Cámara de vacío: ¿cómo funciona y qué aplicaciones tiene?

Las cámaras de vacío están presentes en una gran diversidad de fases de los procesos de desarrollo y fabricación de productos. Hemos hablado de este tipo de cámaras en posts como el de la liofilización de alimentos o el enfriamiento por vacío, entre otros, por lo que ya sabemos que existen muchos tipos de cámara de vacío según su aplicación, distintas en tamaño, forma y potencia de vacío. De hecho, una cámara de vacío está presente de una forma u otra en la fabricación y procesado de la gran mayoría de productos que nos rodean hoy en día: desde alimentos como el café o las verduras hasta el envasado de los cosméticos o la fabricación con acero de nuestro automóvil.

En esta ocasión desde Marpa Vacuum explicamos cómo funciona una cámara de vacío para entender cómo se usan y así cómo pueden ayudar a las empresas que fabrican o procesan productos a lograr mejorarlos en distintos aspectos (por ejemplo, el sabor, la textura, etc., cuando se trata de la industria alimentaria o la seguridad en el caso de la industria farmacéutica, entre muchos otros), y en muchas ocasiones proporcionar un ahorro económico y energético.

¿Qué es una cámara de vacío y cómo está fabricada?

Una cámara de vacío es un recipiente del que se eliminan (se extraen) aire u otros gases, creando un vacío, es decir, un espacio que no contiene materia (aunque es imposible crear un vacío total porque siempre hay una pequeña parte de materia que no se puede extraer). Esta extracción se lleva a cabo mediante una bomba de vacío que, como explicamos en este post, toma el gas de un recipiente, lo comprimen y lo descargan en otro recipiente. De esa forma, en la cámara de vacío resulta un entorno de baja presión (ya que la poca cantidad de materia ejerce menos presión que la atmosférica) que es lo que se denomina vacío.

Las cámaras de vacío (es decir, sus paredes) generalmente se fabrican de materiales de altas densidades, ya que requieren soportar cambios de presión y resistencia a la corrosión según los gases que haya que extraer. Suelen ser de un grosor, una resistividad y una permeabilidad determinadas, entre otras propiedades necesarias, normalmente metales como el latón, el acero, el acero al carbono, el acero inoxidable y el aluminio, aunque también se pueden usar el cristal y el metacrilato, entre otros.

Cada cámara de vacío puede tener un diseño distinto según la industria y la aplicación para la que se use. Aunque la forma suele ser generalmente tubular (las limitaciones en la fabricación son un elemento a considerar en las posibilidades existentes), puede permitir o no el acceso de personas (por ejemplo, para detectar fugas), tener un tamaño muy distinto, pueden tener ventanas para visualizar el interior (que a su vez pueden tener diferentes formas -de cúpula, planas, etc.-), diferentes instrumentos, control de temperatura, protección de campos magnéticos, etc. Por ejemplo, una cámara de vacío para testear materiales o llevar a cabo pruebas ambientales suele ser muy diferente de una cámara que se usa para la fabricación de componentes a gran escala. Podemos citar algunas formas de personalización de cámaras de vacío como:

• Materiales de las paredes
• Materiales de sellado
• Número de puertos de bombeo
• Número de puertos de inyección de gases o de fluidos
• Acceso a personas o a sistemas robotizados
• Opciones de calentamiento o enfriamiento
• Puertos para instrumentos o aparatos de medición
• Incorporación de bomba de aspirado
• Incorporación de puertas, ventanas o trampillas

Por ejemplo, si se requiere una homogeneidad muy exigente en la temperatura interior de la cámara, se puede diseñar un sistema de doble pared refrigerada por agua para que ésta circule por todo el recipiente y proporcionar esa temperatura estable.

En este documento del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) se puede saber más sobre diseño de cámaras de vacío.

¿Cómo funciona una cámara de vacío?

Ya hemos explicado que una cámara de vacío sirve para eliminar la materia presente en el aire o en otros gases mediante una bomba de vacío. Sin embargo, no debemos entender que el proceso funciona como una succión de ese aire y esos gases, sino que sus moléculas se extraen de la cámara entrando en la bomba de vacío mediante colisiones aleatorias. De lo contrario, no se podrían extraer de ese espacio. La presión que alcanza la cámara de vacío (es decir, el grado de vacío o la cantidad de materia a eliminar de ella) se puede controlar en el momento del bombeo, generando más o menos colisiones de moléculas.

