Tanto en la industria alimentaria como en la farmacéutica, química, 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 una presión negativa. El campo de vacío empieza por debajo de 300 mbar absolutos, el cual se divide 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 etapaetapas. Las pre bombas y los sopladores de desplazamiento trabajan juntos. Aerzener Maschinenfabrik GmbH, fabricante de sopladores de desplazamiento positivo desde 1868, también fabrica bombas especiales de desplazamiento positivo para la generación de vacío desde 1940. Así, 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 sopladores 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 la generación de una presión negativa de hasta 500 mbar abs. AERZEN suministra sopladores 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 etapaetapa ya se consiguen presiones negativas de hasta 500 mbar abs. o 300 mbar abs.
Pero una presión negativa inferior a los 300 mbar abs. solo se puede lograr en dos etapaetapas en un llamado grupo de bombeo, que combina una prebomba y una bomba de desplazamiento positivo. Así se logra con seguridad el caudal volumétrico requerido por el operador, llamado punto de operación. En la primera etapa la prebomba reduce la presión del medio disponible en un depósito o una estancia con un prevacío de p. ej. 200 mbar abs. En la segunda etapa el soplador 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 siderúrgica 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 el soplador de vacío adecuado.
En función de la aplicación, como posible sistema de prebomba se emplean bombas de vacío de anillo líquido, bombas rotativas de paletas lubricadas con aceite o bombas de garra controlables para gases neutros. Sobre todo en aplicaciones de alta calidad en la industria química podrían resultar necesarias costosas bombas de vacío de tornillo para evacuar los gases de proceso. Como 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 sobre la selección del sistema de prebomba óptimo y selecciona en estrecha colaboración con él el soplador óptimo de vacío de desplazamiento positivo de AERZEN. Para satisfacer los parámetros requeridos por el operador del grupo de bombeo la prebomba y los sopladores de vacío de AERZEN están energética y térmicamente combinados entre sí de manera óptima.
La imagen 1 muestra en un cálculo teórico la interacción de la prebomba (línea naranja) y una bomba de vacío de la serie GMA de AERZEN (línea verde) como solución de dos etapas Pero para reducir el tiempo de bombeo también es posible aplicar soluciones etapamultietapa con una prebomba y varias bombarlobulares de vacío que trabajen de manera gradual. En el eje x se muestran los rangos de presión de la prebomba y el soplador de vacío; en el eje y se muestran los caudales volumétricos. En este ejemplo la prebomba arranca sola en primer lugar. La bomba 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 aprox. 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 el soplador de vacío de AERZEN elegido para este ejemplo garantiza el punto de operación requerido, 1 mbar en este caso, 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 bomba tipo roots de vacío, el fabricante del grupo de bombeo y AERZEN cumplen los parámetros del grupo de bombeo definido por el operador. AERZEN ofrece...
La combinación óptima con la prebomba y la bomba lobular de vacío correctos garantiza un grupo de bombeo rentable y una operación económica y a largo plazo con la mayor eficiencia energética.
AERZEN suministra bombas de vacío con enfriamiento pr-admisión (llamados sopladores con admisión previa) de la serie mHV en 11 tamaños para caudales de entrada nominales de 250 a 61.000 m³/h. Su presión diferencial máxima admisible depende de la carga térmica correspondiente. Los sopladores pre-admisión se emplean principalmente en vacío bajo y en un rango de presión negativa como prebomba o etapa de presión negativa contra presión atmosférica para lograr altas presiones diferenciales en una etapaetapa, y para altas relaciones de compresión en el rango de vacío bajo de hasta p2/p1 = 5. Los sopladores pre-admisión 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 enfriado se introduce en el equipo 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 bomba de vacío con pre-admisión. Las bridas de los sopladores pre-admisión están equipadas con juntas tóricas y una lubricación por dispersión que se encarga de lubricar los sopladores de vacío con enfriamiento pre-admisión Los sopladores se operan con un motor acoplado directamente o con caja de engranes y, en caso de presión diferencial limitada, mediante una bandas trapezoidales y poleas. La cámara de transporte utiliza sellos de laberinto con anillos de pistón y el eje principal utiliza doble retén de aceite con barrera de grasa.
