Estratégias eficazes de controlo da pressão de vácuo

Introdução

O controlo da pressão de vácuo é um componente essencial de muitos processos científicos e industriais, desde o fabrico de semicondutores até aos produtos farmacêuticos. O controlo preciso das pressões subatmosféricas proporciona a repetibilidade, a eficiência energética e a precisão do processo, o que permite um controlo mais rigoroso dos diferentes processos. Este guia prático oferece uma visão geral do controlo da pressão de vácuo, incluindo bombas, sensores e válvulas, bem como o controlo mecânico e eletrónico. Este artigo abordará a configuração, otimização, várias indústrias e consequências, incluindo o impacto da seleção de válvulas para equipar os leitores com as informações corretas para aplicar e gerir estes sistemas cruciais para o controlo fácil do seu processo de vácuo.

O que é o controlo da pressão de vácuo?

O vácuo é qualquer pressão inferior à pressão atmosférica normal e é expresso em Pascal ou Torr. O controlo da pressão de vácuo é o processo de manter ativa e continuamente a pressão abaixo da pressão atmosférica a um nível específico e desejado, utilizando técnicas e equipamento específicos, que podem ser operados por um controlador de vácuo. Não se trata apenas de atingir um nível de vácuo pretendido, mas também de medir e ajustar constantemente o fluxo de gás para compensar factores como fugas, libertação de gases ou alterações do processo, a fim de manter a pressão a um nível adequado para o funcionamento e um gestor de perfis de pressão de vapor vpc para armazenar as definições. O gerenciador de perfil de pressão de vapor ajuda a manter certas condições.

As vantagens de um controlo preciso da pressão de vácuo são as seguintes: Melhora consideravelmente a reprodutibilidade das operações industriais e científicas, assegurando que o produto final ou os resultados de uma experiência são sempre exactos, e é frequentemente regulado por um controlador de pressão de vapor. Além disso, ajuda a reduzir o consumo de energia, evitando a bombagem excessiva e estabilizando a pressão.

Componentes principais de um sistema de controlo da pressão de vácuo

Um sistema funcional de controlo da pressão de vácuo é um sistema complexo constituído por vários componentes que são essenciais para conseguir o controlo da pressão de vácuo. Os principais componentes de um sistema deste tipo são as bombas de vácuo, os sensores e controladores e as válvulas de controlo.

Bombas de vácuo

As bombas são o meio básico para criar e manter um vácuo num espaço fechado, removendo as partículas de gás de um volume selado. A escolha da bomba de vácuo é crítica e depende principalmente dos requisitos do processo, sendo os mais importantes a pressão final e a velocidade de bombagem. Alguns dos tipos mais frequentemente utilizados incluem as bombas de palhetas rotativas, que são amplamente utilizadas em laboratórios e como bombas de apoio devido à sua capacidade de fornecer vácuo médio a elevado. As bombas de diafragma não contêm óleo e, por isso, podem ser utilizadas em indústrias onde a contaminação é um fator importante, como nas indústrias química e farmacêutica. As bombas Scroll, outro tipo de bomba sem óleo, são adequadas para criar vácuo médio a elevado em instrumentos analíticos e no processamento de semicondutores. Para aplicações que exigem vácuo ultra-alto, é indispensável uma bomba de alto vácuo, especialmente na ciência das superfícies e no fabrico de semicondutores. A decisão final sobre qual a bomba a utilizar depende do intervalo de pressão necessário, da velocidade a que os gases têm de ser evacuados, do tipo de gás que está a ser tratado e do ciclo de trabalho da operação.

Sensores e controladores

Os sensores de vácuo ou os medidores de vácuo são utilizados para medir a pressão real no sistema de vácuo, o que é muito importante para o controlo. São utilizados vários tipos de sensores para lidar com uma vasta gama de pressões. Os manómetros Pirani, que funcionam com base na condutividade térmica, são utilizados para a medição do vácuo médio. Os manómetros de capacitância são altamente precisos e podem medir uma vasta gama de pressões através da deteção do movimento de uma membrana. Para aplicações de vácuo alto e ultra-alto, são utilizados medidores de ionização, que medem os iões formados a partir das moléculas de gás. O sinal destes sensores é então levado para um controlador que, neste caso, é o cérebro do sistema. Nalguns casos, pode ser necessária uma placa de sensores para o processamento do sinal. O principal objetivo do controlador é comparar a pressão com uma pressão desejada ou ponto de regulação e determinar a alteração necessária na pressão. Os controladores podem utilizar algoritmos de controlo complexos, como o controlo PID (Proporcional-Integral-Derivativo), para manter a pressão a um nível constante, reduzindo o erro entre a pressão definida e a pressão real.

