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Medición del vacío en un autoclave de plasma: del problema a la solución

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Medir el vacío: ¿qué significa?

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La idea de medir el vacío puede sonar extraña. ¿Cómo es posible medir algo que, por definición, no existe? Sin embargo, en el entorno hospitalario, la medición del vacío desempeña un papel fundamental en las actividades cotidianas de esterilización.

En este artículo, exploraremos el tema empezando por lo básico y centrándonos después en una de las aplicaciones más relevantes, que no sólo tiene un gran impacto práctico, sino que también nos planteó un reto inesperado que resolvimos con éxito.

Medir el vacío: ¿qué significa?

El vacío no es un concepto abstracto o filosófico: es una realidad física, bien definida y cuantificable. Es la ausencia de átomos en un espacio. El vacío absoluto corresponde a cero átomos, pero esta condición es prácticamente inalcanzable. En aplicaciones tecnológicas, un espacio con una cantidad extremadamente pequeña de moléculas de aire también puede considerarse vacío.

Sin embargo, aunque haya muy pocas moléculas, no siempre es posible prescindir de ellas. Por lo tanto, es esencial controlar su presencia midiendo la presión.

Medir el vacío significa tratar con presiones tan bajas que parecen casi irreales, del orden de diez milésimas de bar. Estos niveles de precisión son imposibles para un manómetro, pero pueden alcanzarse gracias a sensores basados en el principio de vacío de Pirani, que lleva el nombre de su descubridor.

El sensor consiste en un cable eléctrico en un entorno controlado que es atravesado por una corriente eléctrica constante. No mide la presión directamente, sino a través de un sistema que aprovecha los conocimientos sobre el comportamiento de la materia de una forma bastante ingeniosa:

Sabemos que los átomos intercambian calor entre sí. Por tanto, cuantos más átomos haya en el espacio, mayor será el intercambio de calor. En nuestro caso, cuantas más moléculas de aire haya, mayor será el calentamiento del cable.

Sabemos que el aumento de temperatura del alambre provoca un aumento de su resistencia eléctrica.

Podemos deducir que la resistencia eléctrica es directamente proporcional a la cantidad de moléculas presentes.

Aplicando ciertas fórmulas, es posible calcular la presión atmosférica a partir del valor de la resistencia con gran precisión.

Si desea profundizar en este fascinante tema, en este post hemos descrito con detalle el Vacío de Pirani.

Una aplicación concreta: el autoclave de plasma

¿Para qué sirve la medición del vacío?

Un ejemplo práctico es el funcionamiento del autoclave de plasma, que se utiliza principalmente en el ámbito médico para la esterilización. El proceso se basa en dos pasos fundamentales:

Eliminación del aire: el vacío sirve para garantizar que no quede aire estancado, lo que permite una distribución uniforme de la temperatura.

Utilización de peróxido de hidrógeno: se trata de un agente esterilizante especialmente potente, más eficaz que el vapor tradicional, que se lleva a ebullición y se extiende por todas las superficies sometidas a tratamiento.

Para garantizar el buen funcionamiento del autoclave de plasma, es indispensable medir el vacío con extrema precisión. Aquí es donde entra en juego el registrador de vacío Pirani, un instrumento diseñado para controlar presiones infinitesimales de forma fiable y robusta, incluso en condiciones térmicas extremas.

Varios años después del desarrollo de este registrador de datos, nos encontramos con un problema crítico inesperado que nos obligó a replantearnos nuestra solución...

El reto: proteger el registrador del peróxido de hidrógeno

Uno de nuestros clientes se puso en contacto con nosotros para informarnos de un mal funcionamiento de nuestro sistema de medición de vacío utilizado en sus autoclaves de plasma.

Aunque se encendía correctamente y se conectaba a los sistemas de recopilación de datos, el registrador de vacío Pirani dejaba de detectar la presión y mostraba una lectura plana.

Pero si el registrador funcionaba, ¿cómo es que ya no detectaba? Era obvio que había un fallo en el sensor.

