OBTENÇÃO DA VELOCIDADE DE BOMBEAMENTO EM VÁCUO POR BLOQUEIO DE GASES Natalia Kazumi Gushiken1, Edelson da Silva Procopio Venuto2, Francisco Tadeu Degasperi3 1,2,3 Faculdade de Tecnologia de São Paulo – FATEC-SP – CEETEPS – São Paulo – SP 2 Programa CI-Brasil – Sede do Laboratório de Sistemas Integráveis da EPUSP – São Paulo – SP 3 Programa de Pós-Graduação em Gestão e Tecnologia em Sistemas Produtivos – CEETEPS – São Paulo – SP
[email protected];
[email protected]
1. Introdução
3. Resultados
As grandezas físicas velocidade de bombeamento de bomba de vácuo (SBV) e velocidade efetiva de bombeamento (Sef), junto das grandezas pressão (p), throughput (vazão) (Q) e condutância (C) são as mais importantes da tecnologia do vácuo. Por meio do conhecimento do throughput de gás que flui por uma condutância é possível determinar a velocidade de bombeamento. A expressão básica a ser utilizada é a Equação 1 . Cabe mencionar que o método de medição utiliza um efeito chamado de blocagem ou bloqueio (em inglês choked flow). O principal atrativo da blocagem está no fato de o fluxo de gás que passa pelo tubo ou orifício depender da geometria e da pressão de entrada, não tendo a intervenção de qualquer interface eletrônica.
2. Metodologia e Materiais Para este trabalho foi utilizado um sistema de vácuo, visto na Figura 1.a, composto por uma bomba de vácuo mecânica de palhetas de duplo estágio e uma câmara de vácuo (CV) com volume de VCV = (48 ± 1) L. As medições de pressão foram realizadas com manômetro de membrana capacitiva (MMC). A linha de bombeamento que conecta a câmara de vácuo à bomba de vácuo tem dimensões cuja condutância dela na região de operação do sistema de vácuo tem valor bem maior que SBV, desta forma Sef ≈ SBV. O primeiro passo para determinar a velocidade de bombeamento é caracterizar o tubo no qual será injetado gás para que ocorra o efeito de bloqueio. Foi realizado vácuo na CV atingindo a pressão final de aproximadamente 20 mbar. Em seguida, foi aberta a válvula para que o gás entrasse na CV passando pelo tubo onde ocorreu o efeito de bloqueio. A coleta de dados é feita por meio de um software do multímetro digital utilizado para medir a tensão de saída do MMC, este software gera uma tabela relacionando a tensão versus o tempo, onde o parâmetro de correção tensão para pressão é dado pelo fabricante: 1 Volt = 100 Torr = 133,32 mbar. A curva da variação de pressão no tempo na CV é mostrada na Figura 1.b. A parte linear da curva refere-se a um throughput constante dado pela Equação 2. Uma vez caracterizado o tubo, este pode ser usado junto a um cilindro de gás para fornecer uma quantidade conhecida de gás para a bomba de vácuo, e de posse do valor da pressão, podemos determinar a sua velocidade de bombeamento. Utilizamos o gás nitrogênio (N2). Q = SBV.p
(1)
Q = VCV. dpCV/dt
(2)
(a) (b) Figura 1 – a) Sistema de vácuo utilizado. b) Curva experimental da pressão na câmara de vácuo. A determinação da velocidade de bombeamento pelo método do gás bloqueado é bem segura e apresenta uma incerteza de aproximadamente 10%, desde que a medição de pressão seja realizada com MMC devidamente calibrado. Ajustando uma reta na parte linear da curva mostrada na Figura 1.b, e utilizando a Equação 2, o valor do throughput é de Q = (12,1 ± 1,1) mbar.L.s-1.
4. Conclusões Desde que o tubo utilizado no experimento opere dentro da região linear da curva da pressão versus o tempo, este pode ser utilizado para controlar a vazão de gases em sistemas de vácuo, ou seja, pode ser utilizado para fornecer ou bombear quantidades conhecidas de gás em um sistema de vácuo. Este método foi utilizado para medir velocidade de bombeamento de bombas roots e de difusora em uma grande empresa de metalização de faróis e lanternas, com sucesso.
5. Referências [1] VENUTO, Edelson da S. P., Modelagem e Medição de Condutâncias no Regime de Escoamento Viscoso Laminar com Gases Monoatômicos Blocados – TCC. MPCE – FATEC-SP – São Paulo – SP. 2013. [2] DEGASPERI, Francisco T., Modelagem e Análise Detalhadas de Sistemas de Vácuo. Dissertação de Mestrado - Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação – FEEC–UNICAMP – Campinas – São Paulo. 2002. [3] DEGASPERI, Francisco T., GUSHIKEN, Natalia K, VENUTO, Edelson da S. P., CORREA, Walter F. Determinação Experimental de Velocidade de Bombeamento de Bombas de Pré-vácuo e Alto-vácuo pelo Método do Bloqueio de Gases. Trabalho no XXXVI CBRAVIC – Sociedade Brasileira de Vácuo. Vitória – ES. 2015.
Agradecimentos Ao CNPq pela bolsa de PIBIC (N.K. Gushiken).
