VI. LAS CÁMARAS, LOS SELLOS Y LAS VÁLVULAS PARA VACÍO

LAS CÁMARAS

LAS cámaras o contenedores en los sistemas de vacío se construyen por lo general de vidrio o acero inoxidable. La característica principal que debe tener el material de la cámara es su resistencia a la fuerza ejercida sobre ella por la presión atmosférica. Esto es claro si se considera que la presión atmosférica ejerce una fuerza de un 1 kg/cm² en el área superficial de la cámara. Por ejemplo, una cámara con una superficie de 1 m² debe resistir 10 toneladas de peso.

Las cámaras de metal son hechas, por lo general, en secciones de forma cilíndrica, porque así la cámara puede resistir con mayor facilidad la presión externa. Enrollando una hoja gruesa de metal, los extremos de la cámara cilíndrica son convenientemente cerrados con placas planas de metal (Figura VI.1).

La capacidad de un cilindro para no colapsarse por la presión externa depende de su diámetro, espesor de las paredes, y la firmeza del material. Después de construida la cámara, es necesario hacerle un electropulido a la superficie que será expuesta al vacío, para minimizar la cantidad de gas absorbido en las paredes del contenedor.

Figura VI.1. Tipo más común de cámara de metal.

Se puede utilizar la cámara después de someterla a una limpieza que consta de los siguientes pasos: 1) estregar con gran cantidad de detergente (puede usarse detergente líquido para trastes); 2) enjuagar con agua caliente; 3) enjuagar con agua destilada, y 4) enjuagar con metanol puro.

De esta manera podemos tener un sistema limpio de grasa, aceites y residuos de metal, para obtener la presión deseada. Después de montado todo el equipo es necesario someter la cámara a calentamientos a diferentes temperaturas para propiciar el degasamiento de las paredes.

Un contenedor puede tener diferentes extensiones (conexiones), en éstas se pueden colocar medidores de presión, calefactores, conexiones eléctricas o electrónicas, fuentes de voltaje, rayos X, ventanas, las diferentes bombas para hacer vacío, espectrómetros de masas, manipuladores de muestras, etc. Todo cuanto sea necesario para trabajar con comodidad, y lo más importante, las herramientas útiles para resolver los problemas que se presentan durante el desarrollo de cierto proceso industrial o algún experimento de interés científico o tecnológico.

Figura VI.2. Bridas.

LOS SELLOS

Las extensiones en las cámaras de vacío son cilíndricas y de diferentes diámetros. Todo tipo de artefactos a introducirse en la cámara vienen montados en las bridas, las cuales funcionan como tapaderas de las extensiones (Figura VI.2). Para cerrar el sistema, entre las bridas y las extensiones existe una franja triangular para colocar los sellos (Figura VI.3). En los sistemas de vacío los sellos son en forma de anillos circulares con sección transversal rectangular o circular; son fabricados de materiales de vitón, neopreno o metálicos. Existen sellos estáticos (inmóviles) y sellos mecánicos (movibles dentro del sistema).

Para presiones menores a 10^-7 torr, los sellos de las conexiones de vacío se elaboran de una variedad de elastómeros, los más usuales son Buna-N, caucho sintético y Vitón-A. El Buna-N puede ser calentado hasta 80°C y no soporta largos periodos de compresión, mientras que los sellos de Vitón-A soportan temperaturas superiores a los 250°C y no son muy deformables por lo que soportan largos periodos de compresión. Otro tipo de sellos usados con frecuencia a presiones inferiores a 10^-7 torr, son los de cobre y aluminio. La ventaja de éstos es que el sistema puede ser horneado a altas temperaturas (~ 450°C) sin que el sello presente problemas de elongación o deformación. Otra ventaja resulta de su bajo índice de degasamiento.

Figura VI.3. Sellos de anillo.

Los diámetros internos de los sellos varían de 2-3 mm de d. i. (diámetro interno) hasta varios metros, lo cual da cuenta de la gran variedad de tamaños que se usan.

LAS VÁLVULAS

Para el uso en sistemas de vidrio, sistemas de metal en alto vacío y ultra alto vacío existe poca variedad de válvulas en el mercado, ya que por lo general las válvulas de vacío son tan complejas que resulta incosteable para un laboratorio fabricarlas, y son las grandes compañías de equipo para vacío las que las producen.

Las dos válvulas de vidrio más comunes se ilustran en la figura VI.4. Se emplean principalmente en sistemas para producción de vacío primario. En la figura VI.5 se ilustran válvulas de metal: a) la válvula de este tipo se hace de acero inoxidable con sellos de vitón y puede calentarse hasta 200°C; se usa comúnmente en sistemas con bombas de difusión en pequeños sistemas de alto vacío. Las válvulas de metal de la figura VI.5b) y c) se usan para aislar bombas de difusión o bombas iónicas de una cámara de alto vacío; se elaboran con aluminio o acero inoxidable y tienen una apertura interna de 5 a 25 centímetros.

Figura VI.4. Válvulas de vidrio.

Figura VI.5. Válvulas de metal.