Sistema de cierre para alto vacío

contrucción en acero inoxidable, fácil de hacer... barato... versátil...

En el siguiente ejemplo planteamos la construcción de dos piezas, a la izquierda de la imagen la cápsula que contiene el sensor,  a la derecha el cuerpo mismo del sensor en el que se puede apreciar la PT100. El pasacables al circuito de vacío está construido aprovechando un transistor de potencia estropeado al que le hemos desmontado la cápsula de protección y le hemos soldado unas extensiones a las patas. El transistor utilizado es un MJE15022 con la base ancha. He probado varios diseños de fabricación de encapsulados de transistores similares y los de base fina me han dado problemas de fugas en los botones de cristal que sujetan las patas. También es importante realizar la soldadura del transistor al tubo con plata estaño, (soldadura blanda de fontanero, (fusión 243 celsius)) para no recalentar el cristal y producir porosidades. Si le damos un baño de soldadura fuerte ( Plata al 40% (fusión 680 celsius)) al final del tubo, la plata estaño suelda sin problemas encima. La parte más laboriosa del proceso es el pulido de la superficie de cierre, realizada a mano con papel de lija al agua con un grano cada vez más fino, hasta conseguir una superficie lisa y brillante como un espejo y sin ralladuras aparentes.

Para contruir las piezas hemos utilizado dos trozos de tubo de inox de 28 mm de diámetro exterior, dos arandelas de ala normal de tornilleria de 28 mm de diámetro interior, a las que le hemos realizado tres agugeros de 5,5mm; un trozo de tubo centrador de aluminio de 26mm de diamentro, tres tornillos y sus tuercas de métrica 5mm de 20mm de largo, una goma tórica de 24mm de diametro interior y 3mm de sección. También hemos usado un rácor de latón cromado para hacer el empalme al circuito, montado encima de un trozito de chapa circular de inox de 0,5mm de espesor, soldada al extremo del tubo largo, a modo de tapon y que no se aprecia en la foto, con un orificio en el centro. Escogí 28mm de diámetro porque lo hacia compatible con otra sección del circuito de vacío que ya habia realizado en cobre. El diámetro de las conexiones es arbitrario, pero es importante utilizar siempre el mismo para hacer compatibles todas las piezas entre si. Antes de escoger un diámetro para las conexiones se debe tener en cuenta que sea suficientemente ancho para mejorar los caudales de vaciado en alto vacío, pero también que podamos encontrar arandelas para las conexiones sin problemas (no se fabrican en todas las medidas). La conexión con el circuito de vacio que utilicé para el sensor, con un rácor cromado rosca gas, también es un lastre de un diseño anterior, pero se puede contruir  al gusto. En mi caso, tambien tuve que platear primero el tapón del tubo para poder soldar el rácor con estaño plata sin derretir el latón ni estropear el cromado.

