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ezequielbosko5 de Diciembre de 2011
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¿Qué es la presión?
Según DIN 1314, la presión p es el cociente entre una fuerza aplicada
perpendicularmente a una superficie y el tamaño de esta superficie (fuerza dividida
por superficie). La unidad válida de presión es el Pascal (Pa):
A
F
p N
1Pa = 1 N/m2
También puede utilizarse como unidad el bar.
1 bar 1 000 mbar 105 Pa 100 000 Pa
1 bar 100 kPa
0,1 bar 10 kPa
¿Qué es el vacío?
Definición según DIN 28 400, Parte 1
"Vacío es el estado de un gas, cuya densidad de partículas es menor que la de la
atmósfera en la superficie de la tierra. El estado de un gas puede definirse como
vacío, si su presión es inferior a la presión atmosférica ".
Vacío ideal
El vacío ideal, en el sentido de la tecnología de vacío, es el estado dentro de un
espacio en el cual la densidad de las partículas de un gas es igual a 0. Este estado
era conocido anteriormente como "vacío absoluto".
Temperatura y presión estándar
En DIN 28 400, Parte 1, con referencia a DIN 1343, la temperatura y presión estándar
se define como el estado de una sustancia sólida, fluida o gaseosa a la temperatura
y la presión siguientes:
Temperatura estándar: Presión estándar:
Tn = 273,15 K o tn = 0 °C pn = 101 325 Pa = 1,01325 bar
con relación al nivel del mar
Tecnología de Vacío
Términos básicos de la
tecnología de vacío
Tecnología de vacío
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La unida estándar en la tecnología de vacío es el milibar (mbar).
Sin embargo, en el campo de la ciencia, también se utiliza el Pascal (Pa).
En la tecnología de manipulación, cuando se utiliza el vacío, se utiliza como
unidad el 'bar' con un prefijo negativo que indica el grado de vacío alcanzado, o
el término de porcentaje (%) de vacío, en donde el 0% de vacío define la presión
natural del aire.
100000
10000
1000
100
0 200 400 600 800 1000 1200
Meters above sea level
P in mbar absolute amb
Figura 1: Presión atmosférica ambiental a diversas altitudes por encima del nivel del mar
La presión ambiental atmosférica pamb disminuye a medida que aumenta la altitud
por encima del nivel del mar. En el diagrama puede verse que a una altitud de
100 000 m pamb es aproximadamente 0. En la cima del Monte Everest (8 848 m), la
presión atmosférica es de aproximadamente 330 mbar.
Dado que la presión atmosférica representa la fuerza operativa en la tecnología de
vacío, esta cambia según la presión. Hasta una altitud de aprox. 2 000 m, la presión
se reduce aprox. en un 1% por cada 100 metros de altitud. Esto significa que una
sujeción por vacío para levantar una pieza, diseñada para funcionar a nivel del mar
reducirá su capacidad de carga si se usa a una altitud de 1 000 m.
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Ejemplo:
Una dispositivo elevador que utiliza ventosas de aspiración es capaz de levantar una
carga de 200 kg a nivel del mar. ¿Cuál será la carga que podrá levantar a una altitud
de 1 000 m?
100 m/1%
1000 m
m 200 kg 100 %
m 200 kg 90 % 180 kg
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Márgenes de vacío
La tecnología de manipulación funciona principalmente en el margen del vacío
aproximada, desde 1 000 hasta 1 mbar, en relación a pabs, o también:
0 bar a -1 bar de vacío.
RV
Rough vacuum
FV
Fine vacuum
MHV
Medium-high vacuum
UHV
Ultra high vacuum
10
5
10
3
10
2
1
10
-1
10-3
10
-5
10
-7
10
-8
10
-10
10
-11
10
-13
10
-14
10
-16
p (Pa) p (mbar)
Figura 2: Márgenes de vacío
Los márgenes restantes son normalmente asignados a aplicaciones especiales y
procesos, tales como la fabricación de capas finas (erosión superficial, proyección
catódica), tecnología espacial, simulación de condiciones en el espacio, tecnología
de semiconductores (crecimiento de cristales), fabricación de tubos electrónicos,
lámparas fluorescentes, en química, aplicaciones de laboratorio, secado por vacío,
vaporización, congelación seca de alimentos, metalurgia al vacío, etc.
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Según DIN 28 4000, Parte 1, la unidad estándar para especificar el vacío es el mbar en
valores absolutos. En la tecnología de manipulación, "-kPa" o "-bar" se han
impuesto como unidades utilizadas en la práctica diaria. Por ejemplo, si se aplica un
vacío de -60 kPa o -0,6 bar a una ventosa de aspiración, este valor corresponde a
una fuerza de retención de 6 N/cm2 a pe = 0 (a nivel del mar). En la tecnología de
manipulación, no es frecuente utilizar valores de presión absoluta para el cálculo.
El diagrama inferior ilustra las necesidades de energía al aumentar la presión
negativa. Como puede verse, los requerimientos de energía aumentan
drásticamente a partir del 90 % de vacío. Esta es la razón por la que el nivel de vacío
debería utilizarse siempre por debajo de este valor.
1 10 10
2
10
3
10
4
10
5
Vacuum (%)
100
Factor for energy consumption
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Figura 3: Requerimientos de energía al aumentar la presión negativa
En el margen del 60 % al 90 % de vacío, los requerimientos de energía aumentan de
10 hasta 102 , es decir 100 veces, mientras que la fuerza conseguida apenas
aumenta 1,5 veces.
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En la práctica, se ha demostrado que el tiempo de evacuación puede aumentarse por un factor de 3 en estas condiciones.
Aunque unos valores de vacío más altos producen mayores fuerzas de retención, estas sólo pueden alcanzarse por medio de un consumo de energía proporcionalmente más elevado. Además, la evacuación a un valor de presión negativo más alto, tarda más tiempo, aumentando con ello el tiempo de ciclo de la instalación.
En la práctica debería tomarse un valor de vacío de aproximadamente el 60% y sólo debería sobrepasarse en casos excepcionales
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Básicamente se dispone de dos métodos: Generación de vacío utilizando bombas o utilizando eyectores.
El objetivo de ambos métodos es reducir la presión ambiental a un valor inferior en un conducto de aspiración para sujetar, por ejemplo, piezas.
Bombas de vacío
De los muchos tipos de bombas disponibles, las bombas de desplazamiento positivo son las más utilizadas para nuestro tipo de aplicaciones, ya que sólo estas pueden comprimir directamente contra la presión ambiental (pe = 0).
Según DIN 28 400, Part 2, las bombas de desplazamiento positivo se definen como sigue:
Estas son bombas mecánicas que, con la ayuda de componentes mecánicos tales como émbolos, bombas rotativas, rotores, etc. con o sin líquido sellante, aspiran el gas a transportar, por ejemplo a través de válvulas, comprimiéndolo subsecuentemente y luego expulsándolo.
Estas se dividen según su modo de funcionamiento:
Bombas de desplazamiento alternativas Bomba de émbolo alternativo Bomba de diafragma
Bomba de desplazamiento rotativas Bomba de anillo líquido Bomba de aletas rotativa Bomba de aletas deslizantes Bomba de pistones buzos Bomba de émbolo rotativo Bomba de vacío Roots
Básicamente, estas bombas funcionan según el mismo principio, con la excepción de la bomba de vacío Roots.
Generación de vacío en la tecnología de manipulación
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Principio de funcionamiento de las bombas de desplazamiento positivo
La cámara de la bomba es periódicamente aumentada o reducida en el curso de la acción de bombeo. Si esta se conecta a un recipiente (depósito) o a un equipo adyacente a través de válvulas en el lado de aspiración y de impulsión, puede aspirarse gas y después comprimirlo e impulsarlo. El volumen en la cámara de la bomba en su mayor expansión se conoce como volumen de expansión.
La ventaja más importante de este sistema de bombeo es la posibilidad de expulsar el gas contra la presión atmosférica. La capacidad de aspiración de una bomba de desplazamiento positivo se especifica en m3/h. Es recomendable elegir un margen práctico por debajo de las especificaciones del fabricante. Para aumentar el nivel de vacío de las bombas, estas se construyen generalmente para funcionar en varias etapas. El volumen de aceite que deja escapar la bomba es aproximadamente 1/1000 de su capacidad de aspiración.
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