GASES

                                                

CARACTERÍSTICAS    Y    PROPIEDADES DE LOS GASES

El comprender las diferentes propiedades de los gases y cómo varían, lo podremos conseguir a través de un modelo que pretenda  explicar ¿cómo están formados los gases? ¿Cómo son por dentro? Un modelo: es una aproximación a la realidad. Los modelos se elaboran para facilitar  la comprensión y el estudio  de diversos fenómenos. Las leyes de los gases ayudan a predecir el comportamiento de los mismos, pero no explican lo que sucede a nivel molecular y que ocasiona los cambios que se observan en el nivel macroscopico. Por eso se ha propuesto el modelo de la Teoría Cinética Molecular, cuyos fundamentos iniciales se deben a D. Bernoulli en 1738 y posteriormente a Maxwell y Boltzman EN 1860. Las investigaciones de estos produjeron numerosas generalizaciones acerca del comportamiento de los gases que desde entonces se conoce como: “LA TEORÍA CINÉTICA MOLECULAR DE LOS GASES” Cuyos postulados principales son: 1.- Los gases estan constituídos por pequeñas partículas que estan separadas por distancias mucho mayores que sus propias dimensiones. Las partículas pueden considerarse como "puntos" es decir, poseen masa pero tienen un volumen despreciable comparado con el volumen que los contiene. 2.- Debido a que las partículas de gas permanecen separadas, entre ellas no existe ninguna fuerza de atracción o repulsión significativa y puede considerarse que se comportan como masas muy pequeñas. 3.- Las particulas de gas están en continuo movimiento en dirección aleatoria y con frecuencia chocan unas con otras. Las colisiones entre las partículas son perfectamente elásticas, es decir, la energía se transfiere de una partícula a otra por efecto de las colisiones; sin embargo, la energía total de todas las partículas del sistema permanece inalterada. 4.- La energía cinética promedio de las partículas es proporcional a la temperatura del gas (en Kelvin), la energía cinética promedio de una partícula está dada por: Ec = ½ mv2     Donde: Ec = Energía Cinética. m = Masa de la partícula v= Velocidad de la particula. CARACTERISTICAS DE LOS GASES Comprensión Tomando como referencia el tamaño de las partículas de un gas, existe una gran distancia  de espacio vació entre ellas, lo que hace posible  su comprensión o compresibilidad, es decir, la reducción  o disminución  de los espacios  vacíos entre  sus moléculas; lo cual  se logra  aumentando  la presión  y/o disminuyendo la temperatura. Expansión Cuando se calienta una muestra de gas, aumenta la velocidad promedio de sus partículas, las cuales se mueven  en un espacio mayor, dando como resultado que todo el gas aumenta su volumen se han expandido. Ejercen presión sobre el recipiente que los contienen Al estar en continuo movimiento, las partículas de un gas chocan contra las paredes del recipiente  que los contiene, ejerciendo presión sobre ellas.

Difusión

Cuando dos gases entran en contacto, se mezclan hasta quedar uniformemente  repartidas las partículas  de uno en otro, esto es posible  por el gran espacio  existente  entre sus partículas  y por el continuo  movimiento de estas.

VARIABLES FUNDAMENTALES

UNIDADES FÍSICAS

Presión: se define como la fuerza aplicada por unidad de área
P=F/A             
Donde:   P= presión
                F= fuerza
                A= área.
Las unidades de medida de la presión se representan por el cociente de las unidades de fuerza  entre las de superficie: g/cm², kg/cm², lb/in², atmósferas, torricelli, etc.

Volumen: se define como el espacio ocupado por un cuerpo. Las unidades de medida del volumen son: centímetros cúbicos (cm³) decímetros cúbicos (dm³), metros cúbicos (m³), litros (L) mililitros (mL), kilolitros (kL), etc.

Equivalencias

         1L          =  1000 mL

         1 dm³    =  100 cm³

         1 L         =   1 dm³

         1mL       =  1 cm³

         1kL        =  1000 L

         1 m³       =   1000 L

Temperatura:

¿Qué es la temperatura? La temperatura es una propiedad de los sistemas que nos indica cuando dos sistemas han alcanazado el equilibrio térmico. Para el modelo de gases ideales, la temperaura se define como la medida de la energía cinética promedio que tienen las partículas de un sistema.

