Uma bomba Roots cria vácuo utilizando dois rotores lobados que giram em sentidos opostos. Esses rotores aprisionam o gás na entrada e o transportam através da carcaça da bomba sem compressão interna. Essa transferência contínua e de alta velocidade de moléculas de gás reduz a pressão, atingindo vácuos tão baixos quanto 10⁻⁵ mbar com o suporte adequado. O crescimento constante do mercado global de bombas de vácuo destaca sua importância.
Muitos setores críticos dependem doBomba de vácuo Roots, incluindo:
• Indústria de semicondutores: Para processos como deposição e corrosão de filmes finos.
• Indústria Química: Em aplicações como destilação e secagem.
• Indústria farmacêutica: Para filtração a vácuo e liofilização.
O funcionamento interno de uma bomba de vácuo Roots
Uma bomba de vácuo Roots opera com base em um princípio simples, porém altamente eficaz. Seu mecanismo interno move o gás de uma entrada para uma saída sem comprimi-lo dentro da câmara da bomba. Esse processo depende do movimento sincronizado de diversas peças-chave que funcionam em perfeita harmonia.
O Ciclo Operacional de Quatro Etapas
A ação de bombeamento ocorre em um ciclo contínuo de quatro etapas que se repete milhares de vezes por minuto. Os rotores modernos podem girar a velocidades de 3.000 a 6.000 RPM. Essa alta velocidade permite que a bomba movimente grandes volumes de gás muito rapidamente.
Admissão: Conforme os dois rotores lobados giram em direções opostas, uma bolsa de espaço se abre na entrada da bomba. O gás da câmara de vácuo flui para esse volume em expansão.
Isolamento: A ponta de um lóbulo do rotor passa pela porta de entrada. Essa ação aprisiona um volume específico de gás entre o rotor e a carcaça da bomba.
Transferência: A bolsa de gás aprisionada é então deslocada pela parte interna da carcaça em direção à saída. Uma característica fundamental da bomba de vácuo Roots é que ela não comprime esse gás durante a transferência. Essa operação sem contato e isenta de óleo a torna insensível a pequenas quantidades de poeira ou vapor de água.
Escape: O rotor continua girando, expondo a bolsa de gás à porta de saída. O gás então se expande na linha de escape, onde uma bomba auxiliar o remove do sistema. Este ciclo se repete, movendo continuamente o gás da entrada para a saída e reduzindo a pressão do sistema.
Nota: Embora seja altamente eficiente para muitos gases, a capacidade de sucção de uma bomba Roots é menor para gases muito leves, como o hidrogênio, em comparação com outros tipos de bombas.
Componentes principais e suas funções
O desempenho confiável de uma bomba Roots depende de alguns componentes críticos projetados com alta precisão.
Rotores: A bomba possui dois rotores lobados interligados (frequentemente em formato de oito). O formato, ou perfil, desses lóbulos impacta diretamente o desempenho. Diferentes designs oferecem equilíbrios entre velocidade de bombeamento e eficiência. Rotores helicoidais, por exemplo, ajudam a reduzir a pulsação de pressão e o ruído operacional.
| Tipo de perfil do rotor | Vantagem da velocidade de bombeamento | Taxa de utilização de volume |
|---|---|---|
| Novo elíptico | 1,5 vezes maior que a elíptica superior | Alto |
| Elíptico superior | Desempenho padrão | Aproxima-se de 55% |
Carcaça (Invólucro): Esta é a estrutura externa que envolve os rotores. Ela é construída para suportar as diferenças de pressão entre o sistema de vácuo e a atmosfera. O material utilizado para a carcaça e os rotores depende das exigências da aplicação em termos de resistência à corrosão, resistência mecânica e custo.
| Material | Principais vantagens | Aplicações comuns |
|---|---|---|
| Ferro fundido | Alta resistência, boa resistência ao desgaste, custo-benefício excelente. | Processamento industrial, químico e alimentício em geral. |
| Aço inoxidável | Excelente resistência à corrosão e propriedades higiênicas. | Indústria farmacêutica, de semicondutores e de equipamentos médicos. |
| Liga de alumínio | Leve e com boa condutividade térmica. | Aeroespacial, automotivo e sistemas de bombas portáteis. |
Engrenagens de Sincronização: Localizadas fora da câmara de bombeamento, as engrenagens de sincronização são essenciais. Elas sincronizam os dois rotores, garantindo que girem em direções opostas sem nunca se tocarem ou tocarem a carcaça. Essa sincronização é fundamental para o funcionamento sem contato da bomba.
