La criogenia (que no debe confundirse con criónica o criopreservación humana) es la rama de la física que estudia la producción y el comportamiento de la materia a temperaturas comprendidas entre -150 °C y -273 °C. Podría pensarse que estas temperaturas son demasiado bajas para tener aplicaciones prácticas. Sin embargo, ¡los usos de la criogenia en nuestra sociedad son muy variados!
A cientos de grados bajo cero, las moléculas individuales se acercan lo más posible a la paralización total teórica. El resultado es que se alteran las propiedades del material sometido a estas temperaturas, como la resistencia, la conductividad térmica, la ductilidad y la resistencia eléctrica.
¿Dónde utilizamos ya la criogenia?
Como las temperaturas criogénicas no existen en la naturaleza, se utilizan principalmente para la investigación científica. Los resultados de estos estudios han permitido descubrir diversas aplicaciones en la vida cotidiana. Algunas de ellas nos permiten descubrir lo desconocido, otras hacen posible curar y salvar vidas, y otras son para simple entretenimiento. Veámoslas juntos.
Combustible para cohetes
¿Alguna vez ha visto enormes nubes blancas en el lanzamiento de un cohete y se ha preguntado de qué están hechas? Hay tres propulsores líquidos principales para cohetes y naves espaciales:
- La primera es la hidracina, un compuesto de nitrógeno líquido e hidrógeno. El hidrógeno tiene el peso molecular más bajo de todas las sustancias conocidas, lo que lo hace ideal para mantener el peso de un cohete relativamente pequeño. Por desgracia, es bastante tóxico.
- La segunda opción es el RP1/LOX, que es una mezcla de queroseno y oxígeno líquido. Es el combustible más popular y barato, además de ser relativamente respetuoso con el medio ambiente.
- La última opción es LH2/LOX, una mezcla de hidrógeno y oxígeno, ambos en forma líquida. Combinado con oxígeno líquido, el hidrógeno crea el empuje más eficaz de todos los propulsores de cohetes. De hecho, el hidrógeno líquido es muy respetuoso con el medio ambiente y proporciona un impulso específico de aproximadamente un 30-40% superior al de la mayoría de los demás combustibles para cohetes.
La mayoría de estos elementos (nitrógeno, hidrógeno, oxígeno) se encuentran en estado gaseoso en la naturaleza. Sólo cuando se llevan a temperaturas criogénicas sus moléculas se unen para formar un líquido.
El tanque del transbordador espacial está cargado con más de 500.000 galones de propulsante superfrío. Cuando los líquidos se mezclan y se queman juntos en las cámaras de combustión, producen un gas a alta presión. Éste, expulsado en una dirección (el suelo), hace que el cohete vuele con cierta aceleración en la dirección opuesta (el cielo).
Gases naturales licuados
El transporte y suministro es un aspecto importante del negocio del gas, ya que la UE es el mayor importador de gas natural (predominantemente metano) del mundo.
Sin embargo, trasladar gases de un país a otro puede resultar caro y, en algunos casos, arriesgado. Transportar un gas requiere un equipo de almacenamiento presurizado que, si se daña, podría explotar o dispersar su contenido en la atmósfera.
Por eso, los gases naturales suelen enfriarse mediante temperaturas criogénicas, hasta alcanzar la forma de gas natural licuado (GNL). Esto garantiza la seguridad de su almacenamiento y transporte.
Industria alimentaria
Además de transportar gas en forma líquida, el uso de temperaturas criogénicas es una forma económica de transportar y almacenar alimentos durante largos periodos de tiempo. Pero, ¿por qué utilizar temperaturas tan bajas cuando se podría simplemente congelar los alimentos llevándolos por debajo de cero?
Si está familiarizado con criónicadebe conocer bien los daños que la congelación causa en los tejidos. Los cristales de hielo que se forman a temperaturas bajo cero afectan a las moléculas adyacentes. En la industria alimentaria, degradan la calidad de los productos, cambiando sus texturas, lo que a menudo les hace perder nutrientes importantes.
