¿Qué es el estudio de viabilidad de una mezcla de gases especiales de laboratorio?

Preguntas clave que hay que plantearse sobre la viabilidad de una mezcla

¿Los componentes reaccionan cuando se introducen en la botella?

La mezcla no es posible debido a incompatibilidad química.

• Las moléculas no son compatibles entre sí (gas corrosivo con humedad).
• Los componentes pueden reaccionar con la superficie interna de la botella o el grifo sin energía específica. En este caso es necesario un tratamiento específico (secado, purga, pasivación, cambio de material [aluminio vs. acero], etc.)

¿Existe riesgo de reacción violenta al llenar la botella?

Cuidado con las mezclas con moléculas inflamables y moléculas oxidantes con concentraciones finales peligrosas. El tiempo de estabilización de la mezcla es importante. Los técnicos necesitan una formación específica.

¿Existe riesgo cuando los componentes son tóxicos?

Se requieren instalaciones específicas para proteger a los técnicos, y la mezcla debe ser lo suficientemente segura para el usuario final.

¿La presión final es un criterio de inviabilidad?

Sí. Si existe un gran riesgo de licuefacción de un componente o de cambio de fase, entonces se debe limitar la presión. 

¿Hay necesidades específicas?

Las expectativas en términos de tolerancia, incertidumbre y certificación de las mezclas afectan a los métodos elegidos para:

• La introducción de cada componente (uso de botellas intermedias, métodos dinámicos o modo secuencial, etc.).
• El tipo de calibración: por gravimetría o por análisis. 
• El volumen de la botella es un parámetro crítico. Cuanto menor sea el volumen, menor será la cantidad de gas disponible. En este caso, al ser la botella pequeña, las masas de gas son bajas, lo que afecta a la incertidumbre de la calibración.
• Deben estar disponibles gases patrón que contengan las moléculas objetivo en la matriz correcta para calibrar el analizador.

¿El tipo de botella es importante?

Sí. Elegir la botella del material adecuado para cada tipo de mezcla es fundamental.    
La elección de la combinación botella/grifo depende de las necesidades del cliente y de sus instalaciones (volumen de gas) y de la normativa (salida de botella estandarizada). Tenga en cuenta que las normas pueden variar según el país del proveedor. La elección de la combinación botella/grifo viene dictada por:

1. Las necesidades del cliente: volumen / tipo de válvula / uso.
2. La compatibilidad con los componentes

Los cuidados para estabilidad de la mezcla en caso de reacción con el material de la botella, incluyen:

• Elección de botella de aluminio o acero.
• Selección de la calidad del aluminio.

Nota importante: existe un problema de seguridad para ciertos tipos de mezclas que contienen hidrógeno (botellas de acero) o gases corrosivos.
La composición de la mezcla determina la elección del material y la tecnología de la válvula de la botella.

• Latón para mezclas inertes, pero acero inoxidable para mezclas corrosivas.
• Tecnologías de válvulas específicas para mezclas de oxicombustibles para evitar altos riesgos de ignición

La incertidumbre esperada de la mezcla.
Dependiendo del volumen de la botella y de la naturaleza del gas, las masas pesadas son diferentes. Dependiendo de la balanza utilizada, la incertidumbre puede ser mayor o menor.

¿Cómo debe prepararse la botella antes de llenarla?

Por qué es importante realizar una preparación eficiente de la botella:

• Porque la superficie de la botella no es plana. 
• Presencia de elementos metálicos en la superficie de la aleación.
• Las botellas de acero pueden tener un tratamiento superficial mecánico mediante microgranallado (de forma a eliminar restos de óxido).
• Las botellas de aluminio pueden someterse a un tratamiento químico para inhibir los sitios activos y evitar fenómenos de adsorción.
• Porque los defectos son trampas para impurezas como el oxígeno (O₂) y el agua (H₂O).

Las diferentes etapas de preparación del botella:

1. En el caso de una botella nueva, está llena de aire y será necesario realizar una inspección de la superficie interior e instalar el modelo correcto de válvula en función de la mezcla con que se va a llenar.
2. A continuación, la botella se calienta térmicamente y se bombea al vacío para evacuar la humedad contenida en su interior.
3. Dependiendo de los futuros gases acondicionados y sus concentraciones, la botella se somete a un tratamiento químico/pasivación introduciendo el reactivo (gas) y posteriormente purgándolo

Cuando la superficie interna está limpia y químicamente inerte, la botella está lista para ser llenada.
Las botellas pueden ser específicas según las composiciones de las mezclas. Cuando se devuelven, las botellas se purgan y se pueden utilizar muchas veces (funcionamiento renovable).

¿Disponemos del método de llenado adecuado?

Se pueden utilizar diversos métodos y sistemas para producir una mezcla dependiendo de la experiencia de los técnicos y de nuestros ingenieros:

• Por presión parcial de los gases de la mezcla: la determinación de la fracción molar se basa en la presión parcial de cada componente. (proceso paso a paso)
• Por gravimetría: la determinación de la fracción molar se basa en la masa de cada componente. Alta precisión para la producción de materiales de referencia (proceso paso a paso).
• Por mezclador dinámico: la mezcla se genera dinámicamente y luego se comprime dentro de la botella.

¿ La calidad de las materias primas influye?

La calidad de cada gas introducido en la botella influye en las fracciones molares finales y sus incertidumbres y en la estabilidad de la mezcla de gases.
Cuanto más puro es el material, menor es la incertidumbre medida en la fracción molar de cada componente.
Para ilustrarlo, tomemos el ejemplo de una mezcla con materiales de referencia que contienen O₂/CO/CO₂ en N₂.

• Introducción de los 4 gases con sus propios niveles de impurezas.
• Las fracciones molares finales se calculan teniendo en cuenta cada impureza de los gases mezclados.

El estudio de viabilidad puede resultar negativo por motivos económicos, porque el coste de la mezcla puede ser demasiado elevado para el cliente final.
En este caso, se puede solicitar el diseño de una solución alternativa a nuestros centros de envasado y luego ofrecer a nuestros clientes.

He aquí algunos puntos a considerar con respecto al estudio de viabilidad de una mezcla de gases

Las mezclas de gases cumplen con muchas aplicaciones analíticas nuevas en áreas como:

• La calidad del aire interior en edificios y redes de calidad del aire exterior.
•  La transición energética en el sector de la movilidad con el cambio de motores térmicos a motores eléctricos híbridos para verificar y analizar la reducción de emisiones.
•  El control de las fuentes de emisiones industriales.

Todos estos análisis utilizan nuevas mezclas para cumplir con normas cada vez más exigentes directamente relacionadas con las directivas para reducir los efectos de invernadero del planeta.
Por tanto, es importante poder satisfacer las nuevas necesidades mediante la viabilidad de mezclas de gases adaptadas a los análisis más precisos.

Como se ha mencionado, preparar la superficie interna de la botella es un paso clave para mejorar la estabilidad.

Para ello, los servicios de Air Liquide han desarrollado tratamientos específicos y recursos para limpiar enérgicamente la superficie y neutralizar la actividad de los sitios reactivos con el fin de reducir el riesgo de degradación de la mezcla.

Nuestros diseñadores técnicos verifican la seguridad, la compatibilidad química y la estabilidad de todos los desarrollos de nuevas mezclas solicitadas por nuestros clientes antes de comenzar a elaborar una receta.

Si es necesario y posible, nuestros equipos de expertos y nuestros equipos de ventas pueden proponer una solución alternativa y económica para suminstro de sus mezclas y también para sus gases especiales.