Come rilevare una perdita mediante test della differenza di pressione
Metodi di rilevamento delle perdite senza un rilevatore di perdite
La differenza più sensibile tra i metodi di prova utilizzati è quella sull'utilizzo o non di speciali apparecchiature per il rilevamento delle perdite.
Nel caso più semplice è possibile determinare una perdita qualitativamente e, utilizzando determinate tecniche di prova, quantitativamente (ossia il tasso di perdita) senza l'ausilio di un rilevatore di perdite speciale. Pertanto, la quantità di acqua che gocciola da un rubinetto che perde può essere determinata, in un certo periodo di tempo, utilizzando un cilindro graduato, ma è difficile considerare quest'ultimo come un rilevatore di perdite. Nei casi in cui è possibile determinare il tasso di perdita durante la ricerca delle perdite senza utilizzare un rilevatore di perdite (vedere il test basato sull'aumento della pressione descritto nel seguito), questo viene spesso convertito nel tasso di perdita standard dell'elio. Questo tasso di perdita standard è spesso necessario quando si emettono certificati di accettazione, ma può essere utile anche quando si confrontano i tassi di perdita determinati tramite i dispositivi di rilevamento delle perdite di elio.
Nonostante un'attenta ispezione dei singoli componenti tecnici, le perdite in un'apparecchiatura potrebbero essere presenti anche dopo il montaggio, a causa di guarnizioni non correttamente posizionate o superfici di tenuta danneggiate. I processi utilizzati per esaminare un apparecchio dipendono dalle dimensioni delle perdite e dal grado di tenuta da rilevare, nonché dal fatto che l'apparecchio sia realizzato in metallo o vetro o altri materiali. Di seguito sono riportate alcune tecniche di rilevamento delle perdite. Queste saranno selezionate per l'uso in base alle particolari condizioni di applicazione; i fattori economici possono svolgere un ruolo importante, in questo caso.
Test di aumento della pressione
Questo metodo di test delle perdite sfrutta il fatto che una perdita consentirà a una quantità di gas, costante per un certo periodo di tempo, di entrare in un dispositivo sufficientemente evacuato (flusso di gas impedito, vedere la Fig. 1.1). Al contrario, la quantità di gas liberata dalle pareti del contenitore e dai materiali utilizzati per la sigillatura (in assenza di degasaggio sufficiente) diminuirà nel tempo, poiché in pratica si tratterà sempre di vapori condensabili per i quali, in un certo momento, si raggiunge la pressione di equilibrio (vedere la Fig. 5.5). La valvola lato pompa del serbatoio sottovuoto evacuato verrà chiusa, in preparazione alla misurazione dell'aumento di pressione. Quindi, viene misurato il tempo durante il quale la pressione aumenta di una certa quantità (ad esempio di una potenza di dieci). La valvola viene nuovamente aperta e la pompa viene nuovamente fatta funzionare per un certo periodo di tempo, quindi il processo viene ripetuto. Se il tempo osservato per questo stesso aumento di pressione rimane costante, è presente una perdita, supponendo che il periodo di attesa tra le due fasi di aumento di pressione sia abbastanza lungo. La durata del periodo di attesa appropriato dipende dalla natura e dalle dimensioni del dispositivo. Se l'aumento di pressione è più moderato durante la seconda fase, si può presumere che l'aumento sia dovuto ai gas liberati dalle superfici interne del serbatoio.
Fig 1.1 Rappresentazione schematica dello sfiato di un serbatoio evacuato.
1 - Flusso del gas qm strozzato = costante (valore massimo)
2 - Flusso del gas non ostacolato, qm scende a Δp = 0
Fig 5.5 Aumento della pressione all'interno di un serbatoio dopo lo spegnimento della pompa.
