Hornos con atmósferas especiales y ultra vacío

Los hornos de cámara de vacío estándar GLO, LHT, HTK, HBO, HTBL y V-L están equipados de serie con un sistema completo de control de gas inerte. Dependiendo del tamaño y de la temperatura máxima de funcionamiento, están disponibles controles semiautomáticos con caudalímetros o controles totalmente automáticos a través de un PLC con pantalla táctil y caudalímetros másicos.

Todos los hornos de cámara de vacío están equipados de serie con control de gas inerte. Opcionalmente, se dispone de controles de gas adicionales.

Todos los hornos de cámara de vacío están disponibles con la gama completa de bombas de vacío opcionales, como bombas rotativas de paletas, bombas Roots, bombas de difusión y bombas turbomoleculares. En algunos casos, se requiere una bomba de vacío para el uso seguro del horno.

Todos los hornos de cámara de vacío pueden modificarse para trabajar de forma segura con H2, CO, CO2, H2S, H2O, CH4 o C2H4. En principio, un horno de cámara de vacío para su uso con gases reactivos funciona de forma totalmente automática y está equipado con lo siguiente:

• Controlado por SIEMENS S7-300 con panel TP1900 o WinCC
• Instalación para un gas inerte, p. ej. nitrógeno o argón, controlado por MFC (controlador de caudal másico)
• Instalación para un gas reactivo controlado por MFC (controlador de caudal másico)
• Sensor de gas reactivo
• Postcombustión activa para una combustión segura
• Depósito de purga de seguridad
• Certificación SIL 2 para piezas relevantes para la seguridad

Las cuatro tecnologías de bombas de vacío que se describen a continuación pueden alcanzar diferentes niveles de vacío en los hornos con atmósferas especiales. Su nivel de vacío final puede determinarse mediante un método de ensayo estándar definido por la norma PNEUROP, en el que se cierra la brida de conexión y se mide la presión en la brida cerrada de la bomba. Una vez conectada esta bomba a un sistema de horno, hay una serie de factores que influyen en el nivel de vacío final y en el tiempo en que puede alcanzarse. Entre ellos se incluyen: los materiales introducidos por el cliente, la limpieza; la tasa de desorción de las superficies interiores; la desgasificación de la muestra u otros elementos introducidos en la cámara y la tasa de fuga del horno de vacío o de la estufa de secado.

La tasa de fuga del horno o de la estufa de secado es definida y medida por Carbolite. Todas las juntas se seleccionan cuidadosamente para lograr la tasa de desorción más baja posible. Los dispositivos de vacío se limpian antes de la instalación. Sin embargo, la desgasificación de la muestra del cliente, la limpieza en el laboratorio o la humedad del aire ambiente no pueden controlarse. Los sistemas de vacío de Carbolite están diseñados para alcanzar el vacío de trabajo especificado en un tiempo definido por el cliente en condiciones de horno limpio, frío, seco y vacío. Además, un horno de ultra vacío debe purgarse siempre con gas inerte. El horno debe permanecer abierto el menor tiempo posible para que se introduzcan menos contaminantes del aire ambiente.

La bomba turbomolecular consta de varios rotores que giran rápidamente y estatores estacionarios. La velocidad de rotación es superior a 90.000 rotaciones por minuto. La velocidad de los rotores está en el rango de la velocidad de las partículas. Como resultado, el gas se transporta a través de la bomba. En combinación con una bomba de prevacío, el vacío final alcanzable se sitúa en el rango del alto vacío o incluso por debajo. Hoy en día, las bombas turbomoleculares son las más utilizadas para procesos que tienen lugar en el rango de ultra vacío. Se consigue una pureza atmosférica muy alta de la cámara del horno, ya que la bomba elimina fácilmente las partículas pesadas y lentas, como los hidrocarburos, y mantiene las altas velocidades necesarias para evacuar las partículas ligeras y de movimiento rápido.

Las bombas de difusión de aceite no contienen piezas móviles. El principio de funcionamiento se basa en que el vapor de aceite se mueve rápidamente hacia abajo, lo que transporta las moléculas de aire hacia la bomba de prevacío. En la parte inferior de la bomba, el aceite se calienta y se evapora para generar el vapor de aceite necesario para este proceso. El vapor de aceite se desplaza hacia arriba, donde se dirige de nuevo hacia abajo. El aceite se condensa en la pared exterior fría y puede volver a vaporizarse. Se puede conseguir un alto vacío con una velocidad de aspiración muy elevada; sin embargo, con este tipo de bomba, no es posible evitar que algunas moléculas de aceite permanezcan en la cámara del horno.

La bomba Roots está diseñada para el tratamiento térmico en la gama de vacío fino. La cámara de vacío de la bomba no está engrasada y consta de dos émbolos giratorios, que giran uno contra el otro. Los émbolos se fabrican de forma muy precisa con una separación extremadamente pequeña entre ellos y las paredes de la cámara de vacío de la bomba. Para utilizar la bomba Roots se necesita una bomba de prevacío.

La bomba rotativa de paletas es una bomba de prevacío y la que se utiliza con mayor frecuencia. Esta bomba está disponible en versión de una o dos etapas. La bomba se utiliza para la evacuación directa de la presión atmosférica y tiene una velocidad de rotación de aproximadamente 1.500 revoluciones por minuto a través de una válvula rotativa. El volumen de la pala en el interior de la bomba se lubrica con aceite y la válvula radial móvil transporta el gas a la tobera de salida. En el horno se alcanza un vacío aproximado o, en el mejor de los casos, el principio de la gama de vacío fino.

Si el cliente lo solicita, se pueden configurar sistemas de vacío especiales, por ejemplo, si se van a utilizar gases reactivos, se especifican bombas sin lubricación o con lubricación especial. Para aplicaciones especiales, se pueden suministrar bombas de membrana, criobombas, bombas de absorción de iones y otras bombas.

Existen varias soluciones de postcombustión para la mayoría de los hornos. El tratamiento más seguro de los gases de escape para los hornos de cámara de vacío es la postcombustión activa con una llama de metano o propano. Para ello, recomendamos una tubería de salida de gases calentada entre el horno y la postcombustión para evitar la condensación de los gases de combustión o pirólisis. Con este concepto, se minimiza el mantenimiento del sistema de gases de escape, lo que constituye una solución conveniente para la producción.

La retorta metálica cuenta con una tapa plana desmontable que está fijada a un sellado de arena en la parte superior de una base profunda y está disponible para los hornos estándar CWF y GPC. Las conexiones de entrada y salida de gas montadas en la parte frontal se extienden a través de ranuras en la puerta del horno. La retorta y el horno deben pedirse juntos, ya que el horno está modificado para poder utilizarse con y sin la retorta.

En este horno estándar se colocaron placas de carburo de silicio para proteger los elementos calefactores de la desgasificación de las muestras.