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

A continuación se presenta un boceto en corte de la bomba, especialmente del cuerpo de la cámara que es la parte mas importante. En ese boceto falta el calefactor, la refrigeración y las tomas de entrada y salida de vacío. Reseñar que la toma de alto vació de la bomba esta hecha en el formato QF50 , mientras que la salida a la bomba mecánica es en formato QF 16. Mas adelante se darán instrucciones para adaptar la salida QF50 a otros pasos y para hacer un adaptador de QF16 a tubo de goma. Quien no desee estos pasos puede modificarlos a su antojo con un poco de ingenio. Por otra parte en el boceto a continuación no se ha incluido el sistema de refrigeración por la razón de que es posible emplear agua o aire. Parece mucho mas cómodo aire pero la verdad es que refrigerando con agua se consigue casi el doble de velocidad de aspiración y vacíos mas bajos. Para la mayor parte de los aficionados bastará con aire, pero por si acaso…

 Antes de dar los planos con las cotas definitivas vamos a explicar el funcionamiento de la bomba y en especial de la caldera que es la parte más delicada del diseño.

La imagen anterior representa de manera aproximada la caldera de la bomba. El cuerpo es el cilindro de acero inoxidable de 51 mm de diámetro exterior. Ese cilindro en posición vertical está cerrado en la parte de abajo con una pieza que cumple varias funciones:

Cierra herméticamente la bomba por la parte de abajo.

Transfiere el calor producido por el calefactor a la parte central del aceite.

Soporta un gradiente de temperatura ya que mientras la parte central esta a unos 200 grados la parte del cuerpo de la bomba este a uno 70 ºC, es conveniente que la mayor parte del calor se transfiera al aceite y que se pierda la menor parte por transferencia a las pareces del cuerpo.

A esta pieza se atornilla con buen contacto térmico el calefactor eléctrico.

En esta pieza se atornilla además un eje central coaxial con el cuerpo de la bomba que servirá para fijar las cámaras de aceite y los difusores.

Como se puede ver en el dibujo, las gotas de aceite frío (amarillo), caen hacia abajo acumulándose en ese pequeño espacio hueco que hay entre las paredes de la bomba y la cámara interior. El aceite pasa al interior de la cámara mediante una serie de orificios que hay lateralmente en el fondo de la cámara. La columna de aceite del exterior configura un sifón que mantiene la adecuada diferencia de presiones entre el interior y el exterior de la cámara. El aceite del interior de la cámara se calienta y entra en ebullición saliendo el vapor a presión por los difusores situados en la parte superior de la bomba.

Mecanizado de las piezas.

Base de la caldera

 

El croquis anterior representa la base de la caldera. Considero que es la primera pieza que se debe hacer. El primer croquis corresponde a un corte por el diámetro.

Se parte de un cilindro de acero inoxidable de 50 mm de diámetro y de 13 mm de longitud. Primero se refrenta una superficie, se cilindran 8 mm a 35 de diámetro. Se suelta la pieza y se sujeta en el plato por la parte cilindrada a 35 se realiza un taladro a 3 mm ciego que al menos deje 2 mm sin perforar. Se cilindra de nuevo a 49 mm +- 0,1 y se rebaja el grueso de esta parte hasta que quede solo 0,7 mm. Se realizan dos perforaciones ciegas por la parte menos gruesa. Los dos orificios de la parte de abajo que servirán para fijar el calefactor se taladran a 3,5 y roscan a M4. El orificio superior que sirve para fijar los difusores se taladra con 2,5 y se rosca con M3

Partir de una rodaja de 13 mm, en caso contrario se perderá un tiempo excesivo hasta completar la pieza.

Soporte calefactor.

Se trata de una pieza de aluminio de forma cilíndrica que por una parte abraza el calefactor y por otra comunica su calor a la base de la caldera.

 

En el orificio de 9,5 mm, se inserta el calefactor. Este orificio debe ser hecho para que el cartucho calefactor entre de la manera mas ajustada posible para que trasmita eficientemente el calor.

Por otra parte esta pieza se atornilla a la base de la caldera, mediante dos tornillos de acero inoxidable M4x20 para a su vez trasmitir el calor a esta.

Para mejorar la conducción térmica puede emplearse pasta de silicona como la empleada para los transistores de potencia. 

Construcción del Cuerpo.

El cuerpo de la bomba se realiza partiendo de 143 mm de tubo de inox de 51 mm de diámetro interior y 47,5 interior. Se han dado 3 mm de mas porque normalmente en los talleres no cortan las cosas con precisión. Este formato de tubo es estándar en el mercado. Ajustar los dos extremos del tubo para que este planos y bien cortados, y dejarlo en 140 mm mas menos 1 mm.

A continuación tienes el plano del tubo y justo encima la pieza de la toma de alto vacio.

Comenzaremos a a mecanizar el cuerpo.

En el tubo hay que hacer pocas mecanizaciones, por una parte un orificio de 14,5 mm de diámetro situado a 45 mm de la base y subir a 49 mm el diámetro interior en la base .

