Bombas de vácuo turbomoleculares

As turbobombas de levitação magnética usam um sistema de rolamento magnético de 5 eixos para manter o rotor em suspensão constante, sem contato físico entre o rotor e a carcaça da bomba de vácuo. Também conhecido como rolamento magnético ativo, esta técnica aproveita as vantagens do eletromagnetismo: ela usa as forças dos eletroímãs combinadas com sensores de distância para estabilizar e colocar o rotor em movimento. Um sistema de controle eletrônico digital ajusta o campo eletromagnético através dos ímãs presentes em tempo real para manter o rotor no centro e balanceado. Esta estabilização ativa compensa os desbalanceamentos e minimiza a vibração.

Como o rotor nunca toca na carcaça da bomba, não há atrito mecânico, eliminando a necessidade de lubrificação e garantindo uma operação sem óleo dentro da bomba. As turbobombas de levitação magnética são ideais para aplicações de alto e ultra-alto vácuo na fabricação de semicondutores, revestimento, bem como pesquisa e desenvolvimento.

Essa tecnologia avançada de rolamento magnético oferece vários benefícios chave.

As turbobombas com rolamentos híbridos combinam dois conceitos de rolamento em uma bomba de vácuo. No lado de pré-vácuo, um rolamento de esferas de cerâmica protege o rotor de vibrações externas. Este tipo de rolamento também é encontrado em turbobombas mecânicas, como a HiPace 10 Neo, tornando a bomba de vácuo uma opção robusta para tarefas como experimentos de vácuo móveis.

No lado de alto vácuo, um rolamento magnético permanente mantém o rotor suspenso sem contato com a carcaça da bomba de vácuo, assim como em turbobombas com levitação magnética. Esta combinação fornece um arranjo de rolamento de rotor robusto para as velocidades de rotação extremas da geração de vácuo ultra-alto de até 10^-11 hPa (mbar). Embora o rolamento de esferas seja minimamente lubrificado, a bomba de vácuo gera um vácuo sem óleo, porque o rolamento de esferas está localizado no lado de pré-vácuo e, portanto, está isolado do lado de alto vácuo da bomba. Graças a este recurso de design e à relação de compressão do rotor do turbo, a contaminação por óleo na câmara de vácuo é evitada. As turbobombas de rolamento híbrido são uma solução confiável para uma ampla gama de processos, incluindo aplicações analíticas, pesquisa e desenvolvimento, bem como simulação espacial.

As turbobombas de rolamento híbrido oferecem uma variedade de vantagens:

As turbobombas fazem parte do grupo das bombas de vácuo cinéticas. Elas deslocam o meio bombeado acelerando as moléculas na direção do bombeamento. A bomba de vácuo turbomolecular foi projetada para atingir algo que anteriormente era considerado quase impossível – vácuo de pureza inigualável que abriria novas fronteiras na ciência e na tecnologia. Em 1958, o Dr. Willi Becker, cientista da Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions, inventou a primeira turbobomba. Graças à tecnologia inovadora, essas bomba de vácuo podem atingir níveis de vácuo alto, ultra-alto e até mesmo níveis de vácuo extremo de até 10^-11 hPa (mbar).

Atualmente, as turbobombas são usadas para explorar as fronteiras do conhecimento, desde a simulação do vácuo do espaço para pesquisa astrofísica até o teste de materiais quanto ao desempenho em ambientes extremos. Na fabricação de semicondutores, essas bomba de vácuo especializadas mantêm os ambientes ultralimpos e controlados necessários para a produção de microchips. As aplicações para turbobombas em diversas indústrias são praticamente infinitas.

Em sua essência, uma bomba de vácuo turbomolecular opera no princípio da transferência de energia cinética. O design é semelhante ao de uma turbina: um rotor multiestágio com discos gira dentro de uma carcaça. Os discos do estator com lâminas invertidas em espelho são interpostos entre os discos do rotor, criando uma série de estágios que comprimem e transportam moléculas de gás. Os rotores da turbobomba giram a velocidades de até 90.000 rotações por minuto (rpm). Isso é muito mais do que os motores de um jato jumbo, que só giram a um máximo de 30.000 rpm.

Para funcionarem de maneira eficaz, as bombas turbomoleculares requerem uma bomba de apoio. Embora a turbobomba seja responsável por gerar níveis de vácuo altos e ultra-altos, ela não pode liberar o gás diretamente para a pressão atmosférica. Em vez disso, ela depende de uma bomba de apoio para manter uma pressão suficientemente baixa na saída, garantindo uma operação estável e eficiente.