Válvulas de controlo

As válvulas de controlo são os componentes dinâmicos do sistema de controlo da pressão de vácuo e a sua função consiste em controlar o fluxo de gás para dentro ou para fora do sistema, de modo a atingir a pressão pretendida, tal como comandada pelo controlador. Existem diferentes tipos de válvulas de controlo, dependendo das necessidades do processo; alguns deles incluem os seguintes. As válvulas proporcionais são capazes de permitir uma gama contínua de posições de abertura que podem ser ajustadas para permitir um controlo gradual e preciso do fluxo de gás e, consequentemente, da pressão. As válvulas solenóides são as válvulas que abrem e fecham de forma instantânea e são utilizadas para ventilar o sistema ou para alterar o nível de pressão. As válvulas de agulha são utilizadas para o controlo fino, manual ou motorizado do fluxo de gás, o que é ideal para aplicações de medição. A escolha da válvula de controlo depende de vários parâmetros críticos, que são o caudal, normalmente medido pelo valor Cv, a gama de pressão do sistema, o tempo de resposta necessário para a válvula abrir ou fechar em resposta ao sinal e a necessidade de um fecho estanque para evitar a fuga do gás. Além disso, os materiais de construção da válvula têm de ser compatíveis com os gases a manipular pela válvula e com a durabilidade e fiabilidade do sistema, exigindo por vezes uma válvula de purga de vácuo para afinação fina.

Diferentes métodos de controlo da pressão de vácuo

O controlo da pressão de vácuo pode ser efectuado de diferentes formas, que são classificadas em termos gerais como mecânicas e electrónicas. Todos eles têm os seus pontos fortes e fracos, bem como as áreas da sua utilização.

Controlo mecânico da pressão de vácuo

O controlo mecânico da pressão de vácuo é o processo de controlo do fluxo de gás através da utilização de peças mecânicas sem a utilização de sensores electrónicos e controladores avançados. A forma básica de controlo mecânico é a utilização de válvulas operadas manualmente, como válvulas de agulha, para regular o fluxo do gás que está a ser aspirado pela bomba de vácuo ou para introduzir uma fuga controlada no sistema para aumentar a pressão, o que normalmente é feito com uma simples torção de um botão. Outro método mecânico envolve a utilização de válvulas de alívio de pressão ou reguladores de vácuo. Uma válvula de descompressão é uma válvula que se abre quando a pressão no sistema atinge um determinado nível e depois liberta a pressão para evitar a sobrepressão. No caso da regulação de vácuo, um regulador de vácuo pode ser utilizado para evitar que o nível de vácuo ultrapasse um determinado limite, admitindo ar ou outro gás no sistema.

Vantagens da mecânica Vácuo Controlo da pressão:

Simplicidade: Os sistemas mecânicos são relativamente mais fáceis de conceber e operar do que os sistemas electrónicos.
Custo mais baixo: A maior parte dos componentes utilizados no controlo mecânico são mais baratos do que os electrónicos.
Durabilidade em determinados climas: A eletrónica é frequentemente vulnerável a certas condições, como a radiação ou as temperaturas elevadas, pelo que os sistemas mecânicos são mais fiáveis nessas condições.

Desvantagens da mecânica Vácuo Controlo da pressão:

Menor precisão: Os métodos mecânicos são menos exactos e precisos do que o controlo eletrónico.
Falta de automatização: Estes métodos requerem frequentemente ajustes manuais e não são facilmente incorporados na integração de sistemas ou em ambientes de controlo de processos automatizados.
Tempos de ciclo mais longos: As alterações manuais ou as efectuadas por controladores mecânicos básicos demoram tempo e podem não ser capazes de se adaptar rapidamente às alterações nas condições do processo.

Os métodos de controlo mecânico são utilizados em casos em que o grau de precisão não é muito importante e em que é possível efetuar ajustes manuais. Isto inclui aplicações laboratoriais básicas, algumas formas de fixação a vácuo e algumas formas de embalagem a vácuo em que um vácuo relativamente baixo é adequado.

