Bombas de vacío

Una bomba de vacío se caracteriza por dos parámetros clave: La presión mínima alcanzable -también llamada vacío final- y la capacidad de aspiración. En función del rango de presión correspondiente, se utilizan distintas tecnologías de bombeo para generar vacío. Mientras que el rango de vacío grueso (~ 1000 mbar hasta 1 mbar) puede cubrirse de forma más eficiente con bombas de membrana, las bombas rotativas de paletas suelen utilizarse para generar vacío fino (1 mbar hasta 10^-3 mbar). Las bombas de tornillo especializadas pueden utilizarse tanto en la gama de vacío grueso como en la de vacío fino.

Otras diferencias clave son la resistencia química a medios agresivos y la necesidad de fluidos de funcionamiento como aceite o agua. Las tecnologías de bombas de funcionamiento en seco, como las bombas de membrana o de tornillo, ofrecen la ventaja de que no hay interrupciones del proceso debidas a cambios del fluido de funcionamiento ni contaminación del proceso causada, por ejemplo, por vapores de aceite. Ambos tipos de bombas también están disponibles en versiones resistentes a productos químicos.

Debido a su tecnología, las bombas rotativas de paletas requieren el uso de aceite como fluido de funcionamiento. También debe tenerse en cuenta su menor resistencia química, ya que muchas piezas de la bomba son metálicas y pueden corroerse en contacto con productos químicos. Una buena alternativa en estos casos es la bomba con resistencia química HYBRID de VACUUBRAND. La combinación única de una bomba rotativa de paletas sellada con aceite y una bomba de membrana con química ofrece una mejor protección contra la corrosión que una simple bomba rotativa de paletas.

Los elementos de conexión adecuados y una conexión lo menos estanca posible son importantes para alcanzar las especificaciones indicadas de la bomba. Utilice una manguera de vacío adecuada que ofrezca una estabilidad suficiente y no se vuelva porosa. La manguera debe ser lo más corta posible y tener la mayor sección posible. La selección de los elementos de conexión depende de su modelo de bomba y de la conexión de vacío de la aplicación. Estaremos encantados de asesorarle al respecto.

Características como el punto de ebullición, el riesgo de corrosión y la cantidad de disolvente que debe evaporarse desempeñan un papel importante en la selección y el dimensionamiento de los dispositivos. Por ejemplo, es decisivo si se debe evaporar metanol, dimetilsulfóxido (DMSO) o una mezcla multicomponente a una temperatura determinada, ya que todas estas sustancias tienen puntos de ebullición diferentes. Dependiendo del ámbito de aplicación, existen por tanto diferentes requisitos para la generación, medición y control del vacío.

Dependiendo de la aplicación y de las sustancias utilizadas, es importante que se utilicen bombas resistentes a la corrosión. Esto se garantiza principalmente mediante el uso de plásticos resistentes a productos químicos en la zona húmeda (componentes en contacto con los medios del proceso, como líquidos, gas o aire). Además, cuando se habla de productos químicos, normalmente se utilizan disolventes, es decir, sustancias inflamables. Por ello, la mayoría de las bombas de membrana con resistencia química VACUUBRAND están equipadas con una homologación ATEX de la categoría de dispositivo 3 (apta para la zona 2) en la zona húmeda interna, de modo que pueden utilizarse sin problemas casi todos los disolventes habituales en cantidades estándar de laboratorio.

El vacío final es la presión más baja alcanzable, a menudo especificada en milibares (mbar). Cuanto más bajo sea el valor, más fuerte, profundo o mejor será el vacío. La capacidad de aspiración se especifica en metros cúbicos por hora [m³/h] o litros por minuto [l/min] (1 m³/h ≙ 16,7 l/min). Cuanto mayor sea la capacidad de aspiración, más rápido podrá la bomba evacuar un determinado volumen.

Sin embargo, al seleccionar la bomba de vacío adecuada y comparar las velocidades de bombeo de dos bombas diferentes, no sólo debe prestarse atención a la velocidad máxima de bombeo, sino en particular a la velocidad de bombeo a la presión real del proceso. La capacidad de aspiración varía con la presión y disminuye en dirección al vacío final. La magnitud de esta pérdida de rendimiento varía de un tipo de bomba a otro y también depende, entre otras cosas, de detalles relacionados con el diseño.

A la presión de trabajo, debe haber suficiente capacidad de aspiración para alcanzar y mantener la presión de proceso. Las fugas en todo el sistema desempeñan a veces un papel importante. Especialmente en el rango de presión de proceso, la bomba de vacío debe proporcionar suficiente potencia para compensar las posibles fugas del sistema, además de los requisitos reales del proceso. De lo contrario, el vacío final máximo alcanzable puede desviarse considerablemente de las especificaciones técnicas.

