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How do vacuum connections influence conductance?

Nos livros didáticos da Vacuum Science, nos cursos de formação e no conhecimento passado entre gerações etc. somos instruídos de que "todas as conexões de vácuo devem ser mais curtas e amplas quanto possível". Mas, o que acontece quando não seguimos isso? Qual é a consequência da não conformidade?

O que é condutância na tecnologia de vácuo?

Na terminologia de vácuo, a condutância C entre dois pontos é definida como a produção de gás Q (através de um componente) dividida pela perda de carga (ΔP) através dele, onde Pup é a pressão anterior do sistema e Pdown é a pressão posterior:

Conductance formula

aqui S é a velocidade de bombeamento em qualquer ponto do sistema de vácuo.

Os mecanismos de fluxo de gás podem ser divididos em diferentes regimes: contínuo (onde as colisões molécula-molécula dominam o comportamento), molecular (as colisões molécula-parede dominam) e um regime de fluxo de transição entre esses dois regimes.

Isso é ilustrado abaixo (para ar a 293K), onde a condutância de um tubo de 1 metro de comprimento é plotada para diferentes diâmetros e pressões, a condutância varia de 1/comprimento para tubos longos.

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Condutância para tubos de 1 metro de comprimento

Para fluxo molecular, a condutância é independente da pressão (aqui < aprox. 0,01 mbar); para fluxo contínuo, a condutância é uma função linear da pressão (aqui > aprox. 1 mbar) e para o fluxo de transição é uma "mistura" das dependências extremas de pressão.

O que isso significa no mundo do vácuo real?

 Podemos ilustrar com alguns exemplos.

1. Qual é o efeito sobre a velocidade líquida de bombeamento de uma bomba scroll XDS35i com uma linha de frente de 5m NW40 com 2 curvas?

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Para ar a 293K

XDS35i

1. Entrada da bomba 2. Entrada de pré-vácuo

Podemos ver que em pressões mais altas (onde a condutância do tubo é mais elevada), não há impacto na velocidade líquida. A diferença percentual, no entanto, torna-se mais acentuada a < 10 mbar (perda de 50%) e só se torna insignificante na pressão máxima do sistema (com velocidade líquida zero).

2. Sistema com válvula de gaveta

Considere um sistema com uma bomba turbomolecular (TMP) conectada diretamente a uma câmara por meio de uma válvula de gaveta ISO100 (que tem uma condutância molecular relativamente grande declarada de aproximadamente 1.700 l/s). O gráfico abaixo mostra a velocidade líquida do sistema (SUp) com uma faixa de velocidades TMP (SDown); uma pequena perda de condutância em condições de fluxo molecular.

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BGV 20ISO 20 Group
Edwards nEXT300 Turbomolecular Pump