Controlo eletrónico da pressão de vácuo

O controlo eletrónico da pressão de vácuo é um método mais avançado e preciso de regular a pressão de vácuo conforme desejado. Este método envolve a utilização de sensores electrónicos, controladores e válvulas de controlo operadas eletronicamente para formar um sistema de feedback de circuito fechado. Num sistema eletrónico de controlo da pressão de vácuo, existe um sensor de vácuo que verifica constantemente a pressão no sistema e envia um sinal para o controlador, que pode ser através da porta USB. O controlador compara esta pressão medida com o ponto de regulação pré-programado, que pode ser alcançado com o toque de um botão. Se houver uma diferença, o controlador fornece um sinal à válvula de controlo controlada eletronicamente (como a válvula proporcional ou a servo-válvula) para alterar a sua posição. Este ajuste altera a taxa a que o gás está a ser bombeado para fora pela bomba de vácuo ou a que é permitido fluir para o sistema através de uma fuga calibrada para repor a pressão no nível definido. Isto pode fazer parte de um pacote de controlo do acelerador, que é um conjunto de medidas destinadas a abrandar a taxa de variação de um determinado parâmetro.

Vantagens da eletrónica Vácuo Controlo da pressão:

Melhor controlo de Vácuo Pressão: Os sistemas electrónicos podem proporcionar um melhor controlo da pressão de vácuo com uma variação de poucos pontos percentuais.
Automatização: Estes sistemas podem ser totalmente automatizados e podem ser interligados com outros equipamentos de controlo de processos e podem ser operados remotamente, muitas vezes com a ajuda de um controlador stratavac. O pacote stratavac facilita este processo.
Resposta rápida: As válvulas acionadas eletronicamente podem responder rapidamente às alterações de pressão e podem manter a estabilidade no processo, especialmente quando utilizadas com uma válvula de ação mais rápida.
Programabilidade e flexibilidade: Os controladores electrónicos podem ser programados com algoritmos de controlo complexos e podem ser facilmente reprogramados para se adaptarem às necessidades de diferentes receitas.
Registo e análise de dados: A maioria dos sistemas de controlo eletrónico tem caraterísticas de registo de dados que permitem a gravação das tendências de pressão ao longo de um período, o que é útil para melhorar o processo e identificar problemas.

Desvantagens da eletrónica Vácuo Controlo da pressão:

Custo mais elevado: A maioria dos componentes electrónicos, tais como sensores, controladores e válvulas acionadas, são comparativamente mais caros do que os componentes mecânicos.
Maior complexidade: Os sistemas electrónicos são mais complexos na sua conceção e requerem competências profissionais na instalação, configuração e reparação.
Vulnerabilidade a Falha eletrónica: Isto deve-se ao facto de os componentes electrónicos serem propensos a falhas devido a factores como picos de energia, interferências electromagnéticas ou condições ambientais.

O controlo eletrónico da pressão de vácuo é utilizado em aplicações que necessitam de elevada precisão, automatização e resposta rápida. Trata-se do fabrico de semicondutores, da deposição de película fina, da instrumentação analítica, do processamento farmacêutico, do embalamento avançado e de outras aplicações de investigação em que o ambiente de vácuo tem de ser controlado ao mais alto nível para o êxito do processo ou da experiência, utilizando por vezes um controlador de vácuo instantâneo. Isto proporciona uma solução simples com um controlador de processo simples.

Como definir e otimizar eficazmente a pressão de vácuo

Conjunto a pressão-alvo: É importante identificar a pressão de vácuo necessária para o processo e o resultado pretendido. Consulte as especificações do processo ou os procedimentos experimentais para determinar o intervalo de pressão adequado.
Calibração do sistema: Deve ser feita uma calibração adequada do sensor de vácuo e do sistema de controlo para garantir que as medições são precisas, de acordo com as recomendações do fabricante. É importante verificar frequentemente o manómetro para garantir que as leituras são exactas.
Afinação dos parâmetros de controlo: Para os sistemas de controlo eletrónico, ajustar os parâmetros do controlador, como as definições PID, para os valores corretos. Isto envolve a afinação do ganho proporcional, do tempo integral e do tempo derivado para obter a melhor velocidade de resposta, estabilidade e precisão do sistema, o que pode incluir o controlo de rampa digivac vpc.
Problemas comuns: Existem vários problemas que podem ser encontrados nos sistemas de controlo da pressão de vácuo: flutuações de pressão, incapacidade de atingir a pressão desejada e tempo de resposta lento.

