Campanas para vacío. 

 

La campana o cámara de vacío es el espacio hermético en que se realizan las reacciones, procesos o manipulaciones en las condiciones de baja presión requeridas. Generalmente la campana es un espacio de experimentación y a veces conseguidos unos resultados se construyen aparatos o cámaras especialmente adaptadas a este fin. La campana es generalmente un espacio construido con versatilidad, capacidad para adaptarse a muchas situaciones o experimentos diferentes a la cual llegan la mayor parte de las tomas de vacío, introducción de gases, medición, corrientes etc . La cámara de vacío debe ser de apertura fácil para poder modificar la situación de los componentes o cambiar los materiales a tratar, debe resistir la presión del aire atmosférico, el calentamiento que puede suponer descargas eléctricas internas y a veces el efecto de agentes corrosivos. En nuestro caso además la campana debe ser muy muy económica.

La forma mas tradicional de una campana de vacío es una recipiente cilíndrico terminado en una cúpula esférica que esta apoyado en una base metálica plana sobre la cual se realiza el cierre de el vacío. A través de esta base metálica se suelen hace pasar las tomas descritas con anterioridad. Las campanas comerciales suelen ser de unos 25 cm de diámetro y 30 cm de altura, o mayores. Hay campanas realmente monstruosas, como por ejemplo las empleadas para metalizar los espejos de los grandes telescopios. Para tener una idea de precio, una campana de este tamaño comercial cuesta unos 600 euros, sin contar con la base.

Las campanas se fabrican en vidrio pirex, de al menos 4 mm de espesor para que soporten bien los cambios de temperatura y la presión atmosférica. Téngase en cuenta que una campana de este tipo soporta normalmente una presión equivalente al peso de 500 kg. La cúpula semiesferica es imprescindibles para campanas de las dimensiones descritas ya que asegura una buena trasmision de los esfuerzos mecánicas necesarios para que el vidrio no implotó. Tengo que nombrar que yo mismo emplee un vaso de precipitados de pirex de 10 litros de capacidad como campana que me implotó después de unos minutos de uso debido a que tenia la base plana. ( tampoco era de pareces excesivamente gruesas)

Una característica deseable de las campanas es que no desgaseen, es decir que sus pareces no desprendan gases ya sea por adsorción superficial o por porosidad. En experimentación es muy adecuado el vidrio ya que permite ver lo que ocurre en el interior de la campana. Sin embargo las campanas de metal sobretodo de acero inoxidable son mejores que las de vidrio ya que permiten ser calentadas fuertemente para eliminar los gases de la superficie. Estas campanas suelen llevar mirillas de vidrio o cuarzo para observar el interior. Como se ha nombrado, el acero inoxidable es un buen material tanto para las bases de las campanas como para la campana completa pero a veces mecanizar o soldar este acero no resulta fácil por lo que se suele utilizar mucho el aluminio, metal que tampoco resulta malo.

El cobre no es un metal especialmente adecuado ya que su superficie absorbe gases. El latón es mucho peor, sobretodo si se pretende trabajar a vacíos muy altos, ya que el zinc que compone el latón tiene una presión de vapor muy alta. No obstante el cobre y el latón si se estañan resultan suficientemente buenos.

Antes de construir tu cámara de vacío te conviene saber algunas cosas sobre interconexiones de vacío. Pincha aquí para leer una articulo sobre este tema.

La campana mas pequeña , la "CUBATA".

Dice el refrán, que ande o no ande caballo grande. Esto sabemos que no es cierto del todo. En efecto una campana de vacío grande, es mucho mas cara, tarda mucho mas en conseguir un vacío adecuado y resulta mucho mas difícil de manipular y mantener. Yo mismo termine por construir una campana pequeña después de están mas de dos años trabajando con una grande. Llamo a esta campana "la CUBATA" porque tiene un volumen interior de un 500 cc, mas o menos el de un vaso para tomarse un buen cubata, su coca-cola, bien de ron y bien de hielo.

La mayor virtud de esta campana es que emplea vasos de vidrio pirex de paredes gruesas, muy aprovechables y con un precio de 10 euros la docena. De esta manera una vez construida la base se pueden tener diferentes campanas con diferentes utillajes dependiendo de lo que se quiera hacer. Y si se rompe no pasa nada. Por contra imagínese uno el disgusto de romper una campana de 600 euros.

Los vasos que yo empleo son de la marca Bodum y tienen aproximadamente 90 mm de diámetro y 90 mm de altura. De la misma marca existen otros vasos que tienen 150 mm de altura en vez de 90. Estos vasos también se pueden utilizar cuando se requiera un volumen de cámara mayor ya que además son compatibles con la base. Personalmente he comprado estos vasos en "la Oca" aunque supongo que también se pueden encontrar en otros establecimientos.

Por supuesto que se pueden emplear otros vasos. Simplemente acomodar las dimensiones.

 

Construcción de la cámara.

La cámara de vacío se compone de la campana y la base. Para la construcción de la base se parte de un cilindro de aluminio de 90 mm de diámetro y 45 mm de altura.

 

Con el torno se planean las dos caras del cilindro de aluminio. Después se rebaja el borde para que el vaso( con un poco de holgura ) entre en la campana 6 u 8 mm. Después se hace una acanaladura circular para alojar una junta tórica de neopreno de 4 o 5 mm. Esta junta es la que va a garantizar la estanqueidad de la cámara. La junta queda protegida de las descargas porque esta mas baja que la superficie del cilindro.

En la parte inferior del cilindro puede hacerse un agujero ciego, centrado y roscado con M6 o M8 para sujetarlo a un vástago o una plataforma. Los conductos con el exterior de la cámara de vacío se realizan por todo el perímetro del cilindro. Por eso es tan grueso. Lo mas frecuente es preparar cuatro conexiones: Vacío, introducción de gases, medidor de presión y ventilación. Cuatro conexiones que pueden quedar separadas 90. Mecánicamente es más sencillo hacerlas a través de la base, pero luego se monta un lío de collarines que no funciona.

Por ello conviene hacer cuatro orificios ciegos de 10 mm de diámetro a 28 mm del centro. Los orificios deben tener una profundidad de unos 6 u 8 mm menos que el grueso de la base de aluminio. El orificio que vaya destinado a la toma de vacío puede agrandarse hasta un diámetro de 15 mm para mejorar la conductancia del vacío. Lateralmente se realizan otras perforaciones que conecten con estas. Inicialmente convienen que sean de unos 8 mm de diámetro en espera de la decisión de que aparatos se van a conectar. La toma de vacío se debería hacer con un flanco QF16 de aluminio. Ambas piezas se pueden unir mediante roscado sellando la rosca con epoxi para vacío o alojando en el final una junta de neopreno. A pesar de que sea un poco mas caro recomendamos que en resto de las tomas se haga exactamente lo mismo, de esa manera la campana es mas flexible y los instrumentos y controles mas versátiles.

 

Preparación de la campana.

Como se ha comentado anteriormente la campana es un simple vaso de vidrio Pirex de 500 cc de capacidad de la marca BODUM. El la mayor parte de los casos el vaso cierra perfectamente contra la junta tórica sin mas que mojar ligeramente la junta con grasa o aceite para vacío. Si hay dificultades para hacer el cierre hermético conviene planear el borde del vaso. Para ello colocar un folio de papel esmeril al agua de grano 200 sobre una superficie bien plana. Mojarlo con un par de cucharadas de agua y apoyar el vaso por la boca moviéndolo haciendo la figura de un ocho contra el papel esmeril. De vez en cuando limpiar el borde del vaso y observar si toda la superficie del mismo esta siendo atacada por el esmeril. Continuar la tarea hasta que consideremos que el vaso esta suficientemente plano.

 

 

 

 

 

 Preparacion de

 

 

 

 

 

 

 

Mi campana "cubata" después de haber sufrido unas sesiones de sputering. Obsérvese que frecuentemente se recubren de metales las paredes de la cámara. Tal como esta construida se pueden soltar todas las piezas metálicas y meter el vidrio en ácido para dejarla como nueva.