Principios básicos de funcionamiento de la bomba de difusión 28 de mayo de 2020
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Conocer los principios básicos de funcionamiento de las bombas de difusión es la mejor manera de mantenerse al día con la empresa, independientemente de la división en la que se encuentre o de lo estrechamente que esté involucrado en su funcionamiento diario. Si su empresa los utiliza, merece la pena conocer los aspectos básicos. Por ejemplo, ayuda a protegerse contra las ineficiencias de los procesos y garantiza que sepa cómo detectar un producto de calidad o identificar cuándo es necesario el mantenimiento. Aquí tienes una breve introducción para empezar.
Principios de funcionamiento de la bomba de difusión
Sección de caldera
El aceite de la bomba de difusión se convierte en vapor en la sección de caldera de la bomba (véase la figura 1) y se acelera a velocidad sónica (como vapor) a través de chorros controlados con precisión.
Ilustración 1 Sección de caldera en una bomba de difusión DIJ20.
“Cortina” de vapor de aceite
Estos inyectores están diseñados para producir una cortina de aceite que cubre todo el diámetro de la bomba (consulte la figura 2).
Normalmente, las bombas de difusión modernas tienen cuatro o cinco etapas de compresión, lo que significa cuatro o cinco cortinas de aceite separadas en serie. Cada etapa captura el gas por encima de la cortina de aceite y lo expulsa por debajo de la cortina de aceite, y cada etapa posterior tiene chorros que tienen cortinas progresivamente más cortas. Una cortina más larga proporciona una gran superficie para agarrar moléculas por encima de ella, pero a expensas de la resistencia de la cortina. Imagínese que tiene el pulgar sobre el extremo de una manguera de jardín y está pulverizando. Notará que el agua permanece en una lámina durante algún tiempo antes de que se descomponga en pequeñas gotas. Lo mismo ocurre con las cortinas de aceite de una bomba de difusión. Si la cortina se rompe, parte del gas debajo de ella soplará hacia atrás, creando una pérdida de bombeo.
Ilustración 2: Vapor de aceite “Cortina”
Cinco etapas de compresión
Por lo tanto, a medida que la presión aumenta a través de las etapas de compresión, las cortinas se acortan cada vez más. En una bomba de cinco etapas, la última etapa es una corriente de vapor de alto volumen y alta velocidad que arrastra los gases bombeados al escape. La quinta etapa reduce la contrapresión en cada una de las cuatro etapas superiores, lo que ayuda a la cortina de aceite a mantener su integridad con presiones de entrada de la bomba más altas.
Ilustración 3. Cinco etapas de compresión
Calor y geometría interna
Las bombas de difusión tienen dos factores principales que hacen que la bomba funcione: el calor y la geometría interna. Tiene un principio de funcionamiento muy sencillo, pero puede ser muy difícil de diseñar y fabricar debido a las estrictas limitaciones bajo las que funcionan estos dos factores. Las boquillas de chorro más estrechas harán que la caldera de bombeo funcione a una presión y temperatura más altas, lo que puede crear una cortina de aceite más fuerte, pero puede hacer que sea más propensa a las turbulencias y a la pérdida de rendimiento si los calentadores suministran demasiada energía a la caldera. Unos espacios más amplios en los chorros pueden hacer que la caldera funcione a una presión y temperatura más bajas, pero pueden requerir más potencia para impulsar un mayor flujo de vapor de aceite. Son excelentes para bombear la mayoría de los gases, aunque tienen dificultades para bombear vapor de agua. Algunos factores que afectan al rendimiento de las bombas son:
Tamaño de la entrada: con diferencia, el principal impulsor de la velocidad de bombeo en todas las bombas de alto vacío.
Tipo de aceite: Hay una serie de aceites especializados diferentes que afectan al vacío final y al rendimiento en diferentes aplicaciones.
Agua de refrigeración: el agua de refrigeración forma parte del ciclo de calor de esta bomba. Debe añadir calor para vaporizar el aceite y, a continuación, eliminar el calor para volver a condensarlo para el siguiente ciclo a través de la bomba. Una refrigeración adecuada de la bomba puede hacer o interrumpir el funcionamiento.
Velocidad de bombeo en comparación con el rendimiento
La velocidad de bombeo es el número de rendimiento de la bomba que la mayoría de la gente verá publicado por los fabricantes de bombas de difusión. Es una velocidad volumétrica, lo que significa que a medida que cambia la presión, la cantidad de moléculas de gas reales que se bombean cambia proporcionalmente. En otras palabras, la bomba toma el mismo volumen de gas cada segundo, pero con pocas moléculas de gas presentes a presiones más bajas, cada gas está menos concentrado. El rendimiento, por otro lado, es un caudal másico. Es una medida del número de moléculas de gas movidas desde la entrada de la bomba hasta el escape de la bomba en cada segundo. Una bomba con un mayor rendimiento siempre bombeará una cámara más rápido porque bombea más a presiones más altas, donde hay más gas que eliminar. Por lo tanto, al examinar las especificaciones para determinar la mejor bomba para su sistema, asegúrese de comparar el rendimiento.
Velocidad de bombeo real frente a velocidad de bombeo publicada
Hace varias décadas, la American Vacuum Society creó un estándar para medir la velocidad de bombeo de las bombas de difusión. Desafortunadamente, el método que hay detrás de esta norma calcula una velocidad de bombeo que es aproximadamente un 70 % superior a la velocidad de bombeo real. Por lo tanto, todas las velocidades de bombeo de difusión que utilizan el estándar AVS están sobrevaloradas en casi un factor de 1,7.
Más tarde, se creó un estándar internacional para medir la velocidad de bombeo de difusión, la ISO (Organización Internacional de Normalización). Este nuevo estándar de ISO está mucho más cerca de la realidad, aunque sigue siendo un 25 % superior a la velocidad de bombeo real real. El motivo de la variación con respecto a la norma ISO es que las mediciones de esta norma se realizan en un laboratorio con un solo gas, como el nitrógeno, en condiciones ambientales de laboratorio. En el mundo real, las cámaras que se bombean suelen estar llenas de aire atmosférico. El aire contiene muchos gases, incluido el vapor de agua, lo que supone un reto para la mayoría de las bombas de vacío a la hora de eliminarlos rápidamente. Si tiene una alta incidencia de vapor de agua en su ubicación, la mejor bomba es una bomba criogénica, que aprovecha la naturaleza condensable del vapor de agua congelando las moléculas en grandes áreas de superficie. Explore nuestra selección de bombas de vacío criogénicas en nuestra página de productos.
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