Guía definitiva para seleccionar y calcular bombas de vacío

¿Alguna vez se ha preguntado cómo seleccionar la bomba de vacío adecuada para su aplicación? En esta entrada del blog, nos sumergiremos en el fascinante mundo de la tecnología de vacío y exploraremos los factores clave que hay que tener en cuenta a la hora de elegir una bomba de vacío. Nuestro ingeniero mecánico experto le guiará a través de las complejidades de los niveles de vacío, la capacidad de bombeo y la compatibilidad de los medios. Prepárese para obtener información valiosa que le ayudará a tomar una decisión informada y a optimizar el rendimiento de su sistema de vacío.

Índice

Vacío

El vacío, en teoría, se refiere a la ausencia de sustancia en el interior del volumen. (En realidad, el vacío verdadero no existe.) Normalmente, cualquier presión de gas inferior a la presión atmosférica normal (101325 Pa) dentro de un recipiente se denomina estado de vacío.

Grado de vacío

El grado de vacío indica el grado de dispersión del gas en condiciones de vacío, normalmente expresado en términos de valores de presión.

En las aplicaciones prácticas, existen dos tipos de grados de vacío: vacío absoluto y vacío relativo. El valor leído en el vacuómetro se denomina grado de vacío.

El valor del grado de vacío representa el valor real de la presión del sistema es inferior al valor de la presión atmosférica, y el valor que aparece en el manómetro también se denomina presión manométrica.

La industria también se refiere a ella como presión relativa final, es decir, Grado de vacío = presión atmosférica - presión absoluta (la presión atmosférica se toma generalmente como 101325Pa, la presión absoluta final de la bomba de vacío de anillo de agua es de 3300Pa, y la presión absoluta final de la bomba de vacío de paletas rotativas es de aproximadamente 10Pa).

Vacío absoluto y vacío relativo

Presión relativa final

La presión relativa se refiere al grado de dispersión del gas dentro de un recipiente en comparación con la presión atmosférica. Representa el valor real de la presión del sistema que es inferior al valor de la presión atmosférica.

Dado que el aire del interior del recipiente se bombea hacia el exterior, la presión interna es siempre inferior a la externa.

Por lo tanto, cuando se utiliza la presión relativa o la presión manométrica para representarla, el valor debe ir precedido de un signo negativo para indicar que la presión interna del recipiente es inferior a la presión externa.

Presión absoluta máxima

La presión absoluta final se refiere a la diferencia entre la presión absoluta dentro de un recipiente y la presión teórica de vacío (que tiene un valor de presión de 0 Pa).

Debido a limitaciones técnicas, es imposible bombear la presión interna de un recipiente hasta el valor de vacío absoluto de 0 Pa.

Por lo tanto, el valor de vacío alcanzado por una bomba de vacío es siempre superior al valor de vacío teórico. Cuando se utiliza el vacío absoluto para expresar este valor, no es necesario el signo negativo.

Por ejemplo, si el grado de vacío de un dispositivo está marcado como 0,098 MPa, en realidad es de -0,098 MPa.

Capacidad de bombeo

La capacidad de bombeo es un factor de medición de la velocidad de bombeo de una bomba de vacío, que suele expresarse en unidades de L/s y m³/h.

Compensa la tasa de fugas del sistema. Es fácil comprender por qué una bomba de vacío con gran capacidad de bombeo puede alcanzar fácilmente el grado de vacío deseado, mientras que una bomba de vacío con baja capacidad de bombeo puede ser lenta o incapaz de alcanzar el grado de vacío deseado al bombear el mismo volumen de recipiente.

Esto se debe a que es imposible que la tubería o el contenedor impidan completamente las fugas de gas, y la elevada capacidad de bombeo compensa la disminución del vacío debida a las fugas.

Por lo tanto, una bomba de vacío de alta capacidad de bombeo puede alcanzar fácilmente el grado de vacío ideal.

Se recomienda que, al calcular la capacidad de bombeo teórica, se elija una bomba de vacío con una capacidad de bombeo superior si es posible. A continuación se presenta la fórmula para calcular la capacidad de bombeo.

Los métodos de conversión entre Pa, KPa, MPa, mbar, bar, mmH2O, Psi se muestran en la siguiente tabla:

Tabla de conversión de las unidades de presión más utilizadas en los laboratorios

UnidadesPaKPaMPabarmbarmmH2OmmHgp.d.i
Pa110-310-610-510-2101.97×10-37.5×10-30.15×10-3
KPa103110-310-210101.977.50.15
MPa105103110104101.97×1037.5×1030.15×103
bar10510210-1110310.2×103750.0614.5
 mbar10210-110-410-3110.20.7514.5×10-3
mmH2O10-19.807×10-39.807×10-698.07×10-698.07×10-3173.56×1031.42×10-3
mmHg9.807×10-3133.32×10-3133.32×10-61.33×10-31.3313.6119.34×10-3
p.d.i133.32×10-36.896.89×10-368.95×10-368.95703.0751.711

Selección de bombas de vacío

1. El grado de vacío necesario para el proceso

La presión de trabajo de la bomba de vacío debe cumplir los requisitos del proceso, y el grado de vacío seleccionado debe ser de la mitad a un orden de magnitud superior al del equipo de vacío. (Por ejemplo, si el grado de vacío requerido en presión absoluta es de 100 Pa, el grado de vacío de la bomba de vacío seleccionada debe ser de al menos 50-10 Pa).

