Unidad 6 gases

¿QUÉ SON LOS GASES? Gas industrial Los gases industriales son un grupo de gases manufacturados que se comercializan con usos en diversas aplicaciones. Principalmente son empleados en procesos industriales, tales como la fabricación de acero, aplicaciones médicas, fertilizantes, semiconductores, etc. Pueden ser a la vez orgánicos e inorgánicos y se obtienen del aire mediante un proceso de separación o producidos por síntesis química. Pueden tomar distintas formas como comprimidos, en estado líquido, o sólido. Ejemplo de gases industriales: acetileno (C2H2) dióxido de carbono (CO2) monóxido de carbono (CO) cloro (Cl2) hidrógeno (H2) cloruro de hidrógeno (HCl) metano (CH4) óxido nitroso (N2O) propano (C3H8) dióxido de azufre (SO2) Gases del aire (Ar) (N2) (O2) Gases nobles (He) (Kr) (Ne) (Xe) Acetileno (C2H2) En petroquímica se obtiene el acetileno por quenching (el enfriamiento rápido) de una llama de gas natural o de fracciones volátiles del petróleo con aceites de elevado punto de ebullición o porun proceso alternativo de síntesis, más apto para el laboratorio, es la reacción de agua con carburo cálcico (CaC2). Se forma hidróxido cálcico y acetileno. El gas formado en esta reacción a menudo tiene un olor característico a ajo debido a trazas de fosfina que se forman del fosfuro cálcico presente como impureza. El acetileno es un compuesto exotérmico por esto su generación suele necesitar elevadas temperaturas en alguna de sus etapas o el aporte de energía química de alguna otra manera. El acetileno es un gas explosivo si su contenido en aire está comprendido entre 2 y 82%. también explota si se comprime solo, sin disolver en otra sustancia, por lo que para almacenar se disuelve en acetona. El acetileno se utilizaba como fuente de iluminación y de calor. En la vida diaria el acetileno es conocido como gas utilizado en equipos de soldadura debido a las elevadas temperaturas (hasta 3.000 ºC) que alcanzan las mezclas de acetileno y oxígeno en su combustión. El acetileno es además un producto de partida importante en la industria química. Hasta la segunda guerra mundial una buena parte de los procesos de síntesis se basaron en el acetileno. Hoy en día pierde cada vez más en importancia debido a los elevados costes energéticos de su generación. Disolventes como el tricloretileno, el tetracloretano, productos de base como viniléteres y vinilésteres y algunos carbociclos (síntesis según Reppe) se obtienen a partir del acetileno. Éste también se utiliza en especial en la fabricación del cloroetileno (cloruro de vinilo) para plásticos, del etanal (acetaldehido) y de los neoprenos del caucho sintético. Dióxido de carbono (CO2) Formas producción y abastecimiento El dióxido de carbono se encuentra principalmente en el aire, pero también en el agua formando parte del ciclo del carbono. El CO2 es un compuesto resultante de todas las combustiones. En los últimos años la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera ha crecido constantemente, debido principalmente a las emisiones causadas por los seres humanos mediante el uso de combustibles fósiles. También puede obtenerse CO2 mediante procesos de fermentación y mediante el proceso de producción de ron. Aún cuando el dióxido de carbono se produce de manera directa en los procesos mencionados anteriormente para que éste pueda ser usado debe pasar por un proceso de purificación en el que se extraen los restos de agua, oxígeno, nitrógeno, argón, metano y etileno, entre otros. Cuando los volúmenes de producción y almacenamiento son muy elevados el CO2 puede ser almacenado y transportado en forma líquida, por otro lado cuando se comercializa en cantidades moderadas lo más común es la distribución en cilindros de comprimido. Siendo el estado gaseoso la forma más común de utilizar el CO2. Se utiliza como agente extintor eliminando el oxígeno para el fuego. En Industria Alimenticia, se utiliza en bebidas carbonatadas para darles efervescencia. También se puede utilizar como ácido inocuo o poco contaminante. La acidez puede ayudar a cuajar lácteos de una forma más rápida y por tanto barata, sin añadir ningún sabor y en la industria se puede utilizar para neutralizar residuos alcalinos sin añadir otro ácido más contaminante como el sulfúrico. En agricultura, se puede utilizar como abonado. Aunque no pueden absorberlo por las raíces, se puede añadir para bajar el pH, evitar los depósitos de cal y hacer más disponibles algunos nutrientes del suelo. También en refrigeración como una clase líquido refrigerante en máquinas frigoríficas o congelado como hielo seco. Este mismo compuesto se usa para crear niebla artificial y sensación de hervor en agua en efectos especiales en el cine y los espectáculos. Otro uso que está incrementándose es su empleo como agente extractante cuando se encuentra en condiciones supercríticas dada su escasa o nula presencia de residuos en los extractos. Este uso actualmente se reduce a la obtención de alcaloides como la cafeína y determinados pigmentos, pero una pequeña revisión por revistas científicas puede dar una visión del enorme potencial que este agente de extracción presenta, ya que permite realizar extracciones en medios anóxidos lo que permite obtener productos de alto potencial antioxidante. Es utilizado también como material activo para generar luz coherente. (Láser de CO2) Junto con el agua es el disolvente más empleado en procesos con fluidos supercríticos. Efectos fisiológicos y ambientales El dióxido de carbono es esencial para la respiración interna en el cuerpo humano. La respiración interna es un proceso por el cual el oxígeno es transportado a los tejidos corporales y el dióxido de carbono es tomado de ellos y transportado al exterior. El dióxido de carbono es un guardián del pH de la sangre, lo cual es esencial para sobrevivir. El sistema regulador en el cual el dióxido de carbono juega un papel importante es el llamado tampón carbonato. Consiste en iones bicarbonato y dióxido de carbono disuelto, con ácido carbónico. El ácido carbónico neutraliza los iones hidroxilo, lo que hará aumentar el pH de la sangre cuando sea añadido. El ión bicarbonato neutraliza los protones, lo que provocará una disminución del pH de la sangre cuando sea añadido. Tanto el incremento como la disminución del pH son una amenaza para la vida. Aparte de ser un tampón esencial en el cuerpo humano, también se sabe que el dióxido de carbono tiene efectos sobre la salud cuando la concentración supera un cierto límite. Principales peligros para la salud del dióxido de carbono Asfixia: Causada por la liberación de dióxido de carbono en un área cerrada o sin ventilación. Esto puede disminuir la concentración de oxígeno hasta un nivel que es inmediatamente peligroso para la salud humana. Congelación: El dióxido de carbono siempre se encuentra en estado sólido por debajo de los 78 °C en condiciones normales de presión, independientemente de la temperatura del aire. El manejo de este material durante más de uno o dos segundos sin la protección adecuada puede provocar graves ampollas, y otros efectos indeseados. El dióxido de carbono gaseoso liberado por un cilindro de acero, tal como un extintor de incendios, provoca efectos similares. Daños renales o coma: Esto es causado por una alteración en el equilibrio químico del tampón carbonato. Cuando la concentración de dióxido de carbono aumenta o disminuye, provocando alteración del equilibrio, puede tener lugar una situación amenazante para la salud. Algunos científicos han descubierto que el dióxido de carbono de la atmósfera ayuda a las plantas a afrontar los efectos de diversos tipos de estrés ambiental causantes de oxidación (el estrés oxidativo constituye una de las causas principales del envejecimiento). También parece ser que el dióxido de carbono produce un ligero incremento de los niveles de ciertos antioxidantes beneficiosos para la salud y de sustancias anticancerosas que las plantas producen Monóxido de carbono (CO) El óxido de carbono (II) también denominado monóxido de carbono, gas carbonoso y anhídrido carbonoso cuya fórmula química es CO, es un gas inodoro, incoloro, inflamable y altamente tóxico. Puede causar la muerte cuando se respira en niveles elevados. Se produce por la combustión incompleta de sustancias como gas, gasolina, keroseno, carbón, petróleo, tabaco o madera. Las chimeneas, las calderas, los calentadores de agua o calefones y los aparatos domésticos que queman combustible, como las estufas u hornallas de la cocina o los calentadores a kerosina, también pueden producirlo si no están funcionando bien. Los vehículos detenidos con el motor encendido también lo despiden. USOS Agente reductor en operaciones metalúrgicas, manufactura de muchos productos químicos incluyendo metanol. Ácido acético, fosgeno, combustibles, constituyente del gas de síntesis. Cloro (Cl2) Características principales En la naturaleza no es posible encontrarlo en estado puro ya que reacciona con rapidez con muchos elementos y compuestos químicos, por esta razón se encuentra formando parte de cloruros (especialmente en forma de cloruro de sodio), cloritos y cloratos , en las minas de sal y disuelto en el agua de mar. Usos Las principales aplicaciones de cloro son en la producción de un amplio rango de productos industriales y para consumo. Por ejemplo, es utilizado en la elaboración de plásticos, solventes para lavado en seco y desgrasado de metales, producción de agroquímicos y fármacos, insecticidas, colorantes y tintes, etc. El cloro es un químico importante