Una bomba de vacío del es un dispositivo que quita las moléculas del gas de un volumen sellado para irse detrás de un vacío parcial . La bomba de vacío fue inventada en 1650 por el Otto von Guericke .

Tipos

Las bombas se pueden categorizar amplio según tres técnicas:
las bombas positivas de la dislocación del

utilizan un mecanismo para ampliar en varias ocasiones una cavidad, permiten que los gases fluyan adentro del compartimiento, aíslan la cavidad, y la agotan a la atmósfera.
Las bombas de la transferencia de ímpetu del, también llamadas el las bombas moleculares, utilizan los jets de alta velocidad del líquido denso o las láminas giratorias de alta velocidad para golpear las moléculas gaseosas fuera del compartimiento.
Las bombas de la colocación de trampas capturan los gases en un sólido o un estado absorbente. Esto incluye el de Cryopumps del, los compradores de, y el de las bombas de ion del .

Las bombas de dislocación positiva son las más eficaces para los vacíos bajos. Las bombas de la transferencia de ímpetu conjuntamente con uno o dos bombas de dislocación positiva son la configuración más común usada para alcanzar altos vacíos. En esta configuración la bomba de dislocación positiva responde a dos propósitos. Primero obtiene un vacío áspero en el recipiente que es evacuado antes de que la bomba de la transferencia de ímpetu se pueda utilizar para obtener el alto vacío, pues las bombas de la transferencia de ímpetu no pueden comenzar a bombear en las presiones atmosféricas. La bomba de dislocación positiva sostiene en segundo lugar la bomba de la transferencia de ímpetu evacuando al vacío bajo la acumulación de moléculas desplazadas en la bomba de alto vacío. Las bombas de la colocación de trampas se pueden agregar para alcanzar vacíos ultraaltos, pero requieren la regeneración periódica de las superficies que atrapan las moléculas o los iones del aire. Debido a este requisito su tiempo operacional disponible puede estar inaceptable brevemente en vacíos bajos y altos, así limitando su uso a los vacíos ultraaltos. Las bombas también diferencian en detalles como tolerancias de la fabricación, material de lacre, presión, flujo, admisión o ninguna admisión del vapor del aceite, los intervalos del servicio, confiabilidad, tolerancia al polvo, tolerancia a los productos químicos, tolerancia a los líquidos y vibración.

Medidas de funcionamiento

La velocidad de bombeo del refiere al flujo de volumen de una bomba en su entrada, medido a menudo en volumen por la unidad de tiempo. Las bombas de la transferencia y de la colocación de trampas de ímpetu son más eficaces en algunos gases que otras, así que la tarifa de bombeo puede ser diferente para cada uno de los gases que son bombeados, y que siguen habiendo el flujo medio de volumen de la bomba variará dependiendo de la composición química de los gases en el compartimiento.
El rendimiento de procesamiento refiere a la velocidad de bombeo multiplicada por la presión de gas en la entrada, y se mide en unidades de tiempo pressure-volume/de unidad. En una temperatura constante, el rendimiento de procesamiento es proporcional al número de moléculas que son bombeadas por tiempo de unidad, y por lo tanto al flujo total de la bomba. Al discutir un escape en el sistema o backstreaming a través de la bomba, el rendimiento de procesamiento refiere a la tarifa del escape del volumen multiplicada por la presión en el lado del vacío del escape, así que al rendimiento de procesamiento del escape puede ser comparado al rendimiento de procesamiento de la bomba.

Las bombas positivas de la transferencia de la dislocación y de ímpetu tienen un flujo constante de volumen, (velocidad de bombeo,) sino como las gotas de la presión del compartimiento, este volumen contiene cada vez menos Massachusetts. Tan aunque la velocidad de bombeo siga siendo constante, gota total el rendimiento de procesamiento y del flujo exponencial. Mientras tanto, la salida, la evaporación, la sublimación y las tarifas backstreaming continúan produciendo un rendimiento de procesamiento constante en el sistema.

