Cómo limpiar los medidores de vacío: métodos para los tipos de medidores más comunes

Los medidores de vacío son esenciales para el control de la presión en procesos como el recubrimiento de película fina o el tratamiento térmico. Si los valores medidos son incluso ligeramente diferentes, el grosor del recubrimiento puede diferir de los valores objetivo, los tiempos de respuesta pueden cambiar o las mediciones ya no se pueden comparar de forma fiable. Con el tiempo, estos medidores recogen gradualmente polvo, aceite o residuos químicos, ya que a menudo funcionan en entornos exigentes. Esta acumulación gradual de contaminación puede afectar negativamente a la exactitud. Para contrarrestar este proceso, en este artículo se explica cómo limpiar correctamente los tipos comunes de medidores de vacío.

Los medidores de vacío son instrumentos de alta precisión que se utilizan para medir la presión medida. Proporcionan lecturas de presión total, desde vacío preliminar hasta ultra vacío, lo que lo hace esencial para la monitorización, el control y el mantenimiento de los procesos de vacío. Se requieren diferentes tipos de medidores, dependiendo del sistema de vacío y del nivel de vacío.

Por qué los medidores se contaminan
Con el tiempo, los medidores de vacío acumulan contaminantes del entorno del proceso durante el funcionamiento. Dentro del medidor de vacío, el calor y los gases reactivos pueden desencadenar reacciones químicas que forman capas aislantes en las superficies de los sensores. Estas capas interfieren con la transferencia de calor, el caudal de electrones o la interacción de gases, dependiendo del tipo de medidor, y distorsionan las lecturas. Cuanto más tiempo permanezca en uso el medidor, más se acumularán estos depósitos, lo que dará como resultado inexactitudes de medición aún más significativas. Para garantizar resultados de medición fiables a largo plazo, es esencial limpiar regularmente el medidor de vacío.

Antes de comenzar cualquier trabajo de limpieza, hay una regla de oro: nunca toque las superficies expuestas al vacío con las manos desnudas. Esto es especialmente importante para los sistemas de alto vacío y ultra vacío. Las huellas dactilares dejan capas finas de aceites, sales y humedad, que forman una película en la superficie metálica. Cuando el medidor se calienta durante el funcionamiento o se expone a iones en condiciones de alto vacío, estos residuos pueden quemarse en la superficie y crear manchas duras y carbonizadas. Estos puntos interfieren con el caudal normal de calor o electrones a través de la superficie del sensor y pueden distorsionar la lectura de la presión. Para evitarlo, utilice siempre guantes limpios, especialmente cuando monte el medidor después de limpiarlo.

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Trabaje en un área limpia, bien iluminada y bien ventilada para eliminar los vapores de disolvente, que pueden evaporarse durante la limpieza y formar mezclas potencialmente dañinas o inflamables en el aire. Un espacio de trabajo ordenado reduce el riesgo de recontaminación, lo que garantiza que los sensores recién limpios no se vuelvan a exponer al polvo, los aceites o los residuos de otras herramientas.

Los diferentes tipos de medidores requieren procedimientos de limpieza específicos, ya que sus principios de sensor y materiales responden de forma diferente a la contaminación. Las siguientes secciones proporcionan instrucciones paso a paso sobre el cuidado adecuado de cada instrumento.

1. Medidores piezorresistivos

Estos medidores miden la presión medida directamente e independientemente del tipo de gas, detectando la fuerza que ejerce el gas disolvente dentro de un sistema sobre un diafragma fino y flexible dentro del medidor. Cuando cambia la presión en la cámara de vacío, el diafragma se dobla ligeramente, provocando una tensión mecánica en el elemento sensor. Esta tensión cambia la resistencia eléctrica del elemento, que el medidor mide y convierte en una lectura de presión precisa. Los medidores piezorresistivos se utilizan en el rango de vacío pobre hasta aproximadamente 1 hPa (mbar).

El diseño interno del medidor de vacío es relativamente sencillo, consta principalmente del diafragma y el elemento de medición, sin piezas móviles ni componentes que se calienten significativamente. Esto hace que el medidor sea mecánicamente robusto y menos sensible a la manipulación durante la limpieza.

