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EL PRINCIPIO DEL VACÍO

LOS filósofos griegos consideraban que el vacío significaba falto de contenido y esto fue un obstáculo para el entendimiento de los principios tecnológicos básicos del mismo.

Fue hasta mediados del siglo XVII cuando el italiano Gasparo Berti realizó el primer experimento con el vacío (1640). Motivado por un interés en diseñar un experimento para el estudio de los sifones, Berti pretendía aclarar el fenómeno como una manifestación de diferencia de presión de aire en la atmósfera. Creó lo que constituye, primordialmente, un barómetro de agua, el cual resultó capaz de producir vacío.

.

Al analizar el informe experimental de Berti, Evangelista Torricelli captó con claridad el concepto de presión de aire, por lo que diseñó, en 1644, un dispositivo para demostrar los cambios de presión en el aire. Construyó un barómetro que en lugar de agua empleaba mercurio, y de esta manera, sin proponérselo, comprobó la existencia del vacío.

El barómetro de Torricelli constaba de un recipiente y un tubo lleno de mercurio (Hg) cerrado en uno de sus extremos. Al invertir el tubo dentro del recipiente se formaba vacío en la parte superior del tubo. Esto era algo difícil de entender en su época, por lo que se intentó explicarlo diciendo que esa región del tubo contenía vapor de mercurio, argumento poco aceptable ya que el nivel de mercurio en el tubo era independiente del volumen del mismo utilizado en el experimento.

La aceptación del concepto de vacío se dio cuando en 1648, Blas Pascal, cuñado de Torricelli, subió un barómetro con 4 kg de mercurio a una montaña a 1 000 m sobre el nivel del mar. Sorprendentemente, cuando el barómetro estaba en la cima, el nivel de la columna de Hg en el tubo era mucho menor que al pie de la montaña. Analicemos lo sucedido.

Torricelli aseguraba la existencia de la presión de aire y decía que debido a ella el nivel de Hg en el recipiente no descendía, lo cual hacía que el tamaño de la columna de mercurio permaneciera constante dentro del tubo. Así pues, al disminuir la presión del aire en la cima de la montaña, el nivel de Hg en el recipiente subió y en la columna dentro del tubo bajó inmediatamente (se vació de manera parcial) (Figura I.2).

 El paso final que dio Torricelli fue la construcción de un barómetro de mercurio que contenía en la parte vacía del tubo, otro barómetro para medir la presión de aire en esa región. Se hicieron muchas mediciones y el resultado fue que no había una columna de Hg en el tubo del barómetro pequeño porque no se tenía presión de aire. Esto aclaró que no existía vapor de mercurio en la parte vacía del tubo. Así, se puso en evidencia la presión del aire y, lo más importante, la producción y existencia del vacío.

LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA

SABEMOS que la presión atmosférica es la que ejerce la atmósfera o aire sobre la Tierra. A temperatura ambiente y presión atmosférica normal, un metro cúbico de aire contiene aproximadamente 2 x 10²⁵ moléculas en movimiento (2 x 10²⁵ es igual a 2 con 25 ceros) a una velocidad promedio de 1 600 kilómetros por hora.

Una manera de medir la presión atmosférica es con un barómetro de mercurio, su valor se expresa en términos de la altura de la columna de mercurio de sección transversal unitaria y 760 mm de alto. Con base en esto decimos que una atmósfera (atm) estándar es igual a 760 mm Hg (milímetros de mercurio). Utilizaremos por conveniencia la unidad Torricelli (torr) como medida de presión; 1 torr = 1 mm Hg, por lo que 1 atm = 760 torr; por lo tanto 1 torr = 1/760 de una atmósfera estándar, o sea 1 torr =1.136 x 10^-3 atm (1 x 10^-3 es igual a 0.001 o igual a un milésimo).

El aire está compuesto por varios gases, los más importantes son el nitrógeno (N₂) y el oxígeno (O₂), pero también contiene en menores concentraciones: bióxido de carbono (CO₂), argón (Ar), neón (Ne), helio (He), criptón (Kr), xenón (Xe), hidrógeno (H₂), metano (CH₄), óxido nitroso (N₂O) y vapor de agua (H₂O).

De acuerdo con la definición de la Sociedad Americana de Vacío (1958), el término vacío se refiere a cierto espacio lleno con gases a una presión total menor que la presión atmosférica, por lo que el grado de vacío se incrementa en relación directa con la disminución de presión del gas residual. Esto significa que en cuanto más disminuyamos la presión, mayor vacío obtendremos, lo que nos permite clasificar el grado de vacío. Entonces, podemos hablar de bajo, mediano, alto y ultra alto vacío, en correspondencia con intervalos de presiones cada vez menores. Cada intervalo tiene características propias.

1) Bajo y mediano vacío. El intervalo de presión atmosférica con estas características se manifiesta desde un poco menos de 760 torr hasta 10^-2 torr. Con las técnicas usuales para hacer vacío (que se describen más adelante), los gases que componen el aire se evacuan a diferentes velocidades y esto altera la composición de gases del aire residual.

2) Alto vacío. El intervalo de presión se extiende desde cerca de 10^-3 hasta 10^-7 torr. La composición de gases residuales presenta un alto contenido de vapor de agua (H₂O).

3) Ultra alto vacío. El intervalo de presión va desde 10^-7 hasta 10^-16 torr. Las superficies internas del recipiente se mantienen limpias de gas. En este intervalo el componente dominante de los gases residuales es el hidrógeno.

LOS MEDIDORES DE VACÍO

El siguiente paso significativo en la producción de un medidor óptimo, fue en 1874, cuando McLeod presentó un dispositivo basado en la posibilidad de comprimir el volumen de gas a una proporción conocida. Usando una columna de mercurio, consiguió que las altas presiones pudieran ser medidas con facilidad, mientras que las bajas se podían calcular con la ayuda de la ley de Boyle. Técnicamente, el medidor funciona en un intervalo de 1 a 10^-6 torr

Medidor de presión de McLeod.

Se ha desarrollado desde entonces otro tipo de medidores de presión; éstos varían no sólo en forma o tamaño, sino sobre todo en el concepto teórico en el cual se basan. Por ejemplo, el medidor de presión creado por Langmuir usa una fibra de cuarzo que debe oscilar en el gas, y la disminución de amplitud en dichas oscilaciones nos da la medida de la presión del gas. Este dispositivo trabaja en un intervalo de presión entre 10^-2 y 10^-7 torr

Medidor de Langmuir.

El medidor de Pirani, diseñado en 1906, nos da una medida de la presión a través de la variación de la conductividad térmica del gas. Este dispositivo consta de un filamento metálico suspendido en un tubo en el sistema de vacío y conectado a una fuente de voltaje o corriente constante. El alambre puede ser de tungsteno u otro material cuya resistencia varíe mucho con la temperatura. Al aumentar el vacío, se reduce la pérdida de calor por conducción a través del gas y aumenta la temperatura y la resistencia del conductor, que se mide con un aparato adecuado.

