Trabajo de investigación Alquinos: El acetileno

ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA[pic 1]

CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

ASIGNATURA: QUÍMICA ll

SEMESTRE: 2015-2

Universidad de Lima

Escuela Universitaria de Ingeniería

Carrera de Ingeniería Industrial

[pic 2]

Química II

Trabajo de investigación

Alquinos: El acetileno

Alvaro Polo                                                     20142147

Sebastian Larrabure                                        20140696

Juan Carlos Portugal                                        20141059

Raúl gamarra                                                20141820

Sección 414

Lima-Perú

Agosto de 2015

Índice general

Introducción        3        

Capítulo I: obtención del gas acetileno                                                4

Capítulo II: aplicaciones industriales                                                        5-6

Capítulo III: fundamento teórico del proceso                                        7-10

Capítulo IV: ventajas y desventajas                                                        11

Capítulo V: cambios en el futuro del proceso                                        12-13

Capítulo VI: tecnologías actuales que compiten en el proceso                        14-15

Conclusiones                                                                                16

Bibliografía                 17

Introducción

Los alquinos son hidrocarburos alifáticos con al menos un triple enlace entre dos átomos de carbono. Entre sus propiedades físicas tenemos el que sean insolubles en agua pero a la vez son altamente solubles en disolventes orgánicos usuales y de baja polaridad. En cuanto a sus propiedades químicas, las reacciones más frecuentes son las de adición: de agua, halógeno, hidrogeno, etc. En ellas se rompe el triple enlace y por consecuencia se forman enlaces de menor polaridad: sencillos o dobles.

El acetileno es el alquino más simple cuya fórmula se ve representada por la siguiente imagen:

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En su mayoría los alquinos se fabrican en forma de acetileno y a su vez la mayor parte de este se utiliza en la soldadura como combustible debido a que logra alcanzar altas temperaturas que permiten un trabajo más rápido y fácil. Se entiende como soldadura con gas acetileno al proceso de fabricación donde se realiza la unión de dos materiales mediante la aportación directa de calor.

Capítulo I

Obtención del gas acetileno

El gas acetileno (C2H2) se produce mediante la hidratación del carburo de calcio (CaC2).

Para esto se utilizan unos mecanismos como los observamos en la imagen número 1.

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Imagen N1

En este proceso se puede observar que para la obtención del acetileno se hidrata el carburo de calcio, es decir el CaC2, por lo cual se da la siguiente reacción química:

CaC2 + 2H2O                C2H2 + Ca(OH)2[pic 5]

Al momento de hidratar el carburo de calcio este se volatiliza desprendiendo gas acetileno, por lo cual va a irse a la parte superior del contenedor y se va a acumular en esta parte. Luego se encuentra una válvula que, a la hora de haber producido suficiente acetileno como para que haya una presión medianamente alta dentro del contenedor, se abre y este gas acetileno, por la presión que se le ejerce, escapa por el tubo que se conecta con la válvula y traslada y comprime en un balón.

Capítulo II

Aplicaciones industriales

El uso industrial del oxígeno combinado con el acetileno, mayormente denominada soldadura oxiacetilénica, consiste en la combinación el oxígeno, que tiene una función de comburente, y el acetileno, que tiene una función de combustible, para así crear una llama de color azul, la cual tiene una temperatura que varía entre los 3100 ºC con la finalidad de soldar metales.

Para esta reacción se necesita comprimir gas oxígeno en un balón (1) y gas acetileno en otro balón (2). Cada balón va a tener varillas para dejar salir el gas. Estos mismos balones estarán conectados a manómetros para medir la presión del gas (3) y a su misma vez a mangueras flexibles (5,4) que serán conectados a una boquilla (8) por donde saldrá el gas ya combinado y donde se generara la combustión, esta boquilla o soplete tiene dos varillas para regular los gases (6,7). Ver imagen 2.[pic 6]

Imagen N2

La llama tiene dos zonas delimitadas, el cono que es donde se produce la combustión del acetileno con el oxígeno, y el penacho que es donde los residuos de la previa combustión reaccionan con el aire del ambiente. La zona de mayor temperatura (3200oC aproximadamente) es la zona que le sigue al cono (entre el cono y el penacho). Ver imagen 3.

[pic 7]

Imagen N3

La llama de esta combustión se regula con facilidad, ya que solo se tiene que regular la proporción que se libera de gas oxígeno y de gas acetileno.

Dependiendo de las proporciones que se tengan de acetileno y de oxígeno, se pueden tener las siguientes llamas:

1.- Llama de acetileno puro: Esta se da cuando se quema acetileno puro en el aire del ambiente. Presenta color que varía desde amarillo hasta rojo.

