Cómo ahorrar helio en las pruebas de detección de fugas con Helio (al vacío)
La detección de fugas suele basarse en el uso de helio como gas trazador, principalmente.
Cómo ahorrar helio en las pruebas de detección de fugas con Helio (al vacío) debido a sus propiedades ideales. Se prefiere el helio como gas trazador porque:
- Tiene una concentración muy baja en el ambiente, de modo que el gas que se escapa de una fuga puede distinguirse con fiabilidad del aire circundante
- Es inerte y no reacciona con ningún otro medio
- Es poco probable que el aire circundante este contaminado por emisores externos.
- No es perjudicial para la salud y es amigable con el medio ambiente
Sin embargo, el consumo de helio influye en el coste de producción. Por ello, muchos usuarios buscan formas de ahorrar helio en las pruebas de fugas en vacío. En este artículo te explicamos cómo se puede ahorrar helio, los pasos que hay que seguir para hacerlo y qué hay que tomar en cuenta.
Trabajar con concentraciones más bajas de helio
Para muchas aplicaciones industriales, no es necesario trabajar con helio puro. El helio, como gas inerte, puede mezclarse simplemente con aire y la mezcla puede utilizarse para pruebas de detección de fugas. Sin embargo, para ello hay que tener en cuenta un par de cosas.
Controlar adecuadamente la concentración de helio en la mezcla
Para obtener resultados precisos en las pruebas de fugas, es importante controlar adecuadamente la concentración de helio en la mezcla de gas trazador que se utiliza. Cualquier variación en la concentración provocará una variación en la tasa de fuga de una forma exponencial.
Por ejemplo: Para la prueba de detección de fugas se utiliza una mezcla de helio en aire al 10%. Si la concentración de helio fluctúa en ±1% (de modo que la concentración de helio fluctúe entre el 9 y el 11%), se producirá una desviación de la tasa de fugas detectada de ±10% (= 1% / 10%). |
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Para una detección de fugas precisa, la concentración de la mezcla de helio debe controlarse en el rango del 5% de la concentración absoluta. (Es decir, en nuestro ejemplo de una concentración de helio del 10%, la concentración debería estar siempre entre el 9,5 y el 10,5%). Una desviación del 5% para la tasa de fuga significa, por ejemplo, que una tasa de fuga de 2-10-5 mbar-l/s se muestra como una tasa de fuga de 2,1-10-5 mbar-l/s.
Utilizar un detector de fugas preciso.
Si desea trabajar con helio diluido, debe tener en cuenta que el detector de fugas sólo reaccionará a la parte de helio del gas trazador. Por lo tanto, debe asegurarse de que la cantidad más pequeña de helio seguirá detectándose de forma confiable. Por ejemplo, si se trabaja con un 10% de helio en la mezcla de gas trazador, el detector de fugas debe ser capaz de detectar fugas una década más pequeñas que la tasa de fuga real a detectar, en este caso, 1/10 de la tasa de fuga.
Cómo adaptar su proceso de detección de fugas al helio diluido
Si desea trabajar con helio diluido, deberá tenerlo en cuenta en su procedimiento operativo estándar de detección de fugas. Esto afecta principalmente en la forma de calibrar el detector de fugas y de configurar el nivel de disparo. Puede compensar la concentración menor de helio ajustando el valor de disparo O ajustando la tasa de fuga en la calibración
TIP Los detectores de fugas por sniffer de INFICON permiten introducir la concentración de helio utilizada en el menú del detector de fugas y el software del detector de fugas realiza todos los ajustes automáticamente - para un uso fácil y fiable del gas trazador diluido. |
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Para ajustar el valor de disparo, el nuevo nivel de disparo debe ajustarse al valor original multiplicado por la concentración de helio.
Ejemplo Si desea probar una tasa de fuga de rechazo de 2-10-5 mbar-l/s, y pretende trabajar sólo con helio al 10%, su nivel de disparo debe ajustarse a 2 · 10-5 mbar·l/s · 10% = 2 · 10-6 mbar · l/s Si desea probar una tasa de fuga de rechazo de 3-10-6 mbar-l/s y pretende trabajar sólo con helio al 30%, su nivel de disparo debe ajustarse a 3 · 10-5 mbar·l/s · 30% = 9 · 10-6 mbar · l/s |
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Alternativamente, si desea compensar la concentración de helio durante la calibración, la forma más obvia sería calibrar con una fuga de prueba que también esté llena con la concentración de helio que se utilizará posteriormente para el proceso de prueba de fugas. Sin embargo, también se puede calibrar correctamente con una fuga de calibración llena de helio puro. Para ello, basta con ajustar la tasa de fuga de calibración según el porcentaje de helio. El índice de fuga utilizado en los ajustes de calibración debe ser el índice de fuga de la fuga de prueba dividido por la concentración de helio.
Ejemplo Para la calibración se utilizará una fuga de calibración de 3-10-6 mbar-l/s. El sistema utilizará una mezcla de 10% de helio en aire. Por lo tanto, sólo el 10% del gas que escape de las fugas será helio. En ese caso, se puede utilizar un ajuste de la tasa de fuga de 3 · 10-6 mbar . l/s / 10% = 3 · 10-5 mbar · l/s |
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en la rutina de calibración y el sistema mostrará correctamente todos los índices de fuga detectados después de la calibración.
Si utiliza la misma fuga de calibración, pero pretende trabajar con un 30% de helio, sus ajustes de calibración deben adaptarse a
3 · 10-5 mbar . l/s / 30% = 1 · 10-4 mbar · l/s
Tenga en cuenta que, para este enfoque, el valor de activación no debe modificarse con respecto a su valor original.
