¿Cómo funciona una bomba de vacío? Lo explicamos de forma sencilla

Las bombas de vacío están presentes en infinidad de aplicaciones y productos que usamos en nuestro día a día. Una aspiradora usa una pequeña bomba de vacío. Nuestro colchón de espuma o de látex están fabricados con espumas que requieren condiciones generadas por una bomba de vacío. El café o el té que tomamos puede haber pasado por un proceso de liofilización, así como muchos otros productos alimentarios para reducir su masa para un fácil transporte y para prolongar su vida útil, para lo que se necesita un vacío generado por una bomba. La producción de baterías de litio de nuestros móviles requiere tecnología en la que intervienen bombas de vacío. La misma agua que sale de nuestro grifo circula por las tuberías gracias a un sistema de vacío. Pero ¿cómo funciona una bomba de vacío exactamente? En este post intentaremos explicarlo

Los conceptos de vacío y de presión

Para entender cómo funciona una bomba de vacío y sus aplicaciones en primer lugar hay que entender qué es el vacío, y para ello, antes debemos detenernos en el concepto de presión.

Por presión, coloquialmente, se entiende la fuerza que ejerce un gas, un líquido o un sólido sobre una superficie, como la de un recipiente cerrado, y hablamos de vacío cuando en una cavidad cerrada la presión del aire u otros gases de su interior es menor que la atmosférica. De esta forma, el grado de vacío se incrementa en relación directa con la disminución de presión del gas residual. Cuanto más elevado es el grado de vacío, por lo tanto, menor es la presión, porque hay menos materia residual que ejerza fuerza sobre la superficie del recipiente. Y viceversa: si añadimos presión a un recipiente, estamos llenándolo de materia (normalmente un gas o un líquido) que ejerce más fuerza sobre su superficie.

¿Para qué se usa la tecnología de vacío?

La tecnología de vacío, por lo tanto, es aquella induce al vaciado del máximo de moléculas de un gas o un líquido de un recipiente, para lo que requiere generar una diferencia de presión con otro contiguo. La región que queda vacía (aunque es imposible que quede totalmente vacía de moléculas) es la región de baja presión, y la que acumula más moléculas es la región de alta presión. Esta inducción de la diferencia de presiones entre las dos regiones se hace con un dispositivo llamado bomba de vacío, ya que crea un vacío.

Se usa para prácticamente cualquier proceso de fabricación, ya que se usa para transportar gases o líquidos de un lado a otro, eliminando del espacio la mayoría de sus moléculas por medio de un cambio de presión y llenando otro. Decimos la mayoría porque no se pueden eliminar todas las moléculas de ese gas o ese líquido, cualquier espacio contiene algo de materia, por lo que el vacío absoluto no existe. Dependiendo de la presión utilizada el número de moléculas sobrante será uno u otro.

Entre estos procesos de fabricación se incluye el envasado, la impresión, la desecación, la elevación de maquinaria, la soldadura y un largo etcétera.

¿Cómo funciona una bomba de vacío?

Hemos explicado qué logra una bomba de vacío, pero no cómo lo hace exactamente. Hoy en día, la mayoría de las bombas de vacío funcionan según uno de tres principios: desplazamiento positivo, transferencia cinética o aprisionamiento. El principio básico de funcionamiento es el mismo en todas ellas.

Son simplemente compresores que toman el gas de un recipiente que está a una presión inferior a la atmosférica, lo comprimen y lo descargan a presión atmosférica. Como a medida que se reduce la presión en la cámara, la eliminación de moléculas adicionales es cada vez más difícil, es necesario disponer de un rango de presión extremadamente amplio (que puede oscilar entre 1 y 10-6 torr / 1,3 y 13,3 mbar de presión o incluso más, en investigación e ingeniería), que puede ser cubierto por diferentes tipos de bombas, que trabajen incluso simultáneamente o en varias etapas.

De esta manera, pueden usarse sistemas giratorios de paletas, de pistón, de tornillo, etc., que trabajan con diferentes rangos de presión. En este post hablamos sobre los distintos sistemas. El funcionamiento de cada uno se define por la velocidad en el bombeo y la cantidad de gas evacuado por unidad de tiempo, y su tamaño depende de la presión a la que trabajen, ya que el gas a bajas presiones presenta un gran volumen, y esto requiere una bomba de mayor tamaño.

Si bien tanto las bombas de transferencia cinética (difusoras, turbomoleculares…) como las de aprisionamiento (criogénicas…) se usan para generar vacío y ultra alto vacío, requieren grandes cantidades de energía y mantenimiento para funcionar, por lo que su operación es costosa. Por eso las bombas de desplazamiento positivo son las más utilizadas. Hablamos de ellas a continuación.

Cómo funciona una bomba de vacío de paletas rotativas

Una bomba de vacío consiste en una carcasa cilíndrica, un rotor en posición excéntrica y varias paletas que se mueven libremente, que se encuentran en las ranuras del rotor. A medida que el rotor gira, la fuerza centrífuga las lanza contra la pared cilíndrica mientras que crea una cámara entre el rotor y el cilindro, y el volumen de la cámara cambia, de más grande desde el puerto de entrada, creando un vacío, a más pequeño hacia el puerto de salida, produciéndose una presión.

Cómo funciona una bomba de vacío de tornillo

Las bombas de tornillo se basan en el principio de dos tornillos helicoidales de paso variable o constante, que giran dentro del recipiente en sentidos opuestos y sin contacto entre ellos. El gas queda atrapado en las cámaras formadas por el cilindro y los tornillos, y es transportado hasta la salida.

Cómo funciona una bomba de vacío de pistón oscilante

Las bombas de vacío de pistón oscilante disponen de un pistón interno dentro del cilindro que es impulsado por un electroimán y un sistema de espiral controlado por el ciclo de corriente de entrada alterna. El pistón forma así una única estructura combinada de dos dispositivos que normalmente están separados; motor y bomba.

Cómo funciona una bomba de vacío de garra o de uña

Las bombas de vacío de uña consisten en dos émbolos rotativos de una etapa que giran en direcciones opuestas en el interior del recipiente. Por efecto de los rotores, el aire es aspirado por la entrada, se comprime en el interior de la cámara de compresión gracias a la forma geométrica especial de las uñas, y se expulsa por la salida. La válvula antirretorno, montada de serie en la entrada, evita que el aire retorne hacia la cámara de vacío cuando esta se encuentra parada.

Cómo funciona una bomba de vacío de anillo líquido

El funcionamiento de una bomba de vacío de anillo líquido es parecido al de una bomba de paletas rotativas, con la diferencia de que las paletas constituyen una parte integral del rotor y agitan un anillo rotatorio de líquido para conformar el sello de la cámara de compresión.

Cómo funciona una bomba de vacío de canal lateral

Las bombas de vacío de canal lateral tienen un impulsor montado directamente en el eje del motor para una compresión sin contacto. El gas se succiona a través de la entrada, y al entrar en el canal lateral, el impulsor giratorio transmite velocidad al gas en la dirección de rotación. La fuerza centrífuga en las paletas del impulsor acelera el gas hacia afuera y aumenta la presión.

¿Qué bomba de vacío se necesita en cada aplicación?

Cada aplicación requiere un rango de presión, además de estar condicionada por las dimensiones del espacio y el presupuesto, entre otros. Para identificar la mejor bomba de vacío es necesaria una evaluación de cada proyecto de la mano de una empresa con experiencia como Marpa Vacuum, que ofrecerá la mejor solución.