Aprenda cómo funcionan las bombas de vacío, las partes principales y por qué las utilizamos. Este artículo detalla el principio de funcionamiento básico de las bombas de vacío de una y dos etapas para los ingenieros de HVAC. Para ver más artículos sobre ingeniería de HVAC PULSE AQUÍ.
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¿Qué son las bombas de vacío?
Las bombas de vacío son muy utilizadas por los ingenieros de aire acondicionado y refrigeración para eliminar el aire o los materiales no condensables, como el agua, del sistema. Es necesario eliminarlos del sistema porque hacen que el sistema de refrigeración funcione de forma ineficiente y también pueden corroer las piezas internas.
Este procedimiento se lleva a cabo antes de cargar un sistema nuevo o cuando un sistema existente ha sufrido algunas reparaciones en las que ya se ha recuperado el refrigerante. En cualquiera de los casos existe la posibilidad de que el aire y la humedad hayan contaminado el sistema.
¿Dónde se conectan?
En un sistema de aire acondicionado típico verá estas bombas de vacío conectadas a través de un colector en el lado de alta y baja presión del sistema. Una mejor manera de hacer esto es quitar el colector y conectar la bomba de vacío a la línea de succión con un manómetro conectado a la línea de líquido, ya que es el punto más lejano en el sistema para obtener una lectura verdadera.
Hemos colaborado con nuestro amigo Bryan en la escuela de HVAC para este artículo. Su video de YouTube te lleva a través de cómo conectar realmente una bomba de vacío a un sistema del mundo real, así como darle un montón de grandes consejos técnicos para construir su conocimiento y habilidades. Para ver su video de YouTube haga clic aquí.
Las partes principales de una bomba de vacío
Si tomamos una bomba de vacío estándar que se parece a lo siguiente.
Tenemos el motor eléctrico en la parte trasera, el compresor en la parte delantera, un mango en la parte superior y una base de apoyo en la parte inferior. Luego tenemos una entrada que se conecta al sistema para sacar el aire del sistema y también tenemos el escape para dispersarlo a la atmósfera. En la parte frontal de la sección del compresor encontraremos una mirilla de nivel de aceite para poder saber la cantidad de aceite que hay en la cámara así como su estado.
Al desmontar la unidad, podemos ver que tenemos un ventilador y una carcasa protectora montados en la parte trasera del motor. Dentro del motor tenemos el estator con las bobinas. Concéntrico a éste, tenemos el rotor y el eje que acciona el compresor. En la parte delantera tenemos la cámara de compresión. Esta es una versión de compresor de dos etapas que nos permite hacer un vacío más profundo, por lo que tenemos dos cámaras de compresión. Dentro de las cámaras se encuentran los rotores del compresor y las paletas que mueven el aire fuera del sistema. En la parte superior de la cámara de compresión hay una válvula de láminas que ventila el escape. Cuando quitamos la caja protectora del ventilador, vemos que el ventilador está conectado al eje que atraviesa la bomba. El ventilador se utiliza para enfriar el motor eléctrico y soplará aire ambiental sobre la carcasa para disiparlo. Las aletas de la carcasa aumentan la superficie de la misma, lo que permite eliminar más calor no deseado.
Dentro del motor
Dentro del motor tenemos el estator, que está enrollado con bobinas de cobre. Cuando una corriente eléctrica fluye a través de las bobinas de cobre genera un campo magnético. El rotor se ve afectado por este campo magnético y esto le obliga a girar. El rotor está conectado al eje y éste recorre la longitud de la bomba desde el ventilador hasta el compresor. De esta manera; cuando el rotor gira también lo hará el compresor y eso es lo que utilizamos para crear el efecto de vacío y evacuar el aire de un sistema.
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Sólo para tener en cuenta, cuando pensamos en un vacío; pensamos en una fuerza de succión pero en realidad no es así. Más adelante detallaremos el porqué.
Dentro del compresor
Si miramos dentro del compresor, podemos ver que tenemos la entrada, que está conectada al sistema que estamos evacuando. Luego tenemos la salida y la válvula de láminas que ventila el aire y la humedad que se extrae.