Teniendo en cuenta que el registrador puede soportar rangos de -80°C a +85°C, descartamos la posibilidad de que el problema estuviera en la temperatura. De hecho, el autoclave de plasma nunca supera este umbral.

Nunca hemos experimentado problemas similares con el Pirani Vacuum Logger en otras condiciones, por ejemplo en instalaciones para monitorizar procesos de liofilización.

Inmediatamente sospechamos que el problema era el peróxido de hidrógeno.

Por qué el peróxido de hidrógeno es un problema para los sensores

El peróxido de hidrógeno (H₂O₂) es un agente esterilizante muy eficaz, por lo que se utiliza en procesos en los que se requiere una esterilización exhaustiva. Pero también es una molécula extremadamente agresiva con los metales, hasta el punto de que puede poner en peligro los componentes electrónicos de precisión.

Y, efectivamente, una vez que examinamos nuestro sensor, nos dimos cuenta de que los circuitos internos estaban estropeados, con cables sueltos y pistas rotas. Por tanto, el peróxido de hidrógeno había puesto en peligro el sistema de medición.

Estaba claro que había que proteger el registrador de vacío Pirani del peróxido de hidrógeno. ¿Pero cómo?

Un filtro para medir el vacío en un autoclave

Para solucionar este problema, hemos desarrollado un filtro que se aplica al registrador de vacío Pirani.

Conceptualmente, el filtro que necesitábamos tenía que funcionar como un sistema catalizador del peróxido de hidrógeno. En términos prácticos, "catalizar" significa acelerar la descomposición de las moléculas de H₂O₂ en elementos menos reactivos, reduciendo así el número de moléculas agresivas que podrían entrar en contacto con el sensor del registrador.

No sólo logramos este objetivo, sino que lo hicimos sin ningún consumo de energía, utilizando únicamente las propiedades físicas y químicas de los materiales empleados.

El filtro consta de una robusta carcasa de acero y una membrana de silicona que sella la cámara donde tiene lugar la catálisis. Su diseño se basa en tres principios clave para garantizar la máxima eficacia y durabilidad:

Material adecuado. Tras investigar a fondo las propiedades químicas del H₂O₂, seleccionamos el dióxido de manganeso, un material que, combinado con resina epoxi, ofrece una gran capacidad catalítica sin saturarse nunca. Esta elección garantiza una eficacia constante a lo largo del tiempo.

Diseño de tapón enroscable. El filtro está diseñado como un tapón enroscable, que se conecta fácilmente al registrador de vacío Pirani mediante una rosca. Este diseño hace que el filtro sea modular, lo que permite montarlo y desmontarlo según sea necesario.

Laberinto interno para maximizar la superficie catalítica. En el interior del filtro, el aire cargado de peróxido de hidrógeno se ve obligado a seguir un largo y sinuoso recorrido en forma de laberinto. Esta configuración aumenta la superficie expuesta del material catalítico, mejorando aún más la eficacia del filtro.

Instalación

El prototipo de filtro, una vez desarrollado en nuestros laboratorios, se probó directamente en los autoclaves del cliente, que demostraron ser muy cooperativos.

Los resultados fueron inmediatos y significativos: una vez aplicados los filtros, los registradores de vacío Pirani dejaron de tener problemas. Se evitaron los daños causados por el peróxido de hidrógeno

Gracias al nuevo filtro, nuestro registrador de vacío Pirani obtuvo una protección adicional, garantizando un control óptimo incluso en un entorno especialmente difícil como es un autoclave de plasma.

La filosofía de Tecnosoft: innovación y colaboración

El filtro Pirani es el resultado de una filosofía de empresa orientada a la experimentación y la colaboración.

Nuestros productos nacen de las necesidades reales de nuestros clientes y de un compromiso constante con la búsqueda de soluciones a medida.

Colaborar con los clientes y abordar retos complejos nos permite crear dispositivos de medición fiables y personalizados.

Si su empresa necesita instrumentos de medición fiables en situaciones técnicamente exigentes, póngase en contacto con nosotros. Estamos dispuestos a colaborar con usted para encontrar la mejor solución a sus necesidades de medición.