El Fascinante Estudio de la Nada


Antes, el secamiento de la penicilina se demoraba 24 horas; hoy se hace en 30 minutos con el alto vacío. En el aparato que se ve a la izquierda se concentra la solución antes del secamiento final. En la imagen superior se ven los 3 tipos básicos de bombas

Por Luis N. Sarbach IMAGINESE un túnel cuya estación terminal se encontrara exactamente debajo de Times Square en la ciudad de Nueva York. Desciende usted a esa estación subterránea, entra en un carro, coloca su equipaje en el portamaletas, se sienta tranquilamente y se pone a leer su revista favorita. Al cabo de una hora escasa, el vehículo se detiene. Por una escalera mecánica sale usted de nuevo a la luz del día . . . en San Francisco. Esto, que parece un episodio fantástico sacado de una novela de algún moderno Julio Verne, está basado en las ideas de uno de los más prácticos hombres de ciencia norteamericanos: el Dr. Irving Langmuir, notable físico al servicio de la General Electric. "No hay ninguna razón fundamental -dice el Dr. Langmuir -para que no podamos viajar a una velocidad de 3000 a 8000 kilómetros por hora en un tubo al vacío. Pudiera construirse un tubo así desde Nueva York		hasta Chicago o hasta San Francisco; por él viajarían, a enormes velocidades, vehículos herméticos, suspendidos magnéticamente en el centro del tubo. La costa del Pacífico quedaría sólo a una hora de distancia de la del Atlántico." Por supuesto que el tubo al vacío de que habla el Dr. Langmuir es todavía un proyecto para el futuro lejano; pero es innegable que el adelanto actual de esta fascinante rama de la Física abre un campo de mágicas posibilidades. El alto vacío, que hasta hace poco se aplicaba solamente en laboratorios de investigación, desempeña hoy en día un papel importantísimo en un número cada vez mayor de industrias. Bajo la acción del alto vacío, las vitaminas y hormonas se separan de las complejas mezclas orgánicas en que se hallan. Medicamentos de importancia vital, tales como los componentes sanguíneos y los antibióticos, substancias éstas que son muy inestables en presencia de calor, pueden congelarse en seco, sin el menor peligro, en gabinetes al vacío.

El litio y el magnesio, metales que se combinan ávidamente con el oxígeno, pueden purificarse con facilidad en hornos donde se ha hecho un vacío casi absoluto. Hay otros metales -el oro, la plata, el aluminio -que bajo la acción del vacío forman una especie de niebla luminosa que se precipita un momento más tarde en brillantes capas sobre la superficie del vidrio, papel, materiales plásticos. telas, etc.
El alto vacío tiene gran importancia, lo mismo para las amas de casa que para los hombres de ciencia; para aquéllas significa alimentos congelados súbitamente; para éstos representa algo verdaderamente fundamental en muchos instrumentos de investigación, como por ejemplo, los microscopios electrónicos, espectrómetros de masa, sincrotones, betatrones y ciclotrones.
Para los dedicados a la aviación, el alto vacío ofrece el radar; a los médicos, los tubos de rayos X; a los militares, lentes de superior calidad óptica; al público en general, la asombrosa magia de la televisión.
Todos estos adelantos son el resultado de la .labor de un verdadero ejército de una nueva clase de técnicos: los ingenieros de vacío, quienes tienen la agudeza de llamarse a sí mismos "especialistas en la nada." El objetivo que consume la vida de estos investigadores es obtener algo que, según decían los antiguos, produce horror a la naturaleza: un espacio completamente vacío. Todavía no han logrado su finalidad y posiblemente nunca la logren; pero han alcanzado resultados verdaderamente notables. Según cálculos científicos, hay unos 7000 trillones (7000 seguido de 18 ceros) de moléculas en cada centímetro cúbico de aire a la presión del nivel del mar; pues bien, esos especialistas han logrado producir vacíos en los que sólo han quedado unas 30,000 moléculas por centímetro cúbico, una verdadera insignificancia en este extraño mundo de la baja presión.
Pero debemos preguntarnos en primer lugar: ¿Cuál es la verdadera función del vacío? Su finalidad más evidente es evitar que ciertos materiales reaccionen químicamente en presencia de los gases del aire. Al perfeccionar la lámpara incandescente, Edison fracasó infinidad de veces antes de darse cuenta de que tenía que encerrar los filamentos eléctricos en un bulbo al vacío, para que aquellos no se combinaran con el oxígeno, es decir, para que no se quemaran, La más nueva y quizás la más interesante función del vacío se realiza en conexión con materiales que son demasiado delicados para manipular bajo condiciones atmosféricas normales. Llegados a este punto, realicemos un viaje imaginario a aquellas elevadas regiones de la atmósfera donde el aire está enrarecido.
Todo el mundo sabe que el agua tiende a evaporarse; sus moléculas están siempre en movimiento, siempre tratando de escaparse de la superficie; pero las moléculas del aire, haciendo presión hacia abajo, fuerzan a la mayor parte de las moléculas del agua a incorporarse nuevamente en el líquido.
Para ayudar a vencer la presión del aire se precisa de energía adicional, en forma de calor, con objeto de que las moléculas de agua puedan abrirse paso a través de las moléculas de aire y salgan a la atmósfera. Sencillamente, el agua hierve cuando ha sido calentada suficientemente.
Es evidente que cuanto menor sea el número de moléculas de aire que ejerzan presión sobre la superficie de un líquido, menor será la intensidad del calor que se necesita para evaporar ese líquido. Por esta razón, el agua, que requiere 100° C para hervir a nivel del mar, hierve a solamente 86 C° en la cima de una montaña como el Nevado de Toluca (4578M), donde el aire está bastante enrarecido.
Es posible, sin embargo, hacer hervir el agua a 86° C al nivel del mar; basta con realizar la operación en una cámara donde se haya hecho un vacío parcial correspondiente.