¡Dislocación positiva

Los líquidos no pueden ser tirados, así que es técnico imposible crear un vacío por la succión. La succión es el movimiento de líquidos en un vacío bajo efecto de una presión externa más alta, pero el vacío tiene que ser creado primero. La manera más fácil de crear un vacío artificial es ampliar el volumen de un envase. Por ejemplo, el músculo del diafragma amplía la cavidad de pecho, que hace el volumen de los pulmones aumentar. Esta extensión reduce la presión y crea un vacío parcial, que pronto es llenado por el aire empujado hacia adentro por la presión atmosférica

Para continuar evacuando un compartimiento indefinidamente sin requerir crecimiento infinito, un compartimiento del vacío se puede cerrar en varias ocasiones apagado, agotar, y ampliar otra vez. Éste es el principio detrás de las bombas de dislocación positiva del, como la bomba de agua manual por ejemplo. Dentro de la bomba, un mecanismo amplía una pequeña cavidad sellada para crear un vacío profundo. Debido a el diferencial de presión, un poco de líquido del compartimiento (o bien, en nuestro ejemplo) se empuja en la pequeña cavidad de la bomba. La cavidad de la bomba después se sella del compartimiento, se abre en la atmósfera, y se exprime de nuevo a un tamaño minucioso.

Sistemas más sofisticados se utilizan para la mayoría de los usos industriales, pero el principio de base del retiro cíclico del volumen es igual:
Bomba de paleta rotatoria, el más común
Bomba de diafragma, contaminación cero del aceite
Bomba líquida del anillo
Bomba de pistón, más barata
Bomba, bomba seca de la voluta de la velocidad más alta
Bomba de tornillo (PA 10)
Bomba de Wankel
Bomba de paleta externa
El arraiga el soplador, también llamado una bomba de aumento de presión del, tiene velocidades lo más arriba posible de bombeo pero cociente de compresión bajo
Las raíces graduales bombean que combinan varias etapas que proveen de velocidad de bombeo del colmo un mejor cociente de compresión
Bomba de Toepler

La presión baja de un caucho y del plástico - el sistema de bomba sellado de pistón es el típicamente kPa 1 a 50, mientras que una bomba de la voluta pudo alcanzar PA 10 (cuando es nueva) y una bomba de aceite rotatoria de la paleta con un compartimiento metálico limpio y vacío puede alcanzar fácilmente 0.

Una bomba de vacío positiva de la dislocación mueve el mismo volumen de gas con cada ciclo, así que su velocidad de bombeo es constante a menos que sea superada backstreaming.

¡Transferencia de ímpetu

En una bomba de la transferencia de ímpetu del, las moléculas del gas se aceleran del lado del vacío al lado del extractor (que es mantenido generalmente en un de presión reducida por una bomba de dislocación positiva). El bombeo de la transferencia de ímpetu es solamente presiones below posibles de cerca de 1 kPa. Flujos de la materia diferentemente en diversas presiones basadas en las leyes de las dinámicas flúidas . En la presión atmosférica y los vacíos suaves, las moléculas obran recíprocamente con uno a y empujan en sus moléculas vecinas en qué se conoce como flujo viscoso. Cuando la distancia entre las moléculas aumenta, las moléculas obran recíprocamente con las paredes del compartimiento más a menudo que las otras moléculas, y el de bombeo molecular se hace más eficaz que el bombeo de dislocación positiva. Este régimen generalmente se llama el alto vacío.

Las bombas moleculares barren hacia fuera un área más grande que las bombas mecánicas, y hacen tan más con frecuencia, haciéndolas capaces de velocidades de bombeo mucho más altas. Hacen esto a expensas del sello entre el vacío y su extractor. Puesto que no hay sello, una pequeña presión en el extractor puede causar fácilmente backstreaming a través de la bomba; esto se llama la parada . En alto vacío, sin embargo, los gradientes de presión tienen poco efecto en los flujos flúidos, y las bombas moleculares pueden lograr su capacidad máxima.

Los dos tipos principales de bombas moleculares son la bomba de difusión y la bomba de Turbomolecular. Ambos tipos de bombas soplan hacia fuera las moléculas del gas que difunden en la bomba impartiendo ímpetu a las moléculas del gas. Las bombas de difusión soplan hacia fuera las moléculas del gas con los jets del aceite o del mercurio, mientras que las bombas turbomolecular utilizan ventiladores de alta velocidad para empujar el gas. Ambas bombas atascarán y no podrán bombear si están agotada directo a la presión atmosférica, así que deben ser agotadas a un vacío de una calidad más inferior creado por una bomba mecánica.

