Un matraz de vacío (también conocido como matraz Dewar , botella Dewar o termo ) es un recipiente de almacenamiento aislante que reduce la velocidad a la que su contenido cambia de temperatura. Prolonga enormemente el tiempo durante el cual su contenido permanece más caliente o más frío que el entorno del matraz intentando ser lo más adiabático posible. 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 se vacía parcialmente de aire, creando un casi vacío que reduce significativamente la transferencia de calor por conducción o convección . Cuando se utiliza para contener líquidos fríos, esto también elimina prácticamente la condensación en el exterior del matraz.
Los termos al vacío se utilizan en el hogar para mantener el contenido del interior caliente o frío durante períodos prolongados de tiempo. También se utilizan para la cocción térmica . Los matraces de vacío también se utilizan para muchos fines en la industria.
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. [1] 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; Esto permitió a otros desarrollar el matraz utilizando nuevos materiales como vidrio y aluminio , y se convirtió en una herramienta importante para experimentos químicos y también en un artículo doméstico común. [1]
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 diseño de termo más robusto, adecuado para el uso diario. usar. [2] [3] El diseño del matraz Dewar nunca había sido patentado, pero los alemanes que descubrieron el uso comercial del producto lo llamaron Thermos y posteriormente reclamaron tanto los derechos del producto comercial como la marca registrada del nombre. En su intento posterior de reclamar los derechos de la invención, Dewar perdió un caso judicial ante la empresa. [4] La fabricación y el rendimiento de la botella termo fueron mejorados y perfeccionados 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 el Estados Unidos, Canadá y Reino Unido, que compraron licencias para sus respectivos mercados nacionales. La American Thermos Bottle Company instaló una producción en masa en Norwich, CT , lo que hizo bajar los precios y permitió la amplia distribución del producto para uso doméstico. [2] Con el tiempo, la empresa amplió el tamaño, las formas y los materiales de estos productos de consumo, utilizados principalmente para transportar café mientras viaja y transportar líquidos en viajes de campamento para mantenerlos fríos o calientes. Con el tiempo, otros fabricantes produjeron productos similares para uso del consumidor.
El término "termo" se convirtió en un nombre familiar para los termos al vacío en general. A partir de 2023 [actualizar], Thermos y THERMOS siguen siendo una marca registrada en algunos países, incluidos los Estados Unidos, [5] [6] [7] pero la palabra "thermos" en minúsculas fue declarada una marca comercial genérica mediante una acción judicial en los Estados Unidos en 1963. [8] [9] [10]
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 del calor . La transferencia de calor por radiación térmica se puede minimizar plateando las superficies del matraz orientadas hacia el espacio, pero puede volverse problemática si el contenido o los alrededores del matraz 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 se produce a través del cuello y la abertura del matraz, donde no hay vacío. Los termos suelen estar hechos de metal , vidrio de borosilicato , espuma o plástico y tienen la abertura tapada con corcho o plástico de polietileno. Los termos 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 desde 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 hace contacto con la superficie interior.
Varias aplicaciones tecnológicas, como las máquinas de RMN y RMN , 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 preciado helio.
Otras mejoras al matraz de vacío incluyen el escudo contra la radiación enfriado por vapor y el cuello enfriado por vapor , [11] los cuales ayudan a reducir la evaporación del matraz.
En los laboratorios y la industria, los matraces de vacío se utilizan a menudo para contener gases licuados (comúnmente nitrógeno líquido con un punto de ebullición de 77 K) para congelación instantánea, 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 lenta ebullición 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 . y eventualmente rompiendo el matraz. El aislamiento del termo produce un "ebullición" muy lento y, por lo tanto, 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 hornoizados , junto con su placa de circuito impreso, en dispositivos reguladores de voltaje de precisión utilizados como patrones eléctricos. El matraz ayudó a controlar la temperatura Zener durante un largo período de tiempo y se utilizó para reducir las variaciones del voltaje de salida del estándar Zener debido a las fluctuaciones de temperatura a unas pocas partes por millón.
Un uso notable fue el de Guildline Instruments, de Canadá, en su celda estándar saturada Transvolt, modelo 9154B, que es un estándar de voltaje eléctrico. En este caso, un matraz de vacío plateado estaba encerrado en un aislamiento de espuma y, utilizando un gran tapón de vacío de vidrio, mantenía la celda saturada. La salida del dispositivo fue de 1,018 voltios y se mantuvo dentro de unas pocas partes por millón.
El principio del matraz 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 Saturn en los años 1960 y 1970. [12]
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 llega al ojo. [13] El matraz de vacío también ha sido parte de experimentos usándolo como condensador de diferentes químicos para mantenerlos a una temperatura constante. [14]
El matraz Dewar industrial es la base de un dispositivo utilizado para aislar pasivamente envíos médicos. [15] [16] La mayoría de las vacunas son sensibles al calor [17] [18] 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 . [19]
En la industria del petróleo y el gas, los matraces Dewar se utilizan para aislar los componentes electrónicos de las herramientas de registro con cable . [20] Las herramientas de registro convencionales (clasificadas para 350 °F) se actualizan a especificaciones de alta temperatura instalando todos los componentes electrónicos sensibles en un matraz Dewar. [21]
Los matraces de vacío corren el riesgo de implosión y, en particular, los recipientes de vidrio al vacío pueden romperse inesperadamente. Las astillas, rayones o grietas pueden ser un punto de partida para fallas peligrosas en el recipiente, especialmente cuando la temperatura del recipiente cambia rápidamente (cuando se agrega líquido frío o caliente). Se recomienda preparar adecuadamente el 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 instalan 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. [ cita necesaria ]
Además, los dewars de almacenamiento criogénico suelen estar presurizados y pueden explotar si no se utilizan válvulas de alivio de presión .
Se debe tener en cuenta la expansión térmica 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 utilizan comúnmente en matraces de vacío tubulares para evitar roturas y mantener la integridad del vacío.
"Termo" EN VIVO Para: RECIPIENTES DE VIDRIO DE DOBLE PARED CON VACÍO ENTRE LAS PAREDES
"THERMOS" LIVE Para: Recipientes que retienen la temperatura
"TERMOS" VIVOS Para: BOTELLAS, TARROS, DECANTADORES, JARRAS, [ FRACAS DE CADERA,] CAFETERAS, TETERAS, JARRAS, KITS DE ALMUERZO, CAJAS DE ALMUERZO, ESTUCHES DE TRANSPORTE PARA BOTELLAS [ Y LLENADORAS AL VACÍO DE VIDRIO DE DOBLE PARED UTILIZADAS EN BOTELLAS, TARROS , JARRAS, JARRAS, DECANTADORES, CAFETERAS Y TETERAS]
Medios relacionados con matraces de vacío en Wikimedia Commons