En la selección de un medidor de presión es importante considerar de antemano el tipo de sistema con el cual se cuenta, el trabajo a realizarse, y las condiciones necesarias para medir la presión. Una manera sencilla de elegir el medidor adecuado a nuestros propósitos es tomar en cuenta los siguientes cinco puntos:

1) El intervalo de presión para el cual es requerido el medidor.

2) ¿Qué es importante saber?, la presión parcial de cada componente del gas o la presión total.

3) Considerar si la lectura del medidor depende del tipo de gas existente en la cámara.

4) La exactitud necesaria al medir.

5) El tipo de montadura del medidor.

Para dar una idea de la variedad de medidores que existen y los diferentes intervalos de presión en que trabajan..

En general, se acostumbra llamar barómetros a los instrumentos que sirven para medir la presión atmosférica, y manómetros a los que miden la presión de cualquier gas o vapor.

LAS CÁMARAS, LOS SELLOS Y LAS VÁLVULAS PARA VACÍO

LAS CÁMARAS

LAS cámaras o contenedores en los sistemas de vacío se construyen por lo general de vidrio o acero inoxidable. La característica principal que debe tener el material de la cámara es su resistencia a la fuerza ejercida sobre ella por la presión atmosférica. Esto es claro si se considera que la presión atmosférica ejerce una fuerza de un 1 kg/cm² en el área superficial de la cámara. Por ejemplo, una cámara con una superficie de 1 m² debe resistir 10 toneladas de peso.

Las cámaras de metal son hechas, por lo general, en secciones de forma cilíndrica, porque así la cámara puede resistir con mayor facilidad la presión externa. Enrollando una hoja gruesa de metal, los extremos de la cámara cilíndrica son convenientemente cerrados con placas planas de metal.

La capacidad de un cilindro para no colapsarse por la presión externa depende de su diámetro, espesor de las paredes, y la firmeza del material. Después de construida la cámara, es necesario hacerle un electro pulido a la superficie que será expuesta al vacío, para minimizar la cantidad de gas absorbido en las paredes del contenedor.

LOS SELLOS

Las extensiones en las cámaras de vacío son cilíndricas y de diferentes diámetros. Todo tipo de artefactos a introducirse en la cámara vienen montados en las bridas, las cuales funcionan como tapaderas de las extensiones. Para cerrar el sistema, entre las bridas y las extensiones existe una franja triangular para colocar los sellos. En los sistemas de vacío los sellos son en forma de anillos circulares con sección transversal rectangular o circular; son fabricados de materiales de vitón, neopreno o metálicos. Existen sellos estáticos (inmóviles) y sellos mecánicos (movibles dentro del sistema).

Para presiones menores a 10^-7 torr, los sellos de las conexiones de vacío se elaboran de una variedad de elastómeros, los más usuales son Buna-N, caucho sintético y Vitón-A. El Buna-N puede ser calentado hasta 80°C y no soporta largos periodos de compresión, mientras que los sellos de Vitón-A soportan temperaturas superiores a los 250°C y no son muy deformables por lo que soportan largos periodos de compresión. Otro tipo de sellos usados con frecuencia a presiones inferiores a 10^-7 torr, son los de cobre y aluminio. La ventaja de éstos es que el sistema puede ser horneado a altas temperaturas (~ 450°C) sin que el sello presente problemas de elongación o deformación. Otra ventaja resulta de su bajo índice de desgastamiento.

LAS VÁLVULAS

Para el uso en sistemas de vidrio, sistemas de metal en alto vacío y ultra alto vacío existe poca variedad de válvulas en el mercado, ya que por lo general las válvulas de vacío son tan complejas que resulta incosteable para un laboratorio fabricarlas, y son las grandes compañías de equipo para vacío las que las producen.

. Se emplean principalmente en sistemas para producción de vacío primario.la válvula de este tipo se hace de acero inoxidable con sellos de vitón y puede calentarse hasta 200°C; se usa comúnmente en sistemas con bombas de difusión en pequeños sistemas de alto vacío. Las válvulas de metal se usan para aislar bombas de difusión o bombas iónicas de una cámara de alto vacío; se elaboran con aluminio o acero inoxidable y tienen una apertura interna de 5 a 25 centímetros.

LA MECÁNICA DE LA RESPIRACIÓN

El acto respiratorio depende por completo del hecho de que la cavidad torácica, que es la caja formada por las costillas, es en efecto un compartimento cerrado, cuya única abertura al exterior es la tráquea, que es el conducto que va a la garganta. Por consiguiente, cuando aumenta el volumen de la cavidad torácica, disminuye la presión en la misma, y el vacío generado da lugar a que el aire sea aspirado hacia el interior por la tráquea; cuando disminuye el volumen, aumenta la presión en la cavidad ocasionando la expulsión del aire. La respiración consiste sencillamente en expansiones y contracciones periódicas de la cavidad torácica producidas por contracciones intermitentes de los músculos respiratorios y retracciones pasivas de los pulmones elásticos.

LOS MATERIALES AL VACÍO

Los materiales usados con más frecuencia en las técnicas de vacío se presentan en la siguiente clasificación:

Generales

1) Acero. El acero templado es un acero sin tratamientos térmicos y de bajas concentraciones de carbón. Estos tipos de acero templado con bajo contenido de azufre son usados con frecuencia en sistemas de vacío. Se encuentran disponibles en diferentes formas y pueden ser unidos, fundidos o soldados. Se utilizan en los sistemas de vacío por su baja presión de vapor y como recubrimiento en las bombas de mercurio, ya que no es afectado por el vapor de Hg. Sin embargo puede ser afectado por la corrosión debido a la adsorción de vapor de agua.

2) Acero inoxidable. Es más resistente a la corrosión que el acero. Es una aleación de cromo y acero y se emplea en forma de tubos, platos, cámaras y extensiones. Para trabajos de vacío no es recomendable el acero inoxidable de la serie 303 ya que contiene azufre. Por otra parte, la serie 300 es muy utilizada en sistemas de ultra alto vacío; su conductividad térmica y eléctrica es baja, no es magnético, y las temperaturas a que se exponen los sistemas de este tipo no deben de exceder los 1 000°C, porque el cromo se comienza a evaporar a los 1 200°C.

3) Aluminio. Es de poco peso, fuerte, resistente a la corrosión con una baja presión de vapor, barato, fácil de trabajar, y fácilmente obtenible en las formas más comunes, como tubos, hojas, barras, etcétera.

