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Sé un mejor profesional con la Bomba de vacío

Se considera vacío a cualquier espacio o ambiente cuya presión es menor que la presión atmosférica. Por lo tanto, para crear una atmósfera al vacío, lo que debemos hacer es mover todas las moléculas de gas fuera de un sistema cerrado, el cual puede ser cualquier tipo de contenedor, desde un recipiente hasta una habitación. Para poder hacerlo, utilizamos un dispositivo diseñado especialmente para esta función, mejor conocido como bomba de vacío.

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Así, cuando utilizamos una bomba para vacío, lo que estamos haciendo es reducir la presión que existe en un contenedor. No obstante, también podemos utilizarla para mover moléculas de un lugar a otro, por ejemplo, cuando vaciamos líquido en un espacio y lo depositamos en otro.

Como veremos más adelante, esta tecnología tiene diferentes aplicaciones, tanto caseras como industriales. Por ejemplo:

  • Laboratorios: Se utiliza en aquellos procesos que requieren un ambiente de poca presión, de modo que puedan así prevenir contaminación o reacciones químicas ocasionadas por partículas en el ambiente.
  • Sectores Industriales: Se utilizan para producir tubos de vacío y lámparas eléctricas, o para procesar semiconductores.
  • Industria Alimentaria: Se utilizan para diferentes tipos de envasado.
  • Aeronáutica: Los giroscopios ubicados en algunos de los instrumentos de vuelo, son alimentados por una fuente de vacío con el propósito de prevenir fallas eléctricas

¿Qué es una bomba de vacío?

Como hemos visto, la bomba de vacío es todo aquel dispositivo que nos permite extraer las moléculas de gas o líquido de cualquier sistema cerrado para crear un vacío parcial. Pero ¿cómo funciona?

Nos adentramos en su historia 3,2,1

La primera bomba de vacío de la que se tiene conocimiento fue inventada en 1650 por el jurista alemán Otto von Guericke, quien, en aquel entonces, condujo varios experimentos sobre presión atmosférica. Von Guericke estaba enormemente influenciado por el trabajo de otros físicos, como Blaise Pascal, Galileo y Evangelista Torricelli.

En sus primeros experimentos, von Guericke utilizó una bomba de succión para eliminar el agua de un barril de madera sellado, pero se dio cuenta que el aire actuaba desde el exterior, ocasionando que el recipiente colapsara.

Así, luego de experimentar con distintos materiales y diseños, finalmente, desarrolló una bomba que eliminaba el aire directamente del recipiente, utilizando aire como fluido de trabajo, en lugar de agua, que entonces se consideraba necesaria para estos fines.

En 1654, Von Guericke realizó públicamente el experimento que lo llevaría a la fama. Para ello, utilizó dos semiesferas de cobre —también conocidas como hemisferios de Magdeburgo, en honor a la región donde nació— y las acopló perfectamente para formar una esfera. Posteriormente, extrajo todo el aire del interior con su bomba de vacío. Una vez hecho esto, ató cada uno de los hemisferios a un par de caballos y los hizo tirar en direcciones opuestas con el objetivo de que la esfera se desacoplara. Para sorpresa de todos, los hemisferios permanecieron unidos, a pesar de la fuerza con la que tiraban los caballos. Podéis ver una replica del experimento en el vídeo de abajo

Como hemos visto en el vídeo, al crear vacío en el interior de la esfera no existe presión en el interior; por lo tanto, la presión del aire atmosférico —que ya había sido previamente descubierta por Torricelli— empuja hacia adentro y supera la fuerza con la que tiran los caballos, manteniendo, de esta manera, los hemisferios perfectamente unidos. Por el contrario, si la esfera hubiese contenido aire en su interior, cualquier fuerza, por insignificante que fuera, hubiera logrado separarlos.

Años después, Robert Boyle, tomando como base estos conceptos, diseñó, con la ayuda del científico inglés, Robert Hooke, una bomba de aire mejorada, que le permitiría extender los conocimientos acerca del vacío.

Demostró, por ejemplo, que el aire era comprimible, ya que sus partículas estaban separadas por espacio vacío. De este modo, si se elimina la presión, el aire «recupera su volumen original».

Además, realizó una serie de experimentos controlados que le permitieron conocer más acerca de las propiedades del aire. Estableció, por ejemplo, que el sonido no se transmite en el vacío. Igualmente, logró demostrar que al cambiar la presión del aire también puede modificar su temperatura, lo que le llevó a establecer la Ley que lleva su nombre, la cual dice que:

«A temperatura constante, el volumen de una masa fija de gas es inversamente proporcional a la presión que este ejerce».

Robert Boyle

Tales conocimientos eran bastante controvertidos, ya que muchos científicos de la época —quienes aun creían en la existencia del éter— negaban que el vacío pudiera existir. Con su bomba de aire —también conocida como «motor neumático»—, Boyle demostró que el vacío no sólo existía, sino que era posible producirlo.

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¿Cómo funciona una bomba de vacío?