Utilizar un detector de fugas con buena precisión
Al trabajar con una concentración menor de helio, la señal de helio del detector de fugas se acercará más al límite de detección de los detectores de fugas. En este caso, es especialmente importante no calibrar con fugas demasiado pequeñas, por ejemplo, con una tasa de fuga equivalente a la tasa de fuga de rechazo. Una tasa de fuga equivalente a la tasa de fuga de rechazo estará ahora cerca del límite de detección del detector de fugas y dará lugar a una calibración menos precisa (como se describe en detalle aquí en el primer consejo: Los 5 principales errores de calibración y cómo evitarlos).
Un enfoque mejor es calibrar con una fuga mayor para obtener una calibración precisa y repetible. Sin embargo, esto requiere una buena linealidad de la señal de medición. Para trabajar con helio diluido, es aún más importante utilizar equipos de comprobación de fugas de alta precisión. Una fuga de verificación con una tasa de fuga equivalente a la tasa de fuga de rechazo puede utilizarse para la cualificación del sistema de prueba o la prueba de autorización de fábrica.
Uso de la omisión dinámica del fondo en la detección de fugas en vacío
Trabajar con helio diluido ofrece el mayor ahorro para piezas de mayor volumen. Sin embargo, en las pruebas de fugas en vacío, el proceso de evacuación de la cámara tardará un poco más, ya que habrá que esperar a que baje el nivel de fondo cuando se trabaje con concentraciones más bajas de helio. Para superar este problema, INFICON ha introducido la supresión dinámica de fondo I-Zero (pendiente de patente). La excelente repetibilidad y linealidad del sistema de detección LDS3000 permite predecir con precisión cómo disminuirá la señal de fondo para que un algoritmo de software inteligente pueda tenerlo en cuenta. I-Zero le permitirá medir de forma fiable pequeñas tasas de fugas en un fondo que sigue disminuyendo sin perder fugas. La predicción de fondo I-Zero permite un inicio rápido de la medición, lo que permite un enorme ahorro de helio sin sacrificar el rendimiento.
Recuperación y reutilización del helio
En muchos procesos industriales, la recuperación de helio puede utilizarse para reducir el consumo de helio. Para la recuperación de helio, el helio se recupera de la pieza que se va a comprobar después del proceso de detección de fugas. Normalmente, sólo se recupera la parte de sobrepresión del llenado de helio, es decir, si una pieza se llena con 5 bares de helio para la prueba de fugas, el helio se purgará de nuevo en un sistema de suministro de gas trazador hasta que la presión en la pieza haya disminuido a la presión atmosférica. En ese caso, pueden recuperarse 4/5 = 80% del helio. El helio restante permanecerá en la pieza para su suministro.
Con un sistema de recuperación de helio, la cantidad de helio en el sistema disminuye con cada ciclo de pruebas. Por lo tanto, el sistema de recuperación de helio debe rellenarse con helio fresco para mantener una concentración constante de helio. En nuestro ejemplo, el sistema debe rellenarse con el 20% del volumen de helio de la parte interior en cada ciclo de pruebas.
Los sistemas de recuperación de helio también pueden utilizarse con helio diluido. En ese caso, la cantidad de helio para rellenar el sistema es significativamente menor. Si se utiliza un 10% de helio en aire, el sistema sólo necesita rellenarse con un 10% de helio del 20% del volumen de la pieza interior = 2% del volumen de la pieza interior de helio para cada ciclo de prueba.
Calidad del helio utilizado
El helio se ofrece en diferentes grados de pureza:
| Grado de helio | Pureza del helio |
|---|---|
| Helio 5.0 | 99,999% de helio y 0,001% de impurezas |
| Helio 4.0 | 99,99% de helio y 0,01% de impurezas |
| Helio 3.0 | 99,9% de helio y 0,1% de impurezas |
| Helio 2.0 | 99% de helio y 1% de impurezas |
| Helio 3,5 | 99,95% de helio y 0,05% de impurezas |
Incluso el helio de menor pureza tendrá sólo un 1% de impurezas y, por tanto, provocará un error en el índice de fugas del 1%. Incluso si este helio de baja pureza se utiliza como una mezcla al 10% con aire, el error en la tasa de fuga debido a las impurezas será sólo del 1%.
Normalmente, los grados de menor pureza se venden a precios más bajos. Cualquier grado de helio, incluso hasta el helio 2.0, puede utilizarse para la detección de fugas sin ningún problema. Por tanto, puede utilizar el grado con el precio más bajo.
Bajar la presión de llenado de las piezas
Algunos usuarios han pedido que se reduzca la presión de llenado de las piezas (de modo que se necesite menos helio para llenarlas) y luego se compruebe si la tasa de fugas es menor. La tasa de fugas suele cambiar con la presión a la segunda potencia, es decir, si se reduce a la mitad la presión de llenado, se observará aproximadamente ¼ de la tasa de fugas solamente.
Aunque esto es matemáticamente cierto, hay otros factores que influyen en los índices de fuga. Hay fugas que sólo pueden abrirse a una presión más alta y, por lo tanto, pueden tener un índice de fuga muy bajo a una presión de llenado baja, pero un índice de fuga mucho mayor a la presión de funcionamiento. Por lo tanto, recomendamos realizar siempre las pruebas con una presión de llenado de gas trazador equivalente a la presión de funcionamiento.
Conclusión
Cuando se combina el uso de helio diluido con la recuperación de helio, la cantidad total de helio utilizada puede reducirse a menudo en más de un 90%. Para ello, se requiere un control adecuado de la concentración de helio, así como un detector de fugas de alta sensibilidad y precisión.
Póngase en contacto con nosotros si desea reducir su consumo de helio. Nuestros expertos