El material vaporizado en un vacío extremo dentro de esta campana, forma una capa delgada y uniforme en los lentes para cámaras fotográficas.

¿ Qué ocurre si seguimos aumentando el vacío en esa cámara? Que el punto de ebullición baja aun más y pueda llegar a un grado tal que quede por debajo del punto de congelación. Cuando esto ocurre, el hielo se convierte directamente en vapor, sin pasar por el estado líquido.
Este sistema de "hervir en frío" hace posible ciertos trabajos que antes eran la desesperación de los técnicos. Penicilina, la droga de los milagros, se deteriora rápidamente en solución; para guardarla debe estar completamente seca. La forma de deshidratar una cosa es calentarla hasta que se evapore toda el agua; pero el calor destruye a la penicilina.
El procedimiento de "secamiento por congelación" resolvió el problema, no sólo en el caso de la penicilina, sino en los de muchas otras substancias sensibles al calor, como son las hormonas, componentes de la sangre tal como el plasma, sueros, soluciones proteicas y todas las nuevas medicinas antibióticas.
Casi todos los alimentos contienen materias sensibles al calor; por eso los que se deshidratan al calor pierden a menudo su apariencia y gusto natural. Con el nuevo método de secamiento y congelación al vacío, los alimentos no sólo conservan intactos sus valores nutritivos, sino que también mantienen su aspecto y sabor naturales.

Pocas cosas hay más húmedas que las ostras; sin embargo, este aparato de alto vacío deshidrata rápidamente sin destruir su delicado sabor.

Como caso típico podemos citar el siguiente procedimiento para deshidratar jugo de naranja: El jugo, en forma de delgada capa, pierde cerca de 90 por ciento de su contenido de agua al caer por las paredes interiores de una cámara al vacío parcial. El residuo se congela y envasa, quedando listo para la venta. Si se desea, el jugo puede someterse aun tratamiento adicional. Este consiste en rociar el líquido dentro de cilindros verticales enfriados y sometidos aun alto vacío. La capa así congelada suelta el resto de su contenido líquido y se convierte en polvo. Cuando se desea convertir nuevamente a este polvo en delicioso jugo de naranja, todo lo que hay que hacer es disolverlo en agua.
En la preparación del plasma sanguíneo, este líquido de color de paja, se separa de los glóbulos rojos mediante una centrífuga. A renglón seguido se embotella, congela y deposita en los anaqueles de un gabinete al vacío. A medida que baja la presión en el interior del gabinete, se evapora el agua y forma hielo en los condensadores, de donde es arrancado mediante cuchillas giratorias. Por último, un polvo de color marfil es todo lo que queda en los frascos; entonces se cierran éstos herméticamente. La penicilina, la estreptomicina y otros productos biológicos sensibles al calor, se deshidratan por el mismo procedimiento.
El alto vacío también hace posible el aplicar capas metálicas a materiales que tienen poca resistencia al calor. Se puede evaporar el oro, la plata, el cromo, sin necesidad de vacío; basta con someterlos aun calor apropiado. Pero cuando se trata de aplicar una capa metálica a un material como el papel, es imprescindible el empleo del alto vacío.

