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La
mayoría del inoxidable que utilicé lo
conseguí en
chatarreros, a 3€ el kilo (el precio del inox parece que
está al
alza, antes me cobraban 2€), el resto son arandelas de
tornilleria
en inox y accesorios que se venden a precios muy razonables. En la foto muestro todas las piezas ya cortadas y preparadas que utilicé para construir el cuerpo, la cabeza de la bomba y las trampas para vapores de entrada y de salida (falta, por error, una arandela más de 28mm en esta lista de materiales). Dos trozos de tubo de 28mm ø (uno con un agujero de 20mm), dos trozos de tubo de 60mm ø (el más largo también con un agujero de 20mm), un trozito de tubo de 20mm ø, dos arandelas de 28mm de diámetro interior, con tres agujeros, una arandela de 26mm de ala ancha que tuve que repasar hasta los 28mm de diámetro interior (no conseguí encontrarla directamente en 28mm), un trozo corto de tubo de 40mm ø, un tapón roscado de 3/4´, un manguito roscado para soldar de 3/4´, y dos arandelas que encontré en el chatarrero que hacían inicialmente 43mm de diámetro interior, 80mm de exterior por 4mm de espesor. Las tuve que rebajar hasta conseguir que encajasen con el tubo de 60mm, (trabajo para el que emplee tanto tiempo como veces me lamenté de no haber encargado hacer estas piezas a alguien), y les practiqué seis agujeros de 5,5mm ø a una, y seis más de 4,5mm roscados a métrica 5 a la otra. |
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Para
la refrigeración de la bomba opté por utilizar
camisas de agua
hechas en cobre en vez de serpentines para no tener que enfrentarme al
problema de soldar con soplete de oxipropano un serpentín
rodeando toda la bomba, soldadura larga, complicada y cara (son caras
las varillas de plata al 40% y es caro el oxigeno para el soplete). La idea era soldar con soldadura fuerte sólo las piezas que están en contacto con el inox y soldar el resto con soldadura blanda de estaño plata al 4%, mucho más fácil de realizar y barata. En la foto muestro las piezas de cobre que componen las camisas de refrigeración del cuerpo de la bomba y de la trampa para vapores de la toma de bajo vacío, ya cortadas, limpias y preparadas para soldar. Todo, excepto los sellos de cobre, es material comprado en chatarreros a 6 € el kilo. Un trozo de tubo de 76mm de diámetro, otro trozo de tubo de 35mm ø, dos sellos de cobre de 28mm de diámetro interior, (sellos de circuitos hidráulicos) y dos aros hechos con tubo fino de cobre de 6mm. |
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A
las camisas les practiqué unos agujeros de entrada y salida
del
líquido refrigerante, donde más tarde
soldaría los
empalmadores al resto del circuito de refrigeración, entre
la
camisa principal y la de la trampa de vapores de salida iba soldado
otro trocito de tubo (que también se puede ver en la foto ya
preparado). La idea era que el refrigerante entrase por la parte superior de la camisa del cuerpo de la bomba, pasase por el orificio inferior a la parte inferior de la camisa de la trampa para vapores, y saliese después por la parte superior de esta al resto del circuito de refrigeración. Las soldaduras las tuve que ir haciendo en orden, primero el tubo de inox que une el cuerpo de la bomba con la salida... la arandela de cierre, de la toma de bajo vacío de la trampa par vapores... luego los soportes de las camisas de refrigeración, las camisas, la brida de cierre del cuerpo de la bomba....etc. Para facilitar el proceso de pulido de la brida de cierre de la salida de la bomba, tuve que hacerlo antes de soldar el conjunto de la trampa de vapores al cuerpo de la bomba. |
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Para
el
acabado de las bridas de cierre utilicé la radial con un
disco
de corte para inox, haciéndolo trabajar plano sobre la
rebaba de
la soldadura para ir aplanando la superficie y preparándola
con
las menores ralladuras posibles para un pulido manual posterior con
papel de lija al agua. Después afronté la construcción de la cabeza de la bomba y la trampa de vapores de la entrada de alto vacío, que pensé desmontable para facilitar la limpieza posterior de la bomba. En la foto se puede ver la cabeza de la bomba en dos piezas antes de realizar la última soldadura, y el sombrero (compuesto por el tapón roscado, una arandela de 28mm interior y el trozo de tubo de 40mm ø), que impide la salida directa de vapores. Ya sólo quedaba limpiar y pulir todas la piezas por dentro y por fuera. |
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Como
