Bombas turbomoleculares: lo que necesita saber 11 de noviembre de 2020
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Si tiene una aplicación de alto vacío que requiere una velocidad de bombeo entre 50 l/s y 3000 l/s y una contaminación mínima de la bomba, entonces una bomba turbomolecular es la elección obvia.
Bombas turbomoleculares frente a otras bombas
Las velocidades de bombeo más bajas de los otros tipos clave de bombas de alto vacío, es decir, las bombas de difusión y las bombas criogénicas, son de unos 3000 l/s. Además, las bombas de difusión pueden ser una fuente de contaminación por aceite, mientras que las bombas criogénicas requieren una regeneración periódica.
Las bombas turbo están clasificadas como bombas cinéticas y requerirán una bomba de vacío previo.
Los turbos funcionan proporcionando impulso a las moléculas de gas y a los átomos por colisión con las superficies del rotor que gira rápidamente, controlando así el flujo de gases de tal manera que se transportan al puerto de escape de la bomba.
Principio de una bomba turbomolecular
Una bomba turbomolecular (TMP) es una bomba molecular cuyo rotor está compuesto por discos con canales de transporte de gas. Estos discos giran entre los discos correspondientes del estátor.
Disco con canales de transporte = plano de las palas giratorias
Disco del estátor = plano de las palas estacionarias
La velocidad de las puntas de los rotores se acerca a un valor cercano a la velocidad libre media de las especies gaseosas que se bombean. Cuanto más ligero sea el gas, mayor será su velocidad térmica. Por lo tanto, el helio tiene una velocidad de 1245 m/s, mientras que el aire con una mayor densidad tiene una velocidad media de 463 m/s. Esto da como resultado que las TMP tengan una relación de compresión más baja para gases más ligeros.
Originalmente, los 2 juegos de cojinetes que se muestran en el siguiente esquema tenían un diseño mecánico convencional. Estos rodamientos requerían una sustitución periódica, normalmente cada 2-3 años, dependiendo de la aplicación. Sin embargo, este diseño es raro hoy en día, y ahora se utilizan dos tipos de rodamientos:
Una versión híbrida compuesta por un cojinete mecánico y un cojinete permanente, magnético y sin fricción
2 juegos de cojinetes magnéticos activos y sin fricción
La versión híbrida reduce los costes de mantenimiento, ya que solo es necesario sustituir un cojinete de fricción mecánico.
La variante magnética activa ofrece generalmente las velocidades de bombeo más altas y es preferida en procesos más exigentes, como los procesos de grabado de semiconductores, o donde se requieren velocidades de bombeo superiores a 1000 l/s.
Como se ha indicado, ambas variantes no son tan eficaces para bombear gases ligeros. Para aplicaciones de recubrimiento en las que el caudal de gas es clave en lugar de la presión final, el diseño “clásico”, como se muestra anteriormente, es ideal.
El importante mercado analítico exige una alta compresión incluso para gases ligeros. Esto se logra añadiendo una etapa de compresión adicional cerca del puerto de escape de la bomba. Esto mejora considerablemente la velocidad de bombeo de gas ligero. Este diseño se conoce como turbobomba compuesta. El siguiente diagrama ilustra el principio de una etapa Holweck que logra esta mayor compresión.
Bomba molecular: diseño Holweck
Otra ventaja de esta mayor compresión es que la TMP puede tolerar presiones de apoyo más altas, incluso de hasta unos pocos mbar. En consecuencia, algunas bombas de diafragma son ahora capaces de actuar como bomba de vacío previo para este diseño de bomba. Las bombas de diafragma se utilizan a menudo en detectores de fugas portátiles “secos” y sistemas compactos de bombeo de alto vacío.
Todas las bombas turbo requieren un controlador de frecuencia para proporcionar las altas velocidades de rotación requeridas por estas bombas. Tradicionalmente, se trataba de unidades independientes, pero cada vez más los controladores se han integrado en la bomba como los llamados controladores integrados. Esta innovación ha reducido los requisitos de espacio en rack, a menudo un factor clave para los OEM.
Cabe señalar que los controladores remotos siguen siendo preferibles si la bomba está sujeta a una alta radiación donde los componentes electrónicos integrados podrían verse comprometidos. Este es un requisito para aplicaciones de haz de alta energía en las que existe un entorno de este tipo.
El desarrollo más reciente permite el uso de controladores integrados “inteligentes” que supervisan y controlan válvulas, bombas e indicadores dentro de un sistema de vacío automatizado.
Conclusiones clave
- Las bombas turbomoleculares ofrecen una opción de alto vacío fiable y sin contaminación.
- Las velocidades de bombeo van de 50 l/s a 3000 l/s.
- Las bombas se pueden adaptar para permitir un alto rendimiento o una alta compresión de gases ligeros.
- Los convertidores de frecuencia integrados inteligentes ofrecen funciones de control para sistemas de alto vacío.
