Tanto en la industria alimentaria como en la farmacéutica, química, de ingeniería de procesos, transformación metalúrgica o en la de automoción: muchos de los sectores industriales cuentan con un gran número de procesos de fabricación que necesitan gas con una presión considerablemente inferior a la atmosférica. Una presión de -700 mbar (300 mbar abs.) se considera negativa. El campo de vacío empieza por debajo de 300 mbar absolutos, el cual se puede dividir en vacío bajo, medio, alto y ultra alto (ver gráfico).
En tecnología de vacío trabajamos con presiones absolutas expresadas en milibares (mbar). El término «absoluto» significa que el valor se refiere a un vacío absolutamente perfecto. El vacío perfecto tiene una presión de 0,0000 mbar absolutos. En tecnología de vacío se expresa siempre la presión absoluta, de modo que la indicación «abs» normalmente se puede omitir.En las plantas se puede lograr de forma rentable un vacío bajo, medio y alto si se usan los llamados grupos de bombeo. Estos grupos de bombeo de vacío trabajan al menos en dos fases. Las pre bombas y las soplantes de desplazamiento trabajan juntas. Aerzener Maschinenfabrik GmbH, fabricante de soplantes de desplazamiento positivo desde 1868, también fabrica soplantes especiales de desplazamiento positivo para la generación de vacío desde 1940. De este modo, AERZEN no solo es una de las compañías pioneras en esta tecnología. Hoy en día, la empresa es fabricante líder a escala mundial con una amplia gama de soplantes de presión negativa y de vacío. Su éxito se basa en la competencia técnica, la fabricación de alta precisión, el desarrollo permanente, su experimentado personal y un contacto continuo e intensivo con los clientes. Para generar una presión negativa de hasta 500 mbar abs. AERZEN suministra soplantes de desplazamiento positivo de la serie Delta Blower G5. Los nuevos compresores de émbolos rotativos de la serie Delta Hybrid generan incluso presiones negativas de hasta 300 mbar abs. En una fase ya se consiguen presiones negativas de hasta 500 mbar abs. o 300 mbar abs.
Con todo, una presión negativa inferior a los 300 mbar abs. solo se puede conseguir en dos fases en un denominado grupo de bombeo mediante el uso combinado de una prebomba y una soplante de vacío de desplazamiento positivo. Así se logra con seguridad el caudal volumétrico requerido por el operador, denominado punto de operación. En la primera fase, la prebomba reduce la presión del medio disponible en un depósito o una estancia con un prevacío de p. ej. 200 mbar abs. A continuación, como segunda fase, la soplante para vacío de desplazamiento positivo se inicia y logra el vacío final o el caudal volumétrico requeridos gracias al funcionamiento conjunto y continuado con la prebomba. El futuro operador de la planta de vacío (p. ej. una acería de China) indica al fabricante del grupo de bombeo (p. ej. un fabricante alemán) todos los parámetros esenciales para la planta en cuestión:
A continuación, el fabricante del grupo de bombeo selecciona con AERZEN la prebomba idónea y la soplante de vacío adecuada.
En función de la aplicación, como posible sistema de prebomba se emplean bombas de vacío de anillo hidráulico, bombas rotativas a paletas lubricadas con aceite o bombas de uña controlables para gases neutros. Sobre todo en aplicaciones de alta calidad en la industria química podrían resultar necesarias costosas bombas de vacío helicoidales para evacuar los gases de proceso. Como especialista experto desde hace muchos años, AERZEN dispone de una amplia documentación sobre el rendimiento de todos los sistemas de prebombas, asesora al fabricante del grupo de bombeo acerca de la selección del sistema de prebomba óptima y selecciona en estrecha colaboración con él la soplante óptima de vacío de desplazamiento positivo de AERZEN. Para dar respuesta a los parámetros requeridos por el operador del grupo de bombeo, la prebomba y las soplantes de vacío de AERZEN están energética y térmicamente combinadas entre sí de manera óptima.
