Por qué sus bombas de pistón no alcanzan el rendimiento de bombeo publicado 1 febrero de 2021
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Si utiliza una bomba de pistón rotativo en sus instalaciones, probablemente se dé cuenta de que solo bombea tan rápido como la especificación publicada cuando la bomba es nueva y el aceite está limpio. Este es el caso tanto si se utiliza para un horno metalúrgico, un sistema de deposición de vapor, una cámara de simulación espacial o una aplicación de secado. Después de algunos usos, el rendimiento empieza a deslizarse. Con el tiempo, esto solo empeora. Pero, ¿por qué sucede esto y qué puedes hacer para solucionarlo?
El impacto del agua en su bomba de pistón
¿Alguna vez se ha preguntado por qué el rendimiento de la bomba es aún peor en días húmedos? Todo se debe al agua que se condensa en la bomba. Cuando se agita mucho, el aceite se emulsiona con el agua, por lo que a veces hay tanta agua que el aceite se vuelve lechoso. En días húmedos, es posible que no puedas llegar a menos de 100 micras ni siquiera con una soplante.
El agua en cuestión se bombea fuera de la cámara de vacío y las tuberías cuando se aspira vacío en la cámara, condensándose en la bomba a medida que la presión del vapor de agua se eleva a la presión atmosférica cerca de la salida de la bomba de vacío.
Un solo mililitro de agua líquida se vaporizará para formar aproximadamente 1,24 litros de vapor a una temperatura y presión estándar (STP). Gobernado por la ley del gas ideal, cuando la presión baja, el volumen ocupado por el vapor aumenta. Si la presión cae de un millón de micras (presión atmosférica) a una micra, 1,2 litros de vapor de agua se convierten en 1,24 millones de litros de vapor de agua. (Como referencia, 1 ml de agua es aproximadamente el volumen de la punta del dedo debajo de la uña). Pregúntese cuántos ml de agua condensada hay dentro de la bomba de pistón en cualquier momento, ya sea en el fondo del depósito de aceite o en el interior de la bomba durante el funcionamiento.
Cada vez que la bomba pasa por un ciclo de compresión, se genera un vacío detrás del pistón. Cuando la presión caiga por debajo de la presión de destello, algún líquido se convertirá en vapor dentro de la bomba. Este vapor puede consumir hasta la mitad de su velocidad de bombeo y, en última instancia, es lo que le impide alcanzar el rendimiento de bombeo publicado.
Por qué no puede volver al rendimiento inicial de su bomba
Incluso si se cambia el aceite, el rendimiento de la bomba no se puede volver a alcanzar, ya que es imposible sacar todo el agua. A menudo, si la presión deseada es baja, por ejemplo, inferior a 20 micras, nunca lo logrará sin una soplante Roots encima de ella. Es incluso poco probable que alcance la presión con la soplante Roots. A menudo vemos casos en los que una combinación de bomba/soplante se basará en 50 micras o más, especialmente cuando el tiempo es húmedo. Esta es la razón por la que nunca recuperará el rendimiento que tenía la bomba de pistón cuando era nueva, incluso si cambia el aceite.
No puede extraer todo el agua a menos que haga funcionar la bomba en caliente con el lastre de gas activado para eliminar la humedad. El lastre de gas funciona a tiempo, pero el tiempo es exactamente lo que una línea de producción no tiene. El tiempo que espera a que su bomba esté lista es tiempo perdido, también conocido como tiempo de inactividad, el error más costoso.
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El agua no desaparecerá
Este es el gran problema. El vapor de agua ocupa una cantidad enorme de volumen a bajas presiones, al igual que otros gases. La parte complicada del agua es que se condensa fácilmente en superficies, especialmente en superficies metálicas, que están más frías de 1000 C (2120 F) cuando están abiertas a la atmósfera. Es absorbido por materiales higroscópicos como el polvo y los cloruros metálicos. A continuación, la bomba de vacío lo extrae del sistema, donde podría condensarse internamente.
Si tiene una bomba de vacío en seco que funciona lo suficientemente caliente internamente como para mantener el agua en estado de vapor, como la mayoría de ellas, el agua condensada nunca es un problema. Con la mayoría de las bombas secas, obtendrá el mismo rendimiento de bombeo el día 1000 que el primer día.
Desorción en su sistema de vacío
Hay otro impacto grave del vapor de agua en el rendimiento del vacío. El agua es una molécula polar, lo que significa que tiene una polaridad eléctrica de tamaño molecular. Esto hace que sea mucho más probable que se adhiera a una superficie incluso cuando no se condensa, y resiste la desorbción de la superficie más que los gases como el nitrógeno, el oxígeno o el argón. A medida que se profundiza en el vacío, es más probable que la molécula de agua se dessorba. Esto se considera desgasificación. Entonces, ¿por qué es un problema serio?