Las bombas de vacío enfriadas por aire de la serie HV para el rango de vacío de 200 a 10-3 están disponibles en 12 tamaños para caudales de entrada nominales de 180 a 97.000 m³/h (con velocidades de 3.000 a 3.600 rpm). Los modelos GMa operan con flujo vertical y los modelos GLa, con horizontal, lo que permite un diseño especialmente compacto. Ambos tipos de construcción se emplean, entre otros, en procesos de recubrimiento, 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 sopladores enfriados por aire, lubricados por inmersión y variantes para materiales especiales, p. ej. para piezas fundidas yémbolos rotativos. Gracias a los motores estándar utilizados tipo de construcción IE 3 los equipos trabajan con la máxima eficiencia energética y se pueden utilizar en numerosos países, también en EE.UU, Canadá y Rusia, entre otros. Además, son aptos para funcionar con variador de frecuencia. Los motores se acoplan directamente a los sopladores. Un sello de laberintocon anillos de pistón y dispersores evita que el aceite de los alojamientos de los rodamientos penetre en la cámara de transporte. Se instala además una cámara neutra de grandes dimensiones con canales de condensación. Para conseguir un mayor efecto de hermeticidad, la cámara neutra se puede purgar con gas de sellado. Como característica singular, las bombas de vacío de la serie HV se pueden fabricar opcionalmente para cumplir ATEX 94/9/CE. Estas ofrecen una resistencia al picos de presión por explosión de hasta 13 bar, funcionan sin de bypass y son los únicos sopladores de vacío aprobados para la zona 0 (en interiores) y en exteriores para la clase de temperatura T4. Para una mayor seguridad durante el proceso se pueden detener usando la opción de control por debajo de 50 mbar.
Los sopladores con motor encapsulado de la serie CM de AERZEN (para gases agresivos) y HM (para gases neutros), aptos 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 bombas funcionan con un motor hermético, ya que el eje principal está sellado junto con el motor encapsulado integrado sin contacto con la atmósfera. Debido a la capacidad de prácticamente doblar la velocidad t entre 6.000 a 7.200 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 un soplador de motor encapsulado para aumentar aún más el rendimiento, el equipo en conjunto se seguirá caracterizando por su diseño compacto, lo cual supone una ventaja especial en sistemas múltiples con numerosos grupos de bombeo. Se pueden suministrar sopladores de motor encapsulado de AERZEN
Estos sistemas se emplean para generar vacío industrial, p. ej. en ingeniería química y de procesos, en recubrimiento 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, estos sopladores se emplean en la industria de semiconductores, microelectrónica, fabricación de pantallas planas, tecnología láser y tecnología solar. Los sopladores pueden funcionar con flujo en ambas direcciones, vertical y horizontal. Gracias a su enfriamiento estándar por agua, son adecuados para aplicaciones en entornos de cuartos limpios. Su excelente resistencia mecánica (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 tanto, el uso de bombas 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 el soplador de vacío deben adaptarse óptimamente entre sí. Solo entonces el grupo de bombeo alcanzará los parámetros que necesite el operador y el punto de operación estipulado. Por consiguiente, la solución óptima solo se puede lograr con el asesoramiento de AERZEN, como proveedor del soplador de vacío a emplear, y del fabricante del grupo de bombeo, el cual, a su vez, adquiere la prebomba y el soplador de vacío de proveedores externos. AERZEN inspecciona por medio de un amplio software las combinaciones de bombas, que consiste en la prebomba y el soplador de vacío de AERZEN planeado o estipulado por el fabricante del grupo de bombeo. «Prestamos especial atención a evitar rangos de presión térmica crítica y proporcionar la mejor eficiencia energética. La máxima que aplica AERZEN es no asesorar solo al fabricante sobre el grupo de bombeo para la aplicación del proceso de vacío, sino también sobre el diseño de la combinación del todo el grupo de bombeo.»
Autor: Norbert Barlmeyer, redactor técnico de tecnología de aire comprimido, Bielefeld (Alemania).
