GASES INDUSTRIALES PARA OPTIMIZAR SU PRODUCCIÓN
En la producción industrial, los gases industriales son tan importantes como el agua y la electricidad. Sus propiedades específicas y la forma en que se utilizan aseguran una mayor eficiencia, seguridad y rentabilidad en muchos procesos. Los gases industriales también juegan un papel crucial en términos de calidad del producto.
Entre los gases industriales más utilizados se encuentran acetileno, argón, dióxido de carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno.
GASES INDUSTRIALES
El acetileno tiene una enorme gama de aplicaciones: por ejemplo, la tecnología del oxicorte, la soldadura, el corte, la limpieza con llama, la pulverización con llama o el raspado con llama.
Es un gas incoloro, disuelto en acetona, inflamable con un olor parecido a ajo. El acetileno presenta un peligro grave de incendio porque se enciende fácilmente por calor, chispas o llamas cuando hay un escape accidental, ya que es más liviano que el aire y puede propagarse a largas distancias, localizar una fuente de ignición y regresar en llamas. El peligro primordial a la salud asociado con escapes de este gas, es asfixia por desplazamiento de oxígeno. No se debe evacuar los acumuladores a presiones superiores de 15 psig (103 kPa).
El acetileno es un gas compuesto por carbono e hidrógeno (12/1 aprox. en peso). En condiciones normales (15°C, 1 atm) es un gas un poco más liviano que el aire, incoloro. El acetileno 100% puro es inodoro, pero el gas de uso comercial tiene un olor característico, semejante al del ajo. No es un gas tóxico ni corrosivo. Es muy inflamable. Arde en el aire con llama luminosa, humeante y de alta temperatura.
Los límites inferior y superior de inflamabilidad son 2,8 y 93% en volumen de acetileno en aire respectivamente.
El acetileno puro sometido a presión es inestable, se descompone con inflamación dentro de un amplio rango de presión y temperatura. Por esto, en el cilindro se entrega diluido en un solvente, que generalmente es acetona, impregnado en un material poroso contenido en el cilindro, que almacena el acetileno en miles de pequeñas cavidades independientes. En esta forma, el acetileno no es explosivo.
El acetileno no es corrosivo, de manera que es compatible con los metales de uso común, excepto cobre, plata y mercurio, los que forman acetiluros que son susceptibles de descomponerse en forma violenta. Se debe evitar el uso de bronces que contengan más de 66% de cobre, las soldaduras que contengan cobre o plata, y los manómetros de mercurio.
Como agente calorífico es un combustible de alto rendimiento, utilizado profusamente en las aplicaciones oxigas. Las temperaturas alcanzadas varían según relación acetileno-oxígeno, pudiendo llegar a más de 3.000°C, con oxígeno puro.
En la industria química, por su gran reactividad, es utilizado en síntesis de muchos productos orgánicos.
Precauciones en manejo y almacenamiento:
• Por su amplio rango de inflamabilidad, el acetileno es un gas que debe ser tratado con especial cuidado. Por esta razón, en las etapas de producción, transporte y manipulación, debe evitarse que el gas se encuentre en forma libre, a una presión manométrica superior a 1 bar (14,5 psi). La presión de trabajo máxima recomendada por las normas internacionales de seguridad es 1 bar.
• Los cilindros de acetileno deben siempre ser transportados en posición vertical, con su tapa de protección y almacenados en la misma forma para evitar que al abrirse la válvula pueda derramarse acetona.
• Utilizar el cilindro, sólo hasta que la presión interna indique 2 bar (29 psi) para así evitar la contaminación del cilindro.
• Operar las válvulas con suavidad para evitar calentamientos localizados.
• Los lugares en que se trabaja con acetileno deben ser ventilados adecuadamente.
• Los cilindros deben almacenarse a prudente distancia de los cilindros de oxígeno (6 m). Es altamente recomendable un muro contrafuego RF 120 (resistencia al fuego 120 minutos) entre los lugares de almacenamiento de ambos gases.
