Dosis de vacuna
Un frasco al vacío (también conocido como frasco Dewar, botella Dewar o termo) es un recipiente de almacenamiento que prolonga considerablemente el tiempo durante el cual su contenido permanece más caliente o más frío que el entorno del matraz. Inventado por Sir James Dewar en 1892, el matraz de vacío consta de dos matraces, colocados uno dentro del otro y unidos por el cuello. El espacio entre los dos matraces está parcialmente vacío de aire, creando un vacío casi total que reduce significativamente la transferencia de calor por conducción o convección. Cuando se utiliza para contener líquidos fríos, también elimina virtualmente la condensación en el exterior del matraz.
Los termos de vacío se utilizan en el hogar para mantener las bebidas calientes o frías durante largos períodos de tiempo y para mantener calientes los alimentos cocinados. También se utilizan para la cocción térmica. Los matraces de vacío también se utilizan para muchos fines en la industria.
Historia
El matraz de vacío fue diseñado e inventado por el científico escocés Sir James Dewar en 1892 como resultado de su investigación en el campo de la criogenia y, a veces, se le llama matraz Dewar en su honor. Mientras realizaba experimentos para determinar el calor específico del elemento paladio, Dewar hizo una cámara de latón que encerró en otra cámara para mantener el paladio a la temperatura deseada. Evacuó el aire entre las dos cámaras, creando un vacío parcial para mantener estable la temperatura del contenido. Dewar se negó a patentar su invento, y el matraz, desarrollado por otros utilizando nuevos materiales como vidrio y aluminio, se convirtió en una herramienta importante para experimentos químicos y también en un artículo doméstico común.
El diseño de Dewar se transformó rápidamente en un artículo comercial en 1904 cuando dos sopladores de vidrio alemanes, Reinhold Burger y Albert Aschenbrenner, descubrieron que podía usarse para mantener frías las bebidas frías y calientes las bebidas calientes e inventaron un termo más resistente. diseño, que era adecuado para el uso diario. El diseño del frasco Dewar nunca había sido patentado, pero los hombres alemanes que descubrieron el uso comercial del producto lo llamaron Thermos y, posteriormente, reclamaron los derechos del producto comercial y la marca comercial del nombre. En su intento posterior de reclamar los derechos de la invención, Dewar perdió un caso judicial frente a la empresa. La fabricación y el rendimiento de la botella Thermos fueron mejorados y refinados significativamente por el inventor y comerciante vienés Gustav Robert Paalen, quien diseñó varios tipos para uso doméstico, que también patentó y distribuyó ampliamente a través de Thermos Bottle Companies en los Estados Unidos. Canadá y el Reino Unido, que compraron licencias para los respectivos mercados nacionales. The American Thermos Bottle Company construyó una producción en masa en Norwich, CT, lo que redujo los precios y permitió la amplia distribución del producto para uso doméstico. Con el tiempo, la empresa amplió el tamaño, las formas y los materiales de estos productos de consumo, que se utilizan principalmente para transportar café y líquidos en viajes de campamento para mantenerlos calientes o fríos. Eventualmente, otros fabricantes produjeron productos similares para uso del consumidor.
Más tarde, el nombre se convirtió en una marca comercial genérica después del término "thermos" se convirtió en el nombre familiar para un recipiente aislado al vacío para líquidos. El matraz de vacío pasó a ser utilizado para muchos tipos diferentes de experimentos científicos y el "Thermos" comercial; se transformó en un elemento común. Thermos sigue siendo una marca registrada en algunos países, pero fue declarada marca genérica por acción judicial en los Estados Unidos en 1963, ya que se había convertido coloquialmente en sinónimo de frascos de vacío en general. Sin embargo, hay otros frascos de vacío.
Diseño
El matraz de vacío consta de dos recipientes, uno colocado dentro del otro y unidos por el cuello. El espacio entre los dos recipientes se vacía parcialmente de aire, creando un vacío parcial que reduce la conducción o convección de calor. La transferencia de calor por radiación térmica puede minimizarse plateando las superficies del matraz que miran hacia el espacio, pero puede volverse problemático si el contenido del matraz o los alrededores están muy calientes; por lo tanto, los matraces de vacío suelen contener contenidos por debajo del punto de ebullición del agua. La mayor parte de la transferencia de calor ocurre a través del cuello y la abertura del matraz, donde no hay vacío. Los frascos de vacío generalmente están hechos de metal, vidrio de borosilicato, espuma o plástico y tienen la abertura tapada con corcho o plástico de polietileno. Los frascos de vacío se utilizan a menudo como contenedores de envío aislados.
Los matraces de vacío extremadamente grandes o largos a veces no pueden soportar completamente el matraz interior solo con el cuello, por lo que los espaciadores entre la carcasa interior y exterior proporcionan soporte adicional. Estos espaciadores actúan como un puente térmico y reducen parcialmente las propiedades aislantes del matraz alrededor del área donde el espaciador entra en contacto con la superficie interior.
