Bombas de vacío turbomoleculares

Las turbobombas de levitación magnética utilizan un sistema de rodamiento magnético de 5 ejes para mantener el rotor en suspensión constante sin contacto físico entre el rotor y el alojamiento de la bomba. También conocida como rodamiento magnético activo, esta técnica aprovecha las ventajas del electromagnetismo: utiliza las fuerzas de los electroimanes combinadas con sensores de distancia para estabilizar y poner en movimiento el rotor. Un sistema de control electrónico digital ajusta el campo electromagnético a través de los imanes presentes en tiempo real para mantener el rotor centrado y equilibrado. Esta estabilización activa compensa los desequilibrios y minimiza las vibraciones.

Dado que el rotor nunca toca el alojamiento de la bomba, no hay fricción mecánica, lo que elimina la necesidad de lubricación y garantiza un funcionamiento libre de aceite dentro de la bomba. Las turbobombas de levitación magnética son ideales para aplicaciones de alto y ultra vacío en la fabricación, el recubrimiento y la investigación y el desarrollo de semiconductores.

Esta avanzada tecnología de rodamiento magnético ofrece varios beneficios clave.

Las bombas turbo con rodamientos híbridos combinan dos conceptos de rodamientos en una bomba. En el lado de vacío previo, el rotor está protegido contra vibraciones externas mediante un rodamiento de bolas de cerámica. Este tipo de rodamiento también se encuentra en bombas turbo mecánicas como la HiPace 10 Neo, lo que la convierte en una opción robusta para tareas como experimentos de vacío móviles.

En el lado de alto vacío, un rodamiento magnético permanente mantiene el rotor suspendido sin contacto con el alojamiento de la bomba, al igual que en las turbobombas de levitación magnética. Esta combinación proporciona una robusta disposición de rodamientos del rotor para las velocidades de rotación extremas de la generación de ultra vacío de hasta 10^-11 hPa (mbar). Aunque el rodamiento de bolas tiene una lubricación mínima, la bomba genera un vacío libre de aceite, ya que el rodamiento de bolas se encuentra en el lado de vacío previo y, por lo tanto, está aislado del lado de alto vacío de la bomba. Gracias a esta característica de diseño y a la relación de compresión del rotor del turbo, se evita la contaminación por aceite en la cámara de vacío. Las bombas turbo con rodamientos híbridos son una solución fiable para una amplia gama de procesos, incluidas aplicaciones analíticas, investigación y desarrollo, así como simulación espacial.

Las turbobombas con rodamientos híbridos ofrecen una variedad de beneficios:

Las bombas turbo pertenecen al grupo de bombas de vacío cinéticas. Desplazan el medio bombeado acelerando las moléculas en la dirección de bombeo. La bomba de vacío turbomolecular se diseñó para lograr algo que antes se pensaba casi imposible: un vacío de una pureza inigualable que abriría nuevas fronteras en ciencia y tecnología. En 1958, el Dr. Willi Becker, científico de Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions, inventó la primera bomba turbomolecular. Gracias a su revolucionaria tecnología, estas bombas de vacío pueden alcanzar niveles de alto, ultra alto e incluso extremadamente alto vacío de hasta 10^-11 hPa (mbar).

Hoy en día, las turbobombas se utilizan para explorar las fronteras del conocimiento, desde la simulación del vacío del espacio para la investigación astrofísica hasta la prueba de materiales para su rendimiento en entornos extremos. En la fabricación de semiconductores, estas bombas de vacío especializadas mantienen los entornos ultralimpios y controlados necesarios para producir microchips. Las aplicaciones de las bombas turbomoleculares en diversas industrias son prácticamente infinitas.

En su núcleo, una bomba de vacío turbomolecular funciona según el principio de transferencia de energía cinética. El diseño es similar al de una turbina: un rotor multietapa con discos rota en un alojamiento. Entre los discos del rotor se interponen discos de estátor de paletas invertidas, creando una serie de etapas que comprimen y transportan moléculas de gas. Los rotores de las bombas turbo giran a velocidades de hasta 90 000 revoluciones por minuto (rpm). Esto es mucho más que los motores de un avión jumbo, que solo rotan a un máximo de 30 000 rpm.

Las bombas turbomoleculares requieren una bomba primaria para funcionar eficazmente. Aunque la turbobomba es responsable de generar niveles de alto y ultra vacío, no puede descargar el gas directamente a la presión atmosférica. En su lugar, se basa en una bomba primaria para mantener una presión lo suficientemente baja en la salida, lo que garantiza un funcionamiento estable y eficiente.