En entornos industriales, la contaminación suele provenir del propio gas de proceso o de la niebla de aceite y las partículas de polvo fino que se aspiran de las bombas de vacío. Estos depósitos suelen eliminarse con disolventes orgánicos como el alcohol isopropílico, que disuelve eficazmente los residuos aceitosos sin dañar las juntas de goma o los materiales del sensor.

Procedimiento de limpieza:

1. Vierta unas gotas de disolvente en el tubo del medidor.
2. Agite suavemente el dispositivo.
3. Vierta el disolvente.
4. Repita el procedimiento hasta que ya no aparezca suciedad en el líquido.

A continuación, seque el medidor conectándolo a una bomba de vacío o un sistema de vacío. Cuando la bomba de vacío empieza a evacuar, la presión reducida ayuda a que el disolvente residual se evapore de forma rápida y completa, incluso en espacios estrechos y estructuras de sensor finas.

Sin embargo, un solo enjuague rara vez es suficiente para eliminar todos los contaminantes. Las capas finas de aceite o los depósitos reactivos suelen adherirse firmemente al diafragma o a las superficies del sensor, incluso después de varias aplicaciones de disolvente. Dado que la limpieza mecánica podría deformar o rayar el diafragma, la única forma fiable de mejorar la limpieza es mediante un enjuague regular, pero solo si se detecta contaminación. La repetición constante disuelve y elimina gradualmente los residuos restantes, lo que garantiza resultados de medición estables y reproducibles y prolonga la vida útil del medidor.

2. Medidores capacitivos

Estos medidores también utilizan un diafragma flexible que responde a la presión diferencial entre el vacío que se mide y un vacío de referencia estable. A medida que cambia la presión en la cámara de vacío, el diafragma se dobla ligeramente. Al doblar, se altera la distancia entre el diafragma y un electrodo de fijación, lo que modifica la capacitancia eléctrica entre ellos. El medidor mide este cambio de capacitancia y lo convierte en una lectura de presión exacta.

Dado que el diafragma es extremadamente fino y las fuerzas de medición son muy pequeñas, estos instrumentos son muy sensibles y deben manipularse con mucho cuidado durante la limpieza para evitar daños mecánicos o químicos.

Un medidor capacitivo contaminado puede mostrar un punto cero desviado, lo que significa que ya no muestra con precisión la presión atmosférica corriente como punto cero. Este desplazamiento distorsiona gradualmente todas las lecturas posteriores, haciendo que parezcan superiores o inferiores al valor real. Dado que estas desviaciones solo se pueden detectar comparando el medidor con un medidor de referencia calibrado, a menudo pasan desapercibidas durante largos periodos.

Procedimiento de limpieza:


Después del secado, vuelva a realizar un ajuste del punto cero. Observe la lectura a lo largo del tiempo. Si el punto cero sigue desviándose o permanece inestable, es posible que el diafragma esté contaminado o dañado de forma permanente y se debe sustituir el medidor.

3. Medidores Pirani

Los medidores Piranimiden la presión detectando la eficacia con la que los gases conducen el calor. Dado que este método se basa en las propiedades del gas, los medidores Pirani y los medidores mencionados a continuación se denominan dependientes del tipo de gas. En el centro del medidor Pirani hay un pequeño filamento calentado cuya temperatura cambia en función de la densidad del gas circundante. Cuando hay más moléculas de gas presentes, absorben más calor del filamento, lo que hace que su temperatura baje. Por el contrario, cuanto mayor sea el vacío, menos moléculas estarán presentes para transportar el calor, por lo que el filamento se mantendrá más caliente. El medidor mide estos cambios de temperatura y los convierte en una lectura de presión.

El filamento de un medidor Pirani suele ser un alambre de tungsteno fino, de aproximadamente un micrómetro de grosor, enrollado para aumentar su área de superficie. Durante el funcionamiento, se calienta a unos 100 °C por encima de la temperatura ambiente. A estas temperaturas, los vapores de aceite u otros hidrocarburos del sistema de vacío pueden descomponerse y formar una capa dura, similar al carbono, que se hornea firmemente sobre la superficie del alambre. Esta contaminación aísla el filamento y cambia la forma en que transfiere el calor, lo que provoca lecturas de presión incorrectas. Dado que el alambre es extremadamente fino y frágil, cualquier intento de limpieza mecánica casi seguramente lo rompería. Por lo tanto, es importante manipular el medidor con cuidado durante la limpieza.