para la purificación del agua (como en plantas de tratamiento de agua), en desinfectantes, y en la lejía. El cloro en agua es más de tres veces más efectivo como agente desinfectante contra Escherichia coli que una concentración equivalente de bromo, y más de seis veces más efectiva que una concentración equivalente de yodo. El cloro elemental es un oxidante. Interviene en reacciones de sustitución, donde desplaza a los halógenos menores de sus sales. Por ejemplo, el gas de cloro burbujeado a través de una solución de aniones bromuro o yoduro los oxida a bromo y yodo, respectivamente. El cloro es usado en la manufactura de numerosos compuestos orgánicos clorados, siendo los más significativos en términos de volumen de producción el 1,2-dicloroetano y el cloruro de vinilo, intermediarios en la producción del PVC. Otros organoclorados particularmente importantes son el cloruro de metilo, cloruro de metileno, cloroformo, cloruro de vinilideno,tricloroetileno, percloroetileno, cloruro de alilo, epiclorhidrina, clorobenceno, diclorobencenos y triclorobencenos. El cloro también es usado en la producción de cloratos y en la extracción de bromo. Hidrógeno (H2) El hidrógeno es un elemento químico representado por el símbolo H y con un número atómico de 1. En condiciones normales de presión y temperatura, es un gas diatónico (H2) incoloro, inodoro, insípido, no metálico y altamente inflamable. Con una masa atómica de 1,00794 uma, el hidrógeno es el elemento químico más ligero y es, también, el elemento más abundante, constituyendo aproximadamente el 75% de la materia visible del universo. Cloruro de hidrógeno (HCl) A condiciones normales de presión y temperatura (CNPT) es un gas más denso que el aire. Es un compuesto tóxico, corrosivo, de olor picante y sofocante. En su forma anhidra, no ataca metales ni aleaciones. Pero en presencia de humedad produce vapores de ácidos que atacan a la mayoría de los metales exceptuando la plata, el oro, el platino y el tantalio. Industrialmente, se obtiene por síntesis de sus elementos en disolución de ácido clorhídrico o por reacción del ácido sulfúrico con el cloruro de sodio. Se usa, por ejemplo, para limpiar, tratar y galvanizar metales, curtir cueros, y en la refinación y manufactura de una amplia variedad de productos. El cloruro de hidrógeno puede formarse durante la quema de muchos plásticos. Cuando entra en contacto con el agua, forma ácido clorhídrico. Tanto el cloruro de hidrógeno como el ácido clorhídrico son corrosivos. Metano (CH4) El metano es el componente mayoritario del gas natural, aproximadamente un 97% en volumen a temperatura ambiente y presión estándar, por lo que se deduce que en condiciones estándar de 0ºC y una atmósfera de presión tiene un comportamiento de gas ideal y el volumen se determina en función del componente mayoritario de la mezcla, lo que quiere decir que en un recipiente de un metro cúbico al 100% de mezcla habrá 0.97 metros cúbicos de gas natural el metano es un gas incoloro e inodoro. Como medida de seguridad se añade un odorífero, Habitualmente metanotiol o etanotiol. El metano tiene un punto de ebullición de -161,5 °C a una atmósfera y un punto de fusión de -183 °C. Como gas es sólo inflamable en un estrecho intervalo de concentración en el aire (5-15%). El metano líquido no es combustible. Usos industriales El metano es utilizado en procesos químicos industriales y puede ser transportado como líquido refrigerado (gas natural licuado, o GNL). Mientras que las fugas de un contenedor refrigerado son inicialmente más pesadas que el aire debido a la alta densidad del gas frío, a temperatura ambiente el gas es más ligero que el aire. Los gasoductos transportan grandes cantidades de gas natural, del que el metano es el principal componente. En la industria química, el metano es la materia prima elegida para la producción de hidrógeno, metanol, ácido acético y anhidro acético. Cuando se emplea para producir cualquiera de estos productos químicos, el metano se transforma primero en gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, mediante reformación por vapor. En este proceso, el metano y el vapor reaccionan con la ayuda de un catalizador de níquel a altas temperaturas (700 -1.100 °C). La proporción de monóxido de carbono frente al hidrógeno puede ser ajustada mediante la reacción de desplazamiento de gas de agua al valor deseado. CO + H2O -> CO2+ H2 Otros productos químicos menos importantes derivados del metano incluyen el acetileno obtenido haciendo pasar metano a través de un arco eléctrico, y los clorometanos (clorometano, diclorometano, cloroformo, y tetracloruro de carbono), producidos por medio de la reacción del metano con cloro en forma de gas . Sin embargo, el uso de estos productos está disminuyendo, el acetileno está siendo reemplazado por sustitutos más económicos y los clorometanos debido a motivos de salud y medioambientales. Óxido nitroso (N2O) El óxido de nitrógeno (I) se genera convenientemente por la termólisis controlada del nitrato amónico o por reacción de amoníaco con ácido nítrico: Hay que controlar bien las condiciones de esta reacción porque existe el peligro de explosión. El óxido de nitrógeno (I) se forma también en condiciones anaeróbicas a partir de abonos minerales en el suelo. Es un importante gas de efecto invernadero con una permanencia media de 100 años en la atmósfera. Actualmente se atribuye el 5 % del efecto invernadero artificial a este gas. Además ataca la capa de ozono, reduciendo el ozono a oxígeno molecular y liberando dos moléculas de monóxido de nitrógeno. En la industria alimenticia se utiliza para hacer los alimentos (natas, yogures etc.) más espumosos. Se utiliza también en las combustiones de los motores convencionales o en algunos cohetes. Así se aumenta la potencia de los motores. En los cohetes se aprovecha el hecho que es un gas fácilmente licuable que elimina la necesidad de trabajar con tecnologías criogénicas complicadas y costosas. Propano (C3H8) El propano es un gas incoloro e inodoro. Pertenece a los hidrocarburos alifáticos con enlaces simples de carbono, conocidos como alcanos. Su fórmula química es C3H8 Las mezclas de propano con el aire pueden ser explosivas con concentraciones del 1,7 a 9,3 % Vol. de propano. La llama del propano, al igual que la de los demás gases combustibles, debe de ser completamente azul; cualquier parte amarillenta, anaranjada o rojiza de la misma, denota una mala combustión. A temperatura ambiente, es inerte frente a la mayor parte de los reactivos aunque reacciona por ejemplo con el bromo en presencia de luz. En elevadas concentraciones el propano tiene propiedades narcotizantes. Usos El principal uso del propano es el aprovechamiento energético como combustible. Con base al punto de ebullición más bajo que el butano y el mayor valor energético por gramo, a veces se mezcla con éste o se utiliza propano en vez de butano. En la industria química es uno de los productos de partida en la síntesis del propeno. Además se utiliza como gas refrigerante o como gas propulsor en aerosoles. Dióxido de azufre (SO2) El óxido de azufre (IV) también llamado dióxido de azufre, gas sulfuroso y anhídrido sulfuroso, cuya fórmula es SO2, es un gas incoloro con un característico olor asfixiante. Se trata de una sustancia reductora que, con el tiempo y en contacto con el aire y la humedad, se convierte en óxido de azufre (VI). La velocidad de esta reacción en condiciones normales es baja. En agua se disuelve formando una disolución ácida. Puede ser concebido como el anhidruro de un hipotético ácido sulfurosoH2SO3. Esto en analogía a lo que pasa con el ácido carbónico— es inestable en disoluciones ácidas pero forma sales, lossulfitos y hidrogenosulfitos. Aplicaciones Aparte de su papel como intermedio en la fabricación del ácido sulfúrico el óxido de azufre (IV) es empleado en varias otras síntesis. Con el cloro da el cloruro de sulfuril (SO2Cl2), un importante intermedio en la industria química. Si se hace reaccionar con el cloro y compuestos orgánicos se pueden obtener en una reacción de clorosulfonación directa, los clorosulfonatos como precursores de detergentes y otras sustancias. En estado líquido es un buen disolvente y es utilizado como tal. En la industria alimenticia se aplica como conservante y antioxidante sobre todo para zumos, frutos secos, mermeladas, vino etc. Nitrógeno Elemento químico de símbolo N, número atómico 7 y peso atómico 14,0067. Es un gas inerte, no metal, incoloro, inodoro e insípido que en condiciones normales forma un gas diatómico. En estado combinado, el nitrógeno se presenta en diversas formas. Es constituyente de todas las proteínas (vegetales y animales), así como también de muchos materiales orgánicos. Su principal fuente mineral es el nitrato de sodio. El nitrógeno molecular es el principal constituyente de la atmósfera (78% por volumen de aire seco). El nitrógeno es un gas tan inerte que Lavoisier se refería a él como azote (ázoe) que significa sin vida. Se clasificó entre los gases permanentes Los compuestos de nitrógeno ya se conocían en la Edad Media ; así, los alquimistas llamaban aqua fortis al ácido nítrico y aqua regia a la mezcla de ácido nítrico y clorhídrico, conocida por su capacidad de disolver el oro. Características Gas no inflamable, incoloro e inodoro En cantidades considerables produce asfixia Peso Molecular: 28.0 Usado en materiales comunes. Tipo de válvula del cilindro: CGA580 Para la salud puede ser asfixiante en caso de no haber ventilación adecuada. Los