Otimização Dicas:

Existem várias abordagens para o controlo eficaz da pressão de vácuo. Para evitar fugas, todas as juntas e vedações do sistema de vácuo devem ser devidamente vedadas, porque mesmo uma pequena fuga pode afetar grandemente o nível de vácuo que é necessário atingir e manter. Utilizar canos e tubos lisos, curtos e finos para reduzir a perda de pressão devida à obstrução do fluxo do fluido. A manutenção do sistema de vácuo deve ser efectuada frequentemente em todos os componentes, como a bomba, os sensores e as válvulas. Monitorizar as tendências de pressão e os tempos de resposta numa base contínua para identificar problemas ou potenciais melhorias adicionais.

Aplicações do controlo da pressão de vácuo nas indústrias

É importante notar que o controlo da pressão de vácuo é um fator muito importante em muitos processos industriais e científicos. O controlo de pressões sub-atmosféricas é possível e permite vários processos que são cruciais para a produção e experimentação modernas. Eis alguns dos exemplos, que são os seguintes:

Indústria	Aplicação	Requisitos específicos	Importância
Fabrico de semicondutores	Deposição de película fina, gravura	Precisão do nível de vácuo; Deposição uniforme de película; Processos de gravação exactos.	Prevenir os defeitos; Maximizar o rendimento.
Dispositivos médicos	Esterilização, secagem a vácuo	Remoção de ar e humidade; secagem eficiente a baixa temperatura.	Assegurar uma esterilização eficaz; Proteger a integridade do dispositivo.
Processamento de alimentos	Embalagem a vácuo, liofilização	Remoção de oxigénio; Remoção de humidade a baixas temperaturas.	Prolongar o prazo de validade; Preservar o sabor, os nutrientes e a textura, potencialmente para óleos vegetais.
Farmacêutico	Remoção de solventes, secagem	Remoção suave de solventes; Processamento de compostos sensíveis ao calor; Secagem eficiente de APIs.	Manutenção da pureza do produto.
Investigação	Várias experiências de vácuo, ciência de superfícies	Ambientes de vácuo controlado; Ultra-alto vácuo.	Realização de diversas experiências; Análise de superfícies; Prevenção de colisões; Isolamento de fenómenos.

Como a seleção da válvula afecta o controlo da pressão de vácuo

A válvula de controlo é um componente crítico na gestão da pressão de vácuo. É uma das decisões mais críticas na conceção do sistema, uma vez que as suas caraterísticas definem a precisão, a estabilidade e o tempo de resposta do sistema. O valor Cv define a capacidade da válvula de estrangulamento para permitir os caudais de gás necessários às pressões de funcionamento necessárias e um caudal elevado, se necessário. Uma histerese baixa e uma boa linearidade são também importantes para um controlo preciso e reprodutível do nível de vácuo, o que é caraterístico de válvulas eléctricas bem concebidas. Nas aplicações em que estão envolvidas alterações de pressão, a utilização de válvulas pneumáticas é preferida devido à sua velocidade. Nestes sistemas, existe normalmente uma placa controladora de válvulas que é utilizada para controlar a válvula e o seu desempenho para se adaptar aos sistemas de controlo automatizados. Além disso, a escolha da placa de válvulas é importante para garantir que a vedação dos sistemas de vácuo é perfeita para evitar a fuga de gases que possam comprometer a pressão, o que é um fator importante na escolha entre válvulas eléctricas e pneumáticas.

Como é que a válvula de atuador Vincer ajuda a obter um controlo preciso da pressão de vácuo

Vinagre foi fundada em 2010 e tem mais de 15 anos de experiência na indústria de válvulas actuadoras; tem departamentos independentes de I&D, conceção, testes, montagem e vendas para garantir a qualidade dos seus produtos e a independência técnica. A sua equipa de engenharia é altamente profissional e concentrada no desenvolvimento de novos produtos, oferecendo válvulas de alta qualidade com garantia de qualidade rigorosa. Alguns dos seus produtos incluem elétrico e válvulas pneumáticas que podem ser utilizadas num sistema de controlo de vácuo de acelerador, utilizando ar comprimido de uma fonte de vácuo. As válvulas eléctricas da Vincer são concebidas para poupar energia e têm um controlo preciso do fluxo, o que garante um desempenho estável e uma ligação fácil aos sistemas de automação existentes, o que as torna adequadas para aplicações que requerem a manutenção de um nível de vácuo constante. As suas válvulas pneumáticas oferecem uma alternativa económica, proporcionando um acionamento fiável e rápido, essencial para processos de vácuo dinâmicos que exigem tempos de resposta rápidos. Graças à sua profunda experiência na indústria e ao seu serviço de apoio completo, a Vincer ajuda os utilizadores a escolher a válvula eléctrica ou pneumática adequada para a sua aplicação de controlo da pressão de vácuo e a obter os melhores resultados.

