O doutor foi chamado porque o paciente estava se sentindo mal e não conseguia ir ao trabalho. Em um exame mais aproximado, uma substância marrom escura, gasosa e leitosa foi declarada culpada. Por que, você perguntaria, o seu forno a vácuo não produz peças aceitáveis? Talvez parte da resposta esteja no fato de que seu óleo de bomba de vácuo necessite de um lastro. Vamos aprender um pouco mais.
Lastro de gás é essencial para bombas a óleo seladas, como bombas giratórias, mas isso é normalmente mal interpretado ou negligenciado como parte da rotina de manutenção de um forno a vácuo. Como uma boa prática, deve ser realizada inspeção entre 20 a 30 minutos por dia e normalmente é feita antes do forno começar a produzir peças (nunca enquanto o forno está com carga!).
Atualmente, algumas bombas de vácuo são providas de lastro de gás automático, mas até mesmo estas nunca devem ser tidas como infalíveis. De modo simples, um lastro de gás é uma maneira de permitir que a bomba a vácuo possa lidar com gases que contém vapor condensável ou umidade sem contaminar o óleo.
De maneira a discutir apropriadamente o uso do lastro de gás, é eficiente revisar o propósito do óleo de bomba de vácuo.
Óleo de Bomba de Vácuo – Uma Revisão
O óleo em bombas giratórias serve a vários propósitos críticos. Estas bombas são projetadas com ajuste muito específico entre as partes móveis (as palhetas do rotor) e as partes fixas (o invólucro de bombeamento). Uma camada fina de óleo é necessária nas fendas entre as partes e age como vedação, sem a qual a bomba não pode produzir vácuo. Além disso, o óleo lubrifica as superfícies das partes móveis (rotação/deslizamento), o que pode ser um ambiente muito duro, de baixa pressão, alta velocidade de superfície e elevada temperatura.
O óleo também resfria a bomba ao remover calor das áreas onde é gerado e permitindo que se dissipe no reservatório de óleo. Por estas razões, a viscosidade, pressão de vapor e outras propriedades do óleo sofrem grande impacto durante o processo. Também é crítico que o óleo não seja contaminado. No mundo do vácuo, entretanto, é mais fácil falar do que fazer.
Se o óleo for contaminado com umidade ou outras impurezas, este não poderá vedar, lubrificar ou resfriar a bomba. O resultado é a falha em alcançar o nível de vácuo desejado em um período de tempo razoável. E se a bomba continuar a operar com o óleo contaminado, pode superaquecer, parar de funcionar corretamente ocasionando parada e exigindo um reparo caro ou reconstrução.
Como Ocorre a Contaminação do Óleo de Bomba?
Uma das causas principais da contaminação do óleo de bomba é a umidade. Quando uma câmara de vácuo ou um forno é aberto e fechado durante a carga e a descarga, ar com alta umidade (Fig. 1) pode entrar na câmara. Além disso, umidade na forma de água pode entrar no forno junto com a carga. Esse vapor de água irá se anexar nas superfícies do interior da câmara em camadas mono ou bimoleculares (Fig. 2).
No caso do forno a vácuo, o isolamento poroso de alta superfície de contato pode absorver grande quantidade da umidade em curto intervalo de tempo. Na próxima vez que a câmara for submetida a vácuo, essa camada de água irá cristalizar na forma de gelo e então vaporizar e esse vapor será carregado dentro da bomba junto com o gás bombeado. Lastro de bomba de gás elimina a água que pode contaminar o óleo.
Vapor de água não é o único contaminante que pode parar no gás bombeado. Vapores de solvente de componentes de limpeza, ou moléculas de lubrificantes ou graxa encontrados nas partes próximas do forno também podem ser liberados, carregados com o fluxo de gás e entrar na bomba. Sem o lastro de gás eles também irão se misturar ao óleo e contaminá-lo, diminuindo bruscamente sua eficiência.
Vapor de Pressão
O motivo pelo qual a umidade ou vapores de solventes se misturam ao óleo está relacionado com a pressão de vapor da umidade ou do solvente. Pressão de vapor é a propriedade de todos os líquidos que os permite entrar em ebulição em qualquer pressão abaixo dela e condensar em qualquer pressão acima. Pode-se pensar que a pressão de vapor é a pressão mínima exigida para manter o líquido no estado líquido. Se a pressão nesse ambiente cair abaixo desse limite, então o líquido entrará em ebulição.
A pressão de vapor é função da temperatura, usando a água como exemplo que pode entrar em ebulição em pressões menores do que 24 mbar (0,02 atm), que é a pressão de vapor da água na temperatura ambiente.
A pressão de vapor e o seu impacto sobre a ebulição pode ser ilustrada em um experimento simples utilizando um êmbolo e uma pequena quantidade de água (Fig. 3). Primeiro, puxe o pistão para trás para que entre um pouco de água no êmbolo. Então feche o bocal do êmbolo usando uma cortiça de borracha para vedação. Em seguida, rapidamente termine de puxar o pistão, reduzindo a pressão dentro do êmbolo. A água irá ferver assim que a pressão do êmbolo for menor do que a pressão de vapor da água, até mesmo se a água estiver na temperatura ambiente. Finalmente empurre o pistão de volta e o vapor de água irá condensar assim que a pressão dentro do êmbolo estiver acima da pressão de vapor da água.
A mesma sequência que ocorreu no experimento do êmbolo ocorre no processo de vácuo. Enquanto o vácuo é aplicado na câmara, toda água residual (ou líquido volátil) se transforma em vapor assim que a pressão da câmara for menor do que a sua pressão de vapor correspondente. Esse vapor de água que se mantém um pouco acima da pressão de vapor é sugado pela bomba. Após alcançar o lado de compressão da bomba, o vapor condensa imediatamente da mesma maneira que a água no êmbolo. O líquido então forma gotas que se misturam ao óleo, contaminando-o. O lastro de gás evita isso fazendo com que a válvula de saída se abra antes do vapor condensar, e o vapor é descarregado junto com o lastro.
Sumário
Agora que você entende melhor como o óleo da bomba de gás é contaminado, da próxima vez será explicado como aplicar o lastro de gás, assim como suas vantagens e limitações.
Referências
[1] Herring, Daniel H., Vacuum Heat Treatment, Volume I, BNP Media, 2012;
[2] Herring. Daniel H., Vacuum Heat Treatment, Volume II, BNP Media, 2016;
[3] The Vacuum Technology Book, Volumes 1, Pfeiffer Vacuum (www.pfeiffer-vacuum.com), 2008;
[4] “Operating a Vacuum Furnace Under Humid Conditions,” Vacuum Furnace Reference Series, Solar Atmospheres, Inc., 2011;
[5] National Programme on Technology Enhanced Learning – (www.nptel.ac.in);
[6] ekshiksha.org.in;
[7] Mr. David Sobiegray, Edwards (www.edwardsvacuum.com), private correspondence;
[8] Dr. Sang Hyun Park, Busch LLC (www.buschusa.com),private correspondence;
[9] Mr. Mario Vitale, Oerlikon Leybold Vacuum USA, Inc. (www.oerlikon.com), private correspondence.
