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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICOFacultad de Estudios Superiores Cuautitlán

Ingeniería de Procesos. Grupo: 2801

Actividad: Gases Inertes en la Industria

Barrón Sánchez Mónica Yadira, García Quero Rocío, Medina Pérez Jacqueline, Miranda Villagran Ana Karen, Oliva Tapia Irazema

GASES INERTES EN LA INDUSTRIALos gases inertes son un grupo de elementos químicos con propiedades muy similares: por ejemplo, bajo condiciones normales, son gases monoatómicos inodoros, incoloros y presentan una reactividad química muy baja. Son no reactivos bajo determinadas condiciones de presión y temperatura.

Algunos de los gases inertes se muestran a continuación:

Tabla 1. Gases inertes, características y usos en la industria.

GAS CARACTERÍSTICAS APLICACIONES

Nitrógeno

Gas incoloro, inodoro e insípido. Es inerte: no reacciona con ninguna otra

sustancia en condiciones normales de temperatura y presión.

- Proteger las materias primas inflamables de cualquier contacto con el oxígeno. Se reducen los riesgos de incendio o explosión.

- En la industria alimentaria, es utilizado como una atmósfera protectora, evitando cualquier contacto entre los productos alimenticios (patatas fritas, frutos secos, etc.) y el oxígeno, ya que éste podría hacer que no sean aptos para el consumo.

- El nitrógeno líquido (-196°C) se utiliza para congelar alimentos que pueden ser enfriados de manera espectacular, y así conservar de forma duradera su sabor y textura.

Oxígeno

Gas incoloro, inodoro e insípido. Elemento altamente reactivo, se pueden

formar compuestos con casi todos los otros elementos mediante la oxidación de ellos.

- Permite producir gas de síntesis (CO + H₂) de muchas fuentes diferentes: gas natural, hidrocarburos, carbón, biomasa, etc. Estos recursos naturales pueden ser mejorados y convertidos en productos químicos o combustibles (biocombustibles, en particular).

- En las industrias de productos químicos y petroquímicos, se utiliza como un reactivo para mejorar la eficiencia de un gran número de procesos. En las industrias de la metalurgia y del acero, también se utiliza para la combustión y para ajustar el contenido de carbono en el acero.

Helio

Tiene el punto de fusión más bajo de cualquier elemento y se su punto de

ebullición es cercano al cero absoluto. Se mantiene líquido hasta el cero absoluto a presiones ordinarias, pero se solidificará fácilmente por el aumento de la presión.

- Como líquido en procesos de refrigeración a bajas temperaturas y en aplicaciones criogénicas.

- En forma gaseosa se emplea como un escudo de gas inerte para la soldadura por arco.

- En aplicaciones de láser para atmósferas artificiales buceadores y otras personas que trabajan bajo presión.

- Para llenado de globos y dirigibles.- Como gas para túneles de viento supersónicos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Monoat%C3%B3mico

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





GAS CARACTERÍSTICAS APLICACIONES

Argón

El argón es un gas incoloro, inodoro e insípido. Es químicamente inerte. Es el más

abundante de los "gases nobles”.

- Como una atmósfera protectora para determinados productos alimenticios, especialmente frutas y verduras.

- En la metalurgia y la soldadura, se utiliza para crear una atmósfera protectora inerte contra los riesgos de oxidación entre el metal líquido y el aire circundante y reduce las emisiones de humo.

- Se utiliza en la iluminación para el llenado de bombillas incandescentes y fluorescentes para evitar que el filamento reaccione con el aire y se consuma.

- Se puede utilizar para preservar la pintura, el barniz y cosas similares cuando se quieren almacenar una vez abiertas.

- Se utiliza a menudo como un gas portador en cromatografía de gases.

- Los láseres azules de argón se utilizan en cirugía para soldar las arterias y corregir problemas oculares.

Neón

Gas noble, incoloro, prácticamente inerte.Aunque es el cuarto elemento más

abundante en el Universo, en la Tierra es bastante escaso, ya que apenas constituye el

0.00182% de la atmósfera.

- Indicadores de alto voltaje.- Tubos de televisión.- Junto con el helio se emplea para obtener un tipo

de láser.- El neón licuado se comercializa como

refrigerante criogénico.- El neón líquido se utiliza en lugar

del hidrógeno líquido para refrigeración

Kriptón y Xenón

Son gases inertes monoatómicos.

El kriptón es un gas de características bastante extrañas, siendo uno de los

elementos más raros de la tabla periódica. La atmósfera de la Tierra tiene un 0.0001%

de este gas tan raro y según los científicos, la atmósfera de Marte tendría el triple de esta

cantidad.

El xenón es incoloro, inodoro e insípido; es un gas en condiciones normales. El xenón es el único de los gases nobles no radiactivos

que forma compuestos químicos estables a la temperatura ambiente.

- Kriptón y xenón limitan el deterioro gradual de filamento incandescente bombillas de luz y aumentan la vida de la bombilla, garantizando una mayor eficacia de la luz.

- Kriptón y xenón también se utilizan en algunos tipos de láser y en la fabricación de pantallas planas panel.

- En la industria automotriz, el xenón se utiliza para faros porque produce una muy potente luz blanca, similar a la luz diurna. Aumentan los contrastes y la visión del color y por lo tanto contribuyen a la seguridad vial.

- En la industria espacial, el xenón se utiliza como propelente satélite y permite ajustar trayectorias orbitales con precisión. Este gas se utiliza debido a su masa que asegura empuje adecuada en el espacio con el fin de poner el satélite en movimiento.





A parte de los gases nobles vistos anteriormente en la tabla 1, existen otros gases inertes de interés industrial como el anhídrido carbónico (CO2). Otros medios inertes más complejos son el vapor de agua y el conocido como polvo químico seco (bicarbonato sódico).

La creación de atmosferas inertes es fundamental en muchas operaciones industriales, como el mantenimiento de depósitos de combustible, hornos, etc. Y en general consiste en evitar la reacción del oxígeno con cualquier otro compuesto en el medio a proteger. Por su precio asequible el gas más empleado para conseguir la inertización de una zona es nitrógeno.

Para ver algunos ejemplos, el nitrógeno y el dióxido de carbono son los gases inertes más comúnmente utilizados en la industria del vino hoy en día. En algunos casos también se utiliza una mezcla de estos dos gases en proporciones variables. El uso de un gas particular depende del tipo de vino y la finalidad prevista. El gas inerte se puede utilizar en aquellas situaciones en las que es probable que sea aireado el vino.

Durante el proceso, hay varias ocasiones en las que el vino se enfrenta al peligro de recoger oxígeno. Algunas importantes ocasiones incluyen:

1. Transferencia de vino2. Embotellado3. Vino almacenado con espacio vacío

El nitrógeno se puede utilizar para burbujeo de un vino blanco para eliminar el oxígeno disuelto, pero también puede despojar CO2 fuera por debajo del nivel óptimo de prestación del vino menos apetecible. Vinos con menos de 0,2 g / l de CO2, se considera que carecen de frescura.

En la industria farmacéutica los gases se utilizan como sustancias auxiliares o inactivas, y deben conservar la calidad de los medicamentos en todo momento. Según la Directiva CE nº 2001/83, cualquier titular de autorización de fabricación de un medicamento está obligado a usar sólo aquellas sustancias auxiliares que cumplan con las normas de correcta fabricación. Además, cualquier titular debe comprobar la autenticidad y calidad de estas sustancias.

A su vez, las Normas de Correcta Fabricación (GMPs), parte II, hacen hincapié en verificar la calidad. En el caso de las sustancias inactivas es suficiente con la entrega de un certificado de análisis del fabricante que demuestre que estas sustancias cumplen con unas especificaciones determinadas.

Las aplicaciones en la industria farmacéutica, engloban procesos en los cuales el gas está en contacto directo con el producto, los procesos donde el gas acompaña el producto sin estar en contacto con él y los gases que actúan de forma periférica.

Secado por refrigeración con nitrógeno líquido, en el cual se seca de forma suave las sustancias en estado ultra-congelado para conservar sus características biológicas y/o químicas.

Fabricación de polvos mediante pulverización y cristalización, un proceso que convierte un producto líquido o pastoso con la aplicación de dióxido de carbono líquido en un producto pulverizado.

• Molienda criogénica con nitrógeno o dióxido de carbono de diferentes sustancias que a menudo deben convertirse en polvos finos con una gran superficie específica para seguir siendo procesadas o aplicadas.

• Refrigeración de productos farmacéuticos biológicos con hielo seco.





• Refrigeración de reactores químicos con nitrógeno, ya que muchos procesos de producción de medicamentos y sustancias químicas se llevan a cabo a temperaturas muy bajas.

• Inertización de recipientes y tuberías con nitrógeno o dióxido de carbono en forma gas.• Limpieza con hielo seco.• Tratamiento de gases de emisiones mediante nitrógeno. Sirve para purificar pequeñas y medianas corrientes de

emisiones con altas cargas de solventes.• Tratamiento biológico de aguas residuales con oxígeno tanto para una desnitrificación intercalada como para la

operación simultánea o intermitente de los depósitos de aireación.• Neutralización de aguas residuales alcalinas con dióxido de carbono como alternativa ecológica, segura y

económica al uso de ácidos minerales convencionales

Instalación de gases inertes en la industria.

A la hora de realizar una instalación de este tipo, se debe recurrir a una empresa o instalador autorizado.