• Si un cilindro se calienta internamente (detectable por descascaramiento de la pintura), habrá que evacuar el área y mojar con agua hasta que se enfríe (el agua deja de vaporizarse), esperar dos horas y volver a mojar.
Fichas Técnicas
El argón es un gas protector ideal, incluso a las altas temperaturas que se encuentran comúnmente en la metalurgia y la soldadura por arco.
Elemento químico de número atómico 18 y símbolo Ar, renombardo así desde 1959, ya que su símbolo era A. Es el tercero de los gases nobles, incoloro e inerte como ellos. Constituye el 0,934% del aire seco. Su nombre proviene del griego αργος, que significa inactivo (debido a que no reacciona).
Es un gas no tóxico, no inflamable, un 30% más pesado que el aire. Es extremadamente inerte, caracterizado por una perfecta estabilidad física y química, a cualquier temperatura y presión. Excelente conductor de electricidad. A presión atmosférica y temperatura inferior a -186°C es un líquido incoloro, más pesado que el agua.
Obtención.- El gas se obtiene por medio de la destilación fraccionada del aire licuado, en el que se encuentra en una proporción de aproximadamente el 0,94%, y posterior eliminación del oxígeno residual con hidrógeno. La atmósfera marciana contiene un 1,6% de Ar-40 y 5 ppm de Ar-36.; la de Mercurio un 7,0% y la de Venus trazas.
Fichas Técnicas
El dióxido de carbono es fundamental para la producción de bebidas carbonatadas, se utiliza en el tratamiento del agua potable y proporciona una alternativa a los ácidos agresivos para la neutralización de las aguas residuales. En forma criogénica sólida, el CO2 se convierte en hielo seco, que se usa como refrigerante o como para la limpieza con hielo seco.
El dióxido de carbono, en condiciones normales, es un gas incoloro e inodoro, con sabor ligeramente picante, existente en la atmósfera en baja concentración, entre 0,03 y 0,06% en volumen. Su punto triple (donde coexisten los estados sólidos, (líquido y gas) se produce a -56,57°C y 5,185 bar (75,2 psia). Bajo esa presión el CO2 sublima, es decir pasa directamente de sólido a gas sin pasar por la fase líquida, que es lo que sucede a presión normal (1 atm) y a -78,5°C. El dióxido de carbono sólido es comúnmente conocido como «hielo seco».
A presiones mayores de 5,185 bar y temperaturas menores de 31,06°C (punto crítico), el dióxido de carbono se presenta en forma líquida y gaseosa simultáneamente, fases que coexisten en equilibrio en un contenedor cerrado.
Uso industrial
El CO2 se utiliza profusamente en la creación de atmósferas protectoras para soldaduras al arco y MIG. En las fundiciones se utiliza como agente endurecedor de moldes de arena.
En la industria de alimentos tiene importantes aplicaciones:
• Carbonatación de bebidas, aguas minerales, etc.
• Protección de vinos, cervezas y jugos de frutas contra la oxidación por contacto con aire.
• Anestésico antes de la matanza de animales.
• En congelación.
También se usa CO2 en extinguidores de incendio.
Fichas Técnicas
Del símbolo O. Es un elemento gaseoso ligeramente Magnético, incoloro, inodoro e insípido; es vital en el Ciclo energético de los seres vivos y esencial en la Respiración celular de los organismos aeróbicos. Es más Electronegativo que cualquier otro elemento, excepto el Flúor y forma compuestos con todos menos con los Gases nobles o inertes.
Es el elemento más abundante de la Corteza terrestre, tanto en masa como en número de átomos. Los átomos de oxígeno son más numerosos que los de todos los demás elementos juntos.
Constituye el 21% en volumen o el 23,15% en masa de la Atmósfera, el 85,8% en masa de los Océanos (el agua pura contiene un 88,8% de oxígeno), el 46,7% en masa de la corteza terrestre (como componente de la mayoría de las Rocas y Minerales). El oxígeno representa un 60% del Cuerpo humano. Se encuentra en todos los tejidos vivos. Casi todas las Plantas y Animales, incluyendo los seres humanos, requieren oxígeno, ya sea en estado libre o combinado, para mantenerse con vida.
