La mezcla de gases es el proceso de mezclar gases para un propósito específico donde se especifica y controla la composición de la mezcla resultante. Una amplia gama de aplicaciones incluyen procesos científicos e industriales, producción y almacenamiento de alimentos y gases respiratorios.
Las mezclas de gases generalmente se especifican en términos de fracción de gas molar (que se aproxima mucho a la fracción de gas volumétrica para muchos gases permanentes ): por porcentaje, partes por mil o partes por millón. La fracción volumétrica de gas se convierte trivialmente en una relación de presión parcial, siguiendo la ley de presiones parciales de Dalton . La combinación de presión parcial a temperatura constante es computacionalmente simple y la medición de presión es relativamente económica, pero mantener la temperatura constante durante los cambios de presión requiere retrasos significativos para la ecualización de temperatura. Mezcla por fracción de masano se ve afectado por la variación de temperatura durante el proceso, pero requiere una medición precisa de la masa o el peso y el cálculo de las masas constituyentes a partir de la relación molar especificada. En la práctica se utilizan tanto la mezcla de presión parcial como de fracción de masa.
Aplicaciones [ editar ]
Gases de protección para soldar [ editar ]
Los gases de protección son gases inertes o semi-inertes que se utilizan en la soldadura por arco metálico con gas y en la soldadura por arco de tungsteno con gas para proteger el área de soldadura del oxígeno y el vapor de agua, lo que puede reducir la calidad de la soldadura o dificultar la soldadura.
La soldadura por arco metálico con gas (GMAW) o soldadura con gas inerte metálico (MIG) es un proceso que utiliza una alimentación continua de alambre como electrodo consumible y una mezcla de gas inerte o semi-inerte para proteger la soldadura de la contaminación. [1] La soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), o soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG), es un proceso de soldadura manual que utiliza un electrodo de tungsteno no consumible , una mezcla de gas inerte o semi-inerte y un material de relleno separado. [2]
Envasado de atmósfera modificada en la industria alimentaria [ editar ]
El envasado en atmósfera modificada conserva los productos frescos para mejorar la calidad de entrega del producto y prolongar su vida útil. La composición del gas utilizado para envasar productos alimenticios depende del producto. Un alto contenido de oxígeno ayuda a retener el color rojo de la carne, mientras que un bajo contenido de oxígeno reduce el crecimiento de moho en el pan y las verduras. [3]
Mezclas de gases para elaborar cerveza [ editar ]
- Burbujeo : un gas inerte como el nitrógeno se burbujea a través del vino, lo que elimina el oxígeno disuelto. También se elimina el dióxido de carbono y para asegurar que quede una cantidad apropiada de dióxido de carbono, se puede usar una mezcla de nitrógeno y dióxido de carbono para el gas de burbujeo. [3]
- Purga y manta: La eliminación de oxígeno del espacio superior sobre el vino en un recipiente mediante el lavado con una mezcla de gas similar a la utilizada para el burbujeo se llama purga, y si se deja allí se llama manta o inertización. [3]
Mezclas de gases respiratorios para bucear [ editar ]
Un gas respiratorio es una mezcla de elementos químicos gaseosos y compuestos utilizados para la respiración . El componente esencial de cualquier gas respirable es una presión parcial de oxígeno de entre aproximadamente 0,16 y 1,60 bar a la presión ambiental . El oxígeno suele ser el único componente metabólicamente activo a menos que el gas sea una mezcla anestésica. Parte del oxígeno del gas respirable es consumido por los procesos metabólicos, y los componentes inertes no cambian y sirven principalmente para diluir el oxígeno a una concentración adecuada y, por lo tanto, también se conocen como gases diluyentes.
Buceo [ editar ]
La mezcla de gases para el buceo es el llenado de cilindros de buceo con gases que no respiran aire, como nitrox , trimix y heliox . El uso de estos gases generalmente tiene como objetivo mejorar la seguridad general de la inmersión planificada, al reducir el riesgo de enfermedad por descompresión y / o narcosis por nitrógeno , y puede mejorar la facilidad para respirar .
Buceo de saturación y suministro de superficie [ editar ]
La mezcla de gases para el buceo con suministro de superficie y de saturación puede incluir el llenado de cilindros de almacenamiento a granel y cilindros de rescate con gases respirables, pero también implica la mezcla de gases respirables a menor presión que se suministran directamente al buceador o al sistema de soporte vital hiperbárico. . Parte del funcionamiento del sistema de soporte vital es el reabastecimiento de oxígeno utilizado por los ocupantes y la eliminación del producto de desecho de dióxido de carbono por la unidad de acondicionamiento de gas. Esto implica el control de la composición del gas de la cámara y la adición periódica de oxígeno al gas de la cámara a la presión interna de la cámara.
La unidad mezcladora de gas forma parte del equipo de soporte vital de un sistema de saturación, junto con otros componentes que pueden incluir almacenamiento de gas a granel, compresores, unidad de recuperación de helio, suministro de agua caliente de campana y buzo, unidad de acondicionamiento de gas y suministro de energía de emergencia [4]
Mezclas de gases medicinales [ editar ]
La máquina de anestesia se utiliza para mezclar el gas respiratorio de los pacientes bajo anestesia durante la cirugía. El sistema de mezcla y suministro de gas permite al anestesista controlar la fracción de oxígeno, la concentración de óxido nitroso y la concentración de agentes anestésicos volátiles. [5] La máquina generalmente se suministra con oxígeno (O 2 ) y óxido nitroso (N 2 O) de las líneas de baja presión y los cilindros de reserva de alta presión, y el gas medido se mezcla a presión ambiente, después de lo cual se pueden agregar agentes anestésicos adicionales. por un vaporizador, y el gas puede ser humidificado. El aire se usa como diluyente para disminuir la concentración de oxígeno. En casos especiales, también se pueden agregar otros gases a la mezcla. Estos pueden incluir dióxido de carbono (CO 2), utilizado para estimular la respiración, y helio (He) para reducir la resistencia al flujo o para mejorar la transferencia de calor. [6]
Los sistemas de mezcla de gas pueden ser mecánicos, usando bancos de rotámetro convencionales, o electrónicos, usando solenoides proporcionales o inyectores pulsados, y el control puede ser manual o automático. [5]
Procesos de producción química [ editar ]
Suministro de materiales reactivos gaseosos para procesos de producción química en la proporción requerida
Fabricación y almacenamiento en atmósfera controlada [ editar ]
Pueden usarse mezclas de gases protectores para excluir el aire u otros gases de la superficie de materiales sensibles durante el procesamiento. Los ejemplos incluyen la fusión de metales reactivos como el magnesio y el tratamiento térmico de aceros.
Mezclas de gases personalizadas para aplicaciones analíticas [ editar ]
Gases de calibración :
- Los gases de referencia se utilizan para probar y calibrar el equipo de detección de gas al exponer el sensor a una concentración conocida de un contaminante. Los gases se utilizan como punto de referencia para asegurar lecturas correctas después de la calibración y tienen una composición muy precisa, con un contenido de gas a detectar cercano al valor establecido para el detector.
- El gas cero es normalmente un gas libre del componente que se va a medir, y tan similar como sea posible a la composición del gas que se va a monitorear, que se utiliza para calibrar el punto cero del sensor.
Las mezclas de gases de calibración se producen generalmente en lotes mediante métodos gravimétricos o volumétricos.
El método gravimétrico utiliza escalas sensibles y calibradas con precisión para pesar las cantidades de gases añadidas al cilindro. Se requiere una medición precisa ya que la inexactitud o las impurezas pueden resultar en una calibración incorrecta. El recipiente para el gas de calibración debe estar lo más limpio posible para estar perfectamente limpio. Los cilindros se pueden limpiar purgando con nitrógeno de alta pureza, el vacío. Para mezclas particularmente críticas, el cilindro se puede calentar mientras se aspira para facilitar la eliminación de cualquier impureza adherida a las paredes. [7]
Después del llenado, la mezcla de gases debe mezclarse completamente para asegurar que todos los componentes se distribuyan uniformemente por todo el recipiente para evitar posibles variaciones en la composición dentro del recipiente. Esto se hace comúnmente haciendo rodar el recipiente horizontalmente durante 2 a 4 horas. [7]
Métodos [ editar ]
Hay varios métodos disponibles para la mezcla de gases. Estos pueden distinguirse como métodos por lotes y procesos continuos.
Métodos por lotes [ editar ]
La mezcla de gas por lotes requiere que se midan y mezclen las cantidades apropiadas de los gases constituyentes hasta que la mezcla sea homogénea. Las cantidades se basan en las fracciones molares (o molares), pero se miden en volumen o en masa. La medición del volumen puede realizarse indirectamente mediante presión parcial, ya que los gases a menudo se decantan secuencialmente en el mismo recipiente para mezclarlos y, por lo tanto, ocupan el mismo volumen. La medición de peso se usa generalmente como un sustituto de la medición de masa, ya que la aceleración generalmente se puede considerar constante.
La fracción molar también se denomina fracción de cantidad y es el número de moléculas de un constituyente dividido por el número total de todas las moléculas de la mezcla. Por ejemplo, una mezcla de 50% de oxígeno y 50% de helio contendrá aproximadamente el mismo número de moléculas de oxígeno y helio. Como tanto el oxígeno como el helio se aproximan a los gases ideales a presiones inferiores a 200 bar, cada uno ocupará el mismo volumen a la misma presión y temperatura, por lo que pueden medirse en volumen a la misma presión, luego mezclarse o por presión parcial cuando se decantan en el mismo contenedor.
La fracción de masa se puede calcular a partir de la fracción molar multiplicando la fracción molar por la masa molecular de cada constituyente, para encontrar una masa constituyente y comparándola con las masas sumadas de todos los constituyentes. La masa real de cada constituyente necesario para una mezcla se calcula multiplicando la fracción de masa por la masa deseada de la mezcla.
Mezcla de presión parcial [ editar ]
También conocido como mezcla volumétrica. Esto debe hacerse a temperatura constante para obtener la mejor precisión, aunque es posible compensar los cambios de temperatura en proporción a la precisión de la temperatura medida antes y después de que se agregue cada gas a la mezcla.
