Cómo detectar una fuga mediante comprobaciones de diferencia de presión
Métodos de detección de fugas sin detector de fugas
La manera más sensata de diferenciar entre los métodos de comprobación empleados es la necesidad (o no) de usar equipos especializados para la detección de fugas.
En la menos compleja de las situaciones es posible determinar la existencia de fugas (el índice de fugas) tanto por medios habituales (de forma cualitativa) como de manera cuantitativa (de usarse también determinadas técnicas de comprobación) sin la ayuda de ningún detector de fugas especial. De este modo, por ejemplo, es posible calcular la cantidad de agua que gotea de un grifo averiado durante un periodo concreto por medio de una botella graduada, pero es poco probable que nos refiriésemos a esta como "detector de fugas". En casos como este, en los que sea posible calcular el índice de fugas durante la detección sin hacer uso de detector de fugas (véase la prueba de aumento de presión más adelante), se aplicará la prueba de fugas con helio normal. Este valor normal de índice de fugas suele ser necesario a la hora de emitir certificados de homologación o idoneidad, pero también puede resultar de utilidad a la hora de comparar valores de índice de fugas calculados mediante dispositivos de detección de fugas de helio.
A pesar de las inspecciones detenidas de los distintos componentes aislados de un sistema, también pueden producirse fugas en un equipo posteriormente al montaje de estas, sea por errores de montaje de las juntas o por daño en las superficies estancas. Los procesos empleados para examinar un equipo dependen de la envergadura de las fugas y del grado de estanquidad correspondiente, además de si el equipo está fabricado en metal, vidrio u otros materiales. A continuación se exponen someramente algunas técnicas de detección, entre las que deberá elegirse en función de las situaciones de aplicación concreta. En esta decisión, los factores económicos pueden resultar relevantes.
Prueba de aumento de presión
En este método de comprobación de fugas se aprovecha el hecho de que las fugas permiten que una determinada cantidad de gas (que permanece uniforme durante un lapso de tiempo) entre en un dispositivo suficientemente evacuado (circulación de gas impedida; véase la Fig. 1.1). Por el contrario, la cantidad de gas liberada de las paredes del depósito y los materiales usados para sellar (de no estar lo suficientemente exentos de desgasificación) se reduce con el paso del tiempo, ya que casi siempre se trata de vapores condensables para los que se alcanza una presión de equilibrio en algún momento (véase la Fig. 5.5). La válvula situada en el extremo de la bomba del depósito de vacío evacuado se cierra a modo de preparación para las mediciones de incremento de presión. Seguidamente, se mide el tiempo durante el que aumenta la presión en un cierto valor (por ejemplo, una potencia de diez). La válvula vuelve a abrirse y la bomba se pone de nuevo en marcha durante algún tiempo, tras lo cual se repite el procedimiento. Si el tiempo registrado para este mismo orden de incremento de presión se mantiene constante, hay una fuga (si se da por sentado que el periodo de espera entre las dos pruebas de incremento de presión ha sido suficiente). El tiempo de espera depende de las características y el tamaño del dispositivo. Si el incremento de presión es más moderado en la segunda fase, puede presuponerse que el incremento es consecuencia de los gases expulsados de las superficies internas del depósito.
Fig. 1.1: Representación esquemática de la aireación de un depósito evacuado.
1: caudal de gas qm estrangulado = constante (valor máximo)
2: caudal de gas sin obstrucciones; qm cae hasta una Δp = 0
Fig. 5.5: Aumento de presión dentro de un depósito después de apagar la bomba.
