Gases Industriales Final

Recinto Universitario Pedro Arauz Palacios

Facultad tecnológica de la industriaProcesos de Manufactura

Gases industriales: Freón, Neón y Helio

Nombre: Dárrell Almendárez 2011-36512

Grupo: 3M2-IND

Docente: Ing. Haydee Gross

Universidad Nacional de Ingeniería

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Procesos de manufactura

ContenidoIntroducción......................................................................................................................................4

Objetivos...........................................................................................................................................5

Objetivo general...........................................................................................................................5

Objetivo especifico......................................................................................................................5

Marco teórico...................................................................................................................................6

Gases industriales.......................................................................................................................6

Aplicaciones.............................................................................................................................6

Distribución...............................................................................................................................6

Industria química.........................................................................................................................6

Tipos de industria química.....................................................................................................6

Síntesis química..........................................................................................................................7

Ley de difusión de Graham........................................................................................................7

Freón.............................................................................................................................................7

Propiedades de los refrigerantes...........................................................................................8

Aplicaciones.............................................................................................................................9

Toxicidad..................................................................................................................................9

Refrigerantes y el medio ambiente.......................................................................................9

Normativa de producción......................................................................................................10

Normativas de los Refrigerantes.........................................................................................10

Neón............................................................................................................................................11

Aplicaciones...........................................................................................................................11

Abundancia y obtención.......................................................................................................11

Peligrosidad............................................................................................................................12

Toxicología.............................................................................................................................12

Helio............................................................................................................................................13

Características principales...................................................................................................13

Fases de gas y de plasma...................................................................................................14

Compuestos...........................................................................................................................14

Abundancia natural...............................................................................................................15

Aplicaciones...........................................................................................................................15

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NEON..............................................................................................................................................17

PRODUCCIÓN DE LAMPARAS INCANDESCENTES..........................................................................17

DIAGRAMA DE FLUJO...............................................................................................................17

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO.....................................................................................................18

DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA...................................................................................................19

HELIO.............................................................................................................................................20

LICUACIÓN DEL AIRE....................................................................................................................20

DIAGRAMA DE EQUIPO............................................................................................................21

Conclusión......................................................................................................................................22

Bibliografía......................................................................................................................................23

Anexos...........................................................................................................................................24

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Introducción

El presente trabajo recoge de manera clara y precisa el procesamiento de algunos gases de producción industrial, los cuales se encuentran en el ambiente mezclados en mínimas proporciones en el aire; se hace referencia de los conceptos generales y específicos de cada gas presentado, desde sus características y aplicaciones hasta sus diagramas de flujo y de procesos. Tomando siempre en cuenta las normativas ambientales a las cuales están sujetas cada una de las líneas de producción.

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Objetivos

Objetivo general

Analizar las estructuras y características de los elementos más relevantes que intervienen en el procesamiento de los gases industriales seleccionados.

Objetivo especifico

Dar a conocer las principales aplicaciones de los gases industriales.

Discutir avances, limitaciones y brechas en el procesamiento de los gases industriales.

Establecer los beneficios y riesgos de la implementación cotidiana de los gases industriales seleccionados.

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Marco teóricoGases industriales

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.

Aplicaciones Industria química Soldaduras, metalurgia Protección medioambiental Comida Aire para respirar Seguridad y gases inerte

Cristales, cerámicas, otros minerales gases medicinales Cauchos, plásticos, pinturas Industria de semiconductores Tratamiento de aguas

Distribución Gasoductos Transporte pesado (camión, tren, barco) Bombonas (soplete de acetileno, respiración, fuente de soda)

Industria química La industria química se ocupa de la extracción y procesamiento de

las materias primas, tanto naturales como sintéticas, y de su transformación en otras sustancias con características diferentes de las que tenían originalmente. Su objetivo principal es elaborar un producto de buena calidad con el costo más bajo posible, y tratando de ocasionar el menor daño posible al medio ambiente.

Tipos de industria químicaIndustria química de base

Utilizan materias primas básicas y elaboran productos intermedios que también pueden servir de materia prima para otras industrias.

Industrias químicas de transformación

Están destinadas al consumo directo de las personas, emplean productos elaborados por las industrias químicas de base. La química fina, comprende numerosas industrias especializadas (medicamentos, fertilizantes, plaguicidas, colorantes, etc...)