En el centro de una cámara al vacío, un elemento calentador derrite y convierte en vapor el metal que se va a depositar. El rollo de papel (también puede ser de tela o celofán) se desenrolla rápidamente (152 metros por minuto), pasando sobre el vapor que se desprende del metal fundido. Ese vapor metálico se precipita en forma de delgada capa en la parte de abajo del papel. El brillo del papel así tratado rivaliza con el de las hojas metálicas. Los artículos de material plástico que han de ser cubiertos con una capa de metal se someten a la acción de un vapor metálico en la cámara de alto vacío, de donde salen con un aspecto verdadero de metal sólido. A medida que se vaya popularizando este método, usted irá observando cómo crece el número de objetos "metalizados." Ya se encuentran elegantes cajas de reloj, botones, joyas de fantasía, lentejuelas, envolturas de adorno, cintas, etc., que parecen de metal y no son de metal. La industria electrónica está empezando a usar en la fabricación de condensadores un papel con revestimiento de zinc. También se está usando un papel cubierto de aluminio en capacitadores impregnados de cera y aceite.
		El alto vacío dentro de esta campana permite probar en tierra este motor aéreo, en condiciones equivalentes alas que se encuentran a gran altura. Abajo: En una línea de montaje de la fábrica DuMont, estas bombas hacen automáticamente el vacío en los iconoscopios de televisión

