Aplicaciones de vacío: te sorprenderá saber que está en todas partes

Como sabremos si hemos leído otros artículos de este blog, el vacío es un espacio en el que no hay materia o, más rigurosamente, hay tan poca (porque el vacío total es imposible), es decir, la presión es tan baja, que cualquier partícula en ese espacio no afecta a los procesos que se llevan a cabo en él. Por ejemplo, en la fabricación de blísters de comprimidos de un medicamento en un espacio vacío, la deposición de una lámina de termoplástico sobre el molde que les da forma no se ve afectada por impurezas o partículas de oxígeno que puedan formar bultos o burbujas.

Esta tecnología nos rodea: nuestro teléfono tiene una carcasa que puede estar hecha con técnicas de moldeo de plásticos que implican el vacío, los semiconductores presentes en las placas solares que quizá tenemos en el tejado o vemos tan a menudo se fabrican con tecnologías de vacío para que las impurezas o partículas no interfieran en la calidad y eficiencia de los microchips, el café que tomamos probablemente estará procesado en una planta que usa el vacío para mover sólidos de forma segura y rápida de un lado a otro, sin contaminación, etc. Las aplicaciones del vacío son infinitas, y en este post las repasaremos, seguros de que te sorprenderá hasta qué punto nuestra vida cotidiana la debemos a esta tecnología.

Ventajas que han hecho del vacío omnipresente en la industria

Los beneficios que conlleva al uso de la tecnología de vacío en procesos industriales motivan la gran cantidad de aplicaciones que tiene. Estos beneficios pueden variar dependiendo de la aplicación y el tipo de industria de que se trate, y entre ellos podemos citar:

• Trabajar en entornos controlados: los entornos a presión atmosférica tienen el riesgo de contaminación por partículas externas o reacciones indeseadas con el aire, algo que no ocurre con una atmósfera de vacío, que es ideal para procesos en los que la pureza y la limpieza son críticos para el éxito del proceso, como la producción de semiconductores.
• Evitar la contaminación: muchos procesos industriales y los productos que son su resultado se malogran por contaminación, como la deposición de películas finas de material semiconductor en microchips, por lo que trabajar en una cámara de vacío donde se elimina el máximo volumen posible de materia impide que las impurezas se depositen en estas películas e interfieran en su funcionamiento.
• Controlar los cambios físicos y químicos de los materiales: existen muchos materiales que no se comportan al vacío como lo hacen a presión atmosférica normal; es el ejemplo de sustancias que con el calor se deterioran (medicamentos que se calientan para fundirse o disolverse y darles forma de comprimidos o café que se calienta para extraer su esencia o aroma), que al vacío no requieren una temperatura tan elevada para experimentar los cambios deseados.
• Mejorar las propiedades de los materiales: sin condiciones de vacío, al aire y las impurezas presentes en la atmósfera pueden comprometer la calidad de materiales como el plástico; gracias al vacío se puede lograr reducir estas imperfecciones, como ocurre con el moldeo al vacío o la sinterización al vacío.
• Preservar y esterilizar: el vacío hace que el oxígeno y otros elementos presentes en el aire se eliminen y reduzcan la oxidación y la proliferación de microorganismos en alimentos, plantas, etc., lo que permite extender su vida útil.
• Adherir mejor los materiales: existen procesos industriales que requieren que dos materiales se adhieran bien, como ocurre con la metalización al vacío, por ejemplo. Al permitir depositar el material en una superficie sin impurezas, éste se puede adherir mejor.
• Ser más eficientes y rápidos: el vacío permite que muchos procesos de fabricación sean más ágiles y precisos, como ocurre con el termoformado, que da forma rápidamente a láminas de plástico de una forma que a presión atmosférica no ocurriría.
• Ahorrar energía y minimizar el impacto ambiental: usar el vacío en procesos industriales puede reducir el uso de altas temperaturas, que suponen un elevado consumo de energía, disminuyendo costes y minimizando el impacto ambiental al emitir menos gases a la atmósfera y reducir el uso de combustibles fósiles.

Los grandes logros del vacío en procesos industriales

Gracias a los beneficios que hemos explicado, se pueden lograr objetivos muy importantes en la industria, como por ejemplo:

• Permite eliminar aire y gases: hay muchos procesos industriales, como la producción de alimentos, que necesitan atmósferas controladas y libres de oxígeno que puede oxidarlos y deteriorarlos más fácilmente, y los equipos de vacío permiten eliminar el aire y los gases presentes en los procesos en cuestión. El envasado al vacío es una aplicación muy común en este sentido.
• Impulsa los procesos de secado: usando tecnologías de vacío se puede acelerar la evaporación de líquidos y así el secado de materiales, algo especialmente útil en la fabricación de productos químicos, farmacéuticos y alimenticios, como ya explicamos en este post sobre secado al vacío.
• Hace la destilación mucho más eficiente: la destilación al vacío permite separar el agua u otros líquidos por evaporación sin aplicar tanto calor como es necesario a presión atmosférica. Esto es útil en infinidad de procesos que requieren agua purificada, como la fabricación de medicamentos, así como también en la producción de productos químicos y petroquímicos. En este post hablamos sobre destilación al vacío.
• Permite preservar los alimentos más tiempo: gracias al envasado al vacío, la vida útil de los alimentos se alarga, ya que al eliminar el oxígeno y reducir la actividad microbiana gracias a la ausencia de materia el producto se deteriora más tarde. Un ejemplo de envasado en el que el vacío ayuda a conservar los alimentos es el envasado MAP, que tratamos en este post.
• Mejora del resultado de la fabricación de materiales: el vacío hace posible que los productos plásticos, de caucho y otros materiales sean de mayor calidad, sin impurezas ni burbujas de aire en su interior o su superficie. Hemos dedicado varios posts a este tipo de ventajas, por ejemplo en los que hablan de la fabricación y el moldeo de plásticos.
• Hace posible la generación de energías más limpias: el vacío es fundamental en la fabricación de componentes de placas solares y otros dispositivos, al permitir depositar películas delgadas de materiales en superficies como microchips de forma uniforme y sin errores, como la deposición química en fase de vapor (CVD). En este post explicamos cómo interviene el vacío en la fabricación de paneles solares fotovoltaicos.
• Promueve la investigación y el desarrollo: los laboratorios y entornos de investigación necesitan cámaras de vacío para simular las condiciones en el espacio, así como estudiar el comportamiento de los distintos materiales y procesos en entornos sin aire.

¿Qué industrias usan las tecnologías de vacío?

Existen infinidad de aplicaciones del vacío en la industria que se benefician de las ventajas que acabamos de explicar, y todavía existe mucho campo a explorar en el que el vacío puede ayudar a ahorrar energía, optimizar procesos, aumentar la precisión y mejorar la calidad de los productos. En muchos de estos campos, sin embargo, todavía no se ha generalizado por no contar con la tecnología adecuada, por su coste o porque todavía está en fase preliminar su investigación y desarrollo, como son la programación cuántica, la agricultura espacial, transporte por levitación magnética (como los trenes de Shanghai, en China, o de Yamanashi, en Japón), desarrollo avanzado de materiales, aplicaciones médicas (por ejemplo, intervenciones quirúrgicas), etc. Algunas de las industrias que a día de hoy más usan el vacío son:

Industria electrónica

Como hemos explicado, la fabricación de semiconductores se beneficia de algunas de las ventajas del vacío, como el hecho de evitar la contaminación, mejorar la adherencia de los materiales y hacer el proceso más rápido. Los semiconductores son la base de los dispositivos que usamos en nuestro día a día, como los móviles, los ordenadores, las televisiones, los automóviles, la iluminación LED y otros muchos. Además, el vacío también interviene en la fabricación de tubos de cátodo como los de las televisiones o los ordenadores.

Investigación y desarrollo

El Gran Colisionador de Hadrones requiere vacíos elevados para que las partículas puedan moverse sin colisionar con moléculas de gas. Este acelerador de partículas tiene por objetivo, entre otros muchos, descubrir el Bosón de Higgs, de vital importancia para la física de partículas. La expectometría de masas y la simulación espacial son otras aplicaciones dentro de este campo.

Medicina

Algunos procesos como la liofilización al vacío (de la que hablamos en este post) son fundamentales en medicina para fabricar medicamentos y preservar muestras biológicas. El vacío también se usa en máquinas de radioterapia, que manejan haces de electrones.

Fabricación industrial

Como hemos explicado anteriomente, existen infinidad de procesos de fabricación y transformación de plásticos, metales, etc., que usan el vacío para aprovechar sus ventajas en relación a su ahorro energético y menor impacto medioambiental, calidad final del producto, rapidez en la producción, etc. La fundición, el termoformado, el secado o el decapado al vacío son algunos ejemplos.

Industria química

El vacío permite desgasificar líquidos para mejorar las propiedades de materiales como polímeros, destilar líquidos disminuyendo su punto de ebullición para no deteriorar los productos sensibles a las altas temperaturas, etc.

Industria del empaquetado

El empaquetado es una de las aplicaciones principales del vacío porque permite alargar la vida útil de los alimentos y otros productos perecederos, pero también merece una mención el uso del vacío en la fabricación de vidrio, como explicamos en este post.

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