Construcción de una bomba de alto vacío por difusión de aceite (3ª parte).

 

Refrigeración de la bomba.

El proceso que se lleva a cabo en el interior de una bomba es similar al de un alambique: el aceite se transforma en calor en la caldera y re convierte de nuevo en líquido en las paredes de la bomba. Para que este ciclo se repita continuamente es necesario evacuar todo el calor que genera el calefactor.

Aproximadamente el 30 % del calor se disipa a través de las paredes y del cuerpo de la bomba pero es necesario evacuar el 70% restante manteniendo la boca de la bomba  la temperatura mas baja posible,

Sin ninguna duda el mejor sistema de refrigeración es hacer circular alrededor de la bomba agua del grifo, con un caudal de tan solo 3 litros /hora  podremos conseguir que la boca de la bomba se mantenga a tan solo 10 grados mas alta que el agua. Como no es raro que el agua del grifo venga a 20 grados o menos la temperatura de la boca será de unos 30 grados. Si conseguimos mantener la temperatura a este valor el aceite de la bomba producirá poco reflujo y conseguiremos las mas bajas presiones posibles.

Sin embargo la refrigeración por agua es un incordio por ello se tiende a emplear refrigeración por aire forzado. En este caso por mucho que nos empeñemos no será fácil conseguir que la boca de la bomba este a menos de 40 o 50 grados, especialmente si la temperatura ambiente es de 30 ºC. Con esta temperatura casi el doble la presión mínima que alcanzara nuestra bomba será al menos tres o cuatro veces mayor que en el caso de la refrigeración por agua debido en buena parte a que la presión de vapor del aceite de difusión será mayor. De cualquier manera no asustarse con refrigeración por aire se pueden conseguir fácilmente presiones de 10 -6 milibares muy por debajo de las necesarias para la mayor parte de las aplicaciones que puede emprender un aficionado que se sitúan entre los 10-3 y los 10-1 milibares. Tres ordenes de magnitud  mas baja.

Refrigeración por agua.

Si la refrigeración por agua es la mas eficaz también es la mas sencilla de construir. Solo se necesita 1 metro de tubo de cobre recocido de una luz interior de 5 o 6 mm. Mucho más, dará dificultades para doblarlo pero no afectara en absoluto al funcionamiento. Si no tenemos tubo recocido se puede partir de tubo de cobre normal y con un soplete darle un buen calentón.

Comenzar a doblar por la toma de baja presión, soldar cada tres centímetros aproximadamente haciendo presión para que el tubo este próximo a las paredes de INOX. Que a nadie se le ocurra soldar el principio y el final para dejar el tubo fijado con la esperanza de soldar los puntos intermedios después, ya que la dilatación de tubo al calentarlo lo separara de las paredes y será imposible hacerlo bien. No es imprescindible soldar todo el recorrido, con hacer una soldadura generosa de 1 cm de longitud cada 2 o 3 es suficiente.

Como se puede ver en el dibujo el agua fría entrara por el extremo de la boca de alto vacío y saldrá por el de bajo vacío.

Existen en el mercado refrigeradores de agua para las CPUs de ordenadores, posiblemente se puedan adaptar esto equipos y realizar un circuito de refrigeración por agua en ciclo cerrado. Posiblemente no se consigan obtener las temperaturas empleando agua del grifo pero serán suficientes. Asegurarse de que esos equipos son capaces de disipar al menos 100 W.

Refrigeración por aire.

Las soluciones para refrigerar por aire son varias, voy a proponer varias de ellas y al final por la que yo he optado. Seguro que hay muchas mas.

Radiadores de electrónica. Esta solución ya la emplee en la anterior bomba. Se toman dos radiadores de aproximadamente 70x70x140. En la mitad del radiador se fresan dos sectores de circulo de diámetro 50.8 mm y 20 mm de profundidad. Se asegura que abracen bien ajustados al cuerpo de la cámara. Se untan de aceite de silicona para transistores y se atornillan para que hagan buen contacto con el cuerpo de INOX. Se coloca un ventilador que fuerce la circulación de aire.

 

Si no se dispone de radiadores una solución parecida es tomar un cilindro de aluminio de 80 mm de diámetro y 70 de longitud.

Solución de chapas.

Se trata de conectar térmicamente siete u ocho chapas de aluminio de 100x100 mm y 1,2 mm al cuerpo de la cámara.