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http://es.wikipedia.org/wiki/Colorantes

http://es.wikipedia.org/wiki/Plaguicidas

http://es.wikipedia.org/wiki/Fertilizantes

http://es.wikipedia.org/wiki/Medicamentos

http://es.wikipedia.org/wiki/Medio_ambiente

http://es.wikipedia.org/wiki/Producto_qu%C3%ADmico

http://es.wikipedia.org/wiki/Materias_primas

http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_qu%C3%ADmico

http://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lido

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido

http://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_inorg%C3%A1nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_org%C3%A1nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

http://es.wikipedia.org/wiki/Fertilizante

http://es.wikipedia.org/wiki/Medicina

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Comercio

http://es.wikipedia.org/wiki/Manufactura


Síntesis química Síntesis química es el proceso por el cual se producen compuestos químicos a partir de simples o precursores químicos. El objetivo principal de la síntesis química, además de producir nuevas sustancias químicas, es el desarrollo de métodos más económicos y eficientes para sintetizar sustancias naturales ya conocidas.

También la síntesis química permite obtener productos que no existen de forma natural, como el acero, los plásticos o los adhesivos. Actualmente hay catalogados unos once millones de productos químicos de síntesis y se calcula que cada día se obtienen unos 2000 más.

El progreso científico ha permitido un gran desarrollo de las técnicas de síntesis química, como la síntesis en fase sólida o la combinatoria. Inicialmente estos productos se obtenían de manera casual mientras que, en la actualidad, es posible realizar simulaciones por ordenador antes de experimentar en el laboratorio.

Ley de difusión de GrahamLa difusión es el proceso por el cual una substancia se distribuye

uniformemente en el espacio que la encierra o en el medio en que se encuentra. Por ejemplo: si se conectan dos tanques conteniendo el mismo gas a diferentes presiones, en corto tiempo la presión es igual en ambos tanques. También si se introduce una pequeña cantidad de gas A en un extremo de un tanque cerrado que contiene otro gas B, rápidamente el gas A se distribuirá uniformemente por todo el tanque (ver ley de difusión de Graham, anexos pag 25).

La difusión es una consecuencia del movimiento continuo y elástico de las moléculas gaseosas. Gases diferentes tienen distintas velocidades de difusión. Para obtener información cuantitativa sobre las velocidades de difusión se han hecho muchas determinaciones. En una técnica el gas se deja pasar por orificios pequeños a un espacio totalmente vacío; la distribución en estas condiciones se llama efusión y la velocidad de las moléculas es igual que en la difusión. Los resultados son expresados por la ley de Graham.

"Lavelocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad."

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FreónFreón es una marca de refrigerantes de DuPont. Estos refrigerantes están

compuestos por clorofluorocarbonos (CFC), productos dañinos para la capa de ozono, dado el efecto de que al elevarse los CFC la descomponen (Ver componentes del freón, anexos pag 25).

Es común referirse (aunque está mal empleado) a los siguientes refrigerantes como freón:

R-11 Freón-11: Triclorofluorometano, de fórmula CCl3F. R-12 Freón-12: Diclorodifluorometano, de fórmula CCl2F2.

Su nomenclatura se determina de la siguiente forma:

Freón 12 C-Cl2-F2 #C-1=0 centena #H+1=1 decena #F=2 unidad

La historia de su uso industrial comprende desde 1874 hasta enero 1987, con el Protocolo de Montreal donde se prohibió el uso de los CFC en refrigeradores y productos en aerosol.

Propiedades de los refrigerantesLos CFC son gases refrigerantes cuyas moléculas contienen átomos de

cloro, flúor y carbono. Entre los CFC más utilizados podemos citar al R11 (Freón-11), R12 (Freón-12), R502, R500, R13B1, R13, R113.Los CFC son los que tienen mayor capacidad de destrucción de la capa de ozono. Los HFC no afectan a la capa de ozono (ODP cero).

El desarrollo de la refrigeración, se debe principalmente a los gases fluorados conocidos como clorofluorcarbonos. Los CFC, desarrollados hace más de 60 años, reemplazaron al amoniaco y a otros hidrocarburos gracias a sus propiedades tales como la baja toxicidad, no flameabilidad, su no corrosividad y su excelente compatibilidad con otros materiales. Además, los CFC ofrecían y ofrecen propiedades termodinámicas y físicas que los hacen ideales para muchos usos, como agentes espumantes en la manufactura de aislantes, empaques, agentes limpiadores de metales y componentes electrónicos, por nombrar algunas aplicaciones.

HCFC (hidroclorofluorocarbonos) son gases refrigerantes cuyas moléculas contienen átomos de hidrógeno, cloro, flúor y carbono. Debido a su bajo contenido en cloro y la presencia de átomos de hidrógeno, los HCFC poseen un potencial reducido de destrucción del ozono (O.D.P.).

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http://es.wikipedia.org/wiki/CFC

http://es.wikipedia.org/wiki/Protocolo_de_Montreal

http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_de_ozono


http://es.wikipedia.org/wiki/Clorofluorocarbono

http://es.wikipedia.org/wiki/DuPont

http://es.wikipedia.org/wiki/Refrigerante


En este grupo se encuentra el R-22 y una serie de mezclas ternarias (incluidas en la ficha de cada gas) que con la base del R-22, servirán para la fabricación de alternativos de los CFC, a la par que manteniendo los equipos existentes.

