Líquidos criogénicos Seguridad en su uso Se usan en Laboratorio 4 y Laboratorio 5 Prácticas pautadas: Calibración de termómetros Efectos Leidenfrost Transición

Líquidos criogénicosSeguridad en su uso

Se usan en Laboratorio 4 y Laboratorio 5

Prácticas pautadas: Calibración de termómetros

Efectos LeidenfrostTransición ferrimagnética

Medición “Band Gap”Resistividad eléctrica

Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

Líquidos criogénicosSeguridad en su uso

• Qué son

• Cómo se producen

• Seguridad en el uso


Se los denomina criogénicos a los líquidos con T < -150°C o sea T< 123°K.

Los mas usados son: helio, nitrógeno, y oxígeno

Se los denomina criogénicos a los líquidos con T < -150°C o sea T< 123°K.

Los mas usados son: helio, nitrógeno, y oxígeno

Helio: Peso Molecular: 4.003 Ebullición @ 1 atm: (-268.9°C, 4.1 oK)Calor latente: 21 J/g

Nitrógeno: Peso Molecular : 28.01 Ebullición @ 1 atm: (-195.8°C, 77.2 oK)Calor latente: 200 J/g

Oxígeno: Peso Molecular : 32 Ebullición @ 1 atm: (-183.0°C, 90 oK) Calor latente: 213 J/g

Agua: Peso Molecular : 34 Ebullición @ 1 atm: (100.0°C, 373.15K )Calor latente: 2200 J/g

4 K

77 K

90 K

373 K

Cómo se los obtiene?Cómo se los obtiene?




Mediante máquinas diseñadas para que el gas realice ciclos termodinámicos reduciendo su temperatura.



Las fuentes son…..

Composición aproximada del Aire


ComponentComponent SymbolSymbol VolumeVolume

NitrogenNitrogen NN22 78.1%78.1%

99.9…..%99.9…..%OxygenOxygen OO22 20.9%20.9%

ArgonArgon ArAr 0.93%0.93%

Carbon DioxideCarbon Dioxide COCO22 0.03%0.03%

NeonNeon NeNe 18.2 parts per million18.2 parts per million

HeliumHelium HeHe 5.2 parts per million5.2 parts per million

KryptonKrypton KrKr 1.1 parts per million1.1 parts per million

Sulfur dioxideSulfur dioxide SOSO22 1.0 parts per million1.0 parts per million

MethaneMethane CHCH44 2.0 parts per million2.0 parts per million

HydrogenHydrogen HH22 0.5 parts per million0.5 parts per million

Nitrous OxideNitrous Oxide NN22OO 0.5 parts per million0.5 parts per million

XenonXenon XeXe 0.09 parts per million0.09 parts per million

OzoneOzone OO33 0.07 parts per million0.07 parts per million

Nitrogen dioxideNitrogen dioxide NONO22 0.02 parts per million0.02 parts per million

IodineIodine II22 0.01 parts per million0.01 parts per million

Carbon monoxideCarbon monoxide COCO tracetrace

AmmoniaAmmonia NHNH33 tracetrace

Oxígeno y Nitrógeno del aireOxígeno y Nitrógeno del aire

Helio de pozos de gas natural ricos Helio de pozos de gas natural ricos en Heen He

material estratégico, no renovablematerial estratégico, no renovable

Fuentes de obtención de gases


Licuefactor de Nitrógeno -196 o C

Licuefactor de Helio -270 o C

1 Watt: 1 J/s durante 20 segundos

10 litros de HL 100mL de NL 10-4 L de H2O

El bajo calor latente de vaporización de los líquidos criogénicos hace que se evaporen rápidamente






NL

HL

Algunos modelos de termos de almacenaje o transporte


Helio


Seguridad en Criogenia

• Quemaduras

• La presión

• La humedad

• La combustión


Si la piel es expuesta a muy bajas T, el efecto es similar a una quemadura (gravedad ~ tiempo, T). Puede ocurrir:

Durante transferencias, por salpicado

Por contacto con superficies frías. Se complica con la adherencia rápida de la piel a la superficie, por la humedad

Es mas peligroso tener protección no adecuada que ninguna, puede enfriarse y congelarse y es difícil de remover, el tiempo de exposición aumenta,

En contacto con los ojos puede producir daño permanente.

Quemaduras

Protección:

Si puede haber salpicaduras: protección cara Manos: guantes sueltos no absorbentes (cuero o PVC)Manejo de volúmenes importantes: ropa sin bolsillos, pantalones sin botamangas zapatos cerrados

Primeros auxilios:.Enjuagar con agua de la canilla, suave, para restablecer la temperaturaNo aplicar calor directoRetirar joyas metales, llamar asistencia médica, reposo, sin ingerir alimentos

Los líquidos criogénicos tienen bajos calores de vaporización

La evaporación puede ser muy rápida, y si están en reservorios cerrados, la presión puede elevarse rápidamente.

Si se evapora 1 litro líquido de NL equivale a 680 litros de gas a PTN. Si ocurre rápidamente, ese aumento de volumen resulta en un aumento de presión

LA PRESIÓN






Los termos de almacenaje o transporte están sometidos a reglamentación y normas

Nunca deben cerrarse las salidas de gas, la evaporación natural aumentaría la presión del termo.

Como en general no pueden dejarse abiertos al ambiente, deben estar provistos de válvulas de alivio, para que la presión en el termo tenga un valor máximo controlado

Válvulas de sobrepresión (de alivio) y discos de ruptura-

LA PRESIÓN


Los termos de almacenaje o transporte por otro lado deben estar cerrados y “soplando” para evitar la condensación de por ejemplo agua en los cuellos que pueda taparlos con al formación de hielo.

En el caso de Helio es mas cuidadoso, el tapón sólido puede ser hasta de aire.

Se soluciona con sopapas para romper el hielo y evitar el aumento de presión-

La humedad


El El Oxígeno líquidoOxígeno líquido es un excelente comburente (no es es un excelente comburente (no es un combustible) un combustible)

Puede aumentar notablemente la combustiónPuede aumentar notablemente la combustión

No debe estar en contacto con grasas orgánicas, No debe estar en contacto con grasas orgánicas, pudiendo producirse una combustión espontánea.pudiendo producirse una combustión espontánea.

La combustión


Es por eso que se usa en los laboratorios Es por eso que se usa en los laboratorios Nitrógeno líquidoNitrógeno líquido

Pero notar que si un termo es dejado abierto durante un Pero notar que si un termo es dejado abierto durante un tiempo (horas) se enriquecerá con Oxígeno, su T tiempo (horas) se enriquecerá con Oxígeno, su T aumentará, y saturará en la composición de aire líquido, aumentará, y saturará en la composición de aire líquido, comportándose mas como Oxígeno líquido.comportándose mas como Oxígeno líquido.

La combustión


Fin……

Y comienzo de prevención


Fin……



Fin……



El cálculo es:

C= L/ V n

C: concentración del gasL: rata de pérdidas (evaporación) de gas

N: número de cambios de aire por hora

Hay 8 termos de NL de 25 L c/u Si evapora cada uno 0.2L/ día

L = (8*0.2 litros) * 683 *2/(24*1000) = 0.09 m3/hrV= 3*4*2.5 m3 = 30 m3

N=1

C = 0.091/(30*2) = 3.03 10 (-3) = 0.3 %

Si supera el 0.8 % se recomienda ventilación forzada.

La conversión de líquido a gas del N a T ambiente y presión atmosférica es: 683.

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