¿Cómo funciona una bomba de vacío?

El vacío es un espacio desprovisto de materia donde la presión gaseosa dentro de este volumen está por debajo de la presión atmosférica. La función principal de una bomba de vacío es cambiar la presión en un espacio contenido para crear un vacío completo o parcial, ya sea mecánica o química. La presión siempre intentará igualar a través de las regiones conectadas a medida que las moléculas de gas fluyan de alta a baja para llenar todo el área de ese volumen. Por lo tanto, si se introduce un nuevo espacio de baja presión, el gas fluirá naturalmente desde el área de alta presión al nuevo área de baja presión hasta que tengan la misma presión. Observe que este proceso de vacío no se crea no [chupando "gases sino empujando moléculas. Las bombas de vacío esencialmente mueven las moléculas de gas de una región a la siguiente para crear un vacío cambiando los estados de alta y baja presión.
Conceptos básicos de la bomba de vacío
A medida que las moléculas se eliminan del espacio de vacío, se vuelve exponencialmente más difícil eliminar las adicionales, lo que aumenta la potencia de vacío requerida. Los rangos de presión se colocan en varios grupos:
Vacú rugosa / baja: 1000 a 1 Mbar / 760 a 0.75 Torr
Vacú fina / mediana: 1 a 10-3 mbar / 0.75 a 7.5-3 torr
Alto vacío: 10-3 a 10-7 Mbar / 7.5-3 a 7.5-7 Torr
Vacío ultra alto: 10-7 a 10-11 Mbar / 7.5-7 a 7.5-11 Torr
Vacú extrema: <10-11 mbar / <7.5-11 torr
Las bombas de vacío se clasifican por el rango de presión que pueden lograr para ayudar a distinguir sus capacidades. Estas clasificaciones son:
Bombas primarias (respaldo) que manejan rangos de presión de vacío áspero y bajo.
Las bombas de refuerzo manejan rangos de presión baja y media.
Las bombas secundarias (altas vacías) manejan rangos de presión de vacío altos, muy altos y ultra altos.

Dependiendo de los requisitos de presión y la aplicación operativa, las tecnologías de la bomba de vacío se consideran húmedas o secas. Las bombas húmedas usan aceite o agua para lubricación y sellado, mientras que las bombas secas no tienen fluido en el espacio entre los mecanismos giratorios o las partes estáticas que se usan para aislar y comprimir las moléculas de gas. Sin lubricación, las bombas secas tienen tolerancia muy ajustada operando de manera efectiva sin desgaste. Veamos algunos de los métodos utilizados en una bomba de vacío.

Bombas de captura
Las bombas de captura, también denominadas bombas de atrapamiento, no tienen piezas móviles y se utilizan para aplicaciones que requieren presiones de vacío extremadamente altas. Sin partes móviles, las bombas de captura pueden crear un entorno de vacío utilizando dos métodos diferentes.
Criopump (seco, secundario): presión 7.5 x 10-10 torr, velocidad de bombeo 1200-4200 I/S
Uno de los métodos utilizados por las bombas de captura es atrapando las moléculas de gas a través de la criogénica para atrapar las moléculas de gas. Cryopumps usa tecnología criogénica para congelar o atrapar el gas a una superficie muy fría. Al usar temperaturas extremadamente frías, dibujan efectivamente moléculas hacia adentro para crear un vacío.
Bombas de iones de pulverización (seco, secundario): presión 7.5 x 10-12 torr, velocidad de bombeo 1,000 I/s
Las bombas de iones de pulverización utilizan campos altamente magnéticos y la ionización de las moléculas de gas para que sean eléctricamente conductores como método de atrapamiento. El campo magnético crea una nube de iones electropositivos que se depositan en un cátodo de titanio. En este proceso, los materiales químicamente activos se combinan con moléculas de gas para atraerlas y crear un vacío.

Bombas de transferencia
Las bombas de transferencia pueden funcionar utilizando dos tipos de métodos; Energía cinética o desplazamiento positivo. A diferencia de las bombas de captura, las bombas de transferencia están empujando las moléculas de gas fuera del espacio a través del sistema. Lo que tienen en común es que todos usan un método para empujar mecánicamente gas y aire a través del sistema a diferentes intervalos del sistema. Es común que las bombas de transferencia múltiples se usen juntas en paralelo para proporcionar un mayor vacío y caudal. También es común utilizar múltiples bombas de transferencia en un sistema para permitir la redundancia en caso de falla de una bomba.
Bombas cinéticas
Las bombas cinéticas usan el principio del impulso a través de los impulsores (cuchillas) o la introducción de vapor para empujar el gas hacia la salida.
Bomba turbomolecular (seca, secundaria): presión 7.5 x 10-11 Torr, velocidad de bombeo 10-50,000 I/s.
Todas las bombas cinéticas son bombas secundarias, ya que se utilizan para aplicaciones de alta presión. Un método seco es la bomba turbomolecular, que usa cuchillas giratorias de alta velocidad dentro de la cámara que impulsan las moléculas de gas. Transferir el impulso de las cuchillas giratorias a las moléculas de gas aumentando su velocidad de moverse hacia la salida. Estas bombas proporcionan bajas presiones y tienen bajas tasas de transferencia.
Bomba de difusión de vapor (húmedo, secundario): presión 7.5 x 10-11 torr, velocidad de bombeo 10-50,000 I/s.
La bomba de difusión de vapor Utilice vapor de aceite calentado de alta velocidad que usa energía cinética para arrastrar las moléculas de gas desde la entrada hasta la salida. No hay partes móviles y hay una presión reducida en la entrada.
Bombas de desplazamiento positivo
La otra forma de tipo de transferencia es el desplazamiento positivo. El principio básico de una bomba de desplazamiento positivo es expandir el volumen original en la cámara, se mueven pequeños volúmenes de gas aislados en diferentes etapas, comprimiendo a un volumen más pequeño y a una presión más alta expulsada al exterior. Estas bombas operan a rangos de presión más bajas y se clasifican bajo bombas primarias o de refuerzo e incorporan tecnologías húmedas o secas. Aquí están los diversos tipos de bombas de vacío primarias de desplazamiento positivo:
Bomba de paleta rotativa sellada de aceite (húmedo, primario): presión 1 x 10-3 mbar, velocidad de bombeo 0.7-275 m3/h (0.4-162 pies3/min)
Bombas de paletas rotativas selladas de aceite comprimen gases con un rotor montado excéntricamente que gira un conjunto de paletas. Debido a la fuerza centrífuga, estas paletas se deslizan y forman cámaras entre ellos y la vivienda. El medio bombeado está atrapado dentro de estas cámaras. Durante la rotación adicional, su volumen se reduce constantemente. De este modo, el medio bombeado se comprime y se transporta a la salida. Las bombas de vacío de paletas rotativas están disponibles en versiones de una sola y dos etapas.

Bomba de anillo de líquido (húmedo, primario): presión de 30 mbar, velocidad de bombeo 25 - 30,000 m3/h (15 - 17,700 pies3/min)
Las bombas de anillo líquido tienen un impulsor descentrado con paletas dobladas hacia la rotación que forman un anillo cilíndrico de líquido en movimiento alrededor de la carcasa de la aceleración centrífuga. Las paletas crean espacios en forma de media luna de diferentes tamaños a medida que giran y son sellados por el anillo líquido. Cerca de la succión o entrada, el volumen se hace mayor, lo que hace que la presión en cada uno caiga y dibuje en gas. A medida que gira, los volúmenes entre cada paleta disminuyen debido al impulsor posicionado excéntrico y la formación de anillos líquidos. Esto comprime el gas a medida que se descarga, creando un flujo continuo.

Bomba de diafragma (seca, primaria): presión de 5 x 10-8 mbar, velocidad de bombeo 0.6-10 m3/h (0.35-5.9 ft3/min)
Las bombas de diafragma son bombas de vacío de desplazamiento positivo. Un diafragma se encuentra sobre una varilla conectada a través del cigüeñal que mueve el diafragma verticalmente a medida que gira. Cuando el diafragma está en la posición baja, aumenta el volumen en la cámara, disminuye la presión y tira de las moléculas de aire en. A medida que el diafragma se mueve hacia arriba, el volumen disminuye y las moléculas de gas se comprimen mientras fluyen hacia la salida. Tanto las válvulas de entrada como las válvulas de salida se cargan para reaccionar a los cambios de presión.
Bomba de desplazamiento (seca, primaria): presión de 1 x 10-2 mbar, velocidad de bombeo 5.0-46 m3/h (3.0-27 pies3/min)
Las bombas de desplazamiento usan dos pergaminos no rotativos en un diseño espiral, donde el interno orbita y atrapa un gas en el espacio de volumen exterior. A medida que órbita, el volumen de gas se vuelve decretamente más pequeño y más pequeño, comprimirlo hasta que alcance el volumen mínimo y la presión máxima permitida y se expulse en la salida ubicada en el centro de la espiral.
Bombas de estilo Roots (seco, refuerzo): presión <10-3 torr, velocidad de bombeo 100,000 m3/h (58,860ft3/min)
Las bombas de raíz empujan el gas en una dirección a través de dos lóbulos que se combinan sin tocar a medida que el contador gira. Este contador giratorio crea una velocidad de flujo máximo a medida que el volumen aumenta en la entrada en la disminución simultáneamente en la salida que comprime la presión. Estas bombas están diseñadas para aplicaciones donde se requiere la eliminación de grandes volúmenes de gas.
Bombas de garras (seco, refuerzo): presión 1 x 10-3 mbar, velocidad de bombeo 100-800 m3/h (59-472 pies3/min)
Las bombas de garras tienen dos garras rotativas que countan giran. Son extremadamente eficientes, confiables y de bajo mantenimiento, y a menudo se usan en entornos industriales duros. Las garras vienen a menos de 2/1000`` entre sí, pero nunca se tocan. Este espacio libre mínimo entre las garras y la carcasa de la cámara optimiza el sello interno, eliminando el desgaste y la necesidad de lubricantes o aceites.

Bombas de tornillo (seco, refuerzo): presión 1 x 10-2 torr, velocidad de bombeo 750 m3/h (440 pies3/min)
Las bombas de tornillo utilizan dos tornillos giratorios colocados horizontalmente a lo largo del interior de una cámara, una zurda y otra derecha, que también se enciende sin contacto. Las moléculas de gas introducidas en un extremo están atrapadas entre los dos tornillos, y a medida que giran en direcciones opuestas, el gas se empuja hacia el espacio con un volumen decreciente, comprimidos a medida que alcanza la salida y crea una presión reducida por la entrada.

Conclusión
Como puede ver, determinar qué bomba de vacío puede necesitar para su proceso de eliminación de gas puede variar en muchos factores. Estos incluyen rangos de presión y velocidad de bombeo, caudal, aplicación de tipo de gas, tamaño de volumen, esperanza de vida y la ubicación de su sistema. Esta puede ser una tarea desalentadora que puede llevar mucho tiempo y costoso, si no se elige, correcto. Anderson Process puede hacer que este proceso de selección sea simple con conocimiento experto, una amplia gama de bombas y inventario de equipos e instalaciones completas de ingeniería y fabricación si su sistema requiere una solución fabricada personalizada.
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