Por lo tanto, merece la pena que el usuario eche un vistazo a la curva de capacidad de aspiración. Ésta muestra la capacidad de aspiración en función de la presión. La forma de esta curva permite reconocer fácilmente la potencia de la bomba en la zona del vacío de proceso deseado.

El vacío final y la capacidad de aspiración de una bomba dependen de la conexión modular de los cilindros. Si los cilindros se conectan en paralelo, aumenta la capacidad de aspiración, mientras que si se conectan en serie, se obtiene un mejor vacío, es decir, una menor presión final. VACUUBRAND conecta hasta cuatro etapas en serie en sus bombas de membrana y alcanza vacíos finales de entre 100 mbar (una etapa) y 0.3 mbar (cuatro etapas). En las bombas rotativas de paletas se utiliza un máximo de dos etapas, lo que permite alcanzar un vacío final del orden de 10^-3 mbar.

La capacidad de aspiración de las bombas de membrana depende de la conexión paralela de los cilindros, así como del número de cilindros y del volumen de la cámara de bombeo. En cambio, la capacidad de aspiración de las bombas rotativas de paletas depende únicamente del volumen de la cámara de bombeo.

Para el suministro de vacío en el laboratorio pueden utilizarse tanto bombas individuales como soluciones de red de vacío. La decisión entre un suministro individual y una solución de red depende de varios factores. Entre ellos se encuentran, por ejemplo, el número de puestos de trabajo, las aplicaciones utilizadas o los requisitos para el control del vacío. Por lo tanto, es muy recomendable debatir previamente las condiciones marco y las distintas opciones con un experto.

En una red doméstica, todos los puestos de trabajo de un edificio se abastecen mediante una gran bomba de vacío centralizada. Sin embargo, las redes domésticas presentan una serie de desventajas en el trabajo diario. En estos sistemas es difícil evitar las interferencias mutuas y la contaminación por el reflujo de gases. Esto no sólo interrumpe las secuencias del proceso, sino que también puede dar lugar a riesgos para la seguridad, como la formación de mezclas explosivas o la liberación de material infeccioso. Además, estas bombas suelen estar sobredimensionadas porque tienen que diseñarse para un funcionamiento máximo. Si además se tiene en cuenta que la bomba está en funcionamiento las 24 horas del día, esto se traduce en unos costes de inversión y energía innecesariamente elevados.

Por ello, la mejor alternativa son las redes locales como el sistema VACUU·LAN® de VACUUBRAND. Una bomba de vacío descentralizada sólo suministra a un cierto número de puestos de trabajo en una sala. En comparación con un suministro individual a cada puesto de trabajo, en el que cada puesto de trabajo está equipado con una bomba de vacío independiente, se pueden reducir los costes de mantenimiento y el consumo de energía, además de los costes de adquisición. Al mismo tiempo, las emisiones de ruido y los requisitos de espacio son menores, ya que se necesitan muchas menos bombas para el trabajo diario.

El control del vacío en el recipiente de reacción puede lograrse de tres maneras diferentes:

• mediante la modificación manual del caudal
• por conmutación electrónica de las válvulas
• mediante el control de la velocidad de giro

Con una simple modificación manual del caudal de la válvula se puede influir en el vacío de forma aproximada sin necesidad de medios auxiliares adicionales. Sin embargo, la regulación activa y precisa del vacío sólo puede funcionar electrónicamente mediante la conmutación de válvulas o mediante la regulación de la velocidad del motor rotativo.

En la conmutación de válvulas, también llamada a menudo regulación on-off, se abre y se cierra una válvula electromagnética situada en el conducto de aspiración entre la bomba y la aplicación. Esto hace que el vacío fluctúe entre dos valores de tolerancia libremente definibles. Esto crea una histéresis.

Sin embargo, las bombas de membrana con control de velocidad del motor permiten un ajuste infinito de la capacidad de aspiración y pueden alcanzar la máxima precisión en la regulación del vacío. Dado que, en este caso, la bomba sólo funciona a la velocidad necesaria, el usuario obtiene un enorme ahorro de energía (hasta un 90% en comparación con los sistemas no regulados). Además, se reducen considerablemente el desgaste, las emisiones de ruido y las vibraciones.

Los controladores de vacío modernos, como el VACUU·SELECT de VACUUBRAND, también permiten la determinación automática de la presión de ebullición. En combinación con una bomba de membrana de velocidad variable de VACUUBRAND, la regulación VARIO® no sólo encuentra la presión de ebullición, sino que también reacciona a sus cambios gracias a un sistema único de seguimiento de la presión de vapor. De este modo, el vacío se controla continuamente mediante la presión de vapor y se optimiza continuamente a las exigencias del proceso. De este modo, los resultados pueden alcanzarse en el menor tiempo posible con sólo pulsar un botón, sin necesidad de supervisión ni intervención.