Guía de aire comprimido: tirar, no empujar

La evacuación de aire de un volumen cerrado crea un diferencial de presión entre el volumen y la atmósfera circundante. Si este volumen cerrado está unido por la ventosa y la superficie de la pieza de trabajo, la presión atmosférica presionará los dos objetos para unirlos. La cantidad de fuerza de sujeción depende del área de la superficie y del vacío que comparten los dos objetos. En un sistema de vacío industrial, una bomba o generador extrae el aire del sistema para crear un diferencial de presión.

Debido a que es imposible eliminar todas las moléculas de aire del recipiente, no se puede lograr un vacío perfecto. Por supuesto, eliminar más aire aumenta el diferencial de presión y mejora la fuerza de vacío potencial.

La diferencia de presión entre el volumen evacuado y la atmósfera circundante determina el grado de vacío. Se puede usar una variedad de unidades de medida; por ejemplo, la mayoría se refiere a la altura de una columna de mercurio, generalmente en pulgadas de mercurio (in.-Hg) o milímetros de mercurio (mm-Hg). La unidad métrica común para la medición del vacío es el milibar o mbar. Otras unidades de presión que a veces se usan para expresar el vacío incluyen la presión atmosférica o «torr» y las unidades relacionadas de micras.

Una atmósfera estándar equivale aproximadamente a 14,7 psi (29,92 in-Hg). Cualquier parte de la atmósfera es un vacío parcial, equivalente a una presión manométrica negativa. Torr, definido como 1/760 de la atmósfera, también se puede considerar 1 mm-Hg, donde 760 mm-Hg equivalen a 29,92 pulgadas-Hg. Las micras son aún más pequeñas, definidas como 0,001 Torr. Sin embargo, estos dispositivos se usan más comúnmente para manejar vacíos casi perfectos, generalmente en condiciones de laboratorio, y rara vez se usan en aplicaciones de energía hidráulica.

La presión atmosférica se mide con un barómetro. El barómetro consta de un tubo vertical al vacío con un extremo superior cerrado y un extremo inferior colocado en un recipiente de mercurio abierto a la atmósfera. La presión ejercida por la atmósfera actúa sobre la superficie expuesta del líquido, empujando el mercurio hacia el interior del tubo. La presión atmosférica al nivel del mar soportará una columna de mercurio típicamente no superior a 29,92 pulgadas. Por lo tanto, el estándar para la presión atmosférica al nivel del mar es 29,92 in-Hg, o 14,69 psia de presión absoluta (psia).

Los dos puntos de referencia básicos en todas estas mediciones son la presión atmosférica estándar y el vacío perfecto. A presión atmosférica, el valor de 0 in.-Hg es aproximadamente igual a 14,7 psia. En el punto de referencia opuesto, 0 psia, también conocido como vacío perfecto (si se puede lograr), tendría un valor igual al otro extremo de su rango, 29,92 in.-Hg. Sin embargo, calcular el cambio en la fuerza de trabajo o el volumen del sistema de vacío requiere la conversión a psia o presión manométrica negativa (psig).

La mayoría de los diales de los manómetros asignan un valor cero a la presión atmosférica. Por lo tanto, la medida de vacío debe ser menor que cero. La presión manométrica negativa generalmente se define como la diferencia entre el vacío y la presión atmosférica para un sistema dado.

Sistema de vacío industrial

Las aspiradoras se dividen en tres gamas:

• Grueso (o grueso), 28 in.-Hg máximo
• Medio (o fino), hasta 1 micra
• Alto, mayor a 1 micrón

Casi todos los sistemas de vacío industriales son toscos. De hecho, los niveles de vacío para la mayoría de las aplicaciones de elevación y sujeción de piezas son solo de 12 a 18 pulg.-Hg. Esto se debe a que, normalmente, es más económico aumentar la fuerza de elevación o sujeción aumentando el área de contacto entre la pieza de trabajo y la ventosa que aplicar un vacío mayor y usar la misma área de contacto.

Aplicaciones de procesamiento de medio vacío, como operaciones de destilación molecular, liofilización, desgasificación y recubrimiento. El alto vacío se utiliza en instrumentos de laboratorio como microscopios electrónicos, espectrómetros de masas y aceleradores de partículas.

Un sistema de vacío típico consta de una fuente de vacío (bomba mecánica o generador de vacío), líneas de suministro, accesorios y varias válvulas de control, interruptores, filtros y dispositivos de protección. La prevención de fugas en los sistemas de vacío es especialmente importante porque incluso la fuga más pequeña puede reducir drásticamente el rendimiento y la eficiencia. Es importante utilizar únicamente tubos diseñados para servicio de vacío. De lo contrario, las paredes del tubo pueden colapsar bajo el vacío y bloquear el flujo. Además, la línea de vacío debe ser lo más corta y estrecha posible para limitar la cantidad de aire que debe evacuarse.

Las aplicaciones de sujeción de piezas solo deben usar una bomba de vacío para lograr el vacío requerido. Una vez que la pieza de trabajo está en contacto con la ventosa y se logra el vacío deseado, cerrar la válvula normalmente cerrada mantendrá el vacío indefinidamente, siempre que no haya fugas. Mantener el vacío de esta manera no consume energía y evita tener que operar la bomba de vacío continuamente.