La generación de vacío de las turbobombas explicada en tres pasos

Las bombas turbo modernas pueden alcanzar velocidades de hasta 90 000 rpm. Por lo tanto, la energía cinética es correspondientemente alta, lo que provoca fuerzas extremas que actúan sobre el alojamiento de la bomba y el anclaje en fracciones de segundo en caso de fallo. Para garantizar la seguridad de sus procesos y equipos, Pfeiffer ha trabajado con TÜV Rheinland para desarrollar una certificación de seguridad que incluya una protección doble contra el exceso de velocidad de rotación para evitar fallos mecánicos.

Además, como parte de la certificación, la carcasa exterior de las bombas turbo se somete a pruebas para soportar la energía cinética del rotor. Las turbobombas Pfeiffer también están certificadas según las normas UL 61010 y Semi S2, lo que garantiza que el equipo cumpla con los estrictos requisitos de seguridad y rendimiento en entornos de laboratorio e industriales, así como en fábricas de semiconductores.

Las bombas de vacío turbomoleculares de Pfeiffer están disponibles con rodamientos híbridos y mecánicos, así como en una versión levitada magnéticamente, lo que ofrece varias ventajas:

Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions inventó el rodamiento híbrido hace más de 40 años. Consta de un rodamiento magnético permanente y un rodamiento de bolas de cerámica.

En el lado de alto vacío de la bomba, un rodamiento magnético suspende el rotor sin contacto físico, minimizando la fricción y eliminando el desgaste. En el lado de vacío previo, los rodamientos de bolas cerámicos estabilizan el rotor tanto en dirección radial como axial, lo que lo hace resistente a golpes fuertes como las ventilaciones atmosféricas y las vibraciones externas. Aunque el rodamiento de bolas tiene una lubricación mínima, la bomba genera un vacío libre de aceite, ya que el rodamiento de bolas se encuentra en el lado de vacío previo y, por lo tanto, está aislado del lado de alto vacío de la bomba. Gracias a esta característica de diseño y a la relación de compresión del rotor del turbo, se evita la contaminación por aceite en la cámara de vacío. El lubricante circulante también absorbe el calor generado por los rodamientos de bolas durante el funcionamiento.

Las bombas turbo con rodamientos híbridos son adecuadas para una amplia gama de procesos, incluidas aplicaciones analíticas, investigación y desarrollo, así como simulación espacial.

Las turbobombas de levitación magnética utilizan un sistema de rodamiento magnético de 5 ejes para mantener el rotor en suspensión constante sin contacto físico entre el rotor y el alojamiento de la bomba. Esta técnica de rodamiento aprovecha las ventajas del electromagnetismo: utiliza las fuerzas de los electroimanes combinadas con sensores de distancia para estabilizar y poner en movimiento el rotor. Los rodamientos electromagnéticos también se denominan «rodamientos magnéticos activos» debido a la monitorización y el ajuste continuo de la posición del rotor. Esto garantiza un funcionamiento sin desgaste y con pocas vibraciones al compensar automáticamente los desequilibrios. De este modo, se garantiza un funcionamiento sin mantenimiento y sin lubricantes durante toda la vida útil.

Por lo tanto, los rodamientos magnéticos son especialmente adecuados para aplicaciones en las que se requiere un bajo desgaste, una condición limpia y seca, así como altos caudales, como en la generación de alto y ultra vacío para la fabricación, el recubrimiento y la investigación y el desarrollo de semiconductores.

El rotor de una turbobomba rota a hasta 90 000 revoluciones por minuto. A estas velocidades, el más mínimo desequilibrio puede tener un gran impacto en el funcionamiento y la seguridad de la bomba. Por lo tanto, el equilibrado preciso del rotor es importante tanto para un funcionamiento suave como para años de funcionamiento seguro y sin daños de la turbobomba.

Para abordar este problema, Pfeiffer ha desarrollado y patentado Laser Balancing, una tecnología que permite el equilibrado de rotores de alta precisión. A diferencia de los métodos convencionales que requieren la adición de pesos o la perforación de orificios, el equilibrado láser utiliza la ablación láser para eliminar material de áreas específicas del rotor.

Este proceso se lleva a cabo durante la producción en un sistema de equilibrado automatizado, lo que mejora tanto la precisión como la repetibilidad. El equilibrado láser mejora la calidad del equilibrado de los rotores de las turbobombas en un 20 % en comparación con los métodos tradicionales. Esto reduce los niveles de vibración y ruido y mejora el rendimiento general de la bomba. Estos beneficios son especialmente valiosos en aplicaciones sensibles a las vibraciones, como la microscopía electrónica.

