Métodos de caída de presión

Descubra en nuestro artículo las posibilidades y limitaciones de las pruebas de fugas con métodos de caída de vacío y sobrepresión, especialmente en el contexto de los hornos de vacío. Explicamos cómo funcionan estos métodos, qué parámetros desempeñan un papel importante y cómo se pueden interpretar los resultados. También analizamos los retos típicos que pueden surgir específicamente en los hornos de vacío y ofrecemos consejos prácticos sobre cómo llevar a cabo la prueba. Siga leyendo para descubrir cómo puede comprobar de forma precisa y eficiente la hermeticidad de sus hornos de vacío.

Se pueden utilizar métodos de modificación de presión para determinar si hay una fuga relevante en un contenedor. Para ello, el depósito se presuriza a la presión de prueba, se cierra herméticamente y se evalúa la presión diferencial tras un periodo de tiempo. La presión de prueba puede ser inferior a la presión atmosférica (alrededor de 1,013 mbar), es decir, se evacua el contenedor y se observa el aumento de presión. O el contenedor está sobrepresurizado y se evalúa la disminución de presión.

Como técnicamente no existe una hermeticidad absoluta, se utilizan como criterio de evaluación los valores máximos admisibles prescritos para el aumento de presión o la disminución de presión y, por lo tanto, la tasa de fuga. Se debe seleccionar la dirección de la prueba (bajo presión o sobrepresión) que corresponda a la aplicación.

1. Procedimiento básico

Los siguientes parámetros desempeñan un papel importante en los métodos de prueba de aumento de presión y disminución de presión (o métodos de caída de presión). Estos son principalmente:

· límite de tasa de fuga QL [mbar
· l/s] · Volumen V [l o
dm³] · Tiempo de prueba Δt
[s] · Diferencia de presión Δp [mbar] o

[hPa] Su relación es la siguiente:
Δp = (Δt · Q) / V
Δp = (Δt · Q) / V

Ejemplo: En relación con un horno de vacío, podría ser

así: se deja un depósito con V = 1000 l durante toda la noche Δt = 10 h · 10 h · 60 min/h · 60 s/1 min = 36 000 s.
A la mañana siguiente, se observó un cambio de presión de Δp = 0,5 mbar.
La fórmula L = (Δp · V) / Δt = (0,5 mbar · 1000 l) / 36 000 s = 0,139 mbar·l/s se utiliza para calcular la tasa de fuga actual.

Por el contrario, también se podría calcular el aumento de presión permitido Δp si se conoce la tasa de fuga máxima admisible. Supongamos que Q_L sea 3 · 10^-5 mbar · l/s. Luego, el aumento de presión máximo admisible para nuestro depósito con V = 1000 l y un tiempo de medición de 10 h:

Δp = (Δt · Q) / V = (36 000 s · 3 · 10^-5 mbar·l − 5 mbar·l) / (1,000 l·s) = 0.00324 mbar = 3.24 · 10^-3 mbar

Independientemente de la ruta elegida, el resultado se compara con el valor admisible, lo que proporciona información sobre si el depósito de ejemplo es lo suficientemente hermético o no. Pero tenga en cuenta que esto solo funciona si las condiciones ambientales son adecuadas.

2. Factores a tener en cuenta

Límites de la resolución de los medidores de vacío
Los medidores de vacío utilizados deben poder mostrar el cambio de presión esperado.

Ejemplo: para una prueba de caída de presión con aire como medio de prueba, son normales las presiones absolutas entre 2 y 5 bar. Para un depósito con V = 5 l, un tiempo de prueba de 1 h = 3600 s y una tasa de fuga en el rango de 10^-6 mbar · l/s, la caída de presión calculada es:

Δp = (Δt · Q) / V = (3600 s · 10^-6 mbar·l) / (5 l·s) = 7,2 · 10^-4 mbar

La modificación de presión de 7,2 · 10^-4 mbar no es visible en una escala de 5 bar, ya que no hay disponibles medidores de vacío con una resolución tan alta.

