gases industriales

Ing. Daro Martini Industrias III 72.07

Gases Industriales_FIUBA - 0 -

INDICE

PAGINA

INTRODUCCION

1

CLASIFICACION

1

PARAMETROS CARACTERISTICOS DE UN GAS

3 - 7

PUNTO CRITICO PUNTO TRIPLE PUNTO DE FUSION PUNTO DE EBULLICION CALOR LATENTE DE FUSION CALOR LATENTE DE VAPORIZACION

DESCRIPCION TECNICA

8 - 60

ACETILENO AIRE NITROGENO OXIGENO HIDROGENO DIOXIDO DE CARBONO HELIO AMONIACO ARGON

PROCESO DE OBTENCION DE GASES DEL AIRE

61 - 79

METODO DE SEPARACION FISICA CRIOGENICA LICUACION DE GASES METODO LINDE METODO CLAUDE COLUMNA LINDE SIMPLE DE DESTILACION COLUMNA LINDE DOBLE DE DESTILACION OBTENCION DE ARGON

METODO DE SEPARACION NO CRIOGENICO POR ADSORCION CON TAMICES MOLECULARES

80 - 82

TECNICA PSA TECNICA VSA



GASES INDUSTRIALES INTRODUCCION La trascendencia que ha cobrado la utilizacin de gases en porcesos varios hace de vital importancia su incorporacin y anlisis como tema de estudio. Por este motivo haremos una descripcin de los mismos, su campo de aplicacin y la forma en que se obtienen. Habitualmente los gases son utilizados, entre otras aplicaciones, en las siguientes:

Soldadura Congelamiento Energa o calefaccin Limpieza industrial Envasado de alimentos Medicina Procesamiento de metales Industria metalrgica

CLASIFICACION GASES INDUSTRIALES GASES MEDICINALES GASES ESPECIALES 1. ACETILENO 1. OXIGENO GASEOSO MEDICINAL 1. XENON 2. AIRE 2. OXIGENO LIQUIDO MEDICINAL 2. NEON 3. NITROGENO 3. OXIDO NITROSO MEDICINAL 3. MEZCLAS ESPECIALES A PEDIDO 4. OXIGENO 4. AIRE SINTETICO MEDICINAL 5. HIDROGENO 5. DIOXIDO DE CARBONO MEDICINAL 6. DIOXIDO DE CARBONO 6. NITROGENO MEDICINAL 7. HELIO 8. AMONIACO 9. ARGON



PARAMETROS CARACTERISTICOS DE UN GAS PUNTO CRITICO A fin de obtener informacin acerca de las discrepancias en el comportamiento de gases ideales y reales, vamos a considerar la experiencia

llevada a cabo en 1869 por el cientfico ingls Thomas ANDREWS (1813-1885) con dixido de carbono, consistente en estudiar a temperatura constante las variaciones del volumen molar de dicho gas en funcin de la presin a la que estaba sometido.

Andrews comprimi 1 mol de CO2 en un tubo de paredes transparentes y midi simultneamente la presin (p) y el volumen (v).

El punto en el que comienza a aparecer lquido se denomina punto de roco debido a que en ese punto aparece el lquido en forma de

niebla, que condensa como roco en las paredes del cilindro.



De modo anlogo se denomina punto de burbuja al punto en el que termina de formarse lquido porque si tomamos lquido presurizado y se descomprime en forma isotrmica, en el punto de burbuja comienzan a aparecer pequeas burbujas gaseosas en el seno del lquido.

Trazando varias isotermas y uniendo todos los puntos de burbuja obtenemos la curva de puntos de burbuja, que es la curva en lnea cortada muy empinada que vemos a la izquierda de la igual modo, uniendo todos los puntos de roco obtenemos la curva de puntos de roco. Andrews realiz una gran cantidad de experiencias y obtuvo curvas muy exactas de puntos de roco y de burbuja. Observ que ambas curvas confluyen en un punto (C en la figura) que denomin punto crtico.

A este le corresponden los parmetros crticos,Tc y Vc. Por encima de la isoterma crtica hay gas que no es licuable por compresin

isotrmica porque para licuarlo hay que bajar la temperatura por debajo de Tc. Los parmetros crticos son caractersticos y nicos para cada gas.



PUNTO TRIPLE El punto triple es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado slido, el estado lquido y el estado gaseoso de una sustancia. Se define

con una temperatura y una presin de vapor. La presin de vapor o ms comnmente presin de saturacin es la presin, para una temperatura dada, en la que la fase lquida y el vapor

se encuentran en equilibrio dinmico; su valor es independiente de las cantidades de lquido y vapor presentes mientras existan ambas. El agua tiene un inusual y complejo diagrama de fase (aunque esto no afecta a las consideraciones generales expuestas sobre el punto

triple). A altas temperaturas, incrementando la presin, primero se obtiene agua lquida y, a continuacin, agua slida. Por encima de 109 Pa aproximadamente se obtiene una forma cristalina de hielo que es ms denso que el agua lquida. A temperaturas ms bajas en virtud de la compresin, el estado lquido deja de aparecer, y el agua pasa directamente de slido a gas.

A presiones constantes por encima del punto triple, calentar hielo hace que se pase de slido a lquido y de ste a gas, o vapor. A presiones

por debajo del punto triple, como las encontradas en el espacio exterior, donde la presin es cercana a cero, el agua lquida no puede existir. En un proceso conocido como sublimacin, el hielo salta la fase lquida y se convierte directamente en vapor cuando se calienta.



La lnea verde marca el punto de congelacin, la azul, el punto de ebullicin y la roja el punto de sublimacin. Se muestra como estos

varan con la presin. El punto de unin entre las lneas verde, azul y roja es el punto triple. La lnea con puntos muestra el comportamiento anmalo del agua.



PUNTO DE FUSION El punto de fusin es la temperatura a la cual el estado slido y el estado lquido de una sustancia, coexisten en equilibrio trmico, a una

presin de 1 atmsfera. Por lo tanto, el punto de fusin no es el pasaje sino el punto de equilibrio entre los estados slido y lquido de una sustancia dada. Al pasaje

se lo conoce como derretimiento. En la mayora de las sustancias, el punto de fusin y de congelacin, son iguales. Pero esto no siempre es as. El punto de fusin de una sustancia pura es siempre ms alto y tiene una gama ms pequea que el punto de fusin de una sustancia

impura. Cuanto ms impuro sea, ms bajo es el punto de fusin y ms amplia es la gama. PUNTO DE EBULLICION El punto de ebullicin de un lquido es la temperatura a la cual la presin de vapor del lquido es igual a la presin del medio que rodea al

lquido. En esas condiciones se puede formar vapor en cualquier punto del lquido. La temperatura de una sustancia o cuerpo es una medida de la energa cintica de las molculas. A temperaturas inferiores al punto de

ebullicin, slo una pequea fraccin de las molculas en la superficie tiene energa suficiente para romper la tensin superficial y escapar. El punto de ebullicin depende de la masa molecular de la sustancia y de el tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. El punto de ebullicin es la temperatura a la cual la presin de vapor de un lquido es igual a la presin atmosfrica. Como el punto de

ebullicin depende de la presin atmosfrica, ste variar al modificarse la presin atmosfrica. En la literatura se encuentra el punto de ebullicin normal (cuando la presin atmosfrica es 760 mm Hg) de ciertos lquidos, pero a veces es necesario saber el punto de ebullicin de un lquido a una presin atmosfrica distinta a 760 mm Hg, por ejemplo para hacer una separacin de una mezcla por destilacin.



CALOR LATENTE DE FUSION Calor latente de fusin o es la energa absorbida por las sustancias al cambiar de estado slido a lquido. Al cambiar de lquido a slido se devuelve la misma cantidad de energa. Latente en latn quiere decir escondido, y se llama as porque, al no cambiar la temperatura durante el cambio de estado, a pesar de aadir

calor, ste se quedaba escondido. Por el contrario, el calor que se aplica cuando la sustancia no cambia de estado, aumenta la temperatura y se llama calor sensible.

CALOR LATENTE DE VAPORIZACION Calor latente de vaporizacin o es la energa absorbida por las sustancias al cambiar de estado lquido a gaseoso. Al cambiar de gaseoso a lquido se devuelve la misma cantidad de energa.



DESCRIPCION TECNICA GASES INDUSTRIALES 1. ACETILENO: Nombre: Acetileno Frmula Qumica: C2H2 Sinnimo: - Portugus: Acetileno Ingles: Acetylene Alemn: Acetylen Francs: Actylne 1.a) Propiedades del gas Peso Molecular : 26.038 g/mol Fase Slida Punto de fusin : -84 C Densidad del slido : 729 kg/m3 Fase lquida Equivalente Lquido/Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 663 vol/vol Punto de ebullicin (1.013 bar) : -83.8 C Calor latente de vaporizacin (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 801.9 kJ/kg Presin de vapor (a 20 C o 68 F) : 44 bar



Punto Crtico Temperatura Crtica : 35.1 C Presin Crtica : 61.91 bar Densidad Crtica : 230.8 kg/m3 Punto triple Temperatura del punto triple : -80.6 C Presin del punto triple : 1.282 bar Fase gaseosa Densidad del gas (en el punto de sublimacin) : 1.729 kg/m3 Densidad del Gas (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 1.171 kg/m3 Densidad del Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 1.11 kg/m3 Factor de Compresibilidad (Z) (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 0.9924 Gravedad especfica (aire = 1) (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 0.91 Volumen Especfico (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 0.918 m3/kg Capacidad calorfica a presin constante (Cp) (1.013 bar y 15.6 C (60 F)) : 0.041 kJ/(mol.K) Capacidad calorfica a volumen constante (Cv) (1.013 bar y 15.6 C (60 F)) : 0.033 kJ/(mol.K) Razn de calores especficos (Gama:Cp/Cv) (1.013 bar y 15.6 C (60 F)) : 1.259843 Viscosidad (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 0.0000954 Poise Conductividad Trmica (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 18.51 mW/(m.K) Miscelneos Solubilidad en agua (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 1.72 vol/vol Temperatura de Autoignicin : 325 C



1.b) Caractersticas: Gas incoloro. Altamente inflamable e inodoro en estado puro. El acetileno de grado comercial contiene rastros de impurezas como fosfinas, arsina, sulfuro de hidrgeno y amonaco. Su olor es similar al ajo. El gas es ligeramente ms liviano que el aire y soluble en agua y algunas substancias orgnicas. En combinacin con el aire y el oxgeno, arde con una llama intensamente caliente, luminosa y humeante. Una mezcla de acetileno y oxgeno puede provocar una llama de ms de 3000C. 1.c) Produccin: El acetileno puede producirse por medio de la reaccin de carburo de calcio en agua. CCa2 + H2O C2H2 + Ca(OH)2 1.d) Usos: Es usado en combinacin con el oxgeno para: Soldadura y corte. Tratamiento por calor, escarificado, enderezado y temple. Limpieza por llama y revestimiento de piezas metlicas. Tambin es usado para: Materia prima para la fabricacin de cloruro de vinilo. Lubricacin automtica del moldeado de botellas de vidrio. Combustible en la Espectrometra de Absorcin Atmica (AAS). Vnculos\Acetileno-Aplicaciones.pdf



1.e) Precauciones: Peligro mayor : Riesgo de Incendio Toxicity (Am. Conf. Of Gov. Ind. Hygienists ACGIH 2000 Edition) : Asfixiante Simple Lmites de Flamabilidad en aire (en condiciones Estndar de Temperatura y Presin) : 2.4-83 vol% (El lmite superior podra alcanzar 100 %) Olor : Similar al Ajo Cdigo ONU : UN1001 Nmero EINECS : 200-816-9 DOT Label (USA) : FG DOT Hazard class (USA) : Gas Inflamable Hojas de Seguridad\MSDS_Acetileno.pdf 1.f) Compatibilidad con los materiales: Metales Comportamiento General: forma acetiluros explisivos con Cobre o algunos tipos de Bronces. Aluminio Satisfactoria Bronce Satisfactoria, pero no recomendado si el material contiene ms de 70% de cobre Cobre No recomendado Aceros Ferrticos (p.e. Aceros Carbono) Satisfactoria Aceros Inoxidables Satisfactoria Plsticos Politetrafluoroetileno (PTFE) Satisfactoria Policlorotrifluoroetileno (PCTFE) Satisfactoria Polifloruro de Vinilideno (PVDF) (KYNAR) Satisfactoria Poliamida (PA) (NYLON) Aceptable pero prdida significativa de masa por extraccin o reaccin qumica y las impurezas

contenidas en el gas pueden ser incompatibles con el material. Polipropileno (PP) Satisfactoria



Elastmeros Goma de peroil (isoperoeno - isopreno) (IIR) Satisfactoria Goma de nitrilo (NBR) No recomendado, significativa prdida de masa por extraccin o reaccin qumica, contaminacin

del material por accin del gas y las impurezas contenidas en el gas pueden ser incompatibles con el material.

Cloropreno (CR) Satisfactoria Clorofluorocarbonos (FKM) (VITON) No recomendado, significativa prdida de masa por extraccin o reaccin qumica, contaminacin


Silicona (Q) No recomendado, significativa prdida de masa por extraccin o reaccin qumica, contaminacin del material por accin del gas y las impurezas contenidas en el gas pueden ser incompatibles con el material.

Etileno - Propileno (EPDM) Satisfactoria Lubricantes Lubricante basado en hidrocarbonos No recomendado, significativa prdida de masa por extraccin o reaccin qumica, contaminacin


Lubricante basado en Fluorocarbonos No recomendado, significativa prdida de masa por extraccin o reaccin qumica, contaminacin del material por accin del gas y las impurezas contenidas en el gas pueden ser incompatibles con el material.

1.g) Caractersticas de Almacenamiento: El almacenamiento se realiza en tubos de una capacidad de 2,7 a 5,5 kg. El acetileno no puede ser libremente comprimido como en el caso del oxgeno y otros gases combustibles, por encima de kg/cm2 el

acetileno se puede descomponer en sus elementos y esto produce una explosin. Para almacenar el acetileno es necesario disolverlo, es decir, que se hace absorber por un lquido vido de acetileno, como en el caso de la

acetona. La acetona a su vez est contenida en una materia porosa como el carbn vegetal. El tubo de acetileno disuelto, es un recipiente de acero sin costura similar al de oxgeno, pero totalmente lleno de material poroso

impregnado en acetona, en la cual est disuelto el acetileno. La materia porosa sirve para inmovilizar a la acetona e impedir una inflamacin que pueda producirse en la parte superior del tubo.



El tubo de acetileno se llena a una presin de 15 kg/cm2 a la temperatura de 15 C. Hay una gran variacin con la temperatura y por lo tanto el contenido de acetileno se calcula por peso y no por volumen.

Los tubos de acetileno tienen una capacidad de 40 lts y contienen como promedio 5 kg de este gas. El desprendimiento de acetileno de solucin en acetona y su peso a travs de la materia porosa que se encuentra muy compacta necesita

cierto tiempo. Cuando se trabaja con sopletes de mucho caudal puede ocurrir que el tubo se vace ms rpidamente en la parte superior que en la inferior.

Esto produce un caudal regular y la imposibilidad de soldar. Ocurre un arrastre de acetona que genera, entre otras cosas, un gran gasto econmico. Por lo tanto no se debe sobrepasar un caudal horario mximo o mayor de 0,25 del contenido del tubo.

Tampoco debe utilizarse el tubo en posicin horizontal lo cual facilita la salida de acetona, y el ngulo mnimo de inclinacin es de 30 con la horizontal.



2. AIRE: Nombre: Aire Frmula Qumica: - Sinnimo: Aire comprimido, Aire atmosfricoPortugus: Ar Ingles: Air Alemn: Luft Francs: Air

Composicin estandar de aire seco:

Gas Concentracin (% vol.) Gas Concentration (ppm vol.) Gas Concentracin (ppb vol.)

N2 78.09 CO2 330 H2 500

O2 20.94 Ne 18 Xe 86

Ar 0.93 He 5.2 Rn (Radn) 6.10-11

Kr 1.1



2.a) Propiedades del gas Peso Molecular : 28.95 g/mol Fase Slida Punto de fusin (Punto de congelacin incipiente) : - 213.4 C Fase lquida Densidad del lquido (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 875 kg/m3 Punto de ebullicin (Punto de ebullicin incipiente) : -194.5 C Calor latente de vaporizacin (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 198.7 kJ/kg Punto Crtico Temperatura Crtica : -140.5 C Presin Crtica : 37.71 bar Fase gaseosa Densidad del gas (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 3.2 kg/m3 Densidad del Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 1.202 kg/m3 Factor de Compresibilidad (Z) (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 0.9992 Gravedad especfica (aire = 1) (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 1 Volumen Especfico (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 0.833 m3/kg Capacidad calorfica a presin constante (Cp) (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 0.029 kJ/(mol.K) Capacidad calorfica a volumen constante (Cv) (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 0.02 kJ/(mol.K) Razn de calores especficos (Gama:Cp/Cv) (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 1.4028 Viscosidad (1 bar y 0 C (32 F)) : 0.0001695 Poise Conductividad Trmica (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 23.94 mW/(m.K) Miscelneos Solubilidad en agua (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 0.0292 vol/vol



2.b) Caractersticas: El aire es un gas incoloro, inodoro, no txico y no inflamable. Es necesario para la vida y contribuye a todos los tipos comunes de combustin. La mayora de sus propiedades fsicas y qumicas, son consideradas como promedios ponderados de sus componentes. El aire est compuesto por un 78% de nitrgeno y un 21% de oxgeno, uno de los elementos ms comunes de la tierra, ya que el 85% de los

ocanos y el 60% del cuerpo humano es oxgeno. Un 1% del aire es argn,gas noble. Otros gases nobles presentes en el aire son: criptn, nen y xenn, juntos constituyen menos del 0.1%. Cerca de los -193 C el aire se condensa en un lquido azul plido. 2.c) Produccin: Extraccin, filtrado, purificacin y acondicionamiento desde la atmsfera. 2.d) Usos: Terapias medicinales. Como gas de balance en algunas mezclas de calibracin. La oxidacin directa del etileno o el propileno en aire, o en aire enriquecido en oxgeno en presencia de un catalizador produce oxdos de

etileno o de propileno. Mediante la compresin se utiliza como agente aumulador de energa para el movimiento de herramientas y mecanismos. Mediante el soplado se utiliza como agente de presurizacin, limpieza, barrido y enfriamiento.



2.e) Precauciones: Peligro mayor : Producto a Alta Presin Toxicity (Am. Conf. Of Gov. Ind. Hygienists ACGIH 2000 Edition) : No Aplicable Lmites de Flamabilidad en aire (en condiciones Estndar de Temperatura y Presin) : Mantiene la Combustin Olor : Ninguno Cdigo ONU : UN1002 DOT Label (USA) : NFG DOT Hazard class (USA) : Gas No Inflamable Hojas de Seguridad\MSDS_Aire Gas.pdf Hojas de Seguridad\MSDS_Aire Liq.pdf 2.f) Compatibilidad con los materiales: Metales Aluminio Satisfactoria Bronce Satisfactoria Cobre Satisfactoria Aceros Ferrticos (p.e. Aceros Carbono) Satisfactoria pero corrosivo en presencia de agua Aceros Inoxidables Satisfactoria Plsticos Politetrafluoroetileno (PTFE) Satisfactoria Policlorotrifluoroetileno (PCTFE) Satisfactoria Polifloruro de Vinilideno (PVDF) (KYNAR) Satisfactoria Poliamida (PA) (NYLON) Satisfactoria Polipropileno (PP) Satisfactoria



Elastmeros Goma de peroil (isoperoeno - isopreno) (IIR) Satisfactoria Goma de nitrilo (NBR) Satisfactoria Cloropreno (CR) Satisfactoria Clorofluorocarbonos (FKM) (VITON) Satisfactoria Silicona (Q) Satisfactoria Etileno - Propileno (EPDM) Satisfactoria Lubricantes Lubricante basado en hidrocarbonos Satisfactoria Lubricante basado en Fluorocarbonos Satisfactoria 2.g) Caractersticas de Almacenamiento: El almacenamiento se realiza en cilindros y tanques de volumen variable acorde a las aplicaciones.



