Sistema en vacío ultraalto (UHV)

Descripción general

• Hornos y estufas diseñados para operar con atmósferas especiales (inertes y reactivas) y en rangos de vacío hasta ultra vacío. Aplicaciones típicas: tratamiento térmico en atmósferas controladas, desbanderizado y sinterizado, procesos con gases reactivos y procesos que requieren niveles de oxígeno muy bajos.

Opciones comunes

• Atmósfera de gas inerte totalmente controlada en hornos de cámara de vacío
• Opción de gases reactivos: H2, CO, CO2, H2S, H2O, CH4, C2H4 y otros (bajo pedido)
• Opciones de bomba de vacío (rotativa de paletas, Roots, difusión, turbomolecular)
• Opción de control de presión parcial
• Opción de postcombustión (térmica, catalítica o con llama de gas propano/ metano activa)
• Atmósfera modificada con retortas metálicas en hornos de cámara estándar
• Placas de SiC para proteger los elementos calefactores en hornos de cámara estándar

1. Atmósfera de gas inerte totalmente controlada en hornos de cámara de vacío
Los modelos de hornos de cámara (p. ej. GLO, LHT, HTK, HBO, HTBL, V-L) pueden entregarse de serie con sistemas de control de gas inerte. El control puede ser semiautomático (caudalímetros) o totalmente automático (PLC con pantalla táctil y caudalímetros másicos). Todas las unidades están disponibles con la gama completa de bombas de vacío opcionales; en algunos casos una bomba es requerida para operación segura.

2. Opción de gases reactivos
Los hornos de cámara pueden adaptarse para trabajar con H2, CO, CO2, H2S, H2O, CH4, C2H4, etc. Un horno modificado para gases reactivos incluye, como norma, entre otros elementos:

• Control SIEMENS S7-300 con panel TP1900 o WinCC
• Instalación para gas inerte controlada por MFC (controlador de caudal másico)
• Instalación para gas reactivo controlada por MFC
• Sensor de gas reactivo
• Postcombustión activa para combustión segura
• Depósito de purga de seguridad
• Certificación SIL 2 para elementos relevantes de seguridad

Por seguridad, el diseño del suministro de gas cumple la norma EN 746-3: la cámara debe estar libre de oxígeno antes del calentamiento o antes de introducir gases inflamables; se controlan todos los estados de seguridad y, en situaciones peligrosas, puede activarse la purga con gas inerte del depósito de seguridad.

3. Opciones de bomba de vacío
Descripción de tecnologías y características principales:

• Bomba turbomolecular: rotores de alta velocidad (>90.000 rpm) para alcanzar alto/ultra vacío; normalmente usada con bomba de prevacío.
• Bombas de difusión de aceite: alcanzan alto vacío con gran velocidad de aspiración; riesgo de trazas de aceite en la cámara.
• Bombas Roots: para vacío fino; requieren bomba de prevacío (no engrasadas en la cámara de vacío).
• Bombas rotativas de paletas: bombas de prevacío, disponibles en versiones de 1 o 2 etapas; uso frecuente para evacuación inicial y control de presión parcial.

Factores que afectan vacío final: desgasificación de la muestra, limpieza, tasa de desorción de superficies, tasa de fugas del horno. Para procesos especiales se pueden suministrar bombas de membrana, criobombas, bombas de absorción de iones, etc.

4. Opción de presión parcial
El control de presión parcial permite mantener un flujo de gas definido a una presión de vacío regulada en el horno. Se requiere PLC (Siemens) con controlador de flujo másico y una válvula de salida de gas controlada neumáticamente para mantener la presión deseada. Rango típico de presión ajustable: 10 a 1000 mbar. La regulación se realiza mediante ajuste del caudal entrante y apertura de la válvula situada antes de la bomba de vaciado.

5. Opción de postcombustión
Soluciones de postcombustión disponibles: térmica, catalítica o con llama activa (propano/metano). La postcombustión activa con llama es la opción más segura para tratar los gases de escape en hornos de cámara de vacío. Se recomienda tubería de salida de gases calentada entre horno y postcombustión para evitar condensación y pirólisis, minimizando el mantenimiento de la línea de escape.

6. Atmósfera modificada con retortas metálicas en hornos de cámara estándar
En hornos y estufas no selladas al gas, la atmósfera modificada se logra por purga con gas inerte y la calidad está limitada (no se alcanzan valores de oxígeno muy bajos). En estufas HTMA (hasta 700 °C) se pueden alcanzar ~50 ppm de O2. Para hornos estándar CWF y GPC existen retortas metálicas estancas para funcionamiento hasta 1150 °C (niveles de O2 hasta 30 ppm). Las retortas se piden junto con el horno (el horno se modifica para poder operar con o sin retorta).

7. Placas de SiC para protección de elementos calefactores
En hornos estándar pueden instalarse placas de carburo de silicio (SiC) para proteger los elementos calefactores frente a la desgasificación de las muestras, mejorando la vida útil de los elementos en procesos agresivos.

Ejemplos

• Horno de cámara HTK: conformidad EN 746-3, equipamiento SIL2 para operación segura con atmósfera de hidrógeno al 100%, temperatura máx. hasta 2200 °C.
• Horno tubular HTRH 18/100/600: longitud de calentamiento 600 mm, temperatura máx. 1800 °C; posibilidad de operación con hidrógeno puro; equipamiento SIL2 conforme a EN 746-3.
• Horno tubular AZ 13/32/360 (8 zonas): longitud de calentamiento 360 mm, temperatura máx. 1350 °C; opción de bomba turbomolecular y control PLC Siemens con pantalla táctil.
• Horno estándar HZS 12/600: configuración con bomba turbomolecular opcional y control de gas inerte.
• GPCMA/174: diseño personalizado con retorta opcional para desbanderizado y sinterizado; conformidad AMS 2750G Clase 1 / Tipo A (ejemplo de aplicación).

Características / especificaciones técnicas

• Control de procesos: PLC Siemens S7-300 con panel TP1900 o WinCC (según configuración)
• Control de gas: caudalímetros y controladores de caudal másico (MFC) para gases inertes y reactivos
• Certificación de seguridad: opciones con equipamiento SIL 2 para componentes relevantes
• Tecnologías de vacío disponibles: bomba rotativa de paletas (prevacío), Roots, difusión de aceite, turbomolecular (ultra vacío)
• Control de presión parcial: rango típico 10–1000 mbar mediante PLC y válvula neumática
• Atmósferas reactivas soportadas: H2, CO, CO2, H2S, H2O, CH4, C2H4 y otros bajo pedido
• Retortas metálicas para operación hasta 1150 °C (niveles de O2 hasta ~30 ppm); estufas HTMA hasta 700 °C (O2 ≈ 50 ppm)
• Opciones de postcombustión: térmica, catalítica o con llama activa (propano/metano)
• Protección de elementos: placas de SiC disponibles para cámaras estándar
• Rangos de temperatura (ejemplos de modelos): HTK hasta 2200 °C; HTRH hasta 1800 °C; AZ/HZS ejemplos hasta 1350 °C
• Consideraciones de proceso: limpieza, desgasificación de muestras y tasa de fugas afectan el vacío final y tiempos de bombeo