Vácuo e seus conceitos
Vácuo é um termo geralmente usado para denotar um volume ou região de espaço na qual a pressão é significativamente menor que 760 torrs.
Na medição tradicional, pressão normal é expressa em milímetros de uma coluna de mercúrio, e 760 milímetros de mercúrio é igual a 1 atmosfera padrão. A tradicional unidade de pressão para vácuo é a torr, que é aproximadamente igual a 1 milímetro de mercúrio.
Um vácuo perfeito ou absoluto, que implica um espaço totalmente desprovido de matéria, é praticamente irrealizável.
Para fins práticos, no entanto, e de acordo com a definição proposta pela American Vacuum Society, o termo vácuo é geralmente usado para denotar um espaço preenchido com um gás a uma pressão menor que a atmosférica. No sistema métrico, ou metro-quilograma-segundo (MKS), a unidade de pressão é o pascal.
Unidade de pressão Torr
O Torr é uma unidade de pressão baseada em uma escala absoluta, agora definida exatamente como 1/760 de uma atmosfera padrão (101325 Pa). Assim, um Torr é exatamente 101325/760 Pascal (≈ 133.32 Pa) ou ≈1,33mbar.
Historicamente, um torr era destinado a ser o mesmo que um milímetro de mercúrio. No entanto, as redefinições subsequentes das duas unidades os tornaram ligeiramente diferentes (menos de 0,000015%).
O Torr não faz parte do Sistema Internacional de Unidades (SI), mas é frequentemente combinado com o prefixo métrico “milli” para nomear um milímetro (m Torr) ou 0.001 Torr. A unidade recebeu o nome de Evangelista Torricelli, um físico e matemático italiano que descobriu o princípio do barômetro em 1644.
Regiões de pressão do vácuo
Medir a pressão de um sistema é a maneira tradicional de classificar o grau de vácuo.
Hoje em dia, o termo geral vácuo refere-se a uma região que consiste em cerca de 19 ordens de magnitude de pressão abaixo de 1 atmosfera. Por conveniência, esta faixa de pressão estendida é geralmente dividida em várias regiões que denotam grau de vácuo.
Essa divisão da escala de pressão abaixo da atmosfera é um método conveniente de denotar os diferentes fenômenos físicos que ocorrem dentro das faixas de pressão especificadas para cada categoria.
Muitas aplicações industriais de vácuo também podem ser classificadas usando essas categorias. São categorias de pressão de vácuo baixo e médio, alto vácuo e ultra alto vácuo.
Geração do vácuo
Os equipamentos para se conseguir a geração de vácuo são baseados em dois tipos, as bombas os geradores de vácuo pneumáticos.
Em geral, os geradores de vácuo pneumático que tem como princípio o sistema “Venturi”, representa um investimento mais barato do que uma bomba.
Mas esse custo mais barato tem a sua desvantagem, sua demanda de ar comprimido é muito alta. A escolha pelo sistema ideal depende logicamente da sua aplicação e ambos são largamente utilizados.
Gerador de vácuo pneumático
O gerador de vácuo se baseia no efeito Venturi (também conhecido como tubo de Venturi). Esse efeito ocorre quando num sistema fechado, o fluido em movimento constante dentro de um duto uniforme comprime-se momentaneamente ao encontrar uma zona de estreitamento.
Isso faz com que sua pressão diminua e consequentemente aumentando sua velocidade ao atravessar a zona estreitada onde ocorre ” também ” uma baixa pressão, e se neste ponto se introduzir um terceiro duto ou uma sonda, encontrará uma sucção do fluido contido nessa ligação (veja na figura abaixo).
Este efeito, demonstrado em 1797, recebe esse nome do físico italiano Giovanni Battista Venturi.
Veja também o artigo relacionado que fala sobre a Geração de ar comprimido.
Bomba de vácuo
Por volta de 1641, na Itália, Gásparo Berti realizou os primeiros experimentos para produzir vácuo, usando tubos de barômetro preenchidos com água, porém os resultados não foram muito convincentes.
Posteriormente, em 1644, Vincenzo Viviani, realizou um experimento planejado por Evangelista Torricelli, no qual o experimento de Berti foi repetido, usando-se um tubo preenchido com mercúrio. Os experimentos torricelianos convenceram a maioria dos intelectuais que o vácuo fora criado.
Porém a primeira bomba de vácuo, no sentido de uma máquina capaz de remover progressivamente o ar de um recipiente fechado, foi inventada por Otto von Guericke por volta de 1650, na Alemanha.
A bomba de Guericke consistia simplesmente de um tubo cilíndrico com duas válvulas e um pistão e usava água para fazer com que as junções fossem estanques.
Tipos de bombas
As bombas de vácuo podem ser classificadas em três categorias: bombas de deslocamento positivo, bombas de transferência de momento e bombas de captura.
Bombas de deslocamento positivo
Neste tipo de bomba, o gás é manipulado usando-se movimentos repetitivos de peças mecânicas, sincronizados com a abertura e fechamento de válvulas, que deslocam o gás da entrada até a saída em pequenas e discretas quantidades, com uma alta taxa de repetição e com alguma compressão.
Alguns exemplos são: bomba de palhetas rotativas, bomba de diafragma, bomba Roots e bomba scroll.
Bombas de transferência de momento
Nessa bomba, as moléculas do gás interagem com um jato de alta velocidade de um fluido ou com uma superfície sólida com movimentação muito rápida.
Esta interação altera a direção do movimento da molécula, e a empurra continuamente até a saída, que está, usualmente, a uma pressão muito menor que a atmosférica.
Este tipo de bomba necessita de uma outra bomba (tipicamente de deslocamento positivo) ligada à sua saída para funcionar. Alguns exemplos são: bomba difusoras (ou de difusão) e bomba turbo molecular.
Bombas de captura
Neste tipo de bomba, as moléculas são removidas da fase gasosa por meio de uma captura realizada em superfícies, por processos físicos ou químicos de condensação ou absorção. Geralmente o processo de captura é ajudado pela presença de campos elétricos ou magnéticos presentes na bomba.
Este tipo de bomba não apresenta uma saída para o gás bombeado, pois o mesmo fica armazenado num estado condensado. Exemplos são as bombas criogênicas, bombas de sublimação e bombas iônicas.
Fonte bibliográfica:
Apostila – Handbook of vacuum Science and technology
