Como detectar um vazamento usando testes de diferencial de pressão
Métodos de detecção de vazamento sem uma unidade de detecção de vazamento
A diferenciação mais sensível entre os métodos de teste usados é a diferenciação quanto ao uso ou não de equipamentos especiais de detecção de vazamento.
No caso mais simples, um vazamento pode ser determinado qualitativamente e, ao usar certas técnicas de teste, quantitativamente também (sendo esta a taxa de vazamento) sem a assistência de um detector de vazamento especial. Assim, a quantidade de água pingando de uma torneira com vazamento pode ser determinada, por um determinado tempo, usando um cilindro graduado, mas dificilmente se referiria a isso como uma unidade de detecção de vazamento. Nos casos em que a taxa de vazamento pode ser determinada durante a busca do vazamento sem usar um detector de vazamento (veja o teste de aumento de pressão abaixo), isso geralmente será convertido para a taxa de vazamento padrão de hélio. Esse valor de taxa de vazamento padrão é frequentemente necessário ao emitir certificados de aceitação, mas também pode ser útil ao comparar os valores de taxa de vazamento determinados por dispositivos detectores de vazamento de hélio.
Apesar da inspeção cuidadosa dos componentes de engenharia individuais, também podem existir vazamentos em um aparelho após sua montagem, seja devido a vedações mal assentadas ou superfícies de vedação danificadas. Os processos usados para examinar um aparelho dependerão do tamanho dos vazamentos e do grau de estanqueidade visado e também se o aparelho é feito de metal, vidro ou outros materiais. Algumas técnicas de deteção de vazamento são esboçadas abaixo. Eles serão selecionados para uso de acordo com as situações específicas de aplicação; fatores econômicos podem desempenhar um papel importante aqui.
Teste de aumento de pressão
Esse método de teste de vazamento capitaliza o fato de que um vazamento permitirá que uma quantidade de gás – permanecendo uniforme por um período de tempo – entre em um dispositivo suficientemente evacuado (fluxo de gás impedido, consulte a Fig. 1.1). Em contrapartida, a quantidade de gás liberada das paredes do recipiente e dos materiais usados para vedação (se estes não estiverem suficientemente isentosde desgaseificação). Diminuirá com o tempo, já que esses vapores praticamente sempre serão condensáveis para os quais uma pressão de equilíbrio é atingida em algum momento (consulte a Fig. 5.5). A válvula na extremidade da bomba do reservatório de vácuo evacuado será fechada em preparação para medições de aumento de pressão. Em seguida, é medido o tempo durante o qual a pressão aumenta em uma certa quantidade (por uma potência de dez, por exemplo). A válvula é aberta novamente e a bomba funciona novamente por algum tempo, após o que o processo será repetido. Se o tempo observado para essa mesma quantidade de aumento de pressão permanecer constante, então um vazamento está presente, supondo que o período de espera entre os dois testes de aumento de pressão foi longo o suficiente. A duração de um periodo de espera adequado dependerá da natureza e do tamanho do dispositivo. Se o aumento de pressão for mais moderado durante a segunda fase, então o aumento pode ser considerado como resultado de gases liberados das superfícies internas do reservatório.
Fig. 1.1 Representação esquemática da ventilação de um reservatório evacuado.
1 – Taxa de fluxo de gás qm bloqueada = constante (valor máximo)
2 – Fluxo de gás não impedido, qm cai para Δp = 0
Fig. 5.5 Aumento da pressão dentro de um reservatório após a bomba ser desligada.
