Tipos de bombas de vacío
Tipos de bombas de vacío
El vacío es una utilidad utilizada en una amplia gama de procesos de fabricación industrial, como el envasado, el embotellado, el secado, la desgasificación y la recogida y colocación, por nombrar sólo algunos. Una bomba de vacío industrial se utiliza para crear, mejorar y mantener el vacío en estos procesos. Hay muchos tipos de tecnologías de vacío industrial disponibles y este artículo explorará dichas tecnologías. Para saber qué tipo de vacío es el más adecuado para usted y su aplicación, es fundamental conocer las características, ventajas y principio de funcionamiento de cada tipo de tecnología. Este artículo repasará los tipos más comunes de bombas de vacío industriales, cómo funcionan y en qué tipos de aplicaciones son más adecuadas.
Principio básico de funcionamiento de una bomba de vacío industrial
El principio básico de funcionamiento de una bomba de vacío industrial sigue siendo el mismo independientemente del tipo de tecnología.
Las bombas de vacío eliminan las moléculas de aire (y otros gases) de la cámara de vacío (o del lado de salida en el caso de una bomba de vacío superior conectada en serie). A medida que se reduce la presión en la cámara, la eliminación de moléculas adicionales se hace cada vez más difícil. Por lo tanto, un sistema de vacío industrial (Fig. 1) debe ser capaz de funcionar en una parte de un rango de presión extraordinariamente amplio, que suele variar de 1 a 10-6 Torr / 1,3 a 13,3 mBar de presión. En aplicaciones científicas y de investigación, este valor se amplía a 10-9 Torr o menos. Para conseguirlo, en un sistema de vacío estándar se utilizan distintos tipos de bombas, cada una de las cuales cubre una proporción del rango de presión y, en ocasiones, funcionan en serie.Rangos de presión del sistema de vacío industrial
Los sistemas de vacío industrial pueden clasificarse en los siguientes grupos de rangos de presión:
- Vacío aproximado/bajo: 1000 a 1 mbar / 760 a 0,75 Torr
- Vacío fino/medio: 1 a 10-3 mbar / 0,75 a 7,5-3 Torr
- Alto vacío: 10-3 a 10-7 mbar / 7,5-3 a 7,5-7 Torr
- Vacío ultraalto: 10-7 a 10-11 mbar / 7,5-7 a 7,5-11 Torr
- Alto vacío extremo: < 10-11 mbar / < 7,5-11 Torr
Los distintos tipos de bombas para estas gamas de vacío pueden dividirse en bombas primarias (de apoyo), bombas de refuerzo y bombas secundarias (de alto vacío): Rangos de presión de vacío alto, muy alto y ultraalto.
Existen dos categorías básicas de bombas de vacío: Bombas de transferencia de gas y bombas de atrapamiento o captura (figura 1).
Existen dos categorías básicas de bombas de vacío: Bombas de transferencia de gas y bombas de atrapamiento o captura (figura 1).
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Bombas de transferencia de gas
Las bombas de transferencia transfieren moléculas de gas por intercambio de momento (acción cinética) o por desplazamiento positivo. De la bomba sale el mismo número de moléculas de gas que entran en ella y el gas está ligeramente por encima de la presión atmosférica cuando se expulsa. La relación de compresión es la relación entre la presión de escape (salida) y la presión más baja obtenida (entrada).
Bombas de transferencia cinética
Las bombas de transferencia cinética utilizan paletas de alta velocidad o vapor introducido para dirigir el gas hacia la salida, funcionando según el principio de transferencia de impulso. Estos tipos de bomba pueden alcanzar altas relaciones de compresión a bajas presiones, pero normalmente no tienen volúmenes sellados.
Desplazamiento positivo
Las bombas que funcionan atrapando mecánicamente un volumen de gas y moviéndolo a través de la bomba se conocen como bombas de desplazamiento positivo. A menudo diseñadas en varias etapas sobre un único eje de transmisión, el volumen aislado se comprime a un volumen más pequeño a una presión más alta y, finalmente, el gas comprimido se expulsa a la atmósfera o a la siguiente bomba. Para proporcionar un mayor vacío y caudal, a menudo se utilizan dos bombas de transferencia en serie.
