Tipos de bombas de vacío: cuáles son y qué tener en cuenta para elegir uno

El vacío es una aplicación que se usa en un amplio rango de procesos industriales, como el envasado, el embotellado, el secado, la extracción de gases, entre otros. Para lograrlo se usa una bomba de vacío industrial que cree, mejore y mantenga el vacío de estos procesos. Hay muchos tipos de bombas de vacío según las tecnologías disponibles, y para decantarse por uno u otro depende de los requisitos de cada uno de estos procesos. En este post hablaremos de las características, los beneficios y el principio de funcionamiento de cada tipo de tecnología de vacío para decantarse por una u otra.

Principio de funcionamiento básico

Independientemente de la tecnología utilizada, el principio de funcionamiento básico de una bomba de vacío industrial es el mismo siempre. Una bomba de vacío es una máquina o equipo mecánico diseñado para extraer el aire y las moléculas de otros gases de un espacio o volumen cerrado como un recipiente, una red de tuberías o cualquier espacio donde se necesite reducir la presión, y así crear un vacío parcial o completo en el sistema.

A medida que se reduce la presión en el espacio sellado, la eliminación de las moléculas adicionales del gas se vuelve cada vez más difícil, dejando la mayoría de veces una cierta densidad de gas residual. De esta manera, un sistema de vacío industrial debe poder operar sobre una porción de un rango de presión muy elevado (dejando muy poco residuo), que suele variar de 1.3 a 13.3 mBar de presión.

Rangos de vacío de los equipos de vacío

Los sistemas de vacío industrial se pueden situar en los siguientes grupos de rangos de presión:

Para algunas aplicaciones una densidad de gas residual de decenas de miles de millones de moléculas por centímetro cúbico (por ejemplo, 1016) es tolerable; en este caso puede ser suficiente un rango de vacío bajo. En otros casos, no se aceptan más de unos cientos de miles de moléculas por centímetro cúbico como residuo. Y para lograr estos rangos se usan diferentes tipos de bombas a presión, cubriendo cada uno una proporción del rango de presión y operando, a veces, en serie.

Tipos de bombas de vacío según tecnología

Cada tecnología de vacío cubre un rango de vacío y tiene sus características así como ventajas y limitaciones. Existen un mínimo de 7 tipos de bombas de vacío de las que a continuación explicaremos sus características:

Bomba de vacío de paletas rotativas (bajo vacío y medio vacío)

Son el tipo de bombas de vacío más común, por eso nos detendremos más en ellas, y en su uso industrial suelen bombear gases, agua y petróleo, al operar en un rango de vacío bajo y medio. Su diseño consta de un rotor, que está montado dentro de una carcasa cilíndrica o estator. Las paletas, montadas dentro del rotor, se mueven hacia adentro y hacia afuera a causa de la fuerza centrífuga que sigue la superficie interna de la carcasa.

Las bombas de vacío pueden ser lubricadas o en seco. Las principales ventajas de las bombas de paletas lubricadas son:

• Un sellado eficaz que permite un vacío máximo de hasta < 0,5 mbar (abs.)
• La lubricación evita el desgaste de las paletas, el rotor, la carcasa y los cojinetes.
• Una temperatura de funcionamiento reducida al disminuir la fricción con la cámara de compresión
• Una protección contra la corrosión, especialmente útil al operar con ciertos gases
• Un efecto de limpieza de impurezas que prolonga el buen rendimiento y la vida útil

Estas ventajas las hacen útiles en procesos como:

• Procesos químicos y farmacéuticos (desgasificación, evaporación, destilación, filtrado al vacío…)
• Ingeniería ambiental (extracción de aguas residuales, de polvo…)
• Procesado de alimentos (corte, embotellado, rellenado…)
• Procesos de envasado de todo tipo
• Industria maderera (sistemas de extracción de polvo, sujeción de vacío…)

Sin embargo, las bombas de paletas en seco también proporcionan ventajas, como:

• La ausencia de materiales de desperdicio
• Un menor mantenimiento
• Un menor riesgo de contaminación por aceite o agua

También pueden ser de una o dos etapas. El funcionamiento de una bomba de una etapa consiste en una cámara incorporada en la bomba que separa el aceite del gas bombeado para evitar la contaminación. El aceite se recupera y el gas se agota. Se usan en rangos de bajo vacío y son menos costosas que las bombas de dos etapas. En el caso de una bomba de vacío de dos etapas, tienen una etapa de bajo vacío y una de alto vacío acopladas en un solo conjunto. La etapa de alto vacío hace entrar el gas de proceso y lo transfiere a una segunda etapa de bajo vacío que comprime el gas a presión atmosférica, mejorando el rendimiento de vacío de la bomba. Están indicadas para procesos que requieren un vacío más alto.

Bomba de vacío de tornillo (bajo, medio y alto vacío)

También son bombas de vacío comunes, y se caracterizan por presentar dos rotores paralelos con forma de tornillo, uno con rosca a la derecha y el otro con rosca a la izquierda. Ambos tornillos giran en la carcasa de la bomba sin fricción y con espacios muy reducidos.

