Hispanopedia WikiLa bomba de sorción es una bomba de vacío que crea un vacío mediante la adsorción de moléculas en un material muy poroso como un tamiz molecular que se enfría con un criógeno , normalmente nitrógeno líquido . La presión final es de unos 10 −2 mbar . Con técnicas especiales, se puede reducir hasta 10 −7 mbar. Las principales ventajas son la ausencia de aceite u otros contaminantes, el bajo coste y el funcionamiento sin vibraciones porque no hay piezas móviles . Las principales desventajas son que no puede funcionar de forma continua y no puede bombear eficazmente hidrógeno , helio y neón , todos ellos gases con una temperatura de condensación inferior a la del nitrógeno líquido. La principal aplicación es como bomba de desbaste para una bomba de iones de pulverización catódica en experimentos de ultra alto vacío , por ejemplo en física de superficies .
Construcción
Una bomba de sorción suele estar construida en acero inoxidable , aluminio o vidrio de borosilicato . Puede ser un simple matraz Pyrex lleno de tamiz molecular o una elaborada construcción de metal que consiste en un matraz de metal que contiene tubos perforados y aletas conductoras de calor. Se puede instalar una válvula de alivio de presión . El diseño solo influye en la velocidad de bombeo y no en la presión final que se puede alcanzar. Los detalles de diseño son un equilibrio entre el enfriamiento rápido utilizando aletas conductoras de calor y la alta conductancia de gas utilizando tubos perforados.
El tamiz molecular típico utilizado es una zeolita sintética con un diámetro de poro de alrededor de 0,4 nanómetros (Tipo 4A) y una superficie de aproximadamente 500 m 2 /g. La bomba de sorción contiene entre 300 g y 1,2 kg de tamiz molecular. Un sistema de 15 litros se bombeará hasta aproximadamente 10 −2 mbar mediante un tamiz molecular de 300 g. [1]
Operación
La bomba de sorción es una bomba cíclica y su ciclo tiene 3 fases: sorción, desorción y regeneración.
En la fase de sorción , la bomba se utiliza para crear un vacío. Esto se logra enfriando el cuerpo de la bomba a bajas temperaturas, generalmente sumergiéndolo en un matraz Dewar lleno de nitrógeno líquido. Los gases se condensarán o serán adsorbidos por la gran superficie del tamiz molecular.
En la fase de desorción , se deja que la bomba alcance la temperatura ambiente y los gases escapan a través de la válvula de alivio de presión u otra abertura hacia la atmósfera. Si la bomba se ha utilizado para bombear gases tóxicos, inflamables u otros gases peligrosos, se debe tener cuidado de ventilarla de forma segura a la atmósfera, ya que todos los gases bombeados durante la fase de sorción se liberarán durante la fase de desorción.
En la fase de regeneración, el cuerpo de la bomba se calienta a 300 °C para eliminar el vapor de agua que no se desorbe a temperatura ambiente y se acumula en el tamiz molecular. Normalmente, se necesitan 2 horas para regenerar por completo una bomba. [1]
La bomba se puede utilizar en un ciclo de sorción y desorción hasta que pierda demasiada eficiencia y se regenere o en un ciclo donde la sorción y la desorción siempre sean seguidas por la regeneración.
Después de llenar una bomba de sorción con un nuevo tamiz molecular, siempre se debe regenerar, ya que el nuevo tamiz molecular probablemente esté saturado con vapor de agua. Además, cuando una bomba no está en uso, se debe cerrar a la atmósfera para evitar la saturación con vapor de agua.
Mejora del rendimiento
La capacidad de bombeo se puede mejorar bombeando previamente el sistema con otra bomba de vacío simple y limpia, como una bomba de diafragma o incluso un aspirador de agua o una bomba Venturi de aire comprimido .
Para alcanzar presiones más bajas se puede utilizar el bombeo secuencial o multietapa . En este caso, se conectan dos o más bombas en paralelo al recipiente de vacío. Cada bomba tiene una válvula para aislarla del recipiente de vacío. Al comienzo del bombeo, todas las válvulas están abiertas. La primera bomba se enfría mientras las otras todavía están calientes. Cuando la primera bomba ha alcanzado su presión máxima, se cierra y la siguiente bomba se enfría. Las presiones finales están en la región de 10 −4 mbar. Lo que queda es principalmente helio porque casi no se bombea en absoluto. [2] La presión final casi es igual a la presión parcial del helio en el aire.
Una bomba de sorción bombea todos los gases de manera efectiva, con excepción del hidrógeno, el helio y el neón, que no se condensan a temperaturas de nitrógeno líquido y no son adsorbidos eficientemente por los tamices moleculares debido a su pequeño tamaño molecular. Este problema se puede resolver purgando el sistema de vacío con nitrógeno puro seco antes del bombeo. En un sistema purgado con bombeo aproximado por aspirador, se pueden alcanzar presiones finales de 10 −4 mbar para una sola bomba de sorción y 10 −7 mbar para bombeo secuencial. [3] Una fuente típica de nitrógeno puro seco sería un espacio de cabeza de Dewar de nitrógeno líquido.
Se ha sugerido [4] que, aplicando una técnica de bombeo dinámico, también se puede bombear hidrógeno, helio y neón sin recurrir a la purga con nitrógeno seco. Esto se hace enfriando previamente la bomba con la válvula del recipiente de vacío cerrada. La válvula se abre cuando la bomba está fría y la entrada de gases adsorbibles llevará todos los demás gases a la bomba. La válvula se cierra antes de que el hidrógeno, el helio o el neón puedan migrar de regreso al recipiente de vacío. También se puede aplicar el bombeo secuencial. No se proporcionan presiones finales.
El bombeo continuo se puede simular utilizando dos bombas en paralelo y dejando que una bomba bombee el sistema mientras la otra, aislada temporalmente del sistema, está en la fase de desorción y ventilando a la atmósfera. Cuando la bomba está bien desadsorbida, se enfría y se vuelve a conectar al sistema. La otra bomba se sella y entra en la fase de desorción. Esto se convierte en un ciclo continuo. [2]
Referencias
- ^ ab Modern Vacuum Practice , Nigel S. Harris, 3.ª ed. 2005, capítulo 11.
- ^ ab Tecnología de vacío , A. Roth, 3.ª ed. 1990, capítulo 5.5.
- ^ Construcción de aparatos científicos , John H. Moore et al., 3.ª ed. 2003, capítulo 3.6.
- ^ Tecnología de alto vacío: una guía práctica , Marsbed H. Hablanian, 2.ª ed. 1997, capítulo 5.8.5.