Procedimiento de limpieza:


Después del enjuague, conecte el medidor a un sistema de vacío en funcionamiento, preferiblemente durante la noche. La presión reducida acelera la evaporación de cualquier disolvente o humedad restante del interior del cuerpo del medidor y alrededor del filamento. El secado al vacío evita que el líquido residual deje residuos microscópicos cuando se calienta posteriormente el medidor de vacío. Omitir este paso puede causar lecturas erráticas o daños permanentes en el filamento una vez que se vuelva a utilizar el medidor.

Una vez seca, realice una calibración a cero como se describe en el manual de instrucciones.

4. Medidores de cátodo frío

Los medidores de cátodo frío miden la presión creando pequeñas reacciones eléctricas entre moléculas de gas. En el interior del medidor hay dos electrodos metálicos y un campo magnético. Cuando se aplica alta tensión, se crea una diferencia de potencial entre los electrodos. Esto da a los electrones la energía para moverse, como un empuje que los pone en movimiento. Estos electrones se mueven en espiral entre los electrodos y chocan con moléculas de gas, absorbiendo más electrones y formando partículas cargadas: iones.

El número de iones formados depende de la cantidad de moléculas de gas presentes, es decir, de la presión dentro de la cámara de vacío. A niveles de vacío bajos, hay más moléculas de gas disponibles, por lo que se producen más iones, lo que da como resultado una corriente de iones más fuerte. A niveles de alto vacío, la densidad del gas disminuye, se generan menos iones y disminuye la corriente. El medidor convierte esta corriente de iones en una lectura de presión.

Los medidores de cátodo frío son mecánicamente más sencillos que los medidores de cátodo caliente. Su construcción suele permitir el desmontaje parcial, ya que están sellados con juntas tóricas en lugar de uniones soldadas. Esta simplicidad hace posible la limpieza cuando se produce contaminación.

Procedimiento de limpieza:


Antes de reiniciar el medidor de vacío:

5.Medidores de cátodo caliente

Los medidores de cátodo caliente se utilizan para medir niveles de alto y ultra vacío. En el interior del medidor, un minúsculo alambre calentado (el cátodo) emite electrones. Estos electrones se aceleran hacia una rejilla cargada positivamente. A medida que los electrones se mueven, colisionan con moléculas de gas. Cada colisión puede expulsar un electron de la molécula, lo que crea un ión cargado positivamente. Esto puede suceder repetidamente, lo que produce cada vez más iones. Al igual que los medidores de cátodo frío, el número de iones producidos depende de la cantidad de moléculas de gas presentes. Esta corriente de iones se mide y se convierte en una lectura de presión.

El sensor de este medidor contiene componentes extremadamente finos y delicados (cátodo, rejilla y ánodo) hechos de cables finos y soportes metálicos que funcionan a altas temperaturas. Debido a su fragilidad y geometría compleja, estas piezas no se pueden limpiar mecánicamente sin destruir el medidor.

La contaminación se produce cuando los gases o vapores reactivos entran en contacto con los componentes calientes. El bombardeo de calor e iones provoca reacciones químicas que forman capas sólidas aislantes en los electrodos. Estos depósitos bloquean el caudal de electrones e iones, lo que hace que el medidor no responda o sea inexacto. Una vez que estos residuos se han acumulado, a menudo procedentes del aceite de bomba de vacío, los vapores de juntas tóricas o los gases de proceso, se vuelven duros, polimerizados o incluso vítreos. Los disolventes tienen poco efecto sobre estos depósitos.

Debido a que la estructura del sensor es tan fina y la contaminación no se puede eliminar eficazmente, un medidor de cátodo caliente sucio normalmente debe sustituirse en lugar de limpiarse.

Resumen

La limpieza de los medidores de vacío requiere paciencia, precisión y respeto por el diseño del instrumento. Algunos medidores, como los de tipo diafragma o cátodo frío, a menudo se pueden limpiar correctamente. Otros, especialmente aquellos con estructuras internas muy finas, como los medidores Pirani o de cátodo caliente, pueden sustituirse mejor cuando estén contaminados.

En caso de duda, consulte la documentación de servicio del fabricante o considere la sustitución en lugar de arriesgarse a dañar un sensor delicado.