	En este otro ejemplo planteamos la contrucción de tres piezas. La primera es una pieza de interconexión que en un principio será solo un alargador, sin más secreto que un trozo de tubo de 28mm y dos arandelas para realizar las bridas, (pero que en un futuro tengo previsto ampliarla para que sea una T multiple donde empalmarán las válvulas de aireado y de conexión directa con la bomba rotativa de la cámara de reacción del sistema de vacio) Las otras dos son piezas para ralizar la conexión de una válvula de bola de 3/4 de pulgada de latón cromado de alta presión al circuito de vacio. A la hora de decidir qué patrón seguiremos para realizar los agujeros en las arandelas de interconexión debemos tener en cuenta que hay que dejar suficiente espacio para albergar la goma tórica entre los tornillos y el tubo centrador, y que debe haber suficiente superfície de prensado para la goma. Una vez decidido el diseño, es conveniente realizar un patrón con una arandela que guardaremos para en un futuro copiar siempre las mismas medidas en todas las conexiones. En mi caso realizo tres agujeros de 5,5 mm, a unos 3mm del borde interior de la arandela, y la arandela patrón tiene los agugeros realizados en 3mm para facilitar el centrado de los agujeros de las copias. Una de las piezas de acople de la llave la realicé con seis agujeros, tres con el patrón nuevo de inox y tres con el patrón que utilizaba anteriormente en las conexiones de cobre, para que sirviera de pieza  de interconexión entre los dos patrones de agujeros.
	Las piezas de conexión de la llave estan realizadas con dos piezas de inox de rosca 3/4" para soldar, compradas en ferreteria, y dos arandelas de ala ancha de 26mm de interior de tornilleria de inox, (26mm simplemente porque son las que encajan en el manguito, como se ve en la foto). La soldadura la realizamos por las dos caras sin preocuparnos demasiado por las rebabas ya que después en el proceso de pulido alisaremos las superficies y las eliminaremos.  La pieza de cobre que se observa en la foto, debajo, simplemente es para soportar la arandela en la posición adecuada y asegurar la escuadra con el manguito. Para soldar el inox, utilizo barilla de aporte de plata al 40% sin recubrir porque no he encontrado otra. Cuesta un poco familiarizarse con la técnica de soldadura de inox con plata, es importante no recalentar las piezas para no producir capas de oxidos que impidan que agarre la plata; o no poner demasiado decapante para soldadura (en la foto) para no formar crostas. Pero con pocas horas de pruebas se pilla soltura.
	La limpieza de las piezas, una vez soldadas, la realizaremos con un cepillo de dientes viejo y pasta decapante para limpieza de inox, es un poco cara (unos 50 euros un pote de litro), pero se utiliza muy poco por pieza, apenas una pizca, y nos facilita enormemente la tarea de eliminar el decapante cristalizado y las manchas de calor, dejando las piezas soldadas limpias. El uso de guantes protectores en el proceso de decapado es inapelable, asi como hacerlo en un lugar bien ventilado y a sotavento, solo los vapores ya irritan la piel enormemente. Una vez soldadas, nos queda el pulido. Esta es la parte más pesada de toda la propuesta, por el diseño de estas dos piezas de conexión que nos impide pulirlas sobre una superficie plana.
	El proceso de pulido de estas piezas lo realicé fijándolas a un taladro mediante un tornillo para improvisar un pequeño torno. Los discos de radial son unas buenas herramientas para atacar el inox e ir puliendo paulatinamente la superficie hasta dejarla lisa y brillante. Primero con un disco de desbravar, luego con un disco de corte con un grano mucho más fino, luego con papel de lija grueso, otro más fino y otro mucho más fino al agua, bajando la velocidad del taladro. El resultado debe ser una superficie brillante y sin rayas aparentes por las dos caras de la arandela, al menos en la zona donde debe apoyar la goma para realizar el cierre. Yo empleé toda una tarde para pulir solamente estas dos piezas. Los agujeros en las piezas es aconsejable realizarlos antes de pulirlas, al contrario que como yo lo hice, para evitar que se te parta una broca y te estropee con una raya, justo en la superficie de prensado de la goma tórica, dos horas de trabajo.
	Solamente nos queda comprobar que las soldaduras de las tres piezas realizadas sean herméticas. En esta fotografía podemos  apreciar  de arriba a abajo, el cuerpo del sensor de PT100 conectado al circuito del medidor y al polímero que nos da la lectura, aprovechamos la versatilidad de interconexión de las piezas para empalmar el sensor al final del circuito. Más abajo, la pieza de empalme, que de momento es solo un alargador; la llave de aislamiento de la cámara de reacción a la bomba difusora, con las dos piezas de empalme roscadas a la llave, que hacen el cierre aprovechando el borde de la llave, pulido, para conseguir una superficie de unos 2mm y presionando una goma tórica de 24mm de diámetro interior y  2mm de sección. La llave es una 3/4" de latón cromado de alta presión, es de latón cromado y no de inox por economía, y de alta presión 60pn, porque tienen un doble cierre de goma tórica en el eje del mando que permite mayor hermeticidad. Es importante desmontar la llave y limpiarla de la grasa original y engrasarla con aceite o grasa para vacío para evitar gaseados. Más abajo podemos ver la pieza de cierre de la difusora, aun de cobre, y la boca del cuerpo de la bomba, el termómetro que mide la temperatura de salida del agua y al fondo el radiador del sistema de refrigeración.