La bomba de vacío logra evacuar el aire contenido dentro de un sistema mediante energía neumática. De esta manera, el nivel de presión en el interior del sistema se vuelve más bajo que el de la atmósfera exterior.

Por lo tanto, si deseamos eliminar el aire en un contenedor, antes que nada, debemos:

  1. Asegurarnos que el recipiente sea lo suficientemente rígido:
    Ya que, a medida que el aire sea extraído, la atmósfera comenzará a ejercer presión sobre él. Dicha presión está determinada por el sitio donde nos encontramos. Por ejemplo, si utilizamos una bomba de vacío a nivel del mar, la presión atmosférica promedio es de 14.5 psi —libras por pulgada cuadrada, por sus siglas en inglés—.

Una vez que se conecta la bomba de vacío al contenedor, ésta comienza a reducir la presión en su interior. Esto se logra de diferentes formas, dependiendo del mecanismo que utilice la bomba para funcionar, a continuación algunos mecanismos:

  • Bombas rotativas o rotatorias
    Utilizan paletas alojadas dentro de un cilindro excéntrico, como la hélice de un motor, que, al activarse, comienzan a girar. Este giro de las paletas es el que genera la diferencia de presión entre el interior del recipiente y el cilindro de la bomba, ya que, con su movimiento, va succionando el aire dentro del recipiente y lo ingresa al cilindro. Luego, el mismo movimiento, empuja el aire hacia una salida.
  • Bombas de canal lateral
    Funcionan mediante un rodete especial que obliga a las partículas aspiradas a seguir un recorrido en espiral incrementando así la presión diferencial.

Independientemente del mecanismo que utilice una bomba de vacío, lo que debemos tomar en cuenta es que a las moléculas en el aire no les gustan las áreas de baja presión y se apresuran a escapar inmediatamente a las áreas de mayor presión.

¿Cómo se mide el rendimiento de una bomba de vacío?

Toda bomba de vacío tiene una presión mínima de entrada —que es la presión más baja que puede obtenerse—, así como un límite máximo. Si la presión previa aumenta por encima de este valor, el bombeo cesa.

Así, el buen funcionamiento de una bomba de vacío se define por la velocidad de bombeo y la cantidad de gas evacuado en una cantidad de tiempo determinado.

De este modo, tenemos que las dos características esenciales de las bombas de vacío son:

  • La presión limite.
  • El tiempo necesario para alcanzar dicha presión.

Estos factores no dependen necesariamente del tipo de bomba, sino del recipiente a evacuar y las características propias de los gases a evacuar.

En conclusión, el rendimiento de una bomba de vacío se mide por su velocidad de bombeo. Por supuesto, la tasa de bombeo es diferente para cada tipo de bomba y depende, a su vez, de la densidad de los gases que se bombean.

Partes de una bomba de vacío

En términos generales, para que una bomba de vacío funcione correctamente debe tener las siguientes características:

  • Tubo de succión: Por donde ingresan los gases a la bomba.
  • Mecanismo: de paletas rotativas, de diafragma, de canal lateral, etcétera.
  • Tubo de descarga: Por donde salen los gases.

Además, existen algunos dispositivos que llegan a ser comunes en los diseños de las diferentes bombas de vacíos, independientemente de su mecanismo. Entre ellos encontramos:

  • Armazón o cubierta: Es la estructura que cubre las partes internas de la bomba, principalmente los circuitos y el mecanismo. Usualmente está fabricada en aluminio o acero inoxidable.
  • Base: Le proporciona estabilidad a la máquina y reduce los riesgos de accidentes. Puede ser de caucho, acero o aluminio.
  • Mango:Se trata de una manija que facilita el traslado y la sujeción de la bomba.
  • Depósito de aceite: Consiste en un conducto que sirve para el suministro del aceite. Recordemos que el mecanismo no deja de ser un motor que requiere mantener sus partes lubricadas para el perfecto funcionamiento.
  • Indicador de aceite:Muestra el nivel de aceite que tiene la bomba. Puedes ser eléctrico o mecánico, por medio de agujas.
  • Válvula de drenado:Esta válvula facilita la limpieza del mecanismo.
  • Válvula de cierre:Generalmente se activa mediante una palanca y sirve para controlar las fugas.
  • Puerto de vapor:Se trata de un tubo de descarga, por donde se expulsa el vapor generado por la bomba.
  • Filtro:El filtro se coloca justo debajo del puerto de vapor, para evitar que las partículas de aceite dañen los circuitos de la bomba.
  • Protector térmico:Como su nombre lo indica, su función es proteger los componentes internos de la bomba y evitar que se calienten. Esto, además, permite que la bomba funcione por más tiempo y prolonga su vida útil. Consiste en ventilador, rotor, cojinetes, interruptores, etcétera.

Tipos de bombas de vacío

Existen diversos tipos de bombas de vacío, dependiendo de su uso. Esto hace que la clasificación sea un poco complicada. Sin embargo, es posible reducir la lista tomando en consideración diferentes criterios.

Bombas rotativas.