Este tipo de bombas de vacío destacan por funcionar en seco, ser muy eficientes y confiables tanto desde el punto de vista energético como operativo, y ofrecen costes inferiores en cada ciclo de vida. Sus ventajas principales son, entre otras:

• Su funcionamiento en seco y sin contacto
• Pueden expandirse a alto vacío
• Un tiempo de evacuación corto debido a las altas capacidades de succión
• Su bajo nivel de ruido
• Su fácil mantenimiento
• Sus bajos costes de ciclo de vida

Se usan en una gran variedad de aplicaciones como:

• Procesos de fabricación industrial (limpieza de piezas, recubrimiento, secado, sistemas de extracción de polvo, hornos industriales, metalurgia al vacío…)
• Procesado de alimentos (sellado de bandejas, desgasificación, secado, corte, mezcla, enfriamiento…)

Bomba de vacío de pistón lineal (bajo y medio vacío)

Una bomba de vacío de pistón lineal presenta 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.

Sus principales ventajas son:

• Su operación silenciosa y sin vibraciones
• Su fácil mantenimiento
• Su larga vida útil

Al poder producir bajo y medio vacío, pueden usarse para una gran variedad de aplicaciones.

Bomba de vacío de anillo líquido (bajo vacío)

Las bombas de anillo líquido se utilizan como bombas de vacío, pero también se pueden utilizar como compresores de gas. Su función es similar a la 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. Por su diseño son inherentemente de baja fricción, ya que el rotor es la única parte móvil.

Del mismo modo que las que usan otras tecnologías, las bombillas de vacío de anillo líquido pueden ser de una o dos etapas.

Algunas de sus aplicaciones más habituales son:

• Industria aeroespacial y del automóvil (llenado de fluidos al vacío -líquido de frenos y dirección asistida…-, pruebas de carburadores, pruebas de motores, trabajo en cámara de altitud…)
• Industria química (filtración al vacío, destilación, desaireación…)
• Industria petrolífera y gasística (evacuación de gas viejo, cebado, aspirado y llenado de barriles…)
• Tratamiento de aguas (agitación de aire para oxidar bacterias, recuperación de dióxido de carbono, destilación de agua de mar…)

Bomba de vacío de garra o uña (bajo vacío)

Este tipo de bombas de vacío se caracterizan por su funcionamiento en seco y por lo tanto sin contaminación. Esto las hace ideales para procesos químicos y farmacéuticos, entre otros. En la bomba de vacío de garra, hay dos garras que giran en direcciones opuestas dentro de la carcasa. Gracias a la forma geométrica especial de estas garras, el aire se comprime dentro de la bomba con una alta eficiencia y es succionado hacia la cámara de vacío y se comprime y de descarga a presión.

Algunas de sus ventajas más destacadas son:

• Presentar un bajo desgaste
• Ser medioambientalmente sostenible
• Poder operar en condiciones adversas
• Su flexibilidad operacional (para uso regular o irregular)
• Su eficiencia a coste bajo

Las bombas de vacío de garra o uña se usan para prácticamente todas las aplicaciones que requieran bajo vacío:

• Industria de bebidas
• Industria petrolífera y gasística
• Industria médica y farmacéutica
• Industria papelera y maderera
• Industria alimentaria

Bomba de vacío de roots (bajo, medio y alto vacío)

Las bombas de Roots se usan habitualmente como bombas de refuerzo en la parte superior de varios tipos de bombas de avance (por ejemplo, bombas de paletas rotativas, tornillo y de anillo líquido) para incrementar la presión máxima y las velocidades de bombeo. Este tipo de bombas emplean dos unidades de interconexión contrarrotantes que giran dentro de una cámara. El gas entra a través de la brida de admisión y sale a presión entre los dos unidades que giran rápidamente y la pared de la cámara, y luego se expulsa a través.

Las principales ventajas de las bombas de roots son:

• Sus velocidades de bombeo muy altas
• Su control de frecuencia
• Su robustez
• Su precio
• Que disponen de versiones herméticamente selladas

El principal inconveniente de la bomba de roots es que siempre necesita otra bomba de vacío para operar, por eso también se llaman bombas de vacío booster, es decir, complementarias.

Se suelen usar en aplicaciones como:

• Aplicaciones industriales (industria láser, metalurgia…)
• Sistemas con altas velocidades de bombeo (I+D, espacio, semiconductores, solar, sistemas de aspiración centralizada…)

Al igual que otras bombas, también se pueden encontrar en versiones de una y dos etapas.

Bomba de vacío de canal lateral

Las bombas (también llamadas soplantes) 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.

Al igual que las bombas de paletas, las de canal lateral pueden ser de una o de dos etapas. Sus ventajas principales son:

• Generar vacíos más altos que otros tipos de bombas de tamaño y potencia equivalentes
• Están diseñadas para no pararse nunca
• Ser útiles en condiciones adversas, al no producir contaminación por funcionar sin aceites

Por este motivo, sus aplicaciones más habituales son las que requieren bombear líquidos a grandes distancias o a través de pequeñas tuberías, incluyendo materias peligrosas, como las de la industria gasística, química o petrolífera.

¿Cuál es la mejor en cada caso?

Dependiendo de cada proceso industrial, cada tipo de instalaciones, cada presupuesto, etc., puede ser adecuado uno u otro tipo de bomba de vacío. Es necesaria una evaluación de cada proyecto de la mano de una empresa con experiencia como Marpa Vacuum.