Projetando para Vácuo – Os Segredos da Construção Interna de Aquecedores de Cartucho Confiáveis
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A parte externa de um aquecedor de cartucho para serviço a vácuo se parece muito com a parte externa de um aquecedor para serviço atmosférico. A bainha é feita do mesmo aço inoxidável ou Inconel, tem o mesmo diâmetro e o mesmo layout dos terminais. Mas um aquecedor de cartucho-com classificação a vácuo é um dispositivo completamente diferente por dentro. Você não consegue ver as diferenças, mas elas são muito importantes para o desempenho. Conhecer esses mistérios sobre como as coisas são construídas por dentro ajudará você a entender por que os aquecedores a vácuo são mais caros e por que os custos de produção podem levar ao fracasso.
O isolamento de óxido de magnésio é o que faz um aquecedor de cartucho funcionar. Em aquecedores típicos, o MgO é embalado com uma densidade específica, mas ainda existem pequenos buracos nele. Há ar nesses espaços vazios. O ar é seguro à pressão normal. No vácuo, o ar sai da bainha, deixando para trás áreas vazias que diminuem a condutividade térmica e formam pontos quentes. Aquecedores de cartucho a vácuo usam MgO que não é apenas mais puro, mas também mais denso, o que reduz a quantidade de espaço vazio. Algumas empresas usam embalagem vibratória e depois estampagem para chegar muito perto da densidade teórica.
A densidade do MgO é tão importante quanto a sua pureza. O MgO padrão contém umidade e outros compostos voláteis que foram adsorvidos. Quando o aquecedor do cartucho funciona no vácuo, esses contaminantes liberam gases, o que pode sujar a câmara e até causar vazamento elétrico. Antes da montagem, o MgO de grau de vácuo é submetido a um procedimento específico, geralmente cozido em alta temperatura sob vácuo, para se livrar da umidade e de outras substâncias voláteis. Em seguida, a substância é tratada em ambientes controlados para evitar que seja reabsorvida.
O fio de resistência em um aquecedor de cartucho a vácuo é submetido a diferentes tipos de tensão do que no ar. O fio fica mais quente com a mesma tensão se não houver resfriamento convectivo. O isolamento entre as bobinas deve ser capaz de suportar temperaturas mais altas sem quebrar. São empregadas ligas de níquel-cromo que funcionam bem e ocasionalmente apresentam melhores características em altas-temperaturas. Aumentar o diâmetro do fio pode diminuir a densidade da corrente e fazer com que o fio dure mais.
O pino frio, onde o fio de resistência se conecta ao terminal, é um ponto de transição muito importante. Este local pode causar liberação de gases e possível falha em aquecedores de cartucho comuns. Transições soldadas com poucos elementos orgânicos são comuns em projetos de vácuo. Alguns projetos tornam o pino frio mais longo, de modo que a vedação do terminal fique mais distante da zona quente. Isto reduz o estresse térmico na vedação.
Não deve haver costuras na própria bainha ou as costuras devem ser unidas com soldas de penetração total que sejam herméticas. Quaisquer buracos ou fusões incompletas tornam-se uma forma de ocorrerem vazamentos. No vácuo, um pequeno vazamento que seria difícil de encontrar na atmosfera pode permitir a entrada de ar ou a fuga de gás. Para garantir que sejam seguros, aquecedores de cartucho{4}}a vácuo normalmente são verificados quanto a vazamentos de hélio.
As vedações dos terminais são talvez a diferença mais óbvia. A maioria dos aquecedores de cartucho padrão usa vedação de epóxi ou silicone barata e eficaz que funciona bem no ar. Esses materiais liberam gases e se decompõem no vácuo. Vedações de cerâmica-para{4}}metal, vedações de vidro-para-metal ou vedações de compressão com juntas metálicas são usadas em aquecedores a vácuo. Essas vedações são herméticas e deixam escapar muito pouco gás.
Com base no que vimos, uma das maneiras mais comuns de falha dos aquecedores de cartucho a vácuo não é o aquecedor em si, mas a conexão entre o aquecedor e a câmara. Um aquecedor com construção interior impecável ainda pode quebrar se a vedação de montagem vazar. O diâmetro do aquecedor e o nível de vácuo devem ser levados em consideração ao escolher passagens de vácuo e conexões de compressão.
Resumindo, o interior de um aquecedor de cartucho a vácuo mostra quanto cuidado foi dado aos detalhes. MgO de alta-densidade, materiais puros, arame forte, bainhas herméticas-a vácuo e vedações herméticas ajudam o produto a funcionar bem em locais onde os designs típicos não funcionam. Se você precisa que o aspirador dure muito tempo, comprar aquecedores construídos corretamente não é um gasto; é uma obrigação. A ajuda profissional garante que o interior do aspirador corresponda às necessidades do exterior do processo de vácuo.
