Técnicas de Vacío

 

 

TÉCNICAS DE VACÍO Vacío: es la ausencia total de material en los elementos (materia) en un determinado espacio o lugar, o la falta de contenido en el interior de un recipiente. Por extensión, se denomina también vacío a la condición de una región donde la densidad de partículas es muy baja, como  por ejemplo el espacio interestelar; o la de una cavidad cerrada cerrada donde la presión del aire u otros gases es menor que la atmosférica.   Puede existir naturalmente o ser provocado en forma artificial, puede ser para usos tecnológicos o científicos, o en la vida diaria. Se aprovecha en diversas industrias, como la alimentaria, la automovilística o la farmacéutica.

Aplicaciones

Aplicaciones técnicas del vacío Situación física

Objetivo

Se obtiene una Baja presión diferencia de  presión Eliminar los componentes activos de la atmósfera Baja densidad Extracción del molecular gas ocluido o disuelto Disminución de la transferencia de energía Gran recorrido libre Evitar colisiones medio Tiempo largo de formación de una monocapa

Superficies limpias

Aplicaciones Sostenimiento, elevación, transporte (neumático, aspiradores, filtrado), moldeado Lámparas (incandescentes, fluorescentes, tubos eléctricos), fusión, sinterización, empaquetado, encapsulado, detección de fugas Desecación, deshidratación, concentración, liofilización, desgasificación, impregnación Aislamiento térmico, aislamiento eléctrico, microbalanza de vacío, simulación espacial Tubos electrónicos, rayos catódicos, TV, fotocélulas, fotomultiplicadores, tubos de rayos X, aceleradores de  partículas, espectrómetros de masas, separadores separ adores de isótopos, microscopios electrónicos, soldadura por haz de electrones, metalización (evaporación,  pulverización catódica), destilación molecular Estudio de la fricción, adhesión, corrosión de superficies. Prueba de materiales para experiencias espaciales.

 

 

Bombas de vacío

Una bomba de vacío, como su nombre lo indica, es una máquina que se encarga de realizar vacío, es decir extraer moléculas, en un volumen sellado que contiene gas, que probablemente pro bablemente no se desea que este ahí.

Para que sirve una bomba de vacío   Como mencionamos en el párrafo anterior, las bombas de vacío sirven para extraer gases indeseables de un lugar sellado. Es por esto que es muy utilizado en las industrias químicas, alimenticias y de bebida para envasar sus productos, eliminando algunos gases, con el fin de que los productos puedan conservarse por mayor tiempo. Otro uso importante de esta maquina es en la instalación de los aires acondicionados. Es importante que en los tubos por donde circula el liquido refrigerante, no haya aire o gases que deterioren el funcionamiento de este. Aquí es donde se usa la bomba de vacío para eliminar por completo cualquier gas que pueda haber en el sistema.

Como funciona una bomba de vacío   El funcionamiento de una bomba de vacío para conseguir quitar el aire o gas de un recipiente se basa en una bomba rotatoria. La bomba rotatoria consta de un cilindro excéntrico y dos  paletas, como vemos en la imagen.

 

 

El giro de las paletas  genera una diferencia de presión entre el interior del recipiente y el cilindro, haciendo que el aire dentro del recipiente ingrese al cilindro. Luego este mismo movimiento empuja el aire hacia una salida.  Otro tipo de bomba de vacío rotatoria, es la de anillo líquido. En el siguiente vídeo vamos a ver su funcionamiento.

Partes de una bomba de vacio    

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Tubo de succión: Por donde ingresan los gases a la bomba. Rotor: Eje al cual están conectadas las paletas.

 

Paletas: Generan la diferencia de presión y empujan el aire hacia afuera.

 

Tubo de descarga: Por donde salen los gases.

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Tipos de bombas de vacío  Según la forma en que funcionen, existen distintos tipos de bombas de vacío. Estos son:

Bombas de vacíos rotativas. Entre estas sobresale sobr esale la bomba de vacío de anillo

 

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liquido. Son utilizadas para manejar la mezcla de gases que pueden llegar a condensar lo que en otras bombas generaría un deterioro. 

  Bomba de membrana o diafragma: Generan vacío que es capaz de bombear líquido. Muy importantes para la generación de corazones artificiales.

GENERADORES DE VACÍO

Los generadores de vacío establecen el vacío necesario para los procesos de manipulación. El vacío se genera neumáticamente o bien eléctricamente.Los generadores de vacío neumáticos realizan tiempos de ciclo cortos y gracias a su diseño compacto y ligero se pueden integrar directamente en el sistema. Los generadores de vacío eléctricos se utilizan en aplicaciones en las que no se dispone de aire comprimido o en las que se requieren elevadas potencias de aspiración.

Generadores de vacío neumáticos   

Eyectores

 

Unidades de bombas (con eyector, monitorización y regulación)

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Generadores de vacío eléctricos   

Bombas

 

Soplantes

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Importante  La capacidad de aspiración nominal de todos los generadores de vacío se indica en l/min o en m3/h. Estos valores se refieren a una presión ambiental de 1.013 mbar (nivel del mar) y a una temperatura ambiente de 20°C. La capacidad de aspiración máxima define por tanto el flujo que el generador de vacío aspira del entorno (aspiración libre).

Aspiración libre

Aspiración posterior con la pieza

LOS MEDIDORES DE VACÍO A TRAVÉS del tiempo el hombre ha sentido la necesidad de medir y clasificar todo cuanto le rodea, desde las distancias intergalácticas, hasta el tamaño de un átomo. Era de esperarse que después de encontrar el vacío lleno y poder producirlo, el siguiente paso fuera medirlo, con lo cual podría calcularse la cantidad de partículas que se manejarían en el contenedor, y de esta manera controlar la atmósfera adecuada para los propósitos del caso. En 1643, Evangelista Torricelli fabricó el barómetro de mercurio y tiempo después Otto von Guericke creó la bomba de aire. La combinación de estos dos experimentos fue llevada a cabo antes de 1660 por Robert Boyle, dando como resultado la máquina boyleana, que es considerada como el primer medidor de presiones subatmosféricas. Boyle logró obtener una  presión de aproximadamente 6 mm Hg (6 torr), y su diseño experimental fue durante dos siglos la única forma disponible para medir vacío (Figura V.1).

 

 

Figura V.1. Medidor de mercurio (Hg) de Boyle. Barómetro de Torrichelli cuyo recipiente de Hg estaba al vacó en un vaso de cristal. La ley de Boyle establece que a bajas  presiones, la presión de un gas es inversamente proporcional al volumen cuando la temperatura del sistema se mantiene

constante:

................P a (1/V) =

( k /

V

o

P

) .......... ............(1)

donde k  es  es una constante, V el volumen y P la presión.

El siguiente paso significativo en la producción de un medidor óptimo, fue en 1874, cuando McLeod presentó un dispositivo basado en la posibilidad de comprimir el volumen de gas a una proporción conocida. Usando una columna de mercurio, consiguió que las altas presiones  pudieran ser medidas con facilidad, mientras que las bajas se podían calcular con la aayuda yuda de la ley de Boyle. Técnicamente, el medidor funciona en un intervalo de 1 a 10 -6 torr (Figura V.2).

Figura V.2. Medidor de presión de McLeod.

 

 

Se ha desarrollado desde entonces otro tipo de medidores de presión; éstos varían no sólo en forma o tamaño, sino sobre todo en el concepto teórico en el cual se basan. Por ejemplo, el medidor de presión creado por Langmuir usa una fibra de cuarzo que debe oscilar en el gas, y la disminución de amplitud en dichas oscilaciones nos da la medida de la presión del gas. Este dispositivo trabaja en un intervalo de presión entre 10 -2 y 10-7 torr (Figura V.3).

Figura V.3. Medidor de Langmuir. El medidor de Pirani, diseñado en 1906, nos da una medida de la presión a través de la variación de la conductividad térmica del gas. Este dispositivo consta de un filamento metálico suspendido en un tubo en el sistema de vacío y conectado a una fuente de voltaje o corriente constante. El alambre puede ser de tungsteno u otro material cuya resistencia varíe mucho con la temperatura. Al aumentar el vacío, se reduce la pérdida de calor por conducción a través del gas y aumenta la temperatura y la resistencia del conductor, que se mide con un aparato adecuado (Figura V.4). En el apéndice A se describen mayores detalles históricos y tecnológicos.

 

 

Figura V.4. Medidor de Pirani.

Figura V.5. Intervalos de presión en los medidores de vacío. En la selección de un medidor de presión es importante considerar de antemano el tipo de sistema con el cual se cuenta, el trabajo a realizarse, y las condiciones necesarias para medir la presión. Una manera sencilla de elegir el medidor adecuado a nuestros propósitos es tomar en cuenta los siguientes cinco puntos: 1) El intervalo de presión para el cual es requerido el medidor. 2) ¿Qué es importante saber?, la presión parcial de cada componente del gas o la presión total. 3) Considerar si la lectura del medidor depende del tipo de gas existente en la cámara. 4) La exactitud necesaria al medir.

 

  5) El tipo de montadura del medidor.

Para dar una idea de la variedad de medidores que existen y los diferentes intervalos de presión en que trabajan, en la figura V.5 presentamos una gráfica con tales datos. En general, se acostumbra llamar barómetros a los instrumentos que sirven para medir la  presión atmosférica, y manómetros a los que miden mide n la presión de cualquier gas o vapor.

Vacuestatos Existen vacuestatos en ejecución mecánica, neumática y electrónica. En la ejecución mecánica se mide el vacío existente mediante una membrana y se acciona un microinterruptor (ejecución electromecánica) o una válvula (ejecución neumática). En la ejecución electrónica, ele ctrónica, el vacío se mide mediante un sensor piezorresistivo y se emite una señal de conmutación (analógica o digital). Los vacuestatos se utilizan en un margen de medición de -1 a 0 bar. Existen los siguientes tipos de vacuestatos:

Vacuestatos mecánicos VS-V-PM y VS-V-EM-ST Los vacuestatos mecánicos se distinguen por su robusta estructura y por su modo de funcionamiento universal. Así, con el modelo electromecánico (EM) se puede conectar cone ctar tensión continua y alterna. En el modelo neumático (PM) por el contrario, no se precisan conexiones eléctricas. El modo de trabajo es puramente neumático. Para adaptar individualmente estos vacuestatos a los parámetros de los procesos, se pueden ajustar puntos de conmutación (con histéresis fija).

Vacuestatos electrónicos  Los vacuestatos electrónicos presentan una elevada exactitud de conmutación y de repetición con un diseño compacto. Así, los vacuestatos v acuestatos con pantalla digital (modelos VS-V-D-… y VSV-W-D-…) son muy cómodos de manejar ya que los puntos de conmutación y las histéresis se pueden programar libremente mediante un teclado de membrana. Para programar el punto de conmutación en el proceso de la forma más fácil y rápida posible son adecuados los vacuestatos con botón de aprendizaje Teach (modelo VS-V-AH/AV-T). En estos modelos se  puede programar el punto de conmutación en pocos segundos con ayuda de una tecla. Los vacuestatos con salida analógica y digital (modelos VS-V y VS-V-A-…) y el vacuestato en formato en miniatura (VS-V-SA/SD) redondean el programa.

 

 

VENTOSAS DE VACÍO

La ventosa es el miembro de unión entre la pieza y la instalación de manipulación. Está compuesta por una ventosa (pieza elastomérica) y por una boquilla. Lea más sobre la sobre la forma de las ventosas yy sus  sus materiales.  materiales. Allí encontrará también un resumen de materiales. Recuerde también que las ventosas necesitan un  un   almacenamiento y una limpieza especiales. La ventosa se utiliza para agarrar y mover un pieza en una instalación o con un robot. Al hacerlo, la ventosa no se adhiere mediante aspiración a la pieza, sino que la presión ambiental (presión atmosférica) presionala pieza contra la ventosa o la ventosa contra la pieza. Para ello, la presión ambiental debe ser mayor que la presión existente entre la ventosa y la pieza. Esta diferencia de presión se consigue conectando a la ventosa un generador de vacío. El generador de vacío aspira el aire entre la ventosa y la pieza, a lo que también se le llama evacuación del aire. En cuanto la ventosa entra en contacto con la superficie de la pieza y se sella contra la  presión ambiental, se genera la depresión necesaria. neces aria. La fuerza de retención de la ventosa se calcula multiplicando la presión diferencial por la superficie de aspiración efectiva de la ventosa. La fuerza de retención F se puede calcular por tanto con la siguiente fórmula: F = Δp x A  

