Criogénica

En la física, la criogénica es el estudio de la producción de la temperatura muy baja (debajo de 150°C, 238°F o 123K) y el comportamiento de materiales a aquellas temperaturas. Llaman a una persona que estudia elementos bajo la temperatura muy fría un cryogenicist. En vez de las balanzas de temperaturas relativas del centígrado y Fahrenheit, los cryogenicists usan las balanzas de temperaturas absolutas. Éste es Kelvin (unidades de SI) o escala de Rankine (Unidades de Imperial & US).

Definiciones y distinciones

Criogénica: Las ramas de física e ingeniería que implican el estudio de temperaturas muy bajas, cómo producirlos, y cómo los materiales se comportan a aquellas temperaturas.

Criobiología: La rama de biología que implica el estudio de los efectos de temperaturas bajas en organismos (el más a menudo para alcanzamiento cryopreservation).

Cryosurgery: La rama de cirugía que aplica temperaturas muy bajas (abajo a-196 °C) para destruir tejido malévolo, p.ej células cancerosas.

Cryonics: La tecnología médica emergente de gente cryopreserving y animales con la intención de futuro renacimiento. Los investigadores en el campo procuran aplicar los resultados de muchas ciencias, incluso criobiología, criogénica, rheology, medicina de urgencias, etc.

Cryoelectronics: El campo de investigación en cuanto a superconductividad a temperaturas bajas.

Cryotronics: La aplicación práctica de cryoelectronics.

Etimología

La criogénica de la palabra proviene de griego y significa "la producción del frío glacial"; sin embargo el término se usa hoy como un sinónimo para el estado de temperatura baja. No es bien definido en lo que el punto durante los finales de la refrigeración de la escala de temperaturas y criogénica comienza, pero la mayor parte de científicos suponen que comience en o debajo de-150°C o 123 ° K (sobre-240°F). El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología en el Canto rodado, Colorado ha decidido considerar el campo de criogénica como esa implicación temperaturas debajo de 180°C (-292°F o 93.15°K). Esto es una línea divisoria lógica, ya que los puntos de ebullición normales de los llamados gases permanentes (como helio, hidrógeno, neón, nitrógeno, oxígeno y aire normal) están debajo de 180 °C mientras los refrigerantes de Freon, el sulfito de hidrógeno y otros refrigerantes comunes tienen puntos de ebullición encima de 180°C.

Aplicación industrial

Los gases licuados, como nitrógeno líquido y helio líquido, se usan en muchas aplicaciones criogénicas. El nitrógeno líquido es el elemento el más comúnmente usado en la criogénica y es legalmente purchasable alrededor del mundo. El helio líquido también comúnmente se usa y tiene las temperaturas alcanzables más bajas en cuenta para alcanzarse.

Estos líquidos se creen en el uno o el otro tren especial contenedores conocidos como matraces de Dewar, que son generalmente aproximadamente seis pies de alto (1.8 m) y tres pies (91.5 cm) en el diámetro o tanques gigantescos en operaciones comerciales más grandes. Los matraces de Dewar se nombran por su inventor, James Dewar, el hombre que primero licuó el hidrógeno. Los museos típicamente muestran matraces del vacío más pequeños adaptados en una cubierta protectora.

Las bombas de transferencia criogénicas son las bombas usadas en embarcaderos del LNG para transferir el gas natural licuado de transportistas del LNG a tanques de almacenaje del LNG, como son válvulas criogénicas.