Como con las bombas de dislocación positiva, la presión baja será alcanzada cuando la salida, la desgasificación, y el igual backstreaming la velocidad de la bomba, pero salida y desgasificación ahora de reducción al mínimo a un nivel comparable a backstreaming llega a ser mucho más difíciles.
bomba de difusión
Bomba de Turbomolecular

¡Colocación de trampas

Las bombas de la colocación de trampas pueden ser Cryopumps que utilizan temperaturas frías para condensar los gases a un sólido o a un estado absorbente, las bombas químicas del, que reaccionan con los gases para producir un residuo sólido, o las bombas de la ionización que utilizan campos eléctricos fuertes para ionizar los gases y para propulsar los iones en un substrato sólido. Un Cryomodule utiliza criobombeo.
bomba de ion
Cryopump
Bomba de la absorción
comprador No-evaporativo

Otros tipos de la bomba

Bomba de vacío del venturi (aspirador ) (10 a kPa 30) Eyector del vapor (el vacío depende del número de etapas, pero puede ser muy bajo)

Técnicas

Las bombas de vacío se combinan con los compartimientos y los procedimientos operacionales en una gran variedad de sistemas del vacío. A veces más de una bomba será utilizada (en la serie o en el paralelo ) en un solo uso. Un vacío parcial, o el vacío áspero, se puede crear usar una bomba de dislocación positiva que transporte una carga de gas de un puerto de entrada a un puerto del enchufe (extractor). Debido a sus limitaciones mecánicas, tales bombas pueden alcanzar solamente un vacío bajo. Para alcanzar un vacío más alto, otras técnicas se deben entonces utilizar, típicamente en serie (generalmente siguiente una bomba rápida inicial abajo con una bomba de dislocación positiva). Algunos ejemplos pudieron ser uso de una bomba de paleta rotatoria sellada aceite (la bomba de dislocación positiva más común) que movía hacia atrás una bomba de difusión, o una bomba seca de la voluta que movía hacia atrás una bomba turbomolecular. Hay otras combinaciones dependiendo del nivel de vacío que es buscado.

La realización de alto vacío es difícil porque todos los materiales expuestos al vacío se deben evaluar cuidadosamente para su desgasificación y las características de la presión de vapor . Por ejemplo, los aceites, y las grasas y el caucho, o las juntas plásticas usadas como el sella para el compartimiento de vacío no deben la ebullición de cuando están expuestos al vacío, o los gases que producen prevendrían la creación del grado de vacío deseado. A menudo, todas las superficies expuestas al vacío se deben cocer al horno en la temperatura alta para eliminar los gases fijados por adsorción .

La desgasificación se puede también reducir simplemente por la desecación antes del bombeo del vacío. Los sistemas del alto vacío requieren generalmente compartimientos del metal con los sellos del anillo o del metal tales como rebordes de Klein o rebordes de la ISO, algo que los anillos o de goma mas comunes en sellos bajos del compartimiento de vacío. El sistema debe ser limpio y liberar de materia orgánica para reducir al mínimo la desgasificación. Todos los materiales, sólido o líquido, tienen una pequeña presión de vapor, y su desgasificación llega a ser importante cuando la presión del vacío baja debajo de esta presión de vapor. Consecuentemente, muchos materiales que trabajan bien en vacíos bajos, tales como epóxido, se convertirán en una fuente de desgasificación en vacíos más altos. Con estas precauciones estándar, los vacíos de 1 mPa se alcanzan fácilmente con un surtido de bombas moleculares. Con diseño y la operación cuidadosos, 1 µPa es posible.

Varios tipos de bombas se pueden utilizar en orden o paralelamente. En una secuencia típica del pumpdown, una bomba de dislocación positiva sería utilizada para quitar la mayor parte de el gas de un compartimiento, a partir de la atmósfera (760 torres, el kPa 101) a 25 torres (kPa 3). Entonces una bomba de la absorción sería utilizada para derribar la presión a los torres 10^-4 (mPa 10). Un cryopump o una bomba turbomolecular sería utilizado para traer la presión más lejos abajo a los torres 10^-8 (1 µPa). Una bomba de ion adicional se puede encender debajo de los torres 10^-6 para quitar los gases que no son manejados adecuado por un cryopump o una bomba de turbo, tal como helio o hidrógeno .

El vacío ultra alto requiere generalmente el equipo a la medida, procedimientos operacionales terminantes, y una cantidad justa de trial-and-error. Los sistemas del vacío ultraalto se hacen generalmente del acero inoxidable con los rebordes del conflat del metal-gasketed. El sistema se cuece al horno generalmente, preferiblemente bajo vacío, para levantar la presión de vapor de todos los materiales de la desgasificación en el sistema y para hervirlos temporalmente apagado. En caso de necesidad, esta desgasificación del sistema se puede también realizar en la temperatura ambiente, pero ésta tarda mucho más tiempo. El bulto de los materiales de la desgasificación se hierve una vez apagado y evacuado, el sistema se puede refrescar para bajar presiones de vapor para reducir al mínimo la desgasificación residual durante la operación real. Algunos sistemas son refrescados bien debajo de temperatura ambiente por el nitrógeno líquido para cerrar la desgasificación y simultáneamente el cryopump residuales el sistema.