4) Bronce. Es esencialmente una aleación de cobre y estaño. Es fácil de trabajar y con él se construyen algunas válvulas.

5) Cobre. Ocasionalmente se usa para electrodos no magnéticos, sirve también para sellos anulares de vidrios y bridas. Tiene una densidad de 8.8 a 8.9 g/cm. Su punto de fusión es de 1083°C.

6) Vidrio. El vidrio más comúnmente usado en los laboratorios de sistemas de vacío es un borosilicato conocido como Pyrex. Se construyen envases, cámaras, ventanas; etcétera.

Metales especialmente refractarios

1) Molibdeno. Tiene un punto de fusión alto (2 620°C), por ello se usa con frecuencia para filamentos, botes, y depósitos en los cuales el material será evaporado al vacío. Otro uso es para bombear metal activo a muy bajas presiones. El molibdeno se oxida con rapidez cuando se calienta en el aire.

2) Tungsteno. Su punto de fusión está catalogado como el más alto de cualquier metal (3 382°C). Es difícil de trabajar, pero se encuentra disponible en hojas y alambres que pueden ser procesados en frío para tiras de calentadores y filamentos. El tungsteno se oxida rápidamente cuando es calentado en la atmósfera, y emite electrones a temperaturas superiores a los 2 000°C. Se usa con frecuencia como filamento en los medidores de presión por ionización, electrodos y anticátodos para tubos de rayos X. Tiene una densidad de 19-19.4 g/cm.

3) Tántalo. Es más dúctil que el molibdeno y el tungsteno pero más costoso. Resiste el ataque de ácidos y se utiliza en la construcción de botes, chalupas y filamentos para depósito de películas delgadas en vacío, además de calentador de elementos en vacío y actúa como colector de los 600 a los 1 000°C. Tiene un punto de fusión de 2 996°C.

Cerámicas

Las cerámicas son usadas como aislantes térmicos o eléctricos en altas temperaturas. Se emplean para sostener piezas que van a calentarse en la construcción de cámaras para alto vacío. También son aislantes en las tapas de acero de las cámaras, donde se colocan las barras de metal que atraviesan la cámara conectando el interior de la misma con el exterior.

Los tipos de cerámica más usados en sistemas de vacío son: alúmina, porcelana, lava y zafiro. A continuación se da una descripción breve de estos tipos de cerámica.

1) Zafiro. Es la presentación más pura del óxido de aluminio. Se puede obtener en forma transparente para usarse como ventanas en sistemas de vacío, las cuales se pueden exponer a temperaturas de 1 900°C. La transmisión infrarroja del zafiro es mejor que la de otros materiales. El zafiro es producido en forma de monocristales y puede ser sellador de vidrio.

2) Porcelana. Contiene tres ingredientes principales: arcilla, pedernal y feldespato; variando las proporciones de estos materiales, cambian ciertas propiedades de la cerámica, como su resistencia a choques térmicos, resistencia dieléctrica o mecánica. La porcelana se encuentra disponible en diámetros y longitudes estándar con roscas de tornillo en las puntas. La temperatura máxima a la cual opera la porcelana es cercana a los 1 000°C.

3) Lava. Cerámica hecha de talco natural, puede operar a temperaturas entre los 1 000 y 1 200°C.

Otro tipo de materiales importantes en la tecnología de vacío son los plásticos y los cauchos. Para los plásticos se consideran las condiciones a las que serán expuestos, la cantidad de uso ha de dárseles, cómo y dónde se emplearán, la temperatura a la que estarán expuestos y si formarán una parte permanente o temporal en el sistema. Algunos plásticos especiales que tienen una alta presión de vapor son los acrílicos y los fluorocarbonos.

Los cauchos se dividen en caucho natural y caucho sintético. Algunos de los cauchos sintéticos son: nitrilo, neopreno, butil y GR-S.

FUGAS

Una fuga (entrada de aire) sube la presión base del sistema y deteriora el vacío. Cuando ocurre una fuga a presiones arriba de 10^-6 torr, es común encontrarla en lugares como la pared externa de la cámara. Para localizarla se usa un líquido o vapor para el cual la sensibilidad del medidor o la velocidad del bombeo son muy diferentes a la del aire bombeado. Con una piseta de acetona o alcohol etílico, o una lata de aerosol de freón líquido se moja la superficie que se quiere probar. Estos líquidos usualmente causan un cambio abrupto en la presión indicada mientras fluyen por la fuga. Una desventaja de este método es que el solvente puede contaminar o dañar los sellos circulares

EL PRINCIPIO DEL VACÍO

LOS filósofos griegos consideraban que el vacío significaba falto de contenido y esto fue un obstáculo para el entendimiento de los principios tecnológicos básicos del mismo.

Fue hasta mediados del siglo XVII cuando el italiano Gasparo Berti realizó el primer experimento con el vacío (1640). Motivado por un interés en diseñar un experimento para el estudio de los sifones, Berti pretendía aclarar el fenómeno como una manifestación de diferencia de presión de aire en la atmósfera. Creó lo que constituye, primordialmente, un barómetro de agua, el cual resultó capaz de producir vacío.

.

Al analizar el informe experimental de Berti, Evangelista Torricelli captó con claridad el concepto de presión de aire, por lo que diseñó, en 1644, un dispositivo para demostrar los cambios de presión en el aire. Construyó un barómetro que en lugar de agua empleaba mercurio, y de esta manera, sin proponérselo, comprobó la existencia del vacío.

El barómetro de Torricelli constaba de un recipiente y un tubo lleno de mercurio (Hg) cerrado en uno de sus extremos. Al invertir el tubo dentro del recipiente se formaba vacío en la parte superior del tubo. Esto era algo difícil de entender en su época, por lo que se intentó explicarlo diciendo que esa región del tubo contenía vapor de mercurio, argumento poco aceptable ya que el nivel de mercurio en el tubo era independiente del volumen del mismo utilizado en el experimento.

La aceptación del concepto de vacío se dio cuando en 1648, Blas Pascal, cuñado de Torricelli, subió un barómetro con 4 kg de mercurio a una montaña a 1 000 m sobre el nivel del mar. Sorprendentemente, cuando el barómetro estaba en la cima, el nivel de la columna de Hg en el tubo era mucho menor que al pie de la montaña. Analicemos lo sucedido.

Torricelli aseguraba la existencia de la presión de aire y decía que debido a ella el nivel de Hg en el recipiente no descendía, lo cual hacía que el tamaño de la columna de mercurio permaneciera constante dentro del tubo. Así pues, al disminuir la presión del aire en la cima de la montaña, el nivel de Hg en el recipiente subió y en la columna dentro del tubo bajó inmediatamente (se vació de manera parcial) (Figura I.2).