Consideremos dos sistemas  A y B, en los cuales la temperatura A es mayor que la temperatura B. Los sistemas son cerrados: no puede salir o entrar materia de ellos, aunque la energía si lo puede hacer. Los dos sistemas se ponen en contacto y se observa que se transfiere energía del sistema A (de mayor  temperatura) al sistema B (de menor temperatura) hasta que estas se igualan. En dicho punto se dice que los dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico.

EJERCICIOS DE TEMPERATURA

Unidades químicas

Mol

Unidad de medida (SI) de la cantidad de sustancia (n)

Un mol se define como la unidad de cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0.012 kg de carbono 12 (14a. Conferencia General de Pesas y Medidas - 1971, resolución 3).

Pero ¿Cuántos átomos hay en 12 g de C 12?

                            6.022x1023 átomos

A este número se le conoce como Número de Avogadro en honor al Químico Italiano Amadeo Avogadro.

                                      GASES LICUADOS Y SOLUCIONES DE GASES


Características que Definen la Peligrosidad de los Gases


Debido a sus Propiedades.
Los gases tienen unas propiedades físicas y químicas, las primeras conducen a que los gases sean comprensibles, que ocupen todo el volumen del recinto en donde se encuentren, etc. En cuanto a las propiedades químicas, conducen a la existencia de los siguientes tipos de gases:


· Gases inertes: No arden, no mantienen la combustión y en su seno no es posible la vida, argón, nitrógeno, etc.


· Gases comburentes: Son indispensables para mantener la combustión, oxígeno, protóxido de nitrógeno, etc.


· Gases combustibles: Arden fácilmente en presencia del aire o de otro oxidante, hidrógeno, acetileno.


· Gases corrosivos: Capaces de atacar a los materiales y destruir los tejidos cutáneos, cloro.


· Gases tóxicos: Producen interacciones en el organismo vivo, pudiendo provocar la muerte a determinadas concentraciones, monóxido de carbono.


Estas propiedades hacen que la utilización de los gases por el hombre le suponga un riesgo si no se toman las medidas adecuadas, máxime teniendo en cuenta que muchos de los gases tienen más de una de las citadas propiedades.


Debido AL USO.
Para la utilización de los gases es necesario transportarlos desde el lugar de obtención o fabricación al de utilización o consumo. Al igual que en cualquier tipo de mercancía prima el principio económico de transportar la máxima cantidad en el mínimo volumen. Para poder llevarlo a efecto, y en función de las características del gas de que se trate, se procede a comprimirlos , licuarlos e incluso disolverlos a presión en un medio acuoso si la inestabilidad del mismo así lo requiere.




Estas operaciones suponen añadir nuevos riesgos a los derivados de sus propiedades, como son por ejemplo la presión, el frío que muchas veces es necesario para licuarlos, el gran volumen de gas que se produciría al vaporizarse desde el estado líquido, etc.


Todo ello conlleva que los gases sean considerados como mercancías peligrosas, y de hecho así son considerados en el Reglamento Nacional de Transporte de Mercancía Peligrosas por Carretera, en el que quedan incluidos en la Clase 2, "Gases comprimidos, licuados y disueltos a presión", en que el citado Reglamento clasifica las sustancias.


Clasificación de los Gases
Establecidas las anteriores premisas, es necesario clasificar los distintos tipos de gases que se emplean:


◦ Gas comprimido: Gas o mezcla de gases cuya temperatura crítica es menor o igual a - 10º C.


◦ Gas licuado: Gas o mezcla de gases cuya temperatura crítica es mayor o igual a - 10º C.


◦ Gas inflamable: Gas o mezcla de gases cuyo límite de inflamabilidad inferior es menor o igual al 13%, o que tenga un campo de inflamabilidad mayor de 12%.


◦ Gas tóxico: Aquel cuyo límite de máxima concentración tolerable durante 8 horas/día y 40 horas/semana, (T.L.V.), es inferior a 50 ppm.


◦ Gas corrosivo: Aquel que produce una corrosión de más de 6 mm/año, en un acero A33 UNE 36077-73, a una temperatura de 55ºC.


◦ Gas oxidante: Aquel capaz de soportar la combustión con un oxipotencial superior al del aire.


◦ Gas criogénico: Aquel cuya temperatura de ebullición a la presión atmosférica, es inferior a 40ºC.