Si el requisito de presión absoluta es superior a 3300 Pa, debe darse prioridad a una bomba de vacío de anillo de agua como dispositivo de vacío. Si el requisito de presión absoluta es inferior a 3300 Pa, deberá seleccionarse como dispositivo de obtención de vacío una bomba de vacío rotativa de paletas o una bomba de vacío con un nivel de vacío superior.

2. La capacidad de bombeo necesaria para el proceso

La bomba de vacío requiere una velocidad de bombeo (es decir, la capacidad de la bomba de vacío para descargar gas, líquido y sustancias sólidas bajo su presión de trabajo), normalmente expresada en unidades de m³/h, L/s y m³/min.

El método de cálculo específico puede calcularse a partir de la siguiente fórmula de selección. Por supuesto, la selección de bombas de vacío es un proceso exhaustivo en el que intervienen la experiencia relacionada y otros factores.

S=(V/t)×ln(P1/P2)

  • S - velocidad de bombeo de la bomba de vacío (en L/s).
  • V - el volumen de la cámara de vacío (en L).
  • t - el tiempo necesario para alcanzar el grado de vacío requerido (en s).
  • P1 - la presión inicial (en Pa).
  • P2 - la presión requerida (en Pa).

3. Determinación de la composición del objeto bombeado

En primer lugar, es necesario determinar si el objeto que se bombea es gas, líquido o partículas.

Si el gas que se bombea contiene impurezas como vapor de agua o una pequeña cantidad de partículas y polvo, debe seleccionarse con precaución una bomba de vacío rotativa de paletas.

Si se requiere un alto grado de vacío, debe añadirse un dispositivo de filtrado para filtrar las impurezas antes de utilizar una bomba de vacío rotativa de paletas.

En segundo lugar, es importante saber si el objeto que se bombea es corrosivo (ácido o alcalino, ¿cuál es el valor de pH?). Si el gas contiene factores corrosivos como ácidos y bases o corrosión orgánica, debe filtrarse o neutralizarse antes de seleccionar una bomba de vacío rotativa de paletas.

En tercer lugar, hay que tener en cuenta si el objeto bombeado contaminará productos de caucho o aceite. Deben seleccionarse diferentes equipos de vacío para diferentes medios bombeados. Si el gas contiene una gran cantidad de vapor, partículas y gases corrosivos, debe instalarse un dispositivo auxiliar adecuado en la tubería de entrada de la bomba, como un condensador, un filtro, etc. (en concreto, póngase en contacto con nuestro personal de ingeniería técnica).

En cuarto lugar, hay que considerar si el ruido, las vibraciones y el aspecto de la bomba de vacío repercuten en la fábrica.

En quinto lugar, como dice el refrán, se obtiene lo que se paga. Al comprar una bomba de vacío o un equipo de vacío, hay que dar prioridad a la calidad del equipo, los costes de transporte y los gastos de mantenimiento y conservación.

Velocidad de bombeo y configuración del sistema de vacío

Los distintos sistemas de vacío requieren diferentes niveles de vacío. Por lo tanto, es necesario utilizar un conjunto de unidades de vacío para completar el proceso, conectando en serie bombas de vacío que trabajen en diferentes rangos de presión.

La bomba de alto vacío alcanza el grado de vacío requerido del sistema, mientras que la bomba de bajo vacío descarga directamente a la atmósfera.

Obviamente, la unidad de vacío más sencilla es una bomba de vacío de ventilación directa. Sin embargo, un sistema de alto vacío suele requerir una unidad de tres etapas, y un sistema de vacío medio suele requerir una unidad de dos etapas.

Es difícil crear una unidad de alto vacío eficaz utilizando sólo una bomba de alto vacío y una bomba de bajo vacío. Esto se debe a varias razones.

Una de las razones es la continuidad del flujo.

Las bombas de alto vacío tienen restricciones en cuanto a la presión que pueden soportar en la etapa previa. Cuando la presión de la etapa previa es superior a una determinada presión, la bomba no puede funcionar correctamente.

Cuando la bomba de preetapa alcanza esta presión crítica, la velocidad de bombeo puede disminuir, por lo que el caudal de escape de la bomba de preetapa puede ser inferior al de la bomba principal, lo que rompe el requisito de continuidad del caudal y provocará inevitablemente que la unidad de vacío no funcione correctamente.