Los HCFC más utilizados son el R22, R141b, DI36, DI44, R403B, R408A, R401A, R401B, R402A, R402B y el R409A.

El R22 o clorodifluorometano es gas incoloro comúnmente utilizado para los equipos de refrigeración, en principio por su bajo punto de fusión, (-157 °C).

Densidad 3 veces la del aire, en estado líquido 1,2 veces la del agua. A 20 °C tiene una presión de saturación de 9,1 bares.

El R22 está prohibido para su distribución por ser altamente perjudicial para la capa de ozono. Actualmente ha sido sustituido por el R407C o más modernamente por el R410A.

Aplicaciones Aire Acondicionado residencial y comercial. Refrigeración comercial de media y baja temperatura. Supermercados. Almacenamiento de alimentos. Máquinas de hielo. Transporte refrigerado.

ToxicidadDebido a que todos los fluidos no son otra cosa que aire tóxico, en el

sentido que pueden causar sofocación cuando se tienen en concentraciones suficientemente altas que evitan tener el oxígeno necesario para sustentar la vida, la toxicidad es un término relativo el cuál cobra mayor importancia solo cuando se especifica el grado de concentración y tiempo de exposición requeridos para producir efectos nocivos.

El grado de peligro en que se incurre con el uso de refrigerantes tóxicos depende de varios factores, tales como la cantidad de refrigerante usado con relación al tamaño del espacio dentro del cual se pueden tener fugas de refrigerante, del tipo de ocupación, de sí el espacio donde se almacena es inflamable y de que personal experimentado tenga la obligación de atender al equipo. Los refrigerantes tóxicos (incluyendo productos de descomposición) despiden olores muy peculiares que tienden a dar aviso de su presencia. Son peligrosos para el caso de niños y personas que por razones de enfermedad o confinamiento son incapaces de escapar de los humos.

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http://es.wikipedia.org/wiki/R410A

http://es.wikipedia.org/wiki/R407C


http://es.wikipedia.org/wiki/Bar_(unidad)

http://es.wikipedia.org/wiki/Equipos_de_refrigeraci%C3%B3n


Refrigerantes y el medio ambienteUna de las propiedades más importantes es que no debe contaminar el

medio ambiente. Los estudios demostraron que los químicamente inalterables CFC son poco estables hacia la radiación UV-C, se produce una reacción fotoquímica que da lugar a la liberación de átomos de cloro, los cuáles son muy reactivos y colisionan con los átomos de ozono produciendo monóxido de cloro y oxígeno molecular. El monóxido de cloro puede reaccionar con los átomos de oxígeno y se regenera el cloro atómico.

Los átomos de cloro liberados cierran el llamado “ciclo cloro catalítico del ozono”. Se estima que un solo átomo liberado de un CFC puede dar origen a una reacción en cadena que destruya 100000 moléculas de ozono. Este ciclo puede ser bloqueado por dióxido de nitrógeno, que puede secuestrar monóxido de cloro mediante una reacción química en la que se forma nitrato de cloro, esta reacción es conocida como “reacción de interferencia”, porque bloquea la degradación del ozono producida por derivados del CFC.

Normativa de producciónLa normativa al respecto indica que desde el 1 de enero de 2004 se prohíbe

la manufactura de todo tipo de equipos con HCFCs (Hidroclorofluorocarbonos) además de asegurar la identificación apropiada del contenido de cada tanque con su composición, peso y función (ver tanques de freon, anexos pag 25).

El 1 de enero de 2010 estará prohibido por la UE, según Reglamento (CE) nº 1005/2009 sobre sustancias que agotan la capa de ozono, importar, producir, vender y/o usar R-22 virgen. Aún se permitirá el uso de R-22 regenerado hasta el 2015. Para cubrir la demanda de R-22 en instalaciones existentes, como posibles fugas, han nacido varios productos sustitutos como el R-427A que aseguran una transición sencilla y no son destructoras de la capa de ozono. El R22 también es usado como agente espumante para el poliestireno extruido, y como esterilizante.

El R-22 está bajo jurisdicción del Protocolo de Montreal y será eliminado gradualmente, sin embargo, se puede reemplazar fácilmente por los refrigerantes ISCEON®.

Normativas de los Refrigerantes De acuerdo a su toxicidad el american Standard Safety Code for

Mechanichal Refrigeration (código Americano Estándar de Seguridad para la refrigeración Mecánica) y la norma ASHRAE 12-58 agrupan los refrigerantes en tres clases. Puesto que muchos de ellos no se utilizan, solo describiremos los de uso más corriente.