venía de una mala experiencia construyendo calderas de
difusoras
opté por sobredimensionar la potencia de la
caldera, no
para darle demasiado calor, sino para hacerla trabajar más
relajadamente. Llevaba ya varios meses usando la difusora de cobre funcionando con un calentador diesel, y después de algunos ajustes térmicos no dio más problemas. Así que decidí seguir utilizando la misma fuente de calor, por economía y facilidad para encontrar recambios (la ultima vez que tuve que ir a buscar cuatro calentadores al chatarrero, me dijeron que me los desmontara yo y me los regalaron) Los calentadores en cuestión son los que monta el motor HTDI del citroen xara picaso o la berlingo, etc... de 180w a 11v Modelo GN027 DERV / 120 Champio El único problema era el transformador para alimentarlos, pero ya disponía de uno de bastante potencia y varias posibilidades de voltaje de salida para hacer pruebas y ajustes. |
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Para
la construcción de la caldera usé un disco de
inox de
56mm d diámetro y 0,5mm recortado de una chapa y dos
rebanadas
de barra hexagonal de 41mm de lado a lado que me encontré ya
cortadas en el chatarrero. Les practiqué cuatro agujeros, roscados a métrica 6 a una y de 6,6mm a la otra. Una vez montadas las dos partes y aseguradas con sus tornillos les hice dos agujeros longitudinales para albergar los calentadores, que los aprisionaban, en la parte de la resistencia y al principio del cuerpo (como se ve en la foto) Más tarde ensanché esta última parte (después de quemar uno y casi cargarme el transformador) para que el calentador sólo estuviese en contacto con la caldera por la parte de la resistencia y evitar al máximo el recalentamiento del cuerpo del calentador. Si aumenta demasiado la temperatura del cuerpo del calentador se derrite el plástico aislante interior y se cruzan. |
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Soldé
al disco de inox, el hexágono superior, por una cara y una
tuerca de métrica 8 por la otra para roscar en ella el eje
de
sujeción de los difusores. Pensé en perforar a medias y roscar el hexágono como en la pieza de la caldera de la propuesta del Profesor Franz, pero me dieron miedo las fugas en la soldadura entre el disco y el hexágono, y opté por esa solución. El eje de sujeción de los difusores lo hice a partir de un trozo de barra de 8mm con un roscado largo en la punta superior para poder fijar diferentes modelos de difusores, conforme hacia pruebas para ajustarlos. En la foto se puede ver todo el conjunto antes de soldarlo al cuerpo de la bomba. |
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Más
tarde, en las pruebas de funcionamiento me di cuenta de dos problemas;
que los calentadores necesitarían una
refrigeración
adicional para evitar recalentamientos, y que no me podía
fiar
del contacto a masa a través de la resistencia.
Así que
les monte unas piezas de cobre que hacía de
contacto a masa
y de refrigerador improvisado, transmitiendo el calor a un recipiente
con agua. Un sistema de refrigeración burdo que ha
demostrado
funcionar perfectamente y que aun no he substituido por otro mejor
acabado. En la foto se pueden apreciar unas manchitas marrones en la base de la difusora, es resina quemada del estaño para electrónica utilizado como termómetro. Teniendo en cuenta que este estaño funde a unos 230° C, lo utilizo como indicador de temperatura y para tener una referencia de cómo se reparte el calor. También utilizo el estaño plata de fontanería como otra vara de medir temperatura, esta aleación funde a algunos grados más. La que utilizo no tiene resina y no deja marca. También se puede ver claramente las gotas de refrigerante que se escapaban por los poros de las soldaduras de las camisas. Hasta cuatro veces tuve que repasar estas soldaduras para solventar todas las fugas. Ayudado de un soldador de electrónica y la pistola de aire caliente podía repasar las soldaduras de estaño plata sin deshacer todo el conjunto, manteniendo la temperatura justo por debajo del punto de fusión y trabajando con el soldador para elevar la temperatura y provocar una fusión localizada. Esta caldera tiene potencia de sobras y los calentadores pueden trabajar a 13,5v AC transmitiendo prácticamente todo el calor al aceite gracias a la gran resistencia térmica del inoxidable. Hice pruebas con diferentes tensiones de trabajo, y si bien aumentando la potencia parecía aumentar levemente la velocidad de bombeo de la difusora, delante del peligro de recalentar el aceite y estropearlo preferí hacerla trabajar relajada. |