Los lentes ópticos cubiertos de una capa de fluoruro de magnesio, aplicada al vacío, están reemplazando rápidamente al tipo anterior de lentes sin capa metálica que hasta ahora se empleaba en los periscopios, telescopios, binóculos, cámaras y otros instrumentos ópticos. Esa película transparente de sal metálica, de una delgadez casi microscópica, disminuye notablemente la reflexión de la luz.
Si en vez de la citada sal de magnesio, se utilizan metales brillantes (plata o aluminio) sobre superficies ópticas, el resultado es un espejo. Los espejos hechos por medio del vacío son mejores que los fabricados en la forma tradicional; se emplean en aparatos de precisión usados en máquinas herramientas, en espectrógrafos infrarrojos, en instrumentos empleados en la televisión y en la astronomía, así como en fanales herméticos para automóviles.
En los cristales de cuarzo utilizados en la radio se deposita oro en forma progresiva, mediante alto vacío, hasta que vibran ala frecuencia exacta que se requiere. Entonces se cubren, siguiendo el mismo procedimiento, con una capa de plata, que sirve de base para soldar las conexiones eléctricas.
Una aplicación verdaderamente fascinante del método de depositar capas metálicas al vacío es la que le dan los técnicos que trabajan con el nuevo microscopio electrónico. El vapor metálico es lanzado en ángulo agudo contra la muestra que se va a estudiar. Las irregularidades de la superficie de ésta producen variaciones en el espesor de la capa metálica. Cuando se lleva la muestra al microscopio, esas variaciones se traducen en sombras que permiten calcular los relieves y depresiones de la superficie.
La destilación molecular es otra de las operaciones importantes que se realizan por medio del alto vacío. En el número cada vez más creciente de productos obtenidos mediante la destilación molecular, se cuentan concentrados de vitaminas extraídas del aceite de pescado, finos aceites lubricantes para relojes y hormonas purificadas en escala comercial.
Los técnicos del alto vacío han echado por tierra la antigua teoría de que ciertos aceites son "fijos," esto es, no destilables. La acción del alto vacío sobre las largas y delicadas cadenas moleculares de esos aceites es suave y los protege del impacto de ]as moléculas del aire.
Fue el Dr. K.C.D. Hickman la primera persona a quién se le ocurrió la destilación molecular; su descubrimiento ha hecho posible que millones de personas puedan hoy en día ingerir en forma de cápsulas las vitaminas de los aceites de pescado, en vez de tener que tomar el desagradable aceite de hígado de bacalao. El Dr. Hickman hizo su experimento haciendo girar un disco caliente dentro de una campana de vidrio al vacío. Básicamente éste es el equipo que se usa industrialmente hoy en día. El aceite es llevado por un alimentador hasta el centro del plato giratorio, en donde se esparce en forma centrífuga formando una delgada capa. Casi instantáneamente los ésteres ligeros que contienen vitaminas se evaporan y condensan en la fría superficie de la campana. Allí son recogidos para su envase y envío a las fábricas de productos alimenticios y farmacéuticos.
Tres tipos de bombas se usan para producir vacíos extremos:
La trompa, en la cual una corriente de vapor de agua o de aceite, a alta velocidad, arrastra consigo las moléculas de aire o de gas. El aire sale hacia la atmósfera y el vapor se condensa y regresa a la caldera para continuar circulando.
Una sola trompa de este tipo puede disminuir la presión hasta cerca de 50 milímetros (alrededor de un quinceavo de la presión atmosférica al nivel del mar). Si se conectan en serie cinco de estas trompas pueden hacer bajar la presión hasta 0.03 de milímetro. Son las preferidas para aquellos trabajos donde se requiere manipular grandes cantidades de aire o de gas, sin que sea necesario producir un vacío muy alto.
La segunda clase de bombas que se usa en estos trabajos es el tipo mecánico de alta eficiencia, con cierre hermético de aceite. Esta bomba consiste de un rotor que gira excéntricamente dentro de una cámara cilíndrica. Al comienzo de cada revolución del rotor, entra en su cámara una porción de aire del recipiente que se está evacuando. Al continuar la revolución, se cierra automáticamente la entrada que comunica el recipiente con la bomba. Al mismo tiempo, el aire que queda dentro de la bomba se comprime en un espacio que se va reduciendo progresivamente, y es expulsado al exterior por una lumbrera.
Estas bombas mecánicas son de rápido funcionamiento, su rotor alcanza una velocidad de 600 revoluciones por minuto; pero el vacío más alto que se puede conseguir con ella (0.001 de milímetro) está todavía muy lejos de llegar a la intensidad necesaria en las nuevas aplicaciones.
Por último tenemos la bomba de difusión, que es la mejor de las tres. En ésta se usa una cortina de mercurio o una corriente de vapor de aceite a alta velocidad para arrastrar las moléculas de gas o de aire. En un tipo de estas bombas se calienta mercurio o aceite de bajo punto de fusión, en un tanque situado en el fondo de un tubo en forma de U invertida. Pronto empieza a levantarse en un brazo del tubo un vapor de alta presión que, al pasar frente a una abertura del espacio que se va a evacuar, arrastra consigo una enorme cantidad de moléculas.
El proceso se acelera mediante toberas inyectoras situadas en series escalonadas dentro del aparato, las cuales van aumentando progresivamente la presión del vapor. Cuando éste baja por el otro brazo del tubo, se condensa en las paredes frías y regresa al tanque, donde se convierte nuevamente en vapor. Las moléculas de aire, mientras tanto, se extraen con una bomba mecánica.
La bomba de difusión fua desarrollada por el Dr. Langmuir en 1916 y es capaz de producir, por lo menos en teoría, el vacío perfecto. Los últimos modelos, empleados en investigaciones avanzadas, dejan un remanente de gas tan pequeño que sería necesario aumentarlo por lo menos diez billones de veces para que alcanzara de nuevo la presión atmosférica normal. Puede decirse que jamás, en su larga historia, había logrado el ser humano acercarse tanto a la nada absoluta.
Aplicar un procedimiento industrial en una cámara sometida al alto vacío equivale a arrancar una fábrica de la superficie terrestre y llevarla a la elevada región de la ionosfera.
Hace unos diez años, el alto vacío era algo que se aplicaba solamente en laboratorios; hoy en día su uso industrial se ha desarrollado tanto que se ha convertido en uno de los más valiosos y prometedores instrumentos de la industria moderna.

Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen 8 - Enero de 1951 - Número 1