Los refrigerantes del grupo primero podrán utilizarse, con cualquier sistema de refrigeración, en locales de cualquier clasificación, siempre que la carga de refrigerante, expresada en kilogramos, contenida en la instalación, no pase del valor del producto de:

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http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Esterilizante&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Poliestireno


Concentración del fluido frigorífico admisible expresada en kilogramos por metro cúbico e indicado en la columna "d" de la tabla I. Volumen en metros cúbicos del "local más pequeño", atendido por la instalación frigorífica. El volumen del "local más pequeño", será el que corresponda al menor de los espacios aislables normalmente cerrados, excluyendo, en su caso, la sala de máquinas, servidos por un mismo equipo frigorífico. (Ver tabla FREÓN, anexos pag 26)

Si varios locales son enfriados por aire procedente de una cámara acondicionadora común, se tomará como menor el volumen total del conjunto de los locales, en lo que se refiere a la carga admisible indicada en la tabla I, siempre que el volumen de aire suministrado a cada local no se pueda reducir por debajo del 25 por 100 del total.

De no cumplirse lo establecido en los párrafos anteriores, y en el caso de locales no industriales, la totalidad del equipo frigorífico deberá colocarse en una sala de máquinas, excepto las tuberías de conexión del circuito auxiliar, que podrán colocarse según se indica en la instrucción MI-IF-006 del RSF.

Neón

El neón es un elemento químico de número atómico 10 y símbolo Ne. El neón (del griego neos, nuevo) fue descubierto por William Ramsay y Morris Travers en 1898 por la destilación fraccionada del aire líquido Es un gas noble, incoloro, prácticamente inerte, presente en trazas en el aire, pero muy abundante en el universo. En el ambiente hay cierta cantidad de Neón.Presenta un poder de refrigeración, por unidad de volumen, 40 veces mayor que el del helio líquido y tres veces mayor que el del hidrógeno líquido. En la mayoría de las aplicaciones el uso de neón líquido es más económico que el del helio.

Peso atómico: 20,183 uma Punto de ebullición: 27,1 K (-246 °C) Punto de fusión: 24,6 K (-248,6 °C) Densidad: 1,20 g/ml (1,204 g/cm3 a -246 °C)

AplicacionesEl tono rojo-anaranjado de la luz emitida por los tubos de neón se usa

abundantemente para los indicadores publicitarios (ver uso del neón, anexos pag 26), también reciben la denominación de tubos de neón otros de color distinto que en realidad contienen gases diferentes.

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Otros usos del neón que pueden citarse son:

Indicadores de alto voltaje. Tubos de televisión. Investigaciones físicas de alta energía. Las cámaras de centelleo, que

detectan el paso de partículas nucleares, se llenan de neón. En un tubo de descarga origina una luminosidad rojo-anaranjada, color que

puede modificarse con vidrios coloreados o al mezclarlo con argón o vapor de mercurio. Se utiliza para anuncios y para señalización.

El neón líquido es un refrigerante criogénico bastante económico. Tiene una capacidad de refrigeración, por unidad de volumen, 40 veces superior al helio líquido y más de tres veces que el hidrógeno líquido.

En contadores Geiger-Müller. Tanto neón como helio se utilizan para láseres de gas. Junto con el helio se emplea para obtener un tipo de láser. El neón líquido se utiliza en lugar del hidrógeno líquido para refrigeración.

Abundancia y obtenciónEl neón se encuentra usualmente en forma de gas monoatómico. La

atmósfera terrestre contiene 15,8 ppm y se obtiene por subenfriamiento del aire y destilación del líquido criogénico resultante también Se puede obtener por licuación y posterior destilación fraccionada . El neón es el quinto elemento más abundante en el universo por masa, luego del hidrógeno, helio, oxígeno y carbono. Se encuentra en pequeñas cantidades en la atmósfera y en la corteza terrestre se halla en una proporción de 0,005 ppm.

Peligrosidad (ver Símbolos de toxicidad, anexos pag 27)La naturaleza del peligro que presenta el Neón como sustancia pura son:

Peligro de incendio PELIGRO DIRECTO DE INFLAMACIÓN No combustible

Peligro de toxicidad PELIGRO DIRECTO DE TOXICIDAD Escape importante en espacio cerrado: falta de oxígeno Según los impresos es poco nocivo

Peligro de explosión PELIGRO INDIRECTO DE EXPLOSION El calor eleva la presión y crea peligro de explosión.

