Aire Industrial y Gases
Usos del Aire en la Industria Química
El aire tiene múltiples aplicaciones esenciales en la industria química:
- Aire de enfriamiento: Utilizado para procesos de refrigeración.
- Aire para instrumentos y controladores neumáticos: Esencial para la operación de equipos de control.
- Aire para combustión y dilución: Necesario en procesos de quema y para ajustar concentraciones.
- Aire comprimido para otros usos: Incluye limpieza, transporte neumático, etc.
Sistema de Obtención de Aire Comprimido
Los elementos clave de un sistema de obtención de aire comprimido son:
- Compresor: Aumenta la presión del aire.
- Refrigerador/Enfriador: Reduce la temperatura del aire después de la compresión.
- Acumulador: Almacena el aire comprimido.
- Filtro (primario): Elimina partículas gruesas.
- Secador: Reduce el contenido de humedad.
- Filtro (secundario): Asegura la pureza final.
- Regulador: Controla la presión de salida.
- Sistema de lubricación: Para el mantenimiento del compresor (si es lubricado).
Variables que Indican la Calidad del Aire Comprimido
La calidad del aire se define por la presencia de contaminantes, que pueden causar graves problemas operativos:
- Humedad:
- Provoca oxidación (pérdidas de carga).
- Causa condensación (pérdida de volumen de aire acumulado).
- Genera corrosión (fugas en las redes y elementos).
- Partículas, polvo, etc.: Causa obstrucción de la maquinaria.
- Aceite e hidrocarburos: Resulta en pérdida de calidad en el producto final.
Gases Criogénicos y Gases Inertes
Se distinguen por su composición y propiedades:
- Gases Inertes: Son aquellos que no reaccionan fácilmente, como el Nitrógeno ($ ext{N}_2$) y el Dióxido de Carbono ($ ext{CO}_2$).
- Gases Criogénicos: Son gases que se mantienen líquidos a temperaturas extremadamente bajas, incluyendo los gases nobles, el Nitrógeno ($ ext{N}_2$) y el Oxígeno ($ ext{O}_2$).
Métodos de Obtención de Gases
La obtención de estos gases se realiza mediante:
- Separación Física: Incluye destilación criogénica, absorción y difusión en membranas semipermeables.
- Separación Química: Haciendo reaccionar uno de los componentes.
- Separación mediante Destilación Criogénica.
Proceso de Separación de $ ext{N}_2$ y $ ext{O}_2$ del Aire (Destilación Criogénica)
El aire sufre varias etapas hasta lograr la separación de sus componentes principales:
- Compresión: El aire se comprime a alta presión mediante compresores para facilitar las etapas posteriores.
- Preenfriamiento: El aire comprimido pasa por intercambiadores de calor donde se enfría mediante un sistema de refrigeración. El enfriamiento reduce la energía requerida para la licuefacción.
- Eliminación de Impurezas: Antes de licuar el aire, se eliminan impurezas (como agua y $ ext{CO}_2$) que podrían dañar el equipo o contaminar los productos.
- Enfriamiento Criogénico y Licuefacción: El aire se enfría a temperaturas extremadamente bajas mediante intercambiadores de calor y un proceso de expansión, lo que provoca la licuefacción de sus componentes.
- Separación (Rectificación): El aire licuado entra en una columna de rectificación donde se separan sus componentes en función de sus puntos de ebullición.
Equipos Principales en la Destilación Criogénica
Los equipos utilizados en cada etapa para la obtención de $ ext{N}_2$ y $ ext{O}_2$ a partir del aire son:
- Compresión: Compresores.
- Enfriamiento: Intercambiadores de calor.
- Eliminación de Impurezas: Filtros, secadores y absorbentes de contaminantes.
- Enfriamiento Criogénico: Turbinas de expansión e intercambiadores de calor criogénicos.
- Separación: Columna de destilación y condensadores.
Métodos de Adsorción para Obtención de Gases
Método de Adsorción Alternada a Presión (PSA) para Obtener $ ext{N}_2$
Este método se basa en la adsorción reversible de $ ext{O}_2$ en un tamiz molecular de carbón (CMS). El tamiz está formado por pellets de CMS (Carbon Molecular Sieve), un material poroso cuyos poros son de tamaño similar a las moléculas de $ ext{N}_2$ y $ ext{O}_2$. Las moléculas de $ ext{O}_2$ quedan retenidas con mayor rapidez que las de $ ext{N}_2$ en los poros debido a cuestiones de polaridad y a su ligero menor tamaño. El $ ext{N}_2$ pasa como producto. (Métodos relacionados: Adsorción alternada a vacío, membranas semipermeables).
Método de Adsorción Alternada a Vacío (VSA) para Obtener $ ext{O}_2$
Se utiliza un material adsorbente (generalmente zeolitas) que tiene alta afinidad por el $ ext{N}_2$ y baja afinidad por el $ ext{O}_2$. Cuando el aire pasa a través del lecho adsorbente, el nitrógeno es atrapado, mientras que el oxígeno pasa como producto gaseoso. Más tarde, se utiliza un vacío para extraer el nitrógeno adsorbido, regenerando el adsorbente de manera eficiente. (Métodos relacionados: Adsorción alternada a presión, membranas semipermeables).
Usos Específicos del $ ext{O}_2$ y $ ext{N}_2$
Usos del Oxígeno ($ ext{O}_2$)
- Alimentar sopletes de soldadura y corte de metales junto con acetileno.
- Combustión y reacciones de oxigenación en general:
- Oxidación de $ ext{CH}_3 ext{COH}$ a $ ext{CH}_3 ext{COOH}$.