A las anteriores definiciones hay que añadir otras que hacen referencia a la utilización propiamente dicha de los gases, y que según el anterior Reglamento de Aparatos a Presión, son las siguientes:


◦ Gas industrial: Los principales gases producidos y comercializados por la industria.


◦ Mezclas de gases industriales: Aquellas mezclas de gases que por su volumen de comercialización y su aplicación, tienen el mismo tratamiento que los gases industriales.


◦ Mezclas de calibración: Mezcla de gases, generalmente de precisión, utilizados para la calibración de analizadores, para trabajos específicos de investigación u otras aplicaciones concretas, que requieren cuidado en su fabricación y utilización.


Tipos de Recipientes Utilizados para Contener los Gases


Independientemente de las canalizaciones fijas para conducir los gases, se emplean distintos recipientes cuya clasificación genérica puede obedecer a la siguiente:


◦ Recipientes utilizados solamente para el transporte de gas, como es el caso de las cisternas y depósitos especiales.


◦ Recipientes utilizado para el transporte y utilización del gas, es el caso de las botellas de gas.


◦ Recipientes utilizados para contener el gas exclusivamente y desde los cuales se envía a los puntos de utilización mediante conducciones fijas. Es el caso de los grandes depósitos de almacenamiento.


De todos los anteriores recipientes son sin duda las botellas las más versátiles, al permitir no solo el transporte del gas sino disponer de ellas en los mismos puntos de aplicación.


Características Generales de las Botellas de Gas
Las botellas de gases son recipientes con capacidad igual o inferior a 150 litros, fabricadas en acero o aluminio. Las de acero pueden ser de una sola pieza o soldadas. Las de aluminio son necesariamente de una sola pieza.


En el caso de ser de acero, la fabricación según uno u otro tipo viene condicionado exclusivamente por la presión de prueba requerida para su utilización, estando limitada según dicho Reglamento de Aparatos a Presión, a 50 kg/cm2 en el caso de las fabricadas por soldadura, excepto las destinadas a contener cloro, en que la presión de prueba será máximo de 30 kg/cm2.


Las partes que se pueden distinguir en la botella son: fondo, cuerpo y ojiva, a lo que hay que sumar la tulipa, cuya misión es proteger el grifo de la botella en el caso de caída accidental.




Seguridad Mecánica de las Botellas de Gases
Dado que a lo largo de su vida útil las botellas deberán soportar presiones elevadas, por ejemplo 200 kg/cm2 en el caso de nitrógeno, se ha de garantizar la seguridad mecánica de las mismas frente a los esfuerzos que dichas presiones ocasionan.


El Reglamento de aparatos a presión establece las condiciones que deben cumplir en cuanto a diseño, cálculo de espesores, control de fabricación, etc., y que culmina con ensayos destructivos, específicos para cada tipo de botella, realizados en probetas tomadas en distintas partes de las muestra.


Una vez cumplidos los requisitos para los anteriores ensayos, todas las botellas se someten a una prueba hidráulica de presión, en la que el valor de la misma viene establecido para cada gas en el Reglamento del Transporte de Mercancías Peligrosas por Carretera, a su vez sustituido por el Acuerdo Internacional sobre Transporte Internacional de Mercancías Peligrosas por Carretera (A.D.R.).


Pruebas e Inspecciones Periódicas
Las pruebas anteriores garantizan la seguridad mecánica de la botella tras su fabricación, pero dado lo elevado de su vida útil y las agresiones que puede sufrir (abolladuras, cortes o marcas, quemaduras por arcos o sopletes, corrosión, etc.) a lo largo de la misma, las botellas deben ser sometidas a inspecciones periódicas para ver su estado y a pruebas periódicas de presión.


La periodicidad con que deben de realizarse, queda marcada en el Acuerdo Internacional sobre Transporte Internacional de Mercancías Peligrosas por Carretera (A.D.R.).


Información de Seguridad en las Botellas
Al objeto de proporcionar una información de seguridad adecuada a los usuarios de las botellas, el Reglamento de Aparatos a Presión establece las marcas que deberán figurar en las mismas y los colores con que deben pintarse las botellas, según el tipo de gas que contengan, y tal como se indica seguidamente:


Marcado de Botellas.
Proporciona una información clara y concisa acerca del recipiente y de su contenido, estando recogida la información prescrita.






Colores de las Botellas.
El color de las botellas tiene por objeto proporcionar a simple vista información acerca de su contenido, lo que constituye un importante factor desde el punto de vista de la seguridad. Dentro del color de la botella hay que distinguir el del cuerpo, franja y ojiva, ver figura siguiente.