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Toxicología1. Toxicidad general

TOXICIDAD AGUDALos impresos indican: poco nocivo por inhalación no irritante Escape importante/espacio cerrado: falta de oxígeno

2. Síntomas y lesiones posiblesEXPOSICIÓN A CONCENTRACIONES ELEVADAS:

Vértigo Narcosis Confusión mental Excitación/agitación Pérdida del conocimiento Cefaleas Dificultades respiratorias Paro pulmonar

3. Medidas de primeros auxiliosMEDIDAS GENERALES

Controlar las funciones vitales Víctima inconsciente: mantener vías respiratorias abiertas Paro de respiración: respiración artificial u oxígeno Paro cardíaco: reanimación de la víctima Consciente y dificultad para respirar: posición semi-sentado Choque: preferentemente tumbado boca arriba,piernas elevadas Vómito: evitar asfixia/pneumonía respiratoria cubrir la víctima para evitar

enfriamiento (no calentar) Tener en observación permanente Ofrecer apoyo psicológico Calmar a la víctima y evitarle cualquier esfuerzo Según su estado: médico/hospital.

EN CASO DE INHALACIÓN Llevar a la víctima a un espacio ventilado

HelioEl helio es un elemento químico de número atómico 2, símbolo He y peso

atómico estándar de 4,0026. (ver estructura del helio, anexos pag 26). Pertenece al grupo 18 de la tabla periódica de los elementos, ya que al tener el nivel de energía completo presenta las propiedades de un gas noble. Es decir, es inerte (no reacciona) y al igual que estos, es un gas monoatómico incoloro e inodoro que cuenta con el menor punto de ebullición de todos los elementos químicos y solo puede ser licuado bajo presiones muy grandes y no puede ser congelado ; este se comercializa en cilindros, tanques o estanques (ver comercialización del helio, anexos pag 27).

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Características principalesEl helio no es toxico, así no presenta riesgo para la salud personal o para el

ambiente.Industrialmente se usa en criogenia (siendo su principal uso, lo que

representa alrededor de un 28% de la producción mundial), en la refrigeración de imanes superconductores. Entre estos usos, la aplicación más importante es en los escáneres de resonancia magnética. También se utiliza como protección para la soldadura por arco y otros procesos, como el crecimiento de cristales de silicio, los cuales representan el 20% de su uso para el primer caso y el 26% para el segundo. Otros usos menos frecuentes, aunque popularmente conocidos, son el llenado de globos y dirigibles, o su empleo como componente de las mezclas de aire usadas en el buceo a gran profundidad. El inhalar una pequeña cantidad de helio genera un cambio en la calidad y el timbre de la voz humana. En la investigación científica, el comportamiento del helio-4 en forma líquida en sus dos fases, helio I y helio II, es importante para los científicos que estudian la mecánica cuántica (en especial, el fenómeno de la superfluidez).

El helio es el segundo elemento más ligero y el segundo más abundante en el universo observable, constituyendo el 24% de la masa de los elementos presentes en nuestra galaxia. Esta abundancia se encuentra en proporciones similares en el Sol y en Júpiter. Por masa se encuentra en una proporción doce veces mayor a la de todos los elementos más pesados juntos. La presencia tan frecuente de helio es debida a elevada energía de enlace por nucleón del helio-4 con respecto a los tres elementos que le siguen en la tabla periódica (litio,berilio y boro). Esta energía da como resultado la producción frecuente de helio tanto en la fusión nuclear como en la desintegración radioactiva. La mayor parte del helio en el universo se encuentra presente en la forma del isótopo helio-4 (4He), el cual se cree que se formó unos 15 minutos después del Big Bang. Gracias a la fusión de hidrógeno en las estrellas activas, se forma una pequeña cantidad de helio nuevo, excepto en las de mayor masa, debido a que durante las etapas finales de su vida generan su energía convirtiendo el helio en elementos más pesados.

En condiciones normales de presión y temperatura es un gas monoatómico

no inflamable, pudiéndose licuar solamente en condiciones extremas (de alta presión y baja temperatura).El calor específico del gas helio es muy elevado y el helio vapor muy denso, expandiéndose rápidamente cuando se calienta a temperatura ambiente.El helio sólido solamente existe a presiones del orden de 100 MPa a 15 K (-258,15 °C). Aproximadamente a esa temperatura, sufre una transformación cristalina, de una estructura cúbica centrada en las caras a una estructurahexagonal compacta. En condiciones más extremas (3 K, aunque presiones de 3 MPa) se produce un nuevo cambio, empaquetándose los átomos en una estructura cúbica centrada en el cuerpo.

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Fases de gas y de plasmaEl helio es el gas noble menos reactivo después del neón y por tanto, el

segundo elemento menos reactivo de todos ellos. Es inerte y monoatómico en condiciones normales. Debido a su baja masa atómica, en la fase gaseosa, la conductividad térmica, el calor específico, y la velocidad del sonido son mayores que en cualquier otro gas, excepto el hidrógeno. Por razones similares, y también debido al pequeño tamaño de sus átomos, su tasa de difusión a través de los sólidos es tres veces mayor que la del aire, y alrededor del 65% de la del hidrógeno.

