Quali sono le tipologie di perdite in un sistema da vuoto e come identificarle

In un sistema di alto vuoto le perdite vengono identificate come piccoli fori presenti nel sistema che provocano l’entrata o l’uscita non desiderata di gas.

Oltre alla dimensione effettiva del foro, le perdite vengono considerate più o meno gravi in relazione alla tipologia di gas presente nel sistema, alla temperatura e ai differenziali di pressione esterna e interna.

Nell’articolo di oggi analizzeremo quali sono le tipologie di perdite che si possono verificare in un impianto di alto vuoto e i test eseguibili per rilevarle.

 

Quali sono le conseguenze legate alla presenza di perdite in un sistema da vuoto

Alla presenza di perdite in un sistema da vuoto sono associate una serie di conseguenze tra cui:

• diminuzione del livello di efficienza del sistema;
• pericoli, più o meno gravi, per gli operatori (ed i prodotti eventualmente realizzati dall’azienda):
  • esplosioni;
  • diffusione di contaminanti nell’ambiente;
  • perdite tossiche.

Affinché il sistema funzioni in modo corretto e sicuro è necessario mantenere la pressione operativa ad un livello adeguato e raggiungere un livello di equilibrio nei gas.

Un elenco delle principali perdite in un sistema da vuoto

Le perdite del vuoto vengono classificate sulla base di due fattori: la natura del materiale che fuoriesce dal sistema e il difetto della giunzione.

Nello specifico:

1. perdite nei collegamenti permanenti;
2. perdite nei collegamenti smontabili;
3. perdite di tipo termico (si verificano soprattutto in prossimità dei giunti di saldatura);
4. perdite apparenti (per esempio quelle provocate dall’evaporazione dei liquidi);
5. perdite indirette;
6. perdite seriali (tipiche di spazi collegati in serie);
7. perdite causate dalla porosità (sono spesso una conseguenza diretta della deformazione meccanica o della lavorazione di materiali policristallini);
8. perdite a senso unico (i gas fuoriescono seguendo un percorso obbligato);
9. permeabilità naturale del gas che fuoriesce a causa dell’usura di alcune parti che nel tempo sono diventate estremamente fragili.

 

Localizzazione della perdita e misurazione del tasso di perdita

Durante la ricerca di perdite nel sistema vengono svolte due operazione: la localizzazione della perdita (ovviamente) e la misurazione del tasso di perdita.

Le metodologie impiegate sono due e dipendono dalla direzione seguita dal fluido:

• il metodo della pressione positiva viene applicato quando il fluido passa dall’interno del campione di prova verso l’esterno. In questo caso la pressione interna del campione è maggiore rispetto a quella dell’ambiente.
• il metodo del vuoto si applica invece quando la direzione del fluido si muove verso il campione di prova, dunque dall’esterno. In questo caso la pressione nel campione è minore rispetto a quella dell’ambiente esterno.

Quando il tasso di perdita diventa non tollerabile perché non rispetta le specifiche di accettazione si parla di tasso di scarto: questo valore viene calcolato supponendo che, in fase di utilizzo, il campione di prova non venga mai meno fino ad un determinato grado di certezza.

 

QUATTRO TEST eseguibili per rilevare le perdite in un sistema da vuoto

Esistono quattro differenti tipologie di test che permettono di verificare e valutare la tenuta del vuoto in un impianto/sistema dedicato.

TEST DI DECADIMENTO DELLA PRESSIONE

Un recipiente a vuoto chiuso viene evacuato fino al raggiungimento di una pressione specifica, la valvola di ingresso della pompa viene successivamente chiusa e riaperta dopo un determinato periodo di tempo.

La presenza di eventuali perdite viene verificata ripetendo diverse volte l’operazione descritta e valutando il lasso di tempo entro il quale il vuoto torna al suo livello originale.

Un tempo costante indica una probabile perdita; non è possibile affermare con certezza l’assenza di perdite nel caso di diminuzione del tempo.

TEST DI AUMENTO DELLA PRESSIONE

Rappresenta un test “opposto” a quello appena descritto.

In questo caso però il tester rileva il livello di vuoto valutando il lasso di tempo impiegato per raggiungere quella determinata soglia.

Una curva dritta segnala la presenza di una perdita nel sistema.

TEST DELLA BOLLA

Il test della bolla può essere eseguito in due modi:

• posizionando sotto il livello dell’acqua un oggetto che perde: la comparsa delle bolle indica la presenza di perdite;
• applicando del detergente sulla superficie: dove si formano delle bolle abbiamo delle perdite.

TEST DELL’ ELIO

Questa tipologia di test viene solitamente eseguita per rilevare perdite di gas dal valore inferiore a 1×10-6 mbar *l/s.

La scelta di utilizzare l’elio è giustificata dal costo contenuto, l’inerzia e la massa ridotta.

 

Riparare le perdite restituisce un sistema da vuoto nuovamente performante?

Una volta identificato il tasso di perdita e localizzato i punti critici si procede con la riparazione dei fori/micro fori.

È bene precisare che la riparazione non restituisce un sistema a tenuta stagna come in origine ma permette di ripristinare quel livello del vuoto che ne garantisce il funzionamento.

È possibile riparare:

• guasti alle guarnizioni del sistema e nei punti di giunzione dei componenti del sistema a causa dell’usura nel tempo. Solitamente le perdite si trovano nelle aree di passaggio elettrico, in prossimità delle porte della camera oppure sulle linee delle pompe; in generale si procede con la sostituzione del componente stesso.
• perdite del passante o del vetro di visualizzazione solitamente incollati o saldati tra loro. Le perdite di vuoto in questo caso sono molto difficili da riparare e per questo risulta più conveniente procedere con la sostituzione del pezzo.