Sistema de medição de taxa de transferência de gás com a tecnologia do vácuo e a mecânica dos fluidos

Abstract

Este trabalho objetivou correlacionar a Tecnologia do Vácuo (campo que estuda as partículas suspensas no ambiente) com a Mecânica dos Fluidos (campo que estuda o comportamento tanto estático quanto dinâmico dos fluidos existentes) por meio das grandezas throughput e vazão. Inicialmente, foi abordado o surgimento, debate e validação do conceito de vácuo a partir da contextualização histórica desse tema. A seguir, foram detalhados cada uma das grandezas e cada um dos princípios fundamentais de cada uma dessas áreas de estudo. No caso da Tecnologia do Vácuo, foram abordadas também algumas das instrumentações comumente utilizadas. Após esse detalhamento, foram realizadas duas modelagens de um mesmo sistema de vácuo. A primeira foi feita com base nos métodos de modelagem da Tecnologia do Vácuo e a outra, a partir dos métodos de modelagem da Mecânica dos Fluidos. Esses modelamentos permitiram realizar diversos tipos de correlação entre ambos os campos do conhecimento e determinar um modelo de validação empírica dessa correlação, o que trouxe algo completamente novo para o campo da Tecnologia do Vácuo. Esse modelo experimental permitiu que fosse possível realizar a mensuração da velocidade de bombeamento de uma bomba de pré-vácuo a partir da velocidade de escoamento do fluido gasoso utilizado no sistema, no caso, do ar atmosférico. A mensuração foi feita por meio do dispositivo denominado anemômetro digital MDA-20, fabricado pela empresa Minipa. Os flanges do arranjo experimental foram produzidos com utilização da tecnologia de impressão 3-D. Neste trabalho, de forma resumida, foi realizada a correlação entre as duas áreas do conhecimento tanto por meio da manipulação algébrica das grandezas de cada uma delas quanto pela criação e validação do modelo de determinação da velocidade de bombeamento da bomba de pré-vácuo por um método novo. A partir deste trabalho, foi possível identificar novas oportunidades de pesquisa que abrangem diversos campos, tais como: o setor de ensino, através da utilização de um gás colorido no experimento, o setor de pesquisa/indústria, pela elaboração de um equipamento de medição próprio para a Tecnologia do Vácuo (baseado no princípio de funcionamento do modelo criado), além dos outros campos abordados na seção de “Resultados e Conclusões” deste documento.

This work aimed to correlate Vacuum Technology (a field that studies particles suspended in the environment) with Fluid Mechanics (a field that studies both the static and dynamic behavior of existing fluids) through throughput and flow rates. Initially, was addressed the emergence, debate, and validation of the concept of vacuum from the historical contextualization of this theme. Next, were detailed in each of the magnitudes and each of the fundamental principles of each of these areas of study. In the case of Vacuum Technology, some of the commonly used instruments were also discussed. After this detailing, two models of the same vacuum system were performed. The first was based on Vacuum Technology modeling methods and the other was based on Fluid Mechanics modeling methods. These models made it possible to carry out different types of correlation between both fields of knowledge and to determine an empirical validation model for this correlation, what was bring something completely new to the field of Vacuum Technology. This experimental model made it possible to measure the pumping speed of a pre-vacuum pump based on the flow speed of the gaseous fluid used in the system, in this case, atmospheric air. The measurement was performed using a device called the MDA-20 digital anemometer, manufactured by Minipa's company. The experimental arrangement flanges were produced using 3-D printing technology. In this work, in short, was carried out the correlation between the two areas of knowledge both through the algebraic manipulation of the magnitudes of each of them and through the creation and validation of the model for determining the pumping speed of the pre-vacuum pump by a new method. From this work, it was possible to identify new research opportunities that cover several fields, such as: the education sector, through the use of a colored gas in the experiment, the research/industry sector, by the elaboration of its own measuring equipment for Vacuum Technology (based on the working principle of the model created), in addition to the other fields addressed in the “Results and Conclusions” section of this document.