- Vazamento
- O gás evoluiu das paredes do recipiente
- Vazamento + Evolução doe gás
Também é possível tentar diferenciar entre vazamentos e contaminação, interpretando a curva que representa o aumento da pressão. Plotada em um gráfico com escalas lineares, a curva para o aumento da pressão deve ser uma linha reta onde houver um vazamento, mesmo em pressões mais altas. Se o aumento de pressão for devido ao gás liberado das paredes (devido, em última análise, à contaminação), o aumento da pressão diminuirá gradualmente e se aproximará de um valor máximo e estável. Na maioria dos casos, ambos os fenômenos ocorrerão simultaneamente de modo que a separação das duas causas muitas vezes seja difícil, se não impossível. Essas relações são mostradas esquematicamente na Figura 5.5. Uma vez que ficou claro que o aumento da pressão se deve exclusivamente a um vazamento real, então a taxa de vazamento pode ser determinada quantitativamente a partir do aumento da pressão, plotada em relação ao tempo, de acordo com a seguinte equação:
(5,3)
Exemplo:
Uma vez que o reservatório de vácuo com um volume de 4 galões (20 L) foi isolado da bomba, a pressão no aparelho aumenta de 1 · 10-4 mbar para 1 · 10-3 mbar em 300 s. Assim, de acordo com a equação 5.2, a taxa de vazamento será
A taxa de vazamento, expressa como fluxo de massa Δm / Δt, é derivada da equação 5.1 em QL= 6 · 10-5 mbar · l/s, T = 20 °C (68 °F) e da massa molar de ar (M = 29 g/mol) a
Se o recipiente for evacuado com uma bomba turbomolecular TURBOVAC 50, por exemplo (S = 50 l/s), que é conectada ao recipiente de vácuo por meio de uma válvula de fechamento, então pode-se esperar uma velocidade efetiva de bombeamento de cerca de Seff= 30 l/s. Assim, a pressão máxima será de
Naturalmente, é possível melhorar essa pressão máxima, caso seja insuficiente, usando uma bomba de maior capacidade (por exemplo, a TURBOVAC 151) e, ao mesmo tempo, reduzir o tempo de bombeamento necessário para atingir a pressão máxima.
Hoje, os testes de vazamento para sistemas de vácuo geralmente são realizados com detectores de vazamento de hélio e o método de vácuo (ver página na deteção de vazamento de vácuo local). O aparelho é evacuado e um gás de teste é pulverizado na parte externa. Neste caso, deve ser possível detectar (com base em amostras dentro do aparelho) o gás de teste que passou por vazamentos e entrou no aparelho. Outra opção é usar o teste de vazamento de pressão positiva.Um gás de teste ( hélio ) é usado para encher o aparelho que está sendo inspecionado e para criar uma leve pressão positiva; o gás de teste passará para o exterior através dos vazamentos e será detectado fora do dispositivo. Os vazamentos são localizados com sprays de vazamento (ou água com sabão) ou – ao usar He ou H2 como gás de teste – com um detetor de vazamento e unidade de detecção.
Teste de perda de carga
O pensamento aqui é análogo ao do método de aumento de pressão mostrado acima. No entanto, o método é usado apenas raramente para verificar vazamentos em sistemas de vácuo. Se isso não for feito, a pressão do medidor não deve exceder 1 bar, pois os conectores de flange usados na tecnologia de vácuo, como regra, não tolerarão pressões mais altas. O teste de pressão positiva é, por outro lado, uma técnica comumente empregada na engenharia de tanques. Ao lidar com grandes recipientes e os longos periodos de teste que eles exigem para a perda de carga, em determinadas circunstâncias, pode ser necessário considerar os efeitos das mudanças de temperatura. Como consequência, pode acontecer, por exemplo, que o sistema arrefeça abaixo da pressão de saturação do vapor de água, fazendo com que a água se condense; isso terá de ser levado em consideração ao avaliar a queda da pressão.
Fundamentos da tecnologia de vácuo
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Referências
- Símbolos de vácuo
- Glossário de unidades
- Referências e fontes
Símbolos de vácuo
Um glossário de símbolos normalmente usados em diagramas de tecnologia de vácuo como uma representação visual dos tipos de bomba e peças em sistemas de bombeamento
Glossário de unidades
Uma visão geral das unidades de medida usadas na tecnologia de vácuo e o que os símbolos significam, bem como os equivalentes modernos das unidades históricas
Referências e fontes
Referências, fontes e leitura adicional relacionadas aos conhecimentos fundamentais da tecnologia de vácuo
