Funcionamiento y Aplicaciones de Sistemas de Presión y Vacío en Laboratorios

Fundamentos de Presión y Vacío en el Laboratorio

Definición y Medición de la Presión

La presión es el cociente entre la fuerza y la superficie sobre la que esta fuerza actúa.

Aparatos para Medir Presión

• Barómetro: Utilizado para medir la presión atmosférica (atm). Es un tubo capilar en forma de U lleno de mercurio (Hg) con una rama cerrada en la que se ha hecho el vacío, de modo que la presión en la parte más elevada es cero. La presión atmosférica es la presión que se ejerce sobre la otra rama y la que equilibra la columna de Hg.
• Manómetro: Utilizado para medir la presión de fluidos (por ejemplo, en mmHg). Es un tubo de vidrio en forma de U que contiene un líquido, que puede ser mercurio (Hg) o agua (H₂O).

Sistemas de Vacío

Trompa de Agua

Una trompa de agua es un dispositivo donde una corriente de agua a presión sufre un estrechamiento final. Este estrechamiento provoca un aumento de velocidad de la corriente de agua, reduciendo por consiguiente la presión, con la que se succiona el aire del recipiente unido a la trompa por la tubuladura lateral. El vacío que puede alcanzar una trompa de agua es de aproximadamente 10-14 mmHg.

Nota: Se coloca un frasco de seguridad para evitar que el agua de una reabsorción penetre en el montaje.

Aplicaciones de las Instalaciones a Vacío

Las instalaciones a vacío tienen diversas aplicaciones, entre ellas:

• Destilaciones
• Evaporaciones
• Filtración

Tipos de Instalación de Vacío

Existen diferentes tipos de instalación de vacío:

• Individual
• Centralizada
• De área local

Elementos Fundamentales de las Instalaciones de Vacío

• Trampas líquidas: Evitan que partículas y gotas entren en la bomba.
• Trampas frías: Se usan cuando es necesario condensar los vapores.
• Trampas de condensación: Se usan cuando es necesario recuperar disolventes para proteger el medio ambiente.

Vacuómetro

El vacuómetro es un tipo de manómetro en el que uno de los extremos está cerrado y el otro se conecta con el vacío a medir. La diferencia de altura en el líquido manométrico nos da la medida del vacío.

Aparatos de Producción de Vacío

Algunos aparatos utilizados para la producción de vacío son:

• Bomba de rodetes
• Bomba de paletas
• Bomba de membrana

Gases y Aire Comprimido en el Laboratorio

Identificación y Manejo de Gases

Colores de Algunos Gases

La identificación visual de las botellas de gas a menudo se realiza mediante códigos de colores (estos pueden variar según la normativa):

• ROJO: Acetileno, Hidrógeno, Etileno.
• NEGRO: Aire comprimido, Oxígeno, Dióxido de Carbono, Helio, Nitrógeno.
• VERDE: Sulfuroso, Óxido de Etileno.

Identificación de los Gases en Laboratorio

La correcta identificación de los gases incluye:

• Nombre del gas.
• Símbolo químico o abreviatura autorizada marcada sobre la ojiva de la botella.
• Color de la botella según su norma específica.

Clasificación de Gases según su Combustibilidad (Dirección de Rosca de Válvula)

• Gases no combustibles: La rosca de la válvula gira hacia la derecha para abrir.
• Gases combustibles: La rosca de la válvula gira a la izquierda para abrir.

Precauciones para Usar una Botella de Gas

Al manipular botellas de gas, es crucial seguir estas precauciones:

1. Quitar la caperuza protectora de la válvula.
2. Abrir ligeramente la llave de la botella para eliminar el polvo o impurezas de la salida.
3. Elegir el manorreductor adecuado según el gas a utilizar.
4. Roscar el manorreductor a la botella y apretar firmemente (aproximadamente 1 y 1/4 de vuelta) con una llave fija adecuada.
5. Comprobar que no haya fugas aplicando agua jabonosa en las conexiones; la formación de burbujas indica una fuga.
6. Cerrar el regulador del manorreductor aflojando completamente el tornillo de presión (sentido antihorario).
7. Abrir la llave de la botella lentamente y completamente.

Sistemas de Aire Comprimido

Elementos de una Línea de Aire Comprimido

Una línea de aire comprimido típicamente incluye:

• Compresor
• Acumulador de aire (calderín)
• Filtros
• Puntos de toma del aire

Componentes Adicionales y su Función

• Filtro de aire: Extrae del aire comprimido todas las impurezas sólidas y el agua condensada.
• Regulador de presión: Mantiene la presión de salida del aire lo más constante posible, independientemente de las fluctuaciones en la línea o el consumo.
• Lubricador: Adiciona una fina niebla de aceite al aire comprimido con el fin de lubricar herramientas neumáticas y evitar que se resequen las conducciones y las juntas en ciertos sistemas.

Tipos de Compresores

Los compresores pueden ser de varios tipos, incluyendo:

• Alternativos (de pistón)
• Rotativos (de tornillo, paletas, etc.)

Recipientes a Presión y Principios Físicos Relacionados

Recipientes a Presión

Se consideran recipientes a presión todos aquellos recipientes o aparatos en cuyo espacio interior la presión es superior a la atmosférica.

Información Obligatoria en Recipientes a Presión

Cualquier recipiente a presión debe indicar claramente la siguiente información:

• Fabricante
• Año de fabricación
• Capacidad interior en litros
• Presión de trabajo máxima admisible
• Temperatura de funcionamiento (mínima y máxima)

Recipientes a Presión Comunes en Laboratorio

• Reactores: Aparatos donde se desarrollan las reacciones químicas. Pueden ser de vidrio o metálicos y operar a presiones elevadas.
• Autoclave: Se utiliza para esterilizar medios de cultivo, material de vidrio y otros utensilios para microbiología y otras aplicaciones, mediante vapor de agua a alta presión y temperatura.

Principios Físicos Fundamentales

Densidad

La densidad es la relación entre la masa de un cuerpo o sustancia y el volumen que ocupa (ρ = m/V).

Principio de Pascal

Principio de Pascal: La presión en un punto de un líquido depende de la altura del líquido que este soporta y no de la cantidad de líquido.

Principio de Arquímedes

Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido en reposo experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen del fluido desalojado.