cilindros deben ser transportados y almacenados en forma vertical y de manera fija. Propiedades El nitrógeno elemental tiene una reactividad baja hacia la mayor parte de las sustancias comunes, a temperaturas ordinarias. A altas temperaturas, reacciona con cromo, silicio, titanio, aluminio, boro, berilio, magnesio, bario, estroncio, calcio y litio para formar nitruros; con O 2 , para formar NO, y en presencia de un catalizador, con hidrógeno a temperaturas y presión bastante altas, para formar amoniaco. Tiene una elevada electronegatividad (3 en la escala de Pauling) y 5 electrones en el nivel más externo comportándose como trivalente en la mayoría de los compuestos que forma. Condensa a 77 K y solidifica a 63 K empleándose comúnmente en aplicaciones. Efectos fisiológicos y ambientales Las moléculas de Nitrógeno se encuentran principalmente en el aire. En agua y suelos el Nitrógeno puede ser encontrado en forma de nitratos y nitritos. Todas estas substancias son parte del ciclo del Nitrógeno, aunque hay una conexión entre todos. Los humanos han cambiado radicalmente las proporciones naturales de nitratos y nitritos, mayormente debido a la aplicación de estiércoles que contienen nitrato. El Nitrógeno es emitido extensamente por las industrias, incrementando los suministros de nitratos y nitritos en el suelo y agua como consecuencia de reacciones que tienen lugar en el ciclo del Nitrógeno. Las concentraciones de Nitrógeno en agua potable aumentarán grandemente debido a esto. Nitratos y nitritos son conocidos por causar varios efectos sobre la salud. Estos son los efectos más comunes: • Reacciones con la hemoglobina en la sangre, causando una disminución en la capacidad de transporte de oxígeno por la sangre. (nitrito) • Disminución del funcionamiento de la glándula tiroidea. (nitrato) • Bajo almacenamiento de la vitamina A. (nitrato) • Producción de nitrosaminas, las cuales son conocidas como una de las más comunes causas de cáncer. (nitratos y nitritos) Formas producción y abastecimiento El nitrógeno es el componente principal de la atmósfera terrestre (78,1% en volumen) y se obtiene para usos industriales de la destilación del aire líquido. Está presente también en los restos de animales, por ejemplo el guano, usualmente en la forma de urea, ácido úrico y compuestos de ambos. Tecnologías recientes permiten la separación del Nitrógeno del resto de los gases que componen el aire atmosférico mediante el uso de membranas (PRISMA) y tamices (PSA). Estas tecnologías que operan de forma análoga se basan en la absortividad y velocidad de disipación de los gases para lograr la obtención de nitrógeno en las purezas requeridas por la industria. Se han observado compuestos que contienen nitrógeno en el espacio exterior y el isótopo Nitrógeno-14 se crea en los procesos de fusión nuclear de las estrellas. Aplicaciones La aplicación comercial más importante del nitrógeno es la obtención de amoníaco por el proceso de Haber . El amoníaco se emplea con posterioridad en la fabricación de fertilizantes y ácido nítrico. También se usa, por su baja reactividad, como atmósfera inerte en tanques de almacenamiento de líquidos explosivos, durante la fabricación de componentes electrónicos (transistores, diodos, circuitos integrados, etc.) y en la fabricación del acero inoxidable. Gran parte del interés industrial en el nitrógeno se debe a la importancia de los compuestos nitrogenados en la agricultura y en la industria química; de ahí la importancia de los procesos para convertirlo en otros compuestos. El nitrógeno también se usa para llenar los bulbos de las lámparas incandescentes. El nitrógeno líquido, producido por destilación del aire líquido, se usa en criogenia, ya que a presión atmosférica condensa a -195,8 ºC ; aplicación importante es también la de refrigerante, para la congelación y el transporte de comida y la conservación de cuerpos y células reproductivas (semen y óvulos) o cualesquiera otras muestras biológicas. Las sales del ácido nítrico incluyen importantes compuestos como el nitrato de potasio (nitro o salitre empleado en la fabricación de pólvora) y el nitrato de amonio fertilizante. Los compuestos orgánicos de nitrógeno como la nitroglicerina y el trinitrotolueno son a menudo explosivos. La hidracina y sus derivados se usan como combustible en cohetes. Aplicaciones La aplicación comercial más importante del nitrógeno diatómico es la obtención de amoníaco por el proceso de Haber. El amoníaco se emplea con posterioridad en la fabricación de fertilizantes y ácido nítrico. Las sales del ácido nítrico incluyen importantes compuestos como el nitrato de potasio (nitro o salitre empleado en la fabricación de pólvora) y el nitrato de amonio fertilizante. Los compuestos orgánicos de nitrógeno como la nitroglicerina y el trinitrotolueno son a menudo explosivos. La hidracina y sus derivados se usan como combustible en cohetes. El ciclo de este elemento es bastante más complejo que el del carbono, dado que está presente en la atmósfera no sólo como N2 (78%) sino también en una gran diversidad de compuestos. Se puede encontrar principalmente como N2O, NO y NO2, los llamados NOx. También forma otras combinaciones con oxígeno tales como N2O3 y N2O5 (anhídridos), "precursores" de los ácidos nitroso y nítrico. Con hidrógeno forma amoníaco (NH3), compuesto gaseoso en condiciones normales. Al ser un gas poco reactivo, el nitrógeno se emplea industrialmente para crear atmósferas protectoras y como gas criogénico para obtener temperaturas del orden de 78K de forma sencilla y económica. CLASIFICACIÓN DE LOS GASES SEGÚN PROPIEDADES QUÍMICAS: Gases inflamables.- Cualquier gas que pueda arder en concentraciones normales de oxigeno en el aire se considera gas inflamable. Al igual que los vapores de los líquidos inflamables, los gases inflamables entraran en combustión sólo cierto de dentro límites de la mezcla gas-aire (límites de inflamabilidad rango de inflamabilidad) y a una cierta temperatura necesaria para iniciar la reacción (temperatura de ignición). Ambos parámetros son particulares para cada tipo de gas. Para esta clasificación podemos mencionar el metano, hidrógeno, propano, butano, acetileno. Gases no inflamables.- Son los que no arden en ninguna concentración de aire u oxígeno. Sin embargo, muchos de estos gases pueden mantener la combustión de otras materias, mientras que otros tienden a sofocarla. Los que mantienen la combustión se llaman oxidantes y se trata generalmente de oxígeno o mezclas de éste con otros gases. Los que no mantienen la combustión se llaman gases inertes siendo los más comunes el nitrógeno, argón, helio, dióxido de carbono y dióxido de azufre. Gases Reactivos.- Son aquellos que reaccionan con otras materias o consigo mismo produciendo cantidades de calor o productos de reacción potencialmente peligrosos mediante una reacción distinta de la combustión y bajo condiciones de iniciación razonablemente previsibles (calor, impacto, etc)Como ejemplo podemos mencionar el flúor que reacciona con prácticamente todas las sustancias orgánicas e inorgánicas produciendo generalmente llamas. También el cloro y el hidrógeno pueden reaccionar generando llamas. Otros gases reaccionan consigos mismos ante el calor o impacto, incluida la exposición de sus recipientes al fuego, produciendo cantidades de calor y liberación de energía. Entre estos se encuentran el acetileno, el propano dieno, y el cloruro de vinilo. Estos gases se encuentran generalmente en recipientes mezclados con otras sustancias para su transporte y para estabilizarlos y para evitar su posible reacción. Gases Tóxicos.- Ciertos gases pueden presentar un serio riesgos para las personas si se liberan en la atmósfera. En esta categoría se incluyen los que son venenosos o irritantes al inhalarlos o entrar en contacto con la piel, tales como el cloro, el sulfuro de hidrógeno, el dióxido de azufre, el amoniaco y el monóxido de carbono. CLASIFICACIÓN SEGÚN SUS PROPIEDADES FÍSICAS: Por su naturaleza los gases deben estar encerrados en recipientes para su transporte, manipulación y almacenamiento hasta el momento de su empleo. Por cuestiones de economía práctica, los recipientes que contienen gases deben contener la mayor cantidad de gas posible. Para esto se ha adoptado la forma líquida para su transporte y almacenamiento aunque algunas veces éstas operaciones se realizan en estados gaseosos. Gases Comprimidos.- Son aquellos gases que a temperaturas atmosféricas normales permanecen exclusivamente en estado gaseoso bajo presión. Esto tiene que ver con su punto de ebullición por lo que permanecen en estado gaseoso sin licuarse, aún a altas presiones, a menos que se sometan a bajas temperaturas. La cantidad de gas que se pueda almacenar en esta forma muy limitada comparada con los gases licuados. Una botella de 9 kilos de oxígeno en estado gaseoso puede contener 7 m3 (7000 litros) en condiciones normales en temperatura y presión (21°C y 1 atmósfera)La misma botella puede contener 53 kilos de oxígeno líquido lo que equivale a 40 m3 (40000 litros) a temperatura y presión normales, vale decir, 6 veces más. Este ejemplo sólo es válido para establecer una comparación, puesto que el oxígeno comprimido y el licuado se envasan en recipientes de diferentes características. Las presiones máximas de los cilindros de gases comprimidos esta dada por el costo de construcción del cilindro pero generalmente oscila entre 125 y 21 kilos por centímetro cuadrado. Gases licuados.