Principios de funcionamiento de las bombas de vacío alto y ultraalto 15 de enero de 2021
Los niveles de alto vacío (HV) y ultraalto vacío (UHV) solo se pueden obtener de forma eficaz y eficiente utilizando una bomba principal que tenga las capacidades funcionales. La elección de la bomba que se va a utilizar depende de varios factores, como el ruido/vibración, el coste (inicial y continuo), la tolerancia a la contaminación, la huella, los programas de mantenimiento y la resistencia a los golpes.
En esta publicación del blog, examinaremos los principios de funcionamiento de las bombas HV y UHV para ayudarle a tomar una decisión informada.
Bombas turbomoleculares: principios de funcionamiento
Las bombas turbomoleculares (TMP) son unidades cinéticas que utilizan un rotor giratorio de alta velocidad (normalmente entre 24 000 y 90 000 rpm). Sus partes de trabajo son similares a una turbina de varias palas, con pares de etapas de rotor/estator a lo largo del eje.
Las TMP transfieren el impacto de alta velocidad de sus paletas directamente a las moléculas de gas, lo que cambia el movimiento de estas moléculas y las “empuja” hacia la “salida” de la bomba. Como su nombre indica, las TMP suelen funcionar en el rango de flujo molecular entre 10-3 y 10-11 mbar. Cuando se combina con un mecanismo de bombeo de arrastre, este rango se puede ampliar a 10-2 mbar. Dado que no pueden comprimirse contra la presión atmosférica, todas las bombas TMP requieren bombas previas adecuadas. Las bombas previas comunes son bombas de paletas rotativas o bombas secas, como bombas scroll o bombas Roots multietapa.
Existen varios conceptos de rodamientos para TMP, siendo el más común:
- Diseño de rodamiento levitado magnético totalmente activo (5 ejes)
- Diseño de cojinetes mecánicos
- Combinación de un diseño de rodamiento magnético y mecánico pasivo
Bombas getter de iones: principios de funcionamiento
Las bombas getter de iones (también conocidas como bombas de iones de pulverización catódica o bombas de iones) producen UHV sin la ayuda de piezas o válvulas móviles. El bombeo inicial, normalmente gestionado por una combinación de bombas turbomoleculares, se utiliza para eliminar el gas a granel hasta que el vacío caiga a aproximadamente 10-4 mbar o menos.
Después de eliminar el gas a granel, se aplica una alta tensión (entre 4000 y 7000 voltios) a través del conjunto del elemento. Esto “tira” los electrones hacia el conjunto de ánodo-tubo cilíndrico. Los electrones están unidos en trayectorias helicoidales estrechas por un imán permanente (de 0,12 Tesla de intensidad de campo) situado fuera de la cámara de vacío, formando así una descarga de plasma.
Los iones creados luego bombardean la placa del cátodo de titanio, y el bombeo de iones moleculares/gaseosos puede producirse a través de la implantación (fisiabsorción). El bombardeo provoca la pulverización catódica de átomos de titanio desde la red de cátodos, lo que provoca depósitos en las superficies circundantes de la película pulverizada. Esta película produce el bombeo mediante goteo (es decir, la quimiosorción de moléculas de gas).
Bombas criogénicas: principios de funcionamiento
Las bombas criogénicas funcionan condensando o absorbiendo gases en superficies frías. Las bajas temperaturas requeridas se proporcionan típicamente por un cabezal frío de dos etapas, donde la primera etapa generalmente alcanza temperaturas de entre 50 y 80 K en los paneles criogénicos, y aproximadamente 10 K en la segunda etapa.
Un blindaje de radiación térmica con el deflector está estrechamente vinculado a la primera etapa del cabezal frío, donde se condensan principalmente H20 y CO2. Los gases restantes penetran en el deflector, donde gases como N2, O2 o Ar se condensarán en la segunda etapa. H2, He y Ne no pueden ser bombeados por los paneles criogénicos, pero serán adsorbidos por el carbón activado recubierto en el interior de los paneles criogénicos unidos a la segunda etapa. La principal ventaja de una bomba criogénica es su alta eficiencia de bombeo, que acelera la velocidad de bombeo del vapor de agua.
Bombas de difusión: principios de funcionamiento
Las bombas de difusión utilizan un chorro de vapor de alta velocidad para dirigir las moléculas de gas desde el cuello de la bomba hacia la parte inferior de la bomba y fuera del escape. Las bombas de difusión producen presiones de < 10-7 mbar, lo que las hace ideales tanto para uso industrial como para investigación.
Las bombas de difusión funcionan con un aceite de baja presión de vapor, normalmente aceite de silicona o éteres polifenílicos. Se genera un chorro de alta velocidad al hervir este aceite y dirigir el vapor a través de una boquilla de chorro, donde el flujo gaseoso cambia de laminar a supersónico y molecular, con varios chorros que se utilizan frecuentemente en serie. El exterior de la bomba de difusión se enfría mediante un flujo de aire o una camisa de agua. A medida que el chorro de vapor golpea la cámara exterior y enfriada de la bomba, el vapor se condensa y se recupera antes de volver a la caldera.
Las bombas de difusión no tienen piezas móviles y son duraderas y fiables. Sin embargo, una desventaja importante de las bombas de difusión es la tendencia a que el aceite retroceda hacia la cámara de vacío. Esto puede provocar sedimentos carbonosos o silicosos. Debido a esta retroalimentación, las bombas de difusión de aceite no son adecuadas para equipos analíticos altamente sensibles ni para otras aplicaciones que requieran un entorno de vacío extremadamente limpio (aunque se pueden emplear deflectores para mitigar este efecto).
