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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
SIMULACIÓN DE MEJORAS DEL CICLO KALINA MEDIANTE UTILIZACIÓN DE
MEZCLAS DE FLUIDOS ORGÁNICOS
TRABAJO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERA
QUÍMICA
AUTORA: SARA RAQUEL IMBAQUINGO MUÑOZ
TUTOR: ING. DIEGO EDUARDO MONTESDEOCA ESPIN, MSc.
QUITO
2016
DEDICATORIA
iv
A mis padres Arnulfo Imbaquingo y Piedad Muñoz
por su amor incondicional, ya que me apoyaron
siempre en mi decisión de estudiar Ingeniería
Química y seguir adelante. A mis hermanos
Alejandro, Gabriela, Freddy y Carlos que con sus
bromas me demuestran su cariño y me ayudan con
sus consejos cada vez que los necesito. A mis
sobrinos Nicolás y Emma que son mi alegría y la
razón por la que me despierto todos los días con
una sonrisa. A mis cuñadas Marthy y Fernanda
porque no son solo parte de mi familia sino
también mis amigas. A mis amigos que me
acompañaron durante toda la carrera.
v
AGRADECIMIENTOS
A la Facultad de Ingeniería Química por abrirme sus puertas y acogerme en sus aulas para
formarme como profesional.
A los profesores por impartirme sus conocimientos y experiencias, por ser modelos a seguir y
demostrarme que con dedicación y perseverancia se cumplen los objetivos propuestos a lo largo
de la vida académica y profesional.
Al grupo de personas que trabajan en el Subdecanato por su amistad y apoyo durante el tiempo
que realicé prácticas pre-profesionales en el mismo.
Al Ing. Diego Montesdeoca por guiarme en el desarrollo de este trabajo de grado con sus
conocimientos.
A David Gaona quien me apoyó durante toda la carrera, ayudándome cuando tenía dificultades
no solo en el sentido académico sino en la vida diaria, siendo una persona importante para mí.
A mis compañeros con quienes pasé momentos inolvidables y formé una linda amistad en
especial Pablo, Valeria y las muñecas.
vi
CONTENIDO
pág.
LISTA DE TABLAS ................................................................................................................ x
LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................. xi
LISTA DE GRÁFICOS .......................................................................................................... xii
LISTA DE ANEXOS ............................................................................................................. xiii
RESUMEN ............................................................................................................................ xiv
ABSTRACT ........................................................................................................................... xv
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 1
1. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................. 3
1.1. Simulador Aspen Plus ....................................................................................................... 3
1.1.1. Generalidades programa Aspen Plus............................................................................... 3
1.1.2. Estado estacionario ......................................................................................................... 4
1.2. Ciclos Termodinámicos ..................................................................................................... 4
1.2.1. Ciclos de Potencia de gas. ............................................................................................... 4
1.2.2. Ciclos de Potencia de vapor. ........................................................................................... 5
1.3. Ciclo Rankine .................................................................................................................... 5
1.3.1. Definición. ...................................................................................................................... 5
1.3.2. Ciclo Rankine con Recuperación. .................................................................................... 7
1.3.3. Ciclo Rankine Orgánico (ORC) ....................................................................................... 8
1.3.4. Fluidos de Trabajo. ......................................................................................................... 8
1.3.5. Equipos que intervienen en un ciclo Rankine orgánico .................................................... 9
1.3.5.2. Recuperador ................................................................................................................. 9
vii
CONTENIDO
1.3.5.3. Caldera (Hervidor) ....................................................................................................... 9
1.3.5.4. Turbina. ....................................................................................................................... 9
1.3.5.5. Condensador. ............................................................................................................... 9
1.4. Ciclo Kalina .................................................................................................................... 10
1.4.1. Antecedentes ................................................................................................................. 10
1.4.2. Avances del Ciclo Kalina. ............................................................................................. 11
1.4.3. Desventajas del Ciclo Kalina ........................................................................................ 11
1.5. Eficiencia Térmica........................................................................................................... 12
1.6. Corrosividad .................................................................................................................... 13
1.6.1. Definición. .................................................................................................................... 13
1.6.2. Tipos de Procesos de corrosión. .................................................................................... 13
1.6.3. Importancia de la Corrosión. ........................................................................................ 13
1.7. Toxicidad ........................................................................................................................ 14
1.7.1. Definición. .................................................................................................................... 14
1.7.2. Criterios de Valoración. ................................................................................................ 14
2. PARTE EXPERIMENTAL ................................................................................................ 16
2.1. Parámetros del Proceso .................................................................................................... 16
3. DESARROLLO DE LAS SIMULACIONES ..................................................................... 20
3.1. Simulación del Ciclo Kalina ............................................................................................ 20
3.1.1. Creación del caso de simulación y selección de paquete de fluido.................................. 20
3.1.2. Simulación de los equipos. ............................................................................................ 22
3.1.2.2. Recuperador ............................................................................................................... 24
3.1.2.3. Evaporador. ............................................................................................................... 25
3.1.2.4. Turbina. ..................................................................................................................... 27
3.1.2.5. Condensador. ............................................................................................................. 28
4. CÁLCULOS ...................................................................................................................... 30
viii
CONTENIDO
4.1. Cálculo de calor neto del recuperador .............................................................................. 30
4.2. Cálculo del calor de entrada ............................................................................................. 30
4.3. Cálculo del calor de salida ............................................................................................... 31
4.4. Cálculo de la Eficiencia térmica ....................................................................................... 31
4.5. Cálculo de la diferencia de Temperatura del vapor de agua .............................................. 31
5. RESULTADOS ................................................................................................................. 32
5.1. Resultados de Eficiencia Térmica .................................................................................... 32
5.2. Resultados de la diferencia de temperaturas del vapor de agua ......................................... 35
5.3. Resultados de la relación del flujo de la mezcla con el flujo del vapor de agua ................. 36
5.4. Resultados de la Potencia en la Turbina ........................................................................... 37
5.5. Resultados de Toxicidad .................................................................................................. 40
5.6. Resultados de corrosividad .............................................................................................. 41
6. DISCUSIÓN ...................................................................................................................... 42
7. CONCLUSIONES ............................................................................................................. 44
8. RECOMENDACIONES .................................................................................................... 46
CITAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................... 47
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 50
ANEXOS................................................................................................................................ 51
ix
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Datos de temperatura de ebullición y calores latentes de vaporización ........................ 16
Tabla 2. Parámetros establecidos para la bomba ...................................................................... 17
Tabla 3. Parámetros establecidos para el recuperador............................................................... 17
Tabla 4. Parámetros establecidos en la Turbina ........................................................................ 17
Tabla 5. Parámetros establecidos en el condensador ................................................................ 17
Tabla 6. Parámetros establecidos para la corriente del fluido de trabajo en el evaporador ......... 17
Tabla 7. Parámetros establecidos para la corriente de entrada del vapor
de agua en el evaporador ......................................................................................................... 18
Tabla 8. Flujo del vapor de agua para las mezclas binarias ....................................................... 18
Tabla 9. Datos de entalpias de las corrientes de entrada de la mezcla agua-amoniaco ............... 30
Tabla 10. Datos de entalpia de las corrientes de entrada y de salida del recuperador ................. 30
Tabla 11. Resultados de Eficiencia Térmica ............................................................................ 32
Tabla 12. Diferencia de Temperaturas del vapor de agua ......................................................... 36
Tabla 13. Relación flujo de mezcla con el flujo de vapor de agua ............................................. 37
Tabla 14. Resultados de la Potencia en la Turbina ................................................................... 37
Tabla 15. Relación Potencia con el flujo másico del vapor de agua .......................................... 38
Tabla 16. Relación Potencia con el flujo másico de la mezcla .................................................. 39
Tabla 17. Resultados de Toxicidad .......................................................................................... 40
Tabla 18. Características de los tipos de acero inoxidable. ....................................................... 41
x
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Pantalla principal del simulador Aspen Plus .............................................................. 3
Figura 2. Ciclo Rankine ideal simple ......................................................................................... 6
Figura 3. Diagrama T-S del Ciclo Rankine ideal simple ............................................................. 6
Figura 4. Ciclo Rankine con Recuperación ................................................................................ 7
Figura 5. Ciclo Kalina ............................................................................................................. 10
Figura 6. Nuevo caso en Aspen Plus ........................................................................................ 20
Figura 7. Selección de Sistema de unidades. ............................................................................ 21
Figura 8. Selección de fluidos de trabajo ................................................................................. 21
Figura 9. Selección del paquete termodinámico ....................................................................... 22
Figura 10. Bomba ingresada en la pantalla principal ................................................................ 23
Figura 11. Condiciones de la corriente de entrada a la bomba .................................................. 23
Figura 12. Condiciones de la bomba ........................................................................................ 24
Figura 13. Recuperador en la pantalla Principal ....................................................................... 24
Figura 14. Especificación del Recuperador .............................................................................. 25
Figura 15. Evaporador en la pantalla principal ......................................................................... 25
Figura 16. Especificación en el evaporador.............................................................................. 26
Figura 17. Especificación del vapor de agua para el evaporador............................................... 26
Figura 18. Turbina en la pantalla principal............................................................................... 27
Figura 19. Especificación de la turbina .................................................................................... 27
Figura 20. Condensador en la simulación ................................................................................ 28
Figura 21. Especificación del condensador .............................................................................. 28
Figura 22. Simulación Final con los nombres tabulados ........................................................... 29
xi
LISTA DE GRÁFICOS
pág.
Gráfico 1. Eficiencias de la mezcla Acetona-Ácido acético ...................................................... 33
Gráfico 2. Eficiencias de la mezcla Acetona-n-Butanol ............................................................ 33
Gráfico 3. Eficiencias de la mezcla Cloroformo-Ácido acético ................................................ 34
Gráfico 4. Eficiencias de la mezcla Cloroformo-n-Butanol ...................................................... 34
Gráfico 5. Eficiencias de la mezcla Metanol-Ácido acético ...................................................... 35
Gráfico 6. Eficiencias de la mezcla Metanol-n-Butanol ............................................................ 35
Gráfico 7. Potencia de la turbina en función de la composición de cada mezcla ........................ 40
xii
LISTA DE ANEXOS
pág.
ANEXO A. Hoja de Seguridad Acetona .................................................................................. 52
ANEXO B. Hoja de Seguridad Ácido acético .......................................................................... 56
ANEXO C. Hoja de Seguridad Amoníaco ............................................................................... 59
ANEXO D. Hoja de Seguridad Cloroformo ............................................................................. 66
ANEXO E. Hoja de Seguridad Metanol .................................................................................. 70
ANEXO F. Hoja de Seguridad n-Butanol ................................................................................ 74
SIMULACIÓN DE MEJORAS DEL CICLO KALINA MEDIANTE UTILIZACIÓN DE
xiv
MEZCLAS DE FLUIDOS ORGÁNICOS
RESUMEN
Simulación en estado estacionario, del Ciclo Kalina común (mezcla agua-amoníaco)
sustituyendo el fluido de trabajo, por mezclas binarias de compuestos orgánicos a diferentes
proporciones, para obtener su eficiencia térmica.
Para ello, se utilizaron mezclas de acetona, de cloroformo y de metanol con n-butanol y ácido
acético a tres proporciones: 0,3; 0,5 y 0,7 molar. Para la simulación utilizando el software
ASPEN PLUS se definieron las condiciones de presión y temperatura de trabajo de los equipos
del ciclo, y se fueron modificando las variables: flujo de vapor de agua y temperatura de salida
del fluido de trabajo en el evaporador, de acuerdo a las proporciones de cada una de las mezclas,
hasta que la simulación tenga convergencia.
Con las entalpias de las corrientes de entrada del fluido de trabajo a cada equipo obtenidas en el
programa, se calculó la eficiencia térmica para cada mezcla.
Se concluyó que la eficiencia es directamente proporcional a la proporción del compuesto más
volátil. Aunque ninguna de las mezclas estudiadas producen una eficiencia superior a la del
ciclo Kalina, la mezcla acetona 0,7 – ácido acético 0,3 a pesar de no tener la mayor eficiencia,
es la más recomendada por cuanto permite alcanzar la mayor potencia del ciclo con menor
cantidad de flujo.
PALABRAS CLAVE: / SIMULACIÓN DE PROCESOS / CICLO KALINA / MEZCLAS
BINARIAS / FLUIDOS ORGÁNICOS / EFICIENCIA TÉRMICA /
SIMULATION OF THE IMPROVEMENTS TO THE KALINA CYCLE BY USING
xv
ORGANIC FLUID MIXTURES.
ABSTRACT
Stationary state simulation of the common Kalina cycle (water-ammonia mixture), substituting
the work fluid for binary mixes of organic compounds, in different proportions, in order to
determine their thermal efficiency.
To this end, this work used acetone, chloroform and methanol mixed with n-butanol and acetic
acid in three different proportions: 0.3; 0.5 and 0.7 molar. The simulation was run using ASPEN
PLUS, establishing the pressure and work temperature conditions for the cycle equipment and
modifying the steam flux and work fluid exit temperature in the evaporator, according to the
proportions of each of the mixtures, until the simulation shows convergence.
