Una bomba Roots crea un vacío mediante dos rotores lobulados contrarrotatorios. Estos rotores atrapan el gas en la entrada y lo transportan a través de la carcasa de la bomba sin compresión interna. Esta transferencia continua y de alta velocidad de moléculas de gas reduce la presión, alcanzando vacíos de hasta 10⁻⁵ mbar con el soporte adecuado. El crecimiento constante del mercado mundial de bombas de vacío subraya su importancia.
Muchos sectores críticos dependen deBomba de vacío Roots, incluido:
• Industria de semiconductores: Para procesos como la deposición y el grabado de películas delgadas.
• Industria química: En aplicaciones como la destilación y el secado.
• Industria farmacéutica: Para filtración al vacío y liofilización.
El funcionamiento interno de una bomba de vacío Roots
Una bomba de vacío Roots funciona según un principio sencillo pero muy eficaz. Su mecanismo interno traslada el gas desde una entrada hasta una salida sin comprimirlo dentro de la cámara de la bomba. Este proceso se basa en el movimiento sincronizado de varias piezas clave que trabajan en perfecta armonía.
El ciclo operativo de cuatro pasos
El bombeo se produce en un ciclo continuo de cuatro etapas que se repite miles de veces por minuto. Los rotores modernos pueden girar a velocidades de entre 3000 y 6000 RPM. Esta alta velocidad permite que la bomba mueva grandes volúmenes de gas con gran rapidez.
Entrada: Al girar los dos rotores lobulados en direcciones opuestas, se abre un espacio en la entrada de la bomba. El gas de la cámara de vacío fluye hacia este volumen en expansión.
Aislamiento: La punta de un lóbulo del rotor pasa por el puerto de entrada. Esta acción atrapa un volumen específico de gas entre el rotor y la carcasa de la bomba.
Transferencia: La bolsa de gas atrapada se desplaza por el interior de la carcasa hacia la salida. Una característica clave de la bomba de vacío Roots es que no comprime este gas durante la transferencia. Este funcionamiento sin contacto y sin aceite la hace insensible a pequeñas cantidades de polvo o vapor de agua.
Escape: El rotor sigue girando, exponiendo la bolsa de gas al puerto de salida. El gas se expande entonces en la línea de escape, donde una bomba de respaldo lo extrae del sistema. Este ciclo se repite, moviendo continuamente el gas desde la entrada hasta la salida y reduciendo la presión del sistema.
Nota: Si bien es muy eficiente para muchos gases, la capacidad de succión de una bomba Roots es menor para gases muy ligeros como el hidrógeno en comparación con otros tipos de bombas.
Componentes clave y sus funciones
El funcionamiento fiable de una bomba Roots depende de unos pocos componentes críticos diseñados con alta precisión.
Rotores: La bomba cuenta con dos rotores lobulados entrelazados (a menudo con forma de ocho). La forma o perfil de estos lóbulos influye directamente en el rendimiento. Los distintos diseños ofrecen un equilibrio entre velocidad de bombeo y eficiencia. Los rotores helicoidales, por ejemplo, ayudan a reducir la pulsación de presión y el ruido de funcionamiento.
| Tipo de perfil del rotor | Ventaja de velocidad de bombeo | Tasa de utilización del volumen |
|---|---|---|
| Nueva elíptica | 1,5 veces más alta que la elíptica superior | Alto |
| elíptica superior | Rendimiento estándar | Se aproxima al 55% |
Carcasa: Es la estructura exterior que contiene los rotores. Está diseñada para soportar las diferencias de presión entre el sistema de vacío y la atmósfera. El material utilizado para la carcasa y los rotores depende de los requisitos de la aplicación en cuanto a resistencia a la corrosión, resistencia mecánica y coste.
| Material | Ventajas clave | Aplicaciones comunes |
|---|---|---|
| Hierro fundido | Alta resistencia, buena resistencia al desgaste, rentable. | Industria general, procesamiento químico y alimentario. |
| Acero inoxidable | Excelente resistencia a la corrosión, propiedades higiénicas. | Productos farmacéuticos, semiconductores y equipos médicos. |
| Aleación de aluminio | Ligero, buena conductividad térmica. | Sistemas aeroespaciales, automotrices y de bombeo portátiles. |
Engranajes de sincronización: Ubicados fuera de la cámara de bombeo, los engranajes de sincronización son esenciales. Sincronizan los dos rotores, asegurando que giren en direcciones opuestas sin tocarse entre sí ni con la carcasa. Esta sincronización es fundamental para el funcionamiento sin contacto de la bomba.
Retenes de eje: Los retenes impiden la entrada de aire en la cámara de vacío y evitan la contaminación del proceso por lubricantes. La elección del retén depende del nivel de vacío requerido y de la aplicación.
| Tipo de sello | Mecanismo | Ideal para |
|---|---|---|
| Sello del laberinto | Utiliza un mecanismo complejo para detener el flujo; sin contacto. | Aplicaciones de alta velocidad donde se requiere cero desgaste. |
| Sello mecánico | Utiliza dos caras altamente pulidas con resorte. | Requisitos de alta presión, alta temperatura y baja fuga. |
| Sello de fluido magnético | Utiliza un fluido magnético para crear una barrera perfecta. | Aplicaciones de alto vacío que requieren cero fugas. |
La importancia de las holguras precisas
El término «holgura» se refiere a los pequeños espacios calculados entre los rotores y entre estos y la carcasa. Estos espacios son la clave del buen funcionamiento de la bomba. Permiten que los rotores giren a altas velocidades sin fricción, lo que proporciona numerosas ventajas:
Arranque rápido
Bajo consumo de energía
Alta velocidad de bombeo
Bajos costos de operación y mantenimiento
Sin embargo, estas holguras deben controlarse a la perfección. Durante el funcionamiento, la bomba genera calor. Este calor provoca la dilatación de los componentes metálicos, un proceso conocido como dilatación térmica. A medida que los rotores y la carcasa se dilatan, las holguras entre ellos se reducen.
Advertencia: Si las holguras se reducen demasiado debido a la dilatación térmica o a un montaje incorrecto, los rotores pueden entrar en contacto entre sí o con la carcasa. Esto provoca fricción, daños en los componentes, un aumento de la carga del motor y un posible bloqueo de la bomba. Por el contrario, unas holguras excesivas permiten que el gas se filtre desde la salida hacia la entrada, lo que reduce drásticamente la eficiencia de la bomba.
Una correcta ingeniería y selección de materiales garantizan que una bomba de vacío Roots mantenga holguras óptimas en todo su rango de temperatura de funcionamiento, ofreciendo un rendimiento fiable y eficiente.
Configuración del sistema: Bombas de respaldo frente a bombas multietapa
Una bomba Roots es una potente bomba de refuerzo, pero no puede funcionar sola. Requiere una configuración de sistema específica para alcanzar su máximo potencial. La bomba mueve el gas de forma eficiente, pero no lo comprime lo suficiente como para expulsarlo directamente a la atmósfera. Esta limitación exige el uso de una bomba de apoyo o un sistema multietapa.
¿Por qué es necesaria una bomba de respaldo?
Una bomba Roots necesita una bomba de apoyo para gestionar su escape. La bomba de apoyo se conecta a la salida de la bomba Roots. Recibe el gas transferido y lo comprime a presión atmosférica, completando así el proceso de evacuación. Esta combinación permite que el sistema alcance altos niveles de vacío de forma eficaz. La elección de la bomba de apoyo depende de la aplicación específica y del nivel de vacío deseado.
¿Sabías que...? La bomba de respaldo también se llama bomba primaria porque realiza el trabajo final de eliminar el gas del sistema.
Entre los tipos comunes de bombas de respaldo se incluyen:
bombas de paletas rotativas de dos etapas
Bombas mecánicas selladas con aceite
bombas mecánicas de válvula deslizante de dos etapas
bombas de vacío de anillo líquido
Cómo funcionan las bombas multietapa
Para aplicaciones que requieren presiones extremadamente bajas, los ingenieros conectan varias bombas en serie. Esto crea un sistema de bomba de vacío Roots multietapa. En esta configuración, la salida de la primera bomba alimenta la entrada de la segunda, y así sucesivamente. Cada etapa sucesiva reduce aún más la presión. Al final del sistema, se necesita una bomba de respaldo para expulsar el gas a la atmósfera.
Estos potentes sistemas son vitales para las industrias de alta tecnología y exigentes. Sus principales aplicaciones incluyen:
Fabricación de semiconductores: Para procesos como la deposición química de vapor (CVD), la deposición física de vapor (PVD) y el grabado.
Aeroespacial: Cámaras de simulación espacial y ensayos de componentes.
Nuevas energías: Para la fabricación de paneles solares y baterías.
La bomba de vacío Roots destaca por su transferencia de gas a alta velocidad, en lugar de por su compresión interna. Su diseño sencillo y sin contacto la convierte en una potente bomba de refuerzo para aplicaciones limpias de alto rendimiento. Las bombas modernas integran motores de bajo consumo y sensores inteligentes, lo que optimiza aún más su rendimiento para las industrias más exigentes que requieren sistemas de vacío fiables y eficientes.
Fecha de publicación: 28 de octubre de 2025