Matraz de vacío

Un termo (también conocido como matraz Dewar , botella Dewar o termo ) es un recipiente de almacenamiento aislante que reduce la velocidad a la que cambia la temperatura de su contenido. Alarga en gran medida el tiempo en el que su contenido permanece más caliente o más frío que el entorno del matraz al intentar ser lo más adiabático posible. Inventado por James Dewar en 1892, el termo 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, lo que crea un vacío casi total que reduce significativamente la transferencia de calor por conducción o convección . Cuando se utiliza para contener líquidos fríos, esto también elimina virtualmente la condensación en el exterior del matraz.

Los termos se utilizan en el ámbito doméstico para mantener el contenido caliente o frío durante períodos prolongados. También se utilizan para cocinar alimentos de forma térmica . Los termos también se utilizan para muchos fines en la industria.

El matraz de vacío fue diseñado e inventado por el científico escocés James Dewar en 1892 como resultado de su investigación en el campo de la criogenia y a veces se lo llama matraz Dewar en su honor. Mientras realizaba experimentos para determinar el calor específico del elemento paladio , Dewar fabricó 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 que otros desarrollaran el matraz utilizando nuevos materiales como el vidrio y el aluminio , y se convirtió en una herramienta importante para los 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 matraz más robusto, adecuado para el uso diario. ^{[2] [3]} El diseño del matraz 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 registrada del nombre. En su intento posterior de reclamar los derechos de la invención, Dewar perdió un caso judicial contra la empresa. ^[4] 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 las Thermos Bottle Companies en los Estados Unidos, Canadá y el Reino Unido, que compraron licencias para los respectivos mercados nacionales. La American Thermos Bottle Company montó una producción en masa en Norwich, Connecticut , lo que redujo 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 llevar café en movimiento y llevar líquidos en viajes de campamento para mantenerlos calientes o fríos. Con el tiempo, otros fabricantes produjeron productos similares para uso doméstico.

El término "thermos" se convirtió en un nombre familiar para los termos en general. A partir de 2023 ^[actualizar], Thermos y THERMOS siguen siendo una marca registrada en algunos países, incluido Estados Unidos, ^{[5] [6] [7]} pero la "thermos" en minúscula fue declarada marca genérica por una acción judicial en los Estados Unidos en 1963. ^{[8] [9] [10]}

El termo está formado por dos recipientes, uno colocado dentro del otro y unidos por el cuello. El espacio entre los dos recipientes se vacía parcialmente de aire, lo que crea 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 termo que dan al espacio, pero puede resultar problemática si el contenido o los alrededores del termo están muy calientes; por lo tanto, los termos 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 termo, 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 sostener completamente el matraz interior solo por el cuello, por lo que se proporciona un soporte adicional mediante espaciadores entre la carcasa interior y la exterior. 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 de resonancia magnética , se basan en el uso de matraces dobles de vacío. 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 entre ambos. De esta manera, se limita la pérdida del preciado helio.

Otras mejoras del matraz de vacío incluyen el escudo de 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 al 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 al vacío más grandes almacenan líquidos que se vuelven gaseosos a una temperatura muy inferior a la 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, de modo que es necesaria una abertura estrecha sin tapón, o una abertura tapada protegida por una válvula de alivio de presión , para evitar que se acumule presión y, finalmente, se rompa el matraz. El aislamiento del matraz al vacío da como resultado una "ebullición" muy lenta y, por lo tanto, el contenido permanece líquido durante largos períodos sin equipo de refrigeración .

Los matraces de vacío se han utilizado para alojar celdas estándar y diodos Zener horneados , junto con su placa de circuito impreso, en dispositivos de regulación de voltaje de precisión utilizados como patrones eléctricos. El matraz ayudó a controlar la temperatura del Zener durante un largo período de tiempo y se utilizó para reducir las variaciones del voltaje de salida del patrón Zener debido a la fluctuación 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 revestido con un aislamiento de espuma y, utilizando un tapón de vacío de vidrio grande, sostenía la celda saturada. La salida del dispositivo era de 1,018 voltios y se mantenía dentro de unas pocas partes por millón.

El principio del frasco de vacío lo hace ideal para almacenar ciertos tipos de combustible para cohetes, y la NASA lo utilizó ampliamente en los tanques de combustible de los vehículos de lanzamiento Saturno en las décadas de 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 que lo utilizan como condensador de diferentes sustancias químicas para mantenerlas a una temperatura constante. ^[14]

El termo industrial Dewar es la base de un dispositivo que se utiliza para aislar pasivamente los 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 por 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 termos de vacío corren el riesgo de sufrir un peligro de implosión , y los recipientes de vidrio al vacío, en particular, pueden romperse inesperadamente. Las astillas, los arañazos o las grietas pueden ser el punto de partida de una falla peligrosa del recipiente, especialmente cuando la temperatura del recipiente cambia rápidamente (cuando se agrega líquido caliente o frío). Se recomienda preparar adecuadamente el termo Dewar templándolo antes de usarlo para mantener y optimizar el funcionamiento de la unidad. Los termos de vidrio al vacío generalmente se colocan en una base de metal con el cilindro contenido o recubierto con malla, aluminio o plástico para facilitar su manipulación, protegerlo de daños físicos y contener fragmentos en caso de que se rompan. ^{[ cita requerida ]}

Además, los recipientes de almacenamiento criogénico suelen estar presurizados y pueden explotar si no se utilizan válvulas de alivio de presión .

Al diseñar un termo, se debe tener en cuenta la expansión térmica . Las paredes exteriores e interiores están expuestas a diferentes temperaturas y se expanden a diferentes velocidades. El termo puede romperse debido a la diferencia de expansión térmica entre las paredes exteriores e interiores. Las juntas de expansión se utilizan comúnmente en termos tubulares para evitar la ruptura y mantener la integridad del vacío.

• Sello hermético  – Sello hermético
• Parasol del telescopio espacial James Webb  : sistema de refrigeración principal del observatorio infrarrojo
• Vaso Tervis  : fabricante estadounidense de artículos para bebidas
• Cocción térmica  – método de cocciónPáginas que muestran descripciones de wikidata como alternativa
• Yeti Holdings  – Empresa manufacturera estadounidense

• Burger, R., patente estadounidense 872.795 , "Recipiente de doble pared con un espacio para el vacío entre las paredes", 3 de diciembre de 1907.
• Sella, Andrea (agosto de 2008). "Dewar's Flask". Chemistry World : 75 . Consultado el 30 de agosto de 2008 .

• Medios relacionados con Frascos de vacío en Wikimedia Commons