Bombas de Vacío: Tipos, Aplicaciones y Cómo Funcionan

Una bomba de vacío es un dispositivo que elimina las moléculas de gas de una cámara o contenedor sellado, creando un vacío parcial o completo. Las bombas de vacío se utilizan ampliamente en diversas industrias y campos de investigación, como la aeroespacial, electrónica, metalurgia, química, medicina y biotecnología. Las bombas de vacío también se pueden usar para aplicaciones como el envasado al vacío, el formado al vacío, el recubrimiento al vacío, el secado al vacío y la filtración al vacío.

En este artículo, explicaremos qué son las bombas de vacío, cómo funcionan, cuáles son sus principales características y tipos, y algunas de sus aplicaciones comunes.

¿Qué es una bomba de vacío?

Una bomba de vacío se define como un dispositivo que reduce la presión dentro de una cámara o contenedor eliminando las moléculas de gas de ella. El grado de vacío logrado por una bomba de vacío depende de varios factores, como el diseño de la bomba, el tipo de gas que se está bombeando, el volumen de la cámara, la temperatura del gas y la tasa de fuga del sistema.

La primera bomba de vacío fue inventada por Otto von Guericke en 1650. Demostró su dispositivo usando dos hemisferios que fueron evacuados por su bomba y luego unidos. Mostró que incluso equipos de caballos no podían separarlos debido a la presión atmosférica que actuaba sobre ellos. Posteriormente, Robert Boyle y Robert Hooke mejoraron el diseño de Guericke y realizaron experimentos sobre las propiedades del vacío.

¿Cuáles son las principales características de una bomba de vacío?

Hay tres características principales que caracterizan una bomba de vacío:

• Presión de escape

• Grado de vacío

• Velocidad de bombeo

Presión de escape

La presión de escape es la presión medida en la salida de la bomba. Puede ser igual o menor que la presión atmosférica. Diferentes bombas de vacío están calificadas para diferentes presiones de escape. Normalmente, las bombas para crear alto vacío tienen baja presión de escape. Por ejemplo, para crear un vacío muy alto de 10-4 o 10-7 Torr (una unidad de presión), se requiere una presión de escape muy baja de la bomba.

Algunas bombas de alto vacío requieren una bomba de respaldo para mantener una baja presión de escape antes de que puedan operar. La bomba de respaldo puede ser otro tipo de bomba de vacío o un compresor. La presión creada por la bomba de respaldo se llama presión de respaldo o presión previa.

Grado de vacío

El grado de vacío es la presión mínima que puede crear una bomba de vacío dentro de una cámara o contenedor. También se conoce como presión final o presión base. Teóricamente, es imposible crear un vacío absoluto (presión cero) dentro de una cámara, pero prácticamente es posible crear una presión muy baja de aproximadamente 10-13 Torr o inferior.

El grado de vacío logrado por una bomba de vacío depende de varios factores, como el diseño de la bomba, el tipo de gas que se está bombeando, el volumen de la cámara, la temperatura del gas y la tasa de fuga del sistema.

Velocidad de bombeo

La velocidad de bombeo se define como la tasa a la que una bomba puede eliminar las moléculas de gas de una cámara o contenedor a una presión dada. Se mide en unidades de volumen por tiempo, como litros por segundo (L/s), pies cúbicos por minuto (CFM) o metros cúbicos por hora (m3/h). La velocidad de bombeo también se conoce como capacidad de succión o caudal.

La velocidad de bombeo depende de varios factores, como el diseño de la bomba, el tipo de gas que se está bombeando, la diferencia de presión entre la entrada y la salida de la bomba, y la conductancia del sistema.

¿Cuáles son los tipos de bombas de vacío?

Existen muchos tipos de bombas de vacío disponibles en el mercado. Se pueden clasificar en dos categorías principales: bombas de desplazamiento positivo y bombas cinéticas.

Bombas de desplazamiento positivo

Las bombas de desplazamiento positivo funcionan atrapando un volumen fijo de gas en la entrada y luego comprimiéndolo a una mayor presión en la salida. Pueden crear vacíos bajos a medios (hasta 10-3 Torr). Algunos ejemplos de bombas de desplazamiento positivo son:

• Bombas de paletas rotativas

• Bombas de pistón

• Bombas de diafragma

• Bombas de tornillo

• Bombas de scroll

• Sopladores Roots

Bombas de paletas rotativas

Las bombas de paletas rotativas son uno de los tipos más comunes de bombas de desplazamiento positivo.

Consisten en un rotor cilíndrico con paletas radiales que se deslizan hacia adentro y hacia afuera a medida que el rotor gira dentro de un estator. Las paletas dividen el espacio entre el rotor y el estator en cámaras que cambian de volumen a medida que se mueven desde la entrada hasta la salida. A medida que una cámara se mueve desde la entrada hasta la salida, atrapa gas a baja presión y luego lo comprime a alta presión antes de liberarlo a la salida.

Las bombas de paletas rotativas pueden ser selladas con aceite o secas.

Las bombas de paletas rotativas selladas con aceite utilizan aceite como lubricante y sellador entre las paletas y el estator. El aceite también ayuda a enfriar y eliminar algunas moléculas de gas del sistema. Las bombas de paletas rotativas secas no utilizan aceite, sino que confían en otros materiales o revestimientos para reducir la fricción y el desgaste entre las paletas y el estator.

Las bombas de paletas rotativas pueden crear vacíos de hasta 10-3 Torr con velocidades de bombeo que van desde 0.5 a 1000 L/s.

Bombas de pistón

Las bombas de pistón son otro tipo de bomba de desplazamiento positivo que utilizan uno o más pistones para comprimir gas dentro de cilindros. Los pistones se mueven hacia adelante y hacia atrás dentro de cilindros que tienen válvulas en ambos extremos para controlar el flujo de gas. A medida que un pistón se mueve hacia adelante, empuja gas fuera de un extremo de su cilindro mientras aspira gas desde otro extremo a través de una válvula de entrada. A medida que se mueve hacia atrás, cierra su válvula de entrada mientras abre su válvula de salida para liberar gas comprimido.

Las bombas de pistón pueden ser de una sola etapa o de varias etapas. Las bombas de pistón de una sola etapa tienen solo un cilindro por pistón, mientras que las bombas de pistón de varias etapas tienen dos o más cilindros conectados en serie por pistón. Las bombas de pistón de varias etapas pueden crear vacíos más altos que las bombas de pistón de una sola etapa al comprimir el gas varias veces antes de liberarlo.

Las bombas de pistón pueden crear vacíos de hasta 10-3 Torr con velocidades de bombeo que van desde 1 a 1000 L/s.

Bombas de diafragma

Las bombas de diafragma son otro tipo de bomba de desplazamiento positivo que utilizan diafragmas flexibles para comprimir gas dentro de cámaras. Los diafragmas están unidos a varillas que se mueven hacia adelante y hacia atrás mediante un motor eléctrico o un eje excéntrico. A medida que un diafragma se mueve hacia adelante, empuja gas fuera de su cámara a través de una válvula de salida mientras aspira gas desde otra cámara a través de una válvula de entrada. A medida que se mueve hacia atrás, cierra su válvula de salida mientras abre su válvula de entrada para permitir el flujo de gas.

Las bombas de diafragma son bombas secas que no utilizan aceite u otros fluidos como lubricantes o selladores. Son adecuadas para bombear gases corrosivos, inflamables o sensibles que no pueden contaminarse con aceite. También pueden operar en cualquier orientación sin afectar su rendimiento.

Las bombas de diafragma pueden crear vacíos de hasta 10-3 Torr con velocidades de bombeo que van desde 0.1 a 100 L/s.

Bombas de tornillo

Las bombas de tornillo son otro tipo de bomba de desplazamiento positivo que utilizan dos tornillos entrelazados para comprimir gas dentro de cámaras. Los tornillos giran en direcciones opuestas dentro de alojamientos cilíndricos que tienen puertos de entrada y salida en ambos extremos. A medida que los tornillos giran, mueven el gas a lo largo de sus hilos desde la entrada hasta la salida mientras reducen su volumen e incrementan su presión.

Las bombas de tornillo pueden ser selladas con aceite o secas. Las bombas de tornillo selladas con aceite utilizan aceite como lubricante y sellador entre los tornillos y los alojamientos. El aceite también ayuda a enfriar y eliminar algunas moléculas de gas del sistema. Las bombas de tornillo secas no utilizan aceite, sino que confían en otros materiales o revestimientos para reducir la fricción y el desgaste entre los tornillos y los alojamientos.

Las bombas de tornillo pueden crear vacíos de hasta 10-3 Torr con velocidades de bombeo que van desde 10 a 1000 L/s.