La imagen 1 muestra en un cálculo teórico la interacción de la prebomba (línea naranja) y una soplante de vacío de la serie GMA de AERZEN (línea verde) como solución de doble fase. Con todo, para reducir el tiempo de bombeo, también es posible aplicar soluciones multifase con una prebomba y varias soplantes de vacío que trabajen de manera gradual. En el eje x se muestran los rangos de presión de la prebomba y la soplante de vacío; en el eje y se muestran los caudales volumétricos. En este ejemplo, la prebomba arranca sola en primer lugar. La soplante de vacío de AERZEN arranca cuando se ha alcanzado un vacío de 200 mbar abs. La curva verde aumenta de manera considerable hasta el punto de operación a 1 mbar. En el punto de operación, el caudal volumétrico de la combinación es de aproximadamente 1750 m³/h. Los dos rangos de presión térmica crítica que aparecen en primer lugar en este cálculo teórico se pueden corregir en el programa de diseño con parámetros modificados, de modo que la combinación de la prebomba y la soplante de vacío de AERZEN elegida para este ejemplo garantiza el punto de operación requerido, 1 mbar en este ejemplo, y se puede utilizar satisfactoriamente en esta combinación. Considerando este procedimiento, observando los límites térmicos y empleando la mejor combinación posible de la prebomba y la soplante de vacío, el fabricante del grupo de bombeo y AERZEN cumplen los parámetros del grupo de bombeo definido por el operador. AERZEN ofrece...
La selección óptima de la combinación correcta de prebomba y soplante de vacío garantiza un grupo de bombeo rentable y una operación económica y a largo plazo con la mayor eficiencia energética.
AERZEN suministra soplantes de vacío con refrigeración de preadmisión (denominadas soplantes de preadmisión) de la serie mHV en 11 tamaños para caudales de succión teóricos nominales de 250 a 61 000 m³/h. Su presión diferencial máxima admisible depende de la carga térmica correspondiente. Las soplantes de preadmisión se emplean principalmente en vacío bajo y en un rango de presión negativa como prebomba o fase de presión negativa contra presión atmosférica para lograr altas presiones diferenciales en una fase, y para altas relaciones de compresión en el rango de vacío bajo de hasta p2/p1 = 5. Las soplantes de preadmisión de la serie mHV se emplean preferentemente para lograr un funcionamiento continuo sin problemas de sobrecalentamiento. Para este fin, el aire atmosférico o el gas ya refrigerado se introduce en el equipo compacto del lado de descarga sin válvula adicional, reguladores, etc., a través de un tercer canal de succión. Cuando se emplea gas refrigerado, este se enfría previamente en un refrigerador de gas/aire o en un refrigerador de gas/agua instalado entre la prebomba y la soplante de preadmisión. Las bridas de la carcasa de las soplantes de preadmisión están equipadas con juntas tóricas y una lubricación por inmersión se encarga de suministrar aceite lubricante a las soplantes de vacío con refrigeración de preadmisión. Las soplantes se accionan mediante un motor acoplado directamente o un engranaje cilíndrico y, en caso de presión diferencial limitada, mediante una correa trapezoidal estrecha. La cámara de impulsión se cierra con un sello laberíntico combinado de anillos dispersores o de pistón, y el eje de accionamiento se cierra con anillos de sellados radiales dobles con bloqueo de aceite.
Las soplantes refrigeradas por aire de la serie HV para el rango de vacío de 200 a 10-3 están disponibles en 12 tamaños para caudales de succión teóricos nominales de 180 a 97 000 m³/h (con velocidades de 3000 a 3600 rpm). En el tipo de construcción GMa, estos funcionan con un caudal de dirección vertical, y el tipo de construcción GLa, con un caudal de dirección horizontal, permite un diseño especialmente compacto. Ambos tipos de construcción se emplean, entre otros, en procesos de revestimiento, en ingeniería química y de procesos, en la industria metalúrgica y de envasado, en centrales de vacío, en compresión de helio y sistemas de detección de fugas de helio, en la fabricación de lámparas, tubos y equipos solares, y en la industria automotriz. En aplicaciones determinadas se pueden usar sellos especiales para soplantes refrigeradas por aire, lubricados por inmersión y variantes para materiales especiales, p. ej. para piezas fundidas yémbolos rotativos. Gracias a su accionamiento estándar mediante motores del tipo de construcción IE 3, las soplantes trabajan con la máxima eficiencia energética y se pueden utilizar en numerosos mercados, también en Estados Unidos, Canadá y Rusia, entre otros. Además, son adecuados para funcionar con variador de frecuencia. Los motores se embridan directamente en las soplantes. Un sello laberíntico especial de anillos dispersores o de pistón evita que el aceite de las cámaras de los rodamientos penetre en la cámara de impulsión. Se instala además una cámara neutra de grandes dimensiones con canales de condensación. Para conseguir un mayor efecto de purgado, la cámara neutra se puede purgar con gas de sellado. Como característica singular, las soplantes de vacío de la serie HV se pueden fabricar opcionalmente de conformidad con la homologación ATEX 94/9/CE. Estos ofrecen una resistencia al aumento de la presión de explosión de hasta 13 bar, funcionan sin regulación de bypass y son las únicas soplantes de vacío aprobadas para la zona 0 (en interiores) y en exteriores para la clase de temperatura T4. Para una mayor seguridad durante el proceso, la opción de control se puede desactivar por debajo de 50 mbar.
Las soplantes de motor encapsulado de la serie CM de AERZEN (para gases agresivos) y HM (para gases neutros), adecuadas para un funcionamiento permanente, permiten unos tiempos de bombeo especialmente breves, y se emplean en tecnología de alto vacío industrial para un rango de vacío de 200 a 10-5 mbar. Estas soplantes funcionan con una tracción hermética, ya que el eje de accionamiento está sellado por un motor encapsulado integrado sin paso de conexión a la atmósfera. Debido a una velocidad prácticamente doble de 6000 a 7200 rpm con las mismas dimensiones, se producen ciclos de bombeo muy cortos en cuestión de segundos, lo cual genera una aceleración considerable de los procesos de producción para el operador. Incluso si en un grupo de bombeo se integran dos prebombas y una soplante de motor encapsulado para aumentar el rendimiento todavía más, el equipo en conjunto se seguirá caracterizando por su diseño compacto, lo cual supone una ventaja especial por lo que respecta a sistemas múltiples con numerosos grupos de bombeo. Se pueden suministrar soplantes de motor encapsulado fabricadas por AERZEN
Estos sistemas se emplean para generar vacío industrial, por ejemplo en ingeniería química y de procesos, en revestimiento de láminas y vidrio, en evacuación de hidrógeno, en sistemas de detección de fugas de helio y en cualquier situación en la que se deba evitar fugas a toda costa. Además, estas soplantes se emplean en la industria de semiconductores, en microelectrónica, en la fabricación de pantallas planas, en tecnología láser y en tecnología solar. Las soplantes pueden funcionar en ambas direcciones, vertical y horizontal. Gracias a su refrigeración estándar por agua, resultan adecuados para aplicaciones en entornos de sala blanca. Su resistencia mecánica excelente (hasta 230 mbar) reduce los tiempos de bombeo. La aplicación de un variador de frecuencia permite un rango de control alto (1:5) y, por lo tanto, el uso de soplantes de menores dimensiones. Siempre se puede encontrar una solución personalizada, incluso para aplicaciones especiales, gracias a las diferentes variantes de motores para operaciones en red, cíclicas y continuas.
Para diseñar de manera óptima un grupo de bombeo para la generación de vacío no hay soluciones «listas para usar», ya que los parámetros de operación de la prebomba y la soplante de vacío de desplazamiento positivo deben adaptarse óptimamente entre sí. Solo entonces el grupo de bombeo alcanzará los parámetros que necesiten el operador y el punto de operación estipulado. Por consiguiente, la solución óptima solamente se puede lograr con el asesoramiento en detalle que AERZEN, como proveedor la soplante de vacío que se necesite, pueda brindar al fabricante del grupo de bombeo, el cual, a su vez, adquiere la prebomba la soplante de vacío a proveedores externos. AERZEN inspecciona por medio de un amplio software la combinación de la bomba, la cual consiste en la prebomba y la soplante de vacío de AERZEN planificada o estipulada por el fabricante del grupo de bombeo. «Prestamos especial atención a evitar rangos de presión térmica crítica y a proporcionar en términos de energía las mejores proporciones de gradación. La máxima que aplica AERZEN es no asesorar solamente al fabricante sobre el grupo de bombeo en lo que respecta a la aplicación del proceso de vacío, sino también con respecto al diseño de la combinación del todo el grupo de bombeo».
Autor: Norbert Barlmeyer, redactor técnico de tecnología de aire comprimido, Bielefeld (Alemania).
