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.
Eduardo Ghershman 23.2.2007
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