The thermal efficiency for each mixture was calculated using the enthalpies of the work fluid
influx currents for each equipment, which were obtained using the abovementioned software.
This study concludes that efficiency is directly proportionate to the proportion of the most
volatile compound. Even though none of the assessed mixtures produce an efficiency higher
than that of the Kalina cycle, the 0.7 acetone – 0.3 acetic acid mixture, in spite of not having the
highest efficiency, is the most recommended, as it facilitates reaching higher cycle potency with
a lower influx.
KEYWORDS: PROCESS SIMULATION / KALINA CYCLE / BINARY MIXTURES /
ORGANIC FLUIDS / THERMAL EFFICIENCY
INTRODUCCIÓN
1
Durante las últimas décadas se ha prestado especial importancia al desarrollo energético y su
repercusión medioambiental, por el rápido incremento del CO2 en la atmósfera, el cual es el
factor principal del “Calentamiento Global”. Esto ha supuesto que se exploren nuevas vías para
aprovechar de una manera más responsable el uso de la energía. En este sentido, para conseguir
un desarrollo sostenible y proteger el medio ambiente es necesario mejorar la eficiencia de la
conversión de la energía. [1]
Se han desarrollado diferentes alternativas para la conversión de la energía, como es el caso de
los ciclos termodinámicos donde se desea aumentar la eficiencia térmica, la cual es una medida
de qué tan eficientemente una máquina térmica convierte el calor que recibe en trabajo. El
desarrollo de ciclos termodinámicos basados en mezclas de fluidos recibió un gran empuje
desde que el Dr. Alexander Kalina en 1984, patentó un método para generar potencia mecánica
utilizando calor a temperaturas relativamente bajas.
El ciclo Kalina, es un proceso termodinámico para la conversión de energía térmica en energía
mecánica útil, el cual lleva el nombre de quien lo creó. Como fluido de trabajo se utiliza una
mezcla de 2 sustancias con diferentes puntos de ebullición. Dado que la solución hierve en una
gama de temperaturas, es posible aprovechar mejor el calor de la fuente.
Según Ogriseck (2009), la primera planta geotérmica Kalina fue instalada en 1999 y comenzó a
funcionar en Julio del 2000 en Husavik, al norte de Islandia. Esta planta produce
aproximadamente 2 MW de potencia eléctrica accionada por un caudal de agua termal de 90
kg/s a 124ºC. El agua abandona la planta a 80ºC y se utiliza para la calefacción de este distrito.
Las pruebas efectuadas demuestran que el ciclo Kalina en Husavik ofrece una mejora del 20 al
25% con respecto a otros ciclos Rankine orgánicos (ORC). La primera planta geotérmica
construida en Alemania basada en el ciclo Kalina se inauguró en el mayo de 2009 y consiste en
una planta de 3,5 MW instalada en Unterhaching cerca de Munich en Baviera. Esta proporciona
con electricidad a cerca de 20.000 hogares y además de calor a la ciudad de Unterhaching. El
agua es extraída a 124ºC desde un pozo de 3500 m de profundidad con un caudal de 150 L/s.
Otras plantas similares se están construyendo en Landau, y en Bruchsal también en Alemania.
[2]
2
La mezcla amoníaco-agua es la combinación más utilizada, pero presenta problemas por la
toxicidad y corrosividad del amoníaco, además que es un ciclo patentado y si quisiéramos
instalar equipos a base de este ciclo, sería necesario pagar licencias, por lo que en este proyecto
se propone hacer un análisis de mezclas de sustancias orgánicas como fluido de trabajo
utilizando varias proporciones que permitan disminuir los problemas de toxicidad,
corrosividad y generar información sobre nuevas aplicaciones del ciclo.
Se utiliza como configuración base la secuencia de equipos que generalmente se pueden
encontrar en un ciclo Orgánico Rankine (Bomba, recuperador, evaporador, turbina y
condensador), y con la ayuda del programa Aspen Plus el cual me permite realizar las
respectivas simulaciones de cada una de las mezclas binarias con los fluidos escogidos.
La mezcla más recomendable según los resultados obtenidos es Acetona-Ácido acético, a que a
pesar de no tener la mejor eficiencia, posee una superior al 30% y con respecto a la relación de
la potencia con la cantidad de vapor de agua y de la mezcla es superior a las otras mezclas, por
lo que es la más recomendada como fluido de trabajo en el ciclo.
3
1. MARCO TEÓRICO
1.1. Simulador Aspen Plus
1.1.1. Generalidades programa Aspen Plus. Aspen Plus es un programa básicamente de
simulación de procesos químicos en estado estacionario, en el cual además de simulaciones de
diagramas de flujo, se puede realizar: estimación de propiedades de compuestos, análisis de
sensibilidad de variables de proceso, obtención de especificaciones de diseño de proceso, y
síntesis y análisis de procesos químicos, entre otras tareas del diseño de procesos y equipos.
Aspen Plus, al igual que muchos de los programas diseñados para la interacción con el usuario,
posee una interfaz de usuario, conocida como Aspen Plus User Interface, la cual está
básicamente constituida por una barra de título, una barra de menús, una barra de herramientas,
un espacio de trabajo, una librería de modelos y una barra de estado. [3]
Figura 1. Pantalla principal del simulador Aspen Plus
4
1.1.2. Estado estacionario. El concepto de estado estacionario es de uso muy generalizado en
la ingeniería química para el diseño y evaluación de operaciones unitarias de forma individual
y/o procesos que involucran múltiples operaciones unitarias, y su simulación constituye una de
las principales herramientas para el análisis y diseño de procesos químicos.
Por definición, cualquier proceso químico tiene un balance de materia y energía perfecto en el
estado estacionario. Este principio se aplica también a operaciones unitarias individuales dentro
de un proceso.
El tiempo no es una variable en el análisis del estado estacionario. De hecho, el concepto de
estado estacionario se utiliza para representar el funcionamiento promedio de un proceso en el
transcurso de un período de tiempo definido. [4]
1.2. Ciclos Termodinámicos
Un ciclo termodinámico es una serie de procesos termodinámicos que trabajan en secuencia, en
el cual, al finalizar el último proceso, se regresa al estado inicial.
1.2.1. Ciclos de Potencia de gas. Son denominados ciclos de gas porque el fluido de trabajo
permanece en la fase gaseosa durante todo el ciclo.
Los dispositivos o sistemas que se usan para producir una salida neta de potencia se llaman a
menudo motores o máquinas térmicas, y los ciclos termodinámicos en los que operan se llaman
ciclos de potencia. Los ciclos que se han desarrollado a partir de estos son: Ciclo de Otto, Ciclo
Diésel, Ciclo Stirling y Ciclo Ericsson.
Las idealizaciones y simplificaciones empleadas comúnmente en el análisis de los ciclos de
potencia, pueden resumirse del siguiente modo:
El ciclo no implica ninguna fricción. Por lo tanto, el fluido de trabajo no experimenta
ninguna caída de presión cuando fluye en tuberías o dispositivos como los intercambiadores
de calor.
Todos los procesos de expansión y compresión ocurren en la forma de cuasi equilibrio.
5
Las tuberías que conectan a los diferentes componentes de un sistema están muy bien
aisladas y la transferencia de calor a través de ellas es insignificante.[5]
1.2.2. Ciclos de Potencia de vapor. Se consideran ciclos de potencia de vapor en los que el
fluido de trabajo se evapora y condensa alternadamente.
El vapor de agua es el fluido de trabajo usado más comúnmente en ciclos de potencia de vapor
debido a sus muchas y atractivas características, como bajo costo, disponibilidad y alta entalpía
de vaporización.[6]
Los ciclos que se han desarrollado a partir de estos son: Ciclos de Carnot y ciclos Rankine.
Estos ciclos son utilizados en la generación energética debido a la baja pérdida de fluido de
trabajo, al evaporarse y condensarse el fluido, se aprovecha la energía térmica del mismo para
generación de energía con un consumo mínimo de fluido. [7]
1.3. Ciclo Rankine
1.3.1. Definición. El ciclo de Rankine simple es el ciclo que comúnmente emplean todas las
plantas generadoras de potencia con vapor. Este ciclo se concibe como un recurso para emplear
las características del agua como fluido de trabajo y manejar el cambio de fase entre el líquido y
el vapor.
Naturalmente resulta posible usar muchas otras sustancias como fluidos de trabajo, en lugar del
agua; la elección depende de varios factores, incluyendo la necesidad de ajustar las temperaturas
de transferencia de calor a los estados de vapor y líquido, en tanto que se mantienen bajas las
presiones de vapor en el sistema. [8]
Este ciclo está compuesto de cuatro procesos
1-2 Compresión isentrópica en una bomba
2-3 Adición de calor a presión constante en una caldera
3-4 Expansión isentrópica en una turbina
4-1 Rechazo de calor a presión constante en un condensador
6
Figura 2. Ciclo Rankine ideal simple
Fuente: CENGEL, Y. y BOLES, M. “Termodinámica”, McGraw Hill, México, 2009, 7ma
edición, p. 561.
Figura 3. Diagrama T-S del Ciclo Rankine ideal simple
Fuente: CENGEL, Y. y BOLES, M. “Termodinámica”, McGraw Hill, México, 2009, 7ma
edición, p. 561.
El agua entra en el estado 1 como líquido saturado y se condensa isentrópicamente hasta la
presión de operación de la caldera. La temperatura del agua aumenta un poco durante este
proceso. El agua entra a la caldera como líquido comprimido en el estado 2 y sale como vapor
sobrecalentado en el estado 3. La caldera es básicamente un gran intercambiador de calor donde
el calor que se origina en los gases de combustión, reactores nucleares u otras fuentes, se
transfiere al agua esencialmente a presión constante.
El vapor sobrecalentado en el estado 3 entra a la turbina donde se expande isentrópicamente y
produce trabajo al hacer girar el eje conectado a un generador eléctrico. La presión y la
7
temperatura del vapor disminuyen durante este proceso hasta los valores en el estado 4, donde el
vapor entra al condensador. En este estado el vapor es por lo general un vapor húmedo con una
alta calidad. El vapor se condensa a presión constante en el condensador, el cual es básicamente
un gran intercambiador de calor, rechazando el calor hacia un medio de enfriamiento. [9]
1.3.2. Ciclo Rankine con Recuperación. Una buena forma de aumentar el rendimiento del
sistema del ciclo Rankine, es precalentar el fluido de trabajo de alimentación antes de que este
llegue a la caldera. Esto hace que la potencia calórica cedida por el generador de vapor, para
llegar a una determinada temperatura de inicio de expansión, sea menor que aquella requerida si
el agua entra sin previo calentamiento, y por la tanto produce un incremento del rendimiento.
[10]
El ciclo Rankine con recuperación es una nueva configuración del ciclo para mejorar la
eficiencia energética producida. El ciclo regenerativo incorpora un intercambiador de calor
conocido como recuperador, que recupera el calor del vapor desprendido por la turbina y
precalienta el fluido de trabajo orgánico antes de que ingrese al hervidor. Al precalentar el
fluido de trabajo, este puede alcanzar un estado de vapor sobrecalentado más fácilmente y con
menos energía que si se lo hiciera directamente de la bomba al hervidor. [11]
Figura 4. Ciclo Rankine con Recuperación
Fuente: ESPINOZA, F. BENÍTEZ, A. Y SILVA, O. “Comportamiento Termodinámico de un
ORC operando con varias sustancias para el aprovechamiento de Fuentes Térmicas de Bajo
potencial”, Veracruz, México, 2012, p. 32.
8
1.3.3. Ciclo Rankine Orgánico (ORC). Es más conveniente utilizar un ORC para aprovechar
calores de media y baja temperatura, en el cual se emplea un fluido orgánico en vez de agua.
El principio de funcionamiento del ORC es el mismo que el del ciclo convencional de agua, con
la diferencia de que se utiliza un fluido diferente al agua como fluido de trabajo. Este es
usualmente un refrigerante orgánico que debe tener un bajo punto de ebullición con alta presión.
[12]
Para maximizar la eficiencia del ciclo en plantas de pequeña potencia, existen mejoras en su
composición básica como se describe a continuación.
1.3.4. Fluidos de Trabajo. A diferencia de los ciclos de Rankine convencionales, los Ciclos
de Rankine Orgánicos (ORC) utilizan un fluido orgánico en lugar de agua. Este tipo de fluidos
permiten el aprovechamiento de temperaturas moderadas para la generación eléctrica debido a
sus propiedades termodinámicas. Además presentan ventajas con respecto al agua, como son:
Pendiente positiva de la línea de vapor saturado en el diagrama T‐S: Esta propiedad
evita tener que sobrecalentar el fluido de trabajo, para controlar la humedad a la salida de la
turbina, pudiéndose realizar la expansión en la turbina a partir de vapor saturado. Esto se
debe a que no hay riesgo de presencia de humedad a la salida de la turbina. Esta propiedad
determina que a la salida de la turbina la temperatura del fluido sea aún elevada.