Asimismo es también menos soluble en agua que cualquier otro gas conocido y su índice de refracción es el más cercano a la unidad de todos los gases. Este elemento tiene uncoeficiente Joule-Thomson negativo a temperatura ambiente normal, lo que significa que se calienta cuando se le permite expandirse libremente. Solo por debajo de su temperatura de inversión de Joule-Thomson (de 32 a 50 K a 1 atmósfera) se enfría en la expansión libre. Una vez preenfriado debajo de esta temperatura, el helio puede licuarse mediante el enfriamiento debido a su expansión.

La mayor parte del helio extraterrestre se encuentra en un estado de plasma, con propiedades muy diferentes a las del helio atómico. En el plasma, los electrones del helio no están ligados al núcleo, lo que hace que su conductividad eléctrica sea muy alta, aun cuando el gas está solo parcialmente ionizado. Las partículas cargadas son altamente influenciadas por los campos magnéticos y eléctricos.

CompuestosDado que el helio es un gas noble, en la práctica no participa en

las reacciones químicas, aunque bajo la influencia de descargas eléctricas o bombardeadas con electrones forma compuestos.

El helio tiene una valencia cero y no es químicamente reactivo bajo condiciones normales. Es un aislante eléctrico a menos que esté ionizado. Al igual que los demás gases nobles, tiene niveles de energía metaestables, lo que le permite seguir ionizado en una descarga eléctrica con un voltaje por debajo de su potencial de ionización.

El helio puede formar compuestos inestables, conocidos como excímeros, con el wolframio, yodo, flúor y fósforo, cuando se somete a una descarga eléctrica luminiscente, a un bombardeo de electrones, o bien es un plasma por otra razón. Los compuestos moleculares HeNe, HgHe10 y WHe2, y los iones moleculares He+2, He2+2, HeH+, y HeD+ se pueden crear de esta manera. Esta técnica también ha permitido la producción de la molécula neutra He2, que tiene un gran número de sistemas de bandas espectrales, y de la molécula HgHe, que aparentemente solo se mantiene unida por fuerzas de polarización. En teoría, otros compuestos reales también son posibles, como el fluorohidruro de helio (HHeF), que sería análogo al fluorohidruro de argón, descubierto en 2000. Los cálculos indican que dos nuevos compuestos que contienen un enlace de helio-oxígeno podrían ser estables.24 Dos nuevas especies moleculares, predichas

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teóricamente, CsFHeO y N(CH3)4FHeO, son derivados de un anión metaestable [F-HeO], anticipado en 2005 en forma teórica por un grupo de Taiwán. De confirmarse experimentalmente, estos compuestos acabarían con la inercia química del helio, y el único elemento completamente inerte sería el neón.

Abundancia naturalEl helio es el segundo elemento más abundante del universo conocido tras

el hidrógeno y constituye alrededor del 23% de la masa bariónica del universo.28 La mayor parte del helio se formó durante la nucleosíntesis del Big Bang, en los tres primeros minutos después de este. De esta forma, la medición de su abundancia contribuye a los modelos cosmológicos. En las estrellas, el helio se forma por la fusión nuclear del hidrógeno en reacciones en cadena protón-protón y en el ciclo CNO, los cuales forman parte de la nucleosíntesis estelar.

En la atmósfera terrestre la concentración de helio por volumen es de tan solo 5,2 partes por millón.36 37 La concentración es baja y prácticamente constante a pesar de la continua producción de nuevo helio, debido a que la mayor parte del helio en la atmósfera se escapa al espacio debido a distintos procesos.38 39 En la heterosfera terrestre, una parte de la atmósfera superior, el helio y otros gases ligeros son los elementos más abundantes.

Casi todo el helio presente en la Tierra es el resultado de la desintegración radiactiva, y por tanto, un globo de helio terrestre es, en esencia, una bolsa de partículas alfa expelidas por este proceso.

AplicacionesEl helio es más ligero que el aire y a diferencia del hidrógeno no es inflamable, siendo además su poder ascensional un 8% menor que el de este, por lo que se emplea como gas de relleno en globos y zepelines publicitarios, de investigación atmosférica e incluso para realizar reconocimientos militares.

Aun siendo la anterior la principal, el helio tiene más aplicaciones:

Las mezclas de helio-oxígeno se emplean en la inmersión a gran profundidad, ya que el helio es inerte, menos soluble en la sangre que el nitrógeno y se difunde 2,5 veces más deprisa que este, todo lo cual reduce el tiempo requerido para la descompresión. Sin embargo, esta última debe comenzar a mayor profundidad, disminuyendo el riesgo de narcosis ("borrachera de las profundidades").

Por su bajo punto de licuefacción y evaporación puede utilizarse como refrigerante en aplicaciones a temperatura extremadamente baja, como en imanes superconductores e investigación criogénica a temperaturas próximas al cero absoluto.

En cromatografía de gases se usa como gas portador inerte. La atmósfera inerte de helio se emplea en la soldadura por arco y en la

fabricación de cristales de silicio y germanio, así como para presurizar combustibles líquidos de cohetes.

En túneles de viento supersónicos.

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Como agente refrigerante en reactores nucleares. El helio líquido encuentra cada vez mayor uso en las aplicaciones médicas de

la imagen por resonancia magnética (RMI). Se utiliza en equipos láser como uno de los gases más comunes,

principalmente la mezcla helio-neón (ver tanques de helio por país, anexos pag 27).

De la producción mundial total de helio en 2008, de 32 millones de kg, su mayor uso (alrededor del 22% del total en 2008) fue en aplicaciones criogénicas. De estas la mayoría fueron en medicina en el enfriamiento de imanes superconductores en escáneres de resonancia magnética.54 Otros usos importantes (un total de cerca de 78% de su uso en 1996) fueron en los sistemas de presurización y saneamiento, el mantenimiento de atmósferas controladas y la soldadura.

El helio se utiliza para muchos propósitos que requieren algunas de sus propiedades únicas, tales como su bajo punto de ebullición, baja densidad, baja solubilidad, alta conductividad térmica, o su baja reactividad química. Asimismo, está disponible comercialmente tanto en forma líquida como gaseosa. Como líquido, puede ser suministrado en recipientes pequeños llamados frascos de Dewar que permiten almacenar hasta 1.000 litros de helio, o en los contenedores ISO de gran tamaño que tienen una capacidad nominal de hasta 42 m³. En forma gaseosa, se suministran pequeñas cantidades en cilindros de alta presión que pueden contener un volumen equivalente a 8 m³ estándar.

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NEONPRODUCCIÓN DE LAMPARAS INCANDESCENTES

DIAGRAMA DE FLUJO

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DESCRIPCIÓN DEL PROCESO.

La producción de lámparas incandescentes es realizada en tres etapas. Muchos de estos trabajos son hechos por maquinaria automática, utilizando un número mínimo de trabajadores. Estas tres etapas de producción son:

1. Producción de la base del filamento: Estas máquinas son usadas para producir la base del filamento. Esta maquinaria puede ser usada para hacer la base del filamento de muchos tipos de lámparas.

A. Máquina de producción de las bocinas para la base del filamento: Una máquina diseñada especialmente con 12 cabezales ubicados alrededor del borde de la placa giratoria rebordea los tubos de vidrio que son utilizados para producir las bocinas, que luego son separadas con una llama que pule la superficie del vidrio y luego la corta.

B. Máquina de producción de los tubos del filamento: Las bocinas y los alambres conductores desde las tolvas de preclasificado son introducidos en una máquina que formará los tubos del filamento automáticamente.

C. Máquina de montaje: Los tubos del filamento son enviados a la máquina de montaje donde filamentos de alambres de tungsteno oxidado son adheridos, completando de esta manera el proceso de producción de la base del filamento.

2. Preparación del portalámparas o embutido:A. Las porciones requeridas de ingredientes necesarios para hacer el

compuesto de sellado son mezcladas en una máquina mezcladora de cemento.B. El compuesto sellador es distribuido en el portalámparas por una

máquina de llenado automático. Luego los portalámparas son enviados a la siguiente fase del proceso de producción, el ensamblaje.

3. Ensamblaje: La base del filamento, las bombillas de vidrio, y los portalámparas rellenos con cemento son ensamblados para formar el producto final.

A. Máquina de sellado y vaciado: Esta máquina cumple una doble función y está equipada con dos torreones, uno para el sellado y el otro para el vaciado de las lámparas. En la torre de sellado, la base del filamento es sellada a la bombilla por un quemador de gas. Luego, la bombilla sellada es transportada automáticamente sobre la plataforma giratoria de la máquina donde es vaciado, recalentado, llenado con gas, y resellado.

B. Máquina de cimentado: Las lámparas selladas y vaciadas son colocadas en las agarraderas de la máquina de cimentado. El cuello de la bombilla es calentado y colocado dentro del portalámparas relleno con cemento, completando de esta manera el proceso de manufactura.

C. Inspección y empaque: Las bombillas son inspeccionadas, probadas y empaquetadas en cajas de cartón.

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DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA.

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HELIOLICUACIÓN DEL AIRE

Esta separación involucra un sistema que no es del tipo de fases acuosas como las que se han realizado en mayor medida. El efecto en que se basa esta separación está representado por la ley de Graham que expusimos. Relativo a que el flujo de un gas a través de un tapón poroso o membrana.

Ahora bien, la separación de los componentes de una mezcla gaseosa de dos especies de diferentes pesos moleculares no ocurre en el interior de la membrana como resultado de una competencia entre los flujos difusivos de dichos componentes, sino que ocurre en la superficie de la membrana y se reconoce como "efecto de entrada". Lo cierto es que las partículas más rápidas penetran a la membrana en un número mayor que las partículas lentas, de tal forma que un enriquecimiento relativo de las moléculas lentas ocurre de inmediato a la entrada de la membrana. Se trata, pues, de una selección por efecto cinético.