- Son aquellos que a temperaturas atmosféricas normales permanecen a presión en un recipiente en estado líquido y gaseoso. Esto debido a que tienen puntos de ebullición relativamente cercanos a la temperatura ambiente. Gases Criogénicos.- Son aquellos gases que no se licúan aplicando altas presiones, por lo que deben ser sometidos a temperaturas muy baja conocidas como temperaturas criogénicas. En este estado se almacena a presiones bajas o modernas y a temperatura algo superior a su punto de ebullición.La criogenia es la ciencia que estudia los procesos que ocurren a temperaturas inferiores a los -100 °c. Entre estos se encuentran el oxígeno con punto de ebullición de -183°c, el nitrógeno con -196°c, el argón con -186°c, el hidrógeno con -253°c y el helio con temperaturas del orden del -267°c. PRINCIPALES RIESGOS DE LOS GASES: En nuestra tarea de respuesta de emergencia es fundamental reconocer los riesgos que presenten los diferentes gases en los diversos accidentes en que pueden verse involucrados. Para este fin daremos un listado de los gases más comunes con sus datos técnicos, riesgos y técnicas para su reducción. Pero mencionaremos de modo general los principales riesgos de los gases.Los riesgos de los gases se dividen entre los presentados por los gases encerrados en un recipiente y los presentados por los escapes de gas del recipiente, aunque los dos puedan tener lugar simultáneamente. Almacenamiento y manejo de gases El campo de los gases es muy amplio y diverso, estando presentes en el mundo industrial como materia prima, producto intermedio, producto acabado o residuo. Sin las medidas adecuadas de Seguridad, estas sustancias pueden dar lugar a intoxicaciones, incendios y explosiones. 2. GASES Se puede empezar definiendo los gases como aquellas sustancias cuya temperatura de ebullición es inferior a la temperatura ambiente. Atendiendo a su forma de almacenamiento, los gases se pueden dividir en: Gases permanentes: no se pueden licuar a temperatura ambiente. Gases licuados: se pueden licuar a temperatura ambiente. Gases disueltos: gases disueltos a presión en un disolvente, que puede estar absorbido por un material poroso. Gases permanentemente licuados: refrigerados a temperaturas muy bajas. 3. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS PRINCIPALES Las principales características físicas de los gases son las siguientes: Densidad relativa: Es la relación entre la densidad del gas y del aire en las mismas condiciones de presión y temperatura. Si es mayor que uno indicará la tendencia del gas a acumularse en zonas bajas; en caso contrario tenderá a ascender. Presión de vapor: Es la presión a la cual se encuentran en equilibrio las fases líquida y gas. Temperatura crítica: Es la temperatura a partir de la cual no es posible licuar un gas por compresión isoterma. 4. CARACTERÍSTICAS DE PELIGROSIDAD Las características de peligrosidad más relevantes de los gases son las siguientes: Inflamabilidad: Son gases inflamables aquellos que, a la presión normal y mezclados con el aire, pueden entraren combustión al aplicar una fuente de ignición. Toxicidad: Son gases tóxicos aquellos que por inhalación, ingestión o penetración cutánea, pueden entrañar riesgos graves, agudos o crónicos e incluso la muerte. Reactividad: Son gases reactivos aquellos que por sus propiedades químicas pueden reaccionar consigo mismos o con otros productos, de forma no deseable. Hay varios tipos: Comburentes. Combustibles/inflamables. Corrosivos. Inestables. 5. INFLAMABILIDAD Los parámetros cuantitativos más destacables de la inflamabilidad en gases son los siguientes: Límite inferior de inflamabilidad: Concentración mínima de gas inflamable en mezcla con el aire, por debajo de la cual no se produce la ignición (mezcla pobre). Límite superior de inflamabilidad: Concentración máxima de gas inflamable en mezcla con el aire, por encima de la cual no se produce la ignición (mezcla rica). Temperatura de autoignición: Mínima temperatura requerida para iniciar o dar lugar una combustión automantenida, independientemente de la presencia de un foco de ignición. Energía de ignición: Energía mínima necesaria para la ignición de la mezcla gas inflamable-aire. 6. TOXICIDAD Hay dos clases de parámetros en la toxicidad que es necesario evaluar separadamente. Unos son los límites de concentración y otros los criterios de toxicidad. 6.1 Límites de Concentración Su fin es garantizar que una persona expuesta a dichas concentraciones en unas condiciones determinadas no sufra un daño concreto en su salud. Los parámetros mas utilizados son los siguientes: l Concentración Máxima Permisible (CMP): Son las concentraciones máximas de gases en el área de trabajo, que no deben sobrepasarse durante la jornada laboral de 8 h. y a lo largo de toda la vida activa del trabajador. Es el límite recogido en la legislación española en el Reglamento de Actividades molestas, insalubres, nocivas y peligrosas. l Límites IPVS (Inmediatamente Peligrosa para la Vida o la Salud): Es la máxima concentración de gas a la que puede estar expuesto un sujeto durante 30 min. sin que se produzcan síntomas graves ni efectos irreversibles para la salud. El esultado se expresa en mg/m³ de aire o en ppm. Es el límite fijado en la legislación española como límite para planificación de la zona de intervención. l TLV's (Threshold Limit Values): Hacen referencia a las concentraciones de gases en aire por debajo de las cuales la mayoría de los trabajadores pueden exponerse sin sufrir efectos adversos para su salud. Dado que los efectos dependen también del tiempo al que se vea expuesto el trabajador, se definen varios TLV's: TLV-TWA (media ponderada en el tiempo), TLVSTEL (exposición en cortas duraciones), TLV-C (concentración máxima instantánea). l Límites de Exposición Permisible (PEL): Son las concentraciones de gases en el aire por debajo de las cuales la mayoría de los trabajadores pueden exponerse sin sufrir efectos adversos para su salud. 6.2 Criterios de toxicidad Estos criterios se recogen en la Reglamentación vigente en forma de dosis letales en animales por inhalación. Para ello se utiliza el siguiente valor: l Valor CL50 para toxicidad aguda por inhalación: Es la concentración de gas administrada a animales por inhalación continua durante 1-8 horas, que causa la muerte en un plazo de 14 días a la mitad de los animales del grupo. El resultado se expresa en mg/l ó m³ de aire (ppm). El valor CL50 para algunos gases usuales en la industria es: l Cloro 293 ppm (1h) l Cloruro de hidrógeno 4.761ppm (30 min.) l Sulfuro de hidrógeno 444 ppm (1h) l Oxido de etileno 800 ppm (4h) En el reglamento sobre declaración de sustancias nuevas y clasificación, envasado y etiquetado de sustancias peligrosas, se establecen los siguientes criterios de clasificación atendiendo a la toxicidad: CATEGORIA CL50 por INHALACIÓN EN RATA (4 h) mg/l l Muy tóxicas < 0,50 l Tóxicas 0,5 - 2 2 – 20 7. EQUIPOS DE PROTECCIÓN INDIVIDUAL Los contaminantes químicos en forma gaseosa penetran en el organismo a través de dos vías diferentes, principalmente: vía cutánea y vía respiratoria. En cualquier caso, para la elección del equipo de protección individual adecuado se tendrá en cuenta: l Contaminantes en el ambiente. l Concentración de los mismos. l Porcentaje de oxígeno en volumen. Seguidamente , se muestran los principales métodos de protección cutánea y respiratoria. 7.1 Protección Cutánea El aislamiento de esta vía de penetración se consigue mediante el empleo de una vestimenta apropiada, aunque existen otros métodos de protección. Los principales son: l Traje de protección química. l Botas. l Guantes de protección. l Protección Dermatológica. l Jabones neutros. l Cremas barrera. l Crema hidratante. 7.2 Protección Respiratoria Los equipos pertenecientes a esta protección se clasifican en dos grupos básicos: l Equipos dependientes del medio ambiente. l Equipos independientes del medio ambiente. Equipos dependientes del medio ambiente: Son aquellos equipos en los que el usuario respira el propio aire que le envuelve, previa purificación de éste. En general, se puede decir que estos equipos constan esencialmente de dos partes: l Adaptador facial: que permite por un lado que el aire a respirar por el trabajador penetre perfectamente en las vías respiratorias y, por otro lado, que en dichas vías respiratorias no penetre aire contaminado. Puede ser de tres tipos: l Máscara. l Mascarilla. l Boquilla. l Filtro: es el encargado de mantener la respiración en ambientes contaminados sin riesgo para el usuario. Los hay de tres tipos: l Filtros mecánicos. l Filtros químicos. l Filtros mixtos. Equipos independientes del medio ambiente: Son aquellos equipos en los que el aire que respira el usuario no procede del medio donde se encuentra éste, sino que es preciso una fuente de aportación de aire en condición de ser inhalado. Existen dos clases: l Equipos semiautónomos (mangueras): l De aire fresco. l De aire comprimido. l Equipos autónomos: l De oxígeno regenerable (botella + filtro). l De salida libre (botella). 