Bombas de pistón vs. Bombas de vacío de tornillo

Las bombas de pistón y las bombas de vacío de tornillo son dos tipos comunes de bombas utilizadas para generar el vacío necesario en entornos industriales, comerciales y de laboratorio. Aunque ambas tienen sus ventajas, las bombas de vacío de tornillo ofrecen un rendimiento superior en muchas aplicaciones, desde el envasado hasta el cultivo de cristales de silicio para paneles solares. Elegir la tecnología de vacío adecuada es crucial para la eficiencia operativa y la rentabilidad.

Cómo funcionan las bombas de vacío de tornillo

Una bomba de vacío de tornillo es una bomba de desplazamiento positivo que elimina el aire u otros gases de un entorno sellado para generar vacío. Funciona usando dos rotores de tornillo que rotan en direcciones opuestas dentro de un alojamiento cilíndrico. El medio bombeado entra en la bomba de vacío por la entrada y se atrapa y transporta en cámaras formadas entre el cilindro y los tornillos gemelos. A medida que los rotores giran, mueven el medio bombeado a lo largo de los tornillos hacia la salida. Durante este proceso, el espacio (volumen) disponible para el medio bombeado se reduce porque el tamaño de la cámara disminuye continuamente. Como resultado, el medio bombeado se comprime hasta alcanzar su volumen más pequeño posible. A continuación, se expulsa a través de la salida.

Durante el proceso, los rotores de tornillo no entran en contacto entre sí ni con el alojamiento de la bomba, lo que minimiza el desgaste y elimina la necesidad de lubricantes como el aceite.

Cómo funcionan las bombas de pistón

Al igual que las bombas de vacío de tornillo, las bombas de pistón funcionan según el principio de desplazamiento positivo. Inicialmente, se diseñaron para la transferencia eficiente de agua y otros fluidos bajo presión, principalmente para uso agrícola y doméstico en el dibujo de agua de pozos o ríos. Sin embargo, también son capaces de generar vacío.

La bomba en sí consta de un cilindro en el que un pistón se mueve de un lado a otro. A cada lado del cilindro, hay una válvula (una para la aspiración y otra para la descarga) en posición. El pistón está unido a una biela que está unida a un cigüeñal. Con la alimentación eléctrica de un motor, el cigüeñal rota, moviendo el pistón cuando la bomba está en funcionamiento.

La generación de vacío comienza con la carrera de admisión, donde el pistón se mueve hacia atrás. Esto aumenta el volumen en el cilindro. A medida que aumenta el volumen, se reduce la presión en el interior del cilindro y las moléculas de gas tienen más espacio para moverse. La presión dentro del cilindro es ahora inferior a la del depósito que se va a evacuar. A medida que los gases pasan de áreas de mayor presión a áreas de menor presión, el aire o el gas del depósito se aspira hacia el cilindro.

Una vez que el pistón alcanza el final de su carrera, la válvula de aspiración se cierra y atrapa el medio bombeado en su interior. A continuación, el pistón se mueve en la dirección opuesta, reduce el volumen del cilindro y comprime el medio bombeado. A medida que se comprime, se produce un aumento de presión y se expulsa a través de la válvula de descarga. Al mover repetidamente el pistón hacia delante y hacia atrás, la bomba evacua continuamente el aire o el gas del depósito, generando vacío.

Tipos de bombas de pistón

A diferencia de las bombas de vacío, las bombas de pistón no están optimizadas para generar niveles de alto vacío constantes, pero pueden ser eficaces para vacío medio y alto. Para lograr un caudal más constante, se pueden utilizar bombas con varios pistones y cilindros. Las bombas de pistón de acción simple tienen una válvula en cada extremo, donde la aspiración y descarga de gas tienen lugar siguiendo el principio descrito anteriormente. Cada ciclo del pistón genera vacío aspirando gas durante la zona de admisión, seguido de compresión y descarga durante la zona de escape.

Por el contrario, las bombas de pistón de doble acción generan vacío tanto durante la carrera de avance como de retroceso del pistón. En este diseño, el cilindro está dividido en dos cámaras, una a cada lado del pistón. Cada cámara tiene una válvula de aspiración y una válvula de descarga.

A medida que el pistón se mueve hacia atrás, se expande el volumen en la cámara A. Simultáneamente, la presión de la cámara disminuye, aspirando gases del contenedor bombeado a través de la válvula de aspiración. En la cámara B, el proceso se realiza en sentido inverso. Por lo tanto, con la carrera de retroceso del pistón, el gas bombeado previamente se comprime y se expulsa a través de la válvula de descarga. Cuando el pistón se mueve de nuevo hacia delante, los roles de los interruptores de cámara cambian. Esto significa que la aspiración de gas tiene lugar en la cámara B, mientras que el gas bombeado en la cámara A se comprime y descarga. Este diseño es más eficiente, ya que la evacuación se produce tanto en las carreras hacia atrás como hacia delante, lo que se traduce en un caudal más estable.

Aplicaciones habituales

Aunque las bombas de vacío de tornillo y las bombas de pistón difieren en su principio de funcionamiento, se pueden utilizar en muchas aplicaciones iguales. Sin embargo, las bombas de pistón no pueden alcanzar niveles de alto vacío. Son capaces de funcionar en entornos difíciles con temperaturas fluctuantes, así como con sustancias abrasivas como la arena que puede estar presente en el medio bombeado. Las aplicaciones relevantes son, por ejemplo, el tratamiento térmico en la fabricación de compuestos, la destilación al vacío en las industrias química y farmacéutica o la fusión al vacío en la metalurgia.

Las bombas de vacío de tornillo pueden utilizarse con la misma eficacia en las mismas aplicaciones exigentes que las bombas de pistón, pero ofrecen beneficios adicionales. Pueden alcanzar niveles de alto vacío, requieren menos mantenimiento y funcionan de forma más limpia. Por lo tanto, también son adecuadas para la desgasificación de acero, procesos de liofilización en la industria alimentaria o diversas aplicaciones en la fabricación de baterías de litio, por ejemplo. Están disponibles en diferentes diseños, ofreciendo opciones para adaptarse a diferentes industrias, también aquellas que requieren entornos limpios y sin contaminación, como la fabricación de semiconductores.

Ventajas de las bombas de vacío de tornillo

Eficiencia energética

Las bombas de vacío de tornillo son más eficientes desde el punto de vista energético en aplicaciones de vacío, donde las bombas de pistón tienden a tener dificultades. Las bombas de pistón, diseñadas originalmente para mover fluidos en un rango de alta presión, pueden generar residuos de energía al generar vacío. Esto se debe al movimiento mecánico del pistón necesario para mantener el vacío, junto con la fricción y la pérdida de calor. Por lo tanto, las bombas de pistón se utilizan a menudo en funcionamiento intermitente. Esto significa que se encienden y apagan a intervalos, por ejemplo, en el envasado o la manipulación y elevación, donde el vacío solo se necesita durante periodos cortos. En cambio, las bombas de vacío de tornillo generan vacío a través de la rotación, lo que permite un funcionamiento continuo más eficiente. Esto minimiza las pérdidas de energía y ayuda a mantener constante el nivel de vacío.

Las bombas de vacío de Busch están diseñadas para maximizar la eficiencia energética. Pueden equiparse con ECOTORQUE, el variador de frecuencia (VSD) de Busch. Esta opción también está disponible para las bombas de vacío secas de tornillo COBRA. Al ajustar la velocidad de rotación de la bomba de vacío para adaptarla a los requisitos del proceso real, ECOTORQUE puede lograr un ahorro de energía de hasta el 50 %. Esto hace que esta función sea una opción ideal para todas las industrias que deseen reducir los costes de energía y mejorar la eficiencia operativa.

Mantenimiento

Las bombas de vacío de tornillo suelen requerir menos mantenimiento que las bombas de pistón. Las bombas de pistón tienen más componentes mecánicos que se desgastan con el tiempo, como camisas de cilindro y rodamientos. Las bombas de vacío de tornillo ofrecen una mayor durabilidad a largo plazo, especialmente en aplicaciones en las que la bomba está en uso continuo y en las que el tiempo de inactividad debido al mantenimiento debe mantenerse al mínimo. Los rotores de tornillo del interior de la bomba de vacío no entran en contacto entre sí ni con el alojamiento del cilindro. Esta compresión sin contacto del medio bombeado evita el desgaste de las piezas móviles. En el caso de las bombas de vacío secas de tornillo COBRA, los costes de mantenimiento se mantienen al mínimo, ya que solo es necesario cambiar el aceite de engranajes a intervalos regulares.

Costes de funcionamiento

Las bombas de pistón requieren un suministro de aceite constante para garantizar una lubricación adecuada de las piezas móviles, mantener un sellado hermético entre los pistones y las paredes del cilindro y disipar el calor generado durante el funcionamiento. Por este motivo, muchos clientes instalan una tubería de aceite especial para eliminar la necesidad de rellenado constante. Sin embargo, esto conduce a mayores costes de funcionamiento debido a las grandes cantidades de aceite consumido. Las bombas de vacío secas de tornillo COBRA de Busch no necesitan aceite en la cámara de compresión, lo que ahorra estos gastos.

Niveles sonoros

El movimiento hacia adelante y hacia atrás de las bombas de pistón tiende a generar un nivel de vibración y ruido significativo. Esto puede suponer un problema en entornos en los que el control del ruido y una vibración mínima son importantes.

Las bombas de vacío secas de tornillo COBRA funcionan con un nivel de presión sonoro mucho más bajo de unos 69 dB(A), comparable al sonido de una aspiradora de vacío doméstica. Por el contrario, dependiendo de su tamaño, una bomba de vacío de pistón puede alcanzar hasta 85 dB(A), lo que equivale a estar cerca de una carretera concurrida.

Fiabilidad operativa

Las bombas de pistón se utilizan principalmente para mover líquidos o gases a través del movimiento de vaivén de un pistón dentro de un cilindro. No están optimizadas para mantener altos niveles de vacío en funcionamiento continuo, pero pueden ser eficaces para generar vacío medio o absorbente, como en el conformado o envasado al vacío.

Las bombas de vacío de tornillo de Busch son conocidas por su larga vida útil, ya que proporcionan eficiencia y fiabilidad operativa durante periodos prolongados en todos los niveles de vacío. Las bombas de vacío secas de tornillo COBRA están diseñadas para entornos difíciles como la desgasificación de acero. Tienen una tolerancia al vapor y a las partículas extremadamente alta, lo que garantiza un rendimiento inquebrantable en aplicaciones industriales muy exigentes.