Uma introdução à tecnologia de vácuo

<h2><strong>O que é um Vácuo?</strong></h2>
<p>A palavra vácuo vem do latim "vacuum", que significa "espaço vazio", mas no mundo real não existe tal coisa. Mesmo o vácuo do espaço contém pequenas quantidades de matéria e um vácuo perfeito existe apenas na teoria. Para todos os efeitos práticos, um vácuo é o estado de um volume de espaço com pressão negativa significativa em comparação com a atmosfera. Um vácuo artificial é criado removendo matéria, normalmente moléculas de ar, de um espaço limitado.</p>
<h2><strong>O que é um Vácuo Baixo, Médio ou Alto?</strong></h2>
<p>Em um sistema de vácuo, quanto menos, melhor. Como o vácuo é criado minimizando a quantidade de moléculas de ar em um ambiente fechado, menos moléculas significam um grau mais alto de vácuo. À medida que o ar é removido, você atingirá uma quantidade de pressão negativa em relação à proporção de moléculas removidas. Dependendo dos requisitos de uma aplicação específica, os métodos usados para criar um vácuo variam bastante.</p>
<p>Como medido em pressão mbar, diferentes tipos de níveis de vácuo são divididos nos seguintes intervalos:</p>
<ul>
<li>Vácuo grosseiro (ou baixo) – Pressão atmosférica até 1 mbar. Usado em várias aplicações, incluindo tecnologia de manuseio industrial. Nesse intervalo, o nível de vácuo é frequentemente referido como uma porcentagem, por exemplo, 80% de vácuo.</li>
<li>Vácuo médio (ou fino) – 1 até 10-3 (0.001) mbar. Usado em, por exemplo, liofilização de alimentos, desgasificação de aço, produção de lâmpadas.</li>
<li>Vácuo alto (HV) – 10-3 até 10-8 mbar. Usado em, por exemplo, fabricação de tubos eletrônicos, fundição de metais.</li>
<li>Vácuo ultra-alto (UHV) – 10-8 até 10-11 mbar. Usado em, por exemplo, revestimento de metais, fusão por feixe eletrônico.</li>
</ul>
<p>Para alcançar intervalos de pressão mais altos, a complexidade e o custo de energia aumentam exponencialmente. Embora muitas das aplicações mais comuns estejam no intervalo grosseiro, vários processos de fabricação e usos científicos exigem intervalos mais altos. Todos os intervalos além do intervalo grosseiro se tornam cada vez mais difíceis de medir.</p>
<h2><strong>Como Criar um Vácuo</strong></h2>
<p>O nível de vácuo exigido em diferentes aplicações industriais varia muito, e o mesmo ocorre com os equipamentos usados para gerá-lo. No entanto, uma variedade de bombas – em alguns casos funcionando em múltiplos estágios – estão sempre envolvidas na criação e manutenção de um sistema de vácuo. Alguns exemplos de diferentes tipos de bombas de vácuo:</p>
<ul>
<li><strong>Criobombas</strong>: Indústrias que operam na faixa de vácuo ultra-alto, como fabricação de filmes ópticos ou semicondutores, utilizam bombas criogênicas que "aprisionam" moléculas em uma superfície extremamente fria. As criobombas também são frequentemente usadas em áreas de pesquisa científica, como aceleradores de partículas e câmaras de simulação espacial.</li>
<li><strong>Bombas Roots</strong>: Em purificação de metais e em diferentes tipos de aplicações de revestimento, podem ser empregadas bombas roots de múltiplos estágios. Essas bombas comprimem o gás entre lóbulos em rotação oposta para alcançar as faixas de vácuo médio ou alto.</li>
<li><strong>Bombas de parafuso</strong>: Quando se realiza a liofilização de alimentos, as bombas de parafuso que utilizam parafusos rotacionando assimetricamente são comumente usadas para acelerar a sublimação durante o processo de secagem.</li>
<li><strong>Bombas de palhetas rotativas</strong>: Por último, mas não menos importante, as bombas de palhetas rotativas, que utilizam rotores para comprimir continuamente o ar e exaurir o ar, são as bombas de vácuo mais comuns. As bombas de palhetas rotativas são amplamente utilizadas nas faixas de vácuo baixo e médio, em diversas outras aplicações, como tecnologia de elevação por vácuo.</li>
</ul>
<h2><strong>A Mecânica da Elevação por Vácuo</strong></h2>
<p>A tecnologia de elevação por vácuo opera na faixa de vácuo grosseiro, que pode ser medida usando medidores mecânicos em milímetros ou polegadas de mercúrio (mmHg ou inHg), e/ou quilopascais (kPa). Essas unidades são sempre negativas e indicadas com um sinal de menos (-) no medidor.</p>
<p>O quilopascal é particularmente útil como uma aproximação da porcentagem de vácuo. 50% de vácuo é aproximadamente -50 kPa em relação à pressão atmosférica. Várias unidades e escalas adicionais também são usadas nas medições de vácuo, mas a escala de porcentagem é a mais útil na faixa grosseira, pois é universalmente compreensível.</p>
<h2><strong>Componentes do Sistema de Vácuo</strong></h2>
<h3><strong>Cups de Sucção e Tubos</strong></h3>
<p>Uma ideia equivocada comum sobre os copos/pés de sucção é que a parte interna do copo está agarrando a carga e puxando-a para cima devido ao vácuo. Na realidade, é a pressão atmosférica mais alta fora do copo que exerce pressão para baixo, em direção ao objeto, criando o efeito de fixação.</p>
<p>Por essa razão, a altura de um copo de vácuo não tem efeito algum sobre o nível de vácuo ou sua capacidade de elevação. No entanto, a quantidade de área de superfície que entra em contato com a carga faz diferença. Por isso, é necessário ajustar a superfície do copo para corresponder às cargas pretendidas. Embora seja possível levantar objetos pesados com um copo relativamente pequeno, também é necessário levar em conta as forças de cisalhamento quando os objetos são movidos e adicionar uma margem de segurança.</p>
<h3><strong>Estimando a Força de Sustentação do Copo de Sucção</strong></h3>
<p>Para estimar a área de sucção necessária para segurar uma carga plana e não porosa usando um garfo de vácuo montado em um guincho, como o <a href="/automagix/CMS/Content/tawi/vacuum-lifters/panel-lifter,,1073742069__CatalogContent/?epieditmode=false">Gripper de Painel TAWI</a>, aqui está uma maneira de calcular:</p>
<p>A força de sustento ou elevação é aproximadamente 1 kg por 1cm2 a 100% de vácuo (2.2 lbs por 0.155in2). Como já estabelecemos, não existe vácuo de 100%, mas é um ponto de referência útil.</p>
<p>No uso real, você pode operar uma elevação a 60% de vácuo. 60% de 1 kg é 0,6 kg, o que significa que podemos levantar 0,6 kg por 1cm2 da área do copo de sucção (1,32 lbs por 0,155in2). Em seguida, divida o resultado por um fator de segurança de 2, que é tipicamente utilizado.</p>
<p>Exemplo: Um copo de sucção com diâmetro de 300 mm (11.8″) (706cm2 ou 109,4in2) tem uma força de sustentação de 212 kg (467 lbs) a 60% de vácuo e um fator de segurança de 2.</p>
<h3><strong>Estimando a Capacidade do Tubo de Elevação</strong></h3>
<p>Com sistemas de elevação que utilizam um guincho separado para a elevação e pés de sucção montados no garfo que se conectam à carga, uma aproximação simplificada da área de contato dos pés de sucção é útil. A situação é diferente quando tanto o agarramento quanto a elevação são realizados usando tecnologia de vácuo, como no <a href="/automagix/CMS/Content/tawi/vacuum-lifters/multifunctional-lifter,,1073742062__CatalogContent/?epieditmode=false">TAWI Multifunctional Lifter</a>.</p>
<p>Em um sistema de elevação por vácuo assistido por tubo, o tubo em si opera a uma pressão negativa entre 0–60% devido à flexibilidade do tubo. Para compensar isso, a força de sustentação deve ser sempre maior que a área do tubo de elevação. Portanto, sempre garantimos que a área do copo de sucção seja pelo menos 2,5 vezes maior que a área do tubo.</p>
<p>O resultado é que você tem a garantia de nunca deixar cair a carga antes que ela seja baixada ao chão, e você será capaz de sustentar 2,5 vezes mais do que consegue levantar. Em outras palavras, a área do copo de sucção, embora ainda importante, é secundária à área do tubo de elevação nesse caso.</p>
<h3><strong>Personalizando um Sistema de Vácuo</strong></h3>
<p>Além de sistemas autônomos, como o <a href="/automagix/CMS/Content/tawi/mobile-vacuum-lifters/order-picker,,1073742064__CatalogContent/?epieditmode=false">TAWI Mobile Order Picker</a>, sistemas de elevação por vácuo são frequentemente personalizados em grande medida para atender aos requisitos de cada caso de uso específico</p>