Igualmente se debe tener en cuenta que el método de medición también es adecuado para el gas o la mezcla de gases presente. Por ejemplo, un principio de medición de conductividad térmica (cacuómetro Pirani) depende del tipo de gas, lo que puede provocar valores de visualización incorrectos.

Solución: piense antes en lo que desea y puede medir, y en lo que es necesario para ello.

Influencia del volumen en la presión
El tamaño de una fuga no depende del volumen de un depósito. Esto significa que, por ejemplo, la tasa de fuga de 1 · 10^-6 mbar · l/s siempre es la misma, independientemente de si la fuga se encuentra en un depósito con un volumen de 5 l o 1000 l.

Pero lo que cambia con el volumen del contenedor a una tasa de fuga constante es la caída de presión: cuanto mayor sea el volumen del recipiente, más tiempo tardará el caudal para atravesar la fuga.

Δp: porque Δp = (Δt · Q) / V la diferencia de presión disminuye a medida que aumenta el volumen del depósito. Por el contrario, cuanto más pequeño sea el depósito, mayor será la diferencia de presión.

Ejemplo: la diferencia de presión se determina en dos recipientes, que solo difieren en su volumen, tras esperar una hora
(Δt = 60 min = 3600 s) y el caudal de fuga conocido de Q = 3 · 10^-5 mbar

· l/s: Δp1000 = (Δt · Q) / V = (3600 s · 3 · 10^-5 mbar·l) / (1.000 l·s) = 1,08 · 10^-4 mbar
Δp5 = (Δt · Q) / V = (3600 s · 3 · 10^-5 mbar·l) / (5 l·s) = 2160 · 10^-4 mbar

En el contenedor con un volumen de 1000 litros, el caudal de fuga provoca un cambio de presión de Δp 1000 = 1,08 · 10 ^-4 mbar. en una hora. En comparación, el cambio de presión en el depósito con un volumen de solo 5 litros es Δp5 = 2.160 · 10^-4 mbar, lo que corresponde a un factor de 2.000.

Por lo tanto: cuanto más grande sea el contenedor, más largo deberá ser el tiempo de comprobación Δt para que la prueba de cambio de presión sea satisfactoria.

Influencia de la estabilidad dimensional (o elasticidad del objeto de prueba)
La prueba de recipientes elásticos (incluidos los de acero) puede ser problemática ya que la variación de volumen provocada por la deformación al cambiar la presión puede compensar una pérdida de presión. Un ejemplo común de esto es la modificación del volumen de un balón que tiene un orificio. Esto imposibilitar una prueba significativa.

Influencia del tiempo de ciclo
Las pruebas de caída de presión también se realizan en la producción en serie. Sin embargo, al considerar este método, se debe tener en cuenta que el tiempo de ciclo aumenta a medida que aumenta el tamaño del objeto de prueba. Si el tiempo de ciclo se vuelve demasiado largo y el tiempo de ciclo demasiado lento, es posible que este método ya no se pueda utilizar económicamente en la producción en serie.

Influencia de la temperatura
Con la ecuación de gas ideal P · V = (m / M) · R · T con presión p [Pa], volumen V [m³], masa m [kg], masa molar M [kg^·kmol-1 ], constante de gas general R [J · ^{kmol -1} · K^-1] y temperatura absoluta T [K] la relación entre presión, volumen y temperatura se puede presentar de forma simplificada.

Contenedor cerrado: si una cantidad de gas encapsulado en un contenedor permanece constante en volumen, entonces este estado se llama isócoro. En un sistema cerrado, la masa y el tipo de gas encerrado no cambian (por lo tanto, la masa y la masa molar quedan iguales).

Para averiguar qué influencia tiene la temperatura en la presión, reorganizamos la fórmula y aislamos todos los factores de influencia constantes (m, R y M):
p = (m · R · T) / (M · V) = (T / V) · (m · R / M) donde m · R · 1/M = constante C

Que permanece: p = (T / V) · C

La fórmula dice que la presión p (lado izquierdo) depende de la temperatura y del volumen (lado derecho):


Tenga en cuenta: en caso de fluctuaciones de temperatura, esto influye en la presión. Por lo tanto, no es posible comparar la presión inicial p1 a la temperatura A con la presión final p2 a la temperatura B sin considerar el error por la diferencia de temperatura.