- Fuga
- Gas evolucionado procedente de las paredes del recipiente
- Fuga + evolución del gas
También puede intentarse distinguir entre fugas y contaminación interpretando la curva que representa el aumento de la presión. Trazada en un gráfico con escalas lineales, la curva de incremento de la presión debe ser una línea recta en el punto donde haya una fuga, aun a presiones más elevadas. Si la presión aumenta como consecuencia de la expulsión de gas de las paredes (en última instancia consecuencia de la contaminación), el incremento de la presión irá disminuyendo gradualmente y se aproximará a un valor final, estable. En la mayoría de los casos, estos dos fenómenos tienen lugar de forma simultánea, por lo que separar las dos causas suele resultar difícil, si no directamente imposible. Estas relaciones se indican de forma esquematizada en la Figura 5.5. Una vez que haya quedado claro que el aumento de la presión es consecuencia exclusiva de una fuga real, es posible calcular cuantitativamente el índice de fuga a partir del incremento de la presión, trazado comparativamente con el tiempo, conforme a la siguiente ecuación:
(5.3)
Ejemplo:
Una vez que se haya aislado el depósito de vacío de 20 l (4 galones) de la bomba, la presión del dispositivo aumenta de 1 · 10-4 mbar a 1 · 10-3 mbar en 300 s. Por tanto, y según la Ecuación 5.2, el índice de fuga será de
El índice de fuga, expresado como Δm / Δt del caudal másico, se obtiene de la Ecuación 5.1 a un QL = 6 · 10-5 mbar · l/s, con T = 20 °C (68 °F) y la masa molar del aire (M = 29 g/mol) a
Si el recipiente se evacúa mediante una bomba turbomolecular TURBOVAC 50, por ejemplo (S = 50 l/s), conectada al depósito de vacío mediante una válvula de cierre, cabe prever una velocidad de bombeo efectiva de Sef = 30 l/s. Por consiguiente, la presión final será de
Por supuesto, también es posible mejorar este valor de presión final de ser insuficiente; para ello, habrá de usar una bomba de mayor capacidad (p. ej., la TURBOVAC 151) y al mismo tiempo reducir el tiempo de bombeo (de presión) necesario para alcanzar la correspondiente presión final.
Hoy en día, las pruebas de fugas de sistemas de vacío suelen llevarse a cabo con detectores de fugas de helio y mediante el método de vacío (véase la página sobre detección de fugas de vacío locales). El dispositivo se somete a una evacuación y se pulveriza un gas de prueba por el exterior. En este caso, debe ser posible detectar (conforme a las muestras internas del aparato) el gas de prueba que habrá atravesado las fugas y se habrá introducido en el dispositivo. Otra opción consiste en usar la prueba de fugas de presión positiva. Se hace uso de un gas de prueba (helio) para llenar el aparato inspeccionado y para acumular una leve presión positiva; el gas de prueba sale por los puntos de fuga y se detecta en el exterior del dispositivo. Las fugas se localizan mediante pulverizadores de fugas (o pompas de jabón) o, en caso de usarse He o H2 a modo de gas de prueba, por medio de un detector de fugas y una unidad "sniffer".
Prueba de caída de presión
Aquí la cuestión es similar a la del método de aumento de la presión indicado anteriormente. Este método, no obstante, apenas se usa para detectar fugas en sistemas de vacío. En caso de aplicarlo a pesar de ello, la presión del presostato no debe ser superior a 1 bar, ya que por norma general las conexiones de brida empleadas en la tecnología del vacío no suelen tolerar presiones más altas. Por otra parte, las pruebas de presión positiva son otra técnica usada habitualmente en el diseño de depósitos. A la hora de tratar con recipientes de gran envergadura y los prolongados periodos de comprobación que se necesitan para la caída de presión que se produce en ellos, en ciertas circunstancias puede ser necesario tener en cuenta los efectos que tienen los cambios de temperatura. Como consecuencia, puede ocurrir que, por ejemplo, el sistema se enfríe a un valor por debajo del de la presión de saturación del vapor de agua, lo que hace que el agua se condense; este efecto deberá tenerse en mente a la hora de evaluar el descenso de la presión.
Fundamentos de la tecnología de vacío
Descargue nuestro libro electrónico "Fundamentos de la tecnología de vacío" para descubrir los procesos y elementos esenciales de las bombas de vacío.
Referencias
- Símbolos de vacío
- Glosario de unidades
- Referencias y fuentes
Símbolos de vacío
Un glosario de símbolos comúnmente utilizados en diagramas de tecnología de vacío como representación visual de tipos y piezas de bombas en sistemas de bombeo
Glosario de unidades
Una descripción general de las unidades de medida utilizadas en la tecnología de vacío y el significado de los símbolos, así como los equivalentes actuales de las unidades históricas
Referencias y fuentes
Referencias, fuentes y lecturas adicionales relacionadas con los conocimientos fundamentales sobre la tecnología de vacío
