¿Cómo funcionan los sistemas de ultra alto vacío?
Principios de funcionamiento del ultra alto vacío
No es posible definir exactamente dónde se encuentra la frontera entre los rangos de alto y ultra alto vacío en lo que a los métodos de trabajo respecta. En la práctica, se establece una separación entre estas dos regiones porque es posible obtener presiones correspondientes al rango alto mediante las bombas habituales, válvulas, juntas y otros componentes, mientras que para las de la designación UHV suelen necesitarse otras tecnologías y distintos componentes de fabricación. La "línea" de separación se establece en apenas unos pocos 10-8 mbar. Por consiguiente, las presiones inferiores a los 10-7 mbar deben considerarse habitualmente como parte de esta última región.
La densidad del gas es muy baja en la región del ultra alto vacío y se ve altamente afectada por la velocidad de desgasificación de las paredes del depósito y por las más pequeñas fugas en las uniones. Asimismo, y conforme a una serie de importantes aplicaciones técnicas que sirven para caracterizar la región del UHV, el tiempo de formación de la monocapa (véase también la Ecuación 1.21) también ha adquirido importancia. Este valor es el tiempo τ que transcurre antes de que se forme una capa monomolecular o monoatómica en una superficie que en principio y de forma ideal debe estar limpia y que está expuesta a las partículas del gas. Si se da por sentado que toda partícula de gas que llegue a la superficie encuentre un espacio libre y permanezca allí, una fórmula muy cómoda de obtener τ es la siguiente:
p en mbar
Por consiguiente, en un UHV (p < 10-7 mbar), el tiempo de formación de la monocapa es del orden de entre minutos y horas (o más), lo que supone el mismo lapso que el necesario para llevar a cabo experimentos y procesos en el vacío. Los requisitos prácticos que surgen han adquirido una importancia capital en la física de sólidos, como el estudio de las películas finas y la tecnología de las válvulas termoiónicas.
Las diferencias entre los sistemas de alto y ultra alto vacío
Los sistemas UHV (de ultra alto vacío) difieren de los habituales de alto vacío por los siguientes motivos:
a) el índice de fugas es muy bajo (gracias al uso de juntas metálicas);
b) la evolución del gas de las superficies internas del depósito de vacío y de los componentes conectados (por ejemplo, tubos de conexión, válvulas y juntas) puede ser extraordinariamente baja;
c) se cuenta con medios adecuados (trampas frías, deflectores) para evitar que, bien los gases o vapores, bien los productos resultantes de sus reacciones originados en las bombas, alcancen el depósito de vacío (evitación del retroceso).
Para cumplir estas condiciones, los distintos componentes empleados en los aparatos de UHV deben ser secables en horno y contar con una hermeticidad excepcional para evitar fugas. El acero inoxidable es el material más indicado para los componentes de ultra alto vacío.
La fabricación, la puesta en marcha y el manejo de un sistema de ultra alto vacío requieren asimismo de especial precaución, limpieza y, por encima de todo, tiempo. El montaje debe llevarse a cabo debidamente: los diferentes componentes no deben presentar daño alguno (p. ej., arañazos en el rectificado de precisión de las superficies de sellado). En esencia, todo nuevo dispositivo de UHV recién montado debe someterse a pruebas de fugas mediante un detector de fugas de helio antes de usarse. De especial importancia resulta aquí la medición de juntas desmontables (uniones embridadas), juntas de vidrio y juntas soldadas por soldadura normal o fuerte. Después de las mediciones, es necesario secar en horno el aparato de UHV, tarea necesaria tanto para dispositivos de vidrio como metálicos. Este bake-out se extiende no solo por el depósito de vacío, sino que con frecuencia también se aplica a los componentes conectados o instalados, en especial los medidores. Las distintas etapas de bake-out, que pueden prolongarse muchas horas en un sistema de mayor envergadura, y la temperatura con la que se lleva a cabo se disponen en función del tipo de planta y la presión final necesaria. Si después de que el aparato se haya enfriado y se hayan tomado las demás medidas pertinentes (p. ej., la refrigeración de trampas frías o deflectores) pareciera que no se ha alcanzado la presión final, se recomienda llevar a cabo una nueva prueba de fugas con un detector de fugas de helio. En nuestro catálogo podrá obtener información detallada sobre los componentes, los métodos de sellado y los vacuómetros.
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Referencias
- Símbolos de vacío
- Glosario de unidades
- Referencias y fuentes
Símbolos de vacío
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
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
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Referencias, fuentes y lecturas adicionales relacionadas con los conocimientos fundamentales sobre la tecnología de vacío
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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
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