Técnicas De Vacío

RESUMEN.

Saber qué cantidad de vacío se puede generar es importante para la práctica, pues se pueden llegar a temperaturas muy altas teniendo un alto vacío. Es importante saber que unidades se manejan, entender la definición de vacío y principales medidores, así como los aparatos que ayudan a generarlo, como ejemplo las bombas, sabiendo cómo funciona cada uno de ellos.

INTRODUCCION.

El vacío (del latín vacīvus) es la ausencia total de materia y energía en un determinado espacio o lugar, o la falta de contenido en el interior de un recipiente. Por extensión, se denomina también vacío a la condición de una región donde la densidad de partículas es muy baja, como por ejemplo el espacio interestelar; o la de una cavidad cerrada donde la presión de aire u otros gases es menor que la atmosférica.

Los filósofos griegos consideraban que el vacío significaba falto de contenido y esto fue un obstáculo para el entendimiento de los principios tecnológicos básicos del mismo.

Fue hasta mediados del siglo XVII cuando el italiano Gasparo Berti realizó el primer experimento con el vacío (1640). Motivado por un interés en diseñar un experimento para el estudio de los sifones, Berti pretendía aclarar el fenómeno como una manifestación de diferencia de presión de aire en la atmósfera. Creó lo que constituye, primordialmente, un barómetro de agua, el cual resultó capaz de producir vacío

Al analizar el informe experimental de Berti, Evangelista Torricelli captó con claridad el concepto de presión de aire, por lo que diseñó, en 1644, un dispositivo para demostrar los cambios de presión en el aire. Construyó un barómetro que en lugar de agua empleaba mercurio, y de esta manera, sin proponérselo, comprobó la existencia del vacío.

El barómetro de Torricelli constaba de un recipiente y un tubo lleno de mercurio (Hg) cerrado en uno de sus extremos. Al invertir el tubo dentro del recipiente se formaba vacío en la parte superior del tubo. Esto era algo difícil de entender en su época, por lo que se intentó explicarlo diciendo que esa región del tubo contenía vapor de mercurio, argumento poco aceptable ya que el nivel de mercurio en el tubo era independiente del volumen del mismo utilizado en el experimento.

La aceptación del concepto de vacío se dio cuando en 1648, Blas Pascal, cuñado de Torricelli, subió un barómetro con 4 kg de mercurio a una montaña a 1 000 m sobre el nivel del mar. Sorprendentemente, cuando el barómetro estaba en la cima, el nivel de la columna de Hg en el tubo era mucho menor que al pie de la montaña.

El paso final que dio Torricelli fue la construcción de un barómetro de mercurio que contenía en la parte vacía del tubo, otro barómetro para medir la presión de aire en esa región. Se hicieron muchas mediciones y el resultado fue que no había una columna de Hg en el tubo del barómetro pequeño porque no se tenía presión de aire. Esto aclaró que no existía vapor de mercurio en la parte vacía del tubo. Así, se puso en evidencia la presión del aire y, lo más importante, la producción y existencia del vacío.

Técnicas de vacío. Existen diversas razones prácticas por las que es conveniente hacer vacío, a continuación se refieren algunos casos:

1) La aspiradora es uno de los ejemplos más sencillos de sistemas que emplean vacío. Se usa para succionar objetos de varias decenas de gramos. Por lo general las aspiradoras son capaces de trabajar a una presión de 100-150 torr por debajo de la presión atmosférica del lugar (650-600 torr a nivel del mar).

2) La tecnología de vacío es utilizada para extraer la humedad de los alimentos, químicos, productos farmacéuticos, etc., y los gases ocluidos (disueltos) en aceites plásticos, y otros líquidos.

3) La producción de jugo de frutas y leche concentrada, son ejemplos de producciones a gran escala basadas en la concentración en vacío, para lo cual no se requiere de alta temperatura para evaporar el agua o solventes contenidos en los productos.

4) Para remover los constituyentes de la atmósfera que pudieran causar una reacción física o química, como puede ser la oxidación, durante un cierto proceso, por ejemplo, la fundición en vacío de metales reactivos como el titanio.

5) Para modificar una cierta condición de equilibrio que existe en condiciones ambientales normales, como para remover gas disuelto u ocluido o líquido volátil de la parte interna de un material, por ejemplo, en procesos de secado al vacío.

6) Para aumentar la distancia que un átomo, molécula o electrón debe viajar antes de chocar con otro, lo cual ayuda a que en un cierto proceso las partículas se muevan sin colisión entre la fuente y el blanco, por ejemplo, en recubrimientos al vacío, aceleradores de partículas, cinescopios de televisión y monitores de computadoras.

