Si utilizas bombas de pistón rotatorio en tus instalaciones, probablemente ya te habrás dado cuenta de que sólo bombean con la velocidad de las especificaciones de fábrica cuando la bomba es nueva y el aceite se encuentra limpio. Esto sucede independientemente de que se utilicen en un horno metalúrgico, un sistema de deposición de vapor, una cámara de simulación espacial o en aplicaciones de secado. Después de algún tiempo de uso, su rendimiento simplemente comienza a decaer. Y con el tiempo, esto solo empeora. ¿Por qué sucede esto y qué puedes hacer para solucionarlo?
¿Te has preguntado alguna vez por qué el rendimiento de una bomba es aún peor en los días húmedos? Esto ocurre debido al agua que se condensa en ella. Cuando se agita fuertemente, el aceite se emulsiona con agua, por lo que en ocasiones hay tanta agua que el aceite se vuelve lechoso. En días húmedos, es posible que no sea posible bajar de 100 micrones incluso con un booster.
El agua en cuestión se bombea fuera de la cámara de vacío y la tubería cuando se genera vacío en la cámara, condensándose en la bomba a medida que la presión del vapor de agua se eleva a la presión atmosférica cerca del escape de la bomba de vacío.
Un solo mililitro de agua líquida se evapora para formar aproximadamente 1.24 litros de vapor a una temperatura y presión estándar (STP). De acuerdo a la ley de los gases ideales, cuando la presión baje, el volumen ocupado por el vapor aumentará. Si la presión cae de un millón de micrones (presión atmosférica) a un micrón, entonces los 1.2 litros de vapor de agua se convertirán en 1.24 millones de litros de vapor de agua. (Como referencia, 1 ml de agua es aproximadamente el volumen de la punta del dedo debajo de la uña). Ahora imagina cuántos ml de agua condensada hay dentro de tus bombas de pistón en un momento dado, en el fondo del depósito de aceite o siendo golpeados dentro de la misma mientras está en funcionamiento.
Cada vez que tus bombas pasen por un ciclo de compresión, hay un vacío que se acumulará detrás del pistón. Cuando la presión desciende por debajo de la presión de flash, algo de líquido se convertirá en vapor dentro de la bomba. Este vapor puede consumir hasta la mitad de la velocidad de bombeo y, en última instancia, esto será lo que impedirá alcanzar el rendimiento de bombeo para el que ha sido diseñada.
Incluso al cambiar el aceite, nunca podremos recuperar el rendimiento de la bomba de inmediato, ya que no es posible sacar toda el agua. A menudo, si la presión deseada es baja, por ejemplo, menor a 20 micrones, nunca podrá lograrse sin un equipo Roots encima. Incluso es poco probable llegar allí con el equipo Roots. A menudo vemos casos en los que una combinación de bomba / Roots se basará en 50 micrones o más, particularmente cuando el clima es húmedo. Por eso, aunque se cambie el aceite de la bomba de pistón, nunca podrá recuperarse el rendimiento que tenía cuando era nueva.
No es posible sacar toda el agua a menos que se haga funcionar la bomba con el gas ballast encendido para elevar la temperatura y eliminar la humedad. El gas ballast funciona a tiempo, pero el tiempo es precisamente lo que no se tiene en una línea de producción. El tiempo que se espera a que una bomba esté lista es tiempo perdido, también conocido como tiempo de inactividad y es el error más costoso que podemos cometer.
Este es el gran problema. El vapor de agua ocupa una enorme cantidad de volumen a bajas presiones, al igual que otros gases. La parte complicada acerca del agua es que se condensa fácilmente en superficies, especialmente en superficies metálicas a temperatura menores de 100 ° C (212 ° F) cuando se abren a la atmósfera. Es absorbida por materiales higroscópicos como polvo y cloruros metálicos. Luego, la bomba de vacío la extrae de su sistema, donde podría condensarse internamente.
Si tienes una bomba de vacío seca que funcione con el suficiente calor interno para mantener el agua en estado de vapor (la mayoría lo hace), entonces la condensación de agua nunca será un problema. Con la mayoría de las bombas secas, podemos obtener el mismo bombeo el día #1000 que el primer día.
Hay un impacto más serio respecto al vapor de agua en el desempeño del vacío. El agua es una molécula polar, lo que significa que tiene una polaridad eléctrica de tamaño molecular. Esto hace que sea mucho más probable que se adhiera a una superficie incluso cuando no se condensa, y que resista la desorción de la superficie más que los gases como el nitrógeno, el oxígeno o el argón. A medida que se profundiza en el vacío, es más probable que la molécula de agua se desorbe. Esto se conoce como desgasificación. ¿Por qué esto es un problema grave?
Cuando la presión cae por debajo de los 100 micrones, todavía hay mucho vapor de agua en las superficies del sistema de vacío. Y el volver a la relación presión-volumen, 10 veces menor presión, requerirá 10 veces más velocidad de bombeo para lograrlo.
Es por eso que podemos observar el fenómeno mostrado en el siguiente gráfico de presión vs tiempo. Esta gráfica contiene cálculos de presión vs tiempo para tres opciones de bombas. El verde claro representa una combinación de bomba de pistón / soplador, la línea ámbar representa una nueva bomba de pistón y la línea azul oscuro representa una bomba de pistón con una cantidad relativamente pequeña de humedad condensada.
Comienzan con una fuerte caída de presión y luego se aplanan donde la tasa de desgasificación es casi igual a la velocidad de bombeo (en el caso de la línea azul, la desgasificación es interna a la bomba).
La diferencia entre las curvas verde y ámbar es lo que puede esperarse si se usa un soplador para mejorar el rendimiento del sistema de bombeo. En ambos casos se acorta el tiempo y logra un vacío más profundo. La diferencia entre la curva ámbar y azul es una brecha similar, donde se muestra que un soplador puede mitigar la pérdida de rendimiento en una bomba de pistón. Lo que también significa es que está perdiendo en gran medida los beneficios del soplador debido a la condensación de agua en su bomba, y eso puede ser una penalización muy costosa. Si observamos el gráfico de tiempo anterior, veremos que la combinación de bomba / soplador representada por la línea verde claro alcanza los 10 micrones en aproximadamente 5 minutos, mientras que la curva ámbar que representa una bomba / soplador con aceite contaminado con agua tarda 35 minutos en alcanzar 10 micrones. Si tenemos un ciclo de producción que toma 2 horas, se desperdician 30 minutos de esa hora esperando alcanzar el vacío para comenzar el proceso. En el transcurso de un año de producción de 8,000 horas, estaremos perdiendo 120,000 minutos de tiempo de producción, lo que representa una pérdida de productividad del 25%. Ajustar el requerimiento de vacío a 20 micrones será un gran paso si es compatible con dicho proceso, ya que entonces la diferencia será de 9 minutos frente a 3 minutos. Aún así, durante un año de 8,000 horas, estaremos perdiendo 72,000 minutos o 1,200 horas.
Entonces, ¿qué podemos hacer para minimizar los problemas asociados con el vapor de agua en un sistema de vacío? Podemos eliminar la bomba de pistón rotatorio o cualquier bomba de desbaste con aceite. Las bombas de vacío seco como Leybold DRYVAC funcionan con temperaturas muy calientes en su interior (hasta 180°C o 356°F), por lo que no condensan el agua dentro de ellas.
Esto elimina el problema de tener agua en las bombas de vacío. Podemos expulsar el agua de las superficies de la cámara de vacío calentándola. Por ende la bomba siempre bombeará como si fuera nueva y se reducirá el tiempo de inactividad, como mostramos en la ilustración anterior.
Una segunda opción es considerar una bomba de vapor de aceite como la Leybold OB6000. Una bomba de vapor de aceite tendrá muchas veces la velocidad de bombeo de los sistemas de sopladores mecánicos a presiones inferiores a 15 micrones. De hecho, una OB6000 tiene más de 4 veces la velocidad de bombeo de la bomba de curva azul ajustada a presiones inferiores a 15 micrones. ¿Necesitas más? Prueba una OB12000 o la OB18000.
Lo mejor que puedes hacer es ponerte en contacto con tu gerente de cuenta local de Leybold para evaluar tu sistema y que te aconseje sobre las opciones para obtener un mejor rendimiento.
¿Qué importancia tiene el tiempo de inactividad de tus bombas? Todo el proceso se detendrá hasta que se cumpla el requisito de presión. El tiempo de inactividad de una bomba es una gran pérdida de dinero e implica una menor productividad. Además, al sumarse al tiempo total de ciclo, esto implica menos ciclos por semana y por año. Esto puede ser un gran golpe para tu producción.
Si ya estás acostumbrado a los largos tiempos de inactividad de la bomba, podrás ver un gran impulso en su producción si realizas los cambios correctos. El ROI típico cuando se actualiza a un equipo de vacío de mejor rendimiento suele reflejarse en menos de seis meses.
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