Como funciona um frasco de vácuo？Frasco de vácuo: princípios, materiais e aplicações

Na vida quotidiana, utilizamos frequentemente o frasco térmico para beber água, fazer chá ou café. Mas alguma vez pensou no princípio de funcionamento de um balão de vácuo? Este artigo apresenta a definição e o princípio de funcionamento do frasco de vácuo, explora as suas aplicações práticas e resume as precauções a tomar quando se utilizam frascos de vácuo.

1. definição de balão de vácuo

Um balão de vácuo é um recipiente cilíndrico fabricado com base no princípio do balão de Dewar, utilizado para manter uma temperatura interna constante da água ou da bebida durante um determinado período de tempo, tornando-a conveniente para as pessoas beberem.
Uma garrafa de vácuo é composta por um revestimento interior, uma camada de isolamento e um invólucro exterior. O revestimento interior é utilizado para armazenar líquidos e é normalmente feito de vidro de dupla camada ou de aço inoxidável. A função da camada de isolamento é reduzir a condução de calor e manter uma temperatura constante no interior da garrafa durante um determinado período de tempo. O invólucro exterior é geralmente feito de aço inoxidável ou de material plástico para proteger o revestimento interior.

2. o modo de transferência de calor

Antes de aprendermos como funciona um balão de vácuo, precisamos de compreender como o calor é transferido.

O calor tem a propriedade de se transferir de objectos com temperaturas elevadas para objectos com temperaturas baixas, e existem três formas de o transferir. São elas a condução, a convecção e a radiação.

A condução de calor refere-se à transferência de calor através das moléculas no interior de um material. Este método de transferência é muito comum em sólidos e líquidos, por exemplo, ao aquecer o fundo de uma chaleira de aço inoxidável, a pega da chaleira fica quente.

A convecção térmica é a transferência de calor através do fluxo de gás ou líquido. Por exemplo, depois de ligar o aquecedor, devido ao fluxo de ar na divisão, a temperatura geral no interior da divisão aumenta.

A radiação térmica é uma radiação electromagnética gerada devido à temperatura do próprio objeto, que pode transferir calor. A sua frequência e intensidade estão relacionadas com a temperatura do objeto, sendo a luz solar um exemplo representativo.

3. o princípio de funcionamento de um balão de vácuo

O que precede introduz três formas de transferência de calor, e a estrutura do balão de vácuo destina-se a bloquear o mais possível estas três formas de transferência de calor.

(1)Isolamento por camada de vácuo: Extrair o ar entre o revestimento interior e o invólucro exterior para formar uma camada de vácuo. Devido à ausência de moléculas de ar na camada de vácuo, o calor não pode ser transferido por condução e convecção, garantindo uma mudança lenta de temperatura no interior da garrafa.

(2)Isolamento de espuma: A camada de isolamento do copo de isolamento adopta material de isolamento de espuma, que tem muitas bolhas pequenas. O ar no interior das bolhas desempenha um papel no isolamento, reduzindo assim a ocorrência de transferência de calor.

(3)Radiação térmica reflectora: Os invólucros interno e externo dos frascos de vácuo são geralmente feitos de materiais metálicos, que podem refletir a radiação térmica e reduzir a transferência de radiação térmica.

(4)Abrandar a convecção: A camada de isolamento do frasco de vácuo adopta material de isolamento de vácuo e material de isolamento de espuma, que pode formar duas zonas de temperatura independentes para a água dentro do copo e o ar fora do copo, abrandando assim a ocorrência de convecção. Como a convecção é uma forma de transferência de calor, o abrandamento da
A convecção também pode reduzir a ocorrência de transferência de calor.

(5)Excelente mecanismo de vedação: Devido ao contacto fácil entre a boca do frasco de vácuo e o ar, ocorre transferência de calor. Os fabricantes de frascos de vácuo utilizam várias tecnologias de vedação, como almofadas de borracha ou anéis de vedação de silicone, para garantir o desempenho da vedação.

4. Factores que afectam o efeito do isolamento térmico

(1) Materiais: Diferentes materiais têm diferentes coeficientes de condutividade térmica e de radiação, pelo que a escolha de diferentes materiais afectará o efeito de isolamento do copo de isolamento. De um modo geral, os materiais de isolamento de vácuo e os materiais de isolamento de espuma têm melhores efeitos de isolamento.

(2) Artesanato: Diferentes técnicas de fabrico podem também afetar o efeito de isolamento do copo isolante. Por exemplo, a espessura da camada de vácuo, o tamanho e a distribuição das bolhas podem afetar o efeito de isolamento. De um modo geral, quanto mais espessa for a camada de vácuo e quanto mais pequenas e uniformes forem as bolhas, melhor será o efeito de isolamento.

(3) Temperatura ambiente: A temperatura do ambiente também pode afetar o efeito de isolamento do copo isolante. A temperaturas ambiente mais baixas, o tempo de isolamento do copo isolado será mais longo. Pelo contrário, a temperaturas ambiente mais elevadas, o tempo de isolamento do copo isolado será mais curto.

(1) Material do revestimento interior: geralmente feito de aço inoxidável de qualidade alimentar, cerâmica e outros materiais, que têm uma excelente resistência à corrosão e a altas temperaturas, e não afectam a saúde humana.

(2) Material da casca: geralmente feito de plástico, metal, etc., que tem excelente durabilidade e desempenho anti-queda.

(3) Materiais da camada de isolamento: São normalmente utilizados materiais de isolamento a vácuo, materiais de isolamento de espuma, etc., que têm um excelente desempenho de isolamento.