Geração de vácuo de turbobombas explicada em três etapas

As turbobombas modernas podem atingir velocidades de até 90.000 rpm. A energia cinética, portanto, é correspondentemente alta, resultando em forças extremas agindo na carcaça da bomba de vácuo e ancorando em frações de segundo em caso de mau funcionamento. Para garantir a segurança de seus processos e equipamentos, a Pfeiffer trabalhou em cooperação com a TÜV Rheinland para desenvolver uma certificação de segurança que inclua proteção dupla contra excesso de velocidade de rotação, a fim de evitar falhas mecânicas.

Além disso, como parte da certificação, a carcaça externa das turbobombas é testada para resistir à energia cinética do rotor. As turbobombas da Pfeiffer também são certificadas de acordo com as normas UL 61010 e Semi S2, garantindo que o equipamento atenda aos rigorosos requisitos de segurança e desempenho em ambientes laboratoriais e industriais, bem como em fábricas de semicondutores.

As bombas de vácuo turbomolecular da Pfeiffer estão disponíveis com um rolamento híbrido e mecânico, bem como em uma versão com levitação magnética, oferecendo várias vantagens:

O rolamento híbrido foi inventado pela Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions há mais de 40 anos. Ele é composto por um rolamento magnético permanente e um rolamento de esferas de cerâmica.

No lado de alto vácuo da bomba de vácuo, um rolamento magnético suspende o rotor sem contato físico, minimizando a fricção e eliminando o desgaste. No lado de pré-vácuo, os rolamentos de esferas de cerâmica estabilizam o rotor nas direções radial e axial, tornando-o resiliente a choques fortes, como ventilação atmosférica e vibrações externas. Embora o rolamento de esferas seja minimamente lubrificado, a bomba de vácuo gera um vácuo sem óleo, porque o rolamento de esferas está localizado no lado de pré-vácuo e, portanto, está isolado do lado de alto vácuo da bomba. Graças a este recurso de design e à relação de compressão do rotor do turbo, a contaminação por óleo na câmara de vácuo é evitada. O lubrificante circulante também absorve o calor gerado pelos rolamentos de esferas durante a operação.

As turbobombas de rolamento híbrido são adequadas para uma ampla gama de processos, incluindo aplicações analíticas, pesquisa e desenvolvimento, bem como simulação espacial.

As turbobombas de levitação magnética usam um sistema de rolamento magnético de 5 eixos para manter o rotor em suspensão constante, sem contato físico entre o rotor e a carcaça da bomba de vácuo. Esta técnica de rolamento aproveita as vantagens do eletromagnetismo: ela usa as forças dos eletroímãs combinadas com sensores de distância para estabilizar e colocar o rotor em movimento. Os rolamentos eletromagnéticos também são chamados de "rolamentos magnéticos ativos" porque a posição do rotor é monitorada e continuamente ajustada. Isso garante uma operação sem desgaste e com baixa vibração, compensando automaticamente os desbalanceamentos. Assim, é garantida uma operação livre de manutenção e sem lubrificante durante toda a vida útil.

Os rolamentos magnéticos são, portanto, particularmente adequados para aplicações em que são necessárias condições limpas e secas e com baixo desgaste, assim como altas velocidades de bombeamento – como na geração de vácuo alto e ultra-alto para a fabricação de semicondutores, revestimento, bem como pesquisa e desenvolvimento.

O rotor de uma turbobomba gira a até 90.000 rotações por minuto. Em tais velocidades, até o menor desbalanceamento pode ter um grande impacto na operação e segurança da bomba de vácuo. Portanto, o balanceamento preciso do rotor é relevante tanto para um funcionamento suave quanto para anos de operação segura e sem danos da turbobomba.

Para resolver isso, a Pfeiffer desenvolveu e patenteou o Laser Balancing, uma tecnologia que permite o balanceamento altamente preciso do rotor. Ao contrário dos métodos convencionais que requerem a adição de pesos ou furos de perfuração, o Laser Balancing utiliza ablação a laser para remover material de áreas específicas do rotor.

Este processo é realizado durante a produção em um sistema de balanceamento automatizado, o que melhora a precisão e a repetibilidade. O Laser Balancing melhora a qualidade do balanceamento dos rotores da turbobomba em 20% em comparação aos métodos tradicionais. Isso leva a níveis reduzidos de vibração e ruído e melhora o desempenho geral da bomba de vácuo. Estas vantagens são particularmente valiosas em aplicações sensíveis a vibrações, como microscopia eletrônica.

