De lóbulos (roots)

Engenharia do Vácuo
Tecnologia 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 rodam
em eixos paralelos e em sentidos contrários. Durante o ciclo da bomba os rotores entram um
no outro ajustando-se sem se tocarem como indica a figura.
Nestas bombas não existeóleo de vedação o que permite aos rotores velocidades muito
elevadas, da ordem de 500 a 3000 rotações por minuto, conforme o tamaho da bomba. A
velocidade de bombeamento e o vácuo final vão depender da condutância da zona de alta
pressão para a de baixa pressão, correspondente ao espaço entre os rotores e entre os rotores e
estator, sendo desprezável a condutância entre as bases dos rotores e a parede. Em geral a
folga entre os rotores varia entre 5 x 10-2 e 3 x 10-1 mm. A velocidade de bombeamento
também 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 ser
molecular. 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 de
deslocamento 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 olado
de 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 15
mbar e 10-3 mbar podem atingir 10-5 mbar. A figura 3.12 mostra características típicas das
bombas <<roots>>.
Como estas bombas não usam óleo, a maior parte da potência desenvolvida para comprimir o
gás 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>> e
p1 e p2 as pressões à entrada e à saída da <<roots>>. Se S2 for a velocidade da bomba rotatória
associada 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 sem
balastro 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 do
bombeamento. Se a bomba funcionar durante bastante tempo acima de uma pressão crítica que
está que está compreendida entre 3 2 40 mbar, os rotores dilatar-se-ão devido ao aquecimento
e a bomba pode gripar. Têm sido utolizados vários sistemas de protecção que, ou por circulação
de óleo no eixo, neste caso oco, ou por arrefecimento do gás à saída, diminuem a temperatura
dos rotores. O mais simples é, porém, utilizar um interruptor sensível à pressão, que acima da
pressão crítica desliga a <<roots>> e abre uma válvula que liga a bomba rotatória directamente
ao sistema a evacuar.
Para o cálculo da associação da bomba rotatória, basta considerar que a quantidade de gás que
sai 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 uma
velocidade relativamente pequena.
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