 El paso final que dio Torricelli fue la construcción de un barómetro de mercurio que contenía en la parte vacía del tubo, otro barómetro para medir la presión de aire en esa región. Se hicieron muchas mediciones y el resultado fue que no había una columna de Hg en el tubo del barómetro pequeño porque no se tenía presión de aire. Esto aclaró que no existía vapor de mercurio en la parte vacía del tubo. Así, se puso en evidencia la presión del aire y, lo más importante, la producción y existencia del vacío.

LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA

SABEMOS que la presión atmosférica es la que ejerce la atmósfera o aire sobre la Tierra. A temperatura ambiente y presión atmosférica normal, un metro cúbico de aire contiene aproximadamente 2 x 10²⁵ moléculas en movimiento (2 x 10²⁵ es igual a 2 con 25 ceros) a una velocidad promedio de 1 600 kilómetros por hora.

Una manera de medir la presión atmosférica es con un barómetro de mercurio, su valor se expresa en términos de la altura de la columna de mercurio de sección transversal unitaria y 760 mm de alto. Con base en esto decimos que una atmósfera (atm) estándar es igual a 760 mm Hg (milímetros de mercurio). Utilizaremos por conveniencia la unidad Torricelli (torr) como medida de presión; 1 torr = 1 mm Hg, por lo que 1 atm = 760 torr; por lo tanto 1 torr = 1/760 de una atmósfera estándar, o sea 1 torr =1.136 x 10^-3 atm (1 x 10^-3 es igual a 0.001 o igual a un milésimo).

El aire está compuesto por varios gases, los más importantes son el nitrógeno (N₂) y el oxígeno (O₂), pero también contiene en menores concentraciones: bióxido de carbono (CO₂), argón (Ar), neón (Ne), helio (He), criptón (Kr), xenón (Xe), hidrógeno (H₂), metano (CH₄), óxido nitroso (N₂O) y vapor de agua (H₂O).

De acuerdo con la definición de la Sociedad Americana de Vacío (1958), el término vacío se refiere a cierto espacio lleno con gases a una presión total menor que la presión atmosférica, por lo que el grado de vacío se incrementa en relación directa con la disminución de presión del gas residual. Esto significa que en cuanto más disminuyamos la presión, mayor vacío obtendremos, lo que nos permite clasificar el grado de vacío. Entonces, podemos hablar de bajo, mediano, alto y ultra alto vacío, en correspondencia con intervalos de presiones cada vez menores. Cada intervalo tiene características propias.

1) Bajo y mediano vacío. El intervalo de presión atmosférica con estas características se manifiesta desde un poco menos de 760 torr hasta 10^-2 torr. Con las técnicas usuales para hacer vacío (que se describen más adelante), los gases que componen el aire se evacuan a diferentes velocidades y esto altera la composición de gases del aire residual.

2) Alto vacío. El intervalo de presión se extiende desde cerca de 10^-3 hasta 10^-7 torr. La composición de gases residuales presenta un alto contenido de vapor de agua (H₂O).

3) Ultra alto vacío. El intervalo de presión va desde 10^-7 hasta 10^-16 torr. Las superficies internas del recipiente se mantienen limpias de gas. En este intervalo el componente dominante de los gases residuales es el hidrógeno.

LOS MEDIDORES DE VACÍO

El siguiente paso significativo en la producción de un medidor óptimo, fue en 1874, cuando McLeod presentó un dispositivo basado en la posibilidad de comprimir el volumen de gas a una proporción conocida. Usando una columna de mercurio, consiguió que las altas presiones pudieran ser medidas con facilidad, mientras que las bajas se podían calcular con la ayuda de la ley de Boyle. Técnicamente, el medidor funciona en un intervalo de 1 a 10^-6 torr

Medidor de presión de McLeod.

Se ha desarrollado desde entonces otro tipo de medidores de presión; éstos varían no sólo en forma o tamaño, sino sobre todo en el concepto teórico en el cual se basan. Por ejemplo, el medidor de presión creado por Langmuir usa una fibra de cuarzo que debe oscilar en el gas, y la disminución de amplitud en dichas oscilaciones nos da la medida de la presión del gas. Este dispositivo trabaja en un intervalo de presión entre 10^-2 y 10^-7 torr

Medidor de Langmuir.

El medidor de Pirani, diseñado en 1906, nos da una medida de la presión a través de la variación de la conductividad térmica del gas. Este dispositivo consta de un filamento metálico suspendido en un tubo en el sistema de vacío y conectado a una fuente de voltaje o corriente constante. El alambre puede ser de tungsteno u otro material cuya resistencia varíe mucho con la temperatura. Al aumentar el vacío, se reduce la pérdida de calor por conducción a través del gas y aumenta la temperatura y la resistencia del conductor, que se mide con un aparato adecuado.

En la selección de un medidor de presión es importante considerar de antemano el tipo de sistema con el cual se cuenta, el trabajo a realizarse, y las condiciones necesarias para medir la presión. Una manera sencilla de elegir el medidor adecuado a nuestros propósitos es tomar en cuenta los siguientes cinco puntos:

1) El intervalo de presión para el cual es requerido el medidor.

2) ¿Qué es importante saber?, la presión parcial de cada componente del gas o la presión total.

3) Considerar si la lectura del medidor depende del tipo de gas existente en la cámara.

4) La exactitud necesaria al medir.

5) El tipo de montadura del medidor.

Para dar una idea de la variedad de medidores que existen y los diferentes intervalos de presión en que trabajan..

En general, se acostumbra llamar barómetros a los instrumentos que sirven para medir la presión atmosférica, y manómetros a los que miden la presión de cualquier gas o vapor.

LAS CÁMARAS, LOS SELLOS Y LAS VÁLVULAS PARA VACÍO

LAS CÁMARAS

LAS cámaras o contenedores en los sistemas de vacío se construyen por lo general de vidrio o acero inoxidable. La característica principal que debe tener el material de la cámara es su resistencia a la fuerza ejercida sobre ella por la presión atmosférica. Esto es claro si se considera que la presión atmosférica ejerce una fuerza de un 1 kg/cm² en el área superficial de la cámara. Por ejemplo, una cámara con una superficie de 1 m² debe resistir 10 toneladas de peso.

Las cámaras de metal son hechas, por lo general, en secciones de forma cilíndrica, porque así la cámara puede resistir con mayor facilidad la presión externa. Enrollando una hoja gruesa de metal, los extremos de la cámara cilíndrica son convenientemente cerrados con placas planas de metal.

La capacidad de un cilindro para no colapsarse por la presión externa depende de su diámetro, espesor de las paredes, y la firmeza del material. Después de construida la cámara, es necesario hacerle un electro pulido a la superficie que será expuesta al vacío, para minimizar la cantidad de gas absorbido en las paredes del contenedor.

