CUANDO SE TRATA DEL PROCESO DE SECADO, UN EQUIPO VITAL EN CUALQUIER LABORATORIO ES EL HORNO DE VACÍO. EXPLORE LA CIENCIA DETRÁS DE LOS HORNOS DE VACÍO.
La investigación científica implica mucho ensayo y error. También implica la necesidad de resolver problemas a veces contradictorios. Las soluciones simples se lanzan desde el principio cuando el método probado y verdadero se convierte en parte del problema.
En este caso, un horno de vacío encuentra uso donde se necesita secar, pero el calentamiento está fuera de cuestión. Del mismo modo, para situaciones en las que la fricción del aire en movimiento arruinará una muestra o un proceso.
Cuando se necesita secar una muestra, un microchip o una preparación, la única solución real es sacar el líquido sin cambiar la sustancia irrevocablemente. Para este complejo conjunto de problemas, las fuerzas de presión hidrostática se ejercitan.
Siga leyendo para aprender cómo los laboratorios usan los principios físicos para sortear estos problemas difíciles.
USOS DE HORNO AL VACÍO
Hay dos razones principales para usar un horno al vacío con fines de secado en un entorno de laboratorio.
La primera es evitar los problemas que vienen con otras formas de secado. El calor es el enemigo de una variedad de diferentes materiales volátiles y muestras biológicas. La oxidación del oxígeno introducida en el proceso de secado también puede conducir a una disminución de la longevidad o a errores críticos en algunos objetos.
En segundo lugar, cuando se trabaja con sustancias biológicas o bioactivas, se necesita un nivel preciso de control para reproducir muestras. Otros métodos de secado dejan más variables abiertas que el secado al vacío, que controla la presión, la temperatura y el flujo de aire, lo que limita los márgenes de contaminación y error.
Un horno de vacío de calidad elimina las conjeturas de la preparación de muestras y evita rápidamente que los componentes costosos se deterioren después de sufrir la introducción de humedad, también conocida como derrames.
¿QUÉ ES EL SECADO?
A nivel molecular, el secado es la eliminación de moléculas de agua de los materiales circundantes. La mejor manera de sacar el agua es abrir los enlaces y convertir el agua líquida en vapor, que se transferirá, dejando atrás los sólidos más densos y otros materiales líquidos.
SECADO POR CALOR
Normalmente, esto se hace calentando un objeto. Cuanto más alto es el calor, más se abren los enlaces y más agua líquida puede convertirse en vapor de agua. Crear suficiente calor para transferir el agua sin quemar el material deseado es el truco.
Ayuda a que el agua sea fácilmente excitable y se convierta en vapor a una temperatura adecuadamente baja de alrededor de 100 ° C. Cuando eso es demasiado calor para el material, es necesario explotar las propiedades de las moléculas de agua.
SECADO AL AIRE
Cuando el calor no es abundante, el aire que se mueve a través de la superficie puede crear un cambio en la presión que afecta el punto de ebullición del agua.
Cuanto más seca sea la entrada de aire, mejor será el efecto. El aire húmedo ya está saturado de vapor de agua, por lo que tiene menos tirón para reunir más.
A medida que el aire se mueve a través del objeto, el objeto se calienta a partir de la energía del agua que se transfiere de un estado líquido a un estado gaseoso. Esto ralentiza el secado a medida que se reduce la diferencia de temperatura entre el aire y la superficie.
Cuanto más poroso es el objeto, más tiempo se requiere para arrastrar el agua hacia la superficie, donde puede liberarse y luego capturarse por el aire circundante.
Una diferencia ideal entre la temperatura de la superficie y la temperatura del aire crea una diferencia de presión parcial necesaria para bajar la temperatura de ebullición del agua y liberar el vapor con menos energía sobrante en la superficie.
SECADO AL VACÍO
Con el concepto de movimiento de calor y aire entendido, puede pasar al proceso de secado al vacío.
Mientras el aire no esté húmedo y se esté moviendo, se crea una diferencia de presión parcial entre el aire y la superficie.
En el caso de una atmósfera de baja presión, la temperatura de ebullición del agua se reduce de 100 C hacia abajo. Esto es parte del problema con la descompresión en el espacio, la presión de aire casi nula cambia drásticamente el punto de ebullición del agua dentro de una persona, haciendo que su cuerpo muy líquido se convierta rápidamente en gas.
Para el secado al vacío, debe alejar rápidamente el vapor de agua que se escapa del material de la superficie para evitar que la energía que se escapa eleve las temperaturas de la superficie.
Mantener un vacío mientras también empuja una gran cantidad de aire a través de un sistema es su propia contradicción. Para ello, un horno de vacío regula cuidadosamente el aire introducido y el aire extraído.
CONTROL DE LA TEMPERATURA DE LA SUPERFICIE
Durante el proceso de secado al vacío, las temperaturas de la superficie del objeto que se está secando deben permanecer casi constantes. Si la temperatura aumenta, esto puede dañar el objeto, si se reduce demasiado, se forma condensado, permitiendo que el vapor de agua recién convertido se una en líquido.
Para compensar estos efectos, una fuente de calor calienta el objeto en cuidadosa coordinación con el aire que lo rodea. Cada temperatura debe mantenerse agregando más calor, eliminando el vapor rápidamente e introduciendo aire nuevo que se mueve en la dirección adecuada, todo al mismo tiempo.
PRESIÓN Y EBULLICIÓN
La forma en que funciona la presión, empuja los objetos juntos. A una presión lo suficientemente alta, la mayoría de las sustancias se compactan, convirtiéndose en sólidos de facto. La presión interna del sol es tal que convierte el gas en plasma sobrecalentado, por ejemplo.
A medida que aumenta la presión, aumenta el calor y el exceso de energía de los átomos se convierte en un movimiento más rápido. Es posible que haya oído hablar de las partículas «excitadas» en este contexto. Las partículas que se mueven más rápido chocan con más frecuencia y con más fuerza, creando calor residual.
Cuanto menor sea la presión, más espacio tendrán que moverse las partículas y menor será la energía general del sistema, ya que las partículas chocan con menos frecuencia y con menos fuerza.
A presiones más bajas, es más fácil que las partículas que se mueven más lentamente escapen sin colisiones que generen calor residual. Menos calor residual mantiene la reacción a menor energía, etc.
ABSORBERSE EN MÁS
Comprender los principios de la presión hidrostática es clave para comprender cómo funciona un horno de vacío. Afortunadamente, no tiene que hacer cálculos pesados para asegurarse de que sus muestras salgan correctamente cada vez con un equipo adecuado.
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