Horneado al vacío: su importancia e implementación 3 de octubre de 2019
La presencia de moléculas gaseosas, ya sean de movimiento lento o rápido, es lo que genera presión. Se crea un vacío reduciendo el número de moléculas que existen dentro de, por ejemplo, una cámara o un matraz. Sin embargo, al reducir el número de moléculas que ejercen una presión sobre la superficie interna de dicha cámara, se reduce la presión. Desafortunadamente, esto hace que entren en juego moléculas “adicionales”.
Estas moléculas adicionales tienen dos fuentes principales: moléculas cercanas a la superficie que, de otro modo, quedarían atrapadas o enredadas en la rugosidad microscópica de la superficie; y, moléculas que están incrustadas dentro de la superficie interna de la propia cámara y que “permean” fuera del volumen a la superficie a medida que aumenta el vacío y se elimina la presión de retención.
Como si esto no fuera lo suficientemente complicado como para que el ingeniero de vacío tuviera que lidiar con él, hay otras fuentes de contaminantes de gas que deben tenerse en cuenta. Estos incluyen contaminantes externos como huellas dactilares y la grasa humana que contienen; productos de reacción; retroceso de aceite de las bombas en las que se encuentran a una atmósfera de vacío; y la presión de vapor de los propios componentes de vacío, por ejemplo, sellos.
Estas diversas fuentes (y combinadas) de moléculas “adicionales” impiden que las bombas de vacío obtengan y mantengan fácilmente el nivel de vacío que pueden y deben obtener de una manera oportuna y predecible. Las soluciones son numerosas: garantizar que el material con el que se fabrican estos artículos tenga el menor nivel posible de contaminantes; garantizar que se utilicen guantes sin polvo de látex al montar los componentes; que las fuentes de aceite estén (absolutamente) aisladas; que, siempre que sea posible, el caucho y los plásticos se sustituyan por otros materiales “no moleculares”; y, por último, que los componentes se “horneen”.
¿Qué es el horneado de un sistema de vacío?
El horneado implica calentar los elementos (idealmente hasta 300-400 ͦ C, si se debe lograr el vacío ultraalto (UHV).
Sin embargo, los fabricantes de bombas suelen especificar una temperatura máxima de calentamiento en la brida de la bomba de alto vacío de 120 ͦ C. Si se utilizan fuentes de calor (como el calentamiento por radiación) en el equipo de vacío, no se debe superar la potencia radiada admisible.
Limitaciones de un horneado al vacío
Los procedimientos de horneado para tratar las moléculas que emanan de la superficie y la subsuperficie (de, por ejemplo, una cámara) dependerán de los niveles de vacío requeridos, su uso final y el propio sistema. El horneado fuera de la cámara para volatilizar el agua y los residuos de hidrocarburos sería una excepción obvia. Si la cámara es un sistema UHV que se puede hornear y tiene una junta metálica, entonces el horneado del sistema (especialmente en una bomba más gruesa) debe ser una práctica estándar.
Las juntas tóricas presentan su propio tipo de problemas. La temperatura de horneado al vacío y su eficacia estarán limitadas por la tolerancia de temperatura del material de la junta tórica. Por ejemplo, el Viton no debe hornearse por encima de 160 ͦ C, ya que comenzará a descomponerse lentamente. Y lo que es más importante, todos los materiales que se pueden hornear (dondequiera que se encuentren en el sistema) deben ser bastante homogéneos desde el punto de vista térmico; de lo contrario, los puntos fríos acumularán los contaminantes que deben eliminarse.
La limpieza de la cámara con gas caliente, como nitrógeno, puede ser eficaz para eliminar los contaminantes de la superficie. Si el nitrógeno pasa a través de un calentador de gas limpio y se deja que fluya lentamente a través de la cámara durante un máximo de 30 minutos, los contaminantes se capturarán en el flujo y saldrán a través del puerto de escape. Sin embargo, es necesario determinar el tiempo y las temperaturas para cada sistema. Aunque es bastante fácil de llevar a cabo, este método de purga de nitrógeno solo es una solución parcial para los sistemas de alto vacío.
Por qué la temporización lo es todo en los procedimientos de horneado al vacío
Por último, en un artículo científico de 1961 sobre el horneado con bombas turbomoleculares (TMP) para el proyecto del CERN, se afirma que “el bombeo de desinflado mediante TMP dura entre dos y tres semanas, impulsado principalmente por la desgasificación de las muchas capas de superaislamiento contenidas en el vacío de aislamiento del criostato”. Sin embargo, este es un caso excepcional, y se considera que los bombeos que tardan días en lugar de semanas son más aceptables en la mayoría de las aplicaciones.
