Los seis errores más comunes al utilizar boosters de vacío y cómo evitarlos

Los boosters de vacío son esenciales en aplicaciones en las que se requieren altos caudales y bajas presiones, como el envasado de alimentos, el recubrimiento, la metalurgia y la detección de fugas. Sin embargo, incluso pequeños errores en su configuración o funcionamiento pueden provocar costosos tiempos de inactividad, daños en el equipo o un fallo completo. En este artículo exploraremos los seis errores más comunes cometidos al utilizar boosters de vacío y cómo superarlos.

1. No permitir el tiempo de enfriamiento antes de alcanzar el vacío límite

Siempre se recomienda dejar que los boosters de vacío se enfríen entre el funcionamiento a la presión diferencial máxima y el vacío límite. La presión diferencial máxima se produce durante el ciclo de evacuación y genera más calor. Como resultado, la temperatura aumenta repentinamente y disminuye la tolerancia de ajuste entre el rotor y el alojamiento. En condiciones de vacío límite, se han eliminado casi todos los gases. Los lóbulos rotativos giran a velocidades muy altas, pero hay un caudal de gas mínimo, o incluso cero. Esto significa que el calor no se puede disipar rápidamente a través del gas y la superficie de la carcasa. Si se realizan ciclos repetidos con un tiempo de enfriamiento insuficiente, los lóbulos ya no tendrán suficiente espacio giratorio debido a la disminución de la tolerancia de ajuste y el booster se atascará. En casos extremos, esto puede provocar un fallo total.

2. Fluctuaciones de temperatura inadecuadas

Las fuertes reducciones repentinas de la temperatura ambiente durante el funcionamiento, especialmente al vacío límite, pueden ser críticas para un booster. El choque térmico hace que el alojamiento se contraiga mientras los lóbulos siguen calientes. Al igual que si se deja un tiempo de enfriamiento insuficiente, se reduce la tolerancia de ajuste necesaria entre el alojamiento y los lóbulos, lo que provoca el agarrotamiento de los boosters de vacío. Para evitar descargas térmicas, el operario debe evitar abrir repentinamente las puertas cerca de los boosters de vacío, especialmente en invierno, cuando las diferencias de temperatura pueden ser elevadas. Además, los boosters situados al aire libre deben estar protegidos de la lluvia mediante un techo o una cubierta.

En caso de incendio, también se debe tener mucho cuidado. Si el agua de extinción de incendios se dirige hacia los boosters de vacío, el alojamiento podría agrietarse. Esto es especialmente preocupante para los boosters con alojamientos de hierro fundido gris. El hierro fundido nodular, con su mayor resistencia del material, es más adecuado para soportar tales fluctuaciones térmicas.

3. Permitir la entrada repentina de fluido

La entrada de fluidos es un riesgo en procesos que implican vapores condensables, gases húmedos, transferencia de líquidos o ciclos térmicos. Esto incluye aplicaciones como la destilación al vacío y la recuperación de vapor. Pequeñas cantidades de fluido se pueden evaporar rápida y fácilmente gracias al vacío generado por la bomba primaria y los boosters de vacío: bajo vacío, la presión reducida reduce el punto de ebullición del fluido, lo que permite que se evapore rápidamente incluso a temperaturas más bajas. Sin embargo, pueden surgir problemas si de repente pasan grandes caudales de líquido del proceso a las bombas de vacío. Esta subida repentina de fluido puede tener el mismo efecto que las reducciones de la temperatura del aire, provocando un enfriamiento repentino y, en última instancia, destruyendo el booster. La cantidad adicional de líquido no se puede evaporar lo suficientemente rápido, y la presión en el lado de vacío previo puede subir a niveles excesivos, lo que puede causar problemas como sobrecalentamiento, calado o daños mecánicos. Para evitar que se produzca este tipo de situación, se debe colocar un recipiente, como un separador de líquidos, entre la cámara de proceso y los boosters de vacío para que el líquido se elimine antes de que llegue al booster.

4. No observar la relación correcta entre el booster y la bomba primaria

En aplicaciones que requieren tiempos de ciclo de solo unos pocos segundos, como los bloqueos de carga de ciclo rápido, el operario debe asegurarse de que la relación de etapas (la relación entre el caudal de los boosters de vacío y el caudal de la bomba primaria) sea pequeña, como 2:1. La relación de etapas define el tiempo de evacuación del sistema, el consumo de energía, el coste total del equipo, la huella del equipo y el calor generado durante el funcionamiento. Son posibles relaciones de conexión de etapas superiores, pero a expensas del tiempo de ciclo, por lo que la relación de conexión por etapas se elige teniendo en cuenta los requisitos de la aplicación.

Para una cámara load lock pequeña, como las utilizadas en la transferencia de obleas semiconductoras, por ejemplo, esto podría significar un caudal de 500 m³/h para el booster y 250 m³/h para la bomba primaria. Esto se debe a que, desde una presión atmosférica hasta unos 100 hPa (mbar), el gas tiene la mayor densidad y contiene el mayor número de moléculas que eliminar, por lo que incluso un caudal bajo es suficiente. Esta región se evacua principalmente mediante la bomba primaria. Sin embargo, a medida que disminuye la presión, también lo hace el número de moléculas por litro, por lo que se necesita una velocidad de bombeo mucho mayor en forma de booster para eliminar las moléculas a un caudal útil. Las bombas primarias están diseñadas para manejar gas denso y grandes diferencias de presión, pero no un caudal volumétrico alto. Por otro lado, los boosters están optimizados para mover grandes volúmenes de gas disolvente, por lo que su caudal es mayor.

Por debajo de 100 hPa (mbar), los boosters de vacío aumentan en gran medida el caudal volumétrico del sistema, alcanzando un rendimiento máximo por debajo de 10 hPa (mbar). Por este motivo, la bomba primaria debe tener el tamaño adecuado para alcanzar una presión de 100 hPa (mbar) de forma eficiente. Un tamaño incorrecto de la bomba primaria puede tener varias consecuencias negativas: en primer lugar, una bomba primaria pequeña aumentará el tiempo de ciclo, lo que afectará negativamente a la productividad de la aplicación y podría causar defectos o una menor calidad del producto. En segundo lugar, el consumo energético también aumentará a medida que las bombas de vacío trabajen más duro para alcanzar el nivel de vacío deseado. Por último, la tensión adicional acelera el desgaste tanto de los boosters de vacío como de la bomba primaria, lo que provoca un aumento de las necesidades de mantenimiento y los costes asociados.

5. Permitir la acumulación de polvo y residuos

Ciertos procesos, como la metalurgia y la extracción de cristales, generan cantidades significativas de partículas y polvo. Por lo tanto, se recomienda instalar filtros de polvo en la zona de entrada para que tanto los boosters de vacío como la bomba de vacío aguas abajo estén protegidos. Esto evita que los residuos entren en las bombas de vacío y causen daños en la cámara de compresión, lo que, de lo contrario, podría reducir la eficiencia, aumentar las necesidades de mantenimiento e interrumpir el proceso.

Además, deben instalarse tamices de malla en la entrada de los boosters de vacío para evitar que entren partículas más grandes. Esto también protege contra las perlas de soldadura que pueden desprenderse de las uniones soldadas en la tubería. Se recomienda utilizar tamices de malla de entrada suministrados por el fabricante de la bomba de vacío para garantizar que la sección transversal libre coincida con el diámetro nominal de entrada de la bomba de vacío. Esto garantiza que el caudal no se vea afectado por las pérdidas de conductancia. Si el tamiz de malla tiene una abertura menor que el tamaño del diámetro nominal de entrada de la bomba de vacío, restringe el caudal de gas. Como resultado, el caudal efectivo disminuye. El uso de tamices de malla diseñados por el fabricante de la bomba garantiza que la abertura sea lo suficientemente grande como para no reducir el rendimiento de la bomba de vacío.

6. No garantizar la hermeticidad de las fugas durante la manipulación de gases críticos

Al bombear gases puros y costosos como el helio-3 o el helio-4, se debe evitar cualquier intercambio con el aire ambiente. Estos gases son extremadamente valiosos y a menudo se utilizan en aplicaciones que requieren niveles de pureza muy altos. Incluso pequeñas cantidades de contaminación causadas por la entrada de aire pueden afectar significativamente a la calidad y eficacia del gas en estas aplicaciones.

Por lo tanto, un alto nivel de hermeticidad es esencial para la bomba de vacío, con tasas de fuga inferiores a 10-5 (mbar) l/s. A veces, los anillos de sello de eje pueden ser un problema en este sentido: pueden desarrollar fugas a medida que se desgastan. Por este motivo, se recomiendan bombas de vacío con acoplamientos magnéticos permanentes en lugar de los pasos de eje convencionales.

También es posible utilizar boosters de vacío con un motor sellado. Un motor sellado envuelve el rotor en una cápsula sellada herméticamente, lo que elimina la necesidad de sellos de eje externos y, por lo tanto, los posibles puntos de fuga. Sin embargo, dado que el motor sellado se ha desarrollado para una bomba de vacío en particular, solo el fabricante de la bomba de vacío debe ponerlo en servicio. Los acoplamientos magnéticos, por el contrario, permiten el uso de motores estándar más rentables.

Conclusión

El mantenimiento y el funcionamiento adecuados son clave para maximizar la eficiencia y la vida útil de los boosters de vacío. Siguiendo las mejores prácticas, como permitir el tiempo de enfriamiento antes de alcanzar el vacío límite, evitar fluctuaciones de temperatura repentinas, mantener la relación correcta entre los boosters de vacío y la bomba primaria, evitar la entrada de fluidos, instalar filtros de polvo y garantizar la hermeticidad de las fugas durante la manipulación de gases críticos, los operarios pueden reducir significativamente el riesgo de fallos del equipo y el tiempo de inactividad operativo.

Comprender estos errores comunes e implementar las prácticas recomendadas no solo mejorará el rendimiento de los boosters de vacío, sino que también contribuirá a procesos industriales más seguros y económicos.