F = Fuerza de retención Δp = Diferencia entre la presión ambiental y la presión del sistema 

A = Superficie de aspiración efectiva (superficie efectiva, cargada de vacío, de una ventosa) Así, la fuerza de retención es proporcional a la presión diferencial y a la superficie. La fuerza de retención es tanto mayor cuanto mayor sea la diferencia de presión entre la presión ambiental y la presión dentro de la ventosa, o cuanto mayor sea la superficie de aspiración efectiva. De este modo, la fuerza de retención se puede variar cambiando los parámetros de  presión diferencial y superficie. Para el diseño técnico de cada componente dispone de más información sobre los sobre  los datos técnicos, así técnicos,  así como diversos diversos ejemplos  ejemplos de cálculo cálculo para  para aplicaciones concretas.

Filtros y uniones

 

 

Los sistemas de vacío se aseguran mediante el uso de filtros. Los filtros protegen el generador de vacío de la suciedad. Las ventosas y el generador de vacío se conectan entre ellos mediante tubos flexibles y uniones. Schmalz ofrece principalmente estos productos:   

Filtros de vacío

 

Distribuidores de vacío

 

Tubos flexibles y uniones

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En nuestra ayuda nuestra ayuda para la elección encontrará un gráfico de la resistencia al flujo en el tubo flexible y otras informaciones que deberá tener en cuenta a la hora de elegir los filtros, elementos de fijación y tubos flexibles apropiados.

Técnica de válvulas

Las válvulas sirven para controlar el vacío y el aire comprimido. De este modo aumentan la seguridad de los procesos en los sistemas de ventosas de vacío.

Básicamente, se distinguen los siguientes principios de funcionamiento:   

Electroválvulas para Electroválvulas  para vacío y aire comprimido

 

Válvulas de flujo y resistencias al flujo; válvulas palpadoras Válvulas manuales de vacío y aire comprimido yy válvulas  válvulas de retención

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En nuestra  nuestra  ayuda para la elección encontrará una vista general de las ventosas y otras informaciones que deberá tener en cuenta a la hora de elegir la técnica de válvulas apropiada. Efectores finales de vacío

 

 

El sistema modular de Schmalz para efectores finales de vacío VEE permite una configuración rápida y flexible de efectores finales de vacío para los más diversos procesos. También se  puede elegir entre numerosas numer osas combinaciones de alimentación al imentación y zonas de vacío, elementos de unión y conexiones de ventosas para configurar el efector final adecuado. Los efectores finales de vacío se pueden combinar con muchas ventosas del programa de vacío"")  productos de Schmalz (véase "Ventosas de vacío Estructura (1) Bridas de amarre para los tipos de robot convencionales (2) Módulos de brida rígido o con rotación de 360°; opcionalmente con prolongación (3) Módulos base  (4) Nudos de unión  (5) Conector superior G3/8“-HE o ciego (6) Conector inferior con junta integrada G1/8“-HE, G1/4“-HE, G3/8“-HE o ciego (7) Elementos de estabilización (se puede encontrar entre los accesorios para ventosas) (8) Tapón para tornillos (opcional) (9) Ventosas de vacío (se puede seleccionar de la gama de Schmalz) (10) Tubos de unión 

 

 

(11) Tapones para segmentar en zonas de vacío diferentes (12) Tapones  (13) Electroválvula para descarga activa (14) Módulos de vacío módulo de brida con generación de vacío integrada

 

 

INTRODUCCIÓN

CONCLUSIÓN