Introducción a Vacío

Transcripción

1 Introduccón a Vacío Sstema de vacío Partes generales de un sstema de vacío: Fgura 1: Sstema de vacío con bomba mecánca y dfusora Fgura 2: Prncpo de funconamento de la bomba mecánca La Fg. 2 muestra el prncpo de funconamento de una bomba mecánca. El rotor excéntrco acconado por el motor, tene paletas móvles que sellan con una película de acete de baja presón de vapor. El gas tomado desde la cámara (1) es comprmdo y expulsado al ambente (3).

2 La bomba dfusora de acete se muestra en la fgura 3 Fgura 3: Bomba dfusora Las toberas 1, 2 y 3 son refrgeradas (agua, are) para que condense el acete (4) que se evapora por accón del calentador eléctrco (5). El gas empujado por el acete es evacuado por 6 con la bomba mecánca. El acete de dfusora (de muy baja presón de vapor) no puede calentarse en presenca de oxígeno pues se degrada La cámara a evacuar está conectada arrba de la dfusora. Esquemátcamente un sstema de vacío típco es el que sgue: MC C V CD T BD V DM MP V E V CM BM MB: bomba mecánca BD: bomba dfusora T: Trampa MP y MC meddores V: válvulas Fgura 4: Línea de vacío

3 Defncones báscas Sea un tubo de seccón por el cual fluye una sustanca de densdad ρ a velocdad v r. Se defne al caudal Q como la cantdad de masa por undad de tempo que atravesa la seccón. dm r r Q = = ρv d En un proceso estaconaro las magntudes son ndependentes del tempo (sólo son funcones de la poscón). En partcular, la densdad no depende explíctamente del tempo y vale m = ρv, con V el volumen ocupado por la masa m. sí, la defncón de caudal, para este tpo de proceso, toma la forma Q est d( ρv ) dv = = ρ S se defne el flujo volumétrco S como el volumen de fludo que atravesa el área por undad de tempo, entonces dv S = y el caudal en el estado estaconaro resulta: Qest = ρs El parámetro S es lo que caracterza la capacdad o la velocdad de bombeo. En un conductor pasvo (caño, orfco, válvula) el caudal es proporconal a la dferenca de presón entre la entrada y la salda. Por lo tanto, en este tpo de dspostvo, el caudal Q se puede denotar como Q = L( P P ) donde P s y P e son las presones en la salda y la entrada y L es una constante de proporconaldad defnda como conductanca. Ecuacones de bombeo Otro aspecto fundamental a estudar es la forma en la que evolucona la presón dentro de un recnto, que está relaconada con la cantdad neta de masa que sale o que ngresa al msmo por undad de tempo. Este problema se resuelve generalmente consderando que se trata de un gas deal. Exsten varas excepcones donde esta aproxmacón no es válda, pero en los casos tratados aquí resulta correcto realzar esta hpótess. Para un gas deal a temperatura constante, el producto PV es proporconal a la masa. Luego es váldo defnr al caudal como d( PV ) Q = s e

4 que en régmen estaconaro resulta Q est dv = P Para analzar cómo varía la cantdad de gas dentro de un recnto en funcón de los caudales entrantes y salentes se hace uso de la fgura 5 P ext P V (Recnto) Q D L perd S S B (Bomba) Fgura 5: sstema deado para analzar el caudal neto en un recnto debdo a bombeo, pérddas y desgase. La presón y el volumen del gas en el recnto son P y V respectvamente, Q D es el caudal de gas entrante debdo al desgase de las paredes, L perd es la conductanca de pérddas, S es la velocdad de bombeo en el recnto y P ext es la presón externa. El caudal neto de gas que sale del recnto vene dado por la sguente ecuacón dferencal: d( PV ) = PS L ( P P) Q perd ext d Para determnar algunos parámetros mportantes se analzan algunas solucones partculares de dcha ecuacón. Para lograr una presón fnal P f, la velocdad de bombeo en el estado estaconaro es S Lperd Pext + Qd (1) P f donde se ha consderado que P ext >> Pext. Suponendo que el desgase y las pérddas son desprecables frente al caudal que sale haca la bomba, la evolucón temporal de la presón vale con P f la presón fnal y P 0 la ncal. S ( 0 Pf - (2) V P t) = ( P + Pf ) exp( t) + Cuando hay sólo pérddas, la presón depende del tempo en la forma

5 Lperd P( t) = ( P0 Pext )exp t + P V ext (3) y cuando sólo hay desgase, la msma vale Q d P( t) = t + P0 (4) V En el caso de exstr tanto pérddas como desgase, la solucón es una combnacón de éstas dos ecuacones Realzacón de la práctca: Determnar expermentalmente la evolucón temporal de la presón P(t) de la cámara para los sguentes casos: ) Se bombea desde atmosférca con la bomba mecánca ) Idem, cambando el volumen del crcuto (para esto dspone de dferentes válvulas) ) Se bombea tambén con dfusora demás, mdendo P(t) v) Determne s domnan las fugas o el desgasaje, desde dferentes presones ncales. v) Coloque una pérdda controlada en una de las brdas y mda P(t) para verfcar la dependenca de P(t)= en caso en que domne una pérdda.