Cómo elegir una bomba auxiliar en función de la velocidad de bombeo
Asimismo, la bomba auxiliar también tiene que lidiar con la cantidad de gas o vapor transportada través de una bomba de alto vacío. Además, de usarse una bomba de alto vacío (una bomba de difusión o una bomba turbomolecular), nunca, bajo ningún concepto, debe superarse el límite de contrapresión, aun en periodos cortos. Si Q es la cantidad efectiva de gas o vapor bombeado por la bomba de alto vacío con una velocidad de bombeo efectiva de Sef a una presión de admisión pA, es necesario que la bomba auxiliar transporte dicha cantidad a una velocidad de bombeo SV a un valor de contrapresión pV. Para el caudal efectivo Q, debe aplicarse la siguiente ecuación de continuidad:
(2.41)
La velocidad de bombeo necesaria para la bomba auxiliar se calcula de la siguiente forma:
(2.41a)
Ejemplo de cómo calcular la velocidad de bombeo
Para una bomba de difusión con una velocidad de bombeo de 400 l/s, la velocidad de bombeo efectiva es el 50 % del valor indicado en el catálogo en caso de usarse un difusor de coraza. La contrapresión máxima admisible es de 2 · 10-1 mbar. La velocidad de bombeo mínima necesaria para la bomba auxiliar depende de la presión de admisión pA conforme a la Ecuación 2.41a.
A una presión de admisión de pA= 1 · 10-2 mbar, la velocidad de bombeo de la bomba de alto vacío indicada en el catálogo es de unos 100 l/s, cuyo 50 % son 50 l/s. Por lo tanto, la velocidad de bombeo de la bomba auxiliar debe ser de al menos
A una presión de admisión de pA = 1 · 10-3 mbar, la bomba auxiliar ya habrá alcanzado su velocidad de bombeo nominal de 400 l/s, con lo que la velocidad de bombeo efectiva ahora será de Sef = 200 l/s; por consiguiente, la velocidad de bombeo necesaria para la bomba auxiliar es de
Cómo elegir una bomba de vacío auxiliar en función de los rangos de presión
Si se va a utilizar la bomba de alto vacío para bombear vapores a entre 10-3 y 10-2 mbar, se debe utilizar una bomba auxiliar que ofrezca una velocidad de bombeo nominal de 12 m3/h, que en cualquier caso debe ser de una velocidad de bombeo de 9 m3/h a una presión de 2 · 10-1 mbar. Si no se van a bombear vapores, en la mayoría de los casos se hará una bomba de paletas rotativas de una etapa que funcione sin gas ballast. Si también se van a bombear componentes de vapor (aun escasos), se debe hacer uso siempre una bomba de gas de dos etapas como bomba auxiliar que ofrezca (también con gas ballast) la velocidad de bombeo necesaria a 2 · 10-1 mbar.
Si la bomba de alto vacío solo fuera a utilizarse a presiones de admisión inferiores a 10-3 mbar, bastará con una bomba auxiliar de menor envergadura; en el ejemplo indicado, se tratará de una bomba que ofrezca una velocidad de bombeo de 6 m3/h. Si las presiones de admisión continuas son incluso inferiores (por ejemplo, de menos de 10 -4 mbar), la velocidad de bombeo necesaria para la bomba auxiliar se puede calcular a partir de la Ecuación 2.41a de la siguiente manera:
Teóricamente, en este caso cabría usarse una bomba auxiliar de menor envergadura con una velocidad de bombeo de aproximadamente 1 m 3/h, pero en la práctica es necesario instalar una mayor, porque (en particular a la hora de poner en servicio un sistema de vacío) pueden producirse grandes cantidades de gas en periodos breves. El funcionamiento de la bomba de alto vacío se ve comprometido si estas cantidades de gas no pueden expulsarse por bombeo de inmediato por medio de la bomba auxiliar. Si se trabaja siempre a presiones de admisión muy bajas, se recomienda colocar un determinado volumen de sustancia de ballast (depósito de línea auxiliar o depósito de compensación) entre la bomba de alto vacío y la auxiliar. En tal caso, la bomba auxiliar solo deberá utilizarse en periodos cortos. No obstante, no debe superarse bajo ningún concepto la contrapresión admisible.
La envergadura del volumen que sirve de ballast depende de la cantidad total de gas que vaya a bombearse por unidad de tiempo. Si este valor es muy bajo, como norma general debe considerarse que un volumen de ballast de 0,5 l permite un tiempo de bombeo de 1 minuto con la bomba auxiliar aislada.
Para elegir el tamaño idóneo de la bomba auxiliar, en numerosas ocasiones puede hacerse uso de un método gráfico. En tal caso, el punto del que se parte es la característica de velocidad de bombeo de las bombas conforme a la Ecuación 2.41.
La velocidad de bombeo característica de una bomba se obtiene fácilmente de la velocidad de bombeo medida (caudal volumétrico) característica de la bomba, como en el ejemplo indicado para una bomba de difusión de 6000 l/s (véase la curva S de la Fig. 2.76). Para obtener la característica de caudal (la curva Q de la Fig. 2.76), se debe multiplicar cada valor de coordenada de S por su correspondiente valor de pA y trazarse con respecto a este valor. Por ejemplo, para una presión de admisión de bomba de difusión que no supere los 10-2 mbar, el caudal máximo es de 9,5 mbar · l/s.
Fig. 2.76: Diagrama para la elección de una bomba auxiliar adecuada por métodos gráficos.
a) Velocidad de bombeo característica de una bomba de difusión de 6000 l/s.
b) Serie de curvas de caudal para bombas de émbolo rotativo de dos etapas (V.B. = presión de vacío preliminar crítica)
Por lo tanto, la envergadura de la bomba auxiliar debe ser tal que esta sea capaz de alcanzar este caudal a una presión de admisión (de la bomba auxiliar) que sea igual o preferiblemente inferior a la contrapresión máxima permitida de la bomba de difusión, esto es, de 4 · 10-1 mbar para la bomba de difusión de 6000 l/s.
Una vez tenidas en cuenta las características de velocidad de bombeo de las bombas de émbolo rotativo de dos etapas disponibles en el mercado, se calcula la característica de caudal de cada bomba de forma similar a la empleada para encontrar la curva Q de la bomba de difusión en la Fig. 2.76 a. De este modo, se obtiene el grupo de curvas Q numeradas del 1 al 4 en la Fig. 2.76 b, en las que se toman como referencia 4 bombas de émbolo rotativo de dos etapas, de velocidades nominales de 200, 100, 50 y 25 m3/h, respectivamente. La contrapresión crítica de la bomba de difusión de 6000 l/s se indica mediante "V.B." (p = 4 · 10-1 mbar). En este momento, se indica el caudal máximo de Q = 9,5 mbar · l/s en forma de línea horizontal a. Esta línea interseca con las cuatro curvas de rendimiento. De derecha a izquierda, se obtiene el primer punto de intersección que corresponde a una presión de admisión inferior al valor de contrapresión crítica de 4 · 10-1 mbar mediante la característica de caudal 2. Este, a su vez, corresponde a la bomba de émbolo rotativo de dos etapas de 100 m3/h de velocidad de bombeo nominal. Por tanto, esta bomba es la unidad auxiliar correcta para la bomba de difusión de 6000 l/s conforme a lo presupuesto anteriormente.
No obstante, si el proceso de bombeo es tal que provoca que sea poco probable alcanzar el caudal máximo de 9,5 mbar · l/ s, es posible usar, como cabría esperar, una bomba auxiliar de menor envergadura. Por ejemplo, esta cuestión se hace obvia a partir de la línea b de la Fig. 2.76 b, que corresponde a un caudal máximo de tan solo 2 mbar l/ s. En tal caso, bastaría con usar una bomba de émbolo rotativo de dos etapas de 25 m3/h.
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Referencias
- Símbolos de vacío
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Símbolos de vacío
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Un glosario de símbolos comúnmente utilizados en diagramas de tecnología de vacío como representación visual de tipos y piezas de bombas en sistemas de bombeo
Glosario de unidades
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Una descripción general de las unidades de medida utilizadas en la tecnología de vacío y el significado de los símbolos, así como los equivalentes actuales de las unidades históricas
Referencias y fuentes
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Referencias, fuentes y lecturas adicionales relacionadas con los conocimientos fundamentales sobre la tecnología de vacío
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Referencias y fuentes
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