La imagen siguiente muestra la bomba después de haber montado las chapas durante pruebas de calefacción.

 

Preparación de las chapas.

Se necesitan ocho chapas de aluminio de las dimensiones que se especifican.

 

Para conseguir estas chapas se cortan cuadrados de aluminio de 100x100 mm de 1,2 o 1,5 de espesor. Pueden emplearse igualmente chapas de 90x90 mm. Se realiza un orificio en el centro de la chapa de 8 mm que sirve como guía y los cuatro orificios que van a servir para el paso de la varilla roscada. Se sujeta la chapa en el torno con un tornillo, tuerca y una arandela de respaldo. Se coloca una herramienta en punta aguda para perforar la chapa pero tratando de que por la parte posterior quede bastante rebaba, como se indica el dibujo.

La chapa deberá entrar en el cuerpo de la bomba bastante justa. Conviene tener un par de chapas de mas para hacer pruebas. Conviene cortar las esquinas de las chapas en forma de chaflán 4 o 5 mm.

La rebaba que queda al ser aprisionada entre las arandelas de separación mejoraran el contacto térmico con el cuerpo de INOX. Si se quiere mejorar aun mas el contacto puede aplicarse un poco de silicona de transistor o epoxi.

El conjunto esta formado por dos arandelas de fijación mas grandes, siete u ocho arandelas de separación  y cuatro varillas roscadas a M4, yo las he puesto de inox pero pueden ponerse de acero galvanizado. Las chapas y las arandelas de separación son aprisionadas entre las arandelas de fijación por medio de las varillas roscadas y sus tuercas.

El dibujo a continuación representa las arandelas de fijación y de separación en corte. Para las arandelas de fijación se parte de barra de aluminio de 70 mm, se tornean a un diámetro interior de 50.8 mm cuidando de ajustarlas bien al cuerpo de la cámara. La arandela que se va a introducir primero deberá ir lo mas justa posible aunque sea con bastante esfuerzo. La arandela que va a ir cercana a la toma de alto vació deberá ir justa pero no excesivamente, se deberá poder introducir con la mano.

Para realizar las arandelas de separación lo mejor es partir de tubo de aluminio de 55 mm exterior y 50 mm interior. Tornearlo para un diámetro interior de 50,8 y cortarlo en rodajas de 7 mm. Estas arandelas deberan entras suavemente pero sin holguras. Si no se puede disponer de tubo de aluminio se pueden conseguir torneando cilindro de aluminio de 55 mm de diámetro.

Montaje del refrigerador.

Antes de montar el refrigerador deben estas soldados los tubos horizontal y vertical y la toma de bajo vacío. Asegurarse bien de que no hay fugas, para ello las soldaduras deben estar generosamente recubiertas especialmente en los ángulos, ya que los dos ángulos son los lugares mas probables para la existencia de poros. Solo cuando se este convencido de que no hay poros proceder al montaje de las aletas.

Con la lima o la piedra esmeril achaflanar el borde superior del cuerpo para que entren las arandelas y chapas. Introducir la primera arandela de fijación cuidando que los orificios para los espárragos de apriete quedan uniformemente situados a cada lado del tubo horizontal. Cuidar de que no se someten las soldaduras a presión que pueda abrir poros.  A continuación introducir una aleta con la rebaba hacia arriba. Seguir con una arandela de separación y así sucesivamente hasta completar el conjunto.

Ir cuidando de situar todos los orificios alineados. Introducir los espárragos y por ultimo la segunda arandela de fijación. Colocar arandelas y tuercas y aprisionar el conjunto apretando las tuercas de los espárragos. Facilitar la compresión utilizando el tornillo de banco aprisionado ente las arandelas de fijación en diferentes posiciones. Deberá dejarse suficiente espacio en la boca del tubo para soldar el acoplamiento de alto vacío.

 

Vista del subconjunto con las arandelas colocadas.

Construcción de una bomba de alto vacío por difusión de aceite (1ª parte).

Construcción de una bomba de alto vacío por difusión de aceite (2ª parte).

Construcción de una bomba de alto vacío por difusión de aceite (3ª parte).

Construcción de una bomba de alto vacío por difusión de aceite (4ª parte).

 

 

Copyright Profesor Frank de Copenhague.