7) Para reducir el número de impactos de las moléculas del gas ambiental con una cierta superficie preparada en vacío, por ejemplo, en la preparación de películas delgadas puras, o en estudios de superficies limpias.

8) Para la producción de nuevos materiales y para el enriquecimiento o la separación de los isótopos de los elementos.

Presión y sus unidades. La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie. Cuando la presión se mide en relación a un vacío perfecto, se llama presión absoluta; cuando se la mide con respecto a la presión atmosférica, se llama presión manométrica.

Algunas de las unidades utilizadas para expresar la presión son:

1. Sistema internacional de unidades: Giga pascal (GPa), 109 Pa, Mega pascal (MPa), 106 Pa, Kilo pascal (kPa), 103 Pa, Pascal (Pa), unidad derivada de presión del SI, equivalente a un newton por metro cuadrado ortogonal a la fuerza.

2. Sistema cegesimal: Baria. Se define como la presión ejercida por una fuerza de una dina sobre una superficie de un centímetro cuadrado. Esta unidad no tiene símbolo reconocido

3. Sistema técnico gravitatorio: Kilogramo fuerza por centímetro cuadrado (kgf/cm2), Gramo fuerza por centímetro cuadrado (gf/cm2), Kilogramo fuerza por decímetro cuadrado (kgf/dm2)

4. Sistema técnico de unidades: Metro de columna de agua (mc.a.). Unidad de presión del Sistema técnico de unidades, y equivale a la presión ejercida por una columna de agua pura de un metro de altura. Centímetro columna de agua, Milímetro columna de agua (mm.c.d.a.)

6. Sistema inglés: KSI = 1000 PSI, PSI, unidad de presión básica de este sistema. Libra fuerza por pulgada cuadrada (lbf/in2).

7. Sistema técnico inglés: Pie columna de agua: un pie columna de agua es equivalente a 0,433 (lbf/ft2), 2,989 kilo pascales (kPa), 29,89 milibars (mb) o 0,882 (pulgadas de Hg). Pulgada columna de agua

8. Otros sistemas de unidades: Atmósfera (atm) = 101325 Pa = 1013,25 mbar = 760 mmHg, Milímetro de mercurio (mmHg) = Torricelli (Torr), Pulgadas de mercurio (pulgadas Hg). Bar, unidad de presión equivalente a un millón de barias, aproximadamente igual a una atmósfera (1 Atm).

Velocidad de Bombeo. Se define como Flujo de Volumen o Velocidad de Bombeo al volumen de gas que fluye en la unidad de tiempo a través de la entrada de una bomba, dispositivo o sistema de bombeo. El volumen de gas es medido a la presión y a la temperatura a que se encuentre el gas que fluye. Análogamente se define la Velocidad de Bombeo en una sección, es decir a través de un área, como el volumen de gas que atraviesa dicha sección o área en la unidad de tiempo, estando medido el volumen a la presión y a la temperatura del fluido en la sección considerada.

Bombas y tipos de bombas. Los egipcios y los chinos, con el invento del fuelle con válvulas para inyectar aire a los hornos, hacían vacío sin saberlo: al abrir el fuelle, se llenaba de aire por el vacío que se provocaba dentro de éste.

En el siglo XVII, Otto von Guericke hizo una contribución importante a la ciencia con su invención de la bomba de aire. Von Guericke adaptó en 1640 a un tonel de madera una bomba de agua, después lo llenó con agua y lo clausuró. Con la ayuda de varios hombres procedió a sacar el agua. El bombeo se prolongó después de vaciado el tonel, lo que causó la precipitación del aire a través de los poros de la madera. Este suceso lo motivó a ocuparse en otro experimento: la fabricación de una esfera de cobre a la que se le podía colocar una bomba. Omitió el agua y bombeó directamente el aire. Cuando había extraído aparentemente todo el aire, la esfera se deformó de manera repentina (sufrió un efecto de compresión) debido a la presión atmosférica.

Durante largo tiempo, las bombas de vacío no fueron llamadas bombas de vacío. Von Guericke las llamaba jeringas; Boyle, máquinas neumáticas; después el término de bomba de aire fue establecido. El uso de la palabra bomba para este invento, en vez de compresor de aire rarificado, se hizo relacionándolo con el agua.

La selección de la bomba de vacío que va a emplearse para un cierto proceso está definida por sus parámetros específicos, los cuales determinan sus propiedades. Los parámetros más importantes de los sistemas de vacío son: la presión más baja que puede lograr, el intervalo de presión, la velocidad de bombeo, la presión de descarga y el gas residual.

Hoy en día

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