Técnicas de vacío - Páginas de...
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Conceptos Generales Formas de generar vac´ ıo Medici´ondevac´ ıo T´ ecnicas de vac´ ıo Acosta, Joel; Corbat, Agust´ ın Laboratorio 5 29 de abril de 2014 Acosta, Joel; Corbat, Agust´ ın T´ ecnicas de vac´ ıo
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Conceptos GeneralesFormas de generar vacıo
Medicion de vacıo
Tecnicas de vacıo
Acosta, Joel; Corbat, Agustın
Laboratorio 5
29 de abril de 2014
Acosta, Joel; Corbat, Agustın Tecnicas de vacıo
Conceptos GeneralesFormas de generar vacıo
Medicion de vacıo
Indice I
1 Conceptos Generales¿Que es vacıo?
2 Formas de generar vacıoBomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba Criogenica
3 Medicion de vacıoManometro deCapacitanciaManometro de PiraniManometro de Ionizacionde Catodo FrıoManometro de Ionizacionde Catodo CalienteManometro de McLeod
Acosta, Joel; Corbat, Agustın Tecnicas de vacıo
Conceptos GeneralesFormas de generar vacıo
Medicion de vacıo¿Que es vacıo?
Indice
1 Conceptos Generales¿Que es vacıo?
2 Formas de generar vacıoBomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba Criogenica
3 Medicion de vacıoManometro deCapacitanciaManometro de PiraniManometro de Ionizacionde Catodo FrıoManometro de Ionizacionde Catodo CalienteManometro de McLeod
Acosta, Joel; Corbat, Agustın Tecnicas de vacıo
Conceptos GeneralesFormas de generar vacıo
Medicion de vacıo¿Que es vacıo?
¿Que es vacıo?
Vacıo se refiere a un recipiente lleno con gas a una presion menorque la atmosferica, segun la Sociedad Estadounidense del Vacıo.
Existen por lo tanto distintos grados de vacıo.
clase vacıo presion (mbar)
Bajo 103 − 100
Medio 100 − 10−2
Alto 10−3 − 10−7
Ultra-alto 10−7 − 10−12
1 bar 1 hPa1 atm 1,01325 bar1 mbar 0,75 Torr
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Conceptos GeneralesFormas de generar vacıo
Medicion de vacıo¿Que es vacıo?
Modelos
Teorıa del Continuo
Estudia al gas como un fluidoque fluye de manera similar a unlıquido.
El recorrido libre medio es menorque las dimensiones del tubo porel que fluye.
Teorıa Cinetica
Modela el gas como un conjuntode partıculas que colisionan entresı.
Valida para cualquier caminolibre medio.
Permite deducir las leyesobtenidas al modelar el gas comoun fluido continuo.
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Conceptos GeneralesFormas de generar vacıo
Medicion de vacıo
Bomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba CriogenicaA Considerar
Indice
1 Conceptos Generales¿Que es vacıo?
2 Formas de generar vacıoBomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba Criogenica
3 Medicion de vacıoManometro deCapacitanciaManometro de PiraniManometro de Ionizacionde Catodo FrıoManometro de Ionizacionde Catodo CalienteManometro de McLeod
Acosta, Joel; Corbat, Agustın Tecnicas de vacıo
Conceptos GeneralesFormas de generar vacıo
Medicion de vacıo
Bomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba CriogenicaA Considerar
Definiciones utiles
Para caracterizar una maquina de vacıo es necesario conocer suvelocidad de bombeo y la presion maxima que puede alcanzar.
Figura: Grafico estimado de lavelocidad de bombeo a distintaspresiones para distintas bombas.
La Velocidad de bombeo es elflujo volumetrico en la boca deentrada.
S =dV
dt
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Bomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba CriogenicaA Considerar
Bomba mecanica
Esta bomba consisteen un espaciocilındrico en cuyointerior giraexcentricamente uncilindro.
Alcanza presiones dehasta 0,1 mbar
Limitado por elreflujo de gas en lazona de compresion.
Mejora con bombasen serie (dobleefecto).
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Bomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba CriogenicaA Considerar
Bomba Roots
En este caso el aire esarrastrado hacia fuerapor dos piezas enforma de ocho quegiran en sentidosopuestos.
Su funcionamiento essimilar a la de labomba de paletarotatoria.
Alcanza presiones dehasta 10−3 mbar.
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Bomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba CriogenicaA Considerar
Bomba de difusion
Las moleculas de gasson arrastradas haciaabajo por medio decolisiones conmoleculas de vapor deaceite y liberadas atraves de una boca dedescarga
Alcanza presiones de10−3 o incluso hasta10−7 mbar.
Necesita una bombamecanica para que lasbocas no superen los0,5 mbar.
Puede generar reflujosde aceitecontaminando lacamara.
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Bomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba CriogenicaA Considerar
Bomba turbomolecular
El giro de los alabesdebe hacerse a granvelocidad (∼ 30 000rpm), y su orientaciones tal que la mayorprobabilidad detrasmision sea de laregion de alto vacıo ala de bajo vacıo.
Alcanza grados dealto y ultra-alto vacıo.
Necesita de bombasmecanicas.
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Bomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba CriogenicaA Considerar
Bomba ionica
Los electronesemitidos impactancon moleculas de gascreando ionespositivos. Estos seadhieren al catodoreaccionandoquimicamente.
Alcanza presiones de hasta 10−11
mbar.
No tiene partes moviles ni usaaceite, siendo mas limpia.
Poco efectiva con gases noblesque no reaccionan quımicamente.
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Bomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba CriogenicaA Considerar
Bomba criogenica
Es un dispositivo quecondensa todos losvapores en un lıquidoo solido.