El orificio de 14,5 va a alojar la conexión al bajo vacío. El tubo que se va a insertar aquí tiene un diámetro de 15 mm, se hace inicialmente un poco menor para luego ajustar y que entre a presión.

La base la caldera, la pieza que se torneo en primer lugar se inserta en el inferior del tubo. Debe entrar unos tres mm para facilitar la soldadura.

Encima del dibujo del cuerpo esta representado el plano de la boca de la bomba de donde se tomara el alto vacío.

Para mecanizar esta pieza se parte de una rodaja de barra perforada de inox de 70 mm de diámetro exterior 50 mm de interior y 13 mm de longitud. Si no se tiene barra perforada se puede emplear cilindro. Evítese de cualquier manera que la longitud sea mucho mayor que 13 mm para evitar trabajos de desbaste innecesarios.

En esta arandela de cierre tiene que entrar a presión el cuerpo de la bomba. Además en ella se fijara el adaptador a la toma de alto vacío. Para ello se disponen de 6 orificios separados 60 grados roscados con M4. Los orificios deberán estar situados en la parte mas exterior en un circulo de 32 mm de radio, para dejar espacio al cierre con una junta tórica.

Mecanizar ambas piezas, pero no soldar la arandela de la boca hasta que se den instrucciones concretas que será después de haber colocado la refrigeración.

 Toma de bajo vacío.

La conexión de la difusora a la bomba rotatoria se realiza mediante una toma QF16, por ello conviene para comprobar la construcción disponer de alguna terminación en este formato para asegurarse de que el dispositivo esta correcto. En caso de que no se disponga de estos componentes se recomienda posponer la soldadura de ese componente para el final.

Como se ve en el plano anterior, la toma de bajo vacío esta compuesta de un tubo vertical  de INOX de 20 mm de diámetro exterior, 17  interior  y 60 mm de longitud. Conviene cortarlo a 62 y ajustar y planificar los extremos a la longitud señalada ( +- 2 mm)

Este componente además de la conexión a la bomba de baja, tiene el objetivo de condensar las ultimas trazas de aceite, enfriando los gases.

El tubo tiene un orificio de 14,5 mm que se conecta al cuerpo de la bomba con un tramo de tubo horizontal. Este tubo tiene un diámetro de 15 mm y se ajustara con el torno o lima para que entre a una cierta presión que facilite su soldadura.

En la parte inferior del tubo con el torno se aumenta el diámetro unos cuatro milímetros para alojar una tapa que no tiene otro objeto que cerrar el tubo. En la parte superior se rebaja el diámetro por fuera y por dentro para encajar en la terminación QF y por el interior para que entre la arandela de centrado del formato QF.

Por ultimo el tramo horizontal que esta formado por un tubo de inox de 50 mm de longitud, 15 mm de diámetro externo y 13 de interno. Como se ha comentado, el orificio planteado es de 14,5 por lo que si el orificio sale bien, (en los tubos de paredes finas suele salir mal) el tubo no entrará. Ajustar con la lima el diámetro de orificio o con el torno unos 10  milímetros del tubo para que entre con una cierta presión y se pueda colocar de manera mas o menos fija para la soldadura.

En este momento ya se pueden soldar algunos componentes, El cuerpo de la bomba, el tubo horizontal y el tubo de baja.

Recomiendo que la soldadura se haga con las varillas Rhotman 609 con un 40 % de plata y recubiertas de fundente. Funden a 680 grados mas que suficientes para este aparato que como mucho se calentara a 250 y pocos como para deformar el inox. Esta soldadura tiene la ventaja de que si se mete en ácido nítrico se disuelve y quedan todas las piezas sueltas e impolutas. Cuando se hayan soldado estas tres piezas repasar el interior de los tubos con una lima para eliminar las partes del tubo horizontal que sobresalgan del perímetro del tubo, no dejar mas allá de 0,5 mm de exceso.

Construcción de los difusores.

Los difusores se tornean en aluminio. En total el conjunto esta formado por cuatro piezas que encajan una en la otra. Adicionalmente hay un espárrago de acero inoxidable roscado en ambos extremos y una tuerca ciega que mantiene el conjunto unido y fijado a la base de la caldera y una especia de tuerca que .

Debe empezarse a tornear la pieza mas grande y próxima a la base, partiendo de barra cilíndrica de 50 mm de diámetro. La segunda pieza también se hace con esta barra. Al tornear las sucesivas piezas procurar ajustar para que encajen con una cierta presión.

 

Para la salida de gases del primer difusor se harán 12 orificios de 3,5 mm y para el segundo 10 de de 2,5 mm. Marcar los centros de los orificios previamente para evitar que salgan descentrados.

 

Vista de los difusores desmontados.

El conjunto de difusores montados y atornillados a la base para comprobar su montaje. Aquí también se puede ver el cartucho calefactor y la pieza que lo fija a la base de la caldera.

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.