- Perdita
- Gas liberato dalle pareti del contenitore
- Perdita + gas liberato
È inoltre possibile tentare di distinguere tra perdite e contaminazione interpretando la curva che illustra l'aumento della pressione. Tracciata su un grafico con scale lineari, la curva dell'aumento di pressione deve essere una linea retta, nel caso in cui sia presente una perdita, anche a pressioni più elevate. Se l'aumento di pressione è dovuto al gas liberato dalle pareti (in ultima analisi a causa della contaminazione), l'aumento di pressione si discosta gradualmente dalla retta e si avvicina a un valore finale e costante. Nella maggior parte dei casi, entrambi i fenomeni si verificano contemporaneamente, pertanto la separazione delle due cause è spesso difficile, se non impossibile. Queste relazioni sono illustrate in modo schematico nella Figura 5.5, una volta chiarito che l'aumento di pressione è dovuto esclusivamente a una perdita reale, il tasso di perdita può essere determinato quantitativamente dall'aumento di pressione, tracciato in funzione del tempo, in base alla seguente equazione:
(5.3)
Esempio:
Dopo che un serbatoio per vuoto con un volume di 20 l (4 galloni) è stato isolato dalla pompa, la pressione nell'apparecchiatura aumenta da 1 · 10-4 mbar a 1 · 10-3 mbar in 300 s. Pertanto, secondo l'equazione 5.2, il tasso di perdita sarà
Il tasso di perdita, espresso come flusso in massa Δm/Δt, è ricavato dall'equazione 5.1 per QL = 6 · 10-5 mbar · l/s, T = 20 °C (68 °F) e massa molare per l'aria (M = 29 g/mole)
Se il contenitore viene evacuato con una pompa turbomolecolare TURBOVAC 50, ad esempio (S = 50 l/s), collegata al serbatoio per vuoto tramite una valvola di arresto, si può prevedere una velocità di pompaggio effettiva di circa Seff = 30 l/s. Pertanto, la pressione finale sarà
Naturalmente, è possibile migliorare questa pressione finale, se insufficiente, utilizzando una pompa di capacità maggiore (ad es. TURBOVAC 151) e allo stesso tempo ridurre il tempo di funzionamento della pompa necessario per raggiungere la pressione finale.
Oggi, i test delle perdite sui sistemi per vuoto vengono solitamente eseguiti con rilevatori di perdite di elio e con il metodo del vuoto (vedere la pagina sul rilevamento delle perdite di vuoto locali). L'apparecchio viene evacuato e il gas di prova viene spruzzato attorno all'esterno. In questo caso, deve essere possibile rilevare (sulla base di campionamenti all'interno dell'apparecchio) il gas di prova che ha attraversato le perdite e che è entrato nell'apparecchio. Un'altra opzione consiste nell'utilizzare il test delle perdite a pressione positiva. Viene utilizzato un gas di prova (elio ) per riempire l'apparecchio da ispezionare e per accumulare una leggera pressione positiva; il gas di prova passa all'esterno attraverso le perdite e viene rilevato all'esterno del dispositivo. Le perdite vengono individuate tramite spray (o acqua saponata) o, quando si utilizza He o H2 come gas di prova, tramite un rilevatore di perdite e un'unità sniffer.
Test di caduta di pressione
Il principio qui è analogo a quello del metodo di aumento della pressione mostrato sopra. Tuttavia, il metodo viene utilizzato solo raramente per verificare l'eventuale presenza di perdite nei sistemi per vuoto. Se ciò viene comunque fatto, la pressione del manometro non deve superare 1 bar poiché le connessioni flangiate utilizzate nella tecnologia del vuoto non tollerano pressioni più elevate. Il test a pressione positiva, d'altra parte, è una tecnica comunemente utilizzata nella progettazione di serbatoi. Quando si ha a che fare con contenitori di grandi dimensioni e i lunghi periodi di prova necessari per la caduta di pressione, in determinate circostanze può essere necessario considerare gli effetti delle variazioni di temperatura. Di conseguenza, può accadere, ad esempio, che il sistema si raffreddi al di sotto della pressione di saturazione del vapore acqueo, causando la condensazione dell'acqua; ciò dovrà essere preso in considerazione quando si valuta il calo di pressione.
Fondamenti della tecnologia del vuoto
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Riferimenti
- Simboli del vuoto
- Glossario delle unità
- Riferimenti e fonti
Simboli del vuoto
Glossario dei simboli comunemente utilizzati negli schemi della tecnologia del vuoto come rappresentazione visiva dei tipi di pompe e delle parti dei sistemi di pompaggio
Glossario delle unità
Panoramica delle unità di misura utilizzate nella tecnologia del vuoto e dell'importanza dei simboli, nonché degli equivalenti moderni delle unità storiche
Riferimenti e fonti
Riferimenti, fonti e ulteriori letture riguardanti la i fondamenti della tecnologia del vuoto
