Aire liquido

Aire liquido gyjorginh018g2 ‘IOR6pR 16, 2011 II pagos 3. Aire líquido Todo gas puede ser licuado (cambio de estado que se produce cuando una substancia pasa del estado gaseoso al estado líquido por acción de la temperatura y el aumento de presión) siempre que se lo enfríe por debajo de una cierta temperatura propia del gas, temperatura critica del gas y simultáneamente el aumento de la presión. La posibilidad de licuar el aire fue enunciada por Cailletet y Pictet en 1877, pero fue Carl von Linde quién desarrollo la primera máquina para la producción de aire líquido a nivel industrial.

Previamente se conoc[a que para que los gases pasen al estado líquido era necesario el aumento de presión y el descenso de temperatura, simultáneamente. Sin embargo y a pesar de haber logrado licuar casi todos los ases lle ando a temperaturas de hasta -110 -c y aplica miles de atm, la PACE 1 ori 1 licuación del oxígeno, itr6„. carbono y metano n Teniendo en cuenta temperaturas aún m ítrico, óxido de id uido se conseguía araday insistió en la posibilidad de la licuación de estos gases.

Andrews explica los fracasos anteriores introduciendo el concepto de temperatura rítica de un gas (temperatura a la cual un líquido se convierte en vapor, independientemente de la presión y el volumen) y explicando que todo gas tiene su temperatura critica, y que por encima de ésta no es posible licu SWipe page licuar el gas. Al estar por debajo de esta temperatura es posible la licuación del gas, a presiones relativamente bajas. El aire líquido está compuesto de aire previamente licuado medlante la aplicación de presones altas y enfriado a temperaturas muy bajas (temperatura crítica del aire: -140 C).

Debemos tener presente que el aire liquido calor muy fácilmente, s por eso que, para mantener al aire en estado líquido, éste debe ser conservado en un vaso de Dewar, ya que el mismo impide que el calor exterior «caliente» al aire líquido (actúa como termo). 3. 1 Propiedades * pero la densidad depende de la composición elemental del alre. * punto de fusión: -216. 2 oc ‘k Punto de ebullición: -194. 35 * Temperatura crítica: -141 32 oc * Peso molecular: 28. 6 gmol Otras, * Es tan frío que al contacto con la piel, se produce una sensación de quemadura. * En general, cualquier cuerpo introducido en el aire líquido pierde su elasticidad y se vuelve muy fragil, es decir quebradizo. k Si se vierte aire liquido de un frasco que lo contenga, se transforma en gas antes de llegar al suelo, o inmediatamente después de estar en contacto con él, produciendo una espesa niebla por condensación del vapor de agua de la atmósfera, debido al descenso brusco de temperatura que se produce. 3. Obtención/producción del aire liquido Tenemos varias formas de licuar el aire, pero existen dos procesos que son los más comunes y los empleados con mayor frecuencia por la pero existen dos procesos que son los más comunes y los empleados con mayor frecuencia por la industria: ciclo de Carl on Linde y el proceso de licuefacción de Georges Claude. Estos dos procesos aprovechan el efecto Joule – Kelvin (o Joule – Thomson) en los gases, para llegar a la temperatura crítica de licuación del aire, la cual es muy baja, que de otra manera es imposible alcanzarla.

Esta es la razón por la cual se consideraba gases «permanentes» a los componentes principales del aire (02, N2), ya que para estos no era suficiente la aplicación de una presión elevada, sino que es necesario alcanzar sus temperaturas criticas de licuación. Antes de describir los dos procesos, explicaremos de manera eneral en qué consiste el efecto Joule — Kelvin. * Efecto Joule — Kelvin (o Joule – Thomson). Ver anexos, gráfica 1. ara un gas, cuando éste se expande (su volumen aumenta) adiabáticamente, es decir que el sistema (gas) no intercambia calor con su entorno, la temperatura del mismo puede aumentar o disminuir dependiendo de la temperatura y presión inicial del gas. Para una presión constante, el gas tendrá una temperatura de inversión de Joule — Kelvin. Si la temperatura del sistema es menor a la de inversión, la expansión del gas ocasionará una disminución en la temperatura del mismo, y si la temperatura del istema.

En general, esta temperatura de inversión es relativamente alta para los gases y, por lo tanto, es posible conseguir el enfriamiento del gas gracias a la expansión del mismo. por lo tanto, es posible conseguir el enfriamiento del gas gracias a la expansión del mismo. 3. 2. 1 Licuación del aire por el método Linde. Linde basa su metodo en el efecto Joule-Kelvin para conseguir temperaturas muy bajas. Es el primero en desarrollar un mecanismo para licuar el aire capaz de ser implementado en instalaciones industriales, es decir de forma continua e ilimitada.