La mezcla de presión parcial se usa comúnmente para respirar gases para bucear. La precisión requerida para esta aplicación se puede lograr usando un manómetro que lea con precisión a 0.5 bar y permitiendo que la temperatura se equilibre después de agregar cada gas.
Mezcla de fracción de masa [ editar ]
También conocido como mezcla gravimétrica. Esto no se ve afectado relativamente por la temperatura y la precisión depende de la precisión de la medición de masa de los componentes.
La mezcla de fracciones de masa se utiliza cuando es fundamental una gran precisión de la mezcla, como en los gases de calibración. El método no es adecuado para plataformas móviles donde las aceleraciones pueden causar una medición inexacta y, por lo tanto, no es adecuado para mezclar gases de buceo en embarcaciones.
Procesos continuos [ editar ]
Aditivo [ editar ]
- Mezcla de flujo constante: se mezcla un flujo controlado de los gases constituyentes para formar el producto. La mezcla puede ocurrir a presión ambiental o en un ajuste de presión por encima de la temperatura ambiente pero más baja que la presión del gas de suministro.
- Suministro de flujo másico constante: los controladores de flujo másico de precisión se utilizan para controlar el caudal de cada gas para mezclar. Se pueden instalar medidores de flujo másico en las salidas de los controladores de flujo másico para monitorear la salida. Los gases pueden pasar a través de un mezclador estático para asegurar una salida homogénea.
La mezcla continua de gases se usa para algunas aplicaciones de buceo con suministro de superficie y para muchos procesos químicos que usan mezclas de gases reactivos, particularmente cuando puede ser necesario alterar la mezcla durante la operación o el proceso.
Sustractivo [ editar ]
Estos procesos comienzan con una mezcla de gases, generalmente aire, y reducen la concentración de uno o más de los componentes. Estos procesos se pueden utilizar para la producción de Nitrox para buceo y aire desoxigenado con fines de protección.
- Adsorción por cambio de presión: adsorción selectiva de gas en un medio que es reversible y proporcional a la presión. El gas se carga en el medio durante la fase de alta presión y se libera durante la fase de baja presión.
- Separación de gas de membrana : el gas se fuerza a través de una membrana semipermeable por una diferencia de presión. Algunos de los gases constituyentes atraviesan la membrana más fácilmente que otros, y la salida del lado de baja presión se enriquece con los gases que la atraviesan más fácilmente. Los gases que pasan más lentamente a través de la membrana se acumulan en el lado de alta presión y se descargan continuamente para retener una concentración constante. El proceso puede repetirse en varias etapas para aumentar las concentraciones.
Análisis de gases [ editar ]
Por lo general, las mezclas de gases deben analizarse durante el proceso o después de la mezcla para el control de calidad. Esto es particularmente importante para las mezclas de gases respirables donde los errores pueden afectar la salud y seguridad del usuario final.
El contenido de oxígeno es relativamente simple de monitorear usando celdas electrogalvánicas y estas se usan de manera rutinaria en la industria del buceo submarino para este propósito, aunque otros métodos pueden ser más precisos y confiables.
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Referencias [ editar ]
- ^ Lincoln Electric, p. 5.4-3
- ^ Weman, pág. 31
- ^ a b c http://www.gasmixing.com/Gas-mixing-applications.aspx
- ^ Bevan, John, ed. (2005). "Sección 5.4". The Professional Divers's Handbook (segunda edición). 5 Nepean Close, Alverstoke, GOSPORT, Hampshire PO12 2BH: Submex Ltd. p. 242. ISBN 978-0950824260.Mantenimiento de CS1: ubicación ( enlace )
- ^ a b La máquina anestésica: sistemas de mezcla de gases http://www.anaesthesia.med.usyd.edu.au/resources/lectures/gas_supplies_clt/gasmixing.html
- ^ El manual de ingeniería biomédica. 2ª edición editada por Joseph D. Bronzino. Springer Science & Business Media, 2000 https://books.google.com/books?id=6bK84ZHFuW4C&pg=SA84-PA2&lpg=SA84-PA2&dq=Anesthetic+Gas+blending&source=bl&ots=_aYjACYME3&sig=C-iBO52-lWzNl&Cjp05&hl=es = Pvj4U8fOI6fZ0QWFlYGgCQ & ved = 0CCoQ6AEwAw # v = onepage & q = Anestésico% 20Gas% 20blending & f = false
- ^ a b Personal, Wilhelmsen Ships Service: "Span gases" http://www.wilhelmsen.com/services/maritime/companies/buss/BUSS_Pressroom/Documents/Span%20Gases.pdf
- Lincoln Electric (1994). El manual de procedimientos de soldadura por arco . Cleveland : Lincoln Electric. ISBN 99949-25-82-2.
- Weman, Klas (2003). Manual de procesos de soldadura . Nueva York, NY: CRC Press LLC. ISBN 0-8493-1773-8.
Ver también [ editar ]
- Mezcla de gases para el buceo
| vtmiBuceo submarino | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
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