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Los equipos de vacío y presión son esenciales en para poder realizar prácticas en el laboratorio. Esto es debido a que para realizar una serie de tareas, se necesita disponer de sistemas que permitan hacer el vacío. Dependiendo de la presión requerida, existen diversos equipamientos.
Trompa de agua
Es uno de los dispositivos más populares de vacío, se usa cuando se requieren presiones en torno a los 20 mmHg. El vacío que genera depende de la temperatura y el caudal a la que circula el agua. Las trompas de agua se construyen de vidrio o plástico, presentan una apertura lateral a la que se conecta el equipo al que se quiere hacer el vacío mediante una goma de vacío, y se fija firmemente al grifo, bien con una sistema rosca o con otra goma de vacío y una abrazadera.
El agua corriente entra por la parte superior del un tubo recto que pasa por un estrechamiento y se elimina por el desagüe. Este hecho hace que aumente la velocidad del agua, que provoca la succión del aire que lo rodea por efecto Venturi, generando un vacío continuo.
Este tipo de dispositivos presentan dos inconvenientes, por un lado el elevado consumo de agua, y que si hay un cambio de presión del agua corriente, puede revertir agua desde la trompa al sistema en el que se está haciendo el vacío. Este último inconveniente se evita colocando una trampa, que recoja ese posible exceso de agua.
Las trampas se pueden usar no solo en las trompas de agua sino en la mayoría de los equipos de vacío y presión como un dispositivo de seguridad.
Bomba de agua
Para evitar el excesivo consumo de agua de las trompas de agua, se diseñaron las bombas de agua, que realizan vacío con el mismo principio (efecto Venturi) pero que en lugar de usar agua del grifo, utilizan un circuito cerrado formado por un tanque de agua y un motor eléctrico que proporciona el flujo. Tienen la ventaja de proporcionar una presión sin fluctuaciones, y el inconveniente de que la temperatura del agua aumenta con periodos largos de uso, con lo cual disminuye el vacío.
Bomba de membrana
Cuando necesitamos presiones más bajas en el sistema de vacío, recurrimos a las bombas de membrana. Son dispositivos eléctricos que generan vacío mediante el empuje de unas paredes elásticas (membranas) que varían el volumen de una cámara, alternativamente. Además, están especialmente diseñadas para resistir el ataque de los disolventes orgánicos volátiles.
Bomba peristáltica
Permite bombear un fluido contenido en un tubo flexible mediante un rotor que con una serie de rodillos en movimiento arrastra el fluido del tubo flexible por compresión del mismo. El fluido nunca entra en contacto con los elementos de la bomba, por lo que el fluido (líquido limpio o estéril) no se contamina, ni daña a los elementos de la bomba en caso de ser corrosivo. También, será adecuada para generar un flujo de aire a presiones bajas o moderadas.
Bomba de alto vacío
Son dispositivos eléctricos similares a las bombas de membrana, pero que pueden llegar a generar vacíos menores de 0.1 mmHg, por medio de un mecanismo basado en la difusión de aceite (ciclo de evaporación y condensación). Se suelen utilizar para destilaciones de líquidos con p.e. muy alto o generar vacío en una línea múltiple de Schlenk.
Sistema centralizado de vacío
Muchos laboratorios disponen hoy en día de sistemas centralizados de vacío. Mediante una base central de vacío se genera éste, distribuyéndose en todo el laboratorio mediante un sistema de tuberías metálicas. En cada punto de vacío se instala una llave, un manómetro y una trampa para evitar que los vapores que puedan aspirarse se incorporen al circuito.
Manómetro y manoreductor
Un manómetro es un instrumento que permite medir en gases o líquidos la presión absoluta, la presión diferencial entre dos zonas o el vacío. Para medir el vacío se emplean los denominados vacuómetros que son un tipo especial de manómetros que miden presiones inferiores a la atmosférica. Los hay mecánicos o de mercurio. Los mecánicos se usan en sistemas centralizados de vacío o en ciertas bombas de vacío que los incorporan como parte de su mecanismo.
Para los sistemas centralizados de vacío y las balas de gases, en la mayoría de los casos, es necesario reducir la presión de salida de gas hasta un valor más bajo. Esta operación, se realiza con una válvula que se denomina manoreductor, y que presenta dos manómetros que miden la presión del gas en origen y la de salida
Vacuómetro de McLeod
Dentro de esta sección de equipos de vacío y presión, también encontramos el denominado vacuómetro de McLeod. Se trata de un vacuómetro que mide presiones inferiores a la presión atmosférica con precisión. Esto se lleva a cabo mediante un sistema de tubos finos de vidrio (capilares) con mercurio en su interior, acoplado a un panel móvil. El mercurio se comprime con una muestra del gas del sistema que se quiere medir.
El dispositivo se coloca en posición horizontal y se inclina posteriormente con suavidad para que el mercurio contenido en el bulbo principal penetre en los capilares. Cuando el mercurio llega a la linea de corte (aforo), el gas contenido en el capilar de la izquierda queda atrapado y aislado del resto del sistema lo que provoca que, al seguir vertiendo mercurio, aumente su presión que se puede medir observando una escal.
Línea de Schlenk
El último de los equipos de vacío y presión que describimos, es un dispositivo compuesto por un tubo de vidrio interconectado por un sistema de llaves, que presenta varias salidas para varias muestras. Se le denomina línea de Schlenk. En este, uno de los tubos está conectado a una fuente de gas inerte, mientras que el otro tubo lo está a una bomba de alto vacío. Se utiliza para trabajar con compuestos sensibles a la oxidación por acción del oxígeno del aire y eliminar restos de disolvente de muestras sensibles al aire.
Con un sistema de llaves se puede seleccionar vacío o atmósfera inerte, sin necesidad de mover la muestra de una línea a otra. Entre la bomba de alto vacío y el dispositivo se intercala una trampa de vacío enfriada con nitrógeno para evitar que los compuestos volátiles pasen a la bomba y la deterioren.
Referencias
- Isac-García, J.; Dobado, J. A.; Calvo-Flores, F. G.; and Martínez-García, H. (2015). Experimental Organic Chemistry Laboratory Manual. Elsevier Science & Technology. ISBN: 978-0-12-803893-2