Cuando la presión cae por debajo de 100 micras, sigue habiendo mucho vapor de agua en las superficies de su sistema de vacío. Volviendo a la relación presión-volumen, 10 veces menos presión requiere 10 veces más velocidad de bombeo para lograrla.
Presión frente a tiempo
En términos generales, los medidores que funcionan en vacío medio tienen una mayor precisión que los que funcionan en vacío medio y ultraalto. Los medidores directos también son más precisos que los indirectos. Los manómetros directos suelen tener una precisión de entre el 0,2 y el 2 %, y su precisión disminuye a medida que cae la presión. Los medidores indirectos suelen variar entre el 10 % y el 30 % dependiendo del tipo de producto, pero tienen una precisión constante en todos sus rangos.
Por lo tanto, dependiendo de para qué vaya a utilizar el manómetro, deberá elegir el equilibrio adecuado entre la precisión deseada y la presión de funcionamiento.
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Comienzan con una caída de presión pronunciada y luego se aplanan donde la tasa de desgasificación es casi igual a la velocidad de bombeo (en el caso de la línea azul, la desgasificación es interna a la bomba).
La diferencia entre la curva verde y la ámbar es lo que puede esperar si utiliza una soplante para mejorar el rendimiento del sistema de bombeo. Ambos acortan el tiempo y logran un vacío más profundo. La diferencia entre la curva ámbar y la azul es un hueco similar, lo que muestra que una soplante puede mitigar la pérdida de rendimiento en la bomba de pistón. También significa que está perdiendo en gran medida los beneficios de la soplante debido a la condensación de agua en la bomba, lo que puede ser una sanción muy costosa. En el gráfico de tiempo anterior, puede ver que la combinación de bomba/soplador representada por la línea verde claro alcanza los 10 micras en unos 5 minutos, mientras que la curva ámbar que representa una bomba/soplador con aceite contaminado por agua tarda 35 minutos en alcanzar los 10 micras. Si tiene un ciclo de producción que dura 2 horas, se desperdician 30 minutos de esa hora esperando a que se alcance el vacío para iniciar el proceso. En el transcurso de un año de producción de 8000 horas, está desperdiciando 120 000 minutos de tiempo de producción, lo que equivale a una pérdida del 25 % en productividad. Ajustar sus requisitos de vacío a 20 micras es un gran paso si es compatible con su proceso, entonces la diferencia es de 9 minutos frente a 3 minutos. Sin embargo, en un año de 8000 horas, se están desperdiciando 72.000 minutos, o 1200 horas.
Uso de una bomba de vacío en seco para maximizar los resultados
Entonces, ¿qué puede hacer para minimizar los problemas asociados con el vapor de agua en su sistema de vacío? Bueno, puede eliminar la bomba de pistón rotativo o cualquier bomba de vacío preliminar con aceite en ella. Las bombas de vacío en seco como la Leybold DRYVAC funcionan muy calientes en el interior (hasta 1800C o 3560F), por lo que no condensarán agua en el interior de la bomba.
Esto elimina el problema de tener agua en la bomba de vacío. Puede expulsar el agua de las superficies de la cámara de vacío calentándola. De este modo, el set de extracción siempre bombea como si fuera nuevo y, por lo tanto, puede reducir el tiempo de bombeo, como se muestra en la ilustración anterior.
Uso de una bomba de vapor de aceite para acelerar el proceso
Una segunda opción es considerar una bomba de vapor de aceite como la Leybold OB 6000. Una bomba de vapor de aceite tendrá muchas veces la velocidad de bombeo de los sistemas de soplantes mecánicos a presiones inferiores a 15 micras. De hecho, un OB 6000 tiene más de cuatro veces la velocidad de bombeo de la bomba de curva azul ajustada a presiones inferiores a 15 micras. ¿Necesita más? Pruebe el OB 12000 o el OB 18000.
Cómo obtener los mejores resultados de extracción
Su mejor apuesta es ponerse en contacto con su gestor de cuentas local de Leybold para que evalúe su sistema y le aconseje sobre formas de lograr un mejor rendimiento.
¿Qué importancia tiene el tiempo de inactividad de la bomba? Todo el proceso se detiene hasta que se cumple el requisito de presión. El tiempo de inactividad de la bomba es dinero perdido, lo que significa tiempo perdido y menos producto producido. Se añade directamente al tiempo total del ciclo, lo que significa que obtendrá menos ciclos por semana y por año. Esto puede ser un gran impacto en su producción.
Si ya está acostumbrado a largos tiempos de inactividad de las bombas, podría ver un enorme aumento en su producción si realiza los cambios adecuados. El retorno de la inversión típico al actualizar a equipos de vacío de mejor rendimiento es inferior a seis meses.
