El autoclave y la física

RESUMEN
El Autoclave es fundamental en el proceso de esterilización de instrumental médico y quirúrgico, al igual que ropa, compresas, guantes, medios, etc. Dentro de las ciencias físicas los principios de la termodinámica nos dan la clave para la comprensión de su funcionamiento. El autoclave, esencialmente consiste en un dispositivo que genera vapor de agua a una presión y temperaturasadecuadas para lograr la destrucción necesaria de cualquier forma de vida, para garantizar la asepsia de los elementos mencionados anteriormente.
Para explicar su funcionamiento desde el punto de vista físico se hace necesario conocer primero que partes lo integran.

OBJETIVO GENERAL

Entender el funcionamiento del autoclave, desde el punto de vista de la física.

OBJETIVOS ESPECÍFICOSIdentificar los elementos más importantes que lo integran.
Aprender sobre la termodinámica del agua dentro de un autoclave.
Clarificar sobre la relación de la temperatura y la presión de un gas, por ejemplo vapor de agua, cuando el volumen que ocupa es constante.
Conocer como los elementos de control o de medición de un autoclave, tienen su principio de funcionamiento basado en alguna ley de latermodinámica.

COMPONENTES DE UN AUTOCLAVE
 Cámara.
 Depósito para el agua.
 Resistencia.
 Válvula de llenado.
 Válvula de purgado.
 Válvula de salida de vapor.
 Termómetro de lámina bimetálica.
 Manómetro de presión.
 Control de temperatura termostático.
 Termostato bimetálico.
 Tubería.
TERMODINÁMICA DEL AGUA

Antes de comenzar y para evitar equívocos vamos a definiralgún término muy conocido. Llamaremos vaporización al tránsito de un cuerpo del estado líquido al estado gaseoso. La vaporización presenta dos formas: evaporación y ebullición.

La evaporación tiene lugar a cualquier temperatura en la superficie libre de los líquidos. La experiencia nos enseña que un líquido como el agua, por ejemplo, contenido en un recipiente abierto a la atmósfera y a latemperatura ambiente se evapora poco a poco hasta desaparecer totalmente en la atmósfera en forma de vapor. Gran parte del agua consumida en los autoclaves se pierde por este principio; sobre todo en verano y con el aire acondicionado puesto.
La ebullición es la vaporización que, para cada presión, tiene lugar a una temperatura bien determinada. Esta se produce no sólo en la superficie sino tambiénen el interior de los líquidos. Para ello hay que añadir siempre calor.
Aclarados estos términos entraremos en materia. Imaginemos que tenemos una cámara adiabática (aislada del exterior térmicamente) y cámara de 21 litros de capacidad, con una cierta cantidad de agua desmineralizada en estado líquido.
Vamos a activar la resistencia de modo que el agua comience a adquirir temperatura la cualdisipa calor debido a una corriente eléctrica que pasa a través de ella, es decir por el flujo de electrones por un material que no es muy buen conductor. Cuando el agua esté a 60 ºC, por ejemplo, la presión de vapor del agua es igual a la presión reinante en la cámara (0,2 bar) así que a partir de esta temperatura comenzará a bullir. En este instante diremos que estamos ante líquido saturado. Apartir de aquí la cámara se irá llenando de vapor saturado de agua en coexistencia bifásica con el agua líquida.
Estamos analizando esto desde el punto de vista ideal, por lo tanto, las paredes de la cámara no enfriarán la molécula de agua, quitándole energía y obligándola así a condensarse.
Cuando el agua esté a 93,5 °C su presión de vapor será de 0,8 bar aproximadamente y por tanto la cámaraestará a una presión manométrica de 0 bar. Esto quiere decir que entre el exterior y el interior de la cámara no hay diferencia de presión alguna. Llegados a los 100 °C todo el agua líquida acaba por transformarse en vapor. A este primer vapor se le llama saturado y está formado todavía por agrupaciones irregulares en número de moléculas de agua en forma de micro gotas como ocurre en la niebla...