De lóbulos (roots)

Engenharia do VácuoTecnologia e projecto de equipamento de vácuo

4. Geração do vácuo

4.2.6 Bombas de lóbulos (“roots”)

Uma bomba de lóbulos (tipo “roots”) é formada por dois rotores em forma de oito que rodamem eixos paralelos e em sentidos contrários. Durante o ciclo da bomba os rotores entram umno outro ajustando-se sem se tocarem como indica a figura.

Nestas bombas não existeóleo de vedação o que permite aos rotores velocidades muitoelevadas, da ordem de 500 a 3000 rotações por minuto, conforme o tamaho da bomba. Avelocidade de bombeamento e o vácuo final vão depender da condutância da zona de altapressão para a de baixa pressão, correspondente ao espaço entre os rotores e entre os rotores eestator, sendo desprezável a condutância entre as bases dos rotores e a parede. Em geral afolga entre os rotores varia entre 5 x 10-2 e 3 x 10-1 mm. A velocidade de bombeamentotambém é influenciada pela pressão estabelecida pela bomba rotatória que está à bomba<<roots>>. Fazendo um vácuo primário inferior a 1 mbar o fluxo entre os rotores passa a sermolecular. Nesse caso a condutância será constante e só dependerá das dimensões das folgas.

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O produto do volume deslocado V pela frequência de rotação f é conhecido por velocidade dedeslocamento Sd e relaciona-se com a velocidade da bomba pela seguinte expressão:

Sb = Sd - Si [3.1]

em que Sb é a velocidade da bomba e Si a perda de velocidade devido à fuga interna para oladode baixa pressão.

As bombas <<roots>> podem apresentar velocidades de bombeamento entre 50 e 25 000 1 s-1

(3 x 103 a 1,5 x 106 1min-1),e embora sejam usadas normalmente na zona de pressões entre 15mbar e 10-3 mbar podem atingir 10-5 mbar. A figura 3.12 mostra características típicas dasbombas <<roots>>.

Como estas bombas não usam óleo, a maior parte da potência desenvolvida para comprimir ogás vai aquecer os rotores. A potência de aquecimento P é dada por

P = C r S1 (p2 - p1) [3.2]

em que C r é um factor de porporcionalidade, S1 a velocidade de bombeamento da <<roots>> ep1 e p2 as pressões à entrada e à saída da <<roots>>. Se S2 for a velocidade da bomba rotatóriaassociada temos

S2 p2 = S1 p1 = Q [3.3]


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Características de uma bomba de lóbulos em associação com uma bomba de pré-vácuo sembalastro e com balastro

Substituindo na expressão [3.2] obtém-se

P = C r S1 p1 ( S1 - 1) [3.4]S2

A potência desenvolvida, e portanto o aquecimento, só diminui se a pressão à entrada da<<roots>> diminuir, ou se a velocidade da bomba rotatória S2 aumentar.

Conclui-se também que o maior aquecimento se dá a altas pressões, portanto no começo dobombeamento. Se a bomba funcionar durante bastante tempo acima de uma pressão crítica queestá que está compreendida entre 3 2 40 mbar, os rotores dilatar-se-ão devido ao aquecimentoe a bomba pode gripar. Têm sido utolizados vários sistemas de protecção que, ou por circulaçãode óleo no eixo, neste caso oco, ou por arrefecimento do gás à saída, diminuem a temperaturados rotores. O mais simples é, porém, utilizar um interruptor sensível à pressão, que acima dapressão crítica desliga a <<roots>> e abre uma válvula que liga a bomba rotatória directamenteao sistema a evacuar.

Para o cálculo da associação da bomba rotatória, basta considerar que a quantidade de gás quesai da bomba de lóbulos, Q = S1 p1, é igual à que é bombeada pela bomba rotativa, Q = S2 p2,isto é,

S1 p1 = S2 p2.

A razão de compressão da bomba de lóbulos corresponde a

e, portanto, se a razão de compressão for grande será necessária uma bomba rotativa com umavelocidade relativamente pequena.


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