LOS SELLOS

Las extensiones en las cámaras de vacío son cilíndricas y de diferentes diámetros. Todo tipo de artefactos a introducirse en la cámara vienen montados en las bridas, las cuales funcionan como tapaderas de las extensiones. Para cerrar el sistema, entre las bridas y las extensiones existe una franja triangular para colocar los sellos. En los sistemas de vacío los sellos son en forma de anillos circulares con sección transversal rectangular o circular; son fabricados de materiales de vitón, neopreno o metálicos. Existen sellos estáticos (inmóviles) y sellos mecánicos (movibles dentro del sistema).

Para presiones menores a 10^-7 torr, los sellos de las conexiones de vacío se elaboran de una variedad de elastómeros, los más usuales son Buna-N, caucho sintético y Vitón-A. El Buna-N puede ser calentado hasta 80°C y no soporta largos periodos de compresión, mientras que los sellos de Vitón-A soportan temperaturas superiores a los 250°C y no son muy deformables por lo que soportan largos periodos de compresión. Otro tipo de sellos usados con frecuencia a presiones inferiores a 10^-7 torr, son los de cobre y aluminio. La ventaja de éstos es que el sistema puede ser horneado a altas temperaturas (~ 450°C) sin que el sello presente problemas de elongación o deformación. Otra ventaja resulta de su bajo índice de desgastamiento.

LAS VÁLVULAS

Para el uso en sistemas de vidrio, sistemas de metal en alto vacío y ultra alto vacío existe poca variedad de válvulas en el mercado, ya que por lo general las válvulas de vacío son tan complejas que resulta incosteable para un laboratorio fabricarlas, y son las grandes compañías de equipo para vacío las que las producen.

. Se emplean principalmente en sistemas para producción de vacío primario.la válvula de este tipo se hace de acero inoxidable con sellos de vitón y puede calentarse hasta 200°C; se usa comúnmente en sistemas con bombas de difusión en pequeños sistemas de alto vacío. Las válvulas de metal se usan para aislar bombas de difusión o bombas iónicas de una cámara de alto vacío; se elaboran con aluminio o acero inoxidable y tienen una apertura interna de 5 a 25 centímetros.

LA MECÁNICA DE LA RESPIRACIÓN

El acto respiratorio depende por completo del hecho de que la cavidad torácica, que es la caja formada por las costillas, es en efecto un compartimento cerrado, cuya única abertura al exterior es la tráquea, que es el conducto que va a la garganta. Por consiguiente, cuando aumenta el volumen de la cavidad torácica, disminuye la presión en la misma, y el vacío generado da lugar a que el aire sea aspirado hacia el interior por la tráquea; cuando disminuye el volumen, aumenta la presión en la cavidad ocasionando la expulsión del aire. La respiración consiste sencillamente en expansiones y contracciones periódicas de la cavidad torácica producidas por contracciones intermitentes de los músculos respiratorios y retracciones pasivas de los pulmones elásticos.

LOS MATERIALES AL VACÍO

Los materiales usados con más frecuencia en las técnicas de vacío se presentan en la siguiente clasificación:

Generales

1) Acero. El acero templado es un acero sin tratamientos térmicos y de bajas concentraciones de carbón. Estos tipos de acero templado con bajo contenido de azufre son usados con frecuencia en sistemas de vacío. Se encuentran disponibles en diferentes formas y pueden ser unidos, fundidos o soldados. Se utilizan en los sistemas de vacío por su baja presión de vapor y como recubrimiento en las bombas de mercurio, ya que no es afectado por el vapor de Hg. Sin embargo puede ser afectado por la corrosión debido a la adsorción de vapor de agua.

2) Acero inoxidable. Es más resistente a la corrosión que el acero. Es una aleación de cromo y acero y se emplea en forma de tubos, platos, cámaras y extensiones. Para trabajos de vacío no es recomendable el acero inoxidable de la serie 303 ya que contiene azufre. Por otra parte, la serie 300 es muy utilizada en sistemas de ultra alto vacío; su conductividad térmica y eléctrica es baja, no es magnético, y las temperaturas a que se exponen los sistemas de este tipo no deben de exceder los 1 000°C, porque el cromo se comienza a evaporar a los 1 200°C.

3) Aluminio. Es de poco peso, fuerte, resistente a la corrosión con una baja presión de vapor, barato, fácil de trabajar, y fácilmente obtenible en las formas más comunes, como tubos, hojas, barras, etcétera.

4) Bronce. Es esencialmente una aleación de cobre y estaño. Es fácil de trabajar y con él se construyen algunas válvulas.

5) Cobre. Ocasionalmente se usa para electrodos no magnéticos, sirve también para sellos anulares de vidrios y bridas. Tiene una densidad de 8.8 a 8.9 g/cm. Su punto de fusión es de 1083°C.

6) Vidrio. El vidrio más comúnmente usado en los laboratorios de sistemas de vacío es un borosilicato conocido como Pyrex. Se construyen envases, cámaras, ventanas; etcétera.

Metales especialmente refractarios

1) Molibdeno. Tiene un punto de fusión alto (2 620°C), por ello se usa con frecuencia para filamentos, botes, y depósitos en los cuales el material será evaporado al vacío. Otro uso es para bombear metal activo a muy bajas presiones. El molibdeno se oxida con rapidez cuando se calienta en el aire.

2) Tungsteno. Su punto de fusión está catalogado como el más alto de cualquier metal (3 382°C). Es difícil de trabajar, pero se encuentra disponible en hojas y alambres que pueden ser procesados en frío para tiras de calentadores y filamentos. El tungsteno se oxida rápidamente cuando es calentado en la atmósfera, y emite electrones a temperaturas superiores a los 2 000°C. Se usa con frecuencia como filamento en los medidores de presión por ionización, electrodos y anticátodos para tubos de rayos X. Tiene una densidad de 19-19.4 g/cm.

3) Tántalo. Es más dúctil que el molibdeno y el tungsteno pero más costoso. Resiste el ataque de ácidos y se utiliza en la construcción de botes, chalupas y filamentos para depósito de películas delgadas en vacío, además de calentador de elementos en vacío y actúa como colector de los 600 a los 1 000°C. Tiene un punto de fusión de 2 996°C.

Cerámicas

Las cerámicas son usadas como aislantes térmicos o eléctricos en altas temperaturas. Se emplean para sostener piezas que van a calentarse en la construcción de cámaras para alto vacío. También son aislantes en las tapas de acero de las cámaras, donde se colocan las barras de metal que atraviesan la cámara conectando el interior de la misma con el exterior.

Los tipos de cerámica más usados en sistemas de vacío son: alúmina, porcelana, lava y zafiro. A continuación se da una descripción breve de estos tipos de cerámica.