En sistemas del vacío ultraalto, algunas trayectorias de la salida y fuentes muy impares de la desgasificación deben ser consideradas. La absorción de agua del aluminio y del paladio se convierte en una fuente inaceptable de desgasificación, e incluso la absorbencia de metales duros tales como acero inoxidable o titanio debe ser considerada. Algunos aceites y grasas hervirán apagado en vacíos extremos. La porosidad de las paredes metálicas del compartimiento puede tener que ser considerado, y la dirección de grano de los rebordes metálicos debe ser paralela a la cara del reborde.

El impacto del tamaño molecular debe ser considerado. Moléculas más pequeñas pueden escaparse en más fácilmente y son absorbidas más fácilmente por ciertos materiales, y las bombas moleculares son menos eficaces en los gases de bombeo con pesos moleculares más bajos. Un sistema puede poder evacuar el nitrógeno, (el componente principal del aire,) al vacío deseado, pero el compartimiento podría todavía ser lleno de hidrógeno y de helio atmosféricos residuales. Los recipientes alinearon con un material alto permeable al gas tal como paladio (que es una esponja de gran capacidad del hidrógeno ) crean problemas especiales de la desgasificación.

Aplicaciones de las bombas de vacío

Las bombas de vacío se utilizan en muchos procesos industriales y científicos incluyendo:

la producción de la mayoría de los tipos de las lámparas eléctricas, de los tubos de vacío y de las CRT donde está cualquier haber evacuado el dispositivo izquierda o rellenado con un gas o una mezcla de gases específico
El semiconductor que procesa, notablemente implantación de ion, seca el grabado de pistas y la deposición de PVD, de ALD, de PECVD y del CVD y pronto en fotolitografía
Microscopia electrónica
Procesos médicos que requieren la succión
Usos médicos tales como tal radioterapia, Radiosurgery, Radiopharmacy
Instrumentación analítica para analizar los materiales del gas, del líquido, del sólido, superficiales y bio
Espectrómetros totales para crear un vacío ultra alto entre la fuente de ion y el detector
Vacuometalización para la decoración, para la durabilidad, para el ahorro de la energía
Capa de cristal para el vidrio bajo de e
Capa dura para el motor (como en Fórmula 1)
Capa oftálmica
Compresor de la basura
Ingeniería del vacío
incluso en sistema de aguas residuales ver EN1091: 1997 estándares

El vacío se puede utilizar para accionar los dispositivos mecánicos. En el diesel - los automóviles engined, una bomba cabida en el motor (generalmente en el árbol de levas ) se utilizan para producir vacío. En la gasolina - los automóviles accionados en lugar de otro, vacío se obtienen como efecto secundario de la operación del motor y de la restricción del flujo creados por la placa de la válvula reguladora . Este vacío se puede entonces utilizar para accionar:

el aumentador de presión para los frenos de energía
Motores que mueven los apagadores en el sistema de ventilación
El conductor de la válvula reguladora en el servomecanismo del control de travesía
Controlando otros dispositivos (tales como geometría de turbo, recirculación de los gases de escape, etc.)

En un avión, la fuente del vacío es de uso frecuente accionar los giroscopios en los varios instrumentos del vuelo. Para prevenir la pérdida completa de instrumentación en caso de falta eléctrica, el tablero de instrumentos se diseña deliberadamente con ciertos instrumentos accionados por la electricidad y otros instrumentos accionados por la fuente del vacío.

Historia de la bomba de vacío

La bomba de vacío fue inventada por el Otto von Guericke .

El Nikola Tesla diseñó el aparato, reflejado a la derecha, que contiene una bomba de Sprengel para crear un alto nivel de agotamiento.

Peligros

Los aceites viejos de la vacío-bomba que fueron producidos antes circa el an o 80 contienen a menudo una mezcla de varios bifeniles polychlorinated de diverso peligroso (PCBs), que son alto el tóxico, el carcinógeno, agentes contaminadores orgánicos persistentes

Ver también

un experimento en un pájaro en la bomba de aire
Ingeniería del vacío
Reborde del vacío

.

Zenithic

Passage du Gois

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