Podemos citar tres variantes del sistema Linde: Simple, con nfriamiento previo y dual. 3. 2. 1 . 1 Sistema Linde Simple. Ver anexos, esquema 1. Compuesto de compresor, intercambiador de calor, válvula de expansión y un depósito para el aire líquido. El aire entra al sistema a través del compresor donde al aplicarle trabajo se extrae el calor del gas y éste queda comprimido y a temperatura ambiente. Luego pasa al intercambiador de calor, donde es enfriado.

El aire (frío y comprimido) se expande al pasar por la válvula hasta alcanzar la presión atmosférica, llegando así a temperaturas por debajo de la crítica debido al efecto Joule-Kelvin desciende aprox. 0. 25 0C por atm). Pasa a la cámara de licuación, en donde la fase liquida obtenida es extraída del sistema. El aire no licuado regresa al intercambiador de calor para volver a ingresar al sistema desde el compresor. 3. 2. Sistema Linde con enfriamiento previo. Ver anexos, esquema 2. Es una variación del Sistema Linde simple. Consiste en enfriar el aire que sale del compresor a temperaturas menores a la ambiental, de esta manera se consigue licuar mayor cant del compresor a temperaturas menores a la ambiental, de esta manera se consigue licuar mayor cantidad de aire, reducir la resión necesaria, y así reducir el costo de producción industrial. ara conseguir este enfriamiento previo se utilizan sistemas de refrigeración en cascada. Refrigeración en cascada o de Pictet: Fue previamente el método para licuar el aire. Consistía en máquinas frigoríficas en seria, en donde se conseguía la condensación del fluido haciendo que la temperatura superior de un ciclo se aproxime a la inferior del anterior. 3. 2. 1. 3 Sistema Linde dual. Ver anexos, esquema 3.

Este proceso reduce el trabajo consumido por unidad de masa del fluido realizado por el compresor, lo que implica una educción de la cantidad de aire licuado. Este sistema conlleva dos etapas de expansión Joule-Kelvin. El aire frio y comprimido se envía al intercambiador donde se enfría hasta llegar a la primera válvula, al pasar, el aire llega a la presión intermedia. Al ser la presión intermedia, no existe separación de fases en líquido y gas en el primer separador (separador g, esquema 3).

El aire en este estado se divide en dos corrientes: la primera vuelve al intercambiador, la otra continúa a la segunda válvula donde se expande a la presión de 1 atm, en este punto el aire (g) estará en orma de vapor húmedo en el segundo separador (separador A, esquema 3) y es aquí donde se produce la separación en su fase líquida y vapor saturado, el cual regresa al intercambiador de calor hasta alcanzar un su fase líquida y vapor saturado, el cual regresa al intercambiador de calor hasta alcanzar una temperatura similar a la del aire en la entrada, siendo así el resultado del sistema aire líquido. . 2. 2 Licuación del aire por el método Claude. Ver anexos, esquema 4. La expansión de un gas en un cilindro para producir trabajo exterior, a partir del mismo gas, que recupera parcialmente l consumido en la compresión es la base del procedimiento Claude. Este sistema opera como el sistema Linde simple, pero en este el gas se expansiona adiabáticamente en el expansor (cilindro) produciendo un trabajo exterior, logrando asi menor trabajo por unidad de líquido obtenido. 3. Usos * Se lo utiliza en sistemas de refrigeración industrial y de laboratorio (refrigerante de dispositivos superconductores). * En medicina para la esterilización de instrumentos. * Principalmente, para la obtención de oxígeno, nitrógeno y algunos gases nobles. 4. Destilación del aire liquido. 4. Fundamentos de la destilación. Ver anexos, tabla 1. Al considerar que el aire es una mezcla gaseosa (está compuesto principalmente de 02 y N2), al ser licuado, los componentes del aire son miscibles en todas proporción en estado líquido.

La aptitud de cada componente para ser licuado varía debido a la diferencia en sus temperaturas críticas. Es así que para el aire existe una zona de temperaturas comprendida entre la crítica del 02 y la del N2 sobre la cual la licuación es imposible; dentro de esta zona, sólo una parte del 02 y la del N2 sobre la cual la licuación es imposible; dentro e esta zona, sólo una parte es licuada; por debajo de esta zona, la licuacion es completa, como ya se ha explicado.

Al tratarse de una mezcla gaseosa, para que la licuación sea continúa, es necesario que la presión aumente hasta un valor en el cual la licuación sea total. En todo momento habré equilibrio entre la presión (tensión de vapor de la fase líquida)y la temperatura de ebullición.