Para reducir este problema, se utiliza nitrógeno líquido. Los alimentos se rocían o sumergen en este gas licuado, que reacciona con los alimentos con los que entra en contacto. Esto da lugar a la formación de pequeños cristales que lo solidifican sin afectar al sabor.
Efectos especiales
Uno de los usos menos conocidos de los gases criogénicos es para efectos especiales como humo, niebla y neblina. Las máquinas de crioniebla son muy populares cuando se trata de efectos fantasmagóricos de Halloween, discotecas y locales de música. Suelen preferirse por su tamaño compacto, su bajo peso, su potente salida, su bajo nivel de ruido y su facilidad de uso.
El gas licuado a temperaturas criogénicas (principalmente dióxido de carbono) sólo se utiliza con un tipo específico de máquina de niebla que puede soportar temperaturas extremadamente bajas y altas presiones. Como los gases naturales licuados superan las temperaturas de refrigeración, utilizar una máquina de niebla estándar acabará congelándolo al instante.
Medicina
En conclusión, la criogenia tiene varios usos en el campo de la medicina.
- En la criocirugía, el médico congela las células cancerosas con nitrógeno líquido para destruir el tejido anormal. Por debajo de cierta temperatura, empiezan a formarse cristales de hielo, lo que disminuye la densidad celular y desintegra el tumor. Esta técnica puede ayudar a tratar tumores de piel, próstata, cuello uterino e hígado, por citar algunos.
- El helio líquido se utiliza a menudo como refrigerante criogénico de los imanes empleados en la resonancia magnética. El líquido está a la temperatura justa para proporcionar el nivel correcto de superconductividad necesario. El enfriamiento de los imanes permite a la máquina generar imágenes del paciente a una temperatura inferior a -269 °C.
- Además, se utilizan temperaturas criogénicas para lograr la criopreservación. Se trata del proceso de preservación de células, tejidos y otros materiales biológicos mediante la reducción de la temperatura central a niveles bajo cero (normalmente a -196 °C) sin formación de hielo. Esta tecnología se utiliza para preservar tejidos, esperma, óvulos, órganos y seres humanos. El objetivo de la crioconservación es el calentamiento y la reanimación en el futuro.
criónica aka Criopreservación humana
En criónica, se conserva un cuerpo humano entero(o sólo la cabeza) a temperaturas criogénicas. Una vez que un paciente ha sido declarado legalmente muerto, el proceso de enfriamiento debe comenzar inmediatamente, para que la falta de oxígeno no dañe las células (especialmente las del cerebro). Una vez realizado el procedimiento que permite al cuerpo entrar en un estado de vitrificación (a unos -120 °C), todos los procesos biológicos se detienen y el cuerpo puede conservarse durante un tiempo indefinido. De hecho, no sabemos cuánto tardará la tecnología médica en desarrollarse lo suficiente como para curar las causas de la muerte y revivir a los pacientes crioconservados.
El uso de contenedores llenos de nitrógeno líquido, llamados dewars de almacenamiento criogénico, permiten un almacenamiento fácil y económico. El paciente, llevado a -196 °C y colocado en el depósito criogénico, puede permanecer a la espera el tiempo que sea necesario. El dewar se rellena periódicamente con nitrógeno líquido. Con este método, no se necesita electricidad para mantener criopreservados a los pacientes. Esto protege a los pacientes contra los cortes de electricidad y hace que el mantenimiento a largo plazo sea económicamente viable.
Conclusión
La criogenia tiene una amplia aplicación en nuestra vida cotidiana. Sus temperaturas extremadamente bajas permiten diferentes procesos, como posibilitar el suministro de alimentos en todo el mundo o criopreservar con seguridad a un paciente durante un tiempo indefinido, lo que posiblemente le salve la vida.
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