La empresa también ofrece equipos patentados, como ventosas con válvulas integradas y válvulas para terminar el flujo de las ventosas que presentan fugas excesivas. La válvula está diseñada para evitar cierres de falsas alarmas al sujetar piezas de trabajo porosas, como cartón, mientras evita que una fuga en una ventosa reduzca el nivel de vacío de una ventosa adyacente.

fuente de vacío

Una Bomba de vacío mecánica Se puede considerar como un compresor con una entrada por debajo de la presión atmosférica y una salida a presión atmosférica. El compresor y la bomba de vacío tienen el mismo mecanismo de bombeo. Sin embargo, las bombas de vacío simplemente sacan aire de un recipiente cerrado y lo descargan a la atmósfera, mientras que los compresores hacen lo contrario.

Aunque los compresores y las bombas de vacío comparten muchas similitudes, existen dos diferencias significativas entre ellos que deben tenerse en cuenta en el diseño del sistema. El cambio de presión máximo producido por la bomba de vacío es limitado;Nunca estará por encima de la presión atmosférica. Además, aumentar el vacío hace que la cantidad de aire que pasa por la bomba disminuya continuamente. Por lo tanto, la propia bomba debe absorber casi todo el calor generado. El aumento del vacío significa que menos aire puede llevarse el calor generado, por lo que la bomba debe absorber más calor.

Muchas máquinas que requieren vacío también usan aire comprimido. Además, si solo se requiere aspirar de manera intermitente, el aire comprimido disponible se puede usar a través de un generador de vacío , también conocido como eyector de vacío.

El generador de vacío funciona según el principio Venturi. El aire comprimido filtrado y sin lubricar entra por la entrada A. Los orificios de difusión (boquillas) B aumentan la velocidad del flujo de gas, lo que reduce su presión y, posteriormente, crea un vacío en el canal C. Flujo de aire a través del silenciador D.

Debido a la naturaleza compacta y liviana de los eyectores de vacío, a menudo se pueden instalar en el punto de uso o cerca de él. Son económicas y, dado que no tienen partes móviles, el mantenimiento palidece en comparación con las bombas de vacío mecánicas. No requieren un motor principal porque crean un vacío al utilizar un sistema de aire comprimido existente. Sin embargo, adaptar el generador a la máquina puede requerir aumentar la capacidad del sistema neumático existente. La generación de calor, que suele ser el factor limitante de las bombas de vacío mecánicas, es independiente del generador de vacío.

Selección de fuente de vacío

Para el cálculo de las necesidades de vacío del sistema, se consideran todos los equipos de trabajo a accionar. El vacío de trabajo del dispositivo se puede determinar mediante cálculos basados ​​en fórmulas manuales, datos teóricos, información de catálogo, curvas de rendimiento o pruebas realizadas con sistemas prototipo. Una vez que se determinan los requisitos de vacío, puede comenzar la búsqueda de una bomba que satisfaga las necesidades de la aplicación.

El índice de vacío máximo de la bomba, generalmente expresado como un ciclo de trabajo continuo o intermitente, está disponible del fabricante. Dado que el vacío teórico máximo al nivel del mar es de 29,92 pulg.-Hg, las capacidades se basan en este valor teórico y se comparan con él.

¿Cuánto tiempo se tarda en alcanzar el vacío máximo?

En general, tanto una fuente de pequeño volumen como una fuente de gran volumen con la misma capacidad máxima de vacío producirán el mismo vacío. Solo toma más tiempo con una bomba más pequeña. El tiempo depende de la capacidad de la fuente y del tamaño del sistema. Sin embargo, simplemente dividir el volumen del sistema por la capacidad abierta no dará la respuesta correcta.

Cuanto mayor sea el vacío, menos moléculas de aire quedarán en el espacio cerrado. Por lo tanto, se pueden eliminar menos moléculas por unidad de tiempo. Por lo tanto, existe una relación logarítmica al acercarse a un vacío perfecto. El tiempo requerido para llevar el sistema a un cierto nivel de vacío se puede estimar utilizando la siguiente fórmula:

t = V × norte ÷ q

donde t es tiempo (minutos);
V es el volumen del sistema (ft3);
q es caudal (cfm);
n es una constante para la aplicación.

Para aplicaciones exactas, n se puede determinar utilizando el logaritmo natural. Para la mayoría de los usos, se pueden usar los siguientes valores de n:
n = 1 para vacío a 15 pulg.-Hg
n = 2 para vacío 15 pero ≤ 22,5 pulg.-Hg.
n = 3 Vacío ≥ 22,5 y hasta 26 in.-Hg

Otro factor de complicación: la capacidad en la ecuación no es la capacidad abierta (capacidad a presión atmosférica) que los fabricantes suelen clasificar. En cambio, representa la capacidad promedio del sistema cuando la presión cae al nivel de vacío final. Este valor no está fácilmente disponible, pero se puede aproximar a partir de la curva de rendimiento del fabricante. Estas curvas trazan la capacidad a diferentes niveles de vacío.

Para conectar estas curvas a la ecuación, simplemente reemplace los valores en la ecuación con las lecturas de volumen en las curvas, en incrementos de 5″Hg, incrementos de 5″Hg, hasta alcanzar el nivel deseado. Luego sume estos tiempos.

Finalmente, tenga en cuenta que este tiempo de inactividad se basa en que todos los componentes del sistema funcionen a niveles óptimos. Se recomienda un margen de tiempo adicional del 25% para compensar las ineficiencias y fugas del sistema.

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