	En este tercer ejemplo vamos a construir un tubo de descarga de Geissler con un mini fluorescente de 16mm de diámetro. Cortamos el fluorescente con una fresa de diamante y lo limpiamos del fósforo interior, dejando un poco en la punta que nos servirá como indicador de electrones secundarios con descargas a  baja presión. La pieza de empalme de inox es una de esas sorpresas que a veces te deparan los chatarreros. Buscando provisiones de tubos de inox de diferentes medidas encontré unas 15 piezas, probablemente sobrantes en algún proceso de torneado, con una forma y unas medidas que me encajan de maravilla para empalmar tubos de diámetros pequeños al circuito de vacío. Los chatarreros son unas estupendas tiendas donde conseguir inox. Actualmente muchos procesos industriales lo utilizan abundantemente proporcionándonos desechos de tubos de todas las medidas, aparatos extraños de calderería en inox, llaves viejas, varillas, planchas de todos los grosores, literalmente una montaña de posibilidades. Todo el inox que necesité para construir los ejemplos de esta página y una buena reserva más me costó unos 35 euros, a unos 2 euros el kilo.
	En este caso solamente tuve que agrandar el agujero central de la pieza de empalme hasta 16,5mm y perforar los tres agujeros para los tornillos de apriete. Luego solamente nos queda pegar el tubo a la pieza de empalme con epoxi para vacío y ya está terminado, lo limpiamos, le acoplamos la goma tórica y lo empalmamos al circuito de vacío. En la fotografía no aparece pero posteriormente le acoplé un pequeño tapón con seis pequeñas perforaciones laterales, para evitar que el sputenning de la descarga de alta tensión contamine el resto del circuito de vacío.
	En la fotografía podemos ver el tubo ya montado al circuito de vacío, la conexión (cable azul) al generador de alta tensión, la llave de paso con sus piezas de conexión, y el sensor de vacío nuevamente montado en su cápsula y conectado al circuito de vacío. Más abajo podemos apreciar el cuerpo de la bomba difusora (aun de cobre) y la bomba rotativa previa  (con el piloto encendido). Podemos ver que la llave de paso en la posición de abierta está con el mando a unos 45 grados, este es un detalle importante ya que este tipo de llaves tienen unas cavidades internas, entre los sellos de téflon, que conviene mantener en contacto con el resto del circuito, en el proceso de vaciado, para evitar tener bolsas de aire a presión atmosférica que se soltarán cuando cerremos la llave estropeándonos el vacío.

