Principios de funcionamiento clave de las bombas de vacío preliminar 11 febrero 2021
Las bombas de vacío preliminar (también conocidas como vacío previo o vacío primario) se definen como aquellas que descargan a la presión atmosférica. También son necesarias para apoyar bombas secundarias o para alcanzar las condiciones iniciales para su funcionamiento. Hay dos tipos de bombas de vacío preliminar:
Bombas previas de funcionamiento en seco, como bombas scroll, de tornillo y de diafragma.
Bombas selladas con aceite, como las bombas de paletas rotativas.
En esta publicación del blog, examinaremos los principios de funcionamiento clave de las bombas de vacío preliminar comunes.
Bombas de diafragma
Las bombas de diafragma funcionan en el rango de vacío bajo y no alcanzan relaciones de compresión altas con una sola etapa. Pueden producir un rango de funcionamiento estándar desde la atmósfera hasta el rango de mbar bajo.
Estas bombas de vacío preliminar utilizan un diafragma que se mueve hacia atrás y hacia delante mediante una varilla. Este movimiento oscilante comprime el medio bombeado y activa las válvulas. A continuación, el gas entra a través de una válvula de entrada y, cuando el diafragma retrocede, la válvula se cierra y el gas se presuriza antes de ser expulsado a través de la válvula de salida.
El diafragma y las válvulas suelen estar hechos de politetrafluoroetileno (PTFE), lo que los hace resistentes a los agentes corrosivos y menos vulnerables a los daños por vapor. Dado que las bombas de diafragma están diseñadas para ser “secas”, proporcionan un vacío libre de hidrocarburos. Las bombas de diafragma son fáciles de mantener y adecuadas para bombear muchos gases y productos químicos de laboratorio. Tampoco utilizan aceite, lo que significa que sus costes operativos y de mantenimiento (sustituciones de diafragmas) son comparativamente bajos.
Bombas Roots multietapa
Las bombas Roots multietapa son bombas de vacío secas que se utilizan en sistemas de vacío bajo, medio, alto y ultraalto para producir condiciones “secas”. Combinan una serie de etapas de bomba Roots para superar las limitaciones de diferencia de presión de una sola etapa de bomba Roots.
Pueden comprimir la presión atmosférica hasta el rango bajo de 10-2 mbar y son una alternativa de bombeo en seco a las bombas scroll (donde se requiere un bombeo sin partículas).
Una bomba Roots multietapa puede constar de hasta ocho etapas y emplear varios juegos de rotores (en un eje compartido). La geometría de los rotores crea compresión, por lo que cada etapa produce una presión progresivamente mayor. De este modo, el producto de una etapa inferior es el “gas de alimentación” para la siguiente etapa superior (pero sin válvulas de interconexión). Son compactos y sufren poco o ningún desgaste, ya que no hay piezas en contacto. Dicho esto, el tiempo de montaje suele ser más largo y los proveedores pueden cobrar mayores costes de servicio.
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 de desplazamiento
Las bombas scroll son una de las pocas bombas que se emplean tradicionalmente en sistemas de vacío bajo (es decir, de 1000 mbar a 1 mbar) y medio (es decir, de 1 mbar a 10-3 mbar) y, sin embargo, ahora también se utilizan con frecuencia como bombas previas en sistemas de vacío alto y ultraalto (es decir, de 10-3 a 10-12 mbar).
Las bombas scroll constan de dos espirales enrolladas dentro de una carcasa de vacío, con una válvula de salida en el centro del conjunto de la espiral. Una espiral está fija mientras que la otra (la “órbita”) se mueve excéntricamente contra la otra, sin girar. El gas entra en el extremo abierto (exterior) de las espirales y, a medida que una de las espirales orbita, queda atrapado entre las espirales. A continuación, el gas se desplaza hacia el centro a medida que el vacío ocupado por el gas se “comprime y transporta” entre las dos espirales.
Cuando este “golpe” finito de gas se mueve hacia el centro, el volumen que ocupa disminuye y el gas cautivo se comprime continuamente hasta que se expulsa a presión a través de una válvula de retención en el centro de la carcasa. Aunque ninguna de las piezas móviles contenidas en la cámara requiere lubricación, los sellos de punta de PTFE están sujetos a desgaste y requerirán cambios periódicos.
Bombas de paletas rotativas
Las bombas de paletas rotativas son bombas de desplazamiento positivo húmedas, con el término “húmedas” que significa que la bomba utiliza aceite para sellar y lubricar.
Dado que estas bombas funcionan dentro de un rango de presión desde la atmósfera hasta aproximadamente 10-4 mbar, se consideran bombas previas ideales para cualquier tipo de bomba de vacío medio y alto. Mientras que el funcionamiento sellado con aceite es una desventaja para algunas aplicaciones, el uso de aceite facilita relaciones de compresión más altas, un mejor comportamiento de refrigeración interna y garantiza que la bomba sea resistente a la suciedad, el polvo y el condensado.
En una bomba de paletas rotativas sellada con aceite (o mecanismo de paletas secas), un rotor desplazado equipado con paletas se desliza dentro y fuera de la carcasa (es decir, en contacto) dentro de una cámara del estátor. Las paletas giran y atrapan una cantidad de gas que entra a través del puerto de entrada de la bomba, lo que a su vez reduce el volumen entre el rotor y el estátor. El gas comprimido resultante sale por el puerto de salida a la atmósfera.
Bombas de tornillo
Las bombas de tornillo son adecuadas para una amplia gama de aplicaciones industriales que producen cantidades considerables de polvo y condensado. Utilizan rotores de tornillo de rotación opuesta para atrapar el gas en el volumen entre los tornillos de sus rotores. Este vacío disminuye a medida que los tornillos giran, comprimiendo y desplazando el gas hacia el puerto de salida. También se utilizan con frecuencia como bombas de vacío previo para bombas Roots.
Las bombas de tornillo tienen numerosas facetas importantes: a pesar del microespacio entre los dos tornillos giratorios, no hay piezas de contacto ni necesidad de lubricación. Como resultado, no hay contaminación del medio bombeado. Además, el desgaste rotatorio es mínimo, tienen una alta tolerancia a las partículas y emplean altas velocidades de bombeo y bajas presiones finales.
Sin embargo, son menos adecuadas para el bombeo de gases ligeros y no se pueden reducir a velocidades de bombeo bajas. Los costes operativos y los requisitos de mantenimiento también son relativamente bajos.
Elección de la bomba de vacío preliminar adecuada para su aplicación
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