8. SISTEMAS DE DETECCIÓN DE GASES La detección de gases se presenta como un método muy importante para la prevención de los accidentes provocados por las fugas. Es obvio que los diferentes tipos de detección deben ser conectados a centrales de alarmas que posibiliten bien la actuación de los equipos de mantenimiento o emergencia o bien la activación de sistemas de seguridad que interrumpan la fuga de gas en procesos o instalaciones. A continuación se enumeran los principales métodos y equipos utilizados en la detección de gases: l Tubos con reactivos químicos: Son tubos de vidrio rellenos de un reactivo químico que reacciona en presencia de un determinado gas. l Detectores de fotoionización: El principio de detección se basa en la ionización del gas por luz ultravioleta. Los iones son recogidos en un electrodo colector, la corriente producida es proporcional a la concentración del gas. l Medidores de ionización por llama: Similar al anterior: En éste la ionización se consigue mediante una llama de hidrógeno. l Explosímetros: El gas se calienta mediante un filamento de platino. Al entrar en combustión el gas, varía la temperatura del filamento proporcionalmente al porcentaje del límite inferior de explosividad de dicho gas. l Absorción por infrarrojos: Está basado en la medida directa de la absorción de radiación infrarroja que pasa a través de un volumen de gas. l Detectores de conductividad térmica: Están basados en la variación de la conductividad térmica del ambiente al entrar en contacto un gas con un filamento metálico calentado eléctricamente. l Percepción olfativa: El olor emitido por algunos gases puede utilizarse para indicar su presencia, aunque no es aconsejable utilizarlo como único método de detección. l Percepción visual: El color de algunas sustancias gaseosas puede usarse como medida primaria de identificación. 9. DISTRIBUCIÓN DE GASES Existen tres sistemas para la distribución de gases: l Gases canalizados. l Gases envasados. l Gases a granel. 9.1 Gases Canalizados Este sistema de distribución está caracterizado por una distribución continua del gas. Se clasifica a su vez en función de la presión máxima: l Baja presión (0.05 bar). l Media presión (0.4 - 4 bar). l Alta presión (16 - 45 bar). Los elementos característicos que configuran este tipo de sistemas son los siguientes: l Tuberías l Uniones soldadas o mecánicas. l Reguladores y contadores. l Filtros. l Válvulas manuales y automáticas. 9.2 Gases envasados Las especificaciones de los envases para la distribución de gases se encuentran reflejadas en la MIE-AP7 "Botellas y Botellones de Gases Comprimidos, Licuados y Disueltos a Presión" del Reglamento de Aparatos a Presión. Por su parte, el transporte de estos envases por carretera está sujeto a las condiciones fijadas en el Reglamento de Transporte de Mercancías Peligrosas por Carretera. Para procurar centrar el desarrollo del tema en los riesgos asociados a la manipulación durante la situación y uso de los envases y en los centros de consumo, se darán una serie de recomendaciones generales: l Se considera conveniente consultar con el proveedor cualquier tipo de duda. l El propietario de la instalación de consumo ha de designar a una persona encargada de la manipulación de los envases, que ha de poseer una formación y experiencia adecuados. l No conectar los envases a instalaciones eléctricas y mantenerlos alejados de cualquier fuente de calor. l No se trasvasará gas de una botella a otra si no es por personal cualificado. l Ante cualquier fuga situar la botella en el exterior, señalizando la incidencia y avisando inmediatamente al proveedor. l Se verificará un mantenimiento preventivo con objeto de mantener el equipo empleado en perfecto estado. En las instalaciones receptoras para este tipo de distribución se utilizan equipos comunes a los descritos para el caso de distribución por canalizaciones. 9.3 Gases a Granel Este sistema consiste en instalaciones de depósitos fijos de gran capacidad con llenado periódico por camiones cisterna de la empresa suministradora. Las condiciones de transporte de gases a granel en cisternas están fijadas por el Reglamento de Transporte de Mercancías Peligrosas por Carretera. En todo caso, en la carga/descarga se deberá tener en cuenta: El vehículo deberá estar inmovilizado por sus propios medios mecánicos y por calzos en las ruedas. l Cuando la naturaleza de la materia lo requiera, se derivará a tierra la masa metálica de la cisterna. l Se señalizará que el vehículo se encuentra en operación de carga/descarga. l Cuando se empleen manqueras o tuberías de carga/descarga se evitarán desbordamientos o emanaciones peligrosas que puedan producirse. l Se vigilarán las tensiones mecánicas de las conexiones al ir descendiendo o elevándose la cisterna. l No se emitirán a la atmósfera concentraciones superiores a las admitidas por la Legislación. l Siempre que sea posible el motor deberá estar parado. 10. ALMACENAMIENTO DE GASES 10.1 Legislación Aplicable Las características de los almacenamientos de materias gaseosas dependen mucho de la naturaleza y la forma de distribución de éstas. La principal documentación es la siguiente: l ITC-MIE-APQ-001. "Almacenamiento de líquidos inflamables y combustibles". l ITC-MIE-APQ-002. "Almacenamiento de óxido de etileno". l ITC-MIE-APQ-003. "Almacenamiento de cloro". l ITC-MIE-APQ-004. "Almacenamiento de amoníaco anhidro". l ITC-MIE-APQ-005. "Almacenamiento de botellas y botellones de gases comprimidos, licuados y disueltos a presión". l REGLAMENTO SOBRE LAS INSTALACIONES DE ALMACENAMIENTO Y SUMINISTRO DE GASES LICUADOS DEL PETRÓLEO EN DEPÓSITOS FIJOS. l REGLAMENTO POR EL QUE SE DICTAN NORMAS PARA EL ALMACENAMIENTO Y SUMINISTRO DE GASES LICUADOS DEL PETRÓLEO A GRANEL PARA SU UTILIZACIÓN COMO CARBURANTE PARA VEHÍCULOS A MOTOR. 10.2 Medidas de Seguridad A continuación se dará una serie de indicaciones básicas para almacenamientos de gases distribuidos en envases. l Está prohibida su ubicación en locales subterráneos o con comunicación directa con sótanos, excepto cuando se trate únicamente de botellas de aire. l Los suelos serán planos, de material difícilmente combustible y deben tener unas características que permitan la perfecta estabilidad de los recipientes de gas a presión. l Para las áreas de almacenamiento cerradas la ventilación será suficiente y permanente. l Se identificará el contenido de las botellas. l Se evitará todo tipo de agresión mecánica que pueda dañar las botellas. l Las botellas se almacenarán siempre en posición vertical y debidamente ancladas. l Las botellas llenas y vacías se almacenarán en grupos separados. l Está prohibido fumar o usar llamas abiertas en áreas de almacenamiento. l En el almacén existirán las instrucciones de seguridad de cada gas depositado. 11. SISTEMAS DE PROTECCIÓN Las protecciones adecuadas al riesgo considerado son básicamente las siguientes: Agente extintor compatible con los gases almacenados. Detectores automáticos de incendios. Sistemas manuales de agua (bocas de incendio-hidrantes) para la refrigeración y protección de colindantes. Rociadores automáticos, si están compartimentados del resto de zonas. Sistemas de agua pulverizada para refrigeración de tanques aéreos. Detección de gases inflamables (exterior y/o interior). Detección específica de otros gases. a) Riesgos de los gases en sus recipientes: Calentamiento de los recipientes.- Los gases se expanden cuando se calientan lo que produce un aumento de presión lo que puede dar como resultado el escape de gas y/o la rotura del recipiente. Los gases comprimidos presentan como mayor riesgo ante la situación antes descrita la proyección de fragmentos del recipiente más que por e gas que se libera, debido a que contienen cantidades de gas relativamente pequeñas. Las roturas de recipientes de gases licuados, aparte la proyección de fragmentos del estanque, pueden producir el escape de grandes cantidades de gas. Si el gas es inflamable además puede formar una "bola de fuego" de grandes dimensiones.Este ultimo fenómeno es conocido como BLEVE (Boling Liquid Expanding Vapor Explosion) que significa explosión de vapores en expansión de un líquido en ebullición. Combustión en el interior del recipiente.- Un riesgo de los gases contenidos en un recipiente, menos frecuente pero no menos importante, es la rotura del recipiente debido al exceso de presión por combustión del gas en su interior. La mayor parte de estos accidentes ocurre al mezclarse aire u oxígeno con otro gas combustible principalmente por mala manipulación.Un caso especial es el del gas acetileno que puede reaccionar en el interior de su recipiente si es sometido a temperatura externa y presenta escape por su válvula. b) Riesgos de los gases fuera de sus recipientes: Los riesgos que presentan varían según sus propiedades físicas y químicas y la naturaleza del medio ambiente en el que escapan. 