Puede utilizarse paraevitar el reflujo deaceite de las bombasdifusoras.
Puede alcanzarpresiones de 10−10
mbar.
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Bomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba CriogenicaA Considerar
Consideraciones
A la hora de disenar el sistemasobre el cual se generara vacıo,no solo se debe conocer en querango de presion se deseatrabajar, sino tambien se debetener en cuenta las posiblesperdidas o desorcion del sistema.
Figura: Rangos de presionesalcanzados con las distintasmaquinas de vacıo.
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Bomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba CriogenicaA Considerar
El caudal de gas en un recinto esta descripto por
−d(PiV )
dt= PiSi − Lperd(Pext − Pi ) − Qd
Si se desprecian las perdidas y desorcion del sistema la presion enfuncion del tiempo es
P(t) = (P0 − Pf )exp
(−SiVt
)+ Pf
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Perdidas
Si el sistema solo tiene perdidas
P(t) = (P0−Pext)exp
(−Lperd
Vt
)+Pext
Figura: Datos obtenidos al insertarun pelo en el o-ring.
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Bomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba CriogenicaA Considerar
Desorcion
Si el sistema solo tiene desorcion
P(t) =Qd
Vt + P0
Figura: Datos obtenidos al sellar lacamara.
El sistema suele hallarse en una combinacion de estos factores
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Medicion de vacıo
Manometro de CapacitanciaManometro de PiraniManometro de Ionizacion de Catodo FrıoManometro de Ionizacion de Catodo CalienteManometro de McLeodA Considerar
Indice
1 Conceptos Generales¿Que es vacıo?
2 Formas de generar vacıoBomba MecanicaBomba RootsBomba de DifusionBomba TurbomolecularBomba IonicaBomba Criogenica
3 Medicion de vacıoManometro deCapacitanciaManometro de PiraniManometro de Ionizacionde Catodo FrıoManometro de Ionizacionde Catodo CalienteManometro de McLeod
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Conceptos GeneralesFormas de generar vacıo
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Manometro de CapacitanciaManometro de PiraniManometro de Ionizacion de Catodo FrıoManometro de Ionizacion de Catodo CalienteManometro de McLeodA Considerar
Manometro de capacitancia
Una membrana deformablesepara una presion conocida deuna desconocida y a su vez esuno de los electrodos de uncapacitor.
Una vez calibrado, permiteobtener con buena precision laspresiones entre vacıo bajo ymedio. Es independiente del tipode gas.
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Manometro de CapacitanciaManometro de PiraniManometro de Ionizacion de Catodo FrıoManometro de Ionizacion de Catodo CalienteManometro de McLeodA Considerar
Manometro de Pirani
Consta de un filamento metalico,cuya resistencia varıa con latemperatura, suspendido en elsistema de vacıo.Al aumentar el vacıo se reduce laperdida de calor por conduccıon yaumenta la temperatura delalambre.La resistencia se mide medianteun puente de Wheatstone.El rango de operacion es de entre10−3 y 103 mbar.
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Manometro de CapacitanciaManometro de PiraniManometro de Ionizacion de Catodo FrıoManometro de Ionizacion de Catodo CalienteManometro de McLeodA Considerar
Manometro de ionizacion de catodo frıo
Al aplicar un potencial de varioskV ,entre un anodo y un catodo,el gas se ioniza y genera unacorriente ionica. Esta corrientedepende de la presion del gas.
Funciona en el rango entre 102 y10−9 mBar.
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Manometro de CapacitanciaManometro de PiraniManometro de Ionizacion de Catodo FrıoManometro de Ionizacion de Catodo CalienteManometro de McLeodA Considerar
Manometro de ionizacion de catodo caliente
En este caso la descarga ocurreentre un filamento incandescente(catodo) y otro electrodo enforma de rejilla (anodo).
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Manometro de CapacitanciaManometro de PiraniManometro de Ionizacion de Catodo FrıoManometro de Ionizacion de Catodo CalienteManometro de McLeodA Considerar
Manometro de McLeod
Tomando una muestra de unvolumen del gas presente en lacamara de vacıo, comprimiendoloal elevar el nivel del fluıdo. Esindependiente de la naturalezaquımica del gas que seesta midiendo.
Se utiliza para calibracion deotros aparatos.Se pueden medir presiones dehasta 10−7 mbar.
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Manometro de CapacitanciaManometro de PiraniManometro de Ionizacion de Catodo FrıoManometro de Ionizacion de Catodo CalienteManometro de McLeodA Considerar
Conductancia
La Conductancia (C) es el factor de proporcionalidad querelaciona el flujo a traves de cualquier elemento de tuberıa con ladiferencia de presion en sus extremos.
Q = C (Pe − Pi )
Puede plantearse la analogıa con la ley de Ohm de los circuitoselectricos siendo
R =1
C
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Conductancia
La Conductancia (C) es el factor de proporcionalidad querelaciona el flujo a traves de cualquier elemento de tuberıa con ladiferencia de presion en sus extremos.
Q = C (Pe − Pi )
Esta ecuacion es valida para grados bajos, medios y altos de vacıo;en rangos de alto o ultra-alto vacıo no hay dependencia con ladiferencia de presion.Esto se debe a las diferencias en los modelos utilizados para losdistintos rangos de presion.
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¡Gracias por la atencion!Referencias
1 Fundamentals of vacuum technology, Dr. Walter Umrath
2 Tecnicas de vacıo, Dr. Carlos Acha
3 Kurt J. Lesker Company, www.lesker.com
4 Edwards Company, www.edwardsvacuum.com
Acosta, Joel; Corbat, Agustın Tecnicas de vacıo