1) Zafiro. Es la presentación más pura del óxido de aluminio. Se puede obtener en forma transparente para usarse como ventanas en sistemas de vacío, las cuales se pueden exponer a temperaturas de 1 900°C. La transmisión infrarroja del zafiro es mejor que la de otros materiales. El zafiro es producido en forma de monocristales y puede ser sellador de vidrio.

2) Porcelana. Contiene tres ingredientes principales: arcilla, pedernal y feldespato; variando las proporciones de estos materiales, cambian ciertas propiedades de la cerámica, como su resistencia a choques térmicos, resistencia dieléctrica o mecánica. La porcelana se encuentra disponible en diámetros y longitudes estándar con roscas de tornillo en las puntas. La temperatura máxima a la cual opera la porcelana es cercana a los 1 000°C.

3) Lava. Cerámica hecha de talco natural, puede operar a temperaturas entre los 1 000 y 1 200°C.

Otro tipo de materiales importantes en la tecnología de vacío son los plásticos y los cauchos. Para los plásticos se consideran las condiciones a las que serán expuestos, la cantidad de uso ha de dárseles, cómo y dónde se emplearán, la temperatura a la que estarán expuestos y si formarán una parte permanente o temporal en el sistema. Algunos plásticos especiales que tienen una alta presión de vapor son los acrílicos y los fluorocarbonos.

Los cauchos se dividen en caucho natural y caucho sintético. Algunos de los cauchos sintéticos son: nitrilo, neopreno, butil y GR-S.

FUGAS

Una fuga (entrada de aire) sube la presión base del sistema y deteriora el vacío. Cuando ocurre una fuga a presiones arriba de 10^-6 torr, es común encontrarla en lugares como la pared externa de la cámara. Para localizarla se usa un líquido o vapor para el cual la sensibilidad del medidor o la velocidad del bombeo son muy diferentes a la del aire bombeado. Con una piseta de acetona o alcohol etílico, o una lata de aerosol de freón líquido se moja la superficie que se quiere probar. Estos líquidos usualmente causan un cambio abrupto en la presión indicada mientras fluyen por la fuga. Una desventaja de este método es que el solvente puede contaminar o dañar los sellos circulares

 opinion personal

me parecio un libro muy curioso y muy educativo prque trata de muchos temas y de el nos podemos informar sobre muchas cosas educativas como la presion atmosferica, la respiracion, los medidores del vacio etc

EL PRINCIPIO DEL VACÍO

LOS filósofos griegos consideraban que el vacío significaba falto de contenido y esto fue un obstáculo para el entendimiento de los principios tecnológicos básicos del mismo.

Fue hasta mediados del siglo XVII cuando el italiano Gasparo Berti realizó el primer experimento con el vacío (1640). Motivado por un interés en diseñar un experimento para el estudio de los sifones, Berti pretendía aclarar el fenómeno como una manifestación de diferencia de presión de aire en la atmósfera. Creó lo que constituye, primordialmente, un barómetro de agua, el cual resultó capaz de producir vacío.

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Al analizar el informe experimental de Berti, Evangelista Torricelli captó con claridad el concepto de presión de aire, por lo que diseñó, en 1644, un dispositivo para demostrar los cambios de presión en el aire. Construyó un barómetro que en lugar de agua empleaba mercurio, y de esta manera, sin proponérselo, comprobó la existencia del vacío.

El barómetro de Torricelli constaba de un recipiente y un tubo lleno de mercurio (Hg) cerrado en uno de sus extremos. Al invertir el tubo dentro del recipiente se formaba vacío en la parte superior del tubo. Esto era algo difícil de entender en su época, por lo que se intentó explicarlo diciendo que esa región del tubo contenía vapor de mercurio, argumento poco aceptable ya que el nivel de mercurio en el tubo era independiente del volumen del mismo utilizado en el experimento.

La aceptación del concepto de vacío se dio cuando en 1648, Blas Pascal, cuñado de Torricelli, subió un barómetro con 4 kg de mercurio a una montaña a 1 000 m sobre el nivel del mar. Sorprendentemente, cuando el barómetro estaba en la cima, el nivel de la columna de Hg en el tubo era mucho menor que al pie de la montaña. Analicemos lo sucedido.

Torricelli aseguraba la existencia de la presión de aire y decía que debido a ella el nivel de Hg en el recipiente no descendía, lo cual hacía que el tamaño de la columna de mercurio permaneciera constante dentro del tubo. Así pues, al disminuir la presión del aire en la cima de la montaña, el nivel de Hg en el recipiente subió y en la columna dentro del tubo bajó inmediatamente (se vació de manera parcial) (Figura I.2).

 El paso final que dio Torricelli fue la construcción de un barómetro de mercurio que contenía en la parte vacía del tubo, otro barómetro para medir la presión de aire en esa región. Se hicieron muchas mediciones y el resultado fue que no había una columna de Hg en el tubo del barómetro pequeño porque no se tenía presión de aire. Esto aclaró que no existía vapor de mercurio en la parte vacía del tubo. Así, se puso en evidencia la presión del aire y, lo más importante, la producción y existencia del vacío.

LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA

SABEMOS que la presión atmosférica es la que ejerce la atmósfera o aire sobre la Tierra. A temperatura ambiente y presión atmosférica normal, un metro cúbico de aire contiene aproximadamente 2 x 10²⁵ moléculas en movimiento (2 x 10²⁵ es igual a 2 con 25 ceros) a una velocidad promedio de 1 600 kilómetros por hora.

Una manera de medir la presión atmosférica es con un barómetro de mercurio, su valor se expresa en términos de la altura de la columna de mercurio de sección transversal unitaria y 760 mm de alto. Con base en esto decimos que una atmósfera (atm) estándar es igual a 760 mm Hg (milímetros de mercurio). Utilizaremos por conveniencia la unidad Torricelli (torr) como medida de presión; 1 torr = 1 mm Hg, por lo que 1 atm = 760 torr; por lo tanto 1 torr = 1/760 de una atmósfera estándar, o sea 1 torr =1.136 x 10^-3 atm (1 x 10^-3 es igual a 0.001 o igual a un milésimo).

El aire está compuesto por varios gases, los más importantes son el nitrógeno (N₂) y el oxígeno (O₂), pero también contiene en menores concentraciones: bióxido de carbono (CO₂), argón (Ar), neón (Ne), helio (He), criptón (Kr), xenón (Xe), hidrógeno (H₂), metano (CH₄), óxido nitroso (N₂O) y vapor de agua (H₂O).

De acuerdo con la definición de la Sociedad Americana de Vacío (1958), el término vacío se refiere a cierto espacio lleno con gases a una presión total menor que la presión atmosférica, por lo que el grado de vacío se incrementa en relación directa con la disminución de presión del gas residual. Esto significa que en cuanto más disminuyamos la presión, mayor vacío obtendremos, lo que nos permite clasificar el grado de vacío. Entonces, podemos hablar de bajo, mediano, alto y ultra alto vacío, en correspondencia con intervalos de presiones cada vez menores. Cada intervalo tiene características propias.