La necesidad de separar los isótopos ha llevado a la aplicación del efecto Graham a gran escala. Esto se efectúa por un proceso de difusión a contracorriente. Se contemplan varias etapas en que el gas rechazado (concentrado en el componente de mayor peso) es recirculado para iniciar una siguiente etapa. En cambio, el gas enriquecido en el componente ligero pasa a otro módulo para un enriquecimiento adicional. De aquí, pues, la necesidad de un sistema "en cascada" para una separación eficiente.

La separación se presenta por medio de una barrera metálica porosa que constituye una membrana abierta. En este caso aparecen discrepancias cualitativas y cuantitativas con una teoría de transporte, ya que los valores de los flujos del gas hidrógeno a través de la membrana son altos, de manera que el sistema se aleja suficientemente del equilibrio para considerar efectos no lineales.

En la separación de gases de muy bajo peso molecular como el helio es posible usar membranas semipermeables en lugar de membranas abiertas, y la disociación ya no se apoya en el efecto Graham, sino que se debe a una criba que selecciona las partículas de acuerdo a su radio. Por ejemplo, el hidrógeno se puede separar con membranas de paladio. Éstas se disponen concéntricamente alrededor de un tubo de entrada. Las membranas delgadas de paladio son permeables al hidrógeno pero impermeables a otros gases, por lo que el hidrógeno puro se difunde a través de los tubos colectores. Los gases de desecho contienen a su vez hidrógeno y son retroalimentados a la mezcla de entrada. Asimismo, un interesante ejemplo de estos casos es también la obtención del helio purificado a partir del gas natural. Esto resulta de la aplicación de membranas de vitrosílica, permeables a los átomos de helio e impermeables a los gases restantes.

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DIAGRAMA DE EQUIPO

Purificación de un gas o separación de una mezcla de gases, por medio de un flujo de contracorriente usando membranas.

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Conclusión

Como resultado de la investigación presentada, es posible concluir que el elemento de mayor importancia para la obtención y procesamiento de los principales gases industriales es el aire, este pasa por un proceso de licuado en el cual posteriormente se procede a la destilación fraccionada del mismo, por el cual se obtiene una fracción de helio acompañada de neón.

Por otro lado al exponer las múltiples aplicaciones que tienen estos mismos en la industria podemos decir que no solo son importantes si no que son necesarios en el desarrollo humano. El helio por ejemplo por su bajo punto de licuefacción y evaporación puede utilizarse como refrigerante a temperaturas extremadamente bajas, siendo útil en la investigación criogénica. Además que se utiliza en el campo medico en las resonancias magnéticas.

También podemos recalcar que estos gases tienen su peligrosidad y un impacto en el medio ambiente, pero con los avances y estudios preventivos, se va mejorando día a día la manera de procesarlos, los métodos de elaboración de productos a base de los mismos y por supuesto que la exposición al ser humano sea nula debido a su toxicidad.

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Bibliografía

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Anexos

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Ley de efusión de Graham

Estructura del Freón 13.12

Tanques de Freón

Comercialización de Helio


Tabla de compuestos de FreónA B C D

R-11 Triclorofluorometano CCI3F 0,57R-12 Diclorodifluorometano CCI2F2 0,5R-13 Clorotrifluormetano CClF3 0,44

R-13B1 Bromotrifluormetano CBrF3 0,61R-14 Tetrafluoro de carbono CF4 0,4R-21 Diclorofluormetano CHCl2F 0,1R-22 Clorodifluormetano CHClF2 0,36

R-113 1,1,2-Triclorotrifluoretano CCl2FCClF2 0,19R-114 1,2-Diclorotetrafluoretano CClF2CClF2 0,72R-115 Cloropentafluoretano CClF2CF3 0,64

R-C318 Cloropentafluoretano C4F8 0,8R-500 Diclorodifluormetano (R12) 73,8 % +

Difluoretano (R-152a) 26,2 %CCl2F2 73,8 % + CH3CHF2 26,2 %

0,41

R-502 Clorodifluormetano (R22) 48,8 % + Cloropentafluoretano (R-115) 51,2 %

CHClF2 43,8 % + CClF2CF3 51,2 %

0,46

R-744 Anhídrido carbónico CO2 0,1

A = denominación simbólica-numérica del refrigeranteB = nombre químico común del refrigerante.C = formula química del refrigerante.D = Carga máxima en kilogramos por metro cubico (Kgm3) de espacio habitable.

Uso de tubos de neón

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Estructuras de Helio


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Símbolos de toxicidad

Tanques de Helio por país

Gases Industriales Final

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Transcript of Gases Industriales Final