3. NITROGENO: Nombre: Nitrgeno Frmula Qumica: N2 Sinnimo: - Portugus: Nitrognio Ingles: Nitrogen Alemn: Stickstoff Francs: Azote 3.a) Propiedades del gas Peso Molecular : 28.0134 g/mol Fase Slida Punto de fusin : -210 C Calor latente de fusin (1,013 bar, en el punto triple) : 25.73 kJ/kg Fase lquida Densidad del lquido (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 808.607 kg/m3 Equivalente Lquido/Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 691 vol/vol Punto de ebullicin (1.013 bar) : -195.9 C Calor latente de vaporizacin (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 198.38 kJ/kg Punto Crtico Temperatura Crtica : -147 C Presin Crtica : 33.999 bar Densidad Crtica : 314.03 kg/m3



Punto triple Temperatura del punto triple : -210.1 C Presin del punto triple : 0.1253 bar Fase gaseosa Densidad del gas (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 4.614 kg/m3 Densidad del Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 1.185 kg/m3 Factor de Compresibilidad (Z) (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 0.9997 Gravedad especfica (aire = 1) (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 0.967 Volumen Especfico (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 0.862 m3/kg Capacidad calorfica a presin constante (Cp) (1.013 bar y 25 C (77 F)) : 0.029 kJ/(mol.K) Capacidad calorfica a volumen constante (Cv) (1.013 bar y 25 C (77 F)) : 0.02 kJ/(mol.K) Razn de calores especficos (Gama:Cp/Cv) (1.013 bar y 25 C (77 F)) : 1.403846 Viscosidad (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 0.0001657 Poise Conductividad Trmica (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 24 mW/(m.K) Miscelneos Solubilidad en agua (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 0.0234 vol/vol Concentracin en el aire : 78.08 vol % 3.b) Caractersticas: El nitrgeno es un gas incoloro, inodoro e inspido. No es inflamable ni aporta a la combustin. El aire atmosfrico contiene un 78.09% de nitrgeno (volumen). Este gas es ligeramente ms liviano que el aire y ligeramente soluble en agua. Es inerte excepto a altas temperaturas.



3.c) Produccin: Al igual que el oxgeno, el nitrgeno se obtiene por medio de la DESTILACION DEL AIRE. El proceso toma aire de la atmsfera, el cual es filtrado, comprimido y enfriado. A travs de estos pasos, se extraen los contenidos de agua, gases no deseados e impurezas. Luego, el aire purificado es traspasado por una columna de la que, por separacin, se extraen nitrgeno, oxgeno y argn en estado lquido. 3.d) Usos: En estado lquido es usado para criopreservacin de tejidos y clulas, ensayo de materiales, rociado en tneles de conjelado. En estado gaseoso es usado para inertizar, almacenaje y proteccin de materias primas. Presurizacin de sistemas para evitar el ingreso de gases no deseados. Presurizacin para deteccin de fugas. 3.e) Precauciones: Peligro mayor : Producto a Alta Presin; Sofocacin Toxicity (Am. Conf. Of Gov. Ind. Hygienists ACGIH 2000 Edition) : Asfixiante Simple Lmites de Flamabilidad en aire (en condiciones Estndar de Temperatura y Presin) : No inflamable Olor : Ninguno Cdigo ONU : ONU1066 (gas); ONIU1977 (lquido refrigerado) Nmero EINECS : 231-783-9 DOT Label (USA) : NFG DOT Hazard class (USA) : Gas No Inflamable

Cuando los lquidos criognicos forman un gas, el gas es muy fro, y por lo general, es ms pesado que el aire. Este gas fro y pesado no se dispersa muy bien, y se puede acumular cerca del piso. Aunque el gas no fuera txico, desplaza al aire. Cuando no hay suficiente aire u oxgeno, puede ocurrir asfixia y muerte. La deficiencia de oxgeno es un peligro serio en espacios encerrados o confinados.

Hay pequeas cantidades de lquido que pueden evaporarse en grandes volmenes de gas. Por ejemplo, un litro de nitrgeno lquido se vaporiza a 695 litros de gas nitrgeno cuando se calienta a temperatura ambiente (21C).

Hojas de Seguridad\MSDS_Nitrgeno Gas.pdf Hojas de Seguridad\MSDS_Nitrgeno Liq.pdf



3.f) Compatibilidad con los materiales:

Metales Aluminio Satisfactoria Bronce Satisfactoria Cobre Satisfactoria Aceros Ferrticos (p.e. Aceros Carbono) Satisfactoria Aceros Inoxidables Satisfactoria Plsticos Politetrafluoroetileno (PTFE) Satisfactoria Policlorotrifluoroetileno (PCTFE) Satisfactoria Polifloruro de Vinilideno (PVDF) (KYNAR) Satisfactoria Poliamida (PA) (NYLON) Satisfactoria Polipropileno (PP) Satisfactoria Elastmeros Goma de peroil (isoperoeno - isopreno) (IIR) Satisfactoria Goma de nitrilo (NBR) Satisfactoria Cloropreno (CR) Satisfactoria Clorofluorocarbonos (FKM) (VITON) Satisfactoria Silicona (Q) Satisfactoria Etileno - Propileno (EPDM) Satisfactoria Lubricantes Lubricante basado en hidrocarbonos Satisfactoria Lubricante basado en Fluorocarbonos Satisfactoria



3.g) Caractersticas de Almacenamiento: El nitrgeno gaseoso se almacena en tubos de una capacidad de 1 a 10 m3. Tambin se puede almacenar en bateras de tubos de 80 a 200 m3 y en semirremolques de 800 a 1.500 m3. El nitrgeno lquido se almacena en recipientes criognicos de 20 a 20.000 lts. Vaso Dewar



Tanque Criognico



4. OXIGENO: Nombre: Oxgeno Frmula Qumica: O2 Sinnimo: - Portugus: Oxignio Ingles: Oxygen Alemn: Sauerstoff Francs: Oxygne 4.a) Propiedades del gas Peso Molecular : 31.9988 g/mol Fase Slida Punto de fusin : -219 C Calor latente de fusin (1,013 bar, en el punto triple) : 13.9 kJ/kg Fase lquida Densidad del lquido (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 1141 kg/m3 Equivalente Lquido/Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 854 vol/vol Punto de ebullicin (1.013 bar) : -183 C Calor latente de vaporizacin (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 212.98 kJ/kg Punto Crtico Temperatura Crtica : -118.6 C Presin Crtica : 50.43 bar Densidad Crtica : 436.1 kg/m3



Punto triple Temperatura del punto triple : -218.8 C Presin del punto triple : 0.00152 bar Fase gaseosa Densidad del gas (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 4.475 kg/m3 Densidad del Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 1.354 kg/m3 Factor de Compresibilidad (Z) (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 0.9994 Gravedad especfica (aire = 1) (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 1.105 Volumen Especfico (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 0.755 m3/kg Capacidad calorfica a presin constante (Cp) (1 bar y 25 C (77 F)) : 0.029 kJ/(mol.K) Capacidad calorfica a volumen constante (Cv) (1 bar y 25 C (77 F)) : 0.021 kJ/(mol.K) Razn de calores especficos (Gama:Cp/Cv) (1 bar y 25 C (77 F)) : 1.393365 Viscosidad (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 0.0001909 Poise Conductividad Trmica (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 24.24 mW/(m.K) Miscelneos Solubilidad en agua (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 0.0489 vol/vol Concentracin en el aire : 20.94 vol % 4.b) Caractersticas: El oxgeno es un gas incoloro, inodoro e inspido; aproximadamente 1.1 veces ms pesado que el aire y es levemente soluble en agua y

alcohol. A presin atmosfrica u temperaturas por debajo de los -183 C, el oxgeno es un lquido azul plido levemente ms pesado que el agua. En s mismo, este gas no es inflamable, pero ayuda a la combustin. Es altamente oxidante, reacciona fuertemente frente a materiales combustibles y puede causar fuego o explosin. El oxgeno forma compuestos con todos los gases a excepcin de los gases nobles y constituye el elemento ms comnmente encontrado

en la tierra. En su estado libre, se lo localiza exclusivamente en la atmsfera (un 20.94% por volumen) o disuelto en ros, lagos y ocanos.



4.c) Produccin: El oxgeno se obtiene por medio de la DESTILACION DEL AIRE. El proceso toma aire de la atmsfera, el cual es filtrado, comprimido y enfriado. A travs de estos pasos, se extraen los contenidos de agua, gases no deseados e impurezas. Luego, el aire purificado es traspasado por una columna de la que, por separacin, se extraen nitrgeno, oxgeno y argn en estado lquido. 4.d) Usos: Utilizado en forma lquida para la propulsin de etapas criognicas de cohetes. El oxgeno ultra puro es usado para la oxidacin activa de ciertos materiales tales como el Si o el SiO2. Utilizado para la fabricacin de ozono en procesos de limpieza. Utilizado en la industria del hierro y del acero para descarburacin de la fundicin para producir el acero y para enriquecer el aire de los altos

hornos. En el campo de la medicina es utilizado para oxigenoterapia. 4.e) Precauciones: Peligro mayor : Riesgo de Incendio y producto a Alta Presin Toxicity (Am. Conf. Of Gov. Ind. Hygienists ACGIH 2000 Edition) : Evitar atmsferas ricas (> 21 vol%) en oxgeno Lmites de Flamabilidad en aire (en condiciones Estndar de Temperatura y Presin) : Altamente Oxidante Olor : Ninguno Cdigo ONU : ONU1072 (gas); ONU1973 (lquido refrigerado) Nmero EINECS : 231-956-9 DOT Label (USA) : OX DOT Hazard class (USA) : Gas No Inflamable Hojas de Seguridad\MSDS_Oxgeno Gas.pdf Hojas de Seguridad\MSDS_Oxgeno Liq.pdf




Metales Aluminio Satisfactoria Bronce Satisfactoria Cobre Satisfactoria Aceros Ferrticos (p.e. Aceros Carbono) Satisfactoria pero corrosivo en presencia de agua Aceros Inoxidables Satisfactoria Plsticos Politetrafluoroetileno (PTFE) Posible ignicin bajo ciertas condiciones y riesgo de liberacin de vapores txicos Policlorotrifluoroetileno (PCTFE) Posible ignicin bajo ciertas condiciones y riesgo de liberacin de vapores txicos Polifloruro de Vinilideno (PVDF) (KYNAR) Posible ignicin bajo ciertas condiciones y riesgo de liberacin de vapores txicos Poliamida (PA) (NYLON) Posible ignicin bajo ciertas condiciones Polipropileno (PP) Posible ignicin bajo ciertas condiciones Elastmeros Goma de peroil (isoperoeno - isopreno) (IIR) Posible ignicin bajo ciertas condiciones Goma de nitrilo (NBR) Posible ignicin bajo ciertas condiciones Cloropreno (CR) Posible ignicin bajo ciertas condiciones y riesgo de liberacin de vapores txicos Clorofluorocarbonos (FKM) (VITON) Posible ignicin bajo ciertas condiciones y riesgo de liberacin de vapores txicos e hinchazn

significativa Silicona (Q) Posible ignicin bajo ciertas condiciones Etileno - Propileno (EPDM) Posible ignicin bajo ciertas condiciones Lubricantes Lubricante basado en hidrocarbonos No recomendado, posible ignicin Lubricante basado en Fluorocarbonos Posible ignicin bajo ciertas condiciones y riesgo de liberacin de vapores txicos



4.g) Caractersticas de Almacenamiento: El oxgeno gaseoso se almacena en tubos de una capacidad de 1 a 8 m3. Tambin se puede almacenar en bateras de tubos de 60 a 80 m3. El oxgeno lquido se almacena en recipientes criognicos de 20 a 25.000 lts.



5. HIDROGENO: Nombre: Hidrgeno Frmula Qumica: H2 Sinnimo: - Portugus: Hidrognio Ingles: Hydrogen Alemn: Wasserstoff Francs: Hydrogne 5.a) Propiedades del gas Peso Molecular : 2.016 g/mol Fase Slida Punto de fusin : -259 C Calor latente de fusin (1,013 bar, en el punto triple) : 58.158 kJ/kg Fase lquida Densidad del lquido (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 70.973 kg/m3 Equivalente Lquido/Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 844 vol/vol Punto de ebullicin (1.013 bar) : -252.8 C Calor latente de vaporizacin (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 454.3 kJ/kg Punto Crtico Temperatura Crtica : -240 C Presin Crtica : 12.98 bar Densidad Crtica : 30.09 kg/m3



Punto triple Temperatura del punto triple : -259.3 C Presin del punto triple : 0.072 bar Fase gaseosa Densidad del gas (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 1.312 kg/m3 Densidad del Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 0.085 kg/m3 Factor de Compresibilidad (Z) (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 1.001 Gravedad especfica (aire = 1) (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 0.0696 Volumen Especfico (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 11.986 m3/kg Capacidad calorfica a presin constante (Cp) (1 bar y 25 C (77 F)) : 0.029 kJ/(mol.K) Capacidad calorfica a volumen constante (Cv) (1 bar y 25 C (77 F)) : 0.021 kJ/(mol.K) Razn de calores especficos (Gama:Cp/Cv) (1 bar y 25 C (77 F)) : 1.384259 Viscosidad (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 0.0000865 Poise Conductividad Trmica (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 168.35 mW/(m.K) Miscelneos Solubilidad en agua (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 0.0214 vol/vol Concentracin en el aire : 0.00005 vol % Temperatura de Autoignicin : 560 C 5.b) Caractersticas: El hidrgeno es un gas incoloro, inodoro, inflamable y no txico a temperatura y presin atmosfrica. Arde en el aire con una llama de un azul plido, casi invisible. Es el gas ms liviano, aproximadamente una quinceava parte del peso del aire, y constituye el 90% del universo conocido.



5.c) Produccin: El hidrgeno se obtiene de la reformacin de vapor de hidrocarburos, recuperado de procesos electrolticos o por la oxidacin parcial de

carbn o hidrocarburos. De stas, la ms comn es la reformacin de vapor de hidrocarburos. En tanto, el hidrgeno lquido es producido por licuefaccin a -253 C y es trasladado en su estado lquido, para reducir los costos de

transporte. 5.d) Usos: El hidrgeno puro es utilizado para la produccin de plsticos, polister y nylon. Asimismo, es utilizado para la hidrogenacin de aminos y

cidos grasos (aceites comestibles). Usado en su estado lquido como ergol para la propulsin de etapas criognicas de cohetes. El hidrgeno es una fuente de energa libre de carbono que se utiliza en clulas de combustible. Utilizado en tratamientos trmicos de diversos metales.



Celda de Combustible de H2



Principio de funcionamiento Una membrana polimrica conductora de protones (el electrolito), separa el lado del nodo del lado del ctodo. En el lado del nodo, el hidrgeno que llega al nodo catalizador se disocia en protones y electrones. Los protones son conducidos a travs de la membrana al ctodo, pero los electrones estn forzados a viajar por un circuito externo

(produciendo energa) ya que la membrana est aislada elctricamente. En el catalizador del ctodo, las molculas del oxgeno reaccionan con los electrones (conducidos a travs del circuito externo) y protones

para formar el agua. En este ejemplo, el nico residuo es vapor de agua o agua lquida. Es importante mencionar que para que los protones puedan atravesar la membrana, esta debe estar convenientemente humidificada dado

que la conductividad protnica de las membranas polimricas utilizadas en este tipo de pilas depende de la humedad de la membrana. Por lo tanto, es habitual humidificar los gases previamente al ingreso a la pila.

La tensin de celda depende de la corriente de carga. La tensin en circuito abierto es de aproximadamente 1,2 voltios; para crear suficiente

tensin las celdas se agrupan combinndolas en serie y en paralelo, en lo que en ingls se denomina "Fuel Cell Stack" (pila de clulas de combustible). El nmero de celdas usadas es generalmente superior a 45 y vara segn el diseo.



Motor de H2 aplicado al motor rotativo Wankel 5.e) Precauciones:



5.e) Precauciones: Peligro mayor : Riesgo de Incendio y producto a Alta Presin Toxicity (Am. Conf. Of Gov. Ind. Hygienists ACGIH 2000 Edition) : Asfixiante Simple Lmites de Flamabilidad en aire (en condiciones Estndar de Temperatura y Presin) : 4.0-75 vol% Olor : Ninguno Cdigo ONU : ONU1049 (gas); ONU1966 (lquido refrigerado) Nmero EINECS : 215-605-7 DOT Label (USA) : FG DOT Hazard class (USA) : Gas Inflamable Hojas de Seguridad\MSDS_Hidrgeno.pdf 5.f) Compatibilidad con los materiales:

Metales Aluminio Satisfactoria Bronce Satisfactoria Cobre Satisfactoria Aceros Ferrticos (p.e. Aceros Carbono) Satisfactoria pero riesgo de fragilizacin por hidrgeno Aceros Inoxidables Satisfactoria pero riesgo de fragilizacin por hidrgeno Titanio No satisfactoria riesgo de fragilizacin por hidrgeno Plsticos Politetrafluoroetileno (PTFE) Aceptable pero alta tasa de permeacin Policlorotrifluoroetileno (PCTFE) Satisfactoria Polifloruro de Vinilideno (PVDF) (KYNAR) Satisfactoria Poliamida (PA) (NYLON) Satisfactoria Polipropileno (PP) Aceptable pero alta tasa de permeacin



Elastmeros Goma de peroil (isoperoeno - isopreno) (IIR) Satisfactoria Goma de nitrilo (NBR) Satisfactoria Cloropreno (CR) Satisfactoria Clorofluorocarbonos (FKM) (VITON) Satisfactoria Silicona (Q) Aceptable pero alta tasa de permeacin Etileno - Propileno (EPDM) Satisfactoria Lubricantes Lubricante basado en hidrocarbonos Satisfactoria Lubricante basado en Fluorocarbonos Satisfactoria 5.g) Caractersticas de Almacenamiento: El hidrgeno gaseoso se almacena en tubos de una capacidad de 1 a 10 m3. Tambin se puede almacenar en bateras de tubos de 80 a 200 m3. El hidrgeno lquido se almacena en recipientes criognicos de 20 a 25.000 lts.



6. DIOXIDO DE CARBONO: Nombre: Dixido de carbono Frmula Qumica: CO2 Sinnimo: Anhdrido carbnico, hielo secoPortugus: Dixido de carbono Ingles: Carbon dioxide Alemn: Kohlendioxyd Francs: Dioxyde de carbone 6.a) Propiedades del gas Peso Molecular : 44.01 g/mol Fase Slida Calor latente de fusin (1,013 bar, en el punto triple) : 196.104 kJ/kg Densidad del slido : 1562 kg/m3 Fase lquida Densidad del lquido (a -20 C (o -4 F) y 19.7 bar) : 1032 kg/m3 Equivalente Lquido/Gas (1.013 bar y 15 C (por kg de slido)) : 845 vol/vol Punto de ebullicin (Sublimacin) : -78.5 C Calor latente de vaporizacin (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 571.08 kJ/kg Presin de vapor (a 20 C o 68 F) : 58.5 bar Punto Crtico Temperatura Crtica : 31 C Presin Crtica : 73.825 bar Densidad Crtica : 464 kg/m3



Punto triple Temperatura del punto triple : -56.6 C Presin del punto triple : 5.185 bar Fase gaseosa Densidad del gas (1.013 bar en el punto de sublimacin) : 2.814 kg/m3 Densidad del Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 1.87 kg/m3 Factor de Compresibilidad (Z) (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 0.9942 Gravedad especfica (aire = 1) (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 1.521 Volumen Especfico (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 0.547 m3/kg Capacidad calorfica a presin constante (Cp) (1.013 bar y 25 C (77 F)) : 0.037 kJ/(mol.K) Capacidad calorfica a volumen constante (Cv) (1.013 bar y 25 C (77 F)) : 0.028 kJ/(mol.K) Razn de calores especficos (Gama:Cp/Cv) (1.013 bar y 25 C (77 F)) : 1.293759 Viscosidad (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 0.0001372 Poise Conductividad Trmica (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 14.65 mW/(m.K) Miscelneos Solubilidad en agua (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 1.7163 vol/vol Concentracin en el aire : 0.03 vol % 6.b) Caractersticas: El dixido de carbono es un gas ligeramente txico, inodoro e incoloro y con un sabor cido. El CO2 no es combustible ni aporta a la combustin. Pesa 1.4 veces lo que el aire; se evapora a presin atmosfrica a -78 C y puede reaccionar en forma violenta con bases fuertes,

especialmente a altas temperaturas.



