Configuración del cabezal de bomba: ¿cómo afecta al rendimiento del flujo y el vacío?
El rendimiento de las bombas de diafragma depende en gran medida de la configuración del cabezal de bomba. Descubra cómo las distintas configuraciones influyen en el flujo, el vacío y el rendimiento general y cómo elegir la configuración correcta para su aplicación.
Los niveles necesarios de flujo y vacío determinan la configuración óptima del cabezal de bomba. Elegir la solución correcta es esencial e influye directamente en el rendimiento de la aplicación. Los ingenieros pueden optar por diseños con uno, dos o varios cabezales que se pueden conectar en paralelo, en serie o de forma combinada.
¿Cómo generan vacío las bombas de diafragma?
El vacío se genera removiendo constantemente moléculas del gas procedente de un sistema conectado a la entrada de la bomba. Al remover el gas, la presión del sistema desciende por debajo de la presión atmosférica y se genera vacío. Este principio es ampliamente utilizado en aplicaciones industriales como la robótica de recogida y colocación, el secado, la desgasificación, la toma y el análisis de muestras de gases, la inspección de fugas y el control de la presión en sistemas de inyección de tinta Drop-on-Demand.
Las bombas de diafragma son ideales para generar vacío porque ofrecen un excelente funcionamiento hermético, sin aceite y fiable. Gracias al movimiento alternativo de un diafragma flexible generan flujo y, por lo tanto, vacío. Mientras que el mecanismo del diafragma define cómo se aspira y se expulsa el gas, la configuración del cabezal de bomba determina la cantidad de gas que se mueve en cada ciclo, la eficiencia con la que se reduce la presión por etapas y cómo se mantiene el rendimiento a lo largo del rango de funcionamiento.
¿Cómo influye la configuración del cabezal de una bomba de diafragma en el rendimiento?
El rendimiento de una bomba de diafragma se representa mediante su
curvade bombeo, que muestra la relación entre el flujo y la presión a lo largo del rango de funcionamiento. A medida que el vacío aumenta, el flujo disminuye, por lo que a la hora de elegir una bomba es necesario tener en cuenta conjuntamente ambos valores.
La configuración del cabezal de bomba determina directamente esta relación, ya que influye en el desplazamiento del gas, en las diferencias de presión y en el comportamiento de las válvulas. Esto permite optimizar las configuraciones para conseguir un flujo elevado, un profundo vacío o una combinación equilibrada de ambas cosas. Así pues, entender cómo interactúan los cabezales de las bombas de diafragma es esencial para elegir una solución que proporcione un rendimiento eficiente y estable.
Bombas de diafragma monocabezal para una generación de vacío compacta y fiable
Las bombas de diafragma de un único cabezal constituyen la configuración de cabezal más básica y sirven como base para el rendimiento de todas las demás bombas. Construidas a partir de una cámara de bombeo y un diafragma de movimiento alternativo, proporcionan un punto de referencia para entender las ventajas de añadir más cabezales o etapas. Con una sola vía de flujo, las bombas monocabezal como la N 96 de KNF ofrecen un flujo estable y niveles moderados de vacío con un tamaño compacto. Con una velocidad de flujo máxima de 8,5 l/min, una presión máxima de 2,5 bar (rel.) y un vacío final máximo de 100 mbar (abs.), esta bomba es adecuada para aplicaciones como la medición fija de emisiones, la medición portátil de gases, sistemas de diagnosis y análisis instrumentales.
Aunque las bombas de un solo cabezal presentan muchas ventajas, tienen limitaciones naturales en lo relativo tanto a la velocidad de flujo como al vacío que se puede alcanzar. En teoría podría conseguirse un mayor flujo aumentando la frecuencia de funcionamiento, pero esto puede provocar una generación excesiva de calor, la fatiga del diafragma, una menor capacidad de respuesta de las válvulas y un mayor nivel de ruido y vibraciones. Con una única etapa de vacío, una bomba monocabezal también alcanza su vacío final antes que los modelos con dos o más cabezales. A medida que el vacío aumenta, la cantidad de moléculas de gas restantes disminuye y las pocas fugas internas a través de las válvulas y las juntas adquieren una importancia cada vez mayor. Al final, las fugas se equiparan con el gas extraído por cada carrera y la bomba ya no puede seguir disminuyendo la presión. Los modelos con varios cabezales ofrecen ventajas evidentes cuando las aplicaciones requieren más flujo, un vacío más profundo, una mayor capacidad de presión o un rendimiento más estable a lo largo de todo el rango de funcionamiento.
Mayor flujo con configuraciones de cabezales de bomba en paralelo
Las configuraciones de cabezales de bomba en paralelo se usan para optimizar el flujo y suelen consistir en dos o más cabezales. Cada uno de los cabezales funciona de forma independiente, aunque son accionados por el mismo motor. Dado que sus volúmenes de desplazamiento se suman, la velocidad de flujo aumenta sin que varíe el vacío final. Para satisfacer los requisitos de distintas aplicaciones, KNF ofrece varias opciones de conexión para bombas de diafragma de doble cabezal en paralelo:
- Entrada paralela (1): Ambos cabezales aspiran gas desde una única entrada y generan una elevada velocidad de flujo en el lado de succión.
- Salida paralela (2): Los dos cabezales descargan a través de una única salida, lo que genera una mayor velocidad de flujo en el lado de la presión.
- Entrada/Salida paralelas (3): Ambos cabezales comparten entrada y salida, lo que genera una elevada velocidad de flujo tanto en el lado de la succión como en el de la presión.
Para aplicaciones que requieren un caudal máximo, KNF también ofrece soluciones multicabezal tales como la microbomba de diafragma para gases NMP 850.7 . Con cuatro cabezales trabajando en paralelo, proporciona una velocidad de flujo máxima de 25,5 l/min y un vacío final máximo de 180 mbar (abs.). Normalmente se utiliza en aplicaciones como la reprografía, la monitorización medioambiental, dispositivos médicos y aplicaciones alimentarias.
Las bombas de diafragma para líquidos también se pueden personalizar mediante configuraciones multicabezal. Dado que los líquidos no se pueden comprimir, estas configuraciones tienen un impacto limitado y suelen utilizarse en paralelo. De este modo aumenta el flujo y disminuyen las pulsaciones, lo cual es beneficioso para la dosificación, la transferencia o aplicaciones que requieren un flujo de líquidos suave y estable. KNF ofrece bombas para líquidos multicabezal basadas en proyectos.
Optimización del vacío con configuraciones de cabezales en serie
Las configuraciones de cabezales en serie se necesitan para conseguir un vacío más profundo. Con esta opción, todos los cabezales de la bomba son accionados por el mismo motor y operan con la misma frecuencia de carrera mientras el gas pasa por ellos uno tras otro. Cada etapa reduce aún más la presión, superando así las limitaciones de una configuración monocabezal. Las configuraciones en serie suelen utilizar dos, tres o incluso cuatro cabezales y mantienen un mayor caudal a presiones absolutas bajas. Algunas de las configuraciones en serie más utilizadas para obtener un rendimiento de vacío multietapa son:
- Dos cabezales de bomba conectados en serie (4) generan el flujo de un cabezal de bomba y un vacío de dos etapas.
- Cuatro cabezales de bomba conectados en serie (5) generan una velocidad de flujo de un cabezal de bomba y un vacío de cuatro etapas. Esta configuración aumenta el tamaño total de la bomba.
Mejor flujo y mayor vacío gracias a la combinación de configuraciones en paralelo y en serie
Además de disposiciones exclusivamente en paralelo o en serie, KNF ofrece configuraciones de bombas de diafragma multicabezal que combinan ambos principios. Estas versiones híbridas utilizan varios cabezales de bomba dispuestos en paralelo y en serie para ofrecer un flujo más alto, un vacío más profundo o una combinación de ambas cosas dentro de una sola bomba. En función del diseño, las configuraciones multicabezal también pueden contribuir a reducir las pulsaciones, haciendo así que el funcionamiento del sistema sea más suave en aplicaciones sensibles.
Las configuraciones híbridas de cabezales suelen utilizarse cuando las aplicaciones requieren una evacuación rápida, un rendimiento sólido a presiones absolutas bajas o un flujo estable con cargas variables. Así por ejemplo, la bomba de vacío N 84.5 de KNF utiliza dos cabezales conectados en paralelo y dos conectados en serie, lo que se traduce en una velocidad de succión excepcionalmente elevada.
Configuraciones de cabezales de bomba a medida para necesidades especiales
Aparte de conexiones estándar, KNF ofrece configuraciones especiales de cabezales para necesidades de rendimiento concretas. Entre ellas, cabezales de bomba independientes para manejar dos vías de gas separadas, un enrutamiento bidireccional en paralelo-en serie que cambia automáticamente las vías de flujo a presiones definidas y configuraciones de compresor de dos etapas que aumentan la presión al mismo tiempo que mantienen el flujo de un solo cabezal. Gracias a las intelligent pump features, KNF también ofrece soluciones para aplicaciones con necesidades dinámicas de presión o vacío. La bomba MGP 75 presenta un diseño de doble cabezal con sensores integrados y control de la presión en bucle cerrado que le permite ajustar el rendimiento y mantener un vacío o una presión estables incluso en condiciones variables.
Cómo elegir la correcta configuración de cabezales en bombas de diafragma
Elegir la configuración de cabezales ideal en una bomba de diafragma depende de las necesidades de rendimiento específicas de cada aplicación. Algunos de los factores más relevantes a tener en cuenta son la velocidad de flujo necesaria, el nivel de vacío alcanzable, la presión deseada, el espacio disponible para la instalación, la carga de gas, el ciclo de trabajo y otros aspectos de la dinámica del sistema, como fugas o restricciones. La configuración óptima depende de cómo interactúan estos parámetros dentro del sistema.
Como guía general:
- Debe elegirse una bomba monocabezal en caso de aplicaciones compactas de uso estándar.
- Debe elegirse una configuración en paralelo si lo que se necesita es un mayor flujo.
- Debe elegirse una configuración en serie cuando se necesite un vacío más profundo.
- Debe elegirse una configuración híbrida cuando lo importante sea el rendimiento tanto del flujo como del vacío.
Los ingenieros de KNF trabajan codo con codo con los clientes para analizar los requisitos de cada aplicación y recomendarles una solución de bomba adecuada basada en el sistema modular de KNF. Además de la configuración de los cabezales de las bombas, las opciones de personalización también incluyen varias combinaciones de materiales, así como distintas opciones mecánicas y de conexión. De este modo, los clientes tienen flexibilidad para ajustar el rendimiento, el tamaño y la funcionalidad a sus necesidades concretas.