El color del cuerpo es función de la familia de gases a que pertenece el contenido en la botella y que tal como prescribe el Reglamento de Aparatos a Presión, se usan los siguientes:


◦ Gases inflamables y combustibles Rojo


◦ Gases oxidantes e inertes Negro o gris


◦ Gases corrosivos Amarillo


◦ Gases tóxicos Verde


◦ Butano y propano industrial Naranja, otros colores


◦ Mezclas de calibración Gris


De ello se desprende que la simple visión de la botella nos indica si se trata de un gas tóxico, inflamable, etc.


En cuanto al color de la ojiva y de la franja, especifican el gas concreto que contiene la botella, siendo en ocasiones el color de la franja el mismo que el de la ojiva.

Colores de Botellas que Contienen Mezclas de Gases.

En el caso de mezclas de gases industriales, el color del cuerpo de la botella se pintará del color correspondiente al gas mayoritario de la mezcla, mientras que la ojiva, se pinta en forma de cuarterones, con los colores correspondientes a la que llevaría la ojiva de los gases que componen la mezcla,

Etiquetado de Botellas

Además de las marcas contenidas en las botellas, éstas disponen de etiquetas cuya muestra se recoge en la siguiente figura, las cuales contienen la dirección del fabricante, características principales del gas, fórmula del mismo, pictograma y medidas a tener en cuenta en la utilización segura del mismo.

  Características de los gases

Si desea consultar las características de los gases.

• Por su modo de producción o extracción: Los gases del aire, se extraen de la atmósfera que nos rodea, frente a los gases "químicos" producidos mediante la síntesis a partir de compuestos químicos de base. 
• Por su uso:  Los gases industriales, así llamados porque se utilizan en las industrias, y los gases no industriales, como el oxígeno, que se emplea en los hospitales, y por tanto para la salud como gases medicinales. 
• Por su composición y grado de pureza:   Los gases puros compuestos de un solo componente y las mezclas de gases formadas por varios gases. 
• Por sus propiedades en un proceso de combustión:  Los gases comburentes, que aceleran una combustión, los gases combustibles, que se inflaman directamente, y losgases neutros o inertes, que no generan reacción alguna. 
• Por sus propiedades biológicas en seres humanos:  Los gases para la vida: el principal gas en esta clasificación es el oxígeno. Los gases neutros no son esenciales para la vida, y los tóxicos la destruyen.
• Por sus propiedades criogénicas: Gases criogénicos o que licúan a muy baja temperatura, cuyas propiedades permiten el uso de scanners o producción de imágenes para diagnóstico médico, imanes superconductores, congelación de alimentos o en procesos industriales...
• Por sus aplicaciones científicas: gases que protegen frente a la oxidación, gases que aceleran la oxidación, gases con poder de acidificación, gases anestésicos, gases medicinales ..

Tipos de gases


GASES COMBURENTES
GASES INERTES
GASES INFLAMABLES
GASES ESPECIALES
GASES DE PROTECCIÓN SOLDADURA Y CORTE

---Comburentes OXIGENO Y AIRE

Son gases incoloros, inodoros e insípidos. No arden, pero soportan y aceleran rápidamente la combustión. El oxígeno forma aproximadamente el 21% del aire atmosférico. Los gases comburentes no arden, pero soportan y aceleran las combustiones.

Principales aplicaciones

OXÍGENO INDUSTRIAL - Soldadura autógena y oxicorte. - Temple superficial. - Decapado. - Metalización. - Procesos de afino ( siderometalurgia) - Afino de metales y aleaciones en la industria no férrea - Oxidación de oleinas. - Síntexis química. - Hornos de fusión. - Blanqueo de pasta de papel. - Incineración de residuos. OXÍGENO PURO- Microelectrónica. - Fibra óptica. - Tratamiento de aguas residuales. - Psicifactorías ( oxigenación). - Preparación de atm´soferas respirables. - Tratamientos médicos y hospitalarios. - Instrumentación analítica. - Corte con láser de CO2. - Corte por plasma. AIRE - Tratamientos médicos pro oxigenoterapia. - Equipos de buceo.