En el centro tenemos el rotor de compresión y la cámara de compresión. Obsérvese que el rotor está montado excéntricamente dentro de la cámara, lo que significa que no está perfectamente centrado, esa es una característica clave que veremos en detalle más adelante. El eje se conecta al rotor y lo hará girar.
Montados dentro del rotor hay dos paletas cargadas con resortes. Los resortes están siempre tratando de empujar las paletas hacia afuera, pero son mantenidas en su lugar por las paredes de la cámara de compresión. Las puntas de los álabes están siempre en contacto con la pared y hay una fina capa de aceite que ayuda a formar un sello entre los dos. Cuando el rotor gira, los resortes siguen empujando los álabes hacia fuera, de modo que los álabes seguirán el contorno de la cámara de compresión.
Cuando la bomba se pone en marcha, el rotor se va a mover a través de la entrada y va a exponer un área dentro de la cámara de compresión. Esta área estará a una presión más baja en comparación con la presión dentro del sistema; por lo que el aire y la humedad dentro del sistema de refrigeración se va a precipitar para tratar de llenar esta región vacía.
¿Por qué hace esto?
La presión siempre fluye de alta a baja, por lo que si conectamos por ejemplo; dos globos de diferentes presiones, los gases se moverán desde el lado de alta presión hacia el lado de baja presión hasta que ambos sean de igual presión. El lado de baja presión era un vacío, pero no succionaba los gases, el lado de alta presión empujaba hacia adentro. Ese es el efecto del vacío. Los gases quieren igualarse y fluirán de una presión alta a una presión baja. Por lo tanto, utilizamos una bomba de vacío para crear una región de menor presión, de modo que los gases no deseados dentro de un sistema de refrigeración se apresuren a salir del sistema para tratar de llenar esta región de menor presión.
En nuestro escenario, la manguera de conexión y la nueva área de baja presión dentro de la cámara de compresión se convierten en una extensión del sistema de refrigeración, de modo que los gases en el sistema van a apresurarse para llenar esto y tratar de hacer que la presión entre estos dos sea igual. Sin embargo, es una trampa, porque a medida que el rotor continúa girando la segunda paleta barre y atrapa ese volumen de gas en la cámara entre las dos paletas. El otro álabe pasa por la entrada y crea otra región de menor presión, por lo que entran más gases para llenar este vacío una y otra vez. A medida que el compresor gira, el volumen de la cámara va a empezar a disminuir, por eso el rotor no está perfectamente centrado para que podamos variar el volumen de los gases atrapados. Esta disminución de volumen va a comprimir los gases en un espacio más estrecho, que aumentará la presión y la temperatura.
Continúa girando en un volumen más pequeño hasta que la presión se vuelve lo suficientemente alta como para forzar la válvula de lengüeta en el escape para abrir y los gases se descargan.
El compresor sigue girando y, al hacerlo, el siguiente lote de gases se introduce en el sistema y este ciclo continúa.
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La mayoría de las bombas de vacío son de dos etapas, lo que significa que hay dos cámaras de compresión conectadas en serie, con el escape del primer compresor conectado directamente a la entrada de la segunda cámara. Este diseño permite que la bomba alcance un vacío más profundo.
Diseño de dos etapas
Cuando tenemos un solo compresor; la salida está empujando contra la presión atmosférica, como se detalló anteriormente. Pero con el diseño de dos etapas, la salida está empujando contra una presión mucho más baja que es simplemente la entrada del segundo compresor que gira y la región de baja presión que crea durante esa rotación.
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A medida que la bomba de vacío sigue funcionando, acabará sacando los gases del sistema cerrado, lo que reducirá la presión por debajo de la presión de la atmósfera que rodea el exterior del sistema.
A medida que la presión se reduce, cualquier humedad en el sistema será más fácil de hervir y evaporar. Podemos añadir un poco de calor con una lámpara o pistola de calor para ayudar a que se vaporice.