Vedações de Eixo: As vedações impedem a entrada de ar na câmara de vácuo e evitam que os lubrificantes contaminem o processo. A escolha da vedação depende do nível de vácuo necessário e da aplicação.
| Tipo de vedação | Mecanismo | Ideal para |
|---|---|---|
| Selo do Labirinto | Utiliza um caminho complexo para interromper o fluxo; sem contato. | Aplicações de alta velocidade onde o desgaste zero é necessário. |
| Selo mecânico | Utiliza duas faces altamente polidas e com mola. | Requisitos: Alta pressão, alta temperatura e baixa taxa de vazamento. |
| Vedação de fluido magnético | Utiliza um fluido magnético para criar uma barreira perfeita. | Aplicações de alto vácuo que exigem zero vazamento. |
A importância de folgas precisas
O termo "folga" refere-se aos minúsculos espaços calculados entre os rotores e entre os rotores e a carcaça. Essas folgas são o segredo do sucesso da bomba. Elas permitem que os rotores girem em alta velocidade sem atrito, o que proporciona muitas vantagens:
Início rápido
Baixo consumo de energia
Alta velocidade de bombeamento
Baixos custos de operação e manutenção
No entanto, essas folgas devem ser controladas com perfeição. Durante o funcionamento, a bomba gera calor. Esse calor faz com que os componentes metálicos se expandam, um processo conhecido como dilatação térmica. À medida que os rotores e a carcaça se expandem, as folgas entre eles diminuem.
Atenção: Se as folgas ficarem muito pequenas devido à expansão térmica ou montagem incorreta, os rotores podem entrar em contato entre si ou com a carcaça. Isso leva a atrito, danos aos componentes, aumento da carga do motor e possível travamento da bomba. Por outro lado, folgas muito grandes permitem que o gás vaze da saída para a entrada, o que reduz drasticamente a eficiência da bomba.
A engenharia adequada e a seleção criteriosa de materiais garantem que uma bomba de vácuo Roots mantenha folgas ideais em toda a sua faixa de temperatura de operação, proporcionando um desempenho confiável e eficiente.
Configuração do sistema: Bombas de apoio vs. Bombas multiestágio
Uma bomba Roots é um potente pressurizador, mas não funciona sozinha. Ela requer uma configuração específica do sistema para atingir seu potencial máximo. A bomba movimenta o gás de forma eficiente, mas não o comprime o suficiente para liberá-lo diretamente na atmosfera. Essa limitação exige o uso de uma bomba auxiliar ou um sistema de múltiplos estágios.
Por que uma bomba de apoio é necessária?
Uma bomba Roots precisa de uma bomba auxiliar para lidar com seus gases de escape. A bomba auxiliar conecta-se à saída da bomba Roots. Ela recebe o gás transferido e o comprime até a pressão atmosférica, completando o processo de evacuação. Essa combinação permite que o sistema alcance vácuos profundos com eficiência. A escolha da bomba auxiliar depende da aplicação específica e do nível de vácuo desejado.
Você sabia? A bomba de apoio também é chamada de bomba primária porque realiza o trabalho final de remoção do gás do sistema.
Os tipos mais comuns de bombas de apoio incluem:
Bombas rotativas de palhetas de dois estágios
Bombas mecânicas seladas a óleo
Bombas mecânicas de válvula deslizante de dois estágios
bombas de vácuo de anel líquido
Como funcionam as bombas multiestágio
Para aplicações que exigem pressões extremamente baixas, os engenheiros conectam várias bombas em série. Isso cria um sistema de bomba de vácuo Roots de múltiplos estágios. Nessa configuração, a saída da primeira bomba alimenta a entrada da segunda, e assim por diante. Cada estágio subsequente reduz ainda mais a pressão. Uma bomba auxiliar final ainda é necessária no final da cadeia para liberar o gás para a atmosfera.
Esses sistemas poderosos são vitais para indústrias de alta tecnologia e exigentes. As principais aplicações incluem:
Fabricação de semicondutores: Para processos como deposição química de vapor (CVD), deposição física de vapor (PVD) e corrosão.
Aeroespacial: Em câmaras de simulação espacial e testes de componentes.
Novas Energias: Para a fabricação de painéis solares e baterias.
A bomba de vácuo Roots se destaca na transferência de gases em alta velocidade, em vez de compressão interna. Seu design simples e sem contato cria um poderoso reforço para aplicações limpas e de alto rendimento. As bombas modernas agora integram motores energeticamente eficientes e sensores inteligentes, elevando ainda mais o desempenho para indústrias exigentes que requerem sistemas de vácuo confiáveis e eficientes.
Data da publicação: 28/10/2025