Las turbobombas con rodamiento híbrido combinan una bola con un rodamiento magnético. Gracias al funcionamiento sin contacto del rodamiento magnético permanente, las bombas turbo de rodamiento híbrido requieren un mantenimiento mínimo. Esta tecnología de rodamientos garantiza que el rotor se mantenga en suspensión sin contacto físico en un lado de la bomba, lo que minimiza la fricción y el desgaste. Sin embargo, en todas las bombas de vacío, ciertos componentes están sometidos a una gran tensión mecánica. En las bombas de vacío turbomoleculares con rodamientos híbridos, los fluidos de trabajo y los rodamientos de bolas deben sustituirse después de cuatro a cinco años, dependiendo del diseño y tamaño de la bomba turbomolecular. Estos trabajos de mantenimiento evitan las consecuencias de un desgaste y fallos muy avanzados o daños irreparables en la bomba.

Para obtener más información sobre nuestra oferta de servicios para turbobombas, visite nuestra página de servicio.

Pfeiffer es reconocido como uno de los principales fabricantes de bombas de vacío turbomoleculares debido a varios factores clave:

1. Innovación pionera: Pfeiffer inventó y patentó la primera bomba de vacío turbomolecular en 1958.

2. Amplio portfolio de productos: Pfeiffer ofrece una gama completa de bombas de vacío turbomoleculares, incluidas bombas turbo de levitación mecánica e híbridas de rodamientos. Esta completa cartera de productos garantiza la disponibilidad de una solución adecuada para diversas aplicaciones e industrias.

3. Ingeniería de alta calidad: Pfeiffer es conocida por su excelencia en ingeniería y garantiza que todos sus productos cumplan con los más altos estándares de calidad y fiabilidad. Nuestras bombas turbo están diseñadas para manejar de forma eficiente altas velocidades y energía cinética, garantizando así un rendimiento y una longevidad excelentes.

4. Enfoque centrado en el cliente: Pfeiffer se compromete a proporcionar un servicio de atención al cliente y un soporte excepcionales. Ofrecemos una formación exhaustiva para operarios y servicios de productos con mantenimiento adaptado a la tecnología de turbobombas para garantizar que nuestros clientes reciban la mejor solución de vacío y soporte posibles.

Una bomba primaria, también conocida como bomba de vacío preliminar, es un tipo especial de bomba de vacío que se utiliza en combinación con una bomba de alto vacío, como una bomba de vacío turbomolecular. Reduce la presión en un sistema para que una bomba de alto vacío pueda funcionar y se pueda considerar como una «ayuda para la puesta en marcha» de la bomba principal.

Una bomba primaria es la primera etapa de un sistema de vacío. Es responsable de evacuar el sistema y la cámara de vacío de la presión atmosférica a un nivel lo suficientemente bajo como para permitir que la bomba de alto vacío funcione de forma eficaz.

Es importante que la bomba primaria tenga un caudal suficiente para satisfacer los requisitos de la bomba de alto vacío. Las bombas primarias típicas son, por ejemplo, bombas de vacío de paletas rotativas, de diafragma o de espiral. Opcionalmente, se pueden integrar boosters de vacío en el sistema de vacío previo si se requiere un mayor caudal.

¿Por qué las turbobombas necesitan una bomba primaria?
Las bombas de vacío turbomoleculares pertenecen a la categoría de bombas de vacío cinéticas que mueven moléculas de gas desde la entrada hasta la zona de escape mediante transferencia de impulso. Son dispositivos de alto rendimiento que generan presiones extremadamente bajas, es decir, alto o incluso ultra vacío. Para evitar el reflujo de los gases transferidos desde la zona de escape de la turbobomba a la cámara de vacío, necesitan una bomba primaria para descargar las moléculas a través de la línea de vacío previo.

La bomba primaria y la turbobomba suelen arrancarse simultáneamente y evacuan el sistema de vacío juntas. Cuando la turbobomba está instalada directamente en la cámara de vacío (consulte la figura), la bomba primaria evacua el sistema a través de la turbobomba.

Una vez alcanzada una determinada presión de bomba primaria, la turbobomba comienza a funcionar a máxima velocidad, generando de alto a ultra vacío. Incluso entonces, la bomba primaria continúa funcionando y elimina las moléculas de gas bombeadas por la bomba de alto vacío. Esto garantiza que la turbobomba pueda mantener su presión de funcionamiento y no se sobrecaliente.

La bomba primaria realiza varias tareas importantes al mismo tiempo: