Bombas mecánicas de vació

Bombas mecánicas de vació.
Las bombas mecánicas usadas para la creación de vació, en
distintos sectores de la industria, son las llamadas bombas de
desplazamiento positivo, que toman un gran volumen de gas a baja
presión y lo comprimen a un volumen más pequeño con una presión
más alta. Algunas bombas mecánicas pueden ser utilizadas como
compresores de aire. Las primeras bombas de vacío eran las
bombas mecánicas. En 1905, Gaede desarrolló una bomba
mecánica que es muy similar a las bombas de paleta rotatorias
selladas con aceite utilizadas actualmente. Muchas bombas
mecánicas tienen etapas múltiples que funcionan con un motor y
eje común. Las bombas mecánicas pueden recibir energía del motor
eléctrico por medio de una correa o directamente.
Las bombas mecánicas se usan en sistemas de vacío, con un rango
desde la presión atmosférica, hasta una presión baja (~100 mTorr),
en este valor en los sistemas complejos, se produce un cambio a
otro de alto vació.
Las bombas mecánicas más comunes son las bombas mecánicas
selladas con aceite, tales como la bomba de paleta rotatoria como
el mostrado en la figura 1. Las paletas son mantenidas en contacto
con la pared por la acción de un resorte. Estas bombas están
disponibles para la capacidad de bombeo de 100 cfm (pies cúbicos
por minuto).
En el siguiente dibujo, se puede ver con más detalle, algunos componentes de la
bomba, como la válvula de descarga, que permite el flujo de gas en el sentido de lo
que se llama la puerta de descarga, también se aprecia el cierre entre el rotor y el
estator,
Figura 2. Secuencias de la bomba mecánica de paleta rotatoria. A) Las paletas
deslizantes se mueven cuando el rotor gira, por acción de motor eléctrico. El volumen
entre la entrada y la paleta inferior aumenta, esto causa que el gas se mueva dentro de
esta área desde la entrada. B) El gas ha sido aislado del sistema de vacío y la paleta
comienza a comprimirlo hacia la válvula de descarga. C) El gas se comprime
ligeramente arriba de la presión atmosférica. La válvula de descarga se abre y el gas
sale fuera de la bomba a través del aceite en el recipiente.
Bombas de difusión.
Las bombas de difusión funcionan solamente si la presión es menor que unos decimos
de milímetro de mercurio, y trabajan mejor con una presión preliminar de unos
centésimos de milímetro de mercurio. La presión preliminar se obtiene mediante
bombas mecánicas. En la siguiente figura vemos como funciona una bomba de
difusión de mercurio.
La bomba dibujada ilustra la adaptación practica de Langmuir
del descubrimiento de Gaede acerca del principio de las
bombas de difusión. La explicación de su funcionamiento es
valida también para las bombas de difusión de aceite.
Calentando el mercurio del recipiente B, hasta una temperatura
de unos 110 grados centigrados, se obtiene un chorro de vapor
de mercurio. La corriente de vapor que sale del conducto se
indica con las flechas. Esta corriente constituye una separación
entre las cámaras N y M. Finalmente, el vapor se condensa
sobre las paredes refrigeradas por agua, de la cámara N y
retorna como liquido, por gravedad, a la calderilla B. Las
moléculas del gas en la cámara N, que se difunden hacia la
pared de vapor, tienen poca probabilidad de penetrar en ella y
pasar a la cámara M.
Es mas probable que la corriente de vapor los arrastre
nuevamente a la cámara N. Sin embargo, las moléculas de gas
en M, que se difunden hacia el vapor, son impulsadas hacia N
por el bombardeo molecular del mercurio, de donde las extrae
la bomba mecánica.
La presión en N debe ser unas 100 veces mayor que la que hay
en M, para que el régimen de difusion a ambos lados de la
pared de vapor sea el mismo. Cuando se evacua N por medio
de una bomba de difusion auxiliar, en vez de la bomba
mecánica pueden obtenerse presiones de 10^-7 mm de
mercurio, o menores, en una aparato de vidrio hermético
conectado a M ( siempre que se elimine el vapor de mercurio
con una trampa de aire liquido).
Con las bombas de aceite es común obtener velocidades de
bombeo de decenas y centenares de litros por segundo
mientras que las bombas de difusión de mercurio, las
velocidades oscilan , generalmente, entre una fracción de litro
por segundo hasta unos pocos litros por segundo.