2. Almacenamiento De Gases Recipientes para gases. El gas se almacena a veces en recipientes dilatables ya sea de tipo de sello seco o sello liquido. Los recipientes de sello liquido son muy conocidos. Tienen un recipiente cilíndrico cerrado en la parte superior y un volumen que varia mediante su ascenso y descenso en un depósito anular, con sello lleno de agua. El tanque sellado se puede escalonar en diversas alturas (hasta cinco). Se han construido tanques sellados en tamaños de hasta 280,000m3 (10 x 106 ft3 ). Los recipientes de sello seco tienen una parte superior rígida a las paredes laterales mediante un diafragma de tela flexible que le permite ascender y descender. No incluye el peso ni los costos de cimentación de los recipientes de sello líquido. Solución de gases en líquidos.Algunos gases se disuelven con facilidad en líquidos. En algunos casos en los que las cantidades no son grandes, éste puede construir un procedimiento práctico de almacenamiento Algunos de los ejemplos gases que se pueden manejar en esta forma son el amoniaco en agua, el acetileno en acetona y el cloruro de hidrógeno en agua. El empleo o no de este método depende primordialmente de si la utilización final requiere cl estado liquido el anhidro. La presión puede ser atmosférica o elevada. La solución de acetileno en acetona es también un rasgo de seguridad, debido a la inestabilidad del acetileno Almacenamiento en recipientes a presión, botellas y líneas de tuberías La distinción entre recipientes a presión, botellas y tuberías es arbitraria. Todos ellos se pueden utilizar para el almacenamiento de gases a presión de almacenamiento suele ser casi siempre una instalación permanente. El almacenamiento de gas a presión no sólo reduce su volumen, sino que en muchos casos, lo licúa a la temperatura ambiente. Algunos de los gases que se encuentran en esta categoría son cl dióxido de carbono, varios gases del petróleo, el cloro, el amoniaco, el dióxido de azufre y algunos tipos de freón. Los tanques a presión se instalan con frecuencia en forma subterránea. El termino botella se aplica por lo común a un recipiente a presión suficientemente pequeño para ser convenientemente portátil. Las botellas van de aproximadamente 57 litros (2ft3) a las cápsulas de C02 de aproximadamente 16.4 ml (1 in3 ). Las cuales son convenientes para cantidades pequeñas de muchos gases, incluyendo aire, hidrógeno, oxigeno, argón, acetileno, freón y gas de petróleo. Algunos son recipientes utilizables una sola vez. Línea de tuberías.- Una línea de tuberías no es por lo común un deposito de almacenamiento, sin embargo, se ha enterrado tubería en una serie de líneas paralelas y conectadas y utilizando para el almacenamiento. Esto evita la necesidad de proporcionar cimentaciones y la tierra protege a la tubería contra las temperaturas extremas. La economía de este tipo de instalaciones sería dudosa si se diseñara para los mismos esfuerzos que un recipiente a presión. También se logra el almacenamiento mediante el incremento de la presión en líneas de tuberías operacionales y, en esa forma, se utiliza el volumen de tuberías como tanque Almacenamiento Criogénico y a bajas temperaturas Éste tipo se emplea para gases que se licúan a presión a la temperatura atmosférica. En el almacenamiento criogénico, el gas está a la presión atmosférica o cerca de ella y permanece liquido debido a la baja temperatura. También puede funcionar un sistema con una combinación de presión y temperatura reducida. El termino "criogénia" se refiere por lo común a temperaturas por debajo de -101 C0(-1500F). No obstante, algunos gases se licúan entre -1010C(-1500F) y la temperatura ambiente. El principio es el mismo; pero las temperaturas criogénicas crean diferentes problemas con los materiales de construcción y aislamiento El gas licuado se debe mantener en su punto de ebullición o por debajo de él. Es posible utilizar la refrigeración, pero la practica habitual consiste en enfriamiento por evaporación. La cantidad de líquido evaporado se minimiza mediante el aislamiento. El vapor se puede descargar a la atmósfera (desecho), comprimirse y volverse a licuar o utilizar. Para temperaturas muy bajas con aire liquido y sustancias similares, el tanque puede tener paredes dobles con el espacio intermedio evacuado. Como ejemplo se tiene el matraz Dewar, muy conocido, En la actualidad se construyen tanques grandes e incluso líneas de tuberías en esta forma, Una buena alternativa es utilizar paredes dobles sin vacío; pero con un material de aislamiento en el espacio intermedio. La perlita y las espumas de plástico son de los materiales de aislamiento que se emplea de este modo. A veces, se utilizan tanto en aislamiento como el vacío, Materiales los materiales para recipientes de gas licuado deben ser apropiado para las temperaturas y no quebradizos, Se pueden utilizar algunos aceros al carbono hasta temperaturas de 590C (-750F ) y aceros de bajas aleaciones hasta -101 0C (-1500F )y, a veces, -1290C (-2000F). Por debajo de esas temperaturas, los principales materiales que se emplean son los aceros inoxidables austeníticos (AISI serie 300) y el aluminio. SISTEMA CRIOGÉNICO Un criogenerador es un sistema de enfriamiento que puede producir en forma controlada temperaturas menores que 173 K (-100o C). Los equipos que producen temperaturas bajas pero mayores de 173 K se llaman congeladores. En el criogenerador, las bajas temperaturas se consiguen en una región que se encuentra aislada del medio externo. sistema criogénico de ciclo cerrado de helio gas, marca Janis, modelo CCR-350, con el que es posible obtener hasta 10 K (-283o C). Este sistema consta de un Cabezal y un compresor, conectados mediante mangueras de presión. El cabezal (Fig. 1) es la parte del sistema criogénico en la cual se logra la temperatura requerida por el usuario. En esta región es donde el helio gaseoso a alta presión proveniente del compresor se expande, produciendo una disminución de la temperatura y enfriando la región en la que se encuentra la muestra. Figura 1: Despiece del cabezal de un criogenerador, similar al que se emplea en la práctica. Centro: el portamuestras, en el que se coloca la muestra (barra alargada), unido al intercambiador (caja de la parte inferior) donde se realiza la expansión del helio gaseoso. Izquierda : Pantalla de radiación. Derecha: cubierta exterior. El cabezal debe estar aislado térmicamente para poder lograr y controlar la temperatura. Para ello, el mismo dispone de una doble pared de acero inoxidable (ver Fig. 1) dentro de la cual se realiza un alto vacío con el objeto de minimizar las pérdidas por convección. La pared interna es una pantalla de radiación que evita las pérdidas de este tipo. Los sensores de temperatura se encuentran cerca de la muestra. El cableado eléctrico de la muestra, los sensores y demás, se conectan al exterior a través de pasantes sellados. El compresor (Fig. 2) es el encargado de comprimir el helio gaseoso que luego se expande en el cabezal, en un proceso cíclico. El circuito es cerrado, salvo por las inevitables pérdidas. Figura 2: Compresor marca CTI modelo 8200. Tras el enrejado, a la izquierda, se ve el depósito de helio. A la derecha, el radiador que transfiere al ambiente el calor tomado del portamuestras por el intercambiador. Puesto que al comprimirse el helio se produce un incremento de temperatura, el sistema es enfriado con aire mediante un radiador. El cabezal tiene además un calefactor, aunque parezca sorprendente. Este provee una potencia de calentamiento que permite: a) mantener constante una temperatura dada, cuando son iguales la potencia de calentamiento y la de enfriamiento provista por el ciclo de helio. b) Aumentar la temperatura, incluso a valores mayores que la ambiente (hasta 325 K. c) Mantener constante la velocidad de variación de temperatura, tanto en aumento como en disminución, mediante una diferencia adecuada entre ambas potencias Quien maneja estas potencias a fin de lograr las temperaturas y cambios fijados por el usuario, es el sistema de control de temperatura. Para ello dispone de los siguientes componentes: Sensores de temperatura: son dos diodos de GaAlAs, modelo TG-120-CU-4L, que no actúan como tales, sino que se aprovecha su característica tensión – temperatura, que es conocida y muy estable. Estos sensores están calibrados en un rango de temperatura de 10 a 325 K. Como se dijo, están situados en el cabezal del criogenerador cerca de la muestra. Calefactor: es una resistencia de 25 , arrollada en la barra del portamuestras hacia el lado donde ésta se une con el intercambiador de temperatura. Dispositivo electrónico de control de temperatura: es de marca LakeShore, Modelo 330 y es el encargado de variar la potencia del calefactor de tal forma que la temperatura varíe o quede fija en función de lo que se programe. Para que funcione, el compresor debe estar encendido. Es capaz de realizar un control de temperatura tipo P (proporcional), PI (proporcional e integral) y PID (proporcional, integral y derivativo). En el panel frontal del controlador se puede leer la temperatura de cada sensor, la temperatura fijada por el usuario, y la fracción de potencia de calefacción que se aplica. También hay un tablero alfanumérico que permite la programación. Sistema de vacío El sistema de vacío permite que el cabezal del criogenerador se encuentre a una baja presión. De esta manera se favorece el aislamiento del cabezal del medio externo (evitar pérdidas por convección y conducción). El sistema de vacío está constituido por dos bombas: Bomba mecánica: Es una bomba de vacío medio Varian modelo DS-202. La entrada de la bomba se conecta al recinto a vaciar (el cabezal del criogenerador y el resto del sistema de vacío en nuestro caso), y por medio de un cilindro rotatorio con paletas situado en una cámara, se aspira el aire del recinto y se expulsa por la salida de la bomba que se encuentra a presión atmosférica. Bomba difusora: Es una bomba de alto vacío Varian Modelo M-2. Para su funcionamiento necesita de un vacío previo inferior a 40 mtorr, que en este caso es suministrado por la bomba mecánica, cuya entrada está conectada a la salida de la bomba difusora. Un aceite especialmente diseñado es evaporado desde un calefactor, y a su salida por unas toberas, arrastra el aire del recinto a vaciar, el cual está a una mayor presión. Finalmente, el aceite es condensado nuevamente por medio de una pared refrigerada por un circuito de agua y el aire arrastrado por el aceite es expulsado hacia la bomba mecánica. La presión es medida por un manómetro Pirani cuyo rango de medición abarca desde presión atmosférica hasta 1mTorr. MANEJO DE CILINDROS Los gases son acondicionados y transportados en recipientes de presión denominados cilindros estos tienen la nobleza de un recipiente de alta presión, construido especialmente para este fin colocándolo en forma segura para el usuario. Los términos que se indican a continuación deben usarse para nombrar las partes de los cilindros. Base.