Generalmente consiste en un mecanismo accionado por paletas, que giran como el motor de una hélice. Cuando se alcanza el nivel de vacío, el tanque se aísla mediante una válvula de alto vacío. Cualquier intercambio de gas entre el contenedor y la bomba es detenido por la válvula.

También existe la bomba rotativa de anillo líquido que tiene un funcionamiento semejante, pero requiere líquido para que el tambor que contiene las hélices gire; esto reduce el deterioro del mecanismo.

Las bombas rotativas son robustas y presentan alta velocidad de bombeo. Además, requieren de poco mantenimiento y su refrigeración es por aire.

Bombas de membrana o diafragma.

Su mecanismo consiste en un diafragma de teflón o caucho y una serie de válvulas que se abren y se cierran para bombear líquido y generar vacío.

Cuando el volumen de un compartimiento aumenta, el diafragma baja, la presión disminuye y el líquido entra en el compartimiento. Cuando la presión del compartimiento aumenta, el diafragma sube y el líquido guardado previamente adentro es forzado a salir.

Es por esto que las bombas de diafragma se pueden utilizar para hacer corazones artificiales.

Entre sus principales ventajas encontramos que funcionan sin aceite, son poco ruidosas, son seguras y de fácil mantenimiento.

Bombas de canal lateral

Funcionan del siguiente modo: mediante un rodete especial, el aire aspirado está obligado a seguir un recorrido en espiral, incrementando así la presión diferencial del fluido transportado a través del canal.

Este tipo de bombas se emplean en sistemas de transportes neumáticos, plantas purificadoras de agua, equipamientos de limpieza industrial y otras industrias donde existe necesidad de obtener gases limpios. Las bombas de este tipo funcionan tanto en aspiración como en compresión y han sido proyectadas para trabajar en servicio permanente.

Por otro lado, también podemos clasificar las bombas de vacío con base en la forma que operan. En ese sentido, es posible determinar dos tipos de bombas de vacío:

Bombas de movimiento o transferencia

Estas utilizan impulso para acelerar el gas que se desea vaciar desde el contenedor hasta la bomba. Este impulso es creado mediante mecanismos mecánicos, como es el caso de las bombas rotativas.

Bombas de captura

Las bombas de captura funcionan atrapando moléculas dentro de un espacio confinado. Algunos ejemplos son la bomba criogénica, que atrapa las moléculas de gas licuado en una trampa fría, y la bomba de iones, que utiliza gas ionizado, el cual está confinado magnéticamente.

Este tipo de bombas generalmente se encuentran en el contenedor que se va a evacuar. La bomba elimina las moléculas de gas por absorción o condensación en la superficie interna. Si las moléculas de gas entran en contacto con la superficie refrigerada de la bomba, el gas se condensará y se eliminará como un líquido.

maquina de vacío casera

Finalmente, podemos diferenciar los diferentes tipos de bombas de acuerdo a su aplicación industrial. De esta manera, tenemos bombas de vacío industriales, manuales, de laboratorio, para refrigeración, para aire acondicionado, etcétera.

Principales aplicaciones

Como ya hemos mencionado, las bombas de vacío tienen numerosas aplicaciones industriales y científicas. Pueden emplearse para moldear compuestos, instrumentos de vuelo, producción de tubos de vacío y lámparas eléctricas, CRT, procesamiento de semiconductores, microscopía electrónica, fotolitografía, enriquecimiento de uranio, prensas de impresión, fábricas de vidrio y piedra, fabricación de gabinetes y aplicaciones médicas que requieren succión.

Entre las aplicaciones médicas encontramos: radiocirugía y radioterapia. Espectrómetros de masas, instrumentos que analizan sólidos, gases, líquidos, superficies y biomateriales.

Las bombas de vacío también se utilizan para recubrimientos decorativos en metal, vidrio y plásticos, ahorro de energía y durabilidad del vidrio, recubrimientos oftálmicos, recubrimientos duros para componentes de motores de Fórmula Uno, impregnación al vacío de bobinas de motores eléctricos o madera, compactadores de basura, servicios de aire acondicionado, sistemas de alcantarillado, etcétera.

Ventajas de adquirir una bomba de vacío

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Si tenemos en cuenta la gran variedad de aplicaciones, resulta sencillo entender porqué es necesario adquirir una bomba de vacío. No sólo se trata de una herramienta versátil sino que te permitirá ahorrar costos en tus procesos. Además, son potentes, eficaces y de larga vida. Las mejores bombas de vacío requieren de poco mantenimiento, son fáciles de operar y no cuesta trabajo transportarlas.

Sin embargo, te recomendamos que, antes de adquirir una, consideres el propósito para el que la vas a utilizar y compares los diferentes modelos, tomando en cuenta su relación costo – beneficio. Actualmente, existen muy buenas bombas de vacío económicas a precios bastante accesibles. Los costos, en promedio, van desde los 50 hasta los 300 EUR.

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Última actualización el 2020-05-13 / Enlaces de afiliados / Imágenes de la API para Afiliados