1) Bajo y mediano vacío. El intervalo de presión atmosférica con estas características se manifiesta desde un poco menos de 760 torr hasta 10^-2 torr. Con las técnicas usuales para hacer vacío (que se describen más adelante), los gases que componen el aire se evacuan a diferentes velocidades y esto altera la composición de gases del aire residual.

2) Alto vacío. El intervalo de presión se extiende desde cerca de 10^-3 hasta 10^-7 torr. La composición de gases residuales presenta un alto contenido de vapor de agua (H₂O).

3) Ultra alto vacío. El intervalo de presión va desde 10^-7 hasta 10^-16 torr. Las superficies internas del recipiente se mantienen limpias de gas. En este intervalo el componente dominante de los gases residuales es el hidrógeno.

LOS MEDIDORES DE VACÍO

El siguiente paso significativo en la producción de un medidor óptimo, fue en 1874, cuando McLeod presentó un dispositivo basado en la posibilidad de comprimir el volumen de gas a una proporción conocida. Usando una columna de mercurio, consiguió que las altas presiones pudieran ser medidas con facilidad, mientras que las bajas se podían calcular con la ayuda de la ley de Boyle. Técnicamente, el medidor funciona en un intervalo de 1 a 10^-6 torr

Medidor de presión de McLeod.

Se ha desarrollado desde entonces otro tipo de medidores de presión; éstos varían no sólo en forma o tamaño, sino sobre todo en el concepto teórico en el cual se basan. Por ejemplo, el medidor de presión creado por Langmuir usa una fibra de cuarzo que debe oscilar en el gas, y la disminución de amplitud en dichas oscilaciones nos da la medida de la presión del gas. Este dispositivo trabaja en un intervalo de presión entre 10^-2 y 10^-7 torr

Medidor de Langmuir.

El medidor de Pirani, diseñado en 1906, nos da una medida de la presión a través de la variación de la conductividad térmica del gas. Este dispositivo consta de un filamento metálico suspendido en un tubo en el sistema de vacío y conectado a una fuente de voltaje o corriente constante. El alambre puede ser de tungsteno u otro material cuya resistencia varíe mucho con la temperatura. Al aumentar el vacío, se reduce la pérdida de calor por conducción a través del gas y aumenta la temperatura y la resistencia del conductor, que se mide con un aparato adecuado.

En la selección de un medidor de presión es importante considerar de antemano el tipo de sistema con el cual se cuenta, el trabajo a realizarse, y las condiciones necesarias para medir la presión. Una manera sencilla de elegir el medidor adecuado a nuestros propósitos es tomar en cuenta los siguientes cinco puntos:

1) El intervalo de presión para el cual es requerido el medidor.

2) ¿Qué es importante saber?, la presión parcial de cada componente del gas o la presión total.

3) Considerar si la lectura del medidor depende del tipo de gas existente en la cámara.

4) La exactitud necesaria al medir.

5) El tipo de montadura del medidor.

Para dar una idea de la variedad de medidores que existen y los diferentes intervalos de presión en que trabajan..

En general, se acostumbra llamar barómetros a los instrumentos que sirven para medir la presión atmosférica, y manómetros a los que miden la presión de cualquier gas o vapor.

LAS CÁMARAS, LOS SELLOS Y LAS VÁLVULAS PARA VACÍO

LAS CÁMARAS

LAS cámaras o contenedores en los sistemas de vacío se construyen por lo general de vidrio o acero inoxidable. La característica principal que debe tener el material de la cámara es su resistencia a la fuerza ejercida sobre ella por la presión atmosférica. Esto es claro si se considera que la presión atmosférica ejerce una fuerza de un 1 kg/cm² en el área superficial de la cámara. Por ejemplo, una cámara con una superficie de 1 m² debe resistir 10 toneladas de peso.

Las cámaras de metal son hechas, por lo general, en secciones de forma cilíndrica, porque así la cámara puede resistir con mayor facilidad la presión externa. Enrollando una hoja gruesa de metal, los extremos de la cámara cilíndrica son convenientemente cerrados con placas planas de metal.

La capacidad de un cilindro para no colapsarse por la presión externa depende de su diámetro, espesor de las paredes, y la firmeza del material. Después de construida la cámara, es necesario hacerle un electro pulido a la superficie que será expuesta al vacío, para minimizar la cantidad de gas absorbido en las paredes del contenedor.

LOS SELLOS

Las extensiones en las cámaras de vacío son cilíndricas y de diferentes diámetros. Todo tipo de artefactos a introducirse en la cámara vienen montados en las bridas, las cuales funcionan como tapaderas de las extensiones. Para cerrar el sistema, entre las bridas y las extensiones existe una franja triangular para colocar los sellos. En los sistemas de vacío los sellos son en forma de anillos circulares con sección transversal rectangular o circular; son fabricados de materiales de vitón, neopreno o metálicos. Existen sellos estáticos (inmóviles) y sellos mecánicos (movibles dentro del sistema).

Para presiones menores a 10^-7 torr, los sellos de las conexiones de vacío se elaboran de una variedad de elastómeros, los más usuales son Buna-N, caucho sintético y Vitón-A. El Buna-N puede ser calentado hasta 80°C y no soporta largos periodos de compresión, mientras que los sellos de Vitón-A soportan temperaturas superiores a los 250°C y no son muy deformables por lo que soportan largos periodos de compresión. Otro tipo de sellos usados con frecuencia a presiones inferiores a 10^-7 torr, son los de cobre y aluminio. La ventaja de éstos es que el sistema puede ser horneado a altas temperaturas (~ 450°C) sin que el sello presente problemas de elongación o deformación. Otra ventaja resulta de su bajo índice de desgastamiento.

LAS VÁLVULAS

Para el uso en sistemas de vidrio, sistemas de metal en alto vacío y ultra alto vacío existe poca variedad de válvulas en el mercado, ya que por lo general las válvulas de vacío son tan complejas que resulta incosteable para un laboratorio fabricarlas, y son las grandes compañías de equipo para vacío las que las producen.

. Se emplean principalmente en sistemas para producción de vacío primario.la válvula de este tipo se hace de acero inoxidable con sellos de vitón y puede calentarse hasta 200°C; se usa comúnmente en sistemas con bombas de difusión en pequeños sistemas de alto vacío. Las válvulas de metal se usan para aislar bombas de difusión o bombas iónicas de una cámara de alto vacío; se elaboran con aluminio o acero inoxidable y tienen una apertura interna de 5 a 25 centímetros.