Como ya se ha mencionado, las bombas de vacío de desplazamiento positivo se utilizan para crear vacíos bajos. Este tipo de bomba de vacío, expande una cavidad y permite que los gases fluyan fuera del entorno o cámara sellada. Después, la cavidad se sella y hace que salga a la atmósfera. El principio de la bomba de vacío de desplazamiento positivo es crear un vacío expandiendo el volumen de un recipiente. Por ejemplo, en una bomba de agua manual, un mecanismo expande una pequeña cavidad sellada para crear un vacío profundo. Debido a la presión, parte del líquido de la cámara es empujado a la pequeña cavidad de la bomba. A continuación, la cavidad de la bomba se cierra herméticamente a la cámara, se abre a la atmósfera y se vuelve a comprimir hasta alcanzar un tamaño diminuto. Otro ejemplo de bombas de vacío de desplazamiento positivo es como un músculo diafragma expande la cavidad torácica, haciendo que aumente el volumen de los pulmones. Esta expansión da lugar a la creación de un vacío parcial y a la reducción de la presión, que se rellena con aire empujado por la presión atmosférica. Los ejemplos de bombas de vacío de desplazamiento positivo son las bombas de vacío de anillo líquido y los sopladores de raíces, muy utilizados en diversas industrias para crear vacío en espacios confinados.
Bombas de atrapamiento
Las bombas que capturan moléculas de gas en superficies dentro del sistema de vacío se conocen como bombas de captura o atrapamiento. Estas bombas funcionan con caudales más bajos que las bombas de vacío como las bombas de transferencia, sin embargo, pueden proporcionar un vacío extremadamente alto, hasta 10-12Torr. Las bombas de captura funcionan mediante condensación criogénica, reacción iónica o reacción química y no tienen piezas móviles, por lo que crean vacío sin aceite.
Aquellas Bombas de Atrapamiento que funcionan mediante reacciones químicas, rinden más eficazmente ya que suelen colocarse en el interior del recipiente donde se requiere el vacío. Las moléculas de aire crean una fina película que se elimina a medida que el funcionamiento de las bombas provoca una reacción química en las superficies internas de la bomba. Las bombas de atrapamiento se utilizan junto con las bombas de vacío de desplazamiento positivo y las bombas de vacío de transferencia de momento para crear vacío ultraalto.
Bombas de vacío secas o húmedas: visión general
Las tecnologías de bombas de vacío se consideran húmedas (lubricadas) o secas (sin aceite o de funcionamiento en seco), dependiendo de si el gas está expuesto o no al aceite o al agua durante el proceso de compresión.
Las bombas húmedas se lubrican y/o sellan a sí mismas utilizando aceite o agua; este fluido puede contaminar el gas bombeado (barrido). Por su parte, las bombas de vacío secas no tienen fluido en el gas bombeado, por lo que dependen de holguras precisas entre las partes giratorias y estáticas de la bomba, juntas de polímero seco (PTFE) o un diafragma para separar el mecanismo de bombeo del gas y garantizar un cierre hermético.
Sin embargo, las secas no están totalmente exentas de aceite, ya que a menudo se utiliza aceite o grasa en los engranajes y cojinetes de la bomba. Esto se mantiene separado del lado de compresión de vacío. Las bombas secas reducen el riesgo de contaminación y neblina de aceite. También tienen ventajas medioambientales al no requerir la eliminación de aceites como las bombas lubricadas.
Las bombas húmedas se lubrican y/o sellan a sí mismas utilizando aceite o agua; este fluido puede contaminar el gas bombeado (barrido). Por su parte, las bombas de vacío secas no tienen fluido en el gas bombeado, por lo que dependen de holguras precisas entre las partes giratorias y estáticas de la bomba, juntas de polímero seco (PTFE) o un diafragma para separar el mecanismo de bombeo del gas y garantizar un cierre hermético.
Sin embargo, las secas no están totalmente exentas de aceite, ya que a menudo se utiliza aceite o grasa en los engranajes y cojinetes de la bomba. Esto se mantiene separado del lado de compresión de vacío. Las bombas secas reducen el riesgo de contaminación y neblina de aceite. También tienen ventajas medioambientales al no requerir la eliminación de aceites como las bombas lubricadas.
Bombas centrífugas
Las bombas centrífugas son máquinas accionadas hidráulicamente que se caracterizan por su capacidad de transmitir energía a los fluidos (en particular a los líquidos) mediante el trabajo de un campo de fuerzas centrífugas. Su función principal es transferir fluidos mediante un aumento de la presión. Las bombas centrífugas pueden tener diferentes estructuras, pero su principio de funcionamiento y sus características fluidodinámicas son siempre las mismas.