Para mais informações:

Correio eletrónico: sales@vincervalve.com
Telefone: +86 13724477011 / +86 13724477011
Endereço: No.203, Building 1, No.110, Dayuan Road, Zhangcun, Dongcheng, Dongguan, GuangDong, China

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FAQ

Porque é que a minha pressão de vácuo é instável?

Existem várias causas para a pressão de vácuo instável, conforme explicado abaixo. Uma das principais causas é a fuga no sistema, em que o gás indesejado entra e altera a pressão. Estas fugas podem ser nas juntas, nas gaxetas ou através das paredes da câmara de vácuo ou de qualquer um dos componentes. Outra causa de instabilidade da pressão é uma bomba de vácuo que não está a funcionar como deveria devido ao desgaste ou à falta de manutenção adequada. Se a afinação do controlador não for bem efectuada, pode levar a oscilações ou a disparos excessivos da pressão pretendida, tal como ilustrado pelos armazéns do gestor do perfil de pressão de vapor vpc. Outra causa de flutuação da pressão é uma válvula de controlo que esteja presa ou que não funcione de acordo com os sinais recebidos do controlador. Finalmente, as flutuações no controlo da pressão a jusante, por exemplo, a libertação de gases dos materiais dentro da câmara de vácuo ou alterações na taxa de geração ou consumo do gás, também podem conduzir a instabilidades.

Como detetar fugas de vácuo?

Solução de sabão: Uma das formas mais simples e eficazes de identificar os pontos de fuga é aplicar uma solução de sabão nas áreas suspeitas e procurar bolhas.
Detectores de fugas de hélio: Estes são instrumentos avançados que podem detetar fugas envolvendo o sistema com um gás marcador (hélio) e detectando depois o mesmo gás dentro da câmara de vácuo.
Detectores de fugas por ultra-sons: Trata-se de equipamentos capazes de identificar os sons produzidos por uma fuga através da utilização de ondas sonoras de alta frequência.
Ensaio de queda de pressão: Isto implica evacuar o sistema e depois isolar a bomba de vácuo; a velocidade a que a pressão sobe mostrará se existem fugas e qual a sua extensão.
Descarga de alta tensão (Bobina de Tesla): Por vezes, uma bobina de Tesla pode ser utilizada para ionizar o gás que está a sair de uma fuga, o que resultará numa descarga.

Quais são as melhores práticas para a manutenção do sistema de vácuo?

Manutenção da bomba de vácuo: No que diz respeito à bomba de vácuo, recomenda-se a substituição do óleo da bomba de acordo com as instruções do fabricante, a limpeza dos filtros e a deteção de qualquer som ou vibração anormal.
Sensores de vácuo: Os sensores de vácuo devem ser calibrados frequentemente para obter as medições de pressão corretas. A frequência de calibração varia consoante o tipo de sensor e a aplicação em que é utilizado. Recomenda-se que o cartão do sensor seja verificado.
Válvulas de controlo: Verificar o estado das válvulas de controlo e repará-las ou substituí-las, se necessário. Verificar se os actuadores pneumáticos e eléctricos estão a funcionar corretamente.
Limpeza do sistema: Assegurar que a câmara de vácuo e todas as peças internas estão limpas para reduzir a libertação de gases e a contaminação. Considerar a implementação de ciclos de purga.
Documentação: Conservar registos de todas as actividades de manutenção efectuadas, da data em que as actividades foram realizadas, das actividades realizadas e de qualquer peça substituída, assegurando o correto funcionamento da eletrónica robusta.

Conclusão

A necessidade de controlar a pressão de vácuo não é um luxo, mas sim uma necessidade em muitas tecnologias e indústrias modernas. Quer se trate da pureza do processo de fabrico de semicondutores, da eficácia da esterilização num hospital, da preservação de alimentos ou da fiabilidade das experiências, o controlo das condições subatmosféricas é fundamental. Assim, seguindo as orientações fornecidas neste guia e escolhendo e preservando os componentes certos, os utilizadores podem alcançar o controlo da pressão de vácuo desejado e, por conseguinte, aumentar a eficiência do processo, melhorar a qualidade do produto final e obter resultados mais precisos.

Controlo da pressão de vácuo facilitado: guia prático

Introdução

O que é o controlo da pressão de vácuo?