6. processo de fabrico do balão de vácuo

(1) Produção de revestimentos interiores: Processamento de aço inoxidável de qualidade alimentar, cerâmica e outros materiais na forma do revestimento interior e tratamento de polimento.

(2) Fabrico de conchas: Transformação de plástico, metal e outros materiais na forma da concha.

(3) Produção de camadas de isolamento: Os materiais de isolamento a vácuo, os materiais de isolamento de espuma, etc. são transformados na forma de camadas de isolamento e colados entre o revestimento interior e o revestimento exterior.

(4) Montagem: Montar o revestimento interior, o revestimento exterior e a camada de isolamento e selá-los.

(5) Inspeção: Realizar uma inspeção de qualidade e testes de desempenho no copo de isolamento pré-fabricado para garantir que o produto cumpre as normas.

7. cenários de aplicação do balão de vácuo

(1) Aplicações na vida quotidiana

Fazer chá: Muitas pessoas gostam de usar frascos de vácuo para fazer chá, que podem manter a temperatura e o aroma do chá, tornando-o mais saboroso. Ao preparar o chá, é importante evitar mergulhar as folhas de chá em água quente durante muito tempo para não afetar a qualidade e o sabor das folhas de chá. De um modo geral, o tempo de utilização de uma garrafa térmica para preparar chá não deve exceder 2-3 horas.

Água potável: Durante o inverno ou as actividades ao ar livre, a utilização de um termo para beber água permite manter a temperatura da água e evitar o desconforto causado pela ingestão de água fria. Ao beber água, tenha cuidado para não deitar demasiada água quente no copo isolado para evitar queimaduras ou derrames. De um modo geral, a temperatura para beber água de uma garrafa térmica não deve exceder 60 ℃.

(2) Aplicações no domínio médico

Compressas quentes e frias: Nalgumas terapias físicas, são necessárias compressas frias e quentes para aliviar a dor ou promover a recuperação. Os frascos de vácuo podem ser utilizados para conter água quente ou fria, proporcionando um tratamento contínuo da temperatura.

Armazenamento de medicamentos: Alguns medicamentos precisam de ser armazenados a temperaturas específicas para manterem a sua eficácia. As instituições médicas podem utilizar garrafas térmicas para armazenar estes medicamentos, assegurando que podem manter uma temperatura estável quando necessário.

Utilização do bloco operatório: Durante o processo cirúrgico, é por vezes necessário utilizar uma temperatura específica de um líquido ou medicamento. Um termo pode fornecer estes líquidos ou medicamentos na sala de operações e manter a sua temperatura estável durante todo o processo cirúrgico.

Isolamento dietético dos doentes: Para os doentes que necessitam de dietas especiais ou de dietas com temperaturas específicas, podem ser utilizados frascos térmicos para manter os alimentos quentes, assegurando que podem manter uma temperatura adequada quando necessário.

(3) Aplicações no laboratório

Armazenamento de reagentes: Muitos reagentes químicos são muito sensíveis à temperatura e à humidade. Ao colocar o frasco de reagente num termo, as flutuações de temperatura podem ser reduzidas, o que ajuda a manter a estabilidade e a atividade do reagente.

Armazenamento e reação de líquidos: É frequentemente necessário armazenar ou conduzir reacções líquidas a temperaturas específicas no laboratório. Um termo pode ser utilizado como um recipiente temporário para assegurar que o líquido mantém a temperatura desejada.

Armazenamento de azoto líquido: Alguns laboratórios necessitam de armazenar amostras biológicas ou compostos em azoto líquido. Os frascos de vácuo podem ser utilizados para armazenar uma pequena quantidade de azoto líquido e manter o seu estado de baixa temperatura para garantir a preservação e conservação da amostra.

8) Precauções na utilização do balão de vácuo.

Evitar escaldões: Quando se adiciona água a ferver à panela, esta não deve estar demasiado cheia, pois existe o risco de transbordar e escaldar. O pote térmico é um produto de isolamento de alto vácuo com um tempo de isolamento mais longo. Ao beber bebidas quentes, é importante evitar queimaduras e é melhor deitá-las noutros recipientes até a temperatura ser adequada antes de as beber.

Evitar a deformação: Evitar qualquer forma de aquecimento direto ou colocá-lo numa área com temperaturas elevadas para não provocar a deformação do produto e afetar a sua utilização.

Evitar o crescimento bacteriano: Para minimizar o crescimento bacteriano, é melhor não armazenar leite ou outros alimentos num frasco de vácuo.

Evitar o enchimento de líquidos susceptíveis de sofrerem pressões elevadas: Os produtos de isolamento de alto vácuo devem evitar o enchimento de líquidos propensos a alta pressão, como gelo seco e bebidas carbonatadas, bem como líquidos ácidos e alcalinos fortes, para evitar a corrosão das paredes internas do recipiente.

Limpeza: Antes de utilizar o copo isolante, é necessário limpá-lo. Pode utilizar um detergente neutro e um pano macio para limpar os invólucros interior e exterior para remover o pó e os odores. Tenha cuidado para não utilizar produtos de limpeza demasiado irritantes ou escovas duras durante a limpeza para evitar danificar os invólucros interior e exterior dos frascos de vácuo.

Armazenamento e manutenção: Quando não estiver a ser utilizado, o copo isolado deve ser guardado num local seco, ventilado e afastado da luz solar direta para evitar humidade ou deformação. Quando se utiliza uma garrafa térmica, deve prestar-se atenção à manutenção para evitar colisões, quedas ou pressões, de modo a não afetar a vida útil e o efeito de isolamento da garrafa térmica. Se houver problemas como fugas de água ou diminuição do efeito de isolamento no copo de isolamento, este tem de ser reparado ou substituído atempadamente.