- Parte inferior del cilindro, su configuración que permite la estabilidad del mismo en posición vertical. Hombro.- Parte del cilindro limitada por una superficie de revolución cuya generatriz es una linea de concordancia entre la garganta y el cuerpo. Tapa.- Pieza destinada a proteger la válvula del cilindro, pudiendo ser fija o removible. Collarín.- Pieza fijada a la garganta y provista de una rosca externa para la colocación de la tapa. Cuerpo.- Parte del cilindro limitada externamente por una superficie de revolución cuya generatriz es un segmento de recta y cuyo radio de generación es el radio del cilindro. Válvula.- Parte que obstaculiza por completo el cilindro, opuesto al hombro. Garganta.- Parte gruesa del cilindro dispuesta hacia afuera en dirección de su eje, en la cual existe un orificio roscado para la colocación de la válvula. Pedestal.- Accesorio opcional que encaja en la parte inferior del cuerpo, cuya función es brindar estabilidad al cilindro en posición vertical, cuando es necesario CONTENIDO E IDENTIFICACIÓN DE CILINDROS En chile Todo cilindro debe ir identificado con el color básico en la tabla siguiente, según sea la naturaleza del gas que contenga Norma venezolana colores para cilindros que contienen gases COVENIN 1706:1999 El color básico del cilindro debe abarcar toda la superficie de este ,excepto la válvula La tapa o protector del cilindro debe ir pintada del mismo color básico establecido para dicho cilindro El color básico para aquellos cilindros que gases no contemplados en la tabla anterior se deben regir según la siguiente clasificación Naturaleza del gas color basico Los cilindros no deben llenarse con gas si no están pintados e identificados Marcación y rotulación A todo cilindro debe colocársele en el hombro, una etiqueta adhesiva con la siguiente información mínima a)nombre del gas contenido en el cilindro b)el símbolo o formula química del gas; en el caso de mezclas: la formula química o símbolos y los nombres y proporciones de los gases constituyentes c)naturaleza del gas(inflamable o combustible,toxico-irritante,oxidante,corrosivo e inerte) d)precauciones o recomendaciones especiales para el manejo del cilindro e)el color de fondo de la etiqueta debe ser blanco y el rombo debe pintarse de acuerdo ala naturaleza del gas f)presión máxima de carga admitida g)peso del cilindro vacio y su capacidad máxima NORMAS BASICAS DE SEGURIDAD EN EL MANEJO DE CILINDROSTRANSPORTEAl transportar o movilizar cilindros, hay que tener en mente las siguientes precauciones de seguridad:a) Los cilindros y las válvulas no deberán tener defectos y deberán estar ajustadas de manera segura. b)Se deberá cerrar las válvulas de los cilindros antes de moverlos y evitar daños a la misma. c) Los cilindros deberán manejarse con las manos o guantes libres de grasa o aceite, especialmente los de oxígenod) Proteger los cilindros de c hoques. No dejar que caigan ni sufran impactos.e) Transportar los cilindros llevando siempre la tapa de protección de la válvula. f) No utilizarlos como rodillos ni superficies de apoyo, aun cuando estén vacíos.g) Cuando el cilindro tenga una tapa roscada( atornillada en el cuello ), hay que retirarla al momento de usar el gas, lo cual significa que debe mantenerse atornillada para proteger adecuadamente a la válvulah)Cuando se transporte manualmente, se deberán transportar en una carretilla especialmente diseñada para ese propósito. i) Los cilindros de gases inflamables deberán ser transportados siempre en posición verticalj) Los cilindros llenos deberán separarse de los vacíos. Identifique o marque los que están vacíos. k)Al cargar o descargar los cilindros de un vehículo, se deberá estacionar y frenar debidamente el mismo y se mantendrá el motor apagado. ALMACENAMIENTOa) Los cilindros deberán almacenarse en lugares designados específicamente para ello; lejos de elevadores, escaleras y pasillos. no se deberán colocar en lugares en donde se puedan caer, golpear o dañar por objetos que pasen o caigan, o sujetos a manipulación indebida por personas no autorizadas; y, deberán estar asegurados para que no se caigan. b) Mantener los cilindros en un lugar bien ventilado, protegido de lluvias y rayos solares el lugar debe estar seco y, el piso y las paredes deben ser resistentes al fuego.c)Los gases oxidantes, inflamables y tóxicos deberán almacenarse separadamente d) El área de almacenamiento deberá permitir la segregación de los cilindros de manera que gases incompatibles no sean agrupados e)Los cilindros deberán estar correctamente identificados según el tipo de gas y los lineamientos establecidos en la Norma de Información sobre Materiales Peligrosos, 2600SSEG201 de la ACP. f) El piso deberá ser plano a fin de mantener la estabilidad del cilindro.gg) Debe haber áreas separadas para cilindros llenos y vacíos. Se deberán aplicar las mismas reglas de seguridad para un cilindro vacío que para uno lleno de gas h) Señalizar las áreas de almacenamiento, con avisos de prohibición de fumar, producirchispas o llama abierta.i) En las áreas de almacenamiento, no debe haber cables de alta tensión ni instalaciones eléctricas precarias.j) Verificar que las válvulas de los cilindros estén bien cerradas. Son muy importantes y siempre hay que revisarlas.k) Leer siempre las instrucciones que aparecen en los avisos autoadhesivos dispuestos en los hombros del cilindro.l) Poner atención a los símbolos de peligro que aparecen en el cuadro central del avisoautoadhesivo. Es un símbolo usado a nivel mundial y normalizadom) Los cilindros deberán almacenarse de manera que se retire primero el que tenga más tiempo en el inventario. MANIPULACIONa) Nunca intentar. transferir gases de un cilindro a otro. Esta práctica implica grandes riesgos e innumerables accidentes fatales.b) Evitar calentamiento que cause un aumento de la presión del cilindro.c) No usar los cilindros como rodillos para transporte de cargas.d) No dejar sobre el cilindro objetos que puedan dificultar el acceso a la válvula.e) Verificar que se use el gas correcto, consultando el código de colores de conformidad con la norma.f) Verificar que no haya fugas en el orificio de salida de la válvula. En caso de duda, abrir lentamente la válvula para darle un chorro de limpieza. Sin embargo, nunca hay que dirigir la corriente de gas hacia otras personas.g) Cuando se trate de gas combustible, el chorro siempre debe dirigirse a una área abierta donde no hay llama física o chispa.* En caso de gases tóxicos y/o corrosivos, no hay necesidad, ya que sus válvulas estánprotegidas con un tapón apropiado.h) Colocar el regulador correcto, en caso de uso individual o un serpentín flexible apropiado en caso de centrales.* Indicar el entornillamiento de la parte de la conexión con la mano. Usar solamente lallave para el ajuste final que debe ser necesario para sellar.i) Abrir lentamente la válvula, sin dejar el rostro frente a los manómetros.* Los manómetros de los reguladores tienen un disco de seguridad en la parte posterioren caso de rompimiento del burdón, la explosión dará para atrás del manómetro evitando alcanzar el rostro del operador incauto.EL TRANSPORTISTA O MANIPULADOR-Debe de Conocer las características y los posibles riesgos del gas (o gases)que maneja y la forma correcta de manejar y almacenar los cilindros- Los trabajadores deberán utilizar el equipo de protección personal y otros controles de seguridad requeridos para el manejo y almacenamiento de gases . -En los lugares en donde exista un aparato para detección de fugas de gases y un sistema de alarma, ambos se deberán inspeccionar periódicamente según las recomendaciones del fabricante de los aparatos o el sistema. -El personal que maneja los cilindros deberá inspeccionarlos periódicamente por corrosión, roturas, fugas o cualquier otro problema que le indique que el cilindro no se puede utilizar de manera segura. 