Procesamiento criogénico

El campo de criogénica avanzó durante la Segunda Guerra Mundial cuando los científicos encontraron que los metales congelados a temperaturas bajas mostraron más resistencia a la ropa. Basado en esta teoría del endurecimiento criogénico, la industria manufacturera criogénica comercial fue fundada en 1966 por Ed Busch. Con un fondo en la industria de trato de calor, Busch fundó una compañía en Detroit llamado CryoTech en 1966. Aunque CryoTech más tarde se combinara con 300 Abajo para crear la compañía de la criogénica comercial más grande y más vieja en el mundo, al principio experimentaron con la posibilidad de aumentar la vida de instrumentos metálicos a en todas partes entre el 200 el %-400% de la esperanza de vida original usando la atenuación criogénica en vez del trato de calor. Esto evolucionó a finales de los años 1990 en el tratamiento de otras partes (que realmente aumentó sólo más que la vida de un producto) como válvulas del amplificador (calidad sana mejorada), bates (mayor punto dulce), clubs de golf (mayor punto dulce), motores de carrera (mayor rendimiento bajo la tensión), armas de fuego (menos alabeando después de disparos continuos), cuchillos, hojas de afeitar, rotores del freno y hasta panty. La teoría estaba basada en cómo los objetos de metal que tratan el calor (las temperaturas se bajan a la temperatura ambiente de un alto grado que causa ciertos aumentos de fuerza de la estructura molecular ocurrir) y supusieron que seguir el descenso tendría aumentos de fuerza adicionales en cuenta. Usando el nitrógeno líquido, CryoTech formuló la primera versión temprana del procesador criogénico. Lamentablemente para la industria recién nacida, los resultados eran inestables, ya que los componentes a veces experimentaban el choque termal cuando se refrescaron demasiado rápidamente. Algunos componentes en pruebas tempranas hasta se rompieron debido a las temperaturas ultrabajas. A finales del siglo veinte, el campo mejoró considerablemente con la subida de investigación aplicada, que conectó el microprocesador mandos industriales basados al procesador criogénico a fin de crear resultados más estables.

Cryogens, como el nitrógeno líquido, se usan adelante para la especialidad aplicaciones glaciales y glaciales. Algunas reacciones químicas, como los usados para producir los ingredientes activos para las medicinas statin populares, deben ocurrir a temperaturas bajas de aproximadamente 100°C (sobre-148°F). Los reactores químicos criogénicos especiales son usados para quitar el calor de reacción y proporcionar un ambiente de temperaturas bajo. La congelación de los alimentos y productos de la biotecnología, como vacunas, requiere el nitrógeno en congelación de ráfaga o inmersión sistemas glaciales. Ciertos materiales suaves o elásticos se hacen difíciles y frágiles a temperaturas muy bajas, que hace la molienda criogénica (cryomilling) una opción para algunos materiales que no se pueden fácilmente moler a temperaturas más altas.

El procesamiento criogénico no es un sustituto del tratamiento de calor, pero mejor dicho una extensión de la calefacción - apagando - atenuación del ciclo. Normalmente, cuando un artículo se apaga, la temperatura final es ambiental. La única razón de esto consiste en que la mayor parte de calor treaters no tiene el equipo refrescante. No hay nada metalúrgicamente significativo sobre la temperatura ambiental. El proceso criogénico sigue esta acción de la temperatura ambiental abajo a.

En la mayor parte de casos el ciclo criogénico es seguido de un procedimiento de atenuación de calor. Como todas las aleaciones no tienen los mismos componentes químicos, el procedimiento de atenuación varía según composición química del material, historia termal y/o aplicación del servicio particular de un instrumento.

El proceso entero toma 3–4 días.

Combustibles

Otro uso de la criogénica es combustibles criogénicos. Los combustibles criogénicos, hidrógeno principalmente líquido, se han usado como combustibles del cohete. El oxígeno líquido se usa como un oxidante de hidrógeno, pero el oxígeno no es, en sentido estricto, un combustible. Por ejemplo, el transbordador espacial del burro de carga de la NASA usa el combustible de hidrógeno criogénico mientras que sus medios primarios de entrar están en órbita, como hizo todos los cohetes construidos para el programa espacial soviético de Sergei Korolev.

El fabricante de avión ruso Tupolev desarrolló una versión de su diseño Tu-154 popular con un sistema de combustible criogénico, conocido como el Tu-155. El avión usa un combustible se refirió como a gas natural licuado o LNG, e hizo su primer vuelo en 1989.

Aplicaciones

Algunas aplicaciones de criogénica:

Producción

La refrigeración criogénica de dispositivos y material por lo general se consigue vía el uso de nitrógeno líquido, helio líquido o un cryocompressor (que usa líneas de helio de la alta presión). Los dispositivos más nuevos como el pulso cryocoolers y Stirling cryocoolers se han ideado. El desarrollo más reciente en la criogénica es el uso de imanes como regeneradores así como refrigeradores. Estos dispositivos trabajan en el principio conocido como el efecto magnetocaloric.

Detectores

Se requiere que las temperaturas criogénicas, por lo general bajo de 77 K (196 °C) hagan funcionar detectores criogénicos.

Véase también

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