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Rebajé a
0,7mm de pared una sección de 2cm del cuerpo de
la bomba, (justo por encima del nivel máximo del aceite)
para
comprobar si había mucha perdida de calor a
través de las
paredes de la difusora. No se apreciaron cambios, ni en el reparto de
calor de la caldera ni en el funcionamiento de la difusora. Por tener que repasar las soldaduras de la caldera no quedó la posibilidad de mantener un gradiente térmico entre la base y las paredes de la caldera, pero averigüé que le calor se concentraba en los primeros milímetros de altura, allí donde bañaba el aceite interior, y cuando llegaba a la temperatura de ebullición subía rápidamente hasta la base de la camisa por estar sometido al calor del vapor de los difusores. Así que di por bueno este diseño medio improvisado. Para refrigerar la difusora utilicé el mismo sistema que con la difusora de cobre, que incluso funciona mejor por tener que disipar menos temperatura. Después de varias horas de trabajo, y sin apoyo de ventilador, la temperatura del refrigerante se equilibra en 45°C a la salida de la difusora. |
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Para
realizar la conexión de empalme entre la salida de la bomba
y el
circuito a la rotativa tuve que recurrir a volver a utilizar el taladro
como torno improvisado para pulir la superficie de prensado de la goma. Después de soldar una arandela en un racor de soldar de 3/8, centré el conjunto con las tuercas cónicas de un taco de expansión y fui puliendo la superficie con discos de desbrabar y con papel de lija cada vez mas finos. El resultado debía ser una superficie con pulido espejo y sin rayas. |
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Después
de soldar la base de la caldera y el tapón inferior de la
trampa
para vapores de salida ya tenia casi acabado el cuerpo de la bomba,
sólo faltaba soldar los tubos para el sistema de
refrigeración. En la foto también se aprecia el anillo centrador para la goma de la conexión entre la cabeza y el cuerpo de la bomba, además de la pieza de conexión de salida ya acabada y el sombrero de la trampa para vapores de entrada. Para acabar la conexión de salida utilicé una pieza sobrante de tornería, de las cuales me encontré varias en un chatarrero. Sólo necesitaba los tres agujeros, y ya era una brida de conexión perfecta. |
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En este punto ya
podía empezar a hacer pruebas de hermeticidad:
Primero sometiendo a presión, a todo el conjunto montado, bajo el agua (ver ejemplo), donde encontré fugas en varias soldaduras provocadas por la formación de óxidos durante el proceso de soldado, que convertían al inoxidable en refractario a la plata. Tuve que raspar y lijar las superficies a soldar de nuevo para dejar el material limpio y poder soldarlo otra vez. Más adelante aprendí cómo soldar manteniendo justo el limite de temperatura del inox al punto de fusión de la plata, y evitando así la formación de óxidos de cromo en el inoxidable. Luego vendrían las pruebas de hermeticidad al vacío con sensor de vacío de PT100, haciendo comparativas del tiempo de vaciado y de gaseados respecto al sensor solo, empalmado a la bomba rotativa. Aquí los resultados fueron sorprendentemente buenos, no detecté ninguna otra fuga después de las repasadas inicialmente. Además, ya con una limpieza superficial de las piezas, las comparativas de gaseado con la anterior bomba difusora, de cobre niquelada, daban como ganadora a la de inox por goleada. Indiscutiblemente es un buen material para construir circuitos para alto vacío. En la foto se puede ver la difusora, aun sin los conectores al circuito refrigerante, con el sensor de PT100 en la entrada de alto vacío, y la llave de salida a la rotativa colocada en su sitio. Después de varias pruebas de funcionamiento con la difusora parecía ser la buena y me decidí a acabar el sistema de llaves de conexión del circuito de vacío. Le monté a la difusora la llave principal de conexión a la cámara de reacción, que ya había hecho previamente, cuando estaba testando el sistema que utilizo para construir las conexiones entre tubos de inox (ver aquí). |
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Construí
una pieza de conexión, con forma de "T" múltiple
(en la foto de al lado), para la
sonda PT100 (ver
foto de la sonda) y la llave de vaciado previo de la
cámara de