Los más abundantes de los minerales que contienen oxígeno son los que incluyen además silicio; el más sencillo de los cuales es la sílice, SiO2, principal constituyente de la Arena. Entre los que carecen de silicio, el que más abunda es el CaCO3. En la materia viva el oxígeno está combinado con los elementos Carbono, Azufre, Nitrógeno o Hidrógeno.
Historia.- El oxígeno no se reconoció hasta finales del Siglo XVIII. Quién primero lo preparó fue Scheele, un químico sueco, en 1772. Lo identificó como uno de los principales constituyentes del Aire y lo llamó aire de fuego y aire de vitriolo. No obstante, a quien se considera generalmente como su descubridor es a Priestley, puesto que publicó sus resultados en 1774, mientras que Scheele retrasó su publicación hasta 1777. En su preparación original, Priestley calentó lo que hoy se conoce como Óxido de mercurio, HgO, y observó el desprendimiento de un gas. A este gas lo denominó aire deflogistizado y observó que aumentaba la brillantez de una llama. Sin embargo, fue Lavoisier quien reconoció en el nuevo gas un elemento y lo llamó oxígeno en 1777 (del griego oxy genes formador de ácidos).
Obtención. – Las fuentes industriales para obtener oxígeno son el aire y el agua.
A partir del aire: Se extrae el oxígeno por licuefacción y ulterior destilación fraccionada. El aire consta del 21% de oxígeno, 78% de nitrógeno y 1% de Argón, Neón, dióxido de carbono y vapor de agua. Primero se separan del aire estos dos últimos compuestos; a continuación, se comprime, se enfría y se deja expandir, hasta que se produce la licuefacción y se obtiene aire líquido. Después, este se deja evaporar parcialmente, con lo cual se vaporiza el nitrógeno, cuyo punto de ebullición es más bajo, dejando un residuo enriquecido en oxígeno. Mediante repetición cíclica de este proceso se llega a preparar un oxígeno del 99,5% de pureza.
A partir del agua: Se obtiene oxígeno muy puro por Electrólisis, como subproducto en la preparación del hidrógeno.
En los laboratorios: Se suele preparar por descomposición térmica del Clorato de postasio|Clorato de potasio KClO3. La reacción 2KClO3(s)= 2KCl(s) + 3O2(g) se cataliza por la presencia de distintas sustancias sólidas, tales como el Dióxido de manganeso MnO2, óxido de hierro (III), arena fina o vidrio en polvo. Se cree que la misión del Catalizador es proporcionar una superficie suficiente para que pueda producirse el desprendimiento del oxígeno gaseoso.
Uso Médico
• El oxígeno es utilizado ampliamente en medicina, en diversos casos de deficiencia respiratoria, resucitación, en anestesia, en creación de atmósferas artificiales, terapia hiperbárica, tratamiento de quemaduras respiratorias, etc.
Uso Industrial
• El oxígeno gaseoso, por sus propiedades comburentes, es corrientemente usado en procesos de combustión para obtener mayores temperaturas.
• En mezclas con acetileno u otros gases combustibles, es utilizado en soldadura y corte oxigas.
• Por sus propiedades oxidantes, es utilizado en diversas aplicaciones en siderurgia, industria papelera, electrónica y química.
Precauciones en Manejo y Almacenamiento
• Nunca utilizar oxígeno a presión sin saber manipular correctamente cilindros, reguladores, etc.
• Evitar toda combustión cercana a depósitos o vías de flujo de oxígeno.
• Evitar la presencia de combustibles, especialmente aceites o grasas, en las cercanías de oxígeno (incluso en el suelo o en ropas).
• El contacto de la piel con oxígeno líquido (o depósitos no aislados) puede causar graves heridas por quemadura, debido a su baja temperatura. Debe usarse protección adecuada para manejo de líquidos criogénicos.
