Cómo funciona: tecnología de bomba criogénica 26 de agosto de 2020
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La temperatura influye en el comportamiento del vapor de agua
Imagínese la condensación en el espejo del baño después de una ducha, el parabrisas helado que le saluda después de una noche helada o cómo se empañan sus gafas cuando entra al interior después de pasar tiempo en climas fríos.
Este mismo principio se aplica a la tecnología de bombas criogénicas.
Cada gas tiene una presión de vapor saturada que es una función de la temperatura: cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la presión de vapor. La condensación en superficies frías reduce la presión de vapor del gas circundante.
Si la temperatura es lo suficientemente baja, el vapor pasará a la fase sólida y se condensará. En el ejemplo del parabrisas helado, el parabrisas “bombea” básicamente vapor de agua de la humedad del aire.
Enfriadores criogénicos
Cuando se trata de bombear gases a presiones de alto vacío (HV), necesitamos temperaturas mucho más bajas. Por ejemplo, a temperaturas inferiores a 423 grados Fahrenheit (20 K), la mayoría de los vapores se condensarán a presiones de vacío ultraalto (UHV).
Los enfriadores criogénicos comerciales suministrados con helio, como los de nuestra gama de productos, pueden mantener fácilmente las temperaturas en este rango muy bajo. Los crioenfriadores, también llamados cabezales fríos o crioenfriadores, enfrían la temperatura de los gases en dos etapas.
En primer lugar, el enfriador criogénico enfría el gas muy por debajo de la temperatura del nitrógeno líquido (77 K) utilizando una alta capacidad de enfriamiento. A continuación, el enfriador criogénico enfría el gas por debajo de 20 K utilizando una menor capacidad de enfriamiento.
Protección contra radiación
Dado que una bomba criogénica está alojada a temperatura ambiente, se deben tomar medidas para reducir la radiación térmica de las paredes exteriores. Para ello, se conecta un blindaje de radiación a la etapa de 80 K.
La pantalla tiene un deflector de entrada de gas que preenfría los gases que entran en la zona de bombeo interna. Los lados exteriores están recubiertos con un material altamente reflectante, similar a un termo, para reflejar el calor.
Consideraciones sobre la condensación
Si la condensación se vuelve demasiado espesa, es posible que la capa superior, similar a un iglú, no esté lo suficientemente fría debido a la reducida conductividad térmica del hielo.
Si esto ocurre, el rendimiento de la bomba criogénica se reducirá. Será necesario eliminar el gas y regenerarlo en este punto utilizando sistemas de bombeo modernos con controles integrados. Una vez que la bomba vuelva a estar en línea, la eficiencia y las velocidades UHV volverán.
Ventajas de la bomba criogénica
Las bombas criogénicas son más eficientes que otras bombas utilizadas para aplicaciones similares. A diferencia de las bombas de transferencia de gas (como las bombas turbomoleculares o las bombas de difusión de aceite), las bombas criogénicas condensan todos los gases que contienen.
Los instaladores pueden montar las bombas criogénicas en cualquier orientación. Por ejemplo, cuando se monta en la parte superior o lateral de una cámara de vacío sin un codo de 90 grados, el sistema experimenta menos pérdidas de conductividad.
Las bombas criogénicas también son más silenciosas. Solo los arranques iniciales y el proceso de regeneración requieren un bombeo brusco.
Bombas criogénicas frente a bombas turbomoleculares
Teniendo en cuenta todas las bombas HV, las bombas criogénicas proporcionan el tiempo de evacuación más rápido posible de todas las cámaras de vacío. En comparación con una TMP, las bombas criogénicas pueden bombear:
- H2O cuatro veces superior
- H2 el doble de alto
- N2 un 40 % más alto
Las bombas criogénicas también son menos sensibles a la radiación ionizante y a los campos magnéticos que las TMP.
Bomba criogénica frente a bombas de difusión de aceite
Las bombas criogénicas son mucho más potentes que las bombas de difusión de aceite en recipientes de vacío grandes. Están disponibles con velocidades de bombeo enormes de hasta:
- 60 000 l/s para N2
- 180 000 l/s para H2O
Dado que no contienen hidrocarburos, las bombas criogénicas suministran un vacío limpio sin riesgo de contaminación por hidrocarburos. Dado que no hay piezas móviles, tampoco necesitan lubricación.
A diferencia de las bombas de difusión de aceite, las bombas criogénicas exentas de aceite no corren el riesgo de dañarse ni de quemar aceite. Requieren un menor consumo de energía y agua, lo que reduce los costes operativos generales.
Aplicaciones de la bomba criogénica
Las bombas criogénicas son adecuadas para aplicaciones de evacuación rápida, especialmente cuando las grandes superficies y la contaminación por vapor de agua son una preocupación. Aplicaciones:
- Cámaras de simulación espacial
- Equipos de recubrimiento
- Sistemas de pulverización catódica en la producción de semiconductores
- Investigación y
- Hornos de alta tensión utilizados para soldar
Los procesos clave también se benefician de las ventajas de las bombas criogénicas en comparación con las bombas de difusión de aceite y las TMP. Entre ellas se incluyen:
- Epitaxia de haz molecular (MBE), que requiere UHV < 10-09 mbar bueno y libre de hidrocarburos.
- Aplicaciones especiales de investigación y desarrollo, como experimentos de línea de haz en sincrotrones o anillos de almacenamiento, que requieren UHV libres de hidrocarburos con altas velocidades de bombeo de H2O y H2.
Mejore sus procesos con la moderna tecnología de bombas criogénicas
Aunque las bombas criogénicas tienen varias ventajas claras en muchos procesos de vacío, aún puede tener reservas sobre la actualización porque parecen difíciles de usar.
La buena noticia es que, con los conocimientos adecuados, las bombas criogénicas se pueden implementar fácilmente. Es esencial asociarse con un proveedor que trabaje para asegurarse de que se sienta cómodo con la tecnología después de la implementación.
Las bombas criogénicas pueden ahorrarle tiempo, frustración y dinero. Son una mejora respecto a las bombas TMP y de difusión de aceite en cualquier lugar donde pueda beneficiarse del bombeo puro y sin hidrocarburos de H2 O, H2s y N2 a altas velocidades.
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