Hélio 101: Aproveitando ao máximo o traço

Tabela 1: Composição da Atmosfera da Terra

Tabela 3: Métodos de teste de gás residual mais comuns

Tabela 2: Detectores de Vazamento Mais Comuns

Figura 4: Análise CFD de Fluxo de Ar de Peças em uma Câmara de Acumulação para Mapear Pontos Cegos

Figura 3: Sistemas de Teste de Vazamento de Acumulação

(à esquerda) Figura 5: Sistema de teste de gás de arraste

(à direita) Figura 6: Tecnologia de purga de nitrogênio

O teste de vazamento de hélio é um dos membros mais antigos e desenvolvidos da família de métodos de teste de vazamento baseados em gás traço. Embora o título contenha a palavra "hélio", este artigo pretende ser uma visão geral dos métodos de gás traço em geral.

Os métodos de gás traço medem vazamentos diretamente, ou seja, visam determinar a quantidade de material que escapa da peça sob teste. Isso está em contraste com outros métodos não baseados em gás traço que medem os efeitos do vazamento (como é o caso do teste de vazamento de queda de pressão). Por causa disso, esses métodos geralmente são capazes de medir vazamentos muito pequenos e podem ser usados ​​para testar peças grandes ou complexas porque o volume da peça não tem efeito direto na confiabilidade do teste.

O hélio tem sido o gás traço dominante de escolha por muitos anos. Nas últimas décadas, escassez ocasional e preços crescentes forçaram a indústria de testes de vazamento a procurar alternativas como uma mistura de hidrogênio/nitrogênio, SF6 e vários refrigerantes.

O gás traço ideal deve:

Fora desta lista, com exceção dos dois últimos, o hélio não tem correspondência. Sua presença ambiente de 5 ppm na atmosfera, natureza inerte e dimensões atômicas muito pequenas o tornam ideal para uso como gás residual.

Vamos revisar os métodos de teste baseados em gás traço comumente usados, observando primeiro como um sistema de teste de vazamento é construído.

Os testadores de vazamento de gás traço têm dois componentes principais:

A precisão do teste de vazamento depende fortemente da concentração e homogeneidade do gás residual dentro da peça. O desafio mais comum é o fato de que as peças geralmente contêm ar quando entram na estação de teste de vazamento. Se a peça for capaz de lidar com vácuo, evacuar esse ar residual usando uma fonte de vácuo dedicada (bomba de vácuo, gerador de vácuo acionado por ar, etc.) é a melhor maneira de garantir alta concentração de gás residual. Quando isso não for possível, a outra opção é permitir que o gás traço flua pela peça (de preferência saindo em um ponto mais distante da porta de carga). O último método pode aumentar severamente o consumo de gás traço e geralmente é a escolha de último recurso.

Uma sequência de carga típica consiste no seguinte:

O gerenciamento de gás, especialmente durante a fase de exaustão, é muito importante: manter altas concentrações de gás residual longe do sistema de detecção de vazamento é a melhor maneira de garantir a repetibilidade dos resultados do teste.

Os sistemas de carga podem variar de algumas válvulas manuais em um manifold conectado manualmente à peça de teste por meio de uma linha de teste até controles de válvula totalmente automatizados e ferramentas de conexão de peças.

Um projeto de ferramenta robusto e confiável é muito importante, especialmente no caso da(s) conexão(ões) da(s) peça(s). Isso ocorre porque qualquer vazamento será adicionado ao vazamento da peça e pode facilmente causar falsas rejeições.

O componente mais importante desses sistemas é o detector de vazamentos. Há várias opções - selecionar a certa requer uma consideração cuidadosa dos requisitos do teste e do custo. Alguns dos tipos de detectores mais usados ​​estão resumidos na Tabela 2.

A sensibilidade do detector de vazamento determina a faixa de taxa de vazamento que pode ser detectada. Dependendo do método de teste, a faixa total do detector de vazamento pode não ser igual à faixa de detecção do sistema de teste. Na maioria dos sistemas de detecção, o detector de vazamento está subamostrando o gás e parte do sinal do gás traço é perdido. Um exemplo típico seria um sistema de teste de vazamento de vácuo forte no qual o espectrômetro de massa de hélio detecta apenas uma parte do hélio que entra na câmara de vácuo.

Tomemos, por exemplo, uma câmara de vácuo maior, como um testador de tanque de combustível. De um vazamento de 10-5 std.cm3/sec para a câmara de vácuo, apenas 10-7 std.cm3/sec atinge o espectrômetro de massa devido à perda de sinal através das bombas de evacuação da câmara.