempo. Essa pressão num

determinado tempo, o valor exato do volume da câmara e o valor da pressão atmosférica são suficientes para o cálculo da velocidade de bombeamento.

Utilizando esta metodologia em 2004, Acciari obteve resultados de velocidade de bombeamento considerados consistentes com os valores apresentados nos catálogos dos fabricantes, conforme ilustra a Tabela 7.2.

Tabela 7.2 Valores da velocidade de bombeamento das bombas de vácuo (Sb), obtidos pelo método do coeficiente angular.

Bomba mecânica Sb (catálogo) Sb (medido)

E2M1.5 0,6 l/s 0,58 l/s

E2M2 3,4 m3/h 3,2 m3/h

TRIVAC D16C 13,5 m3/h 10,6 m3/h Fonte: Acciari (2004).

Neste estudo Acciari mostrou que os valores de velocidade de bombeamento obtidos experimentalmente encontraram-se próximos aos valores citados nos catálogos dos fabricantes. Para as bombas mecânicas nos modelos E2M1.5 e E2M2 os valores tiveram um erro de 1%. Para a bomba mecânica no modelo TRIVAC D16C o erro foi de aproximadamente 20%, fato explicado pelo elevado tempo de uso e desgaste do equipamento. O segundo procedimento proposto por Acciari recebe o nome de método de pipeta e seu esquema está representado na Figura 7.11.

Figura 7.11 Esquema do sistema de vácuo empregado para determinar a velocidade de bombeamento pelo método da pipeta. Fonte: Ono e Pereira (1990).

Antes de se iniciar a operação o sistema deve estar limpo e com boa vedação. Como citado anteriormente devemos ter muito cuidado para evitar que o óleo retorne para a câmara de vácuo se o throughput da bomba a ser caracterizada for alto. Isso além de contaminar a válvula agulha, também poderá contaminar o sistema, pois sabe-

se que a limpeza, preparação e condicionamento de flanges, câmara e tubulações são demorados e trabalhosos. O procedimento do método da pipeta envolve as etapas de preparação do sistema e a de tomada de dados:

Preparação:

• Identificar todos os componentes do sistema de pré-vácuo: bombas, medidores, válvulas, entre outros;

• Ligar a bomba mecânica mantendo fechadas as válvulas V1 e V2, deixando apenas a válvula V3 aberta;

• Abrir lentamente a válvula V2 e verificar se o medidor está funcionando; • Verificar se não existem vazamentos no sistema de pré-vácuo.

Tomada de dados:

• Após o sistema atingir o equilíbrio, iniciar as medidas fechando a válvula V3, anotando a pressão lida no medidor (P), o volume da coluna de óleo (ΔV) e o tempo de subida deste (Δt).

• Abrir imediatamente a válvula V3 depois de efetuada a medida para evitar que o óleo contamine o sistema.

• Abrir lentamente a válvula V2 até atingir um novo ponto de equilíbrio e fazer nova leitura. Repetir o procedimento até cobrir a faixa de pressão entre 0,01 e 0,08 Torr.

• Depois de obter a curva da primeira bomba mecânica, substituí-la por outra para repetir a caracterização.

O método da pipeta para determinação da velocidade de bombeamento obedece à seguinte expressão:

(7.13)

onde: S(P) é a velocidade de bombeamento; ΔV é a variação de volume de óleo na pipeta graduada; Δt é o tempo de subida do volume ΔV, Patm é a pressão atmosférica em Torr medida localmente e P é a pressão da câmara de vácuo.