Controlli di tenuta con gas tracciante (elio)

I Controlli di tenuta sono una parte dei metodi di controllo non distruttivi che hanno lo scopo di garantire la tenuta dei componenti sotto test.

I più comuni metodi di test di tenuta sono capaci di determinare il valore della tenuta (tipicamente misurato in cc/min o mbar/s) utilizzando:

• Caduta di pressione (con o senza volume di riferimento)
• Controllo del flusso (per grandi volumi)
• Controllo della traccia di gas (alte prestazioni)

poche tecnologie sono in grado di identificare la posizione e il valore della tenuta utilizzando:

• Bolle d'aria (sotto controllo dell'acqua) 
• Tracciatore di gas (usando sonde di fiutaggio)

L’uso dell’elio quale gas tracciante per la ricerca delle perdite è ormai consolidato nei principali settori industriali, specie in quelli ad alto contenuto tecnologico, e si sta diffondendo rapidamente anche in altri settori a causa delle sempre maggiori esigenze qualitative.

Perché l'elio?

L’elio è la particella con massa molecolare più piccola dopo l’idrogeno: questo permette di rilevare perdite molto piccole (può fluire dove particelle più grosse non passerebbero), fino a 10^-11 mbar L/s.
E’ un gas nobile: è quindi inerte e non interagisce né con altri gas né con il manufatto da testare.
E’ ecologico: non ha colore, odore o sapore, non è tossico e in caso di dispersione nell’ambiente non crea alcun problema.
E’ presente in atmosfera in quantità molto bassa circa (5 ppm) e quindi il rumore di fondo dello strumento utilizzato per individuare le perdite è molto basso.

Come funziona?

L’uso dell’elio come gas tracciante richiede l’impiego di uno strumento in grado di rilevarne la presenza.
Questo strumento è lo spettrometro di massa, che trasforma in segnale elettrico la misura della massa di una molecola di gas.
Per fare questo l’aria immessa all’interno dello spettrometro viene ionizzata e indirizzata all’interno dell’analizzatore, costituito da un tubo curvo immerso in un campo magnetico ad esso perpendicolare.
Per un dato valore del campo magnetico solo gli ioni di elio attraversano l’analizzatore, mentre gli altri vengono eliminati.
Gli ioni di elio vengono quindi raccolti su un collettore, generando una corrente elettrica proporzionale al valore della perdita.

Metodi di test

Test in camera da vuoto
Il componente viene introdotto in una camera dove viene creato il vuoto, viene pressurizzato in elio e, mediante spettrometro di massa, si rileva la perdita. Si tratta di un test oggettivo in quanto non dipende dall’operatore. Permette di individuare perdite da 5,0 x 10^-3 mbar*L/s a 5,0 x 10^-8 mbar*L/s. E’ utilizzato in impianti automatici per testare componenti quali evaporatori, condensatori, tubi, airbag, contenitori di liquido, serbatoi carburante, valvole termostatiche.

Sniffing
Il componente viene pressurizzato in elio. Un dispositivo sniffatore, collegato allo spettrometro di massa, viene passato sui punti di possibile perdita per rilevarne l’eventuale presenza. Il controllo può essere manuale (tramite operatore) o automatico. Si rilevano perdite da 5,0 x 10^-3 mbar*L/s a 5,0 x 10^-5 mbar*L/s. Questo tipo di test è utilizzato per componenti che non possono essere messi in camera da vuoto (frigoriferi, vetrine refrigerate per alimenti) o per localizzare perdite rilevate con altri metodi per consentirne l’eventuale riparazione.

Spraying test (camera di accumulo)
Il componente da testare è collegato direttamente allo spettrometro di massa e introdotto in una camera. Viene fatto il vuoto all’interno del componente e si satura la camera di elio. Le molecole di elio penetrano nel componente ed il valore di perdita viene misurato dallo spettrometro. E’ possibile rilevare perdite da 5,0 x 10^-3 mbar*L/s a 5,0 x 10^-8 mbar*L/s. Questo tipo di test è molto usato per valutare porosità in pezzi di fusione o per componenti che lavorano in vuoto, quali pompe acqua e pompe freni.

Bombing
E’ utilizzato per il controllo di elementi sigillati, quali protesi medicali, lampadine. Il componente viene introdotto in una camera pressurizzata in elio ad alta pressione (40-50 bar) per un periodo di tempo sufficientemente lungo (es.: 10 minuti). Se il componente presenta perdite, l’elio penetra nel componente. Il componente viene poi posto in una camera a vuoto e, tramite spettrometro, viene rilevata la quantità di elio che fuoriesce dal componente. Non si riescono a rilevare perdite piccole. Il range varia da 5,0 x 10^-2 mbar*L/s a 1,0 x 10^-4 mbar*L/s.