6.c) Produccin: El dixido de carbono se obtiene como subproducto de algunas combustiones. Sin embargo, debe pasar por un proceso de purificacin en el que se extraen los restos de agua, oxgeno, nitrgeno, argn, metano y

etileno, entre otros. 6.d) Usos: El CO2 es utilizado en el sector alimenticio para la carbonatacin de bebidas gaseosas, como las sodas, el agua mineral o la cerveza. En el acondicionamiento de productos alimenticios, sus propiedades de inertizacin y bacteriolgicas se combinan bien con las del nitrgeno

y aumenta la duracin de los alimentos. Puede utilizarse como fludo criognico en las operaciones de enfriamiento o de congelacin o como nieve carbnica para la regulacin de

temperaturas durante la distribucin de productos alimenticios. El dixido de carbono es utilizado mezclado con el aire o el oxgeno como estimulante para mejorar la aireacin del sistema respiratorio. Sirve adems, en la dilatacin quirrgica para la realizacin de laparoscopa abdominal. Utilizado en control de pH y neutralizacin. Utilizado en limpieza industrial (CLEANBLAST). Usado en extintores (nieve carbnica). 6.e) Precauciones: Peligro mayor : Producto a Alta Presin; Inhalacin Toxicity (Am. Conf. Of Gov. Ind. Hygienists ACGIH 2000 Edition) : 5000 ppm Lmites de Flamabilidad en aire (en condiciones Estndar de Temperatura y Presin) : No inflamable Olor : Ninguno Cdigo ONU : ONU1013 (gas); ONU2187 (lquido refrigerado); ONU1845 (slido) Nmero EINECS : 204-696-9 DOT Label (USA) : NFG DOT Hazard class (USA) : Gas No Inflamable Hojas de Seguridad\MSDS_CO2 Gas.pdf Hojas de Seguridad\MSDS_CO2 Liq.pdf Hojas de Seguridad\MSDS_CO2 Sol.pdf




Metales Aluminio Satisfactoria Bronce Satisfactoria Cobre Satisfactoria Aceros Ferrticos (p.e. Aceros Carbono) Satisfactoria pero riesgo de corrosin en presencia de CO y/o humedad, causa fragilidad a bajas

temperaturas Inoxidables Satisfactoria Plsticos Politetrafluoroetileno (PTFE) Satisfactoria Policlorotrifluoroetileno (PCTFE) Satisfactoria Polifloruro de Vinilideno (PVDF) (KYNAR) Satisfactoria Poliamida (PA) (NYLON) Satisfactoria Polipropileno (PP) Satisfactoria Elastmeros Goma de peroil (isoperoeno - isopreno) (IIR) No recomendado, hinchazn significativa Goma de nitrilo (NBR) No recomendado, hinchazn significativa y significativa prdida de masa por extraccin o

reaccin qumica Cloropreno (CR) No recomendado, hinchazn significativa y significativa prdida de masa por extraccin o

reaccin qumica Clorofluorocarbonos (FKM) (VITON) No recomendado, hinchazn significativa y significativa prdida de masa por extraccin o

reaccin qumica Silicona (Q) Aceptable pero alta tasa de permeacin Etileno - Propileno (EPDM) Aceptable pero hinchazn importante y significativa prdida de masa por extraccin o reaccin

qumica



Lubricantes Lubricante basado en hidrocarbonos Satisfactoria Lubricante basado en Fluorocarbonos Satisfactoria 6.g) Caractersticas de Almacenamiento: El CO2 se almacena en cilindros de 10 a 25 kg y en tanques a granel En forma slida se almacena como hielo seco (Proceso CLEANBLAST)



7. HELIO: Nombre: Helio Frmula Qumica: He Sinnimo: - Portugus: Hlio Ingles: Helium Alemn: Helium Francs: Hlium 7.a) Propiedades del gas Peso Molecular : 4.0026 g/mol Fase Slida Punto de fusin (debajo de 26 atm) : -272.2 C Fase lquida Densidad del lquido (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 124.96 kg/m3 Equivalente Lquido/Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 748 vol/vol Punto de ebullicin (1.013 bar) : -269 C Calor latente de vaporizacin (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 20.3 kJ/kg Punto Crtico Temperatura Crtica : -268 C Presin Crtica : 2.275 bar Densidad Crtica : 69.64 kg/m3



Fase gaseosa Densidad del gas (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 16.891 kg/m3 Densidad del Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 0.169 kg/m3 Factor de Compresibilidad (Z) (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 1.0005 Gravedad especfica (aire = 1) (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 0.138 Volumen Especfico (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 6.037 m3/kg Capacidad calorfica a presin constante (Cp) (1 bar y 25 C (77 F)) : 0.02 kJ/(mol.K) Capacidad calorfica a volumen constante (Cv) (1 bar y 25 C (77 F)) : 0.012 kJ/(mol.K) Razn de calores especficos (Gama:Cp/Cv) (1 bar y 25 C (77 F)) : 1.664 Viscosidad (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 0.0001863 Poise Conductividad Trmica (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 142.64 mW/(m.K) Miscelneos Solubilidad en agua (20 C y 1 bar) : 0.0089 vol/vol 7.b) Caractersticas: El helio es un gas monoatmico, incoloro, inodoro, inspido y no txico El helio forma parte de la familia de gases conocidos como raros, inertes o nobles Se caracteriza por su muy baja reactividad, y no forma ningn compuesto conocido Despus del hidrgeno, el helio es el elemento ms liviano, pesa cerca de una sptima parte del peso del aire y tiene el punto de ebullicin

ms bajo, -268.9 C Tiene un muy bajo nivel de solubilidad en agua y el gas no puede arder ni explotar 7.c) Produccin: La principal fuente de helio es la recuperacin de algunos pozos de gas natural que lo contienen Estas fuentes se encuentran principalmente en Estados Unidos, Canad, Polonia y la ex Unin Sovitica y la concentracin de helio en

estos gases es generalmente del 1% La obtencin de helio al igual que el nen tambin se produce mediante rectificacin auxiliar con N2 del proceso de destilacin de aire



7.d) Usos: El Helio es el ms comn de los gases utilizados como gas portador en Cormatografa En estado lquido, a -269C el helio es el fluido criognico en imnes de Tomgrafos, Resonadores Magnticos, etc. El helio es utilizado para reenfriar los imanes superconductores 7.e) Precauciones: Peligro mayor : Producto a Alta Presin; Sofocacin Toxicity (Am. Conf. Of Gov. Ind. Hygienists ACGIH 2000 Edition) : Asfixiante Simple Lmites de Flamabilidad en aire (en condiciones Estndar de Temperatura y Presin) : No inflamable Olor : Ninguno Cdigo ONU : ONU1046 (gas); ONU1963 (lquido refrigerado) Nmero EINECS : 231-168-5 DOT Label (USA) : NFG DOT Hazard class (USA) : Gas No Inflamable Hojas de Seguridad\MSDS_Helio Gas.pdf 7.f) Compatibilidad con los materiales:

Metales Aluminio Satisfactoria Bronce Satisfactoria Cobre Satisfactoria Aceros Ferrticos (p.e. Aceros Carbono) Satisfactoria Inoxidables Satisfactoria



Plsticos Politetrafluoroetileno (PTFE) Aceptable pero alta tasa de permeacin Policlorotrifluoroetileno (PCTFE) Satisfactoria Polifloruro de Vinilideno (PVDF) (KYNAR) Satisfactoria Poliamida (PA) (NYLON) Satisfactoria Polipropileno (PP) Aceptable pero alta tasa de permeacin Elastmeros Goma de peroil (isoperoeno - isopreno) (IIR) Satisfactoria Goma de nitrilo (NBR) Satisfactoria Cloropreno (CR) Satisfactoria Clorofluorocarbonos (FKM) (VITON) Satisfactoria Silicona (Q) Aceptable pero alta tasa de permeacin Etileno - Propileno (EPDM) Satisfactoria Lubricantes Lubricante basado en hidrocarbonos Satisfactoria Lubricante basado en Fluorocarbonos Satisfactoria 7.g) Caractersticas de Almacenamiento: El helio gaseoso se almacena en tubos de una capacidad de 1 a 10 m3 En estado lquido se almacena en tanques criognicos de 20 a 25.000 lts



8. AMONIACO: Nombre: Amonaco Frmula Qumica: NH3 Sinnimo: - Portugus: Amonaco Ingles: Ammonia Alemn: Ammoniak Francs: Ammoniac 8.a) Propiedades del gas Peso Molecular : 17.03 g/mol Fase Slida Punto de fusin : -78 C Calor latente de fusin (1,013 bar, en el punto triple) : 331.37 kJ/kg Fase lquida Densidad del lquido (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 682 kg/m3 Equivalente Lquido/Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 947 vol/vol Punto de ebullicin (1.013 bar) : -33.5 C Calor latente de vaporizacin (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 1371.2 kJ/kg Presin de vapor (a 21 C o 70 F) : 8.88 bar Punto Crtico Temperatura Crtica : 132.4 C Presin Crtica : 112.8 bar



Fase gaseosa Densidad del gas (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 0.86 kg/m3 Densidad del Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 0.73 kg/m3 Factor de Compresibilidad (Z) (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 0.9929 Gravedad especfica (aire = 1) (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 0.597 Volumen Especfico (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 1.411 m3/kg Capacidad calorfica a presin constante (Cp) (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 0.037 kJ/(mol.K) Capacidad calorfica a volumen constante (Cv) (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 0.028 kJ/(mol.K) Razn de calores especficos (Gama:Cp/Cv) (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 1.309623 Viscosidad (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 0.000098 Poise Conductividad Trmica (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 22.19 mW/(m.K) Miscelneos Solubilidad en agua (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 862 vol/vol Temperatura de Autoignicin : 630 C 8.b) Caractersticas:

El amonaco, a temperatura ambiente, es un gas incoloro de olor muy penetrante y nauseabundo Se disuelve fcilmente en el agua y se evapora rpidamente Generalmente se vende en forma lquida El amonaco es fcilmente biodegradable, las plantas lo absorben con gran facilidad eliminndolo del medio, de hecho es un nutriente muy

importante para su desarrollo



8.c) Produccin:

Se produce naturalmente por descomposicin de la materia orgnica y tambin se fabrica industrialmente El amonaco es producido naturalmente en el suelo por bacterias, por plantas y animales en descomposicin y por desechos animales Artificialmente se produce por el mtodo denominado proceso Haber-Bosch El proceso consiste en la reaccin directa entre el nitrgeno y el hidrgeno gaseosos:

N2 + 3H2 2NH3 H = -46,2 kJ/mol S < 0

Proceso Haber-Bosch



8.d) Usos:

La mayor parte (ms del 80%) del amonaco producido en plantas qumicas es usado para fabricar abonos y para su aplicacin directa como abono

El resto es usado en textiles, plsticos, explosivos, en la produccin de pulpa y papel, alimentos y bebidas, productos de limpieza domsticos, refrigerantes y otros productos

Tambin se usa en sales aromticas Se utiliza en las mezclas de gases de calibracin para la industria petroqumica; monitorizacin de emisiones ambientales, control de

higiene industrial,y traza de impurezas en analizadores Se utiliza en la fabricacin de semiconductores y materiales avanzados por la deposicin del nitruro de silicio (Si3N4) por Deposicin de

Vapor Qumico Una aplicacin muy comn del amonaco es en sistemas de refrigeracin por compresin y por absorcin.



Ciclo de Refrigeracin por Absorcin (Agua Amonaco)



Fundamentos operativos del Ciclo de Refrigeracin por Absorcin (Agua Amonaco)

Empezando el anlisis del ciclo en el generador, situado en el centro del grfico, diremos que la solucin de agua y amoniaco se calienta en su interior por la aportacin del quemador de gas, a una presin entre 14 y 24 bar, hasta alcanzar una temperatura del orden de 180C a la que por ebullicin se separa, por un lado vapor con un elevada concentracin de amoniaco (denominada solucin concentrada o fuerte) y por otra una solucin lquida con baja concentracin de amoniaco, llamada solucin diluida o pobre.

El vapor pasa a travs del rectificador donde el contenido de agua es separado por condensacin al contacto del serpentn por cuyo interior circula solucin a una temperatura inferior al punto de roco del vapor de agua en estas condiciones. El vapor de amoniaco depurado del agua, sale del rectificador a una temperatura aproximada de 75C y a una presin de unos 19 bar, entrando en el condensador. ste lo forma una batera de tubos aleteados por cuyo interior circula el amoniaco y por su cara externa el aire de la atmsfera exterior impulsado por un ventilador. El flujo de aire enfra el amoniaco hasta condensarlo y llevarlo al estado lquido, reduciendo su temperatura a unos 43C.

A continuacin, la presin del amoniaco lquido es reducida a unos 12 bar por un primer restrictor y luego enfriado en un intercambiador de calor del tipo tubo en tubo, para seguidamente reducir todava ms la presin a 4 bar a la cual entra en el evaporador donde, debido a la diferencia de presin, se evapora a 2C obteniendo el calor latente de vaporizacin del agua a refrigerar que circula en sentido inverso por el cuerpo del evaporador. sta agua que es la que circula por la instalacin del usuario, sale refrigerada a una temperatura nominal de 7C entrando a una temperatura de 12C.

A la salida del evaporador, el vapor de amoniaco circula por el secundario del intercambiador de calor tubo en tubo al que nos hemos referido anteriormente, adquiriendo calor del amoniaco lquido que circula en sentido contrario por el circuito primario, elevando su temperatura a 32C. En estas condiciones entra en el pre absorbedor al que llega tambin la solucin acuosa (la que denominamos diluida o pobre) procedente del generador despus de atravesar un restrictor de manera a reducir su presin a 4 bar, igual a la del vapor de amoniaco. En ste dispositivo, en el cual se halla tambin un serpentn por el que circula solucin rica a una temperatura de unos 105C como veremos ms adelante, el vapor de amoniaco es absorbido por el agua debido a su afinidad y calentado a unos 85C para dirigirse seguidamente al absorbedor. Este ltimo est formado, al igual que el condensador, por una batera de tubos aleteados por cuyo interior circula la solucin rica y por el exterior el aire ambiente forzado por el ventilador. A lo largo del recorrido por el interior del absorbedor, el amoniaco es ntegramente absorbido por el agua y seguidamente aspirado por la bomba de solucin a una temperatura



de 44C. A esta temperatura, es impulsado por la bomba de solucin hacia el serpentn del rectificador donde, como hemos visto, provoca la condensacin del agua y al mismo tiempo obtiene calor de ella y del vapor de amoniaco caliente que procede del generador aumentando su temperatura hasta 105C. El prximo paso es circular por el interior del serpentn del pre absorbedor al que nos hemos referido anteriormente, para volver finalmente al generador donde el ciclo empieza de nuevo.

8.e) Precauciones: Peligro mayor : Inhalacin y Contacto con la piel Toxicity (Am. Conf. Of Gov. Ind. Hygienists ACGIH 2000 Edition) : 25 ppm Lmites de Flamabilidad en aire (en condiciones Estndar de Temperatura y Presin) : 15-30 vol% Olor : Picante, Irritante Cdigo ONU : UN1005 Nmero EINECS : 231-635-3 DOT Label (USA) : NFG DOT Hazard class (USA) : Gas No Inflamable Hojas de Seguridad\MSDS_Amonaco.pdf




Metales Aluminio Satisfactoria Bronce No recomendado Cobre No recomendado Aceros Ferrticos (p.e. Aceros Carbono) Satisfactoria Inoxidables Satisfactoria Plsticos Politetrafluoroetileno (PTFE) Satisfactoria Policlorotrifluoroetileno (PCTFE) Satisfactoria Polifloruro de Vinilideno (PVDF) (KYNAR) No recomendado, notable aceleracin del proceso de envejecimiento y significativa prdida de

masa por extraccin o reaccin qumica Poliamida (PA) (NYLON) Satisfactoria Polipropileno (PP) Satisfactoria Elastmeros Goma de peroil (isoperoeno - isopreno) (IIR) Satisfactoria Goma de nitrilo (NBR) Aceptable pero prdida significativa de masa por extraccin o reaccin qumica Cloropreno (CR) Sin datos Clorofluorocarbonos (FKM) (VITON) No recomendado, significativa prdida de masa por extraccin o reaccin qumica Silicona (Q) No recomendado, significativa prdida de masa por extraccin o reaccin qumica Etileno - Propileno (EPDM) Satisfactoria



Lubricantes Lubricante basado en hidrocarbonos No recomendado, significativa prdida de masa por extraccin o reaccin qumica Lubricante basado en Fluorocarbonos Satisfactoria 8.g) Caractersticas de Almacenamiento: En cilindros de acero, grado de llenado 0,33 kg/lt



9. ARGON: Nombre: Argn Frmula Qumica: Ar Sinnimo: - Portugus: Argnio Ingles: Argon Alemn: Argon Francs: Argon 9.a) Propiedades del gas Peso Molecular : 39.948 g/mol Fase Slida Punto de fusin : -189 C Calor latente de fusin (1,013 bar, en el punto triple) : 29.41 kJ/kg Fase lquida Densidad del lquido (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 1392.8 kg/m3 Equivalente Lquido/Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 835 vol/vol Punto de ebullicin (1.013 bar) : -185.9 C Calor latente de vaporizacin (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 160.81 kJ/kg Punto Crtico Temperatura Crtica : -122.3 C Presin Crtica : 48.98 bar Densidad Crtica : 537.7 kg/m3



Punto Triple Temperatura del punto triple : -189.4 C Presin del punto triple : 0.687 bar Fase gaseosa Densidad del gas (1.013 bar en el punto de ebullicin) : 5.853 kg/m3 Densidad del Gas (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 1.67 kg/m3 Factor de Compresibilidad (Z) (1.013 bar y 15 C (59 F)) : 0.9993 Gravedad especfica (aire = 1) (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 1.38 Volumen Especfico (1.013 bar y 21 C (70 F)) : 0.606 m3/kg Capacidad calorfica a presin constante (Cp) (1 bar y 25 C (77 F)) : 0.02 kJ/(mol.K) Capacidad calorfica a volumen constante (Cv) (1 bar y 25 C (77 F)) : 0.012 kJ/(mol.K) Razn de calores especficos (Gama:Cp/Cv) (1 bar y 25 C (77 F)) : 1.664 Viscosidad (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 0.0002099 Poise Conductividad Trmica (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 16.36 mW/(m.K) Miscelneos Solubilidad en agua (1.013 bar y 0 C (32 F)) : 0.0537 vol/vol Concentracin en el aire : 0.934 vol % 9.b) Caractersticas: Es un gas monoatmico, no txico, incoloro, inodoro e inspido Junto con el helio, el nen, el kriptn, el xenn y el radn, forma parte de un grupo especial de gases conocido como Gases Nobles,

Raros o Inertes, estos trminos aluden a que los gases presentan una tendencia extremadamente baja a reaccionar con otros compuestos o elementos

El argn es aproximadamente 1.4 veces ms pesados que el aire y es levemente soluble en agua



9.c) Produccin: El aire es la nica fuente conocida para la extraccin de argn puro, por lo que su produccin se realiza por proceso de DESTILACION DEL

AIRE 9.d) Usos: El Argn puede usarse en atmsferas controladas remplazando al Nitrgeno en la mayora de las aplicaciones Su solubilidad (el doble de la del Nitrgeno) y determinadas caractersticas moleculares le proporcionan propiedades especiales para el uso

con vegetales Bajo ciertas condiciones, reduce las reacciones metablicas y reduce significativamente la respiracin (ALIGAL TM) Por su capacidad de aislamiento trmico el Argn es utilizado para el llenado del espacio interior en ventanas de doble acristalamiento de

alta eficiencia trmica Se utiliza como gas de proteccin utilizado en la soldadura de arco, gas de respaldo o el corte por plasma El argn protege las soldaduras contra la oxidacin y reduce las emisiones de humo durante la soldadura Tambin se utiliza como atmsfera inerte en lamparas de luz incandescente, llenarlas con Argn evita la corrosin de los filamentos y

consecuentemente el enegrecimiento de la lmpara

9.e) Precauciones: Peligro mayor : Producto a Alta Presin; Sofocacin Toxicity (Am. Conf. Of Gov. Ind. Hygienists ACGIH 2000 Edition) : Asfixiante Simple Lmites de Flamabilidad en aire (en condiciones Estndar de Temperatura y Presin) : No inflamable Olor : Ninguno Cdigo ONU : ONU1006 (gas); ONU1951 (lquido refrigerado) Nmero EINECS : 231-147-0 DOT Label (USA) : NFG DOT Hazard class (USA) : Gas No Inflamable Hojas de Seguridad\MSDS_Argn.pdf




Metales Aluminio Satisfactoria Bronce Satisfactoria Cobre Satisfactoria Aceros Ferrticos (p.e. Aceros Carbono) Satisfactoria Inoxidables Satisfactoria Plsticos Politetrafluoroetileno (PTFE) Satisfactoria Policlorotrifluoroetileno (PCTFE) Satisfactoria Polifloruro de Vinilideno (PVDF) (KYNAR) Satisfactoria Poliamida (PA) (NYLON) Satisfactoria Polipropileno (PP) Satisfactoria Elastmeros Goma de peroil (isoperoeno - isopreno) (IIR) Satisfactoria Goma de nitrilo (NBR) Satisfactoria Cloropreno (CR) Satisfactoria Clorofluorocarbonos (FKM) (VITON) Satisfactoria Silicona (Q) Satisfactoria Etileno - Propileno (EPDM) Satisfactoria



Lubricantes Lubricante basado en hidrocarbonos Satisfactoria Lubricante basado en Fluorocarbonos Satisfactoria 9.g) Caractersticas de Almacenamiento: En tubos de una capacidad de 1 a 8 m3 a 150 bar de presin



PROCESOS DE OBTENCION DE GASES DEL AIRE

Los gases del aire pueden ser separados segn la siguiente clasificacin: Separacin Fsica CRIOGENICA Licuacin y posterior destilacin del aire NO CRIOGENICA Adsorcin con tamices moleculares Difusin con membranas

Existe otro mtodo de separacin consistente en la Separacin Qumica de los gases del aire, este tipo de mtodos es poco usado a nivel industrial y solamente se utiliza en casos puntuales.