Sin embargo, si se conecta una bomba de vacío medio entre las bombas de vacío alto y bajo, puede desempeñar la función de puentear el vacío, garantizando la continuidad del flujo, y todas las bombas pueden funcionar en su estado óptimo. Las bombas Roots pueden trabajar en el rango de vacío medio y son las más adecuadas, por lo que también se denominan bombas Roots de refuerzo.

Debido a su baja relación de compresión, puede conectarse a un rango de varios Pa a varios cientos de Pa. Cuando una unidad de alto vacío de tres etapas entra en un nivel de vacío superior, dado que el caudal de escape de la bomba principal disminuye significativamente, sólo se necesita una pequeña bomba de etapa previa para mantener la continuidad del bombeo. Este método se adopta a menudo en aplicaciones reales, lo que puede reducir el consumo de energía de la unidad.

Otra razón por la que una unidad de alto vacío suele requerir una unidad de tres etapas es la limitación de la presión de aspiración de la bomba de alto vacío. La bomba tiene una presión de trabajo inicial, y las bombas de alto vacío tradicionales están en el rango de varios Pa. Por lo tanto, la bomba de preetapa debe prebombear hasta esta presión antes de que la bomba principal pueda empezar a funcionar.

Sin embargo, la bomba de la etapa previa que ventila directamente a la atmósfera suele tardar mucho tiempo en bombear a esta presión porque, a medida que disminuye la presión, también disminuye la velocidad de bombeo de la bomba. Especialmente en las unidades de vacío con bombeo periódico, el tiempo necesario para alcanzar el grado de vacío de trabajo es importante.

Cuanto mayor sea el tiempo de prebombeo, más tiempo se tarda en entrar en la presión de trabajo, por lo que la adición de una bomba de vacío medio en combinación con una bomba de vacío bajo puede alcanzar la presión a la que la bomba principal puede funcionar en un tiempo más corto, lo que puede garantizar la eficiencia del uso del equipo.

Tanto las bombas Roots como las bombas booster de aceite pueden utilizarse como bombas de vacío medio. Las bombas booster moleculares tienen una relación de compresión muy alta, lo que les permite alcanzar un vacío limpio y un excelente rendimiento en alto vacío.

También tienen una capacidad de bombeo superfuerte en el rango de vacío medio. Esto hace que las bombas booster moleculares sean actualmente la única bomba de vacío que combina un rendimiento de vacío medio y alto. Por lo tanto, puede emparejarse con una bomba de bajo vacío para formar una unidad de alto vacío con un rendimiento comparable al de una unidad de tres etapas.

En concreto, debido a la gran resistencia de las bombas de refuerzo moleculares, la bomba de la etapa previa puede estar fácilmente en un estado de gran caudal; y la gran presión de aspiración de la bomba de refuerzo molecular reduce la carga de bombeo previo de la bomba de la etapa previa.

Las bombas de refuerzo moleculares pueden trabajar en el rango de 100-50Pa, y la bomba de etapa previa de la atmósfera a esta presión sigue básicamente la regla de que la presión disminuye en un orden de magnitud cada vez que pasa la unidad. Por lo tanto, la unidad puede tener una alta eficiencia de bombeo.

Simplificar las unidades de alto vacío y eliminar las bombas Roots es otra de las ventajas de las bombas impulsoras moleculares. Para equipos de aplicación de alto vacío de mayor tamaño, la capacidad de prebombeo de la bomba de etapa previa puede reforzarse adecuadamente para acortar aún más el tiempo de bombeo.

Dado que el tiempo de prebombeo es mucho más corto que todo el proceso de aspiración, la bomba de prebombeo también puede utilizarse como función de prebombeo de varios dispositivos, lo que suele resultar muy práctico. Esto simplifica enormemente la unidad de vacío para aplicaciones a gran escala.

En algunas aplicaciones de vacío medio, es necesario entrar en el rango de 10-1Pa, que suele ser difícil de conseguir con una unidad de bomba Roots de dos etapas.

Sin embargo, el uso de una unidad de bomba Roots de tres etapas conectada en serie puede elevar el nivel de vacío en un orden de magnitud hasta alcanzar 10-1Pa. Por lo tanto, las unidades de tres etapas también se utilizan habitualmente en aplicaciones de vacío medio.

Dado que las bombas de refuerzo molecular pueden alcanzar la velocidad máxima de bombeo a 10-1Pa, también pueden sustituir a las bombas Roots de dos etapas en una unidad de vacío medio de tres etapas.

En general, las bombas Roots que trabajan de forma continua en el rango de baja presión del vacío medio pueden sustituirse completamente por bombas impulsoras moleculares.

Por el contrario, las bombas Roots que trabajan de forma continua en el rango de presión de vacío medio deberían ser relativamente menores, ya que las bombas de etapas previas suelen tener una gran velocidad de bombeo en este rango de presión.

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Shane
Autor

Shane

Fundador de MachineMFG

Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.

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