	Para realizar este cuarto y último ejemplo que exponemos, de este sistema para realizar de conexiones de alto vacío en inox, necesitaremos dos arandelas de ala ancha de 22mm de diámetro interior, dos arandelas de ala normal de 28mm de diámetro interior, una pieza de empalme para tubo pequeño de 15mm  de diámetro interior (que también podemos realizar con una arandela y un trocito de tubo), un trozo de tubo de 15mm, dos trozos de tubo de 22mm y un trozo de tubo de 28mm de diámetro exterior con un agujero lateral de 15mm. Realizamos los agujeros de apriete en todas las arandelas de empalme siguiendo el patrón anteriormente definido, para hacer las piezas intercambiables, y que en un futuro puedan ser usadas en otras aplicaciones.
	A la hora de soldarlas deberemos tener en cuenta que la posición de los agujeros no nos estorben para poder pasar luego los tornillos cómodamente. Además, si los disponemos con inteligencia, podremos después variar el ángulo de las piezas de empalme simplemente dándoles la vuelta. Al soldar las arandelas de empalme también es interesante dejar que sobresalga un milímetro de tubo para que la soldadura quede convexa y sobresalga de la superficie de la arandela (como se ve en la foto), con el fin de obtener después, al allanarla,  una superficie uniforme, plana y sin poros desde el centro del tubo hasta el borde exterior de la arandela.
	El pulido de las dos piezas de empalme con el tubo catódico (a la izquierda), lo haremos con la misma técnica que las piezas de empalme de la llave de paso de 3/4", pero con la salvedad de que solo tendremos que pulir una cara de la arandela. El pulido de la T central (a la derecha),  lo haremos contra una superficie plana y con papel al agua con un grano cada vez más fino, hasta conseguir una superficie brillante y sin ralladuras. Antes de realizar el pulido final, utilicé la radial para preparar la superficie, aplanarla y rebajar las arandelas por la parte externa para conseguir una superficie ligeramente cóncava, de forma que solamente tuve que pulir a mano la parte central de la arandela, que es la que realmente nos interesa para hacer el prensado de la goma tórica.
	El tubo catódico escogido es el de un interfono viejo de portero automático de 7" en blanco y negro, con su circuiteria que funciona, al menos, para proporcionarnos la alta tensión de aceleración de los electrones y el barrido de las bobinas deflectoras. Se alimenta a trabes de un transformador DC de 12v. Éste en cuestión lo conseguí como basura en un taller de montaje y reparación de porteros automáticos. El efecto en la pantalla lo produce la posición de la bobinas deflectoras, que están ligeramente inclinadas, y retiradas de su posición original, provocando que el haz de electrones choque contra las paredes del tubo antes de entrar en la sección en la que el cristal se abre en forma de embudo. Por esto las esquinas de la imagen quedan recortadas en forma circular.
	Cortamos el tubo con una fresa de diamante, con cuidado y paciencia para no romper el cristal. Es importante que no entre mucho polvo de vidrio dentro del tubo al romperse el vacío interior y que eliminemos el que haya podido entrar, por gravedad o soplando ligeramente. No podremos usar aire a presión dentro del tubo porque estropearíamos la superficie de fósforo de la pantalla o el emisor de electrones. Los dos trozos de tubo soldados a las arandelas son de 22mm de diámetro exterior y 20,5mm de interior, precisamente para encajar con el yugo del tubo catódico de 20mm de diámetro. Pegamos las dos piezas de empalme al vidrio con una pequeña cantidad de epoxi para vacío, respetando la posición de las caras pulidas y de los agujeros para los tornillos de apriete.
	En esta otra foto podemos ver el tubo a medio montar. Si nos fijamos, en el interior de la T se ha dispuesto otro trocito de tubo de 22mm para tapar el agujero central y frenar posibles restos de vapores de aceite provenientes de la difusora, que hayan podido escapar a la trampa de vapor, y para hacer contacto con la última sección de la lente electrónica del tubo (que asoma en la foto anterior) y permitir el enfoque del haz de electrones. También podemos ver la goma tórica, que en este caso es de 22mm de diámetro interior y 4mm de sección,  ligeramente más gruesa para salvar la distancia de holgura de 1mm que existe entre los dos tubos a empalmar.
	Y aqui podemos ver el conjunto ya montado. Tenemos que tener la previsión de realizar la limpieza de las piezas que van unidas al vidrio antes de  pegarlas. La limpieza de las piezas de inox la realizaremos primeramente con pasta decapante para eliminar las impurezas de la soldadura, después del lijado y pulido de todas las superficies, tanto interiores como exteriores, (por estética) las fregaremos con abundante detergente y agua caliente, (cuando no hirviéndolas con agua y detergente), aclarándolas posteriormente con agua caliente, y enjuagándolas después con agua destilada para eliminar sales y otras impurezas, para finalmente hacer otro enjuague con metanol puro. El objetivo es eliminar cualquier grasa o impureza que pueda provocar gaseados indeseados dentro del circuito de vacío.
	Luego montamos el conjunto al circuito de vacío para comprobar su hermeticidad. El "secado del aire" del interior del circuito de vacío es una rutina que he asumido como habitual: monto el circuito y compruebo su hermeticidad comparando la recuperación de la presión por gaseado con un estándar que he establecido, y luego hago el vacío hasta el máximo de la rotativa, dejando varias horas o hasta el día siguiente para que se "seque" el aire de las paredes interiores del circuito antes de buscar el máximo vacío de la difusora. La idea de montar un tubo catódico en el circuito de vacío responde a la necesidad de comprobar si la bomba difusora llega hasta el vacío que es necesario para acelerar electrones libres, Esto se hará evidente cuando el tubo vuelva a funcionar correctamente y en cierto modo tengo la esperanza de que sirva como sensor de alto vacío rudimentario. De todas formas, ya es alentador comprobar que al vacío máximo de la rotativa, unas 30 micras, (30 militorr) ya se vislumbra una sombra del haz de electrones impactando contra el fósforo de la pantalla.

Espero que esto le pueda ser útil a alguien, que es la única finalidad de esta página

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