Aire liquido

Aire que se ha condensado en un líquido.

El aire líquido es aire que se ha enfriado a temperaturas muy bajas ( temperaturas criogénicas ), de modo que se ha condensado en un líquido móvil de color azul pálido. ^[1] Se almacena en contenedores especializados, como frascos de vacío , para aislarlo de la temperatura ambiente . El aire líquido puede absorber calor rápidamente y volver a su estado gaseoso. A menudo se utiliza para condensar otras sustancias en líquido y/o solidificarlas, y como fuente industrial de nitrógeno , oxígeno , argón y otros gases inertes a través de un proceso llamado separación de aire (industrialmente conocido como rectificación de aire).

Propiedades

El aire líquido tiene una densidad de aproximadamente 870 kg/m ³ (870 g/L ; 0,87 g / cm ³ ). La densidad de una muestra de aire dada varía dependiendo de la composición de esa muestra (por ejemplo, humedad y concentración de CO ₂ ). Dado que el aire gaseoso seco contiene aproximadamente 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y 1% de argón , la densidad del aire líquido en composición estándar se calcula por el porcentaje de los componentes y sus respectivas densidades líquidas (ver nitrógeno líquido y oxígeno líquido ). Aunque el aire contiene trazas de dióxido de carbono (alrededor de 0,03%), el dióxido de carbono se solidifica a partir de la fase gaseosa sin pasar por la fase líquida intermedia y, por lo tanto, no estará presente en el aire líquido a presiones inferiores a 5,1 atm (520 kPa ).

El punto de ebullición del aire es de -194,35 °C (78,80 K ; -317,83 °F ), un valor intermedio entre los puntos de ebullición del nitrógeno líquido y el oxígeno líquido . Sin embargo, puede resultar difícil mantener una temperatura estable a medida que el líquido hierve, ya que el nitrógeno se evaporará primero, dejando la mezcla rica en oxígeno y cambiando el punto de ebullición. Esto también puede ocurrir en algunas circunstancias debido a que el aire líquido condensa el oxígeno de la atmósfera. ^[2]^{: 36}

El aire líquido comienza a congelarse aproximadamente a 60 K (−213,2 °C; −351,7 °F), precipitando un sólido rico en nitrógeno (pero con una cantidad apreciable de oxígeno en la solución sólida). A menos que el oxígeno se haya acomodado previamente en la solución sólida, el eutéctico se congela a 50 K. ^[3]

Preparación

Principio de producción

Los componentes del aire se conocían antiguamente como "gases permanentes", ya que no se podían licuar únicamente mediante compresión a temperatura ambiente. Un proceso de compresión aumentará la temperatura del gas. Este calor se elimina enfriándolo hasta la temperatura ambiente en un intercambiador de calor y luego expandiéndolo venteándolo a una cámara. La expansión provoca una disminución de la temperatura y, mediante el intercambio de calor a contracorriente del aire expandido, el aire presurizado que ingresa al expansor se enfría aún más. Con suficiente compresión, flujo y eliminación de calor, eventualmente se formarán gotitas de aire líquido, que luego se pueden utilizar directamente para demostraciones a baja temperatura.

Los principales componentes del aire fueron licuados por primera vez por los científicos polacos Karol Olszewski y Zygmunt Wróblewski en 1883.

Los dispositivos para la producción de aire líquido no están disponibles comercialmente y no son fáciles de fabricar.

Proceso de producción

El proceso más común para la preparación de aire líquido es el ciclo Hampson-Linde de dos columnas que utiliza el efecto Joule-Thomson . El aire se alimenta a alta presión (>75 atm (7600 kPa ; 1100 psi )) en la columna inferior, en la que se separa en nitrógeno puro y líquido rico en oxígeno. El líquido rico y parte del nitrógeno se alimentan como reflujo en la columna superior, que opera a baja presión (<25 atm (2500 kPa; 370 psi)), donde ocurre la separación final en nitrógeno puro y oxígeno. Un producto de argón crudo se puede retirar del medio de la columna superior para una mayor purificación. ^[4]

