Comprender el concepto de criogenia
Share
La criogenia se define como el estudio científico de los materiales y su comportamiento a temperaturas extremadamente bajas. La palabra viene del griego cryo, que significa "frío", y genic, que significa "producir". El término generalmente se encuentra en el contexto de la física, la ciencia de los materiales y la medicina. A los científicos que estudian criogenia se le llama criogenista. Un material criogénico puede denominarse un criógeno. Aunque las temperaturas frías se pueden informar utilizando cualquier escala de temperatura, las escalas Kelvin y Rankine son más comunes porque son escalas absolutas que tienen números positivos.
Exactamente qué tan fría debe ser una sustancia para ser considerada "criogénica" es un tema de debate por parte de la comunidad científica. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST) considera que la criogenia incluye temperaturas inferiores a −180 ° C (93.15 K; −292.00 ° F), que es una temperatura por encima de la cual los refrigerantes comunes (por ejemplo, sulfuro de hidrógeno, freón) son gases y debajo de los cuales los "gases permanentes" (p. ej., aire, nitrógeno, oxígeno, neón, hidrógeno, helio) son líquidos. También hay un campo de estudio llamado "criogenia de alta temperatura", que involucra temperaturas superiores al punto de ebullición del nitrógeno líquido a presión ordinaria (−195.79 ° C (77.36 K; −320.42 ° F), hasta −50 ° C (223.15 K; -58.00 ° F).
La medición de la temperatura de los criógenos requiere sensores especiales. Los detectores de temperatura de resistencia (RTD) se utilizan para tomar mediciones de temperatura tan bajas como 30 K. Por debajo de 30 K, a menudo se usan diodos de silicio. Los detectores de partículas criogénicas son sensores que operan unos pocos grados por encima del cero absoluto y se utilizan para detectar fotones y partículas elementales..
Los líquidos criogénicos generalmente se almacenan en dispositivos llamados matraces Dewar. Estos son recipientes de doble pared que tienen un vacío entre las paredes para aislamiento. Los matraces Dewar diseñados para su uso con líquidos extremadamente fríos (por ejemplo, helio líquido) tienen un recipiente aislante adicional lleno de nitrógeno líquido. Los frascos Dewar reciben su nombre de su inventor, James Dewar. Los matraces permiten que el gas escape del recipiente para evitar que la acumulación de presión hierva y pueda provocar una explosión..
Fluidos Criogenicos
Los siguientes fluidos se usan con mayor frecuencia en criogenia:
| Fluido | Punto de ebullición (K) |
| Helio-3 | 3.19 |
| Helio-4 | 4.214 |
| Hidrógeno | 20,27 |
| Neón | 27,09 |
| Nitrógeno | 77,36 |
| Aire | 78,8 |
| Flúor | 85,24 |
| Argón | 87,24 |
| Oxígeno | 90,18 |
| Metano | 111,7 |
Usos de la criogenia
Existen varias aplicaciones de la criogenia. Se utiliza para producir combustibles criogénicos para cohetes, incluidos hidrógeno líquido y oxígeno líquido (LOX). Los campos electromagnéticos fuertes necesarios para la resonancia magnética nuclear (RMN) generalmente se producen sobreenfriando electroimanes con criógenos. La resonancia magnética (MRI) es una aplicación de RMN que utiliza helio líquido. Las cámaras infrarrojas requieren frecuentemente enfriamiento criogénico. La congelación criogénica de alimentos se utiliza para transportar o almacenar grandes cantidades de alimentos. El nitrógeno líquido se usa para producir niebla para efectos especiales e incluso cócteles y alimentos especiales. Los materiales congelados que usan criógenos pueden hacerlos lo suficientemente frágiles como para romperse en pequeños pedazos para reciclarlos. Las temperaturas criogénicas se utilizan para almacenar muestras de tejido y sangre y para preservar muestras experimentales. El enfriamiento criogénico de los superconductores puede usarse para aumentar la transmisión de energía eléctrica para las grandes ciudades. El procesamiento criogénico se usa como parte de algunos tratamientos de aleación y para facilitar las reacciones químicas a baja temperatura (por ejemplo, para hacer estatinas). Cryomilling se utiliza para fresar materiales que pueden ser demasiado blandos o elásticos para ser molidos a temperaturas normales. El enfriamiento de las moléculas (hasta cientos de nano Kelvins) puede usarse para formar estados exóticos de la materia. El Cold Atom Laboratory (CAL) es un instrumento diseñado para su uso en microgravedad para formar condensados de Bose Einstein (alrededor de 1 temperatura de pico Kelvin) y probar las leyes de la mecánica cuántica y otros principios físicos..
Disciplinas Criogénicas
La criogenia es un campo amplio que abarca varias disciplinas, que incluyen:
Cryonics - Cryonics es la criopreservación de animales y humanos con el objetivo de revivirlos en el futuro.
Criocirugía - Esta es una rama de la cirugía en la que las temperaturas criogénicas se usan para eliminar tejidos no deseados o malignos, como las células cancerosas o los lunares..
Crioelectrónicas - Este es el estudio de la superconductividad, el salto de rango variable y otros fenómenos electrónicos a baja temperatura. La aplicación práctica de la crioelectrónica se llama criotronicos.
Criobiología - Este es el estudio de los efectos de las bajas temperaturas en los organismos, incluida la preservación de organismos, tejidos y material genético utilizando criopreservación.
Dato curioso de la criogenia
Si bien la criogenia generalmente involucra una temperatura por debajo del punto de congelación del nitrógeno líquido pero por encima del cero absoluto, los investigadores han logrado temperaturas por debajo del cero absoluto (las llamadas temperaturas Kelvin negativas). En 2013, Ulrich Schneider de la Universidad de Munich (Alemania) enfrió el gas por debajo del cero absoluto, lo que, según los informes, lo hizo más caliente en lugar de más frío!
Fuentes
- Braun, S., Ronzheimer, J. P., Schreiber, M., Hodgman, S. S., Rom, T., Bloch, I., Schneider, U. (2013) "Temperatura absoluta negativa para grados de libertad motrices". Ciencias 339, 52-55.
- Gantz, Carroll (2015). Refrigeración: una historia. Jefferson, Carolina del Norte: McFarland & Company, Inc. p. 227. ISBN 978-0-7864-7687-9.
- Nash, J. M. (1991) "Dispositivos de expansión de vórtice para criogenia de alta temperatura". Proc. de la 26ª Conferencia de Ingeniería de Conversión de Energía Intersocial, Vol. 4, págs. 521-525.
