Una bomba Roots crea un buit mitjançant dos rotors lobulats en sentit contrari. Aquests rotors atrapen el gas a l'entrada i el transporten a través de la carcassa de la bomba sense compressió interna. Aquesta transferència contínua i d'alta velocitat de molècules de gas redueix la pressió, aconseguint buits tan baixos com 10⁻⁵ mbar amb un suport adequat. El creixement constant del mercat mundial de bombes de buit destaca la seva importància.
Molts sectors crítics depenen de laBomba de buit Roots, incloent-hi:
• Indústria dels semiconductors: Per a processos com la deposició de pel·lícules primes i el gravat.
• Indústria química: En aplicacions com la destil·lació i l'assecat.
• Indústria farmacèutica: Per a la filtració al buit i la liofilització.
El funcionament intern d'una bomba de buit Roots
Una bomba de buit Roots funciona amb un principi simple però altament eficaç. El seu mecanisme intern mou el gas d'una entrada a una sortida sense comprimir-lo dins de la cambra de la bomba. Aquest procés es basa en el moviment sincronitzat de diverses peces clau que treballen en perfecta harmonia.
El cicle operatiu de quatre passos
L'acció de bombament es produeix en un cicle continu de quatre passos que es repeteix milers de vegades per minut. Els rotors moderns poden girar a velocitats de 3.000 a 6.000 RPM. Aquesta alta velocitat permet que la bomba mogui grans volums de gas molt ràpidament.
Admissió: A mesura que els dos rotors lobulats giren en direccions oposades, s'obre una bossa d'espai a l'entrada de la bomba. El gas de la cambra de buit flueix cap a aquest volum en expansió.
Aïllament: La punta d'un lòbul del rotor passa per l'orifici d'entrada. Aquesta acció atrapa un volum específic de gas entre el rotor i la carcassa de la bomba.
Transferència: La bossa de gas atrapada es fa passar per l'interior de la carcassa cap a la sortida. Una característica clau de la bomba de buit Roots és que no comprimeix aquest gas durant la transferència. Aquest funcionament sense contacte i sense oli la fa insensible a petites quantitats de pols o vapor d'aigua.
Escapament: El rotor continua girant, exposant la bossa de gas a l'orifici de sortida. Aleshores, el gas s'expandeix cap a la línia d'escapament, on una bomba de suport l'extreu del sistema. Aquest cicle es repeteix, movent contínuament el gas des de l'entrada fins a la sortida i reduint la pressió del sistema.
Nota: Tot i que és altament eficient per a molts gasos, la capacitat d'aspiració d'una bomba Roots és menor per a gasos molt lleugers com l'hidrogen en comparació amb altres tipus de bombes.
Components clau i les seves funcions
El rendiment fiable d'una bomba Roots depèn d'uns quants components crítics dissenyats amb alta precisió.
Rotors: La bomba té dos rotors lobulats entrellaçats (sovint amb forma de vuit). La forma, o perfil, d'aquests lòbuls influeix directament en el rendiment. Els diferents dissenys ofereixen equilibris entre la velocitat de bombament i l'eficiència. Els rotors helicoïdals, per exemple, ajuden a reduir la pulsació de pressió i el soroll de funcionament.
| Tipus de perfil de rotor | Avantatge de la velocitat de bombament | Taxa d'utilització del volum |
|---|---|---|
| Novel·la el·líptica | 1,5 vegades més alta que la màquina el·líptica superior | Alt |
| El·líptica superior | Rendiment estàndard | S'aproxima al 55% |
Carcassa (embolcall): És el cos exterior que envolta els rotors. Està construït per suportar les diferències de pressió entre el sistema de buit i l'atmosfera. El material utilitzat per a la carcassa i els rotors depèn de les demandes de l'aplicació pel que fa a la resistència a la corrosió, la resistència i el cost.
| Material | Avantatges clau | Aplicacions comunes |
|---|---|---|
| Ferro colat | Alta resistència, bona resistència al desgast, rendible. | Indústria general, química i processament d'aliments. |
| acer inoxidable | Excel·lent resistència a la corrosió, propietats higièniques. | Equipament farmacèutic, semiconductor i mèdic. |
| Aliatge d'alumini | Lleuger, bona conductivitat tèrmica. | Sistemes de bombament portàtils, aeroespacials i d'automoció. |
Engranatges de distribució: Situats fora de la cambra de bombament, els engranatges de distribució són essencials. Sincronitzen els dos rotors, garantint que girin en direccions oposades sense tocar-se mai entre si ni la carcassa. Aquesta sincronització és fonamental per al funcionament sense contacte de la bomba.
Segells d'eix: Els segells eviten que l'aire s'introdueixi a la cambra de buit i que els lubricants contaminin el procés. L'elecció del segell depèn del nivell de buit requerit i de l'aplicació.
| Tipus de segell | Mecanisme | Ideal per a |
|---|---|---|
| Segell del Laberint | Utilitza una via complexa per aturar el flux; sense contacte. | Aplicacions d'alta velocitat on no es necessita desgast. |
| Segell mecànic | Utilitza dues cares accionades per ressort i molt polides. | Necessitats d'alta pressió, alta temperatura i baixa fuita. |
| Segell de fluid magnètic | Utilitza un fluid magnètic per crear una barrera perfecta. | Aplicacions d'alt buit que no requereixen fuites. |
La importància de les distàncies precises
El terme "espai lliure" fa referència als petits espais calculats entre els rotors i entre els rotors i la carcassa. Aquests espais lliures són el secret de l'èxit de la bomba. Permeten que els rotors girin a altes velocitats sense fricció, cosa que proporciona molts avantatges:
Arrencada ràpida
Baix consum d'energia
Alta velocitat de bombament
Costos d'operació i manteniment baixos
Tanmateix, aquests espais lliures s'han de gestionar perfectament. Durant el funcionament, la bomba genera calor. Aquesta calor fa que els components metàl·lics s'expandeixin, un procés conegut com a expansió tèrmica. A mesura que els rotors i la carcassa s'expandeixen, els espais lliures entre ells es redueixen.
Avís: Si les folgances es tornen massa petites a causa de l'expansió tèrmica o d'un muntatge incorrecte, els rotors poden entrar en contacte entre ells o amb la carcassa. Això provoca fricció, danys als components, augment de la càrrega del motor i possible bloqueig de la bomba. Per contra, unes folgances massa grans permeten que el gas es filtri cap enrere des de la sortida fins a l'entrada, cosa que redueix considerablement l'eficiència de la bomba.
Una enginyeria i una selecció de materials adequades garanteixen que una bomba de buit Roots mantingui unes distàncies d'accés òptimes en tot el seu rang de temperatura de funcionament, oferint un rendiment fiable i eficient.
Configuració del sistema: bombes de suport vs. bombes multietapa
Una bomba Roots és un potent accelerador, però no pot funcionar sol. Requereix una configuració específica del sistema per assolir tot el seu potencial. La bomba mou el gas de manera eficient, però no el comprimeix prou per expulsar-lo directament a l'atmosfera. Aquesta limitació requereix l'ús d'una bomba de suport o una disposició multietapa.
Per què és necessària una bomba de suport
Una bomba Roots necessita una bomba de suport per gestionar els seus gasos d'escapament. La bomba de suport es connecta a la sortida de la bomba Roots. Pren el gas transferit i el comprimeix a la pressió atmosfèrica, completant el procés d'evacuació. Aquesta associació permet que el sistema aconsegueixi buits profunds de manera efectiva. L'elecció de la bomba de suport depèn de l'aplicació específica i del nivell de buit desitjat.
Sabies que...? La bomba de suport també s'anomena bomba primària perquè fa la feina final d'extreure el gas del sistema.
Els tipus comuns de bombes de suport inclouen:
Bombes rotatives de paletes de dues etapes
Bombes mecàniques segellades amb oli
Bombes mecàniques de vàlvula de corredera de dues etapes
Bombes de buit d'anell líquid
Com funcionen les bombes multietapa
Per a aplicacions que exigeixen pressions extremadament baixes, els enginyers connecten diverses bombes en sèrie. Això crea un sistema de bomba de buit Roots de diverses etapes. En aquesta configuració, la sortida de la primera bomba alimenta l'entrada de la segona, i així successivament. Cada etapa successiva redueix encara més la pressió. Encara es necessita una bomba de suport final al final de la cadena per expulsar el gas a l'atmosfera.
Aquests potents sistemes són vitals per a les indústries exigents i d'alta tecnologia. Les aplicacions clau inclouen:
Fabricació de semiconductors: per a processos com la deposició química de vapor (CVD), la deposició física de vapor (PVD) i el gravat.
Aeroespacial: Cambres de simulació espacial i proves de components.
Nova energia: Per a la fabricació de panells solars i bateries.
La bomba de buit Roots destaca per la transferència de gas d'alta velocitat en lloc de la compressió interna. El seu disseny senzill i sense contacte crea un potent accelerador per a aplicacions netes i d'alt rendiment. Les bombes modernes ara integren motors d'alta eficiència energètica i sensors intel·ligents, cosa que augmenta encara més el rendiment per a les indústries exigents que requereixen sistemes de buit fiables i eficients.
Data de publicació: 28 d'octubre de 2025