As turbobombas com rolamento híbrido combinam uma esfera com um rolamento magnético. Graças à operação sem contato do rolamento magnético permanente, as turbobombas com rolamento híbrido requerem apenas manutenção mínima. Esta tecnologia de rolamento garante que o rotor seja mantido em suspensão sem contato físico em um lado da bomba de vácuo, minimizando a fricção e o desgaste. No entanto, em todas as bombas de vácuo, certos componentes estão sujeitos a alta tensão mecânica. Em bombas de vácuo turbomoleculares com rolamento híbrido, os fluidos de operação e os rolamentos de esferas devem ser substituídos após quatro a cinco anos, dependendo do modelo e do tamanho da turbobomba. Esses trabalhos de manutenção previnem as consequências de desgastes e falhas muito avançados ou danos irreparáveis ​​à bomba de vácuo.

Para saber mais sobre nossa oferta de serviço para turbobombas, visite nossa página de serviço .

A Pfeiffer é reconhecida como um dos principais fabricantes de bombas de vácuo turbomoleculares devido a vários fatores chave:

1. Inovação pioneira: a Pfeiffer inventou e patenteou a primeira bomba de vácuo turbomolecular em 1958.

2. Portfólio abrangente de produtos: a Pfeiffer oferece uma linha completa de bombas de vácuo turbomoleculares, incluindo turbobombas de rolamento híbrido e de levitação mecânica. Este portfólio abrangente garante que uma solução adequada esteja disponível para várias aplicações e indústrias.

3. Engenharia de alta qualidade: conhecida pela excelência em engenharia, a Pfeiffer garante que todos os seus produtos atendem aos mais altos padrões de qualidade e confiabilidade. Nossas turbobombas são projetadas para lidar com altas velocidades e energia cinética de forma eficiente, garantindo assim excelente desempenho e longevidade.

4. Abordagem centrada no cliente: a Pfeiffer está comprometida em fornecer um serviço e suporte excepcionais ao cliente. Oferecemos treinamento abrangente para operadores e serviços de produtos com manutenção sob medida para a tecnologia de turbobomba para garantir que nossos clientes recebam as melhores soluções de vácuo e suporte possíveis.

Uma bomba de apoio, também conhecida como bomba primária, é um tipo especial de bomba de vácuo usada para trabalhar em combinação com uma bomba de alto vácuo, como uma bomba de vácuo turbomolecular. Ela reduz a pressão em um sistema para que uma bomba de alto vácuo possa operar e possa ser considerada como um "auxílio de arranque/partida" para a bomba de vácuo principal.

Uma bomba de apoio é o primeiro estágio de um sistema de vácuo. Ela é responsável por evacuar o sistema e a câmara de vácuo da pressão atmosférica para um nível suficientemente baixo para permitir que a bomba de alto vácuo opere de forma eficaz.

É importante que a bomba de apoio tenha velocidade de bombeamento suficiente para atender aos requisitos da bomba de alto vácuo. As bombas de apoio típicas são, por exemplo, bombas de vácuo de palhetas rotativas, de diafragma ou bombas de vácuo espirais. Opcionalmente, aceleradores de vácuo podem ser integrados no sistema de pré-vácuo, caso seja necessária uma velocidade de bombeamento maior.

Por que as turbobombas precisam de uma bomba de apoio?
As bombas de vácuo turbomoleculares pertencem à categoria de bombas de vácuo cinéticas que movimentam moléculas de gás da entrada para a exaustão por meio de transferência de impulso. Trata-se de dispositivos de alto desempenho que geram pressões extremamente baixas, ou seja, vácuo alto ou mesmo ultra-alto. Para evitar o refluxo de gases transferidos da exaustão da turbobomba para a câmara de vácuo, eles precisam de uma bomba de apoio para ajudá-los a descarregar as moléculas através da linha de pré-vácuo.

Normalmente, a bomba de apoio e a turbobomba são iniciadas simultaneamente e evacuam o sistema de vácuo juntas. Quando a turbobomba é instalada diretamente na câmara de vácuo (consulte a figura), a bomba de apoio evacua o sistema através da turbobomba.

Uma vez atingida uma determinada pressão da bomba primária, a turbobomba começa a trabalhar em velocidade máxima, gerando vácuo alto a ultra-alto. Mesmo assim, a bomba de apoio continua a operar e remove as moléculas de gás que são bombeadas pela bomba de alto vácuo. Isso garante que a turbobomba possa manter sua pressão de operação, sem superaquecer.

A bomba de apoio executa várias tarefas importantes ao mesmo tempo: