Establecimiento de un laboratorio doméstico

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Jul 25, 2021
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Siempre es necesario elegir la casa para el laboratorio con especial cuidado, hay que entender que del lugar depende el éxito de toda la empresa. Por lo tanto, en este artículo, vamos a discutir algunos matices que le ayudarán en la creación de un laboratorio fiable.

A la hora de elegir un espacio para el laboratorio, tenga en cuenta los alrededores. En el proceso de producción, es posible que se emitan gases a la atmósfera, por lo que hay que tener en cuenta que habrá diversos olores químicos cerca de la casa. Por supuesto, intentaremos evitarlo, pero hay que tenerlo en cuenta.

El camino hacia la casa debe ser bien visible. Busque la oportunidad de instalar cámaras de vídeo en el camino hacia la casa, y que no haga sospechar a los vecinos. Es conveniente disponer de una amplia zona de la propiedad en la que se encuentre el laboratorio para que los forasteros no puedan pasar con el coche. De lo contrario, tendrás que conseguir una valla alta contra miradas indiscretas. En este caso, es una buena opción disponer un laboratorio en la granja. Pero en cada caso, la elección del espacio es una decisión individual, que depende de la combinación de factores y capacidades del organizador.

Para que el laboratorio funcione bien, debe recibir suministro ininterrumpido de electricidad y agua. Por lo tanto, incluya de antemano en su lista un suministro de reserva de estos dos recursos. Es buena idea disponer de varios generadores eléctricos, con suministro de combustible para ellos. Disponga de una estación de extracción de agua, un sistema de filtrado y un depósito para almacenar algunos cubos de agua.

Otra cosa importante es disponer de un sistema de alcantarillado, preferiblemente con un sistema de limpieza. Si tu casa no tiene sistema de alcantarillado, los residuos tendrán que ser eliminados, te recomiendo que consideres este tema como uno de los principales, la acumulación de residuos creará un peligro innecesario para toda la empresa. Tocaremos este tema por separado.

Pasemos a la habitación en sí, o mejor dicho, es deseable que hubiera varias:
1) Laboratorio. La sala principal, donde se encuentran uno o varios reactores y toda la infraestructura para las síntesis.
2) Una sala para el secado, embotellado y congelación del producto final.
3) Almacén para el almacenamiento de precursores y otros productos químicos.


Cada sala debe mantenerse a una temperatura de unos 20 ºC, y deben instalarse aparatos de aire acondicionado o calderas de calefacción para mantener esta temperatura, dependiendo de su región.

Un laboratorio es una habitación grande, unos 20 metros cuadrados de espacio son adecuados para un laboratorio con un reactor. La altura del techo debe ser de unos 2,5 metros o más para acomodar el reactor y los accesorios. Lo mejor es revestir las paredes, el suelo y el techo con baldosas esmaltadas de gran formato para facilitar la limpieza. Como último recurso, que sean paneles de plástico o láminas de plástico gruesas.

El laboratorio debe estar lo más equipado posible: agua corriente caliente y fría, alcantarillado, calefacción/aire acondicionado, buena potencia eléctrica (capacidad total calculada de todos los aparatos con reserva). Un generador de reserva, preferiblemente con arranque automático en caso de caída de tensión de la red, o un inversor de alimentación ininterrumpida (preferiblemente ambos dispositivos) deben garantizar el suministro ininterrumpido de energía al laboratorio. En algunas fases de la síntesis, un breve apagón puede significar la pérdida de productividad y crear una situación de riesgo de explosión o incendio.

En el laboratorio hay que poner un buen sistema de ventilación de impulsión y extracción, y recomiendo poner un motor para la ventilación de extracción el doble de potente de lo necesario para su sala.
Dibuja de antemano un esquema de la disposición de los aparatos en tu laboratorio para conducir correctamente la corriente, el agua y la ventilación.

El desagüe es mejor hacerlo en el suelo.
Coloca también algunos extintores en los lugares más accesibles, los incendios en los laboratorios por desgracia ocurren.
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El laboratorio estándar suele estar equipado con aparatos y dispositivos técnicos:
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Para la producción interna, es aconsejable utilizar reactores con un volumen de 50-200 litros. Este volumen permite organizar la producción de lotes considerables. Si es necesario, se pueden utilizar varios reactores para aumentar la producción.
La parte principal de un reactor de laboratorio es un matraz de reacción fabricado con un material química y térmicamente estable. Uno de estos materiales es el vidrio de borosilicato. Tiene altas propiedades físicas y mecánicas:

- Es termorresistente. Debido a su bajo coeficiente de dilatación térmica, puede soportar un calor de hasta 500 °C y grandes fluctuaciones de temperatura y presión;
- Es liso, con baja adherencia, por lo que los productos fabricados con él son fáciles de limpiar;
- no absorbe reactivos, humedad ni olores;
- duradero, es relativamente difícil que se rompa
- tiene una gran transparencia, por lo que es conveniente observar el curso de los procesos en el recipiente.
Todas estas propiedades también son importantes para otros elementos utilizados en aparatos. Con este vidrio se fabrican refrigeradores, matraces, embudos, tapas, pipetas y otros componentes de aparatos de reacción.
El equipamiento básico de un reactor de laboratorio de vidrio de borosilicato suele incluir:
- Recipiente reactor con camisa termostática y válvula de fondo;
- Tapa intercambiable, que se elige en función del número de elementos a conectar;
- Agitador de hélice o de ancla con un motor de diseño común o a prueba de explosiones;
- Un condensador para destilar el disolvente;
- Un recipiente para recoger el condensado;
- Embudo de goteo;
- Bastidor móvil sobre ruedas con mecanismo de freno.
Los recipientes de vidrio y otros dispositivos para instalaciones de laboratorio suelen fabricarse con conexiones esmeriladas. Los elementos rectificados garantizan la estanqueidad, por lo que se utilizan mucho en reactores de laboratorio. También hay conexiones de tornillo y brida, conexión con tubos de goma o tapones especiales.

Además de los reactores de vidrio de borosilicato, también se utilizan reactores de acero y fluoroplásticos.
Filtrode vacío
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El filtro nutsche al vacío es un dispositivo especializado para la filtración al vacío de medios líquidos, extracción de plantas. Se basa en un reactor de una sola capa. Es una construcción que consta de:
- Un embudo grande de acero inoxidable;
- Un recipiente esférico estrecho de vidrio para recoger el filtrado;
- Un bastidor de montaje de acero con elementos de fijación;
- Un soporte para el matraz.

La parte superior del embudo está hecha en forma de cilindro, con una rejilla de acero inoxidable incorporada en su parte inferior, sobre la que se coloca el material filtrante. El cuello del depósito se une al embudo mediante fijaciones con tornillos. La junta entre el matraz y el embudo es resistente a los productos químicos.

El matraz de vidrio tiene una válvula para evacuar el aire (en la parte superior) y una válvula para drenar el filtrado (montada en la salida inferior). Fabricado en vidrio de alta calidad. El grifo puede ser de vidrio o de teflón.
El bastidor está montado sobre ruedas para facilitar su desplazamiento por la habitación.

En este artículo se describe un filtro nutsche con matraz de vidrio y embudo metálico, pero también se utilizan filtros nutsche de fluoroplástico, metal y cerámica.

En el laboratorio, suelen utilizarse filtros nutsche con un volumen de 20 litros o más.
de vacío
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La bomba de vacío químicamente resistente está diseñada para la generación de vacío de diferentes niveles, para la filtración y aspiración al vacío, electroforesis en gel; para la conexión a filtros Nutche, evaporadores, reactores químicos, cajas de guantes, cajas de aspiración médicas, armarios de secado y vacío y otros dispositivos de vacío.

Para el uso en laboratorio se requiere una bomba de vacío fabricada con materiales especiales resistentes a los productos químicos y con el correspondiente etiquetado. Dependiendo del diseño, las bombas de vacío son de los siguientes tipos:
-bomba de aceite de paletas rotativas
-bomba de pistones de diafragma
-bomba de circulación de agua
y otras...
de circulación de calefacción
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En los reactores de laboratorio, los termostatos de circulación de calefacción se utilizan para mantener la temperatura establecida en la camisa del reactor químico gracias a una bomba integrada. Cuanto menor sea el volumen del baño, más rápido se calentará el refrigerante en su interior, es decir, el reactor externo recibirá más rápidamente un nuevo lote de refrigerante a la temperatura fijada. Cuanto mayor sea la capacidad de calentamiento, más rápido será el control de la temperatura.
Los termostatos de calefacción tienen un baño de acero aislado térmicamente que permite calentar el fluido con seguridad hasta 300 °C.
Se necesita un termostato de сirculación cuando hay que calentar la mezcla de reacción durante el proceso de síntesis.
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Para enfriar los intercambiadores de calor en los reactores químicos, un enfriador es un refrigerador circulante que se utiliza para extraer calor del proceso. A diferencia del uso de agua corriente, la temperatura deseada puede ser de -20 °C.

Las enfriadoras disponen tanto de refrigeración por agua (símbolo "w") como por aire del sistema de refrigeración. Los modelos de enfriadoras (termostatos de refrigeración) con sistema de refrigeración por agua son silenciosos y requieren una pequeña cantidad de agua de refrigeración, incluso a plena capacidad de refrigeración. Los enfriadores pueden equiparse adicionalmente con un calentador y una protección independiente contra sobretemperatura. La temperatura máxima de trabajo aumenta hasta 100 °C y la estabilidad de la temperatura es de ±0,2 °C.

Un enfriador es necesario si hay que enfriar la masa de reacción durante la síntesis.
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Se necesitará un congelador profundo para enfriar los reactivos que lo necesiten; para fabricar hielo; para sedimentar las sustancias obtenidas de la masa de reacción tras la acidificación y otros procesos similares.

Los congeladores se dividen en domésticos y de laboratorio, y su precio es muy diferente.
Los principales requisitos de los congeladores de laboratorio son:
- Alta precisión en el ajuste de la temperatura.
- Homogeneidad de la distribución de la temperatura en todo el volumen del congelador.
- Posibilidad de instalar dispositivos que registren los cambios de temperatura en la cámara de refrigeración y registren los resultados en soporte papel o electrónico (manómetros, registrador electrónico o en papel).
- Disponibilidad de puertos para la validación del refrigerador.
- Resistencia a la corrosión de las superficies internas y externas del frigorífico de laboratorio a la acción de detergentes y desinfectantes agresivos.

Pero para la mayoría de los laboratorios domésticos, los congeladores normales con un rango de temperatura de hasta -20 ºC serán suficientes, así que si tiene sentido pagar de más por un congelador de laboratorio es algo que debe decidir usted.
rotativo
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El evaporador rotativo es un dispositivo para la extracción rápida de líquidos por destilación a presión reducida. Muy utilizado en laboratorios químicos para la evaporación de disolventes de mezclas de sustancias, así como para la separación de líquidos.
No todos los laboratorios pueden utilizar un rotavapor. Antes de pedir un evaporador rotativo, estudie detalladamente el proceso de síntesis y determine si necesita uno.
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En el proceso de trabajo en el laboratorio hay mucho vidrio de laboratorio sucio y otros recipientes, para mantener la limpieza es necesario lavar los objetos sucios. Para ello, pide un fregadero metálico profundo como los que ponen en las cafeterías para lavar los platos. Son lo suficientemente profundos como para lavar en ellos recipientes grandes. Además del grifo, se recomienda instalar una manguera larga para facilitar el lavado.
Mesa de
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Lo mejor es utilizar una mesa de laboratorio hecha de metal, el tamaño de la mesa se determina en base al área de la habitación y la ubicación del equipo. Es fácil de cuidar y es más estable y duradera, esto te permite utilizarla con una carga pesada.
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Para el almacenamiento de utensilios de laboratorio y todo tipo de artículos se recomienda utilizar una estantería metálica, es fácil de usar y duradera, puede soportar cargas pesadas. La estantería ayudará a eliminar el desorden que puede tener consecuencias peligrosas en el laboratorio.
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Si tu casa va a estar videovigilada, te recomendamos que coloques varios monitores de vigilancia en ella para que puedas controlar tu zona desde cualquier lugar. Uno de ellos debe instalarse en el laboratorio para que pueda controlar sus movimientos por su territorio y durante la síntesis.

Para controlar su territorio y el acceso al mismo, le recomendamos instalar un conjunto de cámaras de vídeo: para tener bajo control de vídeo la carretera que conduce a la casa; cámaras perimetrales; cámaras en las entradas al recinto.
Si instalas cámaras IP, podrás vigilar a distancia.

También es recomendable instalar un sistema de alarma con módulo GSM, para que al abrir puertas y ventanas de su local, reciba una señal en su teléfono móvil y sea consciente de si alguien ha entrado en ellas.
El panel de control eléctrico que alimenta todo el laboratorio debe estar justo al otro lado de la puerta. En caso de circunstancias imprevistas en las que sea imposible o peligroso influir, debes salir corriendo del laboratorio y desenergizarlo desde la seguridad de la puerta.
Si hay ventanas en el laboratorio, es mejor taparlas con una tela gruesa de varias capas o cubrirlas con paneles de plástico.
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La sala de secado está preparada para trabajar con productos acabados. Normalmente, una sala de 3 por 3 metros es suficiente, pero dependiendo del volumen de producción, la superficie de esta sala puede ser diferente. En esta sala se instala un sistema de estanterías, para el secado y la cristalización de los productos acabados.
Para la sala de secado, es importante crear un microclima: una temperatura constante y aire seco. Por lo tanto, además del equipo estándar para mantener una temperatura constante, debe instalarse un deshumidificador. Dispone de un recipiente para recoger el agua de la atmósfera, que debe vaciarse cuando se llena.
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Para el secadero es mejor utilizar estanterías anchas con estantes profundos. Para secar el producto acabado, se recomienda instalar un calentador de película de infrarrojos en los estantes y cubrirlos con una película de plástico gruesa. La radiación infrarroja moderada es excelente para secar el producto acabado.
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En el pasado, el secadero estaba equipado con una buena ventilación de escape y se secaba por corriente de aire. Pero este tipo de secado tiene varios inconvenientes: si se tiene una gran masa de producto acabado, se seca mucho tiempo y la campana tiene que funcionar sin parar durante mucho tiempo, lo que genera mucho ruido y un gran derroche de electricidad.
Sobre esta base, se recomienda equipar como se ha descrito anteriormente.
de productos químicos
El almacén de precursores y reactivos químicos no tiene por qué estar situado en la casa, puede ser cualquier dependencia, como un garaje o un cobertizo.
Los distintos reactivos químicos tienen diferentes condiciones de almacenamiento, así que tenlo en cuenta antes de montar un almacén. En climas cálidos, algunos reactivos pueden requerir almacenamiento en un frigorífico o congelador.
El almacén debe estar ventilado: por ejemplo, los disolventes tienden a evaporarse de los botes y, si se acumulan suficientes vapores, basta una chispa o una temperatura elevada para que se produzca una combustión espontánea. También es conveniente equipar el almacén con extintores o un sistema de extinción de incendios.
Para el almacenamiento, necesitará un sistema de estanterías; como en los almacenes anteriores, recomendamos utilizar estructuras metálicas, ya que son especialmente duraderas y no requieren cuidados especiales.

En el almacén deberá disponer de equipos de llenado/dispensado, báscula y recipientes vacíos para poder dosificar el número necesario de reactivos para síntesis, para su posterior traslado al laboratorio.
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En el laboratorio debe instalarse un excelente sistema de ventilación de impulsión y extracción.
El sistema de ventilación de suministro y escape es un complejo de equipos que proporciona la entrada de aire de la calle, lo limpia de polvo, polen y lo suministra a la sala. Al mismo tiempo, la segunda parte del sistema recoge el aire de escape y los olores desagradables y los elimina al exterior.
Para que la ventilación funcione eficazmente, debe calcular correctamente la capacidad de los ventiladores para el volumen de su habitación. Para ello es necesario que la potencia del extractor sea el doble que la del ventilador de impulsión. En este caso, los olores se eliminarán rápidamente.
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Los depuradores se utilizan para limpiar los medios gaseosos de impurezas en diversos procesos químicos y tecnológicos, son dispositivos de purificación de gases basados en el lavado de gases con líquido.
Los depuradores están diseñados para capturar los gases descargados del reactor. La depuración de gases de impurezas mediante scrubbers pertenece al método de depuración húmeda. Este método se basa en el lavado de gas con líquido (agua, solución alcalina y otros) en la superficie más desarrollada del contacto del líquido con partículas de aerosol y la mezcla más intensiva del gas limpiado con líquido. Este método permite eliminar del gas polvo, humo, niebla y partículas de aerosol (normalmente no deseadas o nocivas) de casi cualquier tamaño.
Se distinguen los siguientes tipos de depuradores
- torres de toberas (depuradores de toberas);
- ciclones pulverizados (depuradores centrífugos);
- aparatos de espuma;
- depuradores Venturi.
El funcionamiento de los depuradores de gases húmedos se basa en la captura de las partículas de polvo por el líquido, que las arrastra fuera de los aparatos en forma de lodo. El proceso de captación en los depuradores de polvo húmedo se mejora gracias al efecto de condensación: agrandamiento de las partículas de polvo debido a la condensación del vapor de agua sobre ellas.

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Eliminación de
Todos los laboratorios se enfrentan al problema de la eliminación de residuos. Existen tres tipos de residuos:
1. 1. Gaseosos.
2. Sólidos.
3. Líquidos.

Los residuos gaseosos, tal y como se han descrito anteriormente, pueden descargarse a la atmósfera con una ventilación de extracción o lavarse con un flujo de líquido de lavado en un lavador.

Los residuos sólidos son principalmente envases y embalajes de reactivos y equipos: plástico, papel (madera), metal, vidrio y otros.
Si en el proceso de trabajo se consigue reutilizar alguno de estos elementos, sin duda hay que aprovecharlo, en lugar de comprar otros nuevos. Por ejemplo, los tarros de cristal pueden lavarse y utilizarse para pesar o almacenar, al igual que algunos recipientes de metal y plástico.
Pero habrá que deshacerse de algunos residuos sólidos, normalmente sacándolos y tirándolos a la basura. Para evitar que te pille la policía, debes deshacerte de las pegatinas y etiquetas que identifican el lote y el nombre del producto, que podrían convertirse en pruebas contra ti. Para minimizar los riesgos, debes borrar o pintar las letras, quitar las pegatinas y cortar las etiquetas.
Puedes compactar los residuos sólidos; serán más compactos y más fáciles de retirar. Elige con antelación el lugar al que llevarás los residuos para desecharlos. El lugar de eliminación debe estar a una distancia decente del laboratorio, ya que si encuentran tus residuos y levantan sospechas, revisarán las casas y negocios cercanos.