reacción. ...y acabé el juego de cuatro llaves con una pequeña llave de aireación, que permite comunicar con la atmósfera y manipular la cámara de reacción. Este juego de llaves es parecido al estandar que se utiliza en este tipo de circuitos de vacío, y muy útil para manipular la cámara de reacción sin necesidad de parar la difusora, proceso largo, no sólo de enfriado, sino del reencendido para llegar a tener la capacidad de máximo vacío. Mas teniendo en cuenta que para vaciar una cámara de tamaño medio hasta, digamos..., 10E-7 torr hacen falta varias horas de funcionamiento continuo de la difusora. Al manipular las llaves se ha de tener en todo momento precaución de no someter a la difusora caliente a una perdida de vacío ni en la conexión de salida (o bajo vacío) ni mucho menos en la de entrada (o conexión de alto vacío). El contacto masivo del aceite caliente con el oxigeno atmosférico provoca una rápida oxidación del mismo estropeándolo. |
![]() En la foto no hay ninguna cámara de alto vacío montada. En su lugar hay un tapón que cierra el circuito por arriba. |
El
procedimiento que uso con estas llaves es: 1- Cierro la llave principal de entrada a la difusora (2), y la llave de salida de la difusora (3). 2- Abro la llave de vaciado previo de la cámara (1) y si hace falta la de aireación (4) para reducir el vacío dentro de esta y poder abrirla. Si la campana a vaciar es un poco grande, es imposible abrirla si no deshacemos el vacío interior (también podemos parar la rotativa, pero no por mucho tiempo, la difusora espera...). 3- Cierro la llave de aireación (4) y la de vaciado previo (1) y espero a que la rotativa recupere un vacío razonable. 4- Sólo entonces reabro la llave (3) para recuperar el vacío en la salida de la difusora. En esta posición el sistema es estable permitiéndonos todo el tiempo que necesitemos para manipular la cámara de reacción. la reentrada al vaciado de la cámara es como sigue; una vez sellada la cámara... 1- Cierro la llave 3, abro la 1 y espero hasta que la bomba rotativa ha vaciado completamente la cámara al máximo de su capacidad (normalmente unos 5 o 10 minutos bastan). Es importante no permitir que la bolsa de aire que hay en la cámara entre por la llave 3 a la difusora. 2- Cierro la llave de vaciado previo (1) y reabro la 3 para dar nuevamente vacío inicial a la difusora. 3- Y finalmente reabro la llave principal de entrada a la difusora (2). A partir de este momento ya solo cabe esperar las largas horas necesarias para que el vacío de la cámara llegue al nivel requerido. |
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Lo
primero fue cambiar de nuevo la primera pieza, la que compone la
caldera, por otra reducción 54M /42H nueva, a la que ya no
necesitaba rebajar la pared para conformar el sifón de 1mm
de
ancho que evita la salida de vapor por la base de la caldera.
Recordemos que el diámetro interior del tubo que formaba el
cuerpo de la bomba era de 56mm. Le hice un estrangulamiento con el cortatubos para hacer un tope para la segunda pieza que va encajada dentro, y así mantener la primera tobera justo por encima de la toma de bajo vacío. De esta forma tenía una caldera casi dos centímetros más alta, asegurando el gradiente de temperatura entre la base de la caldera y la camisa refrigeradora. También le hice unas aletas centradoras doblando el borde inferior con un cortacables, y unas muescas para facilitar el retorno del aceite a la caldera. (ver foto inferior) En este punto hice algunas pruebas de funcionamiento de la difusora con aceite de rotativa para poder compararlas más tarde con las modificaciones en los difusores. (En la foto de al lado la difusora cargada con los difusores antiguos) |
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(En
la foto de arriba los difusores ya modificados secándose
después del proceso de limpieza antes de montarlos en la
difusora)
En la foto de al lado los difusores ya montados... Modifiqué la tercera tobera porque consideraba que estaba demasiado cerca de la segunda y se podían interferir los chorros de vapor, así que la alargué. Además, en varios diseños que he podido ver por internet, esta última tobera está más alejada en proporción, que las otras, seguramente es para aprovechar el intenso vacío que generan las demás. También le hice unos agujeros más pequeños, más repartidos y con un caudal común la mitad del que tenían antes. Pensé que si trabaja a baja presión, reducir el caudal contribuiría a producir un chorro definido, a una presión más adecuada, además de aumentar la presión en las toberas de abajo, que trabajan a menor vacío. Y en las pruebas de funcionamiento de la difusora, no se si por esas razones o por otras, funcionó bastante mejor, produciendo una caída inicial más pronunciada, y un nivel de vacío mayor. Así que decidí darlos por válidos. La serie de pruebas con aceite de rotativa habían acabado, y después de una limpieza en profundidad, con agua caliente y jabón, aclarados con agua destilada y enjuagues en metanol..., había llegado el momento de cargarla con aceite de silicona DC-704. Unos 40 ml, de los consumiría 30, que había estado guardando como oro en paño durante más de medio año para la ocasión. (mil gracias a todos los que me están ayudando). |