Sin embargo, también se puede utilizar la influencia de la temperatura en la presión: si horneo un sistema calefactable y lo evacúo a esa temperatura hasta alcanzar la presión final y luego lo dejo enfriar, la presión final será menor a un volumen frío constante.

3. Interpretación de la curva de presión-tiempo obtenida

Además de la interpretación pura del valor obtenido tras el tiempo de prueba, es decir, la diferencia de presión o la tasa de fuga, se pueden interpretar otros resultados a partir de los valores. A menudo, se pueden registrar varios parámetros mediante el sistema de sensores integrado, que suele incluir la presión representada a lo largo del tiempo. Con un poco de práctica, puede determinar qué medidas deben llevarse a cabo a continuación (los esquemas asumen que las bombas están físicamente separadas o desconectadas durante la prueba y que la temperatura es constante):

No hay cambios en la presión, no hay fugas, no se requiere ninguna acción.

Curva casi lineal - indica un caudal de fuga relativamente constante - se requiere acción, es decir, encontrar y corregir la fuga.

Curva de presión curva - indica un caudal de fuga no constante - se requiere acción. Estas curvas de presión suelen denominarse fugas virtuales.

En el caso c) hay un gran modificación de presión por tiempo al principio, que disminuye a lo largo del transcurso de la prueba. Esto indica que algo está sucediendo dentro del contenedor, por ejemplo, algo está produciendo desgasificación. Esto se denomina fuga virtual; analizaremos este tema con más detalle en otro artículo. Pero tenga cuidado, también es posible que la desgasificación enmascare una fuga real. Por eso, debe intentar descartar posibles fugas virtuales desde el inicio. Esto se puede realizar, por ejemplo, sin tener ningún otro producto en la cámara que desee probar, como muestras de prueba. O evacuando durante el mayor tiempo posible antes de la prueba real, esto reduce considerablemente las fugas virtuales “finas”, como la humedad en el sistema.

Tenga en cuenta: En función de cómo sea la curva de presión-tiempo, se puede deducir qué medidas conducen al objetivo de una hermeticidad suficiente. A medida que aumente la experiencia en interpretación, podrá ahorrar cada vez más tiempo para la solución de problemas.

3.1. Hornos de vacío: ¿qué tienen de especial?

En los sistemas de vacío más complejos, como suelen ser los hornos de vacío, la complejidad aumenta porque los distintos efectos se pueden superponer, eliminar o sumar. Esto incluye las condiciones de temperatura y presión en diferentes lugares del sistema, la atmósfera respectiva y las características relacionadas con el material. La buena noticia al principio: mediante la calefacción del sistema y el bombeo durante el mayor tiempo posible (por ejemplo, durante la noche o todo un fin de semana) antes de la prueba de fugas, se pueden minimizar las perturbaciones no deseadas y el resultado será más preciso. Este procedimiento a menudo puede evitar la detección de fugas de helio.

3,2. Humedad del aire variable perturbadora

Si los sistemas calentados se dejan abiertos, la humedad del aire se aspirará al sistema. Este es especialmente el caso si el material del contenedor es un higroscopio, o sea, atrae agua. Además, cuanto mayor sea la superficie a la que puede adherirse el agua, mayor será el efecto de adsorción. Por ejemplo, si tiene un sistema aislado con fieltro de grafito, ambos son correctos: el material es higroscópico y, además, tiene una superficie muy grande debido a su estructura (las superficies de cada fibra de fieltro individual se suman, no solo el tamaño de la placa es relevante). En función del tamaño del sistema, las cantidades relevantes se pueden recoger en solo media hora. Las bombas necesitan un tiempo correspondientemente largo para evaporar la humedad y transportarla hacia fuera del depósito. Cuando se produce condensación, la humedad del aire se acumula en los componentes del sistema de refrigeración. Esto ayuda a contrarrestar ambos efectos manteniendo el horno cerrado tanto como sea posible.

