Trampa fría de vacío basada en enfriamiento termoeléctrico

JUAN MANUEL CONDE GARRIDO; JOSEFINA MARÍA SILVEYRA

Conferencia; 103ª Reunión Nacional de la Asociación Física Argentina; 2018

Muchos procesos tecnológicos modernos requieren entornos limpios de alto vacío. Las bombas difusoras (junto con las bombas mecánicas) pueden alcanzar altas presiones de vacío (3 × 10-8 mbar) y son relativamente económicas y fáciles de mantener. Su mayor inconveniente es el retroceso de los vapores de aceite que podría contaminar la cámara donde se desarrolla el proceso de interés.Asimismo, algunos de estos procesos producen, como subproducto, contaminantes que deben evitarse al ingresar al sistema de vacío: las tuberías y, especialmente, las bombas. Un ejemplo es la deposición por ablación láser de películas delgadas de aleaciones que contienen elementos con alta presión de vapor, tales como azufre, selenio o teluro. Estos contaminantes viajan por las tuberías de vacío y pueden, no solo ser peligrosos para la salud del operador, sino que también pueden degradar las propiedades de los aceites usados en las bombas.Proponemos una nueva tecnología de trampa fría (baffle) que supera las desventajas asociadas con los sistemas de enfriamiento de compresor o nitrógeno líquido. Nuestra trampa está destinada a atrapar vapores de aceite que suben por las tuberías de vacío (en la dirección de la cámara de proceso) y vapores contaminantes calcogenuros (es decir, azufre, selenio o teluro) que van por las tuberías de vacío (en la dirección de la bomba de difusión), mientras se evita el indeseable criobombeo (cryopumping) parcial de agua. Esta aplicación no requiere temperaturas operativas en el rango de nitrógeno líquido, sino en el rango de -50 ° C a -30 ° C.Desarrollamos un prototipo virtual de una trampa fría de bajo costo para sistemas de vacío que funciona con enfriadores termoeléctricos (TEC). En comparación con los sistemas de refrigeración de compresores, las TEC tienen ventajas muy útiles para esta aplicación: son compactas, silenciosas, libres de vibraciones, casi libres de mantenimiento, económicas, ampliamente disponibles comercialmente y capaces de proporcionar un control de temperatura preciso. La trampa está parcialmente construida dentro de una conexión T de vacío. Una hélice de cobre refrigerada proporciona las superficies de atrapamiento para los contaminantes que fluyen entre la cámara de proceso y las bombas de vacío. El costo del deflector es inferior a USD 250. Un prototipo virtual, testeado con análisis por elementos finitos, demostró que, cuando se usan módulos TEC1-12706, la hélice puede alcanzar temperaturas tan bajas como -50 ºC. Esta temperatura es más que suficiente para atrapar los contaminantes descriptos anteriormente.