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Esta es una gráfica de la presión en función del tiempo de la difusora, con los difusores ya modificados. La curva inicial descendente corresponde al vacío que va ganando la bomba rotativa, durante 600 segundos (10 minutos). En este punto conecto la resistencia de la difusora, que tarda poco menos de medio minuto en reaccionar. Como el aceite ha estado en contacto con la atmósfera, al calentarse suelta los gases absorbidos aumentando momentáneamente la presión, como se puede apreciar en la gráfica. |
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Cuando la caldera empieza a producir suficiente presión de vapor de aceite, vuelve a caer la presión en la toma de alto vacío, al principio rápidamente y luego muy lentamente. Al final de la primera gráfica la sonda alcanzó una lectura de 0,12v. tres horas después, de 0,09v. En la segunda gráfica repetí la misma prueba (después de varias horas dejando que se enfriase), pero solo permití a la difusora entrar en contacto con la atmósfera durante 20 segundos. Se puede apreciar que el aceite de la difusora prácticamente no emite gases al calentarse, al no haber tenido tiempo de absorberlos. Es importante pues, en la medida de lo posible, mantener a la difusora permanentemente al vacío para evitar oxidaciones de los difusores y reducir el gaseado. |
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(en la foto de arriba, los accesorios de la difusora secándose después de una minuciosa limpieza, antes de montarla y hacer las pruebas con aceite de silicona DC-704) En esta otra gráfica corresponde a la primera vez que utilicé el aceite de silicona. Después de haber limpiado a conciencia la bomba, haberla montado, y haberla cargado con 30ml de aceite de silicona para bomba difusora de alto vacío, mantuve funcionando la bomba rotativa durante más de una hora, hasta que la sonda marco 0,45v,que era el estándar que me había establecido para el vacío máximo de la rotativa en las pruebas de gaseado y estanqueidad. |
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Deje que entrara
aire durante
20 segundos y repetí el mismo proceso que con las
gráficas anteriores. (600 segundos de vaciado previo con la
rotativa antes de conectar la resistencia de la difusora).
En la gráfica se puede ver como el aceite suelta muchos gases mientras se calienta, por ser la primera vez que se utiliza. Pese a eso, cuando empieza a aspirar la bomba lo hace con mucha más fuerza, llegando a un vacío inicial mayor. Al final de la gráfica la sonda alcanzo un valor de 0,07v, y en ocasiones, desgasificando las partes a vaciar con calor y tiempo, ha llegado a marcar 0,04v. En la foto se puede ver la difusora ya montada y funcionando, vaciando un tubo catódico rudimentario. El tubo lo componen una pantalla de TV en blanco y negro de un video-portero automático antiguo y un emisor de electrones por efecto termoeléctrico compuesto de un cabo de un mini fluorescente viejo. El emisor original del TV dejo de funcionar después de algunas pruebas, tal vez porque el cátodo se estropeó por el bombardeo de los iones positivos del gas residual. La fuente de alta tensión que acelera los electrones es el mismo circuito del portero automático, unos 5000v, con el cátodo conectado al filamento incandescente del fluorescente, y el ánodo a la conexión de MAT de la pantalla. La mancha luminosa de la pantalla son electrones impactando contra el fósforo. Es una mancha y no un punto porque el aparato no tiene ningún mecanismo de enfoque del haz catódico. Con este y otros experimentos realizados llegue a la conclusión de que la difusora ya me proporcionaba el vacío requerido para construir otros aparatos como un acelerador de partículas o un espectrógrafo de masas. |
Espero que ésto le pueda ser útil a alguien, que es la única finalidad de esta página
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