3,3. Desgasificación variable de perturbación

Además de la humedad, cualquier otra sustancia presente en el contenedor también puede inducir a error: si el sistema se calienta con dispositivos calefactores de resistencia de grafito, es posible que el grafito se desgasifique. Además de afectar al vacío, esto también puede provocar sedimentos y decoloraciones desagradables. Lo mismo se aplica a los aceites y grasas del sistema, especialmente en sistemas UHV, que se bombean a niveles de 10-8 mbar y inferiores. Incluso las huellas dactilares dejan una impresión temporal duradera. Sucede, sobre todo a los iniciantes en la tecnología de vacío, que instalan sellos con grasa o aceite para mejorar su sellado, lo que resulta en una limpieza exhaustiva. En caso de duda, pregunte previamente lo que está permitido y lo que no.

3,4. El proceso de lavado como posible fuente de errores

Pero no es únicamente el horno de vacío el que ofrece potencial para la desgasificación. Las piezas de acero suelen ser protegidas contra la corrosión con aceite entre las etapas de producción. Por lo general, este se elimina antes de los procesos de tratamiento térmico para que no tenga un efecto no deseado en el resultado. Si el aceite no se lava, puede provocar desgasificación y decoloración en el proceso de vacío. Si se lava, pero la pieza no se seca de forma fiable, el agua puede evaporarse en el proceso de vacío, lo que provoca desgasificación y decoloración. Los residuos de productos limpiadores, como los residuos de jabón o lejía, también pueden provocar problemas. En función del diseño y la carga de los accesorios y las piezas, también se pueden transferir cantidades relevantes a la cámara.

3.5. ¿Fuga de aire o de agua?

Además de la fuga de aire clásica, en los sistemas calentados también es posible que el agua de refrigeración entre en el sistema por una fuga, por ejemplo, en el intercambiador de calor o en la camisa. Además del hecho de que esto representa un gran riesgo para la seguridad con tasas de fuga mayores y temperaturas más altas (palabra clave: presión que surge del aumento repentino del volumen de gas cuando el agua se evapora), es mejor no ignorar las fugas de agua, incluso a temperatura ambiente y con tasas de fuga muy bajas. ¿Cómo distinguirla de las fugas de aire? Esto suele ser posible en la prueba de aumento de presión mediante la evaluación de la curva de presión-tiempo utilizando la presión de vapor de saturación:

si la presión en el contenedor aumenta hasta la presión de vapor saturación del agua (aproximadamente un poco más de 20 mbar a temperatura ambiente) y no sigue aumentando, suele tratarse de una fuga de agua. La presión de vapor de saturación es la presión a la que el estado gaseoso de la materia está en equilibrio con el estado líquido o sólido de la materia. Esto significa que sigue extrayendo vapor de agua del contenedor, pero entra agua nueva por la fuga de agua, parte de la cual se evapora de nuevo hasta que se alcanza el equilibrio, es decir, la presión de vapor de saturación.

4. Límites de la prueba de fuga

Lo ideal es evacuar un horno de vacío y hornearlo durante mucho tiempo. A continuación, las bombas se separan físicamente y se desconectan. Esto significa que no hay bombeo durante la prueba. A continuación, se realiza una prueba de fugas en el depósito, incluidos los accesorios que se encuentran espacialmente en el mismo espacio de presión. Por ejemplo, todo lo que se encuentra detrás de una válvula de compuerta cerrada o una válvula de ángulo recto no se somete a prueba. Pero esto también significa que, incluso si la sala principal es hermética, puede haber fugas en las tuberías o válvulas detrás del cierre.

Tenga en cuenta: una prueba de caída de vacío es una forma eficaz de comprobar la hermeticidad de un horno de vacío, especialmente después del mantenimiento o la reparación, pero también después de un cierto periodo de funcionamiento por razones de seguridad. Si el método se lleva a cabo de una forma técnicamente limpia, el resultado es muy informativo y proporciona más información en un tiempo más corto que la detección de fugas de helio. Como test integral, la prueba de fugas también puede brindar una declaración cuantitativa. En la localización de fugas con pulverización de helio, la situación es al revés: este método es adecuado para la localización de fugas (declaración cualitativa), pero no proporciona una declaración fiable sobre el tamaño exacto o la tasa de fuga de la fuga encontrada.