La Separacin Qumica consiste en hacer reaccionar uno de los gases del aire para fijarlo como combinacin o separarlo del resto.



METODO DE SEPARACION FISICA CRIOGENICA Licuacin de Gases La licuacin de un gas es la conversin de ste en liquido, para lograrlo en el caso de algunos gases como el butano, propano, cloruro de

vinilo, pueden ser licuados por presin a temperatura normal, otros en cambio, por ejemplo el aire, gas natural, nitrgeno, oxigeno, para licuarse adems de aplicar presin es necesario enfriarlos hasta alcanzar la temperatura crtica, por encima de esta temperatura ningn gas puede licuarse slo por la presin, la presin de vapor de stos lquidos a esta temperatura se llama presin crtica, y el volumen especfico que corresponde se denomina volumen crtico.

Los gases licuados por medio de la presin solamente, pueden ser regasificados por remocin de la presin (esto es, sin introduccin de

calor) y los gases licuados por presin a una temperatura de refrigeracin debe aplicarse calor para convertirlos en gases. Por sta tcnica slo es posible licuar el aire, esto se efecta con el inters de poder separar los constituyentes y obtener nitrgeno, oxgeno y gases raros puros a travs de la destilacin.

Dos son los fundamentos de la licuacin de gases,

a) El efecto Joule/Kelvin, que aprovecha el descenso de temperatura producido en la expansin de los gases reales, debido a que el trabajo en dicho proceso se efecta a costa de la energa del sistema, por lo que se conoce tambin con el nombre de licuacin del aire a expensas del trabajo interno, base del procedimiento Linde

b) La expansin en un cilindro para producir un trabajo exterior que recupera parcialmente el consumido en la compresin se conoce como

licuacin del aire con realizacin de trabajo exterior, base del procedimiento Claude Existen dos mtodos bsicos de licuacin del aire: El mtodo Linde: se basa en el enfriamiento que produce el fenmeno de estrangulacin de una vena fluida, a expensas de la energa del sistema, efecto Joule/Kelvin El mtodo Claude: es una modificacin del anterior, en el que el enfriamiento se logra mediante una expansin adiabtica lo ms isentrpica posible, con produccin de trabajo exterior del mismo gas a licuar, que recupera parcialmente el consumido en la compresin



Mtodo Linde (Expansin isoentlpica) El aire ya comprimido hasta unas 200 atm se dirige al intercambiador de calor, donde su temperatura disminuye por ceder calor a la

corriente de aire ascendente enfriada a causa de la estrangulacin sufrida en la vlvula V La estrangulacin de la vena fluida slo hace descender unos grados la temperatura del gas; partiendo de 3 pasar al estado de igual

entalpa a la salida de la vlvula Luego, pasando por el separador se dirige al conducto ascendente; el aire que estaba en el estado 2 se enfriar antes de alcanzar la vlvula

V, producindose por esta causa un enfriamiento ms intenso en la nueva estrangulacin Despus de funcionar el aparato en forma continua durante un tiempo, se lograr un estado de rgimen estable. Antes de la vlvula V se

alcanzar el estado 3 y, en consecuencia, despus de la vlvula, el 4, determinado por la lnea de entalpa constante que pasa por 3 y la lnea de presin constante igual a 1

El estado 4 es una mezcla de lquido y vapor, que se separa en las fases 5 y 6 En 5 se tiene una cantidad y de lquido, y en 6 una cantidad (1 y) de vapor, que se dirige a la parte ascendente del intercambiador de

calor, de donde saldr a una temperatura T7 lo ms prxima posible a la correspondiente al estado 2. Como esta masa de aire est libre de impurezas, se la enva nuevamente a la planta de compresin de manera que slo sea necesario purificar la cantidad de aire y que deber reponerse para compensar la extraccin de lquido y en 5



Estado Temparatura C

Presin atm

Masa kg

Entalpa Kj/kg

Entropa Kj/kg K

1 16,85 1 1 417,8 3,858 2 16,85 200 1 380,6 2,22 3 - 104,15 200 1 187 1,34 4 - 189,15 1 1 187 2,33 5 - 198,15 1 1 0 0 6 - 188,15 1 1- y 205,3 2,56

Trabajo por litro producido de

aire:

1,2 Kw/lt



Mtodo Linde con presin intermedia supercrtica

Este proceso proporciona una fuerte reduccin del trabajo consumido por unidad de masa de fluido entregado por el compresor. Sin embargo, sto implica una reduccin de la masa de fluido licuado y

La planta lleva dos etapas de expansin Joule/Kelvin, evoluciones (3-4) y (5-8). La presin intermedia en este caso es supercrtica, lo

cual implica que en el separador B no hay separacin de fases en lquido y gas

Aire comprimido a baja temperatura, que puede ser la del ambiente o an menor, si previamente se ha enfriado mediante un equipo frigorfico, se enva al intercambiador de calor donde se enfra hasta alcanzar el punto 3; a continuacin se produce un primer estrangulamiento hasta la presin intermedia, alcanzndose as el estado 4. El gas en ese estado pasa a un primer separador donde se divide en dos corrientes; una (1 - yB) vuelve al intercambiador, mientras que la otra, desde 5 se expande isentlpicamente hasta el estado 8 a la presin de 1 atm

Dicho estado 8 se encontrar dentro de la zona de vapor hmedo, producindose all en A, la separacin entre el lquido y el vapor

saturado seco. El lquido es el resultado de la operacin, y el vapor restante se dirige al intercambiador de calor, donde se calentar hasta adquirir una temperatura prxima a la que posee el gas a la entrada; la fraccin de gas es (yB - y)




Presin atm

Masa kg

Entalpa Kj/kg

Entropa Kj/kg K

1 16,85 1 1 417,8 3,858 2 16,85 200 1 380,6 2,219 3 - 126,45 200 1 135 1,007 4 - 138,05 50 1 135 1,19 5 - 138,05 50 0,2 135 1,19 6 - 138,05 50 0,8 135 1,19 7 16,85 50 0,8 407 2,704 8 - 191,45 1 0,2 135 1,684 9 - 191,45 1 0,068 0 0 10 - 191,45 1 0,132 205,3 2,559 11 - 73,15 1 0,132 417,8 3,858


aire:

0,638 Kw/lt



Mtodo Linde con presin intermedia subcrtica

En este caso se observa que de la expansin (3-4) sale una mezcla lquido-vapor que se separa en B, comportndose de la misma forma que el A. En la vlvula de alta presin se expansiona slo gas, mientras que en la vlvula de baja presin se expansiona slo lquido en las condiciones del punto 5, que al llegar a las condiciones del punto 8 se ha transformado en vapor hmedo a menor temperatura, separndose all la fraccin y de la yB expansionada, que es el lquido obtenido

El resto del proceso es idntico al caso anterior



Estado Temparatura

C Presin

atm Masa

kg Entalpa

Kj/kg Entropa Kj/kg K

1 16,85 1 1 417,8 3,858 2 16,85 200 1 380,6 2,219 3 - 104,45 200 1 184,4 1,322 4 - 143,15 30 1 184,4 1,608 5 - 143,15 30 0,1778 116,8 1,077 6 - 143,15 30 0,8222 199 1,723 7 16,85 30 0,8222 411,5 2,865 8 - 191,45 1 0,1778 116,8 1,456 9 - 191,45 1 0,0766 0 0 10 - 191,45 1 0,1012 205,3 2,559 11 - 73,15 1 0,1012 417,8 3,858


aire:

0,657 Kw/lt



Mtodo Claude (Expansin isoentrpica) El mtodo Claude opera como un proceso Linde simple, pero requiere menos trabajo por unidad de lquido obtenido, debido a que una

fraccin (1 - x) del gas se expansiona adiabticamente en una turbina (expansor), con produccin de trabajo exterior El gas comprimido en 2, entra en el intercambiador de calor, enfrindose hasta la temperatura correspondiente al punto 3; aqu, la fraccin

(1 - x) pasa al expansor y sufre una expansin con recuperacin de energa que se aprovecha en la compresin del gas, descendiendo la temperatura hasta la correspondiente al punto 9, penetrando en el dispositivo en contracorriente

La fraccin x no expansionada se enfra en el cambiador de calor, entre 3 y 5, expansionndose en la vlvula entre 5 y 6, licundose casi en

su totalidad; la parte no licuada intercambia frigoras entre 8 y 9, unindose en 10 al gas expansionado en el expansor El aparato de Claude, ms complicado que el de Linde, no tiene un rendimiento mucho ms elevado que el de ste, pues el trabajo

recuperado en el expansor es tan pequeo, que muchas veces ni siquiera se aprovecha para la compresin Un perfeccionamiento de este mtodo consiste en trabajar como en el proceso Linde, comprimiendo el aire a 200 atm, lo cual permite iniciar

la expansin de (1 - x) en el expansor, desde el mismo punto de salida del compresor, lo cual permite prescindir de la primera etapa de enfriamiento, cosa que no sucede en el proceso Claude, en el que la etapa de compresin no sobrepasa las 40 atm. Este mtodo mejorado se conoce como de Heyland

El primitivo proceso Claude no utilizaba vlvula de expansin; sin embargo, los inconvenientes que suponan tanto la construccin de un

expansor sin fugas, tanto trmicas como de gas, unidas a problemas de licuacin del gas en el mismo cilindro de trabajo, motivaron el introducir la vlvula de expansin

As, la mayor parte del gas se expansiona con produccin de un trabajo externo y se utiliza despus para refrigerar el resto del aire

comprimido, que expansionado a travs de la vlvula, como en el proceso Linde, licua




Presin atm

Masa kg

Entalpa Kj/kg

Entropa Kj/kg K

1 16,85 1 1 417,8 3,858 2 16,85 40 1 409,3 2,7 3 - 73,15 40 1 299,5 2,32 4 - 188,15 40 0,2 17,12 0,18 5 - 188,15 40 0,2 16,42 0,178 6 - 195,15 1 0,2 16,42 0,23 7 - 195,15 1 0,184 0 0 8 - 195,15 1 0,016 205,3 2,56 9 - 183,15 1 0,816 214 2,66 10 - 183,15 1 0,816 214 2,66 11 - 183,15 1 0,816 214 2,66 12 - 126,15 1 0,816 283,24 3,2 13 16,85 1 1 417,8 3,31 9 - 195,15 1 0,016 185,5 2,31


aire:

0,314 Kw/lt



Destilacin del aire lquido Una vez obtenido el aire lquido se procede a la destilacin fraccionada para producir la separacin de sus componentes. Los componentes ms importantes en la separacin del aire son el oxgeno y el nitrgeno por ser los de mayor proporcin con un 78,09% y

20,95%, respectivamente, pero en la prctica el Argn con un 0,93% no puede ser ignorado porque hoy en da las plantas han sido modificadas permitiendo recuperar este gas raro por toneladas.