Hay que tener presente que siempre se pueden filtrar pequeñas cantidades de aire en la cámara de vacío, que conocemos como fugas. Estas fugas se compensan conociendo la tasa que las mide, llamada tasa de fugas, variando el nivel de bombeo.

¿Para qué se usa una cámara de vacío?

Un entorno de vacío como el que proporciona una cámara de vacío, cuando se combina con los accesorios necesarios, es muy útil para infinidad de aplicaciones, de las que podemos citar, por ejemplo:

Envasado

El envasado al vacío ralentiza el deterioro de productos como los alimenticios por acción del aire y conserva sus propiedades. También hay otras variantes del envasado que usan el vacío, como el envasado MAP, o Modified Atmosphere Packaging (envasado con atmósfera modificada), del que hablamos en este post. Un proceso de la misma familia es el almacenamiento al vacío, que evita el deterioro de esos materiales que a condiciones atmosféricas pueden verse perjudicados.

Liofilización

La liofilización o secado por congelación permite aumentar la vida útil de los alimentos extrayendo el agua que contienen. Explicamos sus ventajas y su funcionamiento al vacío en este post.

Enfriamiento

Se trata de una aplicación muy habitual en la industria alimentaria, que permite ralentizar el deterioro de los alimentos enfriándolos (ya que las altas temperaturas son el ambiente ideal para la proliferación de microorganismos) sin recurrir al aire o al agua y conservando sus propiedades. En este post hablamos del enfriamiento de alimentos por vacío.

Secado

Es una aplicación muy habitual en la industria alimentaria y la farmacéutica, así como la de fabricación de materiales como los plásticos, ya que permite secar gránulos o polvos sin aplicar calor, que podrían deteriorar el producto (haciéndolo incluso tóxico como es el caso de algunos medicamentos) o alterar sus propiedades como el olor, la textura, etc. Lo explicamos en este post, en el que se puede encontrar cómo funciona este proceso.

Desgasificación

Se utiliza la desgasificación en industrias como la metalúrgica, de la que hablamos en este post, así como en la fabricación de resinas, cosméticos en crema, geles o plásticos, ya que permite extraer gases de líquidos para aumentar su vida útil o eliminar componentes que pueden resultar tóxicos.

Metalización

Es un uso que permite hacer parecer metálicos materiales no metálicos, como los plásticos, generalmente para embellecerlos o para aportarles propiedades distintas. Los envases de cosméticos o los interiores de las bolsas de aperitivos, por ejemplo, se fabrican por metalización al vacío. Ampliamos más información sobre esta aplicación en este post.

Simulación de atmósferas

En la investigación se usan las cámaras de vacío para simular, por ejemplo, la presión atmosférica de una altitud determinada. Gracias al control de la presión que proporciona este instrumento se pueden recrear condiciones para probar productos y materiales que se usarán en los entornos reales que se simulan, como los de la industria aeroespacial o aeronáutica.

Eliminación de olores

Un olor se genera por nuestra percepción de una mezcla de gases, vapores y polvo, por lo que la eliminación de éstos elimina esa fuente de olor y hace que dejemos de percibirlo. Generalmente usa cámaras de vacío de baja presión.

Reacción de partículas de materiales

Las cámaras de vacío se pueden usar para investigar las capacidades y propiedades de los materiales, para mejorar un proceso o procedimiento que los implica.

Tratamiento de materiales con plasma

Tratar materiales con plasma garantiza a los fabricantes unos materiales uniformes para poder llevar a cabo ciertos pasos de procesos de fabricación, como activar una mezcla, limpiar un material o grabarlo.

Investigación con láser

El uso de un láser puede mejorar sus resultados en un entorno al vacío porque elimina cualquier partícula que pueda interrumpir la trayectoria del rayo láser. Esto es especialmente apreciado en aplicaciones que necesiten una elevada precisión, como el grabado de información en soporte Blu-Ray, entre otros.

Marpa Vacuum, especialista en equipos de vacío

En Marpa Vacuum diseñamos e instalamos soluciones de ingeniería con sistemas completos de vacío, incluyendo cámaras y bombas de vacío para todo tipo de aplicaciones.

Bibliografía de interés

• Vacuum Chambers – IPS Directory