Preparar y acondicionar elementos y máquinas de la planta química. QUIE0108. Adrián del Salvador Yaque Sánchez

= módulo de elasticidad volumétrico en unidades de presión, es decir, newton por metro cuadrado o pascales, (N · m-2) (Pa), si es S.I., o libra fuerza por pulgadas al cuadrado, (lbf · pulg2), si es S.A.

      2 Dp = incremento de presión, inicial y final, en las mismas unidades de presión.

      3 DV = incremento de volumen, inicial y final, en unidades de volumen.

      4 V = volumen inicial, en unidades de volumen.

      El signo negativo de la ecuación es debido a que un aumento de presión produce una disminución de volumen.

      Valores altos del módulo volumétrico indican que el fluido es relativamente incompresible, y por tanto, se necesita un cambio muy grande en la presión para producir un cambio pequeño en el volumen.

      Los valores del módulo volumétrico para líquidos son muy grandes, por lo que se puede afirmar que los líquidos en general se pueden considerar como incompresibles para cualquier aplicación práctica en ingeniería. Esto quiere decir que los líquidos tienen volúmenes o densidades prácticamente constantes.

      Presión de vapor

      En un recipiente cerrado con un líquido en su interior, como por ejemplo la gasolina, se hace el vacío porque este líquido tiene tendencia a vaporizarse y sus moléculas son continuamente expulsadas hacia la superficie. Cuando tiene lugar el equilibro y el número de moléculas que salen del líquido es igual que las que entran se dice que el vapor está saturado. La presión ejercida por el vapor sobre la superficie del líquido se denomina presión de vapor del líquido, y se denota como p_v.

       Definición

      Presión de vapor Es la presión ejercida por el vapor de una sustancia cuando se encuentra en equilibro de fases con su líquido a una temperatura determinada.

      La presión de vapor varía de un líquido a otro y aumenta notablemente al elevarse la temperatura. Cuando la presión absoluta de un líquido alcanza la presión de vapor a una temperatura dada se produce la ebullición. Por tanto, es posible la ebullición de un fluido si a una presión dada se aumenta la temperatura o si a una temperatura dada se aumenta la presión.

      Un fenómeno negativo que resulta de la presión de vapor es la cavitación. Cuando un flujo líquido alcanza localmente la presión de vapor, porque disminuye su presión en zonas estrechas de una tubería o bomba, se forman microburbujas de vapor de agua. Estas son arrastradas por el flujo y, una vez que alcanzan zonas de mayor presión, implosionan, pudiendo generar importantes daños en los mecanismos hidráulicos y tuberías. Para evitar la cavitación no se debe permitir que la presión en cualquier punto sea inferior a la presión de vapor.

       Recuerde

      La cavitación puede provocar importante daños en las tuberías y en los mecanismos hidráulicos, y se debe evitar que la presión en algún punto de la conducción sea inferior a la presión de vapor.

      Ecuación de estado de los gases

      Se llama ecuación de estado a cualquier ecuación que relacione la presión, la temperatura y el volumen o la densidad de una sustancia. Esta variará por tanto de una sustancia a otra.

      Para los gases ideales o perfectos se puede obtener esta ecuación de estado:

      P · V = n · R · T

      Donde:

      1 P = presión absoluta en atmósferas (atm).

      2 V = volumen del gas en litros (l).

      3 n = número de gramos-mol del gas (gmol), es decir, la masa en gramos de gas dividido por su peso molecular.

      4 R = constante de la ley de los gases perfectos que tiene el valor de 0,0821 (atm · l · gmol-1 · ºK-1).

      5 T = temperatura absoluta en grados kelvin (ºK).

      La ecuación anterior, denominada ecuación de estado para un gas ideal, también se puede obtener en función de la densidad del gas, de tal forma que la densidad del gas está relacionada con la presión y la temperatura:

      P = ρ · R · T

      Donde:

      ρ = la densidad molar en gramos-mol por litros (gmol · l^-1).

      Para comparar diferentes cantidades de gases se definen las condiciones estándares de temperatura y presión (1 atmósfera y 273,15 ºK). En estas condiciones el volumen que ocupa un gramo-mol de un gas es:

      1 gmol = 22,414 l

      Se ha observado en forma experimental que los gases reales se aproximan con bastante exactitud al cumplimiento de esta ecuación cuando tienen densidades bajas, y esto se consigue a presiones bajas y temperaturas altas. Por ejemplo, gases como el aire, el oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno y los gases nobles se pueden tratar como gases ideales.

       Recuerde

      La ecuación de estado de los gases ideales es P · V = n · R · T

      Teniendo en cuenta este problema, se han propuesto muchas ecuaciones de estado para gases reales, pero ninguna se ha generalizado. Se comenta, por ejemplo, la ecuación de Van der Waals:

      (P + a/v²) · (v – b) = R · T

      Donde:

      1 v = volumen molar, es decir, V/n.

      2 a y b son dos constantes características de cada gas.

      Problemas relativos al manejo de gases

      Los problemas relativos al manejo de gases se pueden distinguir desde tres puntos de vistas, el operacional, la seguridad industrial y el medioambiental, aunque los tres están estrechamente relacionados.

      Desde el punto de vista operacional, el primer problema se origina porque tanto el almacenamiento como el transporte de gases se producen a altas presiones. Para ello, es necesaria una cantidad de energía muy grande mediante compresores para aumentar la presión de los gases, pero esto es caro, y además, el almacenamiento de los gases debe estar en las inmediaciones de los compresores.

      Esto tiene riesgos importantes por el peligro que supone trabajar a presiones elevadas y se necesitan instalaciones mucho más caras, complejas y sobre todo seguras que si se almacenan o transportan líquidos. Por ejemplo, para el almacenamiento se utilizan recipientes dilatables con características y dimensiones muy específicas y seguras.

      Otro problema es el volumen que ocupan y el peso que tienen en comparación con su estado líquido. Por ejemplo, el gas natural se convierte a fase líquida dando lugar a gas natural licuado a una temperatura de -160 ºC. En este estado el volumen es 600 veces menor, lo que hace más fácil su transporte y almacenamiento.

      Por otro lado, los gases deben estabilizarse para su transporte, es decir, hay que eliminar componentes que puedan llegar a condensar posteriormente como el agua o hidrocarburos. Estos pueden ocasionar problemas de corrosión, represionamiento en las líneas e instalaciones, formación de hidratos, incrustaciones de sales o disminución en la capacidad de transporte.

      Al comprimirse un gas, aumenta su temperatura, y en ocasiones son excesivas y ocasionan problemas con los materiales con los que están construidas las instalaciones.

       Nota

      Por todo ello, en ocasiones, se tiende