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Conocimientos básicos de la bomba de vacío

Una bomba de vacío es un dispositivo que extrae moléculas de gas de un volumen sellado y mantiene un vacío parcial. Su función principal es crear un vacío relativo dentro de un volumen o volúmenes determinados. Existen muchos tipos de bombas de vacío. Este artículo describirá su funcionamiento, sus tipos y sus aplicaciones.

Cómo funciona

Una bomba de vacío es un dispositivo mecánico que extrae gas de un sistema aplicándolo a una presión superior a la de la atmósfera circundante. Su principio de funcionamiento se basa en el principio de transferencia y atrapamiento de gases. Las bombas de vacío se clasifican según su nivel de vacío y la cantidad de moléculas que pueden extraer por centímetro cúbico de espacio. En vacíos medios y altos, el flujo viscoso se produce cuando las moléculas de gas colisionan entre sí. El aumento del vacío provoca un flujo molecular o de transición.
Una bomba de vacío tiene varios componentes que la convierten en una herramienta versátil. Uno de los componentes principales es el motor, que consta de un rotor y un estator. El rotor y el estator contienen bobinas que generan un campo magnético al ser excitados. Ambas piezas deben montarse sobre una base que soporte el peso de la bomba. También cuenta con un drenaje de aceite que lo hace circular por todo el sistema para lubricación y refrigeración.
Otro tipo de bomba de vacío es la bomba de vacío de anillo líquido. Funciona colocando el impulsor por encima o por debajo de las aspas. Las bombas de anillo líquido también pueden ajustar la velocidad del impulsor. Sin embargo, si planea utilizar este tipo de bomba, es recomendable consultar con un especialista.
Las bombas de vacío funcionan desplazando moléculas de gas a zonas de mayor o menor presión. A medida que la presión disminuye, la eliminación de las moléculas se vuelve más difícil. Los sistemas de vacío industriales requieren bombas capaces de operar en el rango de 1 a 10⁻¹ Torr.

Tipo

Existen diferentes tipos de bombas de vacío. Se utilizan en diversas aplicaciones, como en laboratorios. Su principal objetivo es extraer moléculas de aire o gas de la cámara de vacío. Cada tipo de bomba utiliza diferentes técnicas para lograrlo. Algunas utilizan desplazamiento positivo, mientras que otras emplean técnicas de anillo líquido, transferencia molecular y atrapamiento.
Algunas de estas bombas se utilizan en procesos industriales, como la fabricación de tubos de vacío, tubos de rayos catódicos (TRC), lámparas eléctricas y el procesamiento de semiconductores. También se emplean en vehículos de motor para impulsar componentes hidráulicos y aeronaves. El giroscopio suele controlarse mediante estas bombas. En algunos casos, también se utilizan en entornos médicos.
El funcionamiento de una bomba de vacío depende del tipo de gas que se bombea. Existen tres tipos principales: de desplazamiento positivo, de desplazamiento negativo y de transferencia de momento. Según el tipo de lubricación, estos principios pueden subdividirse en diferentes tipos de bombas. Por ejemplo, las bombas de vacío secas son menos sensibles a los gases y vapores.
Otro tipo de bomba de vacío se denomina bomba rotativa de paletas. Este tipo de bomba consta de dos componentes principales: el rotor y la cámara de vacío. Estas bombas funcionan girando piezas móviles contra la carcasa. Las superficies de contacto de las bombas rotativas están diseñadas con holguras mínimas para evitar fugas de fluido hacia el lado de baja presión. Son adecuadas para aplicaciones de vacío que requieren baja pulsación y un caudal continuo elevado. Sin embargo, no son aptas para su uso con medios de molienda.
Existen muchos tipos de bombas de vacío y es importante elegir la adecuada para su aplicación. El tipo de bomba depende de las necesidades y la finalidad del sistema. Las más grandes pueden funcionar de forma continua, mientras que las más pequeñas son más adecuadas para uso intermitente.