En el siguiente esquema se muestra una instalación modelo para botellas de gases inertes y aire a presión con los componentes y equipamientos de las que debe constar.

1. Botellas de gases inertes o aire a presión a 200 bar a 15ºC. Instalar un rótulo bien visible con el nombre del gas.2. Serpentín para adaptar la altura de la botella al colector.3. Llave de paso a la canalización con válvula anti-retorno.4. Llave de purga con válvula anti-retorno.5. Reductor de presión de expansión pre-regulada de 200 a 8 bar, equipado con manómetro que indica la presión el

gas en la botella, y con válvula de seguridad para preservar la canalización de sobrepresiones.6. Tubo flexible





7. Central para sustitución automática de la botella vacía por la llena8. Presostatos de mando de la central automática9. Conducto fijo en Acero Inoxidable.10. Rejillas de ventilación11. Vaina pasamuros. 12. Soporte del reductor auto- obturante, fijo en la pared. Marcar la boca de salida con el nombre del gas. 13. Regulador de presión con manómetro que indica la presión de trabajo.14. Regulador de caudal. 15. Espectrofotómetro o cromatógrafo de gases16. Cofre de señalización de sustitución de botellas vacías, conectado a la central automática. 17. Recinto del analizador con entrada directa de aire del exterior.

Características que definen la peligrosidad de los gases inertesLos gases inertes son incoloros, inodoros e insípidos, por lo que su efecto asfixiante al desplazar al aire, se produce sin ningún signo fisiológico preliminar que señale su presencia; en este sentido son por tanto mucho más peligrosos que gases tóxicos como el cloro, amoníaco, etc., de los que basta una pequeña concentración ambiental para que su olor característico y penetrante delaten su presencia.

La simple inhalación de dos bocanadas de un gas inerte basta para perder la consciencia y en muy pocos minutos producir lesiones cerebrales irreversibles o la muerte por asfixia, si no se produce una reanimación inmediata.

En el caso de utilizarse como gas licuado, la equivalencia líquido/gas, es decir el número de litros de gas que la vaporización de un litro gas licuado produce es muy elevado, pudiéndose citar como ejemplo el caso del nitrógeno, para el cual dicha relación es de 691 litros de gas por litro de gas licuado vaporizado, a una temperatura de 15ºC y un bar de presión.

La densidad de alguno de estos gases, como el argón, es mayor que la del aire, lo que favorece la acumulación en lugares donde la ventilación no sea la adecuada o bien se trate de espacios confinados.

A las anteriores características hay que añadir la ambigüedad que la propia expresión "Gas Inerte" puede llevar aparejada y que muchas veces hace que se le considere un gas de seguridad por las situaciones en las que se puede emplear; tal es el caso de la inertización de depósitos, tanques, etc.

Todo lo anterior conduce a que muchas veces sean considerados como gases carentes de riesgo y que sean tratados sin ninguna prevención específica, lo que conduce a que la accidentalidad producida por los mismos sea la más elevada de entre los gases industriales.





Características físicas, usos, contenedores utilizados y código de colores para los gases inertes





Situaciones donde pueden producirse atmósferas suboxigenadas por presencia de un gas inerteSe indica a continuación una serie de lugares característicos donde se pueden presentar atmósferas suboxigenadas por presencia de gases inertes:

Espacios cerrados o confinados

Tanques y recipientes dedicados al almacenamiento de gases inertes y a los que se debe acceder periódicamente para inspección.

Tanques y recipientes inertizados para proceder a reparaciones en su interior. Tanques y recipientes en cuyo interior se empleen equipos de reparación que sean fuente de un gas inerte,

como por ejemplo la soldadura con arco protegido. Hay que destacar que la simple introducción de la cabeza por las aperturas de acceso puede ser suficiente para que se produzca el accidente, pues como ya se ha indicado, la inhalación de dos bocanadas de un gas inerte es suficiente para perder la consciencia.

Galerías subterráneas por las que transcurran conducciones de gases inertes y en las que un escape en las mismas da lugar al desplazamiento del aire. Así mismo, aquellas galerías que se encuentren situadas en las proximidades de depósitos de almacenamiento de gases inertes o puntos de descarga de los mismos, deben de ser objeto de una especial atención por la posibilidad que en ellas se pueda producir una acumulación de gas inerte en el caso de pérdida o fuga, téngase en cuenta que varios gases inertes son más pesados que el aire y que el nitrógeno, cuando procede de la vaporización del estado líquido, es un gas muy frío que desciende a los puntos más bajos.

Interiores de "cajas frías" de sistemas de licuefación. Almacenes y cámaras frigoríficas.

Espacios semicerrados

Salas de compresores de gases inertes. Salas o locales por donde transcurren canalizaciones de gases inertes. Almacenes de botellas de gases inertes.





