Los sellos criogénicos proporcionan un mecanismo de contención mecánica para materiales mantenidos a temperaturas criogénicas, como los fluidos criogénicos . Se encuentran disponibles varias técnicas, incluidas la soldadura y la soldadura fuerte , para crear sellos; sin embargo, se necesitan materiales y procesos especializados para atrapar herméticamente los componentes criogénicos en condiciones de vacío. Los más utilizados son el helio líquido y el nitrógeno líquido , que hierven a temperaturas muy bajas, por debajo de -153 °C (120 K), así como los hidrocarburos con puntos de congelación bajos y las mezclas refrigerantes. [1] [2] Las arandelas de alambre de indio puro o preformas de soldadura se aceptan como los materiales de sellado a bajas temperaturas más confiables. Cuando se forma correctamente, el indio producirá tasas de fuga inferiores a 4,0 x 10 -9 mbar-litro/seg. [3] Los materiales de sellado criogénicos alternativos incluyen sellos cónicos de grasa de silicona y sellos de alambre de Pb/Sn (plomo-estaño). [4]
Historia
El procesamiento criogénico fundamental comenzó en la década de 1940, aunque primitivo. Las herramientas de corte de acero se sumergieron en nitrógeno líquido para mejorar su vida útil.
Los procesos mecánicos que utilizan productos criogénicos se documentaron bien en la década de 1950 y en la década de 1980 se empezó a considerar el almacenamiento y uso de fluidos criogénicos en dispositivos modernos.
Hoy en día, los sellos criogénicos son una necesidad en aplicaciones comerciales, médicas y militares de alta tecnología para encapsular los fluidos criogénicos críticos para la resolución y el funcionamiento del dispositivo. [5]
Aplicaciones
Las aplicaciones que utilizan sellos criogénicos incluyen: [6]
Sellos de indio
Ventajas
Ventajas de los sellos criogénicos de indio:
- Técnicas de diseño establecidas/probadas para el ensamblaje de sellos de indio [7] [8]
- Opción de desmontaje y montaje [3]
- El indio se puede reformar para formar sellos útiles después de su uso [8]
- Suave y maleable a temperatura ambiente, debido al bajo punto de fusión del indio, por lo que rellena imperfecciones. Esto crea una unión impermeable entre las superficies de contacto, creando un sello hermético que permanece maleable a temperaturas criogénicas [1]
- La integridad del sello permanece después del choque térmico desde la temperatura ambiente hasta la inmersión en un baño criogénico [9]
- La calidad del sello es independiente de la composición de la superficie de contacto, por ejemplo, cerámica , germanio , metal o vidrio . [10]
- El indio forma una capa de óxido autopasivante , de 80 a 100 Ǻ de espesor. Esta capa es fácil de eliminar con un grabado ácido, y el metal indio expuesto subyacente se puede comprimir para formar una unión hermética y estrecha. [11]
Desventajas
- Se requiere una estructura mecánica voluminosa para comprimir el indio entre las bridas. [9]
- Las cargas pulsantes provocan el deslizamiento de los sellos de indio, lo que afloja la tensión del perno y reduce así la calidad del sello. [3]
Información de proceso para sellos de indio.
- Las superficies de contacto deben mantenerse lo más limpias posible y pueden limpiarse con acetona . [9]
- El indio limpio y libre de óxido se soldará en frío a sí mismo. Los extremos coincidentes de un sello de alambre se soldarán bajo compresión . [12]
- Una alternativa más confiable a un sello hecho de alambre de indio es un sello que utiliza una arandela de indio. Las arandelas minimizan el riesgo de degradación del sello y fugas criogénicas al eliminar la interfaz entre los extremos conectados del cable. Las arandelas se fabrican como un anillo continuo sin roturas. [9]
- Se deben utilizar tantos sujetadores como sea posible para sujetar el sello de indio. [9]
- El material de indio utilizado debe ser ultrapuro (pureza mínima de 99,9) para evitar el endurecimiento del material a temperaturas bajo cero, así como para restringir las impurezas de elementos con baja presión de vapor. [13]
- El material utilizado para los sellos criogénicos de indio debe fabricarse a partir de material fundido al vacío para evitar la desgasificación después de la fijación en el conjunto.
Pruebas de confiabilidad
- Pruebas de fuga de helio [3]
- Pruebas de choque de temperatura criogénica [9]
Tipos
- Sello compacto de indio
- Sello hermético compresible
- Sello de compresión
- Sello de vacío criogénico
- Sello criogénico desmontable
- Sello de vacío criogénico de indio
- Sellos de brida con junta tórica de indio
- Sello de indio
- Junta tórica de alambre de indio
- Sello de alambre de indio
- Sello de indio de perfil bajo
- Sello de baja temperatura
- Sello de vacío criogénico reutilizable
- Sello de alambre de indio reutilizable
- Sello de alambre criogénico, reutilizable y de bajo perfil
- Sello de metal blando
- Sello compatible con vacío
- Sello compatible al vacío a temperatura criogénica
- Sellado de juntas de esquina
- Sello de junta frontal
Fabricantes
- Corporación Indio
- CMR-Directo
- Garlock Helicoflex Archivado el 8 de agosto de 2011 en la Wayback Machine.
- APUNTAR
- ESPI Metales
- Sello
- Kapton® Archivado el 31 de agosto de 2011 en Wayback Machine.
- Mylar®
- Extrusión de alambre de indio
enlaces externos
- Constantes físicas del indio puro Archivado el 25 de septiembre de 2011 en la Wayback Machine.
- Un sello de alambre criogénico, reutilizable y de bajo perfil
- Corrosión de soldaduras a base de indio
- Indio comprimido en sellos herméticos
- Manual del operador del sistema HelioxTL - Manual genérico del sistema
- Sociedad Criogénica de América, Inc.
- VIDEO que muestra cómo hacer un sello de indio en un sistema criogénico
Referencias
- ^ ab Alambre de indio y sellado criogénico
- ^ Organización europea para la investigación nuclear: introducción a la criogenia
- ^ abcd Diseño, desarrollo y prueba de sellos compatibles con el vacío a temperaturas criogénicas Archivado el 27 de septiembre de 2011 en Wayback Machine.
- ^ Stewart, médico; Koutroulakis, G; Kalechofsky, N; Mitrović, VF (2010). "Un sello de alambre criogénico, reutilizable y de bajo perfil". Criogenia (Guildf) . 50 (1): 50–51. doi :10.1016/j.cryogenics.2009.09.009. PMC 2805154 . PMID 20161550.
- ^ Un poco de historia criogénica Archivado el 25 de noviembre de 2011 en la Wayback Machine.
- ^ Aplicaciones para gases criogénicos licuados almacenados Archivado el 2 de noviembre de 2011 en la Wayback Machine.
- ^ Servicio de vacío para un Gemini 200 NMR Archivado el 28 de septiembre de 2011 en la Wayback Machine.
- ^ ab Indio y sellos de vacío
- ^ abcdef Sello de indio compacto para ventanas ópticas criogénicas
- ^ Opciones de sello criogénico desmontable
- ^ "Indio para sellar". Archivado desde el original el 25 de septiembre de 2011 . Consultado el 29 de agosto de 2011 .
- ^ "Soldadura en frío de indio". Archivado desde el original el 29 de septiembre de 2011 . Consultado el 29 de agosto de 2011 .
- ^ Neuhauser, Robert G (1979). "Selladores de vacío de metal blando fabricados a presión para vidrio y cerámica". Vacío . 29 (6–7): 231–235. Código bibliográfico : 1979Vacuu..29..231N. doi :10.1016/S0042-207X(79)80644-2.