El aire también se puede licuar mediante el proceso de Claude , que combina enfriamiento por efecto Joule-Thomson , expansión isentrópica y enfriamiento regenerativo. ^[5]

Solicitud

En los procesos de fabricación, el producto de aire líquido se fracciona típicamente en sus gases constituyentes en forma líquida o gaseosa, ya que el oxígeno es especialmente útil para la soldadura y el corte con gas combustible y para uso médico, y el argón es útil como gas de protección que excluye el oxígeno en la soldadura por arco de tungsteno con gas . El nitrógeno líquido es útil en varias aplicaciones de baja temperatura, ya que no es reactivo a temperaturas normales (a diferencia del oxígeno) y hierve a 77 K (−196 °C; −321 °F).

Transporte y almacenamiento de energía

Entre 1899 y 1902, una empresa conjunta estadounidense-inglesa fabricó y demostró el automóvil Liquid Air , con la afirmación de que podían construir un automóvil que pudiera recorrer cien millas con aire líquido.

El 2 de octubre de 2012, la Institución de Ingenieros Mecánicos afirmó que el aire líquido podría utilizarse como medio para almacenar energía. Esto se basaba en una tecnología desarrollada por Peter Dearman, un inventor de un garaje de Hertfordshire (Inglaterra) para propulsar vehículos. ^[6]

Véase también

Referencias

^ Babbage (15 de octubre de 2012). «Difference Engine: End of the electric car?» [Motor diferencial: ¿el fin del coche eléctrico?]. The Economist . Consultado el 21 de octubre de 2012 .
^ Armarego, WLF; Perrin, DD (16 de octubre de 1996). Purificación de productos químicos de laboratorio (4.ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0750628396. LCCN 97109714. OCLC 762966259. OL 722457M.
^ Kochenburger, Thomas M.; Grohmann, Steffen; Oellrich, Lothar R. (2015). "Evaluación de una cascada de refrigerante mixto de dos etapas para enfriamiento de HTS por debajo de 60 K". Physics Procedia . 67 : 227–232. Bibcode :2015PhPro..67..227K. doi : 10.1016/j.phpro.2015.06.039 .
^ "Licuefacción del aire, "Linde Air", rectificación: nuevos mercados con nuevos resultados de investigación". The Linde Group . Archivado desde el original el 27 de septiembre de 2007. Consultado el 9 de agosto de 2007 .
^ https://uspas.fnal.gov/materials/10MIT/Lecture_2.1.pdf ^{[ URL básica PDF ]}
^ "El aire líquido 'ofrece esperanzas para el almacenamiento de energía'". BBC News . 2012-10-02.

Enlaces externos

Artículo de MIT Technology Review del 20 de mayo de 2013 sobre desarrollos de aire líquido para el transporte y el almacenamiento de energía en la red

[1] Babbage (15 de octubre de 2012). «Difference Engine: End of the electric car?» [Motor diferencial: ¿el fin del coche eléctrico?]. The Economist . Consultado el 21 de octubre de 2012 .

[2] Armarego, WLF; Perrin, DD (16 de octubre de 1996). Purificación de productos químicos de laboratorio (4.ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0750628396. LCCN 97109714. OCLC 762966259. OL 722457M.

[3] Kochenburger, Thomas M.; Grohmann, Steffen; Oellrich, Lothar R. (2015). "Evaluación de una cascada de refrigerante mixto de dos etapas para enfriamiento de HTS por debajo de 60 K". Physics Procedia . 67 : 227–232. Bibcode :2015PhPro..67..227K. doi : 10.1016/j.phpro.2015.06.039 .

[4] "Licuefacción del aire, "Linde Air", rectificación: nuevos mercados con nuevos resultados de investigación". The Linde Group . Archivado desde el original el 27 de septiembre de 2007. Consultado el 9 de agosto de 2007 .

[5] ttps://uspas.fnal.gov/materials/10MIT/Lecture_2.1.pdf ^{[ URL básica PDF ]}

[6] "El aire líquido 'ofrece esperanzas para el almacenamiento de energía'". BBC News . 2012-10-02.