Aplicar

Las bombas de vacío se utilizan en diversos procesos industriales y científicos. Por ejemplo, se emplean en la producción de tubos de vacío, CRT y lámparas eléctricas. También se emplean en el procesamiento de semiconductores. También se utilizan como soportes mecánicos para otros equipos. Por ejemplo, puede haber varias bombas de vacío en el motor de un vehículo que impulsa los componentes hidráulicos de una aeronave. Además, se utilizan a menudo en la investigación sobre la fusión.
El tipo más común de bomba de vacío utilizada en el laboratorio es la bomba de paletas rotativas. Funciona dirigiendo el flujo de aire a través de una serie de álabes giratorios en una carcasa circular. Al atravesar la carcasa, los álabes extraen el gas de la cavidad y crean vacío. Las bombas rotativas suelen ser de una o dos etapas y admiten presiones de entre 10 y 6 bar. Además, ofrecen una alta velocidad de bombeo.
Las bombas de vacío también se utilizan para fabricar células solares en obleas. Esto implica diversos procesos, como el dopaje, la difusión, el grabado en seco, la deposición química de vapor asistida por plasma y la generación de polvo a granel. Estas aplicaciones dependen del tipo de bomba de vacío utilizada en el proceso, y la bomba de vacío elegida debe estar diseñada para el entorno.
Si bien existen varios tipos de bombas de vacío, sus principios básicos de funcionamiento son los mismos. Cada una tiene diferentes funciones y capacidades, según el tipo de vacío. Generalmente se dividen en bombas de desplazamiento positivo, bombas de paletas rotativas, bombas de anillo líquido y bombas de suministro molecular.

Mantenimiento

El responsable del mantenimiento general y las reparaciones es el Investigador Principal (IP). El Investigador Principal (IP) y el personal de laboratorio correspondiente deben seguir y aprobar las Agknxs. Estas Agknxs proporcionan directrices para el mantenimiento rutinario de las bombas de vacío. Las Agknxs no sustituyen las inspecciones rutinarias detalladas de las bombas de vacío, que deben ser realizadas por personal de servicio certificado/calificado. Si el dispositivo falla, el usuario debe contactar al Investigador Principal o al RP para obtener asistencia.
Primero, revise la bomba de vacío para detectar piezas sueltas. Asegúrese de que los manómetros de entrada y salida estén abiertos. Cuando se muestre la presión correcta, abra la válvula de compuerta. También revise la carga y el caudal de la bomba de vacío. El caudal y la carga deben estar dentro del rango indicado en la etiqueta. La temperatura del cojinete debe estar dentro de los 35 °F y la temperatura máxima no debe superar los 80 °F. El buje de la bomba de vacío debe reemplazarse si presenta desgaste excesivo.
Si la bomba de vacío ha experimentado varias condiciones de funcionamiento anormales, se debe realizar una prueba de rendimiento. Los resultados se deben comparar con los valores de referencia para identificar anomalías. Para evitar fallos prematuros de la bomba, es esencial un enfoque sistemático de mantenimiento predictivo. Este es un área relativamente nueva en la industria de los semiconductores, pero las principales empresas de semiconductores y los principales proveedores de bombas de vacío aún no han desarrollado un enfoque uniforme.
Se propone un método simplificado de prueba de vaciado por bombeo para evaluar el rendimiento de las bombas de vacío. El método incluye pruebas de campo de aireación simuladas y cuatro indicadores de rendimiento de la bomba. Las métricas de rendimiento se evalúan en condiciones de prueba con carga de gas, en reposo y dependientes de la carga de gas.

Costo

El coste total de una bomba de vacío consta de dos componentes principales: la inversión inicial y los costes de mantenimiento continuo. Este último es el componente más caro, ya que consume entre cuatro y cinco veces la inversión inicial. Por lo tanto, elegir un modelo más eficiente energéticamente es una buena manera de reducir el coste total del sistema y el periodo de amortización.
El costo inicial de una bomba de vacío es de aproximadamente $786. Las bombas de paletas rotativas lubricadas con aceite son las más económicas, mientras que las bombas de paletas rotativas sin aceite son ligeramente más caras. Las bombas sin contacto también son ligeramente más caras. El costo de una bomba de vacío no es alto, pero es un factor que debe considerarse cuidadosamente.
Al elegir una bomba de vacío, es importante considerar el tipo de gas que se bombea. Algunas bombas solo son aptas para bombear aire, mientras que otras están diseñadas para bombear helio. El aire sin aceite tiene un perfil de caudal diferente al del aire. Por lo tanto, es necesario considerar las características del medio para garantizar que la bomba cumpla con sus requisitos. El costo de una bomba de vacío puede ser mucho mayor que el precio de compra, ya que los costos diarios de funcionamiento y mantenimiento pueden ser mucho mayores.
Las bombas de vacío lubricadas suelen ser más duraderas y económicas, pero pueden requerir mayor mantenimiento. El costo del mantenimiento dependerá del tipo de gas que se bombee. Los gases más ligeros deben bombearse lentamente, mientras que los más pesados ​​deben bombearse más rápido. El mantenimiento de una bomba de vacío también depende de la frecuencia con la que necesite lubricarse.
Las bombas de vacío de diafragma requieren mantenimiento y cambios de aceite regulares. El aceite de la bomba de diafragma debe cambiarse cada 3000 horas de uso. Además, la bomba es resistente a los productos químicos y a la corrosión, por lo que puede utilizarse con productos ácidos y viscosos.

Editor por CX 17/10/2023