LA MECÁNICA DE LA RESPIRACIÓN

El acto respiratorio depende por completo del hecho de que la cavidad torácica, que es la caja formada por las costillas, es en efecto un compartimento cerrado, cuya única abertura al exterior es la tráquea, que es el conducto que va a la garganta. Por consiguiente, cuando aumenta el volumen de la cavidad torácica, disminuye la presión en la misma, y el vacío generado da lugar a que el aire sea aspirado hacia el interior por la tráquea; cuando disminuye el volumen, aumenta la presión en la cavidad ocasionando la expulsión del aire. La respiración consiste sencillamente en expansiones y contracciones periódicas de la cavidad torácica producidas por contracciones intermitentes de los músculos respiratorios y retracciones pasivas de los pulmones elásticos.

LOS MATERIALES AL VACÍO

Los materiales usados con más frecuencia en las técnicas de vacío se presentan en la siguiente clasificación:

Generales

1) Acero. El acero templado es un acero sin tratamientos térmicos y de bajas concentraciones de carbón. Estos tipos de acero templado con bajo contenido de azufre son usados con frecuencia en sistemas de vacío. Se encuentran disponibles en diferentes formas y pueden ser unidos, fundidos o soldados. Se utilizan en los sistemas de vacío por su baja presión de vapor y como recubrimiento en las bombas de mercurio, ya que no es afectado por el vapor de Hg. Sin embargo puede ser afectado por la corrosión debido a la adsorción de vapor de agua.

2) Acero inoxidable. Es más resistente a la corrosión que el acero. Es una aleación de cromo y acero y se emplea en forma de tubos, platos, cámaras y extensiones. Para trabajos de vacío no es recomendable el acero inoxidable de la serie 303 ya que contiene azufre. Por otra parte, la serie 300 es muy utilizada en sistemas de ultra alto vacío; su conductividad térmica y eléctrica es baja, no es magnético, y las temperaturas a que se exponen los sistemas de este tipo no deben de exceder los 1 000°C, porque el cromo se comienza a evaporar a los 1 200°C.

3) Aluminio. Es de poco peso, fuerte, resistente a la corrosión con una baja presión de vapor, barato, fácil de trabajar, y fácilmente obtenible en las formas más comunes, como tubos, hojas, barras, etcétera.

4) Bronce. Es esencialmente una aleación de cobre y estaño. Es fácil de trabajar y con él se construyen algunas válvulas.

5) Cobre. Ocasionalmente se usa para electrodos no magnéticos, sirve también para sellos anulares de vidrios y bridas. Tiene una densidad de 8.8 a 8.9 g/cm. Su punto de fusión es de 1083°C.

6) Vidrio. El vidrio más comúnmente usado en los laboratorios de sistemas de vacío es un borosilicato conocido como Pyrex. Se construyen envases, cámaras, ventanas; etcétera.

Metales especialmente refractarios

1) Molibdeno. Tiene un punto de fusión alto (2 620°C), por ello se usa con frecuencia para filamentos, botes, y depósitos en los cuales el material será evaporado al vacío. Otro uso es para bombear metal activo a muy bajas presiones. El molibdeno se oxida con rapidez cuando se calienta en el aire.

2) Tungsteno. Su punto de fusión está catalogado como el más alto de cualquier metal (3 382°C). Es difícil de trabajar, pero se encuentra disponible en hojas y alambres que pueden ser procesados en frío para tiras de calentadores y filamentos. El tungsteno se oxida rápidamente cuando es calentado en la atmósfera, y emite electrones a temperaturas superiores a los 2 000°C. Se usa con frecuencia como filamento en los medidores de presión por ionización, electrodos y anticátodos para tubos de rayos X. Tiene una densidad de 19-19.4 g/cm.

3) Tántalo. Es más dúctil que el molibdeno y el tungsteno pero más costoso. Resiste el ataque de ácidos y se utiliza en la construcción de botes, chalupas y filamentos para depósito de películas delgadas en vacío, además de calentador de elementos en vacío y actúa como colector de los 600 a los 1 000°C. Tiene un punto de fusión de 2 996°C.

Cerámicas

Las cerámicas son usadas como aislantes térmicos o eléctricos en altas temperaturas. Se emplean para sostener piezas que van a calentarse en la construcción de cámaras para alto vacío. También son aislantes en las tapas de acero de las cámaras, donde se colocan las barras de metal que atraviesan la cámara conectando el interior de la misma con el exterior.

Los tipos de cerámica más usados en sistemas de vacío son: alúmina, porcelana, lava y zafiro. A continuación se da una descripción breve de estos tipos de cerámica.

1) Zafiro. Es la presentación más pura del óxido de aluminio. Se puede obtener en forma transparente para usarse como ventanas en sistemas de vacío, las cuales se pueden exponer a temperaturas de 1 900°C. La transmisión infrarroja del zafiro es mejor que la de otros materiales. El zafiro es producido en forma de monocristales y puede ser sellador de vidrio.

2) Porcelana. Contiene tres ingredientes principales: arcilla, pedernal y feldespato; variando las proporciones de estos materiales, cambian ciertas propiedades de la cerámica, como su resistencia a choques térmicos, resistencia dieléctrica o mecánica. La porcelana se encuentra disponible en diámetros y longitudes estándar con roscas de tornillo en las puntas. La temperatura máxima a la cual opera la porcelana es cercana a los 1 000°C.

3) Lava. Cerámica hecha de talco natural, puede operar a temperaturas entre los 1 000 y 1 200°C.

Otro tipo de materiales importantes en la tecnología de vacío son los plásticos y los cauchos. Para los plásticos se consideran las condiciones a las que serán expuestos, la cantidad de uso ha de dárseles, cómo y dónde se emplearán, la temperatura a la que estarán expuestos y si formarán una parte permanente o temporal en el sistema. Algunos plásticos especiales que tienen una alta presión de vapor son los acrílicos y los fluorocarbonos.

Los cauchos se dividen en caucho natural y caucho sintético. Algunos de los cauchos sintéticos son: nitrilo, neopreno, butil y GR-S.

FUGAS

Una fuga (entrada de aire) sube la presión base del sistema y deteriora el vacío. Cuando ocurre una fuga a presiones arriba de 10^-6 torr, es común encontrarla en lugares como la pared externa de la cámara. Para localizarla se usa un líquido o vapor para el cual la sensibilidad del medidor o la velocidad del bombeo son muy diferentes a la del aire bombeado. Con una piseta de acetona o alcohol etílico, o una lata de aerosol de freón líquido se moja la superficie que se quiere probar. Estos líquidos usualmente causan un cambio abrupto en la presión indicada mientras fluyen por la fuga. Una desventaja de este método es que el solvente puede contaminar o dañar los sellos circulares