Fichas Técnicas
El nitrógeno líquido es inerte, incoloro, inodoro, no corrosivo, no inflamable y extremadamente frío. El nitrógeno constituye la parte principal de la atmósfera (78,03% en volumen, 75,5% en peso). Es inerte excepto cuando se calienta a temperaturas muy altas donde se combina con algunos de los metales más activos, tales como el litio y magnesio, para formar nitruros. También se combina con el oxígeno para formar óxidos de nitrógeno y cuando se combina con hidrógeno en presencia de catalizadores, se forma amoníaco.
Es el componente principal de la atmósfera del planeta Tierra, con el 78,1% de su volumen. Esta concentración es resultado del balance entre la fijación del nitrógeno atmosférico por acción bacteriana, eléctrica (relámpagos) y química (industrial) y su liberación a través de la descomposición de materias orgánicas por bacterias o por combustión. Además, forma parte del 3% de la composición elemental del cuerpo humano y aparece en los restos de animales. Los científicos han detectado algunos compuestos del espacio exterior que contienen nitrógeno.
Este elemento químico es un componente esencial de los ácidos nucleicos y de los aminoácidos. Cuando los compuestos de hidrógenos tienen iones de cianuro, forman sales que son tóxicas y pueden resultar mortales.
Es inerte y actúa como agente diluyente del oxígeno en los procesos de combustión y respiración. Es un elemento importante en la nutrición de las plantas. Ciertas bacterias del suelo fijan el nitrógeno y lo transforman (por ejemplo, en nitratos) para poder ser absorbido por las plantas, en un proceso llamado fijación de essay writing nitrógeno. En forma de proteína es un componente importante de las fibras animales. El nitrógeno aparece combinado en los minerales, como el salitre (KNO3) y el nitrato de Chile (NaNO3), dos importantes productos comerciales.
Historia.- Fue reconocido como sustancia independiente en 1772 por el médico, químico, y botánico escocés Daniel Rutherford, de la Universidad de Edimburgo, quien demostró que era incapaz de sostener la vida ni la combustión. El químico francés Antoine Laurent de Lavoisier lo denominó aire mefítico y más tarde ázoe (“sin vida”) y por este nombre se le conoce aún en Francia (azote). El médico e industrial francés Jean Chaptal, en 1790, propuso el de nitrógeno, debido a la presencia de este elemento en el nitro (salitre, KNO3).
Obtención.- Se obtiene de la atmósfera haciendo pasar aire por cobre o hierro calientes; el oxígeno se separa del aire dejando el nitrógeno mezclado con gases inertes. El nitrógeno puro se obtiene por destilación fraccionada del aire líquido. Al tener el nitrógeno líquido un punto de ebullición más bajo que el oxígeno líquido, el nitrógeno se destila antes, lo que permite separarlos.
Uso Industrial
Por su gran inercia química con respecto a la mayoría de los elementos, y la simpleza y seguridad de operación que lo caracterizan, el nitrógeno tiene valiosas aplicaciones en diversos campos industriales
• Como atmósfera inerte protectora o aislante
• Como gas inerte para remoción de gases disueltos en líquidos (desgasificación) y para agitación de líquidos
• Como agente de limpieza y secado, en química y petroquímica
• En forma líquida, es utilizado para enfriamiento y congelación criogénica.
Uso Medicinal
El nitrógeno es usado en medicina principalmente en estado líquido, en donde se aprovecha su baja temperatura e inercia química para congelación, preservación y control de cultivos, tejidos, etc. Es empleado también en cirugía (equipos de criocirugía).
Principales Precauciones en Manejo y Almacenamiento
• Nunca utilizar nitrógeno bajo presión sin saber manejar correctamente cilindros o reguladores
• El principal peligro del nitrógeno es el de causar asfixia por desplazamiento del oxígeno del aire en espacios confinados
• En el caso de nitrógeno líquido, LIN, deben observarse todas las precauciones referentes a fluidos criogénicos.
