La bomba de vacío turbomolecular se compone de un número de juegos de paletas móviles (rotor) y otros tantos juegos de paletas fijas (estator). Tanto las paletas móviles como las fijas están orientadas para que las moléculas presentes a la entrada (área de baja presión) sean lanzadas progresivamente hacia el área de alta presión (salida) donde son extraídas por una bomba auxiliar. En estas bombas las paletas actúan como si fuesen raquetas de tenis, y cuando una molécula de gas se interpone en su trayectoria la impulsan en dirección al área de alta presión. Para que una bomba de este tipo sea eficaz, su velocidad lineal tiene que ser igual o superior que la velocidad de las moléculas que es del orden de 450 m/s. Para conseguir esto las paletas de una de estas bombas con un diámetro de giro de 6 cm tiene que alcanzar las 60.000 revoluciones por minuto. Para bombas mayores basta con 40.000 rpm.
Estas bombas tiene forzosamente que trabajar en vacío por dos razones, primero para que el gas se comporte en forma molecular y segundo porque se necesitarían varios kilovatios para poder hacer girar estas bombas a presión atmosférica.
Para que las bombas turbo puedan mantener estos regímenes de revoluciones tan altos se requieren varias sofisticaciones mecánicas. No pueden funcionar con motores con escobillas, los rozamientos tienen que ser mínimos, la vibración de todo el cuerpo móvil debe ser mínima, no pueden desprenderse gases y no pueden producir calor en el interior porque al estar en el vacío terminarían por quemarse.
Para conseguir estas características el rotor de las bombas esta construido a partir de una única pieza de titanio o aleaciones de aluminio muy resistentes. El peso se reduce al mínimo y se equilibran dinámicamente para que no exista ningún desplazamiento del centro de masas. Debido a que las paletas no deben soportar muchos esfuerzos se hacen tremendamente delicadas y finas. Para reducir los rozamientos se emplean cojinetes cerámicos, que no necesitan engrase y aguantan temperaturas mucho mas altas que los metálicos. Algunas bombas grandes en vez de emplear rodamientos cerámicos emplean levitación magnética, de manera que mantienen el conjunto rotor en su posición sin contacto mecánico con ningún otro material, de esta manera reducen los rozamientos al mínimo y sin necesidad de lubricación.
El motor que mueve las paletas es solidario y coaxial con estas, por lo tanto el motor debe proporcionar las mismas revoluciones que necesita el rotor. No pueden emplearse por supuesto sistemas de engranajes para aumentar la velocidad. Además hay que considerar que el diseño de estos dispositivos debe ser estanco.
Estas bombas se mueven mediante un motor asincrono con rotor en jaula de ardilla. El estator esta formado por tres pares de devanados desplazados 120 grados de manera que al ser excitados por una corriente trifasica generan un campo magnético rotatorio que arrastra al rotor.
El rotor gira a las mismas revoluciones que el campo magnético (suponiendo un solo par de polos por fase) y por lo tanto a la frecuencia de alimentación. Cuando se le exige esfuerzo, al motor las revoluciones del rotor bajan y se produce un deslizamiento, el par de estos motores es proporcional al deslizamiento.
Como se ha dicho la velocidad de giro es la de la frecuencia de alimentación, asi es que si alimentásemos uno de estos motores a 50 Hz de la red no conseguiríamos mas que una velocidad de rotación de 50 revoluciones por segundo que equivalen a 3000 rpm. Como necesitamos 60.000 rpm tenemos que emplear una frecuencia 20 veces mayor, 1000 Hz, pero a esta frecuencia el para no produciría fuerza ni para vencer los rozamientos de los rodamientos, así es que se alimente a 1200, esperando que el rotor alcance al menos las 60.000 rpm.
La energía cinética del conjunto motor-rotor de estas bombas es muy alta debido a su alto numero de revoluciones. Como se sabe esta energía cinética es función de la masa, del radio equivalente de masas y del cuadrado de la velocidad angular. Como la velocidad angular es 25 veces superior a la de un motor convencional su energía cinética será 625 veces mayor, lo que significa que tanto en el arranque como la parada será mucho mas dificultosa. Suponiendo una relacion potencia / momento de inercia de dos motores iguales, debido al alto numero de revoluciones una bomba turbo tardara 625 veces mas tiempo en alcanzar su regimen normal de revoluciones que un motor convencional. Como promedio una bomba turbo suele tardar en alcanzar ese régimen un minuto.
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