Líquidos criogénicos Seguridad en su uso Se usan en Laboratorio 4 y Laboratorio 5 Prácticas pautadas: Calibración de termómetros Efectos Leidenfrost Transición ferrimagnética Medición “Band Gap” Resistividad eléctrica Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

Líquidos criogénicos Seguridad en su uso Qué son Cómo se producen Seguridad en el uso Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

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

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 4 K Nitrógeno: Peso Molecular : 28.01 Ebullición @ 1 atm: (-195.8°C, 77.2 oK) Calor latente: 200 J/g 77 K Oxígeno: Peso Molecular : 32 Ebullición @ 1 atm: (-183.0°C, 90 oK) Calor latente: 213 J/g 90 K Agua: Peso Molecular : 34 Ebullición @ 1 atm: (100.0°C, 373.15K ) Calor latente: 2200 J/g 373 K

Cómo se los obtiene? Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

Cómo se los obtiene? Mediante máquinas diseñadas para que el gas realice ciclos termodinámicos reduciendo su temperatura. Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

Cómo se los obtiene? Las fuentes son….. Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

Composición aproximada del Aire Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

Nitrogen N2 78.1% 99.9…..% Oxygen O2 20.9% Argon Ar 0.93% Component Symbol Volume Nitrogen N2 78.1% 99.9…..% Oxygen O2 20.9% Argon Ar 0.93% Carbon Dioxide CO2 0.03% Neon Ne 18.2 parts per million Helium He 5.2 parts per million Krypton Kr 1.1 parts per million Sulfur dioxide SO2 1.0 parts per million Methane CH4 2.0 parts per million Hydrogen H2 0.5 parts per million Nitrous Oxide N2O Xenon Xe 0.09 parts per million Ozone O3 0.07 parts per million Nitrogen dioxide NO2 0.02 parts per million Iodine I2 0.01 parts per million Carbon monoxide CO trace Ammonia NH3

Fuentes de obtención de gases Oxígeno y Nitrógeno del aire Helio de pozos de gas natural ricos en He material estratégico, no renovable Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

Licuefactor de Nitrógeno -196 o C

Licuefactor de Helio -270 o C

El bajo calor latente de vaporización de los líquidos criogénicos hace que se evaporen rápidamente 1 Watt: 1 J/s durante 20 segundos 10 litros de HL 100mL de NL 10-4 L de H2O Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

El bajo calor latente de vaporización de los líquidos criogénicos hace que se evaporen rápidamente 1 Watt: 1 J/s durante 20 segundos 10 litros de HL 100mL de NL 10-4 L de H2O Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

HL NL Algunos modelos de termos de almacenaje o transporte Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

Helio Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

Seguridad en Criogenia Quemaduras La presión La humedad La combustión Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

Quemaduras 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.

Protección: Primeros auxilios: 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 temperatura No aplicar calor directo Retirar joyas metales, llamar asistencia médica, reposo, sin ingerir alimentos

LA PRESIÓN 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 Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

El bajo calor latente de vaporización de los líquidos criogénicos hace que se evaporen rápidamente 1 Watt: 1 J/s durante 20 segundos 10 litros de HL 100mL de NL 10-4 L de H2O Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

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- Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

La humedad 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- Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

La combustión El Oxígeno líquido es un excelente comburente (no es un combustible) Puede aumentar notablemente la combustión No debe estar en contacto con grasas orgánicas, pudiendo producirse una combustión espontánea. Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

La combustión Es por eso que se usa en los laboratorios Nitrógeno líquido Pero notar que si un termo es dejado abierto durante un tiempo (horas) se enriquecerá con Oxígeno, su T aumentará, y saturará en la composición de aire líquido, comportándose mas como Oxígeno líquido. Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

Fin…… Y comienzo de prevención Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

Fin…… Y comienzo de prevención Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

Fin…… Y comienzo de prevención Depto. de Física, FCEyN, UBA- marzo 2007

N: número de cambios de aire por hora El cálculo es: C= L/ V n C: concentración del gas L: 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/hr V= 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.