Los dems gases raros constituyentes del aire son Helio, Kriptn y Xenn, estn presentes en pequeas cantidades que tienen puntos de

ebullicin bastantes lejanos al Oxgeno y Nitrgeno, por lo tanto, no ocasionan complicaciones importantes- Columnas de Destilacin o Rectificacin La operacin, de estas columnas de rectificacin, depende de la diferencia de las temperaturas de ebullicin de las sustancias que las

constituyen.



Columna Linde Simple de destilacin La separacin de las mezclas de las sustancias por fraccionamiento pertenece a los procesos bsicos de la tecnologa qumica. Este

procedimiento est basado en la mltiple evaporacin parcial de las mezclas lquidas con condensacin parcial de vapor. Los aparatos para realizar el fraccionamiento se denominan torres de rectificacin y estas son columnas (torres) provistas de platos

perforados para el paso de vapor y canales denominados bajantes, para enviar el lquido de un plato a otro. En la columna, se desplazan, el lquido y el vapor de mayor temperatura a contra corriente. La columna original del ciclo Linde es la ms simple forma de una planta de separacin de aire. Se introduce el aire comprimido, luego

atraviesa el lquido del fondo de la columna de rectificacin a travs de un serpentn, en este serpentn el aire comprimido se enfra y posteriormente se expande en la vlvula V, al salir de la vlvula la mezcla vapor lquido entra en la columna para cumplir el proceso de separacin.

Para aumentar lasuperficie de contacto, el vapor pasa a travs del lquido, que se encuentra en el plato, en forma de numerosos chorros

aislados debido a las perforaciones del plato. Cuando el vapor entra en contacto con el lquido, se desarrolla un proceso de igualacin de temperatura, el vapor se enfra y el

lquido se calienta. A consecuencia de esto, se licua el componente menos voltil, enriqueciendo parcialmente el lquido mientras que el vapor se enriquece con el componente ms voltil.

Al pasar al otro plato, el lquido encuentra un vapor ms caliente y se enriquece con el componente menos voltil, al condensar

una parte de ste. Repitiendo varias veces stos procesos, en algunos platos se puede llegar a obtener un vapor que contenga solamente el ms voltil y en otros, un lquido que contenga solamente el menos voltil.

El lquido filtra abajo por la columna y es enriquecido con oxgeno por el contacto ntimo con los vapores que ascienden.

Finalmente es parcial o totalmente evaporado en la caldera por contacto termal con el paso del aire comprimido a travs del condensador en el estado de equilibrio, el oxgeno como lquido o gas es continuamente extrado desde el fondo de la columna y el vapor de nitrgeno impuro desde la parte superior.

S el oxgeno es extrado como gas, ambos, el nitrgeno y el oxgeno retornan a travs del cambiador, previamente enfriado por el aire

comprimido que llega; si el oxgeno es extrado lquido, solo el vapor de nitrgeno fro retorna a travs del cambiador de calor.



2 impuro

O2

Aire

2

INTERCAMBIADORDECALOR

V

3

4

Extraccion



Columna Linde Doble de destilacin Para llevar a cabo en la prctica la separacin de la mezcla de nitrgeno y oxgeno, se realiza un fraccionamiento sucesivo de dos

columnas. La segunda columna se encuentra encima de la primera y ambas forman un aparato con la parte media comn en donde se encuentra el

condensador. El aire lquido luego de pasar por el serpentn (fondo de la caldera) es introducido a un punto medio A, a lo largo de la columna inferior y un

lquido rico en oxgeno es introducido en nivel medio B, a lo largo de la columna de destilacin de reflujo (superior) que produce oxgeno puro C en la superficie.

En la parte media se encuentra un condensador evaporador, ste condensa vapor de nitrgeno por evaporacin del oxgeno

lquido, para que ello ocurra se debe operar en la columna inferior a una presin de aproximadamente 5 atm. El lquido rico en oxgeno pasa al evaporador de la columna superior donde la presin es aproximadamente igual a la atmosfrica;

en el fondo de la columna superior, que es un espacio entre dos tubos del condensador se acumula oxgeno lquido casi puro al mismo tiempo en los tubos del condensador se lica el nitrgeno a una presin alta, el cual una vez licuado, se utiliza para el reflujo de la columna superior.

Debe considerarse que el nitrgeno que pasa por los tubos donde se lica lo hace a expensas del calor que se desprende durante

la condensacin del nitrgeno, al hervir el oxgeno que se encuentra en el espacio entre los tubos. De este modo, despus del segundo fraccionamiento se logra obtener oxgeno y nitrgeno de cualquier grado de pureza.



V3

N2

O2

C1 atm

- 183 C

- 179 C

5 atm

V1

A

V2

Aire a-123 C

- 168 C

- 195 C

BCOLUMNA INFERIOR (5 atm)

CALDERIN CON LIQUIDO CON 40 % DE O2 ENEBULLICION A - 168 C

CONDENSADOR CON N2 PRACTICAMENTEPURO CONDENSANDO A - 179 C

COLUMNA SUPERIOR (1 atm)

CALDERIN CON O2 EVAPORANDOSE A - 183 C

N2 PURO



Obtencin de Argn Hasta ahora solamente hemos visto el detalle de la obtencin de Oxgeno y Nitrgeno gaseoso de las columnas de destilacin, pero es

evidente que en las columnas de destilacin se encuentran todos los componentes del aire, entre ellos el Argn. El Ar tiene un punto de ebullicin intermedio entre el punto de ebullicin del N2 y el del O2. Esto determina que si evaluamos la columna superior de la doble columna Linde de destilacin, la mxima concentracin de Ar se v a

encontrar en una altura cercana a la mitad de la columna superior segn el siguiente grfico.



Este diagrama nos muestra como se distribuyen las concentraciones de los tres componentes del aire (O2, N2 y Ar) segn la altura de la columna de baja presin dnde nos encontremos.

De esta forma podemos observar que la composicin del Argn es mxima (12% 14%) en un punto intermedio de la columna, pero dicho

punto tiene un inconveniente, a saber, que la concentracin de Nitrgeno es considerable y por tanto si efectusemos la extraccin en este punto tendramos los tres componentes (12% Ar, 8% N2 y 80% O2 aprox.) con lo que no facilitaramos la separacin del Argn.

Si nos vamos un poco ms abajo en la curva de concentraciones vemos que a una concentracin del Ar de entre el 8 y el 10% el N2 ya no

aparece y en la extraccin slo tendramos Argn en ese 10% y O2 en un 90% aproximadamente. Dado que el O2 es ms pesado que el Ar se efectua una destilacin, en la cual el O2 quedar licuado en la parte baja de una alta

columna siendo devuelto a la columna de baja presin en un punto muy cercano al vaporizador y el Ar se obtendr purificado y licuado con el condensador por la parte alta.



V3

N2

O2

C1 atm

- 183 C

- 179 C

5 atm

V1

A

V2

Aire a-123 C

- 168 C

- 195 C

B

V4

Ar



METODO DE SEPARACION NO CRIOGENICO POR ADSORCION CON TAMICES MOLECULARES Los tamices moleculares son slidos que pueden ser usados para separar los componentes moleculares de una mezcla. Este trmino es habitualmente usado para denominar a determinados slidos microporosos, en particular a algunas zeolitas y ciertos

materiales de carbn microporoso. Estos materiales presentan una distribucin de tamaos de poro muy estrecha, poseyendo adems la caracterstica de diferenciar entre

molculas en base a sus diferentes dimensiones moleculares. Una de las aplicaciones ms importantes de estos materiales es la separacin de N2 y O2 del aire.

Dado que la diferencia en los dimetros cinticos de estas dos molculas es de menos de 0.02 nm, es evidente que el diseo de los tamices

moleculares requiere de un control muy riguroso del tamao de poros.



Tcnica PSA (Pressure Swing Adsorption) Bsicamente consiste en alimentar la mezcla de gases a una cmara de adsorcin rellena con el tamiz molecular, a la vez que se aumenta

la presin sobre esta cmara. De esta forma uno de los gases queda preferentemente adsorbido mientras que el otro gas es arrastrado fuera de la cmara. Cuando esta

cmara est saturada, se alimenta una segunda cmara donde se repite el proceso anterior, a la vez que se descomprime la primera cmara, liberndose as el gas retenido, que por lo general vuelve a ser una mezcla de los gases alimentados pero con una concentracin mucho mayor en el gas que se desea separar y que es el que se ha adsorbido de forma preferencial.

Dependiendo de la eficacia del tamiz molecular puede ser necesario repetir el proceso sucesivas veces hasta obtener el gas con la pureza

deseada. Esta tcnica se utiliza para sistemas de menos de 30 tn diarias de O2



Tcnica VSA El sistema VSA esta compuesto de un compresor de aire de entrada, una bomba al vaci, tanques que contienen el material adsorbente, un

tanque atenuador, vlvulas de fluctuacin y la instrumentacin para controlar el sistema. Para operar el sistema VSA, se introduce aire a temperatura ambiente al tanque adsorbente cual esta empacado con el tamiz molecular,

capaz de adsorber agua (H2O), dioxido de carbono (CO2) y nitrgeno (N2). El gas restante es 90 a 94% oxgeno y sale del tanque adsorbente para ser usado en el proceso. Cuando el tamiz molecular se llena con los gases contaminantes, se regenera con la ayuda de una bomba al vaco que ayuda a desadherir

y evacuar estos gase

gases industriales

Documents