¿Cuál es el límite de detección de los detectores de fugas?

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Límite de detección, background, almacenamiento de gas en aceite (gas ballast), supresión de punto cero flotante

El índice de fuga mínimo detectable viene determinado por el valor natural de background del gas que vaya a detectarse. Aun cuando el conector de medida del detector de fugas esté cerrado, todo gas pasa (en sentido contrario al de bombeo) por el escape y las bombas (pero se reduce como proceda por compresión de estos) hasta llegar al espectrómetro, donde se detecta si los medios electrónicos pertinentes son aptos para ello. La señal generada representa el límite de detección. El sistema de alto vacío empleado para evacuar el espectrómetro de masas normalmente consta de una bomba turbomolecular y una bomba de paletas rotativas sellada con aceite (anteriormente se usaban bombas de difusión en lugar de las turbomoleculares). Al igual que ocurre en cualquier líquido, el aceite de sellado de la bomba de paletas rotativas tiene la capacidad de disolver gases hasta alcanzar el equilibrio entre el gas disuelto en el aceite y el gas externo a este. Cuando la bomba está caliente (a la temperatura de funcionamiento pertinente), este estado de equilibrio representa el límite de detección del detector de fugas. De este modo, el helio contenido en el aceite afecta al límite de detección del detector de fugas. Es posible que el gas de medida entre no solo por la conexión de prueba y únicamente en el detector de fugas; una instalación incorrecta o un manejo indebido de este gas de prueba puede provocar que entre por el escape y la válvula de venteo o gas ballast y acceda al interior del detector, a fin de incrementar la cantidad de helio presente en el aceite y las juntas de elastómero allí presentes, y de esta forma inducir una señal de background en el espectrómetro de masas, muy superior al límite de detección normal. Si el dispositivo se coloca correctamente (véase la Fig. 5.7), la válvula de gas ballast y la válvula de venteo se conectarán con aire limpio y la línea de descarga (el filtro de aceite) debe estar dispuesta, como mínimo, al exterior de la sala en la que se efectúa la prueba de fugas.

Fig. 5.7: Configuración correcta de una unidad MSLD

Si se produce un incremento del valor de background del gas de prueba (helio), es posible reducirlo abriendo la válvula de gas ballast e introduciendo gas exento del gas de prueba (gas exento de helio, aire limpio). Por así decirlo, el helio disuelto "se expulsa". Puesto que este efecto afecta siempre únicamente a la parte del aceite presente en el cuerpo de la bomba en el momento concreto, deberá continuarse con el proceso de expulsión hasta que todo el aceite proveniente del cárter de la bomba se haya recirculado varias veces. Este lapso de tiempo suele ser de entre 20 y 30 minutos.

Para evitar que el usuario tenga que mantener vigilado el valor de background, se ha integrado la denominada "eliminación de punto cero flotante" en los conceptos del funcionamiento automático de algunos detectores (véase el apartado sobre espectrómetros de masas de sector de 180° en la página de calibración). En esta, se guarda el valor de background obtenido en la medición posteriormente al cierre de la válvula de admisión; cuando la válvula vuelve a abrirse, este valor se resta automáticamente de las mediciones posteriores. Solo a un valor umbral relativamente elevado aparece en el panel de visualización un aviso que indica que el valor de ruido de background es excesivo. En la Figura 5.8 se indica el proceso seguido en la eliminación de punto cero. En el cuadro de la izquierda, la señal es claramente mayor que el valor de background. En el cuadro central, el valor de fondo ha aumentado notablemente y la señal apenas puede discernirse. En el de la derecha, el valor de background se ha eliminado por medios eléctricos y vuelve a ser posible detectar la señal con nitidez.

Fig. 5.8: Ejemplo de eliminación de punto cero

Con independencia de esta eliminación de punto cero flotante, todos los detectores de fugas ofrecen la función de cambio de punto cero manual. En este, la indicación visual del detector de fugas en el momento concreto se "pone a cero", de forma que solo aumente en el valor de índice de fuga correspondiente a partir de dicho punto. Su única función es la de facilitar la evaluación de una indicación de datos pero, como es natural, no es capaz de afectar a la exactitud.
Los detectores de fugas actuales cada vez más cuentan con sistemas de vacío exentos de aceite, los denominados "detectores de fugas secos" (UL 200 seco, UL 500 seco), en los que no se produce el problema de que el gas se disuelva en aceite; no obstante, se emplean técnicas de purga similares.

Valores límite o especificaciones del detector de fugas

El índice de fuga mínimo detectable.
La velocidad de bombeo efectiva en la conexión de prueba.
La presión máxima permitida en el interior de la muestra de ensayo (también la presión de admisión máxima permitida). Esta presión p_máx será de aproximadamente 10^-1 para unidades LD con PFP clásicos y de aproximadamente 2 a 10 mbar para LD con PFP compuestos. El producto de esta presión de funcionamiento máxima admisible y de la velocidad de bombeo S del sistema de bomba en la conexión de prueba del detector es el caudal máximo permitido:

(5.10)

Esta ecuación demuestra que en modo alguno resulta ventajoso conseguir una alta sensibilidad mediante estrangulación de la velocidad de bombeo. El caudal máximo permisible sería demasiado reducido. La unidad no resulta funcional cuando, como consecuencia de una fuga de envergadura o varias pequeñas, se introduce más gas en la unidad que el indicado por el caudal máximo permisible del correspondiente detector de fugas.

Blog y Wiki Los detectores de fugas y cómo funcionan Detección de fugas Fundamentos del vacío