Shrnutí na Buit: Conceptes, Mesura i Generació
RD 809/2021: Guia Completa d'Equips a Pressió
Introducción
El vacío es un concepto clave en física, química e ingeniería: se refiere a un espacio con muy poca materia y, por tanto, con presión por debajo de la presión atmosférica. En la práctica no existe un vacío absoluto perfecto, pero sí grados de vacío que son útiles para procesos de laboratorio e industriales.
Definición: El vacío es un espacio donde la densidad de materia es muy baja comparada con la atmosfera; su calidad se mide por la presión existente en ese espacio.
¿Cómo se define y mide el vacío?
Conceptos básicos
- Vacío absoluto: estado ideal con ausencia total de materia (no alcanzable de manera estricta).
- Vacío parcial: espacio con pocas partículas residuales que ejercen una presión mesurable.
Definición: Vacío parcial es un estado en el que aún existen partículas residuales y la condición se cuantifica mediante la presión presente en el recipiente.
Magnitudes de medida
Medimos el vacío a través de la presión. Las formas de expresar la presión más usadas son:
- Presión absoluta: 0 corresponde al vacío absoluto; la presión atmosférica aproximada se considera 1000 mbar en este material. Ejemplo: $P_{absoluta}$.
- Presión relativa (manométrica): se toma la presión ambiental (1000 mbar) como 0 mbar relativo; las disminuciones respecto a ese valor se expresan como negativas.
- % de vacío: indica cuánto se ha reducido la presión respecto a la atmosféra. Fórmula:
$$%;Buit = \left(1 - \frac{P_{absoluta}}{P_{atmosferica}}\right) \cdot 100$$
Ejemplo: si $P_{absoluta}=100;\text{mbar}$ y $P_{atmosferica}=1000;\text{mbar}$, entonces $%;Buit = \left(1 - \frac{100}{1000}\right)\cdot 100 = 90%$.
Referencias de presión
- Presión ambiental al nivel del mar: $\approx 1000;\text{mbar}$
- Presión ambiental en el Everest: $\approx 300;\text{mbar}$
- Rangos típicos para productos envasados al vacío: $100;\text{mbar} - 10;\text{mbar}$
Definición: La presión es la magnitud que usamos para cuantificar la calidad del vacío; es la fuerza por unidad de superficie ejercida por las partículas residuales.
Instrumentos para medir el vacío
Los instrumentos son, en esencia, instrumentos de medida de presión adaptados a diferentes rangos:
| Instrumento | Mide | Rango típico / uso | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Barómetro | Presión atmosférica absoluta | Uso general | Útil para conocer $P_{atm}$ y convertir presiones manométricas a absolutas |
| Manómetro (U) | Presión manométrica / relativa | Presiones cercanas a atmósfera | Usa columna de líquido; $P = \rho g h$ |
| Manómetro de Bourdon | Presión manométrica/relativa | Presiones positivas y bajas | Muy utilizado por su robustez |
| Vacuómetro | Presión negativa / vacío | Diseñado para vacío parcial | Escalas específicas para vacío |
| Manovacuómetro | Presión positiva y negativa | Útil en equipos que alternan | Escala bidireccional |
| Sensores electrónicos | Señal eléctrica proporcional a $P$ | Integración con PLC/ordenador | Uso industrial y automatización |
Recordatorio: convertir columna de líquido a presión
Para un líquido de densidad $\rho$ y altura $h$:
$$P(\text{Pa}) = \rho \cdot g \cdot h$$
Donde $g$ es la aceleración debida a la gravedad. Por ejemplo, mm de Hg se convierten a Pa usando la densidad del mercurio.
Generación del vacío: tipos de bombas y principios
Principio general
Las bombas reducen la presión interna de un recipiente expulsando gas al exterior. Existen múltiples tecnologías según el rango de vacío requerido, el caudal y la aplicación.
Definición: Generador de vacío (bomba) es un equipo que mueve gases fuera de un volumen cerrado para disminuir su presión.
Trompa (sifón) de agua – efecto Venturi
- Basada en el efecto Venturi: al acelerar un fluido en una sección de menor área disminuye su presión; si se introduce un conducto lateral se provoca aspiración.
- Ventaja: muy simple y barata.
- Inconveniente: consumo elevado de agua; vacío típico hasta unos
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Vacío: conceptos y equipos
Klíčové pojmy: Vacío se mide por presión: absoluta, relativa y porcentaje de vacío, % de vacío: $%Buit=\left(1-\dfrac{P_{absoluta}}{P_{atm}}\right)\cdot100$, Manómetros y vacuómetros se eligen según el rango de presión, Convertir columna líquida a presión: $P=\rho g h$, Trompa de agua usa efecto Venturi; es barata pero consume mucha agua, Bombas de paletas son bombas primarias comunes en laboratorio, Bombas Roots actúan como booster y necesitan una bomba primaria, Combinar paletas + Roots reduce tiempo de bombeo y alcanza vacíos más profundos, Bombas de membrana sirven para vacío moderado y procesos sin aceite, Monitorizar siempre el vacío con sensores adecuados y usar trampas para aceite