Bombas de vacío de anillo líquido
Las bombas de vacío de anillo líquido son similares a las bombas rotativas de paletas, con la diferencia de que las paletas son parte integrante del rotor y agitan un anillo giratorio de líquido para formar la junta de la cámara de compresión. Tienen un diseño inherente de baja fricción, siendo el rotor la única pieza móvil. La fricción por deslizamiento se limita a los retenes del eje. Las bombas de anillo líquido suelen funcionar con un motor de inducción.
Los sistemas de anillo líquido pueden ser de una o varias etapas.
Los sistemas de anillo líquido pueden ser de una o varias etapas.
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Garra giratoria
Las bombas de vacío rotativas de uña generan vacío sin contacto de forma eficaz y económica. Se basan en el principio de la compresión interna del diseño de garra rotativa. Las bombas de vacío de uña se basan en un sistema de compresión estática. A diferencia de los lóbulos rotativos, la compresión tiene lugar internamente por contracción del volumen.
Una bomba de garra consta de dos rotores, Giran en sentido inverso en una caja de compresión sin contacto y con holguras muy ajustadas. Están sincronizados mediante un engranaje de precisión. A medida que la garra se desplaza sobre la conexión de aspiración y el canal de aspiración axial, el gas de entrada es aspirado hacia la cámara de compresión. El gas se precomprime dentro de la cámara de compresión y luego se descarga.
Una bomba de garra consta de dos rotores, Giran en sentido inverso en una caja de compresión sin contacto y con holguras muy ajustadas. Están sincronizados mediante un engranaje de precisión. A medida que la garra se desplaza sobre la conexión de aspiración y el canal de aspiración axial, el gas de entrada es aspirado hacia la cámara de compresión. El gas se precomprime dentro de la cámara de compresión y luego se descarga.
Bombas de tornillo rotativo
Una bomba de vacío de tornillo consta de dos rotores paralelos con forma de tornillo, uno con rosca hacia la derecha y el otro con rosca hacia la izquierda. Ambos tornillos giran sin fricción en la caja de compresión con holguras muy ajustadas.
Están sincronizados mediante un engranaje de precisión. La caja de compresión y la forma especial de los tornillos forman las cámaras de compresión. Dado que los tornillos giran en sentido contrario, la cámara conectada al orificio de succión se ensancha y el gas se transporta hasta la cámara de compresión. Luego la cámara se mueve axialmente desde el lado de succión hacia el lado de presión (flecha).
En los modelos de paso variable, el gas se comprime en cada cambio de paso y se enfría antes del siguiente cambio de paso para mejorar la eficiencia. En el lado de presión, la cámara se desplaza hacia la pared axial de la caja y el volumen se reduce hasta que la superficie frontal del tornillo abre el canal de presión y el gas comprimido se descarga a través de la conexión de presión. Una cámara exterior refrigerada por agua se encarga de enfriar el gas. Para algunos tamaños de bomba, puede agregarse una refrigeración adicional por gas en la bomba.
Están sincronizados mediante un engranaje de precisión. La caja de compresión y la forma especial de los tornillos forman las cámaras de compresión. Dado que los tornillos giran en sentido contrario, la cámara conectada al orificio de succión se ensancha y el gas se transporta hasta la cámara de compresión. Luego la cámara se mueve axialmente desde el lado de succión hacia el lado de presión (flecha).
En los modelos de paso variable, el gas se comprime en cada cambio de paso y se enfría antes del siguiente cambio de paso para mejorar la eficiencia. En el lado de presión, la cámara se desplaza hacia la pared axial de la caja y el volumen se reduce hasta que la superficie frontal del tornillo abre el canal de presión y el gas comprimido se descarga a través de la conexión de presión. Una cámara exterior refrigerada por agua se encarga de enfriar el gas. Para algunos tamaños de bomba, puede agregarse una refrigeración adicional por gas en la bomba.
Soplantes de canal lateral
Las soplantes de canal lateral tienen un impulsor montado directamente en el eje del motor para una compresión sin contacto. El gas ingresa por la entrada. A medida que penetra en el canal lateral, la turbina aporta velocidad al gas en el sentido de giro. La fuerza centrífuga impulsa el gas hacia los bordes de las aspas del impulsor y aumenta la presión.
Cada rotación aporta energía cinética, aumentando así la presión a lo largo del canal lateral. Este se angosta en el rotor, comprimiendo el gas en las aspas del impulsor y expulsándolo de la bomba a través del silenciador de escape.
Cada rotación aporta energía cinética, aumentando así la presión a lo largo del canal lateral. Este se angosta en el rotor, comprimiendo el gas en las aspas del impulsor y expulsándolo de la bomba a través del silenciador de escape.