Fichas Técnicas
El hidrógeno se utiliza como gas combustible para aplicaciones especiales y como gas de protección en el tratamiento térmico. La alta conductividad térmica del hidrógeno también lo hace adecuado para su uso como gas refrigerante, por ejemplo, para los generadores de energía.
Es el gas más liviano conocido (14 veces más liviano que el aire). A presión y temperatura normales, es un gas incoloro, inodoro e insípido. Está presente en el aire atmosférico en trazas (0,005% en vol.). Es un gas muy inflamable, arde en el aire con una llama casi invisible de matiz azul pálido. Cuando es enfriado a su punto de ebullición de -252,8°C, el hidrógeno se vuelve un líquido transparente 14 veces más liviano que el agua.
Por sus propiedades químicas, el hidrógeno es un agente reductor muy potente, que tiene gran afinidad para el oxígeno y todos los oxidantes.
Uso industrial
• El hidrógeno es utilizado, por sus propiedades reductoras, en combustión, y como componente de atmósferas reductoras en la industria metalúrgica, industrial química y en la industria alimenticia.
Principales precauciones en manejo y almacenamiento
• El hidrógeno es un gas inflamable. Nunca usar hidrógeno bajo presión sin saber manejar correctamente cilindros, válvulas, reguladores, etc.
• El hidrógeno debe ser tratado con el mismo cuidado que todos los gases inflamables, evitando el calentamiento de los cilindros o la cercanía a fuentes de ignición.
• Las válvulas de los cilindros deben abrirse lentamente. Lo mismo debe hacerse al manipular el regulador. No abrir la válvula sin regulador.
• No almacenar hidrógeno al sol directo. No almacenar cilindros de hidrógeno junto a cilindros de oxígeno, ya que la mezcla de ambos gases es explosiva.
MUY IMPORTANTE: Los cilindros que han sido cargados con hidrógeno no deben ser utilizados con otro gas, y de ninguna manera con oxígeno, óxido nitroso o aire.
En condiciones normales es un gas sin color, olor ni sabor. Está presente en la atmósfera en muy baja concentración (5 ppm.). Es un gas aproximadamente 7 veces más liviano que el aire. Es químicamente inerte, no inflamable y es el menos soluble en líquidos de todos los gases.
El helio se licua a temperaturas extremadamente bajas (-268,9°C) y para solidificarlo debe ser enfriado a una temperatura cercana al cero absoluto (-271,4°C), punto en que además se le debe aplicar una presión de 30 bar, siendo la única sustancia que permanece fluida a tan bajas temperaturas, por lo que es de gran importancia en investigación científica.
Uso industrial
• Se utiliza como atmósfera inerte de protección en soldadura (MIG, TIG, plasma), tratamientos térmicos y en producción de metales (titanio, zirconio). Por su baja densidad y no inflamabilidad, es usado para inflar globos publicitarios, de meteorología, de diversión y otros.
• Por su capacidad de mantenerse fluido a bajas temperaturas, y su elevada conductividad térmica, es utilizado en criogenia, en aplicaciones especiales de refrigeración y en enfriamiento de equipos industriales.
• Se utiliza también en detección de fugas.
Fichas Técnicas
El Aire Sintético Seco se refiere a una aplicación de técnicas que hace uso de aire que ha sido sometido a presión por medio de un compresor. El aire se comprime, se extrae la humedad y se filtra. Muy usado en la industria, tiene la ventaja sobre los sistemas hidráulicos de ser más rápido, aunque es menos preciso en el posicionamiento de los mecanismos y no permite fuerzas grandes.
Por lo tanto, el aire sintético comprimido, es una masa de aire que se encuentra sometida a una presión superior a la atmosférica. Esta capacidad del aire para ser comprimido, se explica en las leyes de los gases.
Las aplicaciones del aire sintético comprimido seco, son muy diversas. Bien como fuente de energía o como aire acumulado para su uso posterior; el aire comprimido ha sido considerado por algunos autores como la cuarta energía, después de la electricidad, los combustibles fósiles o el viento.