Las bombas pueden clasificarse a grandes rasgos según tres técnicas:
Las bombas de desplazamiento positivo utilizan un mecanismo para expandir repetidamente una cavidad, permitir que los gases fluyan desde la cámara, sellar la cavidad y expulsarla a la atmósfera. Las bombas de transferencia de momento, también llamadas bombas moleculares, utilizan chorros de alta velocidad de fluido denso o paletas giratorias de alta velocidad para expulsar las moléculas de gas de la cámara. Las bombas de atrapamiento capturan los gases en estado sólido o adsorbido. Esto incluye las criobombas, los getters y las bombas de iones.
Las bombas de desplazamiento positivo son las más eficaces para los vacíos bajos. Las bombas de transferencia de impulso junto con una o dos bombas de desplazamiento positivo son la configuración más comúnmente utilizada para lograr altos vacíos. En esta configuración, la bomba de desplazamiento positivo cumple dos funciones. En primer lugar, obtiene un vacío aproximado en el recipiente que se está evacuando antes de que la bomba de transferencia de impulso pueda utilizarse para obtener el alto vacío, ya que las bombas de transferencia de impulso no pueden empezar a bombear a presiones atmosféricas. En segundo lugar, la bomba de desplazamiento positivo respalda a la bomba de transferencia de momento evacuando a bajo vacío la acumulación de moléculas desplazadas en la bomba de alto vacío. Las bombas de atrapamiento pueden añadirse para alcanzar vacíos ultraelevados, pero requieren la regeneración periódica de las superficies que atrapan las moléculas de aire o los iones. Debido a este requisito, su tiempo de funcionamiento disponible puede ser inaceptablemente corto en vacíos bajos y altos, lo que limita su uso a los vacíos ultra altos. Las bombas también difieren en detalles como las tolerancias de fabricación, el material de sellado, la presión, el caudal, la admisión o no de vapor de aceite, los intervalos de servicio, la fiabilidad, la tolerancia al polvo, la tolerancia a los productos químicos, la tolerancia a los líquidos y las vibraciones.
Bomba de desplazamiento positivoEditar
Se puede generar un vacío parcial aumentando el volumen de un recipiente. Para continuar evacuando una cámara indefinidamente sin requerir un crecimiento infinito, se puede cerrar repetidamente un compartimento del vacío, agotarlo y expandirlo de nuevo. Este es el principio en el que se basa una bomba de desplazamiento positivo, por ejemplo la bomba de agua manual. Dentro de la bomba, un mecanismo expande una pequeña cavidad sellada para reducir su presión por debajo de la de la atmósfera. Debido a la diferencia de presión, parte del líquido de la cámara (o del pozo, en nuestro ejemplo) es empujado hacia la pequeña cavidad de la bomba. La cavidad de la bomba es entonces sellada de la cámara, abierta a la atmósfera, y apretada de nuevo a un tamaño diminuto.
Se utilizan sistemas más sofisticados para la mayoría de las aplicaciones industriales, pero el principio básico de la eliminación cíclica de volumen es el mismo:
- Bomba rotativa de paletas, la más común
- Bomba de diafragma, cero contaminación por aceite
- Anillo líquido alta resistencia al polvo
- Bomba de pistón, vacío fluctuante
- Bomba scroll, bomba seca de máxima velocidad
- Bomba de tornillo (10 Pa)
- Bomba Wankel
- Bomba externa de paletas
- Soplador de raíces, también llamada bomba booster, tiene las mayores velocidades de bombeo pero una baja relación de compresión
- Bomba Roots multietapa que combina varias etapas proporcionando una alta velocidad de bombeo con una mejor relación de compresión
- Bomba Topler
- Bomba de lóbulos
La presión base de un sistema de bomba de pistones con sellado de goma y plástico suele ser de 1 a 50 kPa, mientras que una bomba scroll puede alcanzar 10 Pa (cuando es nueva) y una bomba de aceite de paletas rotativas con una cámara metálica limpia y vacía puede alcanzar fácilmente 0.1 Pa.
Una bomba de vacío de desplazamiento positivo mueve el mismo volumen de gas en cada ciclo, por lo que su velocidad de bombeo es constante, a menos que se vea superada por el reflujo.
Bomba de transferencia de momentoEditar
En una bomba de transferencia de momento, las moléculas de gas se aceleran desde el lado del vacío hasta el lado del escape (que suele mantenerse a una presión reducida mediante una bomba de desplazamiento positivo). El bombeo por transferencia de momento sólo es posible por debajo de presiones de aproximadamente 0,1 kPa. La materia fluye de forma diferente a distintas presiones según las leyes de la dinámica de los fluidos. A la presión atmosférica y a los vacíos leves, las moléculas interactúan entre sí y empujan a sus moléculas vecinas en lo que se conoce como flujo viscoso. Cuando la distancia entre las moléculas aumenta, las moléculas interactúan con las paredes de la cámara más a menudo que con las otras moléculas, y el bombeo molecular se vuelve más eficaz que el bombeo por desplazamiento positivo. Este régimen se denomina generalmente alto vacío.
Las bombas moleculares barren un área mayor que las bombas mecánicas, y lo hacen con más frecuencia, lo que las hace capaces de alcanzar velocidades de bombeo mucho mayores. Lo hacen a expensas del sello entre el vacío y su escape. Como no hay sello, una pequeña presión en el escape puede provocar fácilmente un reflujo a través de la bomba; esto se denomina atasco. Sin embargo, en alto vacío, los gradientes de presión tienen poco efecto sobre los flujos de fluidos, y las bombas moleculares pueden alcanzar todo su potencial.
Los dos tipos principales de bombas moleculares son la bomba de difusión y la bomba turbomolecular. Ambos tipos de bombas expulsan las moléculas de gas que se difunden en la bomba impartiendo impulso a las moléculas de gas. Las bombas de difusión expulsan las moléculas de gas con chorros de aceite o mercurio, mientras que las bombas turbomoleculares utilizan ventiladores de alta velocidad para empujar el gas. Ambas bombas se calan y no bombean si se agotan directamente a la presión atmosférica, por lo que deben agotarse a un vacío de menor grado creado por una bomba mecánica.
Al igual que con las bombas de desplazamiento positivo, la presión base se alcanzará cuando las fugas, la desgasificación y el reflujo sean iguales a la velocidad de la bomba, pero ahora minimizar las fugas y la desgasificación a un nivel comparable con el reflujo se vuelve mucho más difícil.
Bomba regenerativaEditar
Las bombas regenerativas utilizan el comportamiento de vórtice del fluido (aire). La construcción se basa en el concepto híbrido de bomba centrífuga y turbobomba. Normalmente consta de varios conjuntos de dientes perpendiculares en el rotor que hacen circular las moléculas de aire dentro de ranuras huecas estacionarias como la bomba centrífuga multietapa. Pueden alcanzar hasta 1×10-5 mbar (0,001 Pa) (cuando se combinan con la bomba Holweck) y salir directamente a la presión atmosférica. Ejemplos de este tipo de bombas son Edwards EPX (documento técnico ) y Pfeiffer OnTool™ Booster 150. A veces se denomina bomba de canal lateral. Debido a la alta tasa de bombeo desde la atmósfera hasta el alto vacío y a la menor contaminación, ya que los cojinetes pueden instalarse en el lado de escape, este tipo de bombas se utiliza en el bloqueo de carga en los procesos de fabricación de semiconductores.
Este tipo de bomba sufre un alto consumo de energía (~1 kW) en comparación con la bomba turbomolecular (<100W) a baja presión, ya que la mayor parte de la energía se consume para devolver la presión atmosférica. Esto puede reducirse en casi 10 veces respaldando con una bomba pequeña.
Bomba de atrapamientoEditar
Una bomba de atrapamiento puede ser una criobomba, que utiliza temperaturas frías para condensar los gases a un estado sólido o adsorbido, una bomba química, que reacciona con los gases para producir un residuo sólido, o una bomba de iones, que utiliza fuertes campos eléctricos para ionizar los gases y propulsar los iones en un sustrato sólido. Un criomódulo utiliza el criobombeo. Otros tipos son la bomba de sorción, la bomba de getter no evaporativo y la bomba de sublimación de titanio (un tipo de getter evaporativo que puede utilizarse repetidamente).
Otros tiposEditar
- Bomba de vacío Venturi (aspirador) (10 a 30 kPa)
- Eyector de vapor (el vacío depende del número de etapas, pero puede ser muy bajo)