Entalpia de vaporización reducida: Permite que el recuperador se reduzca a un
intercambiador de calor, con la consiguiente simplificación de la instalación.
Temperatura y presión crítica bajas: Esto facilita la utilización de ciclos supercríticos.
Presión de condensación superior a la atmosférica: Esto es interesante, puesto que
imposibilita la entrada de aire al ciclo, lo que supone prescindir del desgasificador,
simplificando de este modo la configuración del ciclo.
No implique un peligro medioambiental: Que no tenga componentes que destruyan la
capa de ozono ni causen efecto invernadero.
Que las presiones de diseño no superen los valores estándar de la industria: 25 bares
para intercambiadores sencillos y 40 bares para intercambiadores avanzados.
9
Gradiente del fluido en el diagrama T‐Q: No todos los fluidos son apropiados para
aprovechar una fuente térmica concreta, sino que cada uno tiene un rango de temperaturas
de aplicación. El gradiente térmico de la fuente térmica permite el uso de un determinado
grupo de fluidos de trabajo. [13]
1.3.5. Equipos que intervienen en un ciclo Rankine orgánico
1.3.5.1. Bomba. El primer punto y más importante para la implementación del ciclo, es evaluar
la demanda de energía del sistema en el trabajo de bombeo. La bomba recibe el condensado a
baja presión y temperatura. Típicamente una presión menor a la atmosférica, y lo comprime
hasta la presión de la caldera. La bomba es un equipo clave para el proceso, ya que es el único
dispositivo en el que si hubiese una falla el proceso no podría continuar. [14]
1.3.5.2. Recuperador. El recuperador en un ciclo Rankine se utiliza cuando el fluido de trabajo
es isoentrópico o seco, ya que este pasa rápidamente de líquido saturado a vapor recalentado
debido a su curva de saturación. El recuperador es de gran ayuda cuando el fluido orgánico no
es puro, ya que el punto de ebullición está en un rango de temperaturas, el recuperador ayuda a
estabilizar esta temperatura de ebullición. La incorporación de un recalentamiento simple en una
central eléctrica moderna mejora la eficiencia del ciclo en 4 o 5 por ciento, lo que incrementa la
temperatura promedio a la cual el calor se transfiere al vapor. [15]
1.3.5.3. Caldera (Hervidor). El hervidor o caldera es un intercambiador de calor donde el fluido
se calienta hasta llegar a evaporarse debido al calor cedido por una fuente externa. Los
hervidores pueden ser de dos tipos, intercambiadores de calor de placas o intercambiadores de
calor de tubo y carcasa. Estos últimos son los recomendados a utilizar, ya que en los
intercambiadores de placas es más probable que se mezclen los fluidos, y por niveles de
seguridad es más útil utilizar los equipos de tubos y carcasa. [16]
1.3.5.4. Turbina. La principal función de la turbina es transformar la energía térmica y potencial
del vapor en energía cinética, al expandirse el vapor en las toberas de la turbina. Esta turbina
está adaptada a un generador eléctrico, el mismo que convierte la energía cinética que produce
la turbina en energía eléctrica útil. [17]
1.3.5.5. Condensador. El condensador de flujo es el último equipo por el que ingresa el fluido
de trabajo. En este punto el fluido se va a condensar completamente para poder finalizar el
10
ciclo. Los condensadores transfieren el calor que desprende el fluido orgánico caliente al fluido
que vaya a ser utilizado como refrigerante. [18]
1.4. Ciclo Kalina
1.4.1. Antecedentes. El ciclo Kalina fue desarrollado por primera vez por Alexander Kalina a
finales de 1970 y principios de 1980. Desde entonces, se han propuesto varios ciclos Kalina
basado en diferentes aplicaciones. El ciclo Kalina utiliza un fluido de trabajo que consta de al
menos dos componentes diferentes, típicamente agua y amoníaco. La relación entre estos
componentes varía en diferentes partes del sistema para disminuir la irreversibilidad
termodinámica y por lo tanto aumenta la eficiencia termodinámica total.
El ciclo Kalina es un mejorado concepto de recuperación de calor y la generación de energía,
que utiliza una mezcla de 70% de amoniaco-30% de agua como fluido de trabajo con un
aumento en la eficiencia comparada con el ciclo Rankine convencional. [19]
Figura 5. Ciclo Kalina
Fuente: GAURAV K. Dubey, GAURAV Kumar, KESHAV Gupta; “Kalina Cycle” National
Student Conference on, Advances in Electrical & Information Communication Technology,
AEICT-2014, p. 293
11
Figura 6. Diagrama T-S Ciclo Kalina
Fuente: ARANI POWER SISTEMS LTDA. “Design Of Vapor (Steam & Ammonia) Turbine
For Kalina Cycle”, Workshop on, Advanced Energy Efficient Technologies, June 2012, New
Delhi & Chennai.
En el ciclo de Kalina, el uso de una mezcla da como resultado un buen encuentro térmico en la
caldera debido a la ebullición no isotérmica creado por la composición variable de la mezcla.
Un segundo análisis mostró que mediante el uso de un fluido binario, el ciclo Kalina reduce
irreversibilidades en la caldera, lo que mejora la eficiencia del ciclo. [20]
1.4.2. Avances del Ciclo Kalina. En lugar de la mezcla agua - amoníaco se han comenzado a
implementar ciclos Kalina basados en mezcla de compuestos orgánicos. Algunos ejemplos son
mezcla de R22 y R114 y mezcla de Hexametildisiloxano y Decametildisiloxano.
Gracias a su característica única de la variación de las propiedades termo físicas variando la
concentración de la mezcla en diferentes partes del ciclo, las centrales de ciclo Kalina son
ampliamente utilizados en estaciones geotérmicas y unidades de recuperación de calor residual.
[21]
1.4.3. Desventajas del Ciclo Kalina. Así como el ciclo es una buena alternativa de generación
de electricidad también presenta desventajas que se describen a continuación.
Una desventaja del ciclo de Kalina es el hecho de que es necesaria una fracción de alto
vapor en la caldera; sin embargo, la superficie del intercambiador de calor es fácil de secar
12
a cabo en fracciones altas de vapor, dando como resultado coeficientes de transferencia de
calor globales más bajos y una zona de intercambio de calor más grande.
Otro inconveniente se refiere a la corrosividad de amoníaco. Las impurezas en amoníaco
líquido, como aire o dióxido de carbono puede causar agrietamiento por corrosión bajo
tensión de acero dulce y también amoniaco es altamente corrosivo hacia el cobre y el zinc.
Además de fugas de amoníaco y su toxicidad. [22]
1.5. Eficiencia Térmica
La fracción de la entrada de calor que se convierte en salida de trabajo neto es una medida del
desempeño de una máquina térmica y se llama eficiencia térmica (ter). Esta es una medida de
qué tan eficientemente una máquina térmica convierte el calor que recibe en trabajo. Entonces la
eficiencia térmica de una máquina térmica se puede expresar como:
O bien,
Eficiencia Térmica= Salida de trabajo neto/Entrada de calor total
ter=Wneto,salida/qentrada
También es posible expresarla como
Dado que
ter = 1-(qsalida/qentrada)
Wneto,salida = qentrada – qsalida.
Las máquinas térmicas se construyen con el propósito de convertir el calor en trabajo, de ahí
que los ingenieros traten constantemente de mejorar las eficiencias de estos dispositivos dado
que mayor eficiencia significa menos consumo de combustible y por lo tanto menores costos y
menos contaminación.[23]
(1)
(2)
(3)
(4)
13
1.6. Corrosividad
1.6.1. Definición. Se denomina corrosión al ataque destructivo que sufre un material
generalmente metálico, por reacción química o electroquímica con su medio ambiente, aunque
otros materiales no metálicos, como los cerámicos, también pueden ser deteriorados por ataques
químicos directos. [24]
1.6.2. Tipos de Procesos de corrosión. Los mecanismos por los que puede transcurrir el
proceso de corrosión son básicamente dos:
A través de oxidación directa de toda superficie metálica, llamada corrosión seca.
Mediante la intervención de una solución acuosa que genera la aparición sobre el metal de
zonas con diferente comportamiento, conocida como corrosión húmeda. [25]
1.6.3. Importancia de la Corrosión. En términos económicos se estima que aproximadamente
el 5% de producto interno bruto (PIB) de un país industrializado se gasta directa e
indirectamente en prevenir y corregir problemas relacionados con la corrosión metálica. Las
pérdidas económicas derivadas de la corrosión pueden dividirse entre directas e indirectas
Entre las directas pueden destacarse:
Costes de mantenimiento
Costes de reposición (material, transporte y mano de obra)
Costes directos por daños accidentales
Entre las indirectas las circunstancias más frecuentes son.
Interrupciones en la producción
Pérdidas de producto
Costes indirectos por daños accidentales
Cuando el factor primordial a considerar es la seguridad, los daños que puede causar la
corrosión sobrepasan a cualquier predicción. [26]
14
1.7. Toxicidad
1.7.1. Definición. La toxicidad es la capacidad de alguna sustancia química de producir
efectos perjudiciales sobre un ser vivo, al entrar en contacto con él. Tóxico es cualquier
sustancia, artificial o natural, que posea toxicidad, es decir, cualquier sustancia que produzca un
efecto dañino sobre los seres vivos al entrar en contacto con ellos. Ninguna sustancia química
puede ser considerada no tóxica, puesto que cualquier sustancia es capaz de producir un efecto
tóxico si se administra la dosis suficiente. [27]
Esta capacidad es intrínseca a la sustancia y puede ser modificada por multitud de factores como
pueden ser:
Dosis administrada y/o absorbida.
Vía de administración.
Distribución en el tiempo de la dosis. [28]
1.7.2. Criterios de Valoración. En Higiene Industrial se entiende por Criterio de Valoración la
norma con la que comparar los resultados obtenidos al estudiar un ambiente de trabajo, para
tener información del riesgo que para la salud puede entrañar el mismo. La norma puede ser
tanto un reglamento o legislación que hay que cumplir, como una información estrictamente
técnica de reconocida solvencia que se utiliza como referencia.
Los valores admisibles de concentraciones ambientales de los diferentes países sólo coinciden
en parte, debido a que su definición no corresponde a criterios semejantes. En líneas generales,
la fijación de concentraciones admisibles de contaminantes químicos en aire ha seguido dos
tendencias principales, representadas por los criterios adoptados en USA y Europa.
Para USA existen los Valores Límite Umbral (TLV) para agentes químicos que expresan
concentraciones en aire de diversas sustancias por debajo de las cuales la mayoría de los
trabajadores pueden exponerse sin sufrir efectos adversos, son expresados en ppm o mg/m3.
Muy pocos países europeos disponen de normativas nacionales relativamente originales. Los
restantes países suelen adoptar los valores de la ACGIH americana, en un marco legal más o
menos definido. De entre los primeros cabe destacar Alemania, el Reino Unido y Suecia.
15
La Sociedad Alemana para la Investigación, "Deutsche Forschungsgemeinschaft" (DFG),
mantiene una Comisión para la investigación de los riesgos para la salud de los compuestos
químicos en el área de trabajo que establece unos valores límite con base exclusivamente
científica denominados "Maximale Arbeitsplatzkonzentrationen" (MAK). Son concentraciones
promediadas para toda la jornada de trabajo. Se expresan en ppm o mg/m3. [29]
16
2. PARTE EXPERIMENTAL
2.1. Parámetros del Proceso
Para realizar las simulaciones se estableció como base de cálculo un flujo molar de las mezclas
a analizar. Tanto para la mezcla amoniaco-agua como para las mezclas binarias de fluidos
orgánicos se utilizaron los mismos parámetros de temperatura, presión y flujo molar. Para el
flujo de vapor de agua (fluido del cual se recupera calor) son diferentes valores, definidos por
balance de masa y energía.
A continuación se proporciona la información requerida para las distintas simulaciones.
Tabla 1. Datos de temperatura de ebullición y calores latentes de vaporización
Fluido
Temperatura de
ebullición, K
P = 101325 Pa
Calor latente de
vaporización,
x103 J/kg
Agua 373.15 2258.36
Amoníaco 239.85 1369.08
Ácido acético 391.95 405.07
n-Butanol 389.95 591.60
Acetona 329.15 517.07
Cloroformo 334.65 247.02
Metanol 337.85 1100.29
Fuente: PERRY, R. “Perry's Chemical Engineers' Handbook”, McGraw Hill
Professional, 2007. Tabla 168.
Los equipos que se emplean en las simulaciones son: Bomba, Recuperador, Evaporador,
Turbina y Condensador.
17
Tabla 2. Parámetros establecidos para la bomba
Corriente Temperatura,
K
Presión,
Pa x 105
Flujo,
Kmol/h
Entrada 293.15 5 30
Salida - 8 30
Tabla 3. Parámetros establecidos para el recuperador
Tabla 4. Parámetros establecidos en la Turbina
Tabla 5. Parámetros establecidos en el condensador
Temperatura Presión
293.15 K 5 x 105 Pa
Tabla 6. Parámetros establecidos para la corriente del fluido de trabajo en el evaporador
Mezclas Proporción
molar
Temperatura de salida
del evaporador, K
Agua-Amoniaco 0.3/0.7 443.15
Acetona
Ácido
acético
0.3/0.7 463.15
0.5/0.5 453.15
0.7/0.3 440.15
n-Butanol
0.3/0.7 455.15
0.5/0.5 448.15
0.7/0.3 435.15
Cloroformo
Ácido
acético
0.3/0.7 464.15
0.5/0.5 455.15
0.7/0.3 448.15
n-Butanol
0.3/0.7 458.15
0.5/0.5 449.15
0.7/0.3 439.15
Temperatura de salida de la corriente fría
293.15 K
Presión de descarga
5 x 105 Pa
18
Continuación Tabla 6
Metanol
Ácido
acético
0.3/0.7 463.15
0.5/0.5 455.15
0.7/0.3 444.15
n-Butanol
0.3/0.7 454.15
0.5/0.5 444.15
0.7/0.3 435.15
El fluido del cual se recupera el calor es vapor de agua para todos los ciclos, para lo cual se
definieron las siguientes características:
Tabla 7. Parámetros establecidos para la corriente de entrada del vapor de agua en el
evaporador
Temperatura, K Presión, Pa x E5
253.15 1
Tabla 8. Flujo del vapor de agua para las mezclas binarias
Mezclas Proporción
molar
Flujo molar
kmol/h
Flujo
másico kg/h
Agua-Amoniaco 0.3/0.7 90 0.144
Acetona
Ácido
acético
0.3/0.7 270 0.496
0.5/0.5 240 0.492
0.7/0.3 210 0.489
n-Butanol
0.3/0.7 360 0.578
0.5/0.5 300 0.551
0.7/0.3 250 0.524
Cloroformo
Ácido
acético
0.3/0.7 290 0.649
0.5/0.5 250 0.748
0.7/0.3 230 0.846
n-Butanol
0.3/0.7 380 0.731
0.5/0.5 320 0.806
0.7/0.3 270 0.882
19
Continuación Tabla 8
Metanol
Ácido
acético
0.3/0.7 270 0.430
0.5/0.5 250 0.384
0.7/0.3 230 0.337
n-Butanol
0.3/0.7 360 0.512
0.5/0.5 310 0.442
0.7/0.3 270 0.372
20
3. DESARROLLO DE LAS SIMULACIONES
3.1. Simulación del Ciclo Kalina
En el programa Aspen Plus se realizó una simulación en estado estacionario del ciclo Kalina
para calcular la eficiencia térmica y compararla, lo que se obtiene para las mezclas binarias de
fluidos orgánicos seleccionados.
A continuación se realizó una descripción de los pasos a seguir para las simulaciones.
3.1.1. Creación del caso de simulación y selección de paquete de fluido. Al abrir el programa
desde el escritorio se muestra una ventana donde se selecciona el nuevo documento, se da clic
en Template para poder escoger las unidades que se desea trabajar, en este caso se escogió el
sistema métrico de unidades.
Figura 7. Nuevo caso en Aspen Plus
21
Figura 8. Selección de Sistema de unidades.
Una vez seleccionado el sistema de unidades aparece la pantalla en la cual se va a trabajar, se da
clic en el icono “Data Browser” y se despliega la pestaña “Components”, se escoge los fluidos
de trabajo los cuales son el agua y el amoniaco.
Figura 9. Selección de fluidos de trabajo
A continuación se despliega la pestaña “Properties” y seleccionamos el paquete termodinámico
NRTL.
22
Figura 10. Selección del paquete termodinámico
3.1.2. Simulación de los equipos. Una vez en la pantalla de la simulación se observa en la
parte inferior los equipos.
3.1.2.1. Bomba. Se despliega la pestaña “Pressure Changers” y se selecciona la bomba.
Se añaden las corrientes de entrada y de salida, se debe especificar tanto la bomba como la
corriente de entrada para que converja la simulación. Para esto se da clic en la corriente de
entrada, se colocan los valores de temperatura, presión, flujo másico o molar y la composición
de la mezcla que es 30% agua, 70% Amoniaco
23
Figura 11. Bomba ingresada en la pantalla principal
Figura 12. Condiciones de la corriente de entrada a la bomba
Para proseguir con la bomba se da clic en el icono “Next”, y se coloca el valor de la presión de
descarga.
24
Figura 13. Condiciones de la bomba
3.1.2.2. Recuperador. El recuperador es un intercambiador de calor que se encuentra en la parte
inferior desplegando la pestaña “Heat Exchangers”, para especificarlo solo se debe poner el
valor de la temperatura de la corriente fría de entrada que en este caso es la corriente de salida
de la bomba.
Figura 14. Recuperador en la pantalla Principal
25
Figura 15. Especificación del Recuperador
3.1.2.3. Evaporador. El evaporador al igual que el recuperador es un intercambiador de calor, y
de la misma manera se especifica la temperatura de salida de la corriente fría, que en este caso
es la corriente que se especificó en el recuperador.
Figura 16. Evaporador en la pantalla principal
26
Figura 17. Especificación en el evaporador
En este caso se debe especificar además el vapor de agua que es la corriente caliente que ingresa
al evaporador.
Figura 18. Especificación del vapor de agua para el evaporador
27
3.1.2.4. Turbina. La turbina se encuentra en la parte inferior desplegando la pestaña “Pressure
Changers” con el nombre “Comp”, va conectada con el evaporador con la corriente de salida,
que es el fluido de trabajo, y la corriente de salida de la turbina ingresa al recuperador como la
corriente caliente de este. Para la especificación se selecciona que es una turbina y se debe
poner la presión de descarga.
Figura 19. Turbina en la pantalla principal
Figura 20. Especificación de la turbina
28
3.1.2.5. Condensador. Como equipo final se tiene el condensador, que se encuentra en la parte
inferior desplegando la pestaña “Heat Exchangers” con el nombre “Heater”.
Para especificar se necesita la temperatura y la presión a la que se desea que salga nuestra
corriente del fluido de trabajo, que es la corriente de entrada a la bomba para que así se cierre el
ciclo.
Figura 21. Condensador en la simulación
Figura 22. Especificación del condensador
29
Al colocar que la temperatura de salida sea menor que la de entrada, el “Heater” trabaja como
“Cooler”, es decir, como condensador.
Figura 23. Simulación Final con los nombres tabulados
Para las demás mezclas se realiza el mismo procedimiento, modificando los fluidos, las
temperaturas y proporciones del fluido de trabajo correspondientes.
30
4. CÁLCULOS
Para el cálculo de la eficiencia se necesitan los datos de entalpias de las corrientes de entrada a
cada equipo, en este caso de la bomba, evaporador, turbina y condensador. Para el caso del
recuperador se tomará la entalpia de entrada y de salida.
Los datos son obtenidos de la simulación en el programa Aspen Plus.
Se realizará un cálculo modelo con los datos de la mezcla agua amoniaco.
Tabla 9. Datos de entalpias de las corrientes de entrada de la mezcla agua-amoniaco
EQUIPO Entalpia de entrada
(h) x 103 J/kg
Bomba -7798.0241
Evaporador -6564.3429
Turbina -5733.02
Condensador -7033.673
4.1. Cálculo de calor neto del recuperador.
Tabla 10. Datos de entalpia de las corrientes de entrada y de salida del recuperador
Entalpia de entrada
x 103 J/kg
Entalpia de salida
x 103 J/kg
-7796.6008 -6564.3429
qneto = hsal - hent
qneto = -1568.166 – (-1862.542)
qneto = 294.376 Kcal/Kg
4.2. Cálculo del calor de entrada
qent = htur - hevp
(5)
(6)
31
qent = (-1369.57) – (-1568.166)
qent = 198.596 Kcal/Kg
4.3. Cálculo del calor de salida
qsal1 = hcond – hbom
qsal2 = qneto – qsal1
qsal1 = (-1680.285) – (-1862.882)
qsal1 = 182.597 Kcal/Kg
qsal2 = 294.376 – 182.597
qsal2 = 111.779 Kcal/Kg
4.4. Cálculo de la Eficiencia térmica
Utilizando la ecuación 3, calculamos la eficiencia.
neto = 1- (111.779 /198.596)
neto = 0.4372 o 43.72%
4.5. Cálculo de la diferencia de Temperatura del vapor de agua
∆T = Tent - Tsal
∆T = 250 – 111.9
∆T = 138.1 °C
(7)
(8)
(9)
32
5. RESULTADOS
5.1. Resultados de Eficiencia Térmica
Los resultados obtenidos al finalizar estas simulaciones se presentan a continuación.
Tabla 11. Resultados de Eficiencia Térmica
Mezcla Proporción
molar
Eficiencia
Térmica
Agua-Amoniaco 0.3/0.7 43.72%
Acetona
Ácido acético
0.3/0.7 24.84%
0.5/0.5 28.46%
0.7/0.3 32.40%
n-Butanol
0.3/0.7 34.22%
0.5/0.5 35.05%
0.7/0.3 36.55%
Cloroformo
Ácido acético
0.3/0.7 23.82%
0.5/0.5 26.69%
0.7/0.3 29.41%
n-Butanol
0.3/0.7 33.39%
0.5/0.5 33.82%
0.7/0.3 34.21%
Metanol
Ácido acético
0.3/0.7 22.67%
0.5/0.5 24.65%
0.7/0.3 26.32%
n-Butanol
0.3/0.7 32.72%
0.5/0.5 32.27%
0.7/0.3 31.35%
33
Gráfico 1. Eficiencias de la mezcla Acetona-Ácido acético
Gráfico 2. Eficiencias de la mezcla Acetona-n-Butanol
ACETONA-ÁCIDO ACÉTICO
0 . 3 / 0 . 7 0 . 5 / 0 . 5 0 . 7 / 0 . 3
ACETONA-NBUTANOL
0 . 3 / 0 . 7 0 . 5 / 0 . 5 0 . 7 / 0 . 3
Agu
a-A
mo
nia
co; 4
3,7
2%
A
gua-
Am
on
iaco
; 43
,72
%
24
,84
%
34
,22
%
35
,05
%
28
,46
%
36
,55
%
32
,40
%
34
Gráfico 3. Eficiencias de la mezcla Cloroformo-Ácido acético
Gráfico 4. Eficiencias de la mezcla Cloroformo-n-Butanol
CLOROFORMO-ÁCIDO ACÉTICO
0 . 3 / 0 . 7 0 . 5 / 0 . 5 0 . 7 / 0 . 3
CLOROFORMO-NBUTANOL
0 . 3 / 0 . 7 0 . 5 / 0 . 5 0 . 7 / 0 . 3
Agu
a-A
mo
nia
co; 4
3,7
2%
A
gua-
Am
on
iaco
; 43
,72
%
33
,39
%
23
,82
%
33
,82
%
26
,69
%
34
,21
%
29
,41
%
35
Gráfico 5. Eficiencias de la mezcla Metanol-Ácido acético
Gráfico 6. Eficiencias de la mezcla Metanol-n-Butanol
5.2. Resultados de la diferencia de temperaturas del vapor de agua
La temperatura de entrada del vapor de agua en el evaporador es de 523.15 K a 1x105 Pa de
presión, por lo que es un vapor sobrecalentado para todas las simulaciones.
METANOL-ÁCIDO ACÉTICO
0 . 3 / 0 . 7 0 . 5 / 0 . 5 0 . 7 / 0 . 3
METANOL-NBUTANOL
0 . 3 / 0 . 7 0 . 5 / 0 . 5 0 . 7 / 0 . 3
Agu
a-A
mo
nia
co; 4
3,7
2%
A
gua-
Am
on
iaco
; 43
,72
%
32
,72
%
22
,67
%
31
,35
%
24
,65
%
26
,32
%
31
,35
%
36
Tabla 12. Diferencia de Temperaturas del vapor de agua
Mezcla Proporción
componente
más volátil
Temperatura
de salida
K
Diferencia de
Temperaturas
K Más volátil
Menos
volátil
Amoniaco Agua 0.7 385.05 411.25
Acetona
Ácido
acético
0.3 419.85 376.45
0.5 407.15 389.15
0.7 392.05 404.25
n-Butanol
0.3 402.95 393.35
0.5 394.15 402.15
0.7 388.55 407.75
Cloroformo
Ácido
acético
0.3 428.05 368.25
0.5 413.15 383.15
0.7 403.35 392.95
n-Butanol
0.3 409.25 387.05
0.5 403.35 392.95
0.7 398.95 397.35
Metanol
Ácido
acético
0.3 417.95 378.35
0.5 407.15 389.15
0.7 397.75 398.55
n-Butanol
0.3 401.65 394.65
0.5 391.45 400.45
0.7 391.45 404.85
5.3. Resultados de la relación del flujo de la mezcla con el flujo del vapor de agua
El Flujo molar de la mezcla binaria es 30 kmol/h para todas las simulaciones.
37
Tabla 13. Relación flujo de mezcla con el flujo de vapor de agua
Mezcla Proporción
componente
más volátil
Flujo molar del
vapor de agua
kmol/h
Relación Flujo
de mezcla/
Flujo de vapor
de agua
Más volátil
Menos
volátil
Amoniaco Agua 0.7 90 0.333
Acetona
Ácido
acético
0.3 270 0.111
0.5 240 0.125
0.7 210 0.143
n-Butanol
0.3 360 0.083
0.5 300 0.100
0.7 250 0.120
Cloroformo
Ácido
acético
0.3 290 0.103
0.5 250 0.120
0.7 230 0.130
n-Butanol
0.3 380 0.079
0.5 320 0.094
0.7 270 0.111
Metanol
Ácido
acético
0.3 270 0.111
0.5 250 0.120
0.7 230 0.130
n-Butanol
0.3 360 0.083
0.5 310 0.097
0.7 270 0.111
5.4. Resultados de la Potencia en la Turbina
Tabla 14. Resultados de la Potencia en la Turbina
Mezcla Proporción
componente
más volátil
Potencia
de la
Turbina,
kW
Más volátil
Menos
volátil
Amoniaco Agua 0.7 9.88
38
Continuación Tabla 14
Acetona
Ácido
acético
0.3 10.63
0.5 10.40
0.7 10.11
n-Butanol
0.3 10.52
0.5 10.34
0.7 10.03
Cloroformo
Ácido
acético
0.3 10.64
0.5 10.42
0.7 10.25
n-Butanol
0.3 10.58
0.5 10.35
0.7 10.09
Metanol
Ácido
acético
0.3 10.59
0.5 10.38
0.7 10.10
n-Butanol
0.3 10.48
0.5 9.96
0.7 9.96
Tabla 15. Relación Potencia con el flujo másico del vapor de agua
Mezcla
Composición
componente
más volátil
Potencia
de la
Turbina,
kW
Flujo
másico del
vapor de
agua
kg/s
Relación
Potencia/
Flujo
másico del
vapor de
agua
Más volátil
Menos
volátil
Amoniaco Agua 0.7 9.88 0.450 21.9
Acetona
Ácido
acético
0.3 10.63 1.351 7.9
0.5 10.40 1.201 8.7
0.7 10.11 1.051 9.6
n-Butanol
0.3 10.52 1.802 5.8
0.5 10.34 1.501 6.9
0.7 10.03 1.251 8.0
39
Continuación Tabla 15
Cloroformo
Ácido
acético
0.3 10.64 1.451 7.3
0.5 10.42 1.251 8.3
0.7 10.25 1.151 8.9
n-Butanol
0.3 10.58 1.902 5.6
0.5 10.35 1.601 6.5
0.7 10.09 1.351 7.5
Metanol
Ácido
acético
0.3 10.59 1.351 7.8
0.5 10.38 1.251 8.3
0.7 10.10 1.151 8.8
n-Butanol
0.3 10.48 1.802 5.8
0.5 9.96 1.351 6.6
0.7 9.96 1.351 7.4
Tabla 16. Relación Potencia con el flujo másico de la mezcla
Mezcla Composición
componente
más volátil
Potencia
de la
Turbina,
kW
Flujo
másico de la
mezcla
kg/s
Relación
Potencia/
Flujo
másico de la
mezcla
Más volátil
Menos
volátil
Amoniaco Agua 0.7 9.88 0.144 68.4
Acetona
Ácido
acético
0.3 10.63 0.496 21.5
0.5 10.40 0.492 21.1
0.7 10.11 0.489 20.7
n-Butanol
0.3 10.52 0.578 18.2
0.5 10.34 0.551 18.8
0.7 10.03 0.524 19.1
Cloroformo
Ácido
acético
0.3 10.64 0.649 16.4
0.5 10.42 0.748 13.9
0.7 10.25 0.846 12.1
n-Butanol
0.3 10.58 0.731 14.5
0.5 10.35 0.806 12.8
0.7 10.09 0.882 11.4
40
Continuación Tabla 16
Metanol
Ácido
acético
0.3 10.59 0.430 24.6
0.5 10.38 0.384 27.1
0.7 10.10 0.337 29.9
n-Butanol
0.3 10.48 0.512 20.4
0.5 9.96 0.442 23.1
0.7 9.96 0.372 26.8
Gráfico 7. Potencia de la turbina en función de la proporción de cada mezcla
5.5. Resultados de Toxicidad
Tabla 17. Resultados de Toxicidad
Componente TVL TWA
ppm
MAK
ppm
Amoníaco 25 50
Acetona 750 1000
Cloroformo 10 10
Metanol 200 200
Ácido acético 5 5
n-Butanol 50 50
Wtur = f (Componente más volátil) 10,70
10,60
10,50
10,40
10,30
10,20
10,10
Acetona-Ácido acético
Acetona-nButanol
Cloroformo-Ácido acético
Cloroformo-nButanol
Metanol-Ácido acético
Metanol-nButanol
10,00
9,90
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
41
5.6. Resultados de corrosividad
De acuerdo con las hojas de seguridad, los compuestos corrosivos son el ácido acético y el
cloroformo; este último tiene como productos de descomposición que ocurren lentamente en
contacto con el oxígeno: fosgeno, cloruro de hidrógeno, cloro y óxidos de carbono. Todos ellos
corrosivos y muy tóxicos.
Como material se puede tomar en cuenta el acero inoxidable que presenta variedad en su
clasificación. A continuación se detallan las características de los tipos de acero inoxidable para
el uso industrial.
Tabla 18. Características de los tipos de acero inoxidable.
Tipo Serie Característica
Martensíticos
403
Se emplea en partes críticas de maquinaria sometida a altos
esfuerzos y donde se requiere, además buena resistencia al
calor, corrosión, desgaste abrasivo o erosión.
422
Diseñado para el servicio a temperaturas de hasta 60 °C,
combinando resistencia mecánica.
Presenta maquinabilidad de mediana a baja.
Austeníticos
304
Tiene buen desempeño a temperatura elevadas (800 a 900
°C) y buenas propiedades mecánicas. Es recomendable
cuando se requiera soldar altos espesores de material.
309 Posee alta resistencia mecánica, tenacidad y excelente
resistencia a la oxidación en temperaturas de hasta 1000 °C.
310 Es frecuentemente usado en servicios de alta temperatura.
316 Resistente a la corrosión frente a diversos químicos
agresivos, ácidos atmósfera salina.
321
Es similar al 304, pero contiene una adición de titanio
equivalente a cinco veces el contenido de carbono. Las
principales aplicaciones de este acero son recipiente a
presión y almacenamiento.
42
6. DISCUSIÓN
El enfoque del presente trabajo de grado tiene que ver con el análisis en cuanto a la
factibilidad técnica del empleo de mezclas binarias de compuestos orgánicos, en reemplazo
de la mezcla agua-amoníaco que se utiliza en el ciclo Kalina, por lo cual se utilizó vapor de
agua como fluido general que ingresa al evaporador cediendo su calor sensible, en lugar de
un gas de combustión, pues lo que interesa es cuantificar la cantidad de calor que se puede
recuperar, permitiendo esto realizar el estudio comparativo de los casos planteados.
Las simulaciones en Aspen Plus están realizadas con valores típicos de temperatura para la
recuperación del calor residual de los gases de combustión procedentes de una planta
Termoeléctrica. Se tomó como referencia el trabajo de MEDINA, P. (“Simulación
Dinámica de un proceso de recuperación de calor con una turbina de ciclo Rankine
orgánico”, Trabajo de Grado, Ingeniería Química, Universidad Central del Ecuador,
Facultad de Ingeniería Química, Quito, 2015),en el cual los gases de combustión ingresan a
623.15 K y salen a 473.15 K. En el presente trabajo las temperaturas están en el rango de
523.15 y 283.15 K.
El flujo de vapor de agua que se utiliza en las simulaciones es el mínimo para cada uno de
los casos. Por debajo de este valor no tiene convergencia y en el caso de usar menor
cantidad de vapor de agua, la temperatura de entrada del mismo al evaporador deberá
aumentar.
El paquete termodinámico escogido para las simulaciones es el NRTL. Según la revisión
bibliográfica realizada, este paquete es recomendable cuando se trabaja con sustancias
miscibles entre si y que cambian de fase, circunstancia que ocurre con los fluidos que
forman parte de los ciclos simulados.
El ciclo Kalina cuenta con un separador y un absorbedor en su configuración general,
siendo esto necesario por la baja temperatura a la cual cambia de fase el amoníaco, y para
mejorar la cantidad de amoníaco que se disuelve en agua. Esto hace que operativamente
por equipos requeridos, el funcionamiento del ciclo sea complejo. En el caso del presente
proyecto, al utilizarse fluidos que presentan volatilidades del mismo orden de magnitud, no
fue necesario incluir los equipos antes mencionados. Además de que las mezclas binarias
propuestas son miscibles entre sí en cualquier proporción.
43
Por el uso industrial de los fluidos y a la temperatura que se trabaja, estos se encuentran en
fase gaseosa, el peligro de toxicidad sería por vía aérea, por tal motivo se tomó en cuenta
los criterios de valoración. Mientras se necesite menos cantidad del componente para
provocar daño, es más toxico.
El acero inoxidable es uno de los materiales más utilizados a nivel industrial por su
resistencia a la corrosividad, por lo que en este proyecto se tomó en cuenta como material
principal para ser utilizado para la fabricación de los equipos.
44
7. CONCLUSIONES
De acuerdo a los gráficos del 1 al 6, las eficiencias termodinámicas de los ciclos están
directamente relacionadas con la composición del componente más volátil, ya que a
medida que aumenta su composición se observa el incremento de las eficiencias. Sin
embargo, con ninguna de las mezclas propuestas se llega a valores de eficiencia del 40%,
que es el que se obtuvo para el ciclo Kalina.
En el caso de la potencia generada por la turbina (tabla 14) se observa una disminución de
la misma a medida que aumenta la composición del componente más volátil. En cada una
de las mezclas binarias de fluidos orgánicos, la potencia obtenida es mayor que la del ciclo
Kalina. Sin embargo, al analizar la relación de la Potencia respecto de los flujos de vapor
de agua y de la mezcla (tablas 15 y 16), se observa que el ciclo Kalina necesita menor
cantidad de flujo de vapor de agua y de fluido de trabajo para generar mayor Potencia.
La mezcla Acetona-n-Butanol es la más recomendada de acuerdo a la eficiencia, ya que los
valores más altos de la misma se encuentran en todas las proporciones de esta mezcla,
seguida por la mezcla Cloroformo-n-Butanol, que en sus proporciones posee valores muy
cercanos entre cada de una de estas.
La corrosividad es un proceso que no se puede definir teóricamente. Para una mejor
comparación entre las mezclas se necesita realizar pruebas que determinen que tan
corrosivo puede ser la sustancia de acuerdo a la composición en la que esta se encuentre en
la mezcla.
La toxicidad de los componentes para las mezclas analizadas están en la categoría de
ligera, moderada y altamente tóxicas, de acuerdo a sus respectivas hojas de seguridad (ver
anexos). Sin embargo, los riesgos asociados con estas toxicidades, se pueden reducir con
un adecuado almacenamiento y siguiendo las normas de seguridad para la manipulación de
los mismos. El más tóxico en base a los criterios de valoración es el cloroformo, ya que se
necesita solo de 10 ppm para causar problemas de salud.
45
La mezcla más recomendable según los resultados obtenidos es Acetona-Ácido acético, a
que a pesar de no tener la mejor eficiencia, posee una superior al 30% y con respecto a la
relación de la potencia con la cantidad de vapor de agua y de la mezcla es superior a las
otras mezclas, por lo que es la más recomendada como fluido de trabajo en el ciclo.
46
8. RECOMENDACIONES
Si bien la simulación del sistema da una idea clara de cómo los ciclos operan, es necesario
realizar pruebas de campo, para poder analizar los flujos y temperaturas en un escenario
real. Por lo cual, se recomienda realizar un diseño a escala piloto del ciclo para así realizar
las pruebas necesarias.
Es recomendable realizar un estudio económico, ya que éste es un factor importante a la
hora de decidir la mezcla más factible, de acuerdo a la industria en la que se requiera este
proceso.
Se recomienda realizar pruebas estandarizadas de corrosividad de las mezclas, ya que
cuando se selecciona un Acero Inoxidable deben preverse exactamente las condiciones de
servicio. Cualquier pequeña variación por insignificante que parezca puede producir
fracasos. Así poder seleccionar el más factible para cada tipo de mezcla.
47
CITAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] ROMERO G. MANUEL; “Ciclos térmicos para mejorar la eficiencia en la regasificación del
gas natural licuado”. Tesis Doctoral, Departamento de Energía y Propulsión Marina E.T.S
Náutica y Máquinas, Universidad de A Coruña, Coruña, 2014, p. 1.
[2] FIGUEREDO G., VIZCAINO N., PERNA S., BENITEZ F.; “Cogeneración de trabajo y
refrigeración mediante un ciclo basado en una mezcla de amoniaco y agua”. Avances en Energías
Renovables y Medio Ambiente, vol. 15, GITEA Universidad Tecnológica Nacional, French 414
CP 3500 Resistencia, Argentina, 2011.
[3] JANA, A.; “Process Simulation and Control using Aspen”, New Delhi, 2012, p. 3.
[4] MONTESDEOCA, D.; “Simulación de la Unidad de tratamiento de gas combustible con
aminas de la Refinería Estatal Esmeraldas” Trabajo de Grado, Ingeniería Química, Universidad
Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Química, Quito, 2015, p. 13.
[5] CENGEL, Y. y BOLES, M. “Termodinámica”, McGraw Hill, México, 2009, 7ma edición,
p. 491.
[6] Ibíd., p. 559
[7] MEDINA, P. “Simulación Dinámica de un proceso de recuperación de calor con una turbina
de ciclo rankine orgánico”, Trabajo de Grado, Ingeniería Química, Universidad Central del
Ecuador, Facultad de Ingeniería Química, Quito, 2015, p. 13
[8] HOWELL, J. y BUCKIUS, R. “Principios de termodinámica para ingenieros”, McGraw Hill,
México, 1990, p. 302
[9] CENGEL, Op. Cit., pp. 561-562
[10] MEDINA, Op. Cit., p. 15
48
[11] PEI, G.; LI, J.; WANG, D. “Construction and dynamic test of a small-scale organic rankine
cycle”, Energy, n° 36, 2011, pp. 3215-3223
[12] LAIA, J. “Aplicación del ciclo orgánico rankine para el aprovechamiento de calor residual
en una refinería”, Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas, Bogotá, 2012, pp. 17-22
[13] BONILLA, J.; MELÉNDEZ, O.; REYES, E.; RIVERA L. “Diseño Conceptual de un Ciclo Binario para una planta geotérmica”, Proyecto de Graduación, Universidad de El Salvador,
Facultad de Ingeniería y Arquitectura, Unidad de Postgrados, El Salvador, 2013, pp. 10-11
[14] HI, J. y DIDION, D. “A simulation model of the transient performance of a heat pump”,
International Journal of Refrigeration, vol. 5, 1992, pp. 176-184
[15] LOPEZ, M. “Recuperación del calor de refrigeración de un motor de gas natural mediante
ciclo ORC”, Madrid, 2010, p. 19.
[16] MEDINA, Op. Cit., p. 16
[17] CHAN, S.; HO, H.; TIAN, Y. “Multi-level modeling of Sofc gas turbine hybrid system”,
International Journal of Hydrogen Energy, n° 28, 2003, pp. 889-900.
[18] MEDINA, Op. Cit., p. 17
[19] SHAOGUANG, L. y GOSWAMI, D.Y. “Optimization of a Novel Combined
Power/Refrigeration Thermodynamic Cycle”, Journal of Solar Energy Engineering, vol. 125,
2003, pp. 212-217.
[20] ROGDAKIS, E. y ANTONOPOULOS, K., “A high efficiency NH3/H2O absorption power
cycle”, Heat Recovery Systems and CHP, vol. 11, 1991, pp. 263-275.
[21] IBRAHIM, M.B. y KOVACH, R.M., “A Kalina cycle application for power generation”, Energy, vol. 18, Sep. 1993, pp. 961-969.
[22] LOLOS, P. y ROGDAKIS, E., “A Kalina power cycle driven by renewable energy
sources”, Energy, vol. 34, Apr. 2009, pp. 457-464.
49
[23] CENGEL, Op. Cit., pp. 283-284
[24] CESÁREO, F. “Manual básico de corrosión para ingenieros”, Universidad de Murcia,
Murcia, 2004, p. 13.
[25] ANDRADE, C.; FELIU, S. “Corrosión y protección metálicas”, Consejo Superior de
Investigaciones Científicas, Madrid, 1991, pp. 3-4
[26] CESÁREO. Op. Cit., p. 14
[27] SILVA ALONSO, M. A., “Prevención de riesgos laborales en la utilización de productos
químicos. Toxicidad de productos químicos”. Plan de formación en prevención de riesgos
laborales del C.S.I.C. 2003, p. 30
[28] Ibid, p. 35
[29] BARTUAL, José y GUARDINO, Xavier, “Criterios de valoración en higiene industrial”.
Ministerios de trabajo y asustos sociales España, 1989, pp. 2-5
50
BIBLIOGRAFÍA
CENGEL, Y. y BOLES, M. “Termodinámica”, McGraw Hill, México, 2009, 7ma edición
MEDINA, P. “Simulación Dinámica de un proceso de recuperación de calor con una
turbina de ciclo rankine orgánico”, Trabajo de Grado, Ingeniería Química, Universidad
Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Química, Quito, 2015
HOWELL, J. y BUCKIUS, R. “Principios de termodinámica para ingenieros”, McGraw
Hill, México, 1990
LAIA, J. “Aplicación del ciclo orgánico Rankine para el aprovechamiento de calor
residual en una refinería”, Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas, Bogotá,
2012
CESÁREO, F. “Manual básico de corrosión para ingenieros”, Universidad de Murcia,
Murcia, 2004
51
ANEXOS
52
ANEXO A. Hoja de Seguridad del Acetona
HOJA DE
SEGURIDAD IV
ACETONA
FORMULA: C3H6O, CH3COCH3. PESO MOLECULAR: 58.08 g/ mol. COMPOSICIÓN: C: 62.04 %; H: 10.41 % y O: 27.55 %.
GENERALIDADES:
El acetona es un líquido incoloro, de olor característico agradable, volátil, altamente inflamable y sus vapores son más pesados que el aire.
Se obtiene como subproducto en la fermentación por medio de la cual se obtiene alcohol butílico; por oxidación de isopropanol; por ruptura de hidroperóxido de cumeno en la cual se obtiene, además, fenol; por destilación de acetato de calcio; por destilación destructiva de madera y a partir de oxidación por cracking de propano.
Es utilizada como disolvente de grasas, aceites, ceras, hules, plásticos, lacas y barnices. Se usa en la manufactura de algunos explosivos, rayón, películas fotográficas, elaboración de removedores de pinturas y barnices, purificación de parafinas, en la deshidratación y endurecimiento de tejidos, en la extracción de algunos productos vegetales y animales y como materia prima en una gran variedad de síntesis en química orgánica. Por otra parte, junto con hielo y dióxido de carbono sólido, se puede utilizar para enfriar a temperaturas muy bajas.
NÚMEROS DE IDENTIFICACIÓN: RTECS: AL3150000
CAS: 67-64-1 NFPA: Salud:1 Reactividad: 0 Fuego: 3 UN :1090 HAZCHEM
CODE: 2 YE NIOSH: AL 3150000 RCRA: U002 NOAA : 8 MARCAJE: LIQUIDO INFLAMABLE
SINÓNIMOS: 2-PROPANONA BETO-CETOPROPANO En inglés: DIMETIL CETONA DIMETILFORMALDEHIDO ACETONE METIL CETONA DIMETILCETAL CHEVRON ACETONE BETA-CETOPROPANONA AC. PIROACETICO ACETON (ALEM, HOLAN, ETER PIROACETICO
PROPIEDADES FÍSICAS Y TERMODINÁMICAS: Punto de ebullición: 56.5 oC Punto de fusión: -94 oC. Densidad: 0.788 g/ ml (a 25 oC); 0.7972 g/ml (a 15 oC) Índice de refracción: 1.3591 (a 20 oC) y 1.3560 (a 25 oC). Punto de inflamación en copa cerrada (flash point): -18 oC. Temperatura de auto ignición: 538 oC. Presión de vapor a (20 oC): 185 mm de Hg Densidad de vapor (aire = 1): 2 Límites de explosividad: 2.6-12.8 % Conductividad eléctrica (S/cm): 5.5 X 10
8 (a 298.15 K)
53
Continuación ANEXO A
Temperatura crítica: 235.05 oC
Presión crítica: 35257.5 mm de Hg. Volumen crítico: 0.209 l/mol. Momento dipolar: 2.88 debyes Volumen molar (l/mol): 0.739 (a 298.15 K) Densidad molar (mol/l): 16.677 (sólido a -99 oC), 13.506 (líquido a 298.15
K) Temperatura de punto triple: -94.7 oC. Presión de punto triple: 19.46 mm de Hg. Solubilidad: Miscible con agua, alcoholes, cloroformo, dimetilformamida, aceites y éteres.
PROPIEDADES QUÍMICAS:
El acetona es peligroso por su inflamabilidad, aún diluido con agua. Productos de descomposición: Monóxido y dióxido de carbono. Se ha informado de reacciones de oxidación vigorosas con: - Oxígeno en presencia de carbón activado, mezclas de ácido nítrico/sulfúrico, bromo, trifluoruro de bromo, cloruro de nitrosilo, perclorato de nitrosilo, perclorato de nitrilo, cloruro de cromilo, trióxido de cromo, difluoruro de dioxígeno, terbutóxido de potasio, peróxido de hidrógeno y ácido peroxomonosulfúrico. Con los siguientes compuestos las reacciones son violentas: Bromoformo o cloroformo en presencia de una base, dicloruro de azufre y peróxido de metil-etil- cetona. Reacciona con sustancias clorantes, produciendo cetonas halogenadas que son muy tóxicas. NIVELES DE TOXICIDAD:
LD50 (en ratas en forma oral): 5800 mg/Kg LD50 (en piel de conejos): 20 mg/Kg RQ: 5000 Niveles de irritación a ojos en humanos: 500 ppm Niveles de irritación a piel en conejos: 395 mg, leve. 500 mg / 24 h, leve. Niveles de irritación a ojos en conejos: 3.950 mg, severo. 100 mg/24h, moderado. México:
CPT: 2400 mg/m3 (1000 ppm) Estados Unidos:
TLV TW A: 1000 mg/m3
(750
ppm) TLV STEL: 2400 mg/m3
(1000 ppm) Reino Unido:
Periodos largos: 2400 mg/m3 (1000
ppm) Periodos cortos: 3000 mg/m3
(1259 ppm) Francia:
VME: 1800 mg/m3 (750 ppm) Alemania:
MAK: 2400 mg/m3
(1000) Suecia: Periodos largos: 600 mg/m3 (250 ppm) Periodos cortos: 1200 mg/m
3
(500 ppm) MANEJO:
Equipo de protección personal:
Utilice bata, lentes de seguridad y, si es necesario, guantes de hule natural o neopreno (no utilizar PVC), en una zona bien ventilada, de preferencia en una campana. Evite un contacto prolongado de la piel con este producto químico. No debe utilizarse ropa de rayón ni lentes de contacto cuando se maneje este producto.
Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, siempre utilizar propipetas, NUNCA ASPIRAR CON LA BOCA.
54
Continuación ANEXO A
RIESGOS:
Riesgos de fuego y explosión:
Este es un producto inflamable. Los vapores pueden prenderse y generar un incendio en el lugar donde se generaron, además, pueden explotar si se prenden en un área cerrada.
Los rangos de inflamabilidad del vapor en aire son de 2.6 a 12.8 % en volumen. Riesgos a la salud:
Este compuesto se ha utilizado por muchos años como disolvente y se ha informado de muy pocos efectos tóxicos, por lo que ha sido considerado como un producto poco peligroso, en este sentido.
Se ha observado que la presencia de acetona, aumenta la toxicidad al hígado de hidrocarburos clorados usados como disolventes, entre ellos 1,1-dicloroetileno y 1,1,2- tricloroetano.
Se excreta del organismo casi totalmente sin cambios, solo un poco se oxida a dióxido de carbono, acetato o formiato.
En general, los principales síntomas de una intoxicación crónica por acetona son: dolor de cabeza, irritación de ojos, nariz y tráquea, los cuales desaparecen al salir del área contaminada.
Inhalación: En forma de vapor, causa irritación de ojos nariz y tráquea. En concentraciones muy altas (aproximadamente 12 000 ppm), puede afectar al sistema nervioso central, presentándose dolor de cabeza y cansancio. En casos extremos puede perderse la conciencia.
Contacto con ojos: En forma de vapor, los irrita causando lagrimeo y fluido nasal; el líquido puede causar daño a la córnea.
Contacto con la piel: Un contacto prolongado y constante con la piel provoca resequedad, agrietamiento y dermatitis. El líquido puede penetrar a través de
la piel, lo mismo que el vapor a concentraciones mayores de 5000 mg/m3.
Ingestión: Causa irritación gástrica, dolor y vómito. Carcinogenicidad: No existen evidencias que este producto induzca
carcinogenicidad tanto en humanos, como en animales de laboratorio.
Mutagenicidad: Existen ensayos con Salmonella typhimurium, en los que se encontró compatibilidad con este disolvente sin que se presentaran reversiones.
Peligrosreproductivos: La exposición de mujeres embarazadas a este producto,
a una concentración entre 30 y 300 mg/m3 produce efectos embriotrópicos, aumentando los niveles de lípidos, incluso, hasta niveles embriotóxicos. ACCIONES DE
EMERGENCIA: Primeros auxilios:
Inhalación: Si la inhalación ha sido prolongada, transportar al intoxicado a una zona bien ventilada. Si no respira, dar respiración artificial. Mantenerlo caliente y en reposo. Si es necesario, administrar oxígeno.
Ojos: Lávelos con agua o disolución salina, asegurándose de que los ojos se encuentren abiertos durante el lavado.
Piel: Lavar el área contaminada con agua y jabón. En caso necesario, elimine la ropa contaminada.
Ingestión: Lavar la boca con agua. Si se ingirió, diluir tomando agua. No inducir el vómito. EN TODOS LOS CASOS DE EXPOSICIÓN, EL PACIENTE DEBE SER TRANSPORTADO AL HOSPITAL TAN PRONTO COMO SEA POSIBLE. Control de fuego:
Debe considerarse que durante la combustión de este producto se generan productos de descomposición como monóxido y dióxido de carbono.
En casos de fuegos pequeños, usar agua en forma de neblina, los chorros de agua pueden ser inefectivos. Pueden utilizarse extinguidores de polvo químico seco, espuma (resistente al alcohol) o dióxido de carbono.
55
Continuación ANEXO A
En caso de fuegos mayores, la mejor forma de controlar el fuego es con espuma. Enfriar los contenedores afectados con agua. Aplique el agua desde una distancia segura. Fugas y derrames:
Utilice el equipo de seguridad mínimo como bata y lentes de seguridad. Dependiendo de la magnitud del derrame, se utilizará equipo de respiración autónoma, botas y guantes de hule natural o neopreno, no utilizar PVC.
Evite la presencia de chispas, fuegos y cualquier fuente de ignición cerca del derrame y evacuar el área, si es necesario.
Evite que el líquido derramado entre en contacto con suministros de agua y drenajes. Por lo cual, deben construirse diques para contener el derrame.
Use agua en forma de rocío para dispersar y diluir los vapores. Este líquido debe almacenarse para tratarlo de manera adecuada posteriormente.
El derrame puede absorberse con arena o cualquier otro absorbente y tratarse como en los DESECHOS. Desechos:
Siempre mantenerlos alejados de fuentes de ignición. Para pequeñas cantidades, puede absorberse con papel y dejarlo evaporar en una campana extractora de gases. No tirar al drenaje, pues pueden alcanzarse niveles explosivos. Para cantidades grandes, se puede utilizar arena, cemento en polvo o tierra para absorberla y mantenerla en un área segura antes de incinerarla. ALMACENAMIENTO:
Mantenga los recipientes que la contienen en un lugar bien ventilado, protegido de golpes, fuentes de ignición y de la luz directa del sol y alejados de materiales oxidantes, ácidos minerales y cloroformo. Tome las precauciones necesarias para evitar descargas estáticas. Recordar que los vapores son más pesados que el aire, por lo que pueden acumularse y viajar hacia fuentes de ignición y regresar, generando fuego en las zonas de almacenamiento.
REQUISITOS DE TRANSPORTE Y EMPAQUE:
Transportación terrestre: Marcaje: 1090. LIQUIDO INFLAMABLE. Código HAZCHEM: 2 YE
Transportación marítima: Código IMDG: 3020 Clase 3.1 Marcaje: líquido inflamable.
Transportación aérea: Código ICAO/IATA: 1090 Clase: 3 Cantidad máxima en vuelos comerciales: 5 l Cantidad máxima en vuelos de carga: 60 l
56
ANEXO B. Hoja de Seguridad de Ácido Acético
ACIDO ACÉTICO
ICSC: 0209
Ácido acético, anhídrido Óxido acético Ánhídrido etanoico Óxido de acetilo
CAS:
RTECS:
108-24-7
AK1925000
C4H6O3/(CH3CO)2O
Masa molecular: 102,1
NU: 1715 CE Índice Anexo I: 607-008-00-9 CE / EINECS: 203-564-8
TIPO DE PELIGRO / EXPOSICIÓN
PELIGROS AGUDOS / SÍNTOMAS
PREVENCIÓN PRIMEROS AUXILIOS / LUCHA CONTRA INCENDIOS
INCENDIO Inflamable. Evitar las llamas, NO producir chispas y NO fumar.
Espuma resistente al alcohol, polvo, dióxido de carbono (ver Notas).
EXPLOSIÓN Por encima de 49°C pueden formarse mezclas explosivas vapor/aire.
Por encima de 49°C, sistema cerrado, ventilación y equipo eléctrico a prueba de explosión.
En caso de incendio: mantener fríos los bidones y demás instalaciones rociando con agua pero NO en contacto directo con agua.
EXPOSICIÓN ¡EVITAR TODO
CONTACTO! ¡CONSULTAR AL MÉDICO EN TODOS LOS CASOS!
Inhalación Tos. Dificultad respiratoria. Jadeo. Dolor de garganta.
Ventilación, extracción localizada o protección respiratoria.
Aire limpio, reposo. Posición de semi incorporado. Respiración artificial si estuviera indicada. Proporcionar asistencia médica.
Piel Enrojecimiento. Quemaduras cutáneas. Dolor. Ampollas. Los efectos pueden
Guantes de protección. Traje de protección.
Quitar las ropas contaminadas. Aclarar con agua abundante o ducharse. Proporcionar asistencia médica.
Ojos Lacrimógeno. Enrojecimiento. Dolor. Quemaduras
Pantalla facial o protección ocular combinada con protección respiratoria.
Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad), después proporcionar asistencia médica.
Ingestión Dolor abdominal. Sensación de quemazón. Shock o colapso.
No comer, ni beber, ni fumar durante el trabajo.
Enjuagar la boca. NO provocar el vómito. Dar a beber uno o dos vasos de agua. Proporcionar asistencia médica.
57
Continuación ANEXO B
DERRAMES Y FUGAS ENVASADO Y ETIQUETADO
Protección personal: respirador de filtro para gases ácidos. Traje de protección química. Utilizar pantalla facial. Consultar a un experto. Ventilar. Recoger, en la medida de lo posible, el líquido que se derrama y el ya derramado en recipientes herméticos. Absorber el líquido residual en arena o absorbente inerte y trasladarlo a un lugar seguro.
No transportar con alimentos y piensos.
Clasificación UE Símbolo: C R: 10-20/22-34; S: (1/2-)26-36/37/39-45 Clasificación NU
Clasificación de Peligros NU: 8 Riesgos Subsidiarios de las NU: 3 Grupo de Envasado NU: II Clasificación GHS
Peligro. Líquidos y vapores inflamables. Nocivo en caso de ingestión. Provoca graves quemaduras en la piel y lesiones oculares. Provoca lesiones oculares graves.
RESPUESTA DE EMERGENCIA ALMACENAMIENTO
Ficha de Emergencia de Transporte (Transport Emergency Card): TEC (R)-80S1715. Código NFPA: H2; F2; R1; W
A prueba de incendio. Separado de alimentos y piensos y de sustancias incompatibles (ver Peligros Químicos). Mantener en lugar seco.
DATOS ADICIONALES
ESTADO FÍSICO; ASPECTO:
Líquido incoloro de olor acre.
PELIGROS QUÍMICOS: La sustancia se descompone al arder, produciendo gases y humos tóxicos, incluyendo vapores de ácido acético. Reacciona violentamente con alcoholes, aminas, oxidantes, bases fuertes y agua. Ataca a muchos metales en presencia de agua o en seco.
LÍMITES DE EXPOSICIÓN:
TLV: 5 ppm como TWA; (ACGIH 2006). MAK: 5 ppm 21 mg/m³; Categoría de limitación de pico: I (I); Riesgo para el embarazo: grupo D; (DFG 2006).
VÍAS DE EXPOSICIÓN:
La sustancia se puede absorber por inhalación del vapor y por ingestión.
RIESGO DE INHALACIÓN: Por evaporación de esta sustancia a 20°C se puede alcanzar bastante rápidamente una concentración nociva en el aire.
EFECTOS DE EXPOSICIÓN DE CORTA DURACIÓN: Lacrimógeno. La sustancia es corrosiva para los ojos, la piel y el tracto respiratorio. Corrosivo por ingestión. La inhalación de esta sustancia puede originar reacciones asmáticas (ver Notas).
EFECTOS DE EXPOSICIÓN PROLONGADA O REPETIDA: La inhalación puede causar reacciones parecidas al asma.
PROPIEDADES FÍSICAS
Punto de ebullición: 139°C Punto de fusión: - 73°C Densidad relativa (agua = 1): 1,08 Solubilidad en agua: reacciona Presión de vapor, kPa a 20°C: 0,5 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 3,5
Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire = 1): 1,01 Punto de inflamación: 49°C c.c. Temperatura de auto ignición: 316°C Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 2,7-10,3 Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: -0,27
58
Continuación ANEXO B
NOTAS
Cuando se mezcla con agua se forma ácido acético. Los incendios importantes deben apagarse con grandes cantidades de agua y a distancia. Esta ficha ha sido parcialmente actualizada en Julio 2007: ver Límites de Exposición.
INFORMACIÓN ADICIONAL
Límites de exposición profesional (INSHT 2011): VLA-ED: 5 ppm; 21 mg/m3
Nota legal Esta ficha contiene la opinión colectiva del Comité Internacional de Expertos del IPCS y es independiente de requisitos legales. Su posible uso no es responsabilidad de la CE, el IPCS, sus representantes o el INSHT, autor de la versión española.
© IPCS, CE 2006
59
+ -
ANEXO C. Hoja de Seguridad del Amoníaco
FORMULA: NH3
Hoja de Seguridad XVIII
AMONÍACO
PESO MOLECULAR: 17.03 g/mol COMPOSICIÓN: N: 82.25 % y H: 17.75 %
GENERALIDADES:
El amoníaco es un gas incoloro con olor característico, muy soluble en agua. Sus disoluciones acuosas son alcalinas y tienen un efecto corrosivo frente a metales y tejidos. El pH de disoluciones acuosas 0.1 M es de 11.2, característico de una base débil (pKa= 9.4).
A pesar de ser clasificado como un gas no inflamable, el amoníaco, puede arder bajo ciertas concentraciones en fase vapor y el riesgo de fuego aumenta en presencia de materiales combustibles.
El gas es más ligero que el aire, sin embargo en fugas, los vapores llenan por completo la parte cercana al suelo.
En caso de fuga o descompresión rápida de este gas, existe el riesgo de congelamiento por contacto debido a que se almacena a presión como líquido.
La producción de sales de amonio se conocía en Egipto desde el siglo IV AC, sin embargo, Priestly lo produjo por primera vez, como un compuesto puro, en 1774.
Actualmente, se obtiene mediante hidrógeno y nitrógeno a alta presión. Este método es parecido al desarrollado por Haber y Bosch en 1913 (dicho trabajo los hizo merecedores al Premio Nobel en 1913), sólo que se ha mejorado la generación de hidrógeno y el uso de la energía involucrada, mediante el reciclado de gases y calor.
El amoníaco se utiliza principalmente como fuente de nitrógeno en la generación de fertilizantes; como refrigerante; en la manufactura de ácido nítrico y otros reactivos químicos como ácido sulfúrico, cianuros, amidas, nitritos e intermediarios de colorantes; como fuente de nitrógeno en la producción de monómeros de fibras sintéticas y otros plásticos; como inhibidor de la corrosión en la refinación del petróleo; como estabilizador en la industria hulera y en otras industrias como la del papel, extractiva, alimenticia, peletera y farmacéutica.
La fórmula química de la disolución acuosa de amoniaco que denominamos comúnmente "hidróxido de amonio", ha sido controvertida. Se ha demostrado experimentalmente que la fracción de NH4OH es despreciable en dichas disoluciones. La forma correcta de escribir la fórmula es NH3 (ac). Sin embargo, por tradición, se sigue hablando de "hidróxido de amonio, NH4OH", porque en esa forma es más fácil subrayar las propiedades alcalinas de las disoluciones de amoniaco.
La forma correcta de escribir la ionización del amoniaco en disoluciones acuosas, de acuerdo con el modelo de Brönsted es:
NH3 (ac) + H2O = NH4 + HO
NÚMEROS DE IDENTIFICACIÓN: CAS: 7664-41-7 (anhidro) NIOSH: BO 0875000 UN: NOAA: 4860 (anhidro) 1005 (anhidro y disol. de conc. mayor a 50 %) 5360 (disolución acuosa al 44 %) 2672 (disoluciones acuosas entre 10% y 35%) RTECS: BO0875000 (anhidro) 2073 (disoluciones acuosas ente 35% y 50 %) BQ9625000 (disolución acuosa al 44 %)
STCC: 4904210 (anhidro) HAZCHEM CODE: 4904220 (disolución acuosa al 44 %) 2PE (anh. y disol. mayores de 50 %)
NFPA: Salud: 3 Fuego: 1 Reactividad: 0 (anhidro) 2P (disol. acuosas entre 10% y 35%)
NOM 114: Salud: 2 Fuego: 1 Reactividad: 0 2PE (disol. acuosas ente 35% y 50 %) El producto está incluido en: CERCLA, EHS y 313
60
Continuación ANEXO C
MARCAJE PARA TRANSPORTE: GAS VENENOSO (anhidro)
SUSTANCIA CORROSIVA (disol. acuosas entre 10% y 35 %) GAS VENENOSO (disoluciones acuosa entre 35 % y 50 %)
SINÓNIMOS: AMONÍACO ANHIDRO En inglés: AMONÍACO GAS AM-FOL AMONIACO, DISOLUCION ACUOSA AMMONIA Otros idiomas: AMMONIA GAS AMMONIAC (FRANCÉS) AMMONIA-14N AMMONIACA (ITALIANO) NITRO-SIL AMMONIAK (ALEMÁN) R 717 AMONIAK (POLACO) REFRIGERANT R717
SPIRIT OF HARTSHORN AMMONIA ANHYDROUS
PROPIEDADES FÍSICAS Y TERMODINÁMICAS: ANHIDRO:
Punto de ebullición: -33.35 oC
Punto de congelación: -77.7 oC
Densidad (líquido): 0.6818 (-33.35 oC y 1 atm);
0.6585 (-15 oC y 2.332 atm); 0.6386 (0
oC y 4.238 atm); 0.6175 (15
oC y 7.188 atm);
0.5875 (35oC y 13.321 atm).
Densidad de vapor (aire= 1): 0.6
Presión de vapor (a 25.7 oC): 760 mm de
Hg Límites de explosividad: 16-25 %
Temperatura de autoignición: 651 oC
Solubilidad: muy soluble en etanol, cloroformo y éter etílico
Solubilidad en agua (% en peso): 42.8 (0 oC), 33.1 (20
oC), 23.4 (40
oC), 14.1 (60
oC) Temperatura crítica: 133
oC
Presión crítica: 11.425 KPa
Calor específico (J/Kg K): 2097.2 (0oC), 2226.2 (100
oC) y 2105.6 (200
oC) Calor de formación del gas (KJ/mol): -39.222 (0 K) y -46.222 (298 K)
Calor de vaporización: 5.581 Kcal/mol
Capacidad calorífica (25 oC): 8.38 cal/mol/grado.
Solubilidad en etanol al 95 %: 15 % (20 oC) y 11 % (30
oC)
Solubilidad en etanol absoluto: 20 % (0 oC) y 10 % (25
oC).
Solubilidad en metanol: 16 % (25 oC)
El amoníaco disuelve a una gran variedad de sales y tiene una gran capacidad para ionizar electrolitos. Los metales alcalinos y los alcalinotérreos (excepto el berilio) se disuelven en él, al igual que el yodo, azufre y fósforo. Disoluciones acuosas:
Densidad a 15 oC (g/l):0.97 (8% en peso de amoníaco), 0.947 (16 %), 0.889 (32%).0.832
(50%), 0.733 (75 %), 0.618 (100 %), 0.9939 (1 %) y 0.9811 (4 %)
Inicia la descomposición a 498 oC
pH: 11.6 (1N); 11.1 (0.1N); 10.6 (0.01N);
Punto de congelación (oC): -2.9 (4%); -8.1 (8%); -23.1 (16%); -34.8 (20 %); -44.5 (24 %); -
69.2 (28%).
61
Continuación ANEXO C
PROPIEDADES QUÍMICAS: El amoníaco es estable a temperatura ambiente, pero a altas temperaturas se
descompone en hidrógeno y nitrógeno. La velocidad de descomposición depende del material donde se encuentre almacenado. Generalmente, las disoluciones con concentraciones inferiores a 5 % no producen vapores inflamables a ninguna temperatura.
Se ha informado de explosiones violentas durante el secado intensivo de amoníaco sobre perclorato de magnesio en tubos de acero.
Conexiones accidentales que pongan en contacto oxígeno y amoníaco en forma gaseosa, generan explosiones violentas. También se ha informado de este tipo de accidentes al mezclar óxido de etileno y disoluciones acuosas de amoníaco, ya que se inicia violentamente una polimerización.
Por otra parte, pueden presentarse reacciones violentas e incluso explosivas entre amoníaco y los siguientes reactivos: acetaldehido, acroleina, boro, haluros de boro, calcio, ácido clórico, azida de cloro, monóxido de cloro, trifluoruro de cloro, cromo, anhidrido crómico, cloruro de cromilo, 1,2-dicloroetano, tetróxido de dinitrógeno, derivados de germanio, hexacloromelamina, hidracina con metales alcalinos, bromuro de hidrógeno, peróxido de hidrógeno al 99.6 %, ácido hipocloroso, tricloruro de nitrógeno, trifluoruro de nitrógeno, cloruro de nitrilo, pentóxido de fósforo, trióxido de fósforo, ácido pícrico-metales, clorato de potasio, difluoruro de oxígeno y cloruro de tiotriazilo.
No deben calentarse mezclas de amoníaco y carbonato de sodio en disoluciones de goma arábiga, pues pueden explotar.
El nitruro de azufre es un compuesto explosivo que se genera al reaccionar azufre o dicloruro de azufre con amoníaco.
Igualmente peligrosas resultan las disoluciones amoniacales de plata al exponerse al aire o al calor o al almacenarse por períodos largos de tiempo, ya que se genera nitruro de plata el cual es explosivo. Este peligro de explosión existe también, en la recuperación de plata a partir de disoluciones amoniacales de cloruro de plata por intercambio iónico; en las disoluciones amoniacales muy alcalinas (pH 12.9) de nitrato de plata; en el reactivo de Sommer y Market para identificar derivados de celulosa; en las disoluciones amoniacales de amida de plata y al secarse la amida de plata. El mismo riesgo existe con las respectivas sales de oro.
El amoníaco reacciona con mercurio en presencia de trazas de agua, generando compuestos explosivos, por lo queNODEBENUTILIZARSEMANÓMETROSCONMERCURIO AL TRABAJAR CON AMONÍACO, pues existe el riesgo de explosión al despresurizar el sistema.
Otras mezclas explosivas se han informado con amoníaco y pentafluoruro de bromo, bromo, cloro, cloritos, clorosilanos, tetrabromuro de telurio, tetracloruro de telurio, amina de tetrametilamonio y cloruro de sulfinilo.
El amoníaco y sus disoluciones acuosas se prenden en contacto con flúor y con yodo o yoduro de potasio, forman compuestos explosivos, los cuales pueden detonar con cantidades mínimas de energía. La oxidación de amoníaco a ácido nítrico, sobre platino en presencia de oxígeno puede resultar explosiva.
Se ha informado de reacciones explosivas, usando amoníaco, durante la síntesis de 2,4- dinitroanilina, 2-nitroanilina y
15N-urea.
Reacciona con cinc, cobre, esta o y algunas aleaciones. En general, el amoníaco es incompatible con muchos compuestos como: sales de
oro y plata, halógenos, metales alcalinos, tricloruro de nitrógeno, clorato de potasio, cloruro de cromilo, haluros de oxígeno, vapores ácidos, amidas, óxido de etileno y ácido pícrico, entre otros. Las disoluciones acuosas concentradas de amoniaco reaccionan con yodo metálico para dar un precipitado de nitruro de yodo (NI3), el cual es un explosivo débil. También puede generar reacciones de polimerización peligrosas.
Las disoluciones acuosas de amoníaco generan amoníaco gaseoso y en general son incompatibles con ácidos, cobre, aleaciones de cobre, hierro galvanizado y aluminio.
NIVELES DE TOXICIDAD: ANHIDRO:
RQ: 100 TPQ: 500 IDLH: 500 ppm
LC50 (inhalación en ratas y ratones): 3380-18700 mg/m3
62
Continuación ANEXO C
Irritación de ojos en humanos: 700 ppm LCLo (inhalación en humanos): 5000 ppm/ 5 min LD50 (oral en ratas): 350 mg/Kg
LC50 (inhalado en ratas): 2000 ppm/ 4 h
Nivel más bajo de percepción humana: 0.04 g/m3 (53 ppm)
DISOLUCIÓN ACUOSA AL 20-30 %:
Irritación de ojos en conejos: 750 µg (severa), 100 mg (severa) LDLo (oral en humanos): 43 mg/Kg LCLo (inhalado en humanos): 5000 ppm LD50 (oral en ratas): 350 mg/Kg
Para amoníaco: México: Estados Unidos: CPT: 18 mg/m
3 (25 ppm) TLV TWA: 18 mg/m
3 (25 ppm) CCT: 27
mg/m3
(35 ppm) TLV STEL: 35 mg/m3 (35 ppm)
Reino Unido Francia: Períodos largos: 18 mg/m
3 (25 ppm) VME: 18 mg/m
3 (25 ppm) Períodos
cortos: 27 mg/m3 (35 ppm) VLE: 36 mg/m
3 (50 ppm)
Suecia: Alemania: Períodos largos: 18 mg/m
3 (25 ppm) MAK: 35 mg/m
3 (50 ppm)
Períodos cortos: 35 mg/m3 (50 ppm)
MANEJO:
Equipo de protección personal: Para el uso de este producto, tanto en forma gaseosa como en disolución acuosa,
es necesario utilizar bata, lentes de seguridad y guantes (neopreno, hule, buna-n o vinilo, no usar PVA o polietileno) en un área bien ventilada. Si las cantidades a manejar son grandes o el uso es prolongado, es necesario utilizar un equipo de respiración apropiado. No usar lentes de contacto al trabajar con este compuesto.
Para trasvasar peque as cantidades de las disoluciones acuosas debe usarse propipeta, NUNCA ASPIRAR CON LA BOCA.
RIESGOS:
Riesgos de fuego y explosión: El amoníaco mezclado con muchos productos químicos puede generar
incendios y/o explosiones (Ver Propiedades Químicas). Los contenedores de amoníaco pueden explotar si se les expone al fuego o calor. Riesgos a la salud: Este producto es especialmente irritante y corrosivo, de aquí su peligrosidad. Inhalación: Irrita y quema el tracto respiratorio produciendo laringitis, dificultad para respirar, tos y dolor de pecho.
En casos graves, produce edema pulmonar y neumonía, inclusive, puede ser fatal. En casos extremos de exposición a concentraciones altas, se presentan da os severos a los pulmones y efectos cardiovasculares secundarios que provocan convulsiones, coma y finalmente la muerte.
Los principales efectos se detectan en el tracto respiratorio superior, debido a su gran solubilidad en los fluidos acuosos y por lo general son reversibles, sin embargo se ha informado de casos de bronquitis crónica provocada por este producto.
Se ha informado que a concentraciones de 280 mg/m3, se produce irritación de la
tráquea inmediatamente; a 1200 mg/m3, se produce tos; a 1700 mg/m
3 existe el riesgo de
muerte y a una concentración entre 3500 y 7000 mg/m3, la muerte es inminente.
En estudios realizados con voluntarios, se encontró que personas expuestas a
amoníaco y óxidos de nitrógeno a concentraciones superiores a 20 mg/m3
por 3 h/día durante 2 o 3 a os, presentaron mayor incidencia de enfermedades del tracto respiratorio superior que los no expuestos.
Contacto con ojos: Los irrita, tanto en forma gaseosa, como en disolución, provocando dolor, conjuntivitis, lagrimeo e incluso erosión de la córnea, lo que puede generar pérdida de la vista, pues penetra rápidamente en este.
63
Continuación ANEXO C
Esta irritación se presenta a concentraciones mayores de 20 mg/m3
y generalmente
es reversible. En estudios con ratas, una concentración de 470 mg/m3
por 90 días, produjo opacidad de la córnea en una tercera parte de la población, mientras que el resto solo presentó irritación. Contacto con la piel: C a u s a quemaduras y dolor y el contacto con el gas licuado causa congelación de la parte afectada. La piel se ve afectada a
concentraciones de aproximadamente 7000 mg/m3.
Ingestión: Por ser cáustico, tiene un efecto destructivo de los tejidos, produciendo náusea, vómito y quemaduras en la boca, esófago, estómago e intestino delgado.
Por otra parte, en experimentos con conejillos de Indias, se encontró que la administración de sales de amonio en disolución provocó la muerte de todos los animales por edema pulmonar. El envenenamiento por sales de amonio provoca disfunción pulmonar y del sistema nervioso, generando aumento de la respiración, dificultad de movimiento, hiperexitabilidad al estímulo, convulsiones y coma. Carcinogenicidad: A pesar de que no existen evidencias que sugieran que el amoníaco es carcinogénico, se ha observado en animales sometidos a este producto, un aumento en lesiones inflamatorias de colon y proliferación celular, lo que incrementa la susceptