Nuevas técnicas identifican y miden fugas en sistemas de vacío

Imagine construir cuidadosamente un sistema de vacío que debería estar perfectamente sellado, pero que constantemente no logra alcanzar el nivel de vacío deseado. Como un submarino meticulosamente diseñado que gotea en momentos críticos, este frustrante escenario a menudo se reduce a un culpable: las fugas de gas.

En aplicaciones industriales y científicas, desde los propios sistemas de vacío hasta los componentes automotrices y de refrigeración, la integridad hermética es primordial. Los ingenieros experimentados entienden que afirmaciones simples como "sin fugas detectables" o "tasa de fuga cero" son insuficientes como criterios de aceptación. Las especificaciones adecuadas deben definir claramente las tasas de fuga permisibles bajo condiciones específicas, con niveles aceptables que varían según la aplicación.

¿Qué es exactamente una fuga?

Una fuga representa una ruptura en una barrera material, permitiendo el paso no deseado de sólidos, líquidos o gases.

Las fugas se manifiestan de diversas formas dependiendo de los materiales y los tipos de conexión. Comprender estas categorías ayuda a solucionar problemas:

Los siete tipos comunes de fugas

• Fugas en conexiones desmontables: Ocurren en bridas, superficies de acoplamiento a tierra o cubiertas donde los sellos (juntas, juntas tóricas) fallan debido a una instalación incorrecta, degradación del material o daños en la superficie.
• Fugas en uniones permanentes: Se encuentran en soldaduras, uniones soldadas o uniones adhesivas comprometidas por una fabricación deficiente o el envejecimiento.
• Fugas por porosidad: Prevalentes en materiales policristalinos y fundiciones después de la tensión mecánica (flexión) o el tratamiento térmico, donde los vacíos microscópicos se interconectan.
• Fugas térmicas: Surgen a temperaturas extremas a medida que la expansión térmica diferencial estresa las uniones soldadas, ensanchando las brechas.
• Fugas virtuales (aparentes): No son rupturas físicas, sino gas atrapado en cavidades/orificios ciegos o líquidos en evaporación que se liberan gradualmente, imitando fugas reales.
• Fugas indirectas: Resultan de líneas de servicios públicos comprometidas (agua, aire comprimido) que introducen sustancias extrañas en los sistemas de vacío.
• Fugas en cascada: Múltiples fugas interconectadas, como sellos de aceite que fallan en los depósitos de bombas rotativas de paletas, permitiendo la entrada de aceite.

Además, la permeación —la difusión de gas a través de materiales como mangueras de goma— no es técnicamente una fuga, pero afecta el rendimiento del vacío.

Cuantificación de fugas: El estándar de tasa de fuga

El sellado hermético absoluto es impráctico e innecesario. El factor crítico es mantener las tasas de fuga lo suficientemente bajas como para preservar los requisitos de presión operativa. Esta relación se cuantifica como:

Tasa de fuga (q _L ) = 1 mbar·l/s significa: En un recipiente sellado de 1 litro, la presión aumenta/disminuye en 1 mbar por segundo.

Para sistemas de alto vacío, los puntos de referencia prácticos son:

• q _L (aire) < 10 ^-6 mbar·l/s → "Excepcionalmente hermético"
• q _L (aire) < 10 ^-5 mbar·l/s → "Adecuadamente hermético"
• q _L (aire) > 10 ^-4 mbar·l/s → "Con fugas"

Detección de fugas: Ubicación vs. Medición

Las pruebas de fugas sirven para dos propósitos principales:

1. Localizar fugas dentro de los sistemas
2. Medir las tasas de fuga con precisión

Los métodos difieren según las condiciones de presión:

• Método de vacío: Detecta el flujo hacia adentro (presión externa > vacío interno)
• Método de presión: Identifica el flujo hacia afuera (interior presurizado)

La alta tasa de difusión del helio lo hace ideal para la detección de fugas sensibles, con detectores modernos capaces de identificar fugas tan pequeñas como 1 Å (10 ^-10 m) de diámetro.

Cuando los sistemas de vacío no funcionan correctamente, existen dos causas probables: fugas reales o desgasificación de las superficies. La espectrometría de masas o las pruebas de aumento de presión cronometradas ayudan a distinguirlas, con detectores de fugas de helio que ofrecen una localización rápida.