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Limitaciones en el vacío final logrado en un sistema de bombeo turbomolecular

En vacío alto y ultraalto, la presión máxima lograda por un sistema de bomba turbomolecular está limitada por las condiciones en su admisión y escape. Aquí describimos el motivo.

¿Cuál es el proceso de carga de gas en los sistemas de vació alto y ultraalto?

Las cargas del proceso en un sistema de vacío se pueden resumir en el siguiente diagrama

Turbo molecular pumper system diagram

  1. Carga del proceso
  2. Desgasificación
  3. Fugas
  4. Contracorriente
  5. Gas inicial

En vacío alto, ultraalto y extremadamente alto, la carga de gas dominante proviene de la desgasificación, que, en general, es una suma de la desorción superficial, la difusión a granel de la pared de la cámara y la permeación de la atmósfera externa.

Electron photon ion

  1. Permeación
  2. Superficie exterior 
  3. Superficie interna
  4. Difusión
  5. Vaporización
  6. Desorción

En estos rangos de vacío, existe un corolario para una "carga de proceso", por ejemplo, en aceleradores/colisionadores en que la "desorción estimulada" de la superficie a partir de impactos de electrones, fotones e iones puede ser una fuente importante de gas.

La presión total o máxima Ptot sobre una bomba turbomolecular es: 

Ultimate pressure turbomolecular pump formula

donde PTi es la presión parcial del gas i-ésimo; esto se determina mediante la presión parcial de la línea de retorno de las bombas turbomoleculares (PTbi) por medio de la relación de compresión (CRi) de la bomba turbomolecular para cada uno de los gases i-ésimos.

Formula partial pressure of ith gas

La desgasificación (y otras fuentes de gas) en la cámara del gas imo proporciona una PQi de carga adicional.

donde Qi es la carga de gas del gas i-ésimo y Si es la velocidad de la bomba turbomolecular del gas i-ésimo.

Sin embargo, existen factores de complicación

PQi y PTi dependen funcionalmente, ya que:

Si y CRi dependen tanto de la presión de admisión como de la presión y el flujo de retorno

Formula for Limitations on ultimate vacuum achieved in a turbomolecular pumped system article

donde So es la velocidad de flujo cero, y Kmax es la relación de compresión de flujo "cero". Por lo tanto, si se ignoran la desgasificación y otras cargas de gas, la presión final esperada es de

Formula for Limitations on ultimate vacuum achieved in a turbomolecular pumped system article