---Inertes

Argón, Nitrógeno, Helio y Dióxido de Carbono

Son gases incoloros, inodoros e insípidos. Los gases inertes no reaccionan en condiciones normales. No arden ni soportan la combustión. Pueden provocar asfixia en atmósferas confinadas o poco ventiladas si desplazan el aire. El argón y el dióxido de carbono son más pesados que el aire y se acumulan en las zonas bajas. El nitrógeno forma aproximadamente el 78% de la atmósfera y el argón el 1%.

Principales Aplicaciones

NITRÓGENO -Tratamientos térmicos -Afino del cobre y sus aleaciones -Inertización de tanques de almacenamiento -Afino de aluminio -Desgasificación de líquidos -Inertización en industria alimentaria -Industria química y petroquímica -Ingeniería eléctrica y electrónica -Congelación en industria alimentaria -Investigación médica y biológica -Inseminación artificial -Congelación de muestras -Molturación de materiales -Desbarbado de piezas -Ajuste y calado de piezas -Gas de apoyo en cromatografía -Gas de respaldo en soldadura -Atmósfera en hornos para pintura -Detección de fugas -Corte por plasma -Pruebas neumáticas -Corte con láser de CO2 ARGÓN -Desgasificación durante la fusión y afino de acero inoxidable  -Gases de protección en soldadura por arco (MIG, TIG, PLASMA) y corte con plasma.Pasadas de raíz en tuberías, cisternas,  intercambiadores y en recipientes en general, expositores, mostradores, mezcladores, etc -Producción de titanio  -Industria electrónica y de semiconductores

---Inflamables

Acetileno, Hidrógeno

El acetileno es una gas incoloro, con un olor característico a ajo. El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido. Forman mezcas explosivas con el aire y el oxígeno. Pueden provocar axfisia en atmósferas confinadas o poco ventiladas.

Principales Aplicaciones

ACETILENO- Soldadura, corte y calentamiento oxiacetilénico. - Desmoldeado de piezas. - Flameado de granito. - Procesos de síntesis química (etileno, acetato de vinilo, cloruro de vinilo, sulfuro de vinilo, ácidos acrílicos. etc.) HIDRÓGENO - Hidrogenación de grasas y aceites comestibles. - Hidrogenización de tesoactivos y aceites industriales. - Tratamiento químico de materiales ( recocido, sinterizado, temple). - Fabricación de vidrio plano. - Trasmisor térmico en centrales térmicas. - Fabricación de polietileno. - Desoxigenación de agua en circuitos. . Soldadura y corte de aceros inoxidables ( mezclado con argón). - Gas protador en cromatografía. - Industria de microelectrónica. - Fabricación de fibra óptica. - Soldadura blanda en hornos de atmósfera controlada. - Gas de respaldo en soldadura (mezclado con nitrógeno) - Combustible aeroespacial - Síntesis química. - Procesos de síntesis química (acetaldehído, acetanilina, amoníaco, anilina, benceno, ciclohexano, ciclohexanol, etanol, metanol, peróxido de hidrógeno, etc)

---Especiales


Se caracterizan por su alta pureza así como por sus aplicaciones, distintas de las industriales.
La seguridad en la utilización de los gases especiales se basa en el conocimiento de las características de peligrosidad que presenta el producto que se está utilizando.
Son gases especiales:
Los que precisan de una pureza alta y aquellas mezclas de gases que se deben realizar en cantidades muy precisas de cada uno de sus componentes. Ambas características se pueden certificar.
Las mezclas de gases no normalizadas que se preparan especialmente a petición de los clientes.
Los gases y mezclas de gases de consumo reducido.
Los gases que presentan riesgos característicos por sus propiedades de toxicidad, corrosividad o inflamabilidad.
Los gases envasados en botellas de características especiales, ya sea por su tamaño, válvula u otras características.
PRAXAIR ofrece, gracias a un riguroso y estricto control analítico, un abanico de purezas para cada gas en correspondencia 




---DE PROTECCIÓN SOLDADURA Y CORTE


Se denominan gases de protección a todos los gases y mezclas de gases que se utilizan en trabajos de soldadura y corte.
Suelen estar formados por: Ar, He, CO2, 02, N2, H2. Los componentes mayoritarios son Ar, He, CO2
y N2 y su comportamiento, desde el punto de vista de seguridad, depende de las proporciones de cada componente en la mezcla.
con las necesidades de sus clientes. Utiliza las técnicas instrumentales más avanzadas y somete a los envases a un tratamiento previo sistemático.