Varias aplicaciones tecnológicas, como las máquinas de resonancia magnética nuclear y resonancia magnética, se basan en el uso de matraces de vacío dobles. Estos matraces tienen dos secciones de vacío. El matraz interior contiene helio líquido y el matraz exterior contiene nitrógeno líquido, con una sección de vacío en el medio. De esta manera se limita la pérdida del precioso helio.
Otras mejoras en el matraz de vacío incluyen el escudo de radiación enfriado por vapor y el cuello enfriado por vapor, los cuales ayudan a reducir la evaporación del matraz.
Investigación e industria
En los laboratorios y la industria, los matraces de vacío se utilizan a menudo para contener gases licuados (normalmente nitrógeno líquido con un punto de ebullición de 77 K) para la congelación instantánea, la preparación de muestras y otros procesos en los que se desea crear o mantener una temperatura extremadamente baja. Los matraces de vacío más grandes almacenan líquidos que se vuelven gaseosos muy por debajo de la temperatura ambiente, como el oxígeno y el nitrógeno; en este caso, la fuga de calor hacia el interior extremadamente frío de la botella da como resultado una ebullición lenta del líquido, por lo que es necesaria una abertura estrecha sin tapar, o una abertura tapada protegida por una válvula de alivio de presión, para evitar que se acumule presión. arriba y eventualmente rompiendo el matraz. El aislamiento del matraz de vacío da como resultado un 'ebullición' muy lento. y así el contenido permanece líquido durante largos períodos sin equipo de refrigeración.
Los matraces de vacío se han utilizado para albergar celdas estándar y diodos Zener horneados, junto con su placa de circuito impreso, en dispositivos de regulación de voltaje de precisión utilizados como estándares eléctricos. El matraz ayudó a controlar la temperatura del Zener durante un largo período de tiempo y se usó para reducir las variaciones del voltaje de salida del estándar Zener debido a la fluctuación de la temperatura a unas pocas partes por millón.
Un uso notable fue el de Guildline Instruments, de Canadá, en su Transvolt, modelo 9154B, celda estándar saturada, que es un estándar de voltaje eléctrico. Aquí, un matraz de vacío plateado estaba encerrado en un aislamiento de espuma y, utilizando un tapón de vacío de vidrio grande, contenía la celda saturada. La salida del dispositivo era de 1,018 voltios y se mantuvo dentro de unas pocas partes por millón.
El principio de la botella de vacío lo hace ideal para almacenar ciertos tipos de combustible para cohetes, y la NASA lo usó ampliamente en los tanques de propulsor de los vehículos de lanzamiento de Saturno en las décadas de 1960 y 1970.
El diseño y la forma del matraz Dewar se utilizaron como modelo para experimentos ópticos basados en la idea de que la forma de los dos compartimentos con el espacio entre ellos es similar a la forma en que la luz incide en el ojo. El matraz de vacío también ha sido parte de experimentos que lo utilizan como condensador de diferentes productos químicos para mantenerlos a una temperatura constante.
El matraz Dewar industrial es la base de un dispositivo que se utiliza para aislar de forma pasiva los envíos médicos. La mayoría de las vacunas son sensibles al calor y requieren un sistema de cadena de frío para mantenerlas a temperaturas estables, cercanas al punto de congelación. El dispositivo Arktek utiliza ocho bloques de hielo de un litro para mantener las vacunas a menos de 10 °C.
En la industria del petróleo y el gas, los frascos Dewar se utilizan para aislar los componentes electrónicos de las herramientas de adquisición de registros con cable. Las herramientas de adquisición de registros convencionales (clasificadas para 350 °F) se actualizan a especificaciones de alta temperatura mediante la instalación de todos los componentes electrónicos sensibles en un matraz Dewar.
Seguridad
Los matraces al vacío tienen riesgo de implosión y, en particular, los recipientes de vidrio al vacío pueden romperse inesperadamente. Las astillas, rayones o grietas pueden ser el punto de partida para fallas peligrosas del recipiente, especialmente cuando la temperatura del recipiente cambia rápidamente (cuando se agrega líquido frío o caliente). Se recomienda una preparación adecuada del matraz de vacío Dewar templando antes de su uso para mantener y optimizar el funcionamiento de la unidad. Los matraces de vacío de vidrio generalmente se colocan en una base de metal con el cilindro contenido o recubierto con malla, aluminio o plástico para ayudar en el manejo, protegerlo de daños físicos y contener fragmentos en caso de que se rompan.
Además, los Dewar de almacenamiento criogénico suelen estar presurizados y pueden explotar si no se utilizan válvulas de alivio de presión.
La expansión térmica debe tenerse en cuenta al diseñar un matraz de vacío. Las paredes exterior e interior están expuestas a diferentes temperaturas y se expandirán a diferentes velocidades. El matraz de vacío puede romperse debido a la diferencia de expansión térmica entre las paredes exterior e interior. Las juntas de expansión se usan comúnmente en matraces de vacío tubulares para evitar la ruptura y mantener la integridad del vacío.
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