1189355-513080 SEGURIDAD EN EL USO Y MANEJO DE GASES Al aumentar la temperatura, aumenta el volumen ocupado ( a presión constante) Al aumentar la temperatura, si se mantiene volumen constante, entonces la presión aumenta Al reducir el volumen, manteniendo la temperatura constante, aumentará la presión -432435175895 Almacenamiento Se separarán los gases comburentes de los combustibles, mediante los inertes. También se separarán llenos de vacíos. Se mantendrá la limpieza del local Se prohíbe fumar y hacer llamas desnudas Todos los cilindros (llenos o vacíos) deberán poseer la tapa tulipa. Se evitará la caída de los cilindros Utilizacion Asegúrese que el gas transportado coincide con el solicitado. No se deben manipular cilindros sin tapa. El personal utilizará calzado de seguridad. Durante el traslado, no se arrastrarán ni se rodarán horizontalmente. Se recomienda el uso de una carretilla adecuada. No se emplearán adaptadores de roscas El piso debe encontrarse en buen estado No se manipularán los cilindros con guantes sucios de grasa, aceite, etc. No deben emplearse alcohol, acetona u otro solvente inflamable para la limpieza de válvulas, reductores, etc. Nunca se empleará un cilindro sin un reductor de presión interpuesto entre éste y la utilización. Se verificará el buen estado de las roscas. EFECTOS DE LA CONTAMINACION DE LOS GASES La Industria Química, ha contribuido en gran manera al bienestar del hombre, a hecho posible un sinfín de útiles productos. Pero una vez que son liberados al mundo, algunos compuestos químicos provocan reacciones tóxicas, que permanecen en el medio ambiente durante años. Los gases que se utilizan en las industrias ya sea para fabricar un producto o en si el consumo del producto es lo que libera el gas son enviados directamente a la atmosfera. La contaminación ha sido dividida en tres grandes ramas. La Contaminación atmosférica, contaminación del agua y contaminación del suelo. Por ello cada vez está más admitida la necesidad de realizar estudios sobre los posibles efectos que a largo plazo puede producir la contaminación atmosférica sobre el ecosistema, el clima, la tierra y la salud humana. El nombre de la contaminación atmosférica se aplica por lo general a las alteraciones que tienen efectos perniciosos en los seres vivos y los elementos materiales, y no a otras alteraciones. Los principales mecanismos de contaminación atmosférica son los procesos industriales que implican combustión, tanto en industrias como en automóviles y calefacciones residenciales, algunas industrias emiten gases nocivos en sus procesos productivos, como cloro o hidrocarburos que no han realizado combustión completa. Los principales contaminantes gaseosos del aire son: el ozono, los óxidos de azufre y los de nitrógeno, el amoníaco, el metano, el CO2, el monóxido de carbono, el plomo, vapores de mercurio y los “CFC” Clorofluorocarbonos (gases persistentes en frigoríficos, aerosoles y aire acondicionado). Efectos de la contaminación de los gases: Efectos en el clima. El dióxido de carbono, CO2, no es un contaminante, puesto que forma parte de la atmósfera y participa en los ciclos naturales. Sin embargo, un aumento rápido de su concentración, como el que se está produciendo por la quema del carbón y el petróleo, incrementará el efecto invernadero natural, elevará la temperatura media del planeta, y puede desencadenar un cambio climático con consecuencias imprevisibles. Es muy importante no alterar su concentración natural. Efectos en la biosfera. Algunos gases, como los CFC, reaccionan con el ozono estratosférico y disminuyen su concentración, lo que permite la llegada a la superficie terrestre de más radiaciones ultravioleta, muy nocivas para la vida. Además, hay gases contaminantes, como los óxidos de nitrógeno y los de azufre, que se disuelven en el agua de las nubes y produce ácidos corrosivos que dañan los ecosistemas cuando llueve (lluvia ácida). Efectos en los materiales. Las partículas de humo y ciertos gases contaminantes, solos o disueltos en el agua de lluvia pueden deteriorar muchos de los materiales con los que fabricamos objetos y edificios. Efectos en la salud de las personas. Algunos gases contaminantes son tóxicos para las personas y causan la irritación de los ojos y de las vías respiratorias. Las partículas de humo y de polvo también entran en nuestros pulmones y causan daños, a veces, muy serios. GAS EFECTO EN LA SALUD OZONOEs el compuesto más abundante en las atmósferas urbanas. Los compuestos gaseosos principales que directamente contribuyen a la formación del ozono ambiental son los óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles (COV), Tos, irritaciones en la faringe, irritaciones en el cuello, irritaciones en los ojos, dificultades respiratorias ( garganta seca ), disminución del rendimiento, empeoramiento de la función pulmonar, síntomas de malestar general: cansancio, dolor de cabeza. PLOMOEs proveniente de la gasolina; del proceso de reciclaje de plomo y de su utilización en la fabricación de baterías y en la industria telefónica. es el metal más peligroso contenido en los aditivos del combustible. Inhalado puede provocar la formación de coágulos o trombos en la sangre, de gravísimas consecuencias patológicas. OXIDOS DE NITROGENOSe forman a partir de los procesos de combustión que ocurren en presencia de aire, especialmente en los motores de los medios de transporte Entre ellos están el monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2), un gas de olor agradable y que irrita fuertemente el sistema respiratorio. OXIDOS DE AZUFRESe producen al quemar azufre o combustibles que lo contienen, como el carbón y el petróleo Los SOx son irritantes que afectan es sistema respiratorio del hombre GASES EFECTOS EN LA SALUDCLORO La respiración de pequeñas cantidades de cloro durante cortos periodos de tiempo afecta negativamente al sistema respiratorio humano. Los efectos van desde tos y dolor pectoral hasta retención de agua en los pulmones. El cloro irrita la piel , los ojos y el sistema respiratorio. No es probable que estos efectos tengan lugar a niveles de cloro encontrados normalmente en la naturaleza. VAPORES DE MERCURIO La exposición a niveles muy altos del vapor de mercurio metálico puede causar daños en el cerebro, en los riñones y en los pulmones, y puede perjudicar seriamente un feto en desarrollo, tos, dolores en el pecho, náusea, vómito, diarrea, aumentos en la presión arterial o en el ritmo cardíaco, erupciones de piel e irritación de los ojos.AMONIACOLa cantidad de amoníaco producido industrialmente cada año es casi igual a la producida por la naturaleza. Es producido naturalmente en el suelo por bacterias, por plantas y animales en descomposición y por desechos animales.La exposición a altas concentraciones de amoníaco en el aire puede producir quemaduras graves en su piel, ojos, garganta y pulmones. En casos extremos puede ocurrir ceguera, daño del pulmón y la muerte. Respirar concentraciones más bajas puede causar tos e irritación de la nariz y la garganta.Si usted traga amoníaco puede sufrir quemaduras en la boca, la garganta y el estómagoCLOROFLUOROCARBONOSAntes de prohibirlos, se usaban en aerosoles, refrigeradores, acondicionadores de aire en casas, vehículos y empresas, extinguidores de incendio, espumas aislantes, empaques de espuma de poliestireno para alimentos, y disolventes de limpieza o para equipo electrónico.La exposición directa a algunos tipos de CFC puede causar pérdida del conocimiento, dificultad respiratoria e irregularidad de los latidos del corazón. También puede causar confusión, mareo, tos, dolor de garganta, dificultad respiratoria y enrojecimiento y dolor de los ojos. El contacto directo con la piel con algunos tipos de CFC puede causar quemaduras por frío o sequedad de la piel GASES EFECTOS EN LA SALUDOXIDOS DE CARBONOCorresponden al dióxido de carbono (CO2) y monóxido de carbono (CO) compuestos originados en la combustión de los combustibles que contienen carbono.El grado de toxicidad del CO depende de la concentración y del tiempo de exposición del individuo, y los daños pueden ser desde ligeros malestares hasta la muerte. NIVEL (ppm) y EFECTO FISIOLÓGICO 200 por 3 horas ó 400 por 1 hora Dolor de cabeza 500 por 1 hora ó 1 000 por 30 minutos Mareos, zumbido de oídos, náuseas, palpitaciones.1 500 por una hora Sumamente peligroso para la vida HIDROCARBUROSSon compuestos formados por carbono e hidrógeno que por lo general se liberan de la volatilización de combustibles como la gasolina. Su peligrosidad radica en que son capaces de reaccionar en la atmósfera, generando otras sustancias aun más nocivas. Investigaciones confirman que algunos RH son cancerígenos, es decir, pueden provocar cáncer. GAS EFECTO EN EL AMBIENTE OZONOEl daño en la vegetación se manifiesta por un deterioro visible en las hojas y reducción del crecimiento, floración y cosechas. Se admite que el elevado nivel de ozono en algunas áreas rurales es el responsable de pérdidas cuantiosas en cosechas. METANO El metano es un gas de efecto invernadero que contribuye al calentamiento global del planeta Tierra ya que aumenta la capacidad de retención del calor por la atmósfera.OXIDOS DE NITROGENO en combinación con los Hidrocarburos contenidos en el smog y con la humedad del aire producen Ácidos Nitrosos, que posteriormente caen sobre la tierra en forma de lluvia ácida y contaminan grandes áreas, algunas veces situadas a cientos de kilómetros del lugar de origen de la contaminación. OXIDOS DE AZUFRE provocan daños en la calidad y rendimiento de las cosechas y participan directamente en la formación de la lluvia ácida. Esta se forma cuando la humedad en el aire se combina con el óxido de nitrógeno o el dióxido de azufre emitido por fábricas, centrales eléctricas y automotores que queman carbón o aceite. Esta combinación química de gases con el vapor de agua forma el ácido sulfúrico y los ácidos nítricos, sustancias que caen en el suelo en forma de precipitación o lluvia ácida. El SO2 también ataca a los materiales de construcción que suelen estar formados por minerales carbonatados, como la piedra caliza o el mármol, formando sustancias solubles en el agua y afectando a la integridad y la vida de los edificios o esculturas.CLORO Las plantas y los animales no suelen almacenar cloro. Sin embargo, estudios de laboratorio muestran que la exposición repetida a cloro en el aire puede afectar al sistema inmunitario, la sangre, el corazón, y el sistema respiratorio de los animales.CLOROFLUOROCARBONOS “CFC” Los CFC son también un “gas con efecto de invernadero” porque absorben el calor de la atmósfera, envían parte del calor absorbido de regreso a la superficie del planeta y contribuyen a su calentamiento.

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Unidad 6 gases

by Gresiq on May 05, 2011

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