Los residuos líquidos se vierten con frecuencia, dejarlos en contenedores es arriesgado, si se detectan, el examen mostrará su relación con la síntesis de sustancias prohibidas. Estos residuos se dividen en dos tipos: agua contaminada y residuos insolubles en agua de disolventes orgánicos.
Se recomienda verter al alcantarillado sólo el agua contaminada, ya que las sustancias insolubles en agua pueden corroer las tuberías u obstruir el vertido, provocando riesgos adicionales para el laboratorio. Por lo tanto, deben llevarse lejos del laboratorio y verterse. También pueden quemarse en un calentador de gasóleo.
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En las plantas industriales, algunos residuos se destruyen en incineradoras, hornos de gas especiales. Las incineradoras vienen en tamaños pequeños y pueden utilizarse en el laboratorio, pero requerirán una sala aparte o un espacio al aire libre.
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La incineración es el proceso de combustión de los elementos orgánicos de los flujos de residuos. Industrialmente, este proceso también se conoce como "tratamiento térmico".
Hay dos subproductos principales de la incineración. El primero son las cenizas inertes de fondo, formadas en su mayor parte por los elementos inorgánicos del flujo de residuos, y el segundo son los gases de combustión, que, siempre que se hayan especificado los sistemas adecuados de depuración de gases, pueden liberarse a la atmósfera.

Partes de una incineradora.
Las piezas de la mayoría de los incineradores son bastante estándar, el principal factor a la hora de seleccionar estas piezas es su capacidad para durar y funcionar bien en los entornos de alto estrés presenciados en la incineración.

-Cámara primaria (cámara de combustión): aquí es donde se cargan y encienden los residuos. En la mayoría de las incineradoras, la ignición se produce debido a las altas temperaturas ambientales que se mantienen dentro del revestimiento de las cámaras.
-Cámara secundaria - a veces también llamada cámara de "postcombustión" es exigida por ley en Europa, EE.UU., Australia y Canadá evita la formación de partículas nocivas. En muchos países, la ley estipula que todos los gases de combustión deben permanecer en esta cámara secundaria durante al menos 2 segundos a 850 ºC.
-Flue Stack - también conocida como chimenea. La mayoría de las incineradoras requieren una altura de chimenea de al menos 3 m. Esta altura será considerablemente mayor en las zonas más urbanizadas o donde las condiciones atmosféricas lo requieran.
-Panel de control y termopares: controlan el funcionamiento de la máquina y garantizan que las cámaras alcancen la temperatura adecuada ANTES de cargar los residuos para su incineración.
-Quemadores - La mayoría de las incineradoras modernas están equipadas con quemadores de bajo NOx o de flujo de gas modulado para aumentar la eficiencia.
-Depósitos de combustible - Los depósitos de combustible deben estar protegidos para garantizar un almacenamiento seguro del combustible.
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Los incineradores están diseñados para la descontaminación segura y eficaz de muchos tipos de residuos. Si se utiliza una incineradora con una cámara de postcombustión de alta calidad y un sistema de limpieza de polvo y gases, se pueden evitar las emisiones de dioxinas y furanos en los gases residuales.
La incineradora es un horno en el que se produce la incineración (descontaminación térmica) de los residuos a altas temperaturas, de 400 a 1.200 ºC.
 

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Osmosis Vanderwaal

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Estoy seguro de que nunca podré utilizar nada que tenga la 1/20 parte de este tamaño, pero me hace pensar. La sección de videovigilancia sólo menciona la caja de interruptores y la cobertura de las ventanas, así que ahí hay margen de desarrollo.
Teniendo en cuenta la necesidad de un evaporador rotativo, ¿cuánto más rápido es que la destilación al vacío?
No parece que ninguna de las bombas de vacío mostradas esté dentro de 1/10 de la cantidad necesaria para hacer funcionar el equipo en esa sala . He visto múltiples bombas de paletas cilíndricas y bombas de operación de tipo mixto que son de 20 ho o más, ¿cuántos CFM se necesitarían de forma realista para hacer funcionar 10 reactores de 50L? ¿Cuánto vacío puede utilizar un químico en el mundo real antes de poner a prueba las capacidades del equipo?
 
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