Guía definitiva para seleccionar y calcular bombas de vacío.

Vacío

El vacío, en teoría, no se refiere a ninguna sustancia dentro del volumen. (En realidad, el verdadero vacío 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, generalmente expresado en términos de valores de presión.

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

El valor del grado de vacío representa que el valor de presión real del sistema es menor que el valor de presión atmosférica, y el valor que se muestra en el manómetro también se llama presión manométrica.

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

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.

A medida que se bombea el aire dentro del recipiente, la presión interna siempre es menor que la presión externa.

Por lo tanto, cuando se utiliza presión relativa o presión manométrica para representarlo, el valor debe ir precedido de un signo negativo para indicar que la presión interna del recipiente es menor que 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 de vacío teórica (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 mayor que el valor de vacío teórico. Cuando se utiliza el vacío absoluto para expresar este valor, no es necesario utilizar un signo negativo.

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

Capacidad de bombeo

La capacidad de bombeo es un factor que mide la velocidad de bombeo de una bomba de vacío, generalmente expresada en unidades de L/s y m³/h.

Compensa la tasa de fuga del sistema. Es fácil entender por qué una bomba de vacío con una alta capacidad de bombeo puede alcanzar fácilmente el grado de vacío deseado, mientras que una bomba de vacío con una baja capacidad de bombeo puede ser lenta o incapaz de alcanzar el grado de vacío deseado cuando bombea el mismo volumen. de contenedor.

Esto se debe a que es imposible que la tubería o el contenedor eviten completamente las fugas de gas, y la alta capacidad de bombeo compensa la disminución del vacío debido 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, a la hora de calcular la capacidad de bombeo teórica, se elija, si es posible, una bomba de vacío con mayor capacidad de bombeo. La fórmula para calcular la capacidad de bombeo se presentará a continuación.

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

Tabla de conversión de unidades de presión comúnmente utilizadas en laboratorios.

Unidades Padre Kpa MPa pub ámbar mmH2O mmHg psi
Padre 1 10-3 10-6 10-5 10-2 101,97× 10-3 7,5×10 -3 0,15×10 -3
Kpa 10 3 1 10-3 10-2 10 101,97 7.5 0,15
MPa 10 5 10 3 1 10 10 4 101,97×10 3 7,5×10 3 0,15×10 3
pub 10 5 10 2 10-1 1 10 3 10,2×10 3 750.06 14.5
ámbar 10 2 10-1 10-4 10-3 1 10.2 0,75 14,5× 10-3
mmH2O 10-1 9.807× 10-3 9.807× 10-6 98,07× 10-6 98,07× 10-3 1 73,56×10 3 1,42×10 -3
mmHg 9.807× 10-3 133,32× 10-3 133,32× 10-6 1,33× 10-3 1.33 13.6 1 19,34× 10-3
psi 133,32× 10-3 6,89 6.89× 10-3 68,95× 10-3 68,95 703.07 51,71 1

Selección de bombas de vacío.

1. El grado de vacío requerido para el proceso.

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

Si el requisito de presión absoluta es superior a 3300 Pa, se debe dar 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, se debe seleccionar una bomba de vacío de paletas rotativas o una bomba de vacío con un nivel de vacío más alto como dispositivo de obtención de vacío.

2. La capacidad de bombeo requerida para el proceso.

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

El método de cálculo específico se puede calcular basándose en la siguiente fórmula de selección. Por supuesto, la selección de la bomba de vacío es un proceso integral que involucra 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.

Primero, es necesario determinar si el objeto bombeado es gas, líquido o partículas.

Si el gas bombeado contiene impurezas como vapor de agua o una pequeña cantidad de partículas y polvo, se debe seleccionar con cuidado una bomba de vacío de paletas rotativas.

Si se requiere un alto grado de vacío, se debe agregar un dispositivo de filtrado para filtrar las impurezas antes de usar una bomba de vacío de paletas rotativas.

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

En tercer lugar, considere si el objeto bombeado contaminará el caucho o los productos derivados del petróleo. Se deben seleccionar diferentes equipos de vacío para diferentes medios bombeados. Si el gas contiene una gran cantidad de vapor, partículas y gases corrosivos, se debe instalar un dispositivo auxiliar adecuado en la tubería de entrada de la bomba, como un condensador, filtro, etc. (en concreto, contactar con nuestro equipo técnico de ingeniería).

Cuarto, considere si el ruido, la vibración y la apariencia de la bomba de vacío tienen un impacto en la fábrica.

Quinto, como dice el refrán, obtienes lo que pagas. Al comprar una bomba de vacío o un equipo de vacío, se debe dar prioridad a la calidad del equipo, los costos de transporte y los costos de mantenimiento y conservación.

Configuración del sistema de vacío y velocidad de bombeo.

Diferentes sistemas de vacío requieren diferentes niveles de vacío. Por tanto, se debe 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 logra el grado de vacío requerido del sistema, mientras que la bomba de bajo vacío descarga directamente a la atmósfera.

Por supuesto, la unidad de vacío más simple es una bomba de vacío de ventilación directa. Sin embargo, un sistema de alto vacío generalmente requiere una unidad de tres etapas y un sistema de vacío medio generalmente requiere 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. Hay varias razones para esto.

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 delantera. Cuando la presión previa a la etapa es superior a cierta presión, la bomba no funciona correctamente.

Cuando la bomba de etapa previa alcanza esta presión crítica, la velocidad de bombeo puede disminuir, de modo que el caudal de escape de la bomba de etapa previa puede ser menor que el de la bomba principal, lo que rompe el requisito de continuidad del flujo e inevitablemente causará 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 llenar el espacio, garantizar la continuidad del flujo y todas las bombas pueden funcionar en su estado ideal. Las bombas Roots pueden trabajar en el rango de vacío medio y son las más adecuadas, por eso también se denominan bombas de refuerzo Roots.

Debido a su baja relación de compresión, se puede conectar a un rango de varios Pa a varios cientos de Pa. Cuando una unidad de alto vacío de tres etapas ingresa a un nivel de vacío más alto, dado que el caudal de escape de la bomba principal se ralentiza significativamente, solo Se necesita una pequeña bomba previa a la etapa 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 succión 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 etapa previa debe bombear previamente a esta presión antes de que la bomba principal pueda comenzar a funcionar.

Sin embargo, la bomba previa que ventea directamente a la atmósfera a menudo tarda mucho en bombear a esta presión porque a medida que la presión disminuye, la velocidad de bombeo de la bomba también disminuye. Especialmente para 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 tardará en alcanzar la presión de trabajo, por lo que agregar 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.

Las bombas Roots y las bombas de refuerzo de aceite se pueden utilizar como bombas de vacío medio. Las bombas de refuerzo moleculares tienen una relación de compresión muy alta, lo que les permite lograr un vacío limpio y un excelente rendimiento de alto vacío.

También tienen una capacidad de bombeo súper fuerte en el rango de vacío medio. Esto convierte a Molecular Boost Pumps en la actualidad en la única bomba de vacío que combina un rendimiento de vacío medio y alto. Por lo tanto, se puede combinar con una bomba de bajo vacío para formar una unidad de alto vacío con un rendimiento comparable al de una unidad de tres etapas.

Específicamente, debido a la alta resistencia de las bombas de refuerzo molecular, la bomba previa a la etapa puede estar fácilmente en un estado de alto flujo; y la alta presión de succión de la bomba de refuerzo molecular reduce la carga de prebombeo de la bomba de etapa previa.

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

La simplificación de las unidades de alto vacío y la eliminación de las bombas Roots es otra ventaja de las bombas de refuerzo molecular. Para equipos de aplicación de alto vacío más grandes, la capacidad de prebombeo de la bomba de etapa previa se puede aumentar adecuadamente para reducir aún más el tiempo de bombeo.

Debido a que el tiempo de prebombeo es mucho más corto que todo el proceso de escape, la bomba de preetapa también se puede utilizar 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 alcanzar el rango de 10-1 Pa, lo que a menudo es difícil de lograr 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 aumentar el nivel de vacío en un orden de magnitud hasta alcanzar 10-1Pa. Por lo tanto, las unidades de tres etapas también se utilizan comúnmente en aplicaciones de vacío medio.

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

En términos generales, las bombas Roots que funcionan continuamente en el rango de vacío de baja presión a medio pueden reemplazarse completamente por bombas de refuerzo molecular.

Por otro lado, las bombas Roots que operan continuamente en el rango de presión de punta de vacío medio deberían ser relativamente más pequeñas porque las bombas de etapa previa generalmente tienen una fuerte velocidad de bombeo en este rango de presión.

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