- Combustión incompleta de metano, etano y propano a acetileno.
- Obtención de $ ext{C}_2 ext{Ca}$ por vía térmica.
- Oxidación catalítica de $ ext{NH}_3$.
- Como comburente, entre otros.
Usos del Nitrógeno ($ ext{N}_2$)
(Nota: El documento original menciona la sección de usos del $ ext{N}_2$, pero no especifica su contenido.)
Agua Industrial
Usos del Agua en la Industria
El agua es fundamental en diversos procesos industriales:
- Transferencia de Calor/Generación de Vapor: Para calentar, enfriar y producir vapor de agua.
- Procesos de Transformación:
- Como disolvente.
- Como materia prima.
- Para limpieza.
- En equipos de hidrodemolición y máquinas de corte.
Vapor Industrial
Ventajas del Vapor como Fluido de Calentamiento
El vapor es un fluido de calentamiento preferido debido a sus características:
- La temperatura puede ser controlada precisamente con la presión.
- El condensado tiene un alto coeficiente de transferencia de calor, lo que conlleva a una mejor economía energética.
- El vapor no es tóxico ni inflamable, es fácil visualizar fugas y es inerte para muchos fluidos de proceso.
Tipos de Vapor
Se clasifican generalmente en tres tipos según su presión:
- Vapor de Alta Presión: Utilizado para calentamiento o generación de electricidad.
- Vapor de Media Presión: Utilizado para calentamiento o generación de electricidad.
- Vapor de Baja Presión: Utilizado para calentamiento moderado, despojamiento (stripping), esterilización, etc.
Partes de un Sistema de Generación de Vapor
Un sistema típico de generación de vapor incluye:
- Fuente de Calor: Caldera o generador.
- Sistema de Alimentación de Agua: Tanque, bomba y economizador.
- Sistema de Generación: Tambores y sobrecalentador.
- Sistema de Control y Seguridad: Válvulas, manómetros y purgas.
- Sistema de Manejo de Condensado: Líneas, trampas y tanque de condensado.
Combustibles Industriales
Gases Licuados del Petróleo (GLP)
Los GLP son hidrocarburos ligeros, como el propano y el butano, que se encuentran en estado líquido bajo presión moderada o a bajas temperaturas.
Distribución y Transporte de GLP en España
En España, el transporte y la distribución de GLP están regulados y se llevan a cabo a través de diversas infraestructuras para garantizar un suministro seguro y eficiente. Su distribución puede ser:
- Envasados.
- A granel.
El transporte puede ser:
- Marítimo.
- Terrestre (camiones cisterna, ferrocarril).
- Por tuberías.
Gas Natural
El gas natural está formado por muchos componentes distintos, siendo el metano el principal (entre el 70% y el 90%).
Procedencia y Proceso de Suministro
La procedencia del gas natural en España es principalmente de importación, llegando a través de gasoductos y terminales de Gas Natural Licuado (GNL). El proceso de suministro incluye:
- Extracción: El gas es extraído del yacimiento.
- Licuefacción: Se lleva a cabo para reducir su volumen.
- Transporte: En buques metaneros.
- Regasificación: Se convierte nuevamente a estado gaseoso en las terminales.
- Distribución: Se transporta por gasoducto hasta el punto de consumo, distribución o almacenamiento.
Combustibles Líquidos: Cadena de Distribución
La distribución de combustibles líquidos sigue un proceso estructurado:
- Las refinerías depositan sus productos en las instalaciones de Exolum.
- Los operadores compran y almacenan allí sus productos de forma compartida.
- Cada operador los aditiviza en las instalaciones de Exolum o fuera de ellas.
- Los operadores venden directamente al cliente a través de distribuidores con comercializadores que compran y venden al cliente final, a precio libre.
La referencia de los precios se conoce a través de una publicación de la empresa Platts. Los consumidores pueden tener la propiedad de sus instalaciones de almacenamiento y comprar a cualquier comercializador o contratar con un comercializador que les facilita el depósito por una exclusiva.
Muestreo y Control de Emisiones
Partes de un Sistema de Muestreo Activo de Emisiones
Las principales partes de un sistema de muestreo activo son:
- Punto de muestreo.
- Dispositivo de captación.
- Línea de transporte.
- Sistema de acondicionamiento de la muestra.
- Sistema de bombeo.
- Dispositivo de medición o análisis.
- Sistema de control y registro.
Muestreo Isocinético
El muestreo isocinético es una técnica crucial para la medición precisa de partículas en gases de chimeneas.
Definición
Es una técnica utilizada para tomar muestras representativas de partículas suspendidas en gases que fluyen a través de un conducto o chimenea. En este método, la velocidad de entrada del gas en el dispositivo de captación es igual a la velocidad del flujo del gas en el conducto. Este equilibrio de velocidades evita alteraciones en la concentración de partículas muestreadas.
Importancia y Aplicación
Es importante porque:
- Evita el sesgo en la concentración de partículas.
- Asegura la representatividad de la muestra.
- Permite cumplir las normativas ambientales.
Es necesario aplicarlo en las fuentes emisoras de partículas y procesos con altas concentraciones de partículas.
Clasificación de las Técnicas de Muestreo
Las técnicas de muestreo se clasifican según diversos criterios:
- Según la localización:
- Muestreo en fuente puntual.
- Muestreo en área o volumen.
- Según el método:
- Métodos discontinuos.
- Métodos continuos.
- Según la variable analizada:
- Gases.
- Partículas.
- Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs).