Tecnologia de criogenia

- Jan 08, 2016-

Tecnologia de criogenia

Criogenia é a ciência que lida com a produção e efeitos de temperaturas muito baixas. A palavra origina-se o significado de 'kryos' de palavras gregas

"geada" e "genic' significa" "produzir. Sob essa definição poderia ser usado para incluir todas as temperaturas abaixo do ponto de congelamento da água (0 C). No entanto,

Prof Kamerlingh Onnes da Universidade de Leiden, nos Países Baixos primeiro usou a palavra em 1894 para descrever a arte e a ciência de produzir muito mais baixo

temperaturas. Ele usou a palavra em referência a liquefação de gases permanentes, tais como oxigênio, nitrogênio, hidrogênio e hélio. Oxigênio tinha sido

liquefeito a-183 C alguns anos antes (em 1887), e uma corrida estava em andamento para liquefazer os restantes gases permanentes a temperaturas ainda mais baixas. O

técnicas empregadas na produção de temperaturas tão baixas eram bastante diferentes daqueles usados um pouco mais cedo na produção de gelo artificial. Em

particulares, eficientes trocadores de calor são necessárias para alcançar temperaturas muito baixas. Ao longo dos anos a criogenia termo geralmente tem sido usada para referir-se a

temperaturas abaixo de aproximadamente-150 C.


De acordo com as leis da termodinâmica, existe um limite para a temperatura mais baixa que pode ser alcançado, que é conhecida como zero absoluto. As moléculas são

em seu estado de energia mais baixa, mas finito, no zero absoluto. Tal temperatura é impossível de alcançar porque o poder de entrada necessárias abordagens infinito.

No entanto, conseguiram-se temperaturas dentro alguns bilionésimos de grau acima de zero absoluto. Zero absoluto é o zero do absoluto ou termodinâmico

escala de temperatura. É igual a C-273,150 ou-459.67 F. A métrica ou a escala absoluta de SI (sistema internacional) é conhecida como a escala de Kelvin, cuja unidade é o

Kelvin (Kelvin não) que tem a mesma magnitude que o grau Celsius. O símbolo para a escala Kelvin é K, adoptada pelo Conselho geral 13 em

Pesos e medidas (CGPM) em 1968 e não K. Assim, 0 C é igual a 273,15 K. A escala absoluta de inglês, conhecida como a escala de Rankine, usa o símbolo R

e tem um incremento o mesmo como o do Fahrenheit escala. Em termos de escala de Kelvin região criogênica é considerada frequentemente para ser tão abaixo

aproximadamente 120 K (-153 C). Os gases permanentes comuns referidos anterior mudança do gás para o líquido à pressão atmosférica, nas temperaturas mostrado

na tabela 1, chamado ponto de ebulição normal (NBP). Tais líquidos são conhecidos como líquidos criogênicos ou cryogens. Quando o hélio líquido é resfriado na sequência de 2,17 K ou

abaixo, torna-se um superfluido com invulgares propriedades associadas sendo no estado de chão mecânica quântica. Por exemplo, tem viscosidade zero

e produz um filme que pode rastejar acima e sobre as paredes de um recipiente aberto, como um copo e escorrer contanto que a temperatura da parte inferior do

contêiner permanece abaixo de 2,17 K.


Cryogen

(K)

(° C)

(° R)

(° F)

Metano

111.7

-161.5

201.1

-258.6

Oxigênio

90.2

-183.0

162.4

-297.3

Nitrogênio

77.4

-195.8

139.3

-320.4

Hidrogénio

20.3

-252.9

36.5

-423.2

Hélio

4.2

-269.0

7.6

-452.1

Zero absoluto

0

-273.15

0

-459.67


A medição de temperaturas criogênicas requer métodos que podem não ser tão familiares para o público em geral. Termômetros de mercúrio ou álcool normais

congelar em temperaturas tão baixas e tornar-se inútil. O termômetro de resistência de platina tem um comportamento bem definido da resistência eléctrica contra

temperatura e é comumente usado para medir temperaturas com precisão, incluindo temperaturas criogênicas até cerca de 20 K. certos semicondutores

materiais, tais como o germânio dopado, também são úteis como termômetros de resistência elétrica para temperaturas até 1k e abaixo, enquanto eles são

calibrado na faixa que eles devem ser usados. Tais termômetros secundários são calibrados com termômetros primários que utilizam as leis fundamentais da

física em que uma variável física muda de forma teórica conhecida com temperatura.


A produção de temperaturas criogênicas quase sempre utiliza a compressão e expansão dos gases. Em um processo de liquefação do ar típico é o ar

comprimido, fazendo com que o calor e permitido legal de volta à temperatura ambiente enquanto ainda sob pressão. O ar comprimido é mais resfriado em um trocador de calor

antes de que é permitido expandir voltar à pressão atmosférica. A expansão faz com que o ar fresco e uma parte para liquefazer. O restante de refrigeração gasoso

parte é devolvida através do outro lado do trocador de calor onde ele precools o ar de alta pressão entrado antes de retornar ao compressor. O líquido

parte geralmente é destilada para produzir oxigênio líquido, nitrogênio líquido e argônio líquido. Outros gases como o hélio, são usados em um processo semelhante para produzir

temperaturas ainda mais, mas vários estágios de expansão são necessários.


Criogenia tem muitas aplicações. Líquidos criogênicos, tais como oxigênio, nitrogênio e argônio, são frequentemente usados em aplicações industriais e médicas. A parte elétrica

resistência da maioria dos metais diminui conforme a temperatura diminui. Certos metais perdem toda a resistência elétrica abaixo de uma temperatura de transição e tornar-se

supercondutores. Um eletroímã ferida com um fio de um metal tão pode produzir extremamente elevados campos magnéticos com nenhuma geração de calor e não

consumo de energia elétrica, uma vez que o campo é estabelecido e o metal permanece frio. Estes metais, ligas de nióbio normalmente resfriadas a 4,2 K, são utilizados para

os ímãs da ressonância magnética (MRI) sistemas na maioria dos hospitais de imagens. Supercondutividade em alguns metais foi descoberta em 1911 por Onnes, mas

desde 1986 outra classe de materiais, conhecido como supercondutores de alta temperatura, foram encontrada para ser supercondutores em temperaturas muito mais altas,

Atualmente, até cerca de 145 K. Eles são um tipo de cerâmica, e por causa de sua natureza frágil, eles são mais difíceis de fabricar em fios para ímãs.


Outras aplicações de criogenia incluem congelamento rápido de alguns alimentos e a preservação de alguns materiais biológicos tais como sêmen de gado, bem como

sangue humano, tecido e embriões. A prática de congelamento de um corpo humano inteiro após a morte, na esperança de restaurar mais tarde vida é conhecida como criogenia, mas é

Não um aplicativo científico aceito de criogenia. O congelamento de partes do corpo para destruir o tecido indesejado ou avariado é conhecido como

criocirurgia. Ele é usado para tratar cancros e anormalidades da pele, colo do útero, útero, próstata e fígado.