Salas de edificios o locales donde estén presentes congeladores de productos alimentarlos con nitrógeno líquido.

Locales donde se empleen desbarbadores criogénicos. Salas de control con paneles de maniobra y/o control con gas inerte. Laboratorios donde se utilicen gases inertes

Zanjas, fosos, etc.

Estos espacios, aún situados al aire libre pero bajo nivel, dan lugar a muchos accidentes, al ser puntos clave en los que por su disposición física, se pueden producir acumulaciones de gases inertes más pesados que el aire y que pueden provenir de fugas en instalaciones situadas en su proximidad o bien de conducciones que transcurran a lo largo de los mismos y en los que una ruptura o incluso el trabajo en las mismas puede dar lugar a la aparición de una atmósfera suboxigenada; téngase en cuenta que por ejemplo hoy en día se utilizan conducciones de cables situados en el interior de una envolvente presurizada con nitrógeno y en las que cualquier trabajo que implique un corte de los mismos puede ser ocasión de escape del gas.

Utilización accidental de gas inerte en lugar de aire

En muchas instalaciones es corriente encontrar redes de distribución de gases inertes, como el nitrógeno, empleado para la neutralización y/o purga, simultáneamente a redes de aire comprimido utilizado en accionamiento de muy diversa maquinaria. Cualquier error en la conexión de uno u otro gas, puede dar lugar a crearse atmósferas peligrosas por suboxigenación, máxime teniendo en cuenta que muchas veces la descarga suele producirse "in situ".

Medidas técnicas de prevención Incendio

Los gases inertes apagan el fuego por sofocación. Los medios de extinción deben ser adecuados a los materiales que estén ardiendo junto a las botellas.

Apagar las llamas circundantes a los recipientes y tanques. Mantenerlos fríos mediante la proyección de agua pulverizada.

Fuga y proyección

Cortar la fuga si no existe riesgo. Ventilar el área contaminada y sacar el recipiente a la atmósfera abierta, si fuera posible.

En caso de salpicadura por líquido criogénico, lavar la parte afectada con agua abundante, durante al menos 15 minutos, y acudir al médico.

Ventilación

Los gases inertes no pueden detectarse por los sentidos. Los gases más pesados que el aire se pueden acumular en las zonas bajas. En caso de duda sobre la atmósfera existente en un lugar, utilizar un analizador de oxígeno de rango 0% - 25% antes de entrar o, en su defecto, ventilar mediante aire forzado durante un tiempo suficiente.

Asfixia





Los gases inertes pueden producir asfixia en un espacio confinado o sin suficiente ventilación si, por acumulación del gas, se produce el desplazamiento del aire. Cuando la atmósfera contenga el 19,5 % de oxígeno o menos se pueden producir mareos y desmayos.

Si un operario cae súbitamente desmayado, utilizar un equipo de respiración autónomo o ventilar la atmósfera antes de intentar el rescate. Las máscaras con filtro químico no son adecuadas porque no generan oxígeno.

Sacar al accidentado al aire libre y hacerle la respiración artificial.

Información y formación a los operadores:

Se debe prestar especial atención en informar a todo el personal que manipula o utiliza gases inertes, y aquellos que no los utilizan directamente o presten sus servicios en lugares donde se encuentren dichos gases, sobre:

Riesgo que comporta la disminución de la concentración de oxígeno en la atmósfera. Medidas preventivas a tomar para evitar la asfixia por suboxigenación. Modo de operar y equipos a utilizar, así como el comportamiento en caso de accidente. Ejecutar periódicamente ejercicios de rescate ante un accidente

Señalización

Como complemento a las medidas hasta ahora indicadas se dispondrá una señalización adecuada que comprenda los siguientes puntos:

Almacenes donde se encuentren gases inertes; se indicará su presencia con el nombre de cada gas almacenado y la siguiente señal:

Las conducciones atenderán a los colores de caracterización establecidos para las instalaciones industriales.





Como complemento, en todos aquellos lugares donde exista el riesgo de escape o acumulación de gas inerte, se dispondrán señales de advertencia de peligro, tal como la que se indica a continuación:

Mezcla de gases inertes Los gases inertes en ocasiones forman mezclas con algunos otros gases inertes, los cuales tienen diversas aplicaciones como:

Calderería Construcción de coches Estructuras metálicas Talleres de reparación Cisternas y tanques Maquinaria agrícola Astilleros Motos y bicicletas Tubos de escape Amortiguadores Llantas Calderines Asientos de vehículos Extintores Maquinaria para obras públicas Vagones de ferrocarril Fabricación de tubos Educacion

Algunos ejemplos de mezclas son las siguientes:





Fuentes Bibliográficas:

Muñoz Camacho Eugenio, “Ingeniería química”, UNE, Madrid 2015, Pág. 285.

Fuentes Electrónicas:

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