Por lo que al aumentar la presión, también lo hará la temperatura, originando que: – Durante la licuación la fase liquida no tiene la misma composición que la gaseosa, ya que las variaciones de presión del íquido implican un cambio en su composición – Esta varia continuamente a medlda que progresa la licuación, condensándose con preferencia el elemento más licuable en las primeras porciones, predominando el más volátil en la fase gaseosa final, pero siempre aparecerá una mezcla de ambos Los dos elementos componentes principales del aire, al tener diferentes puntos de ebullición, permiten la separación de estor por destilación. A la presión ordinaria el 02 hierve a -182,5, y el N2 a -195,5. Debido a esta diferencia en las temperaturas de ebullición, el N2 debería evaporarse primero, sin embargo desde n pnncpio, el vapor resultante tiene una riqueza de 7% de 02. A medida que avanza la destilación, la temperatura de ebullición del aire aumenta y así la tensión del 02, por lo que la fase gaseosa resultante es enriquecida de 02. 4. 2 Proc 1 aumenta y así la tensión del 02, por lo que la fase gaseosa 4. Procesos Industriales para la destilación del aire líquido para cualquier proceso industrial de destilación, el aire debe ser purificado antes de entrar al sistema de licuación y posteriormente al de destilación, de la siguiente manera: * Eliminación de polvo o impurezas mecánica. En cajas que contienen anillos Raschig de tamaño pequeño impregnados de aceite que, por adherencia, efectuaba el desempolvado. * Es preciso eliminar también el C02 y el vapor de agua, pues a las bajas temperaturas del proceso se solidificarían depositándose en las tuberías y produciendo obstrucciones. 4. 2. 1 Procedimiento de Linde. Ver anexos, esquema 5. Opera a 200 atm, expansionando después el aire hasta 40 atm según el tipo de instalación.

Consta de un compresor de varias etapas que lleva el aire a 200 atm absorbiendo el calor de compresión mediante serpentines de agua fría que rodean los ilindros. El aire comprimido pasa por otro serpent[n rodeado de líquido incongelable (procede de una estación frigorífica o de una mezcla de hielo y C12Ca) para eliminar los restos de humedad y de C02, dirigiéndose a continuación al tubo interior del aparato de contracorriente formado por un triple serpentin concéntrico. El tubo interior termina en una válvula que permite la expansión hasta 40 atm según sea la compresión en las primeras etapas del La válvula es el órgano esencial de la instalación. El ai primeras etapas del compresor. La válvula es el órgano esencial de la instalación.

El aire así expansionado y frio pasa al tubo central del triple serpentín cediendo sus frigorías (unidad de energía informal para medir la absorción de energía térmica. Equivale a una kilocaloría negativa) hasta llegar a las etapas finales del compresor, que lo comprime hasta 200 atm, volviendo al ciclo de fabricación. Cuando el aparato llega al régimen normal de funcionamiento, un 5% del aire se licúa a presión, y al pasar por la válvula se expansiona hasta la presión atmosférica produciéndose la ebullición del aire líquido y descenso de la temperatura desde 140C (temperatura de ebullición a 40 atm) hasta -190C (a 1 atm); para evitar la pérdida de frío arrastrada por la cantidad de aire liquido que se evapora, se le conduce al tubo exterior del triple serpentín.

Este sistema suministra aire líquido a la media hora de funcionamiento y se obtiene más de 0,5 litros por CV-hora. Al acoplarse una columna de destilación, el montaje se lleva a cabo de forma que el aire comprimido y frío atraviese el serpentin inferior de la columna doble de Linde, y se expansiona hasta 5 atm a través de la válvula de entrada a la columna de destilación, enetrando por la parte media de la columna inferior. El N2 que sale de la columna rectificadora pasa al tubo exterior y el 02 al central del triple serpentín. Este procedimiento es base en las instalaciones de alta y baja presión. Ver anexos, esquema 6. En este sistema base en las instalaciones de alta y baja presión. Ver anexos, esquema 6.

En este sistema industrial se obtiene: N2 99. 8% a 99. 9% de pureza y 02 con 4% de N2. 4. 2. 2 Procedimiento Claude (baja presión). Ver anexos, esquema En el sistema desarrollado por Claude, aplicó la expansión gradual del aire comprimido en dos émbolos acoplados sobre el mismo ?rbol, alcanzando temperaturas de -1 60C a -140C, logrando así licuar el aire a 40 atm. La instalación constaba de un motor, que aspira el aire exterior comprimiéndolo a 50 atm en el compresor y lo enviaba al refrigerante (R, esquema 7), para luego pasar a la columna depuradora donde se eliminaban el C02 y H20, abandonando también el aceite del compresor arrastrado.

El aire puro y comprimido pasa al intercambiador de calor, enfriándose a costa del aire sobrante de la licuación, y dirigido por el tubo S (S, esquema 7) se dividía en dos fracciones: IJna circulaba a presión por el licuador. La otra pasaba al expansor Cl (Cl, esquema 7) de aire comprimido, donde se expansionaba hasta alcanzar una temperatura de -1600C, produciendo un trabajo que colaboraba en la compresión del gas entrante. El aire expansionado y frío circula por la parte superior del licuador, que contiene aire a 40 atm procedente del intercambiador de calor, el cual condensaba, ya que su temperatura de licuación era de -1400C. El aire empleado en la refrigeración pasa de -1 600C a -1400C, dirigiéndose al segundo cilindro de expansor C2 (C2, esquema 7) en el cual se recuperaba ot