2.- Llama oxidante: Se presenta cuando hay un exceso de acetileno. Se le debe de ir aumentando oxígeno hasta que la zona verde en el penacho desaparezca, lo cual indicará que ya hay una proporción correcta.

También se puede denominar la llama neutra, que se produce cuando hay una igual proporción d acetileno que de oxígeno, y una llama oxidante, que se da cuando ha y un exceso de oxígeno.

Cabe mencionar que para la soldadura oxiacetilénica se debe de utilizar una llama reductora o casi neutra para un mejor rendimiento. Además se debe de soldar con la parte exterior de la llama generada para no fundir el metal que está siendo soldado.

Capítulo III

Fundamento teórico del proceso

Para poder entender mejor la producción del gas acetileno también se explicara cómo obtener uno de los reactantes, el carburo de calcio ya que el otro componente es el agua. Para obtener el carburo de calcio se hace reaccionar el óxido de calcio (CaO, 1 mol) con carbón (C, 3 moles) a temperaturas de 2000 a 2500 ºC por lo que se lograra obtener el producto, carburo de calcio y monóxido de carbono.

CaO + 3 C →CaC2 + CO

Luego, se procede a la producción del gas acetileno (CaH2) reaccionando el carburo de calcio con agua. El producto acetileno es utilizado como gas combustible.

Para poder explicar mejor el proceso industrial de producción de acetileno, se citara y hará referencia a un estudio llevado a cabo por el estudiante Luis Enrique Armijos Astudillo de la universidad de Guayaquil con respecto a la fábrica “Oxiguayas”:

1.- Generador de acetileno:

En la empresa oxiguayas existe un generador de acetileno de tipo carburo al agua, este generador no puede admitir carburo con más de 15% de polvo para evitar inconvenientes en el proceso. Este tanque es en el que sucede la reacción principal (reacción entre el carburo y el agua) y cuenta con varios elementos vitales para su funcionamiento:

• “Manómetro de presión de acetileno: Registra la presión de acetileno en el generador este trabaja entre 300 y 600 milímetros de agua
• Válvula de seguridad: está diseñada para abrir y expulsar acetileno a la atmósfera si la presión alcanza él límite establecido, además sirve para eliminar el excedente de agua del proceso de generación y mantener el generador en una temperatura entre 60ºC y 70ºC.
• Medidor de nivel de agua: Mide el nivel de agua permitido dentro del tanque del generador, el operador debe siempre mantener un mínimo establecido para poder generar gas. Un nivel por abajo del mínimo se convierte en una situación de riesgo.
• Válvula de entrada del agua: Existen dos que están conectadas cada una a un serpentín interior para distribuir el agua en varios lugares y ayudar a mantener la temperatura de generación. La cantidad de agua que ingresa debe estar regulada de tal manera que la temperatura de generación este entre 60ºC y 70ºC.
• Malla agitador: es utilizado para mover de forma intermitente el residuo de agua-cal y el carburo que cae en el interior del tanque y así evitar que la borra se sedimente dentro del fondo del tanque.
• Medidor de temperatura: toma analógicamente la temperatura interior del generador, sirviendo de referencia al operador para mantenerla entre 60ºC y 70ºC. Situación Actual de la Empresa 78
• Válvula de Pedal: Tiene la función de descargar la pasta de cal a medida que el nivel de agua aumente en función del agua entrante. La válvula es abierta de forma manual empujando un pedal que se encuentra en el fondo del generador, el periodo de apertura debe ser cada 30 minutos y debe estar abierta únicamente 2 o 3 segundos. Tanque de condensación: Detiene una parte de vapor de agua que se va con el gas, este cuenta con una válvula en la parte inferior que sirve para purga y eliminar el condensado.
• Válvula de salida de Gas: Esta válvula permanece abierta todo el proceso de generación, es utilizada en casos de requerir el bloqueo de pase de gas desde el generador a la trampa de fuego para mantenimiento.
• Tapas de registro: El generador cuenta con tres tapas de registro, las mismas que se usan para mantenimiento y limpieza del equipo.”(Armijos, Luis, p.77-78)

2. Tolva de Carburo: es la encargada de almacenar el carburo de calcio utilizado por el generador. Consta de una paleta alimentadora (suministra el generador con las cantidades necesarias de carburo), serpentin gas inerte(emite nitrógeno a la parte superior de la campana de carga donde se encuentra el acetileno para evitar fuga del producto y creando una atmosfera inerte en caso de combustiones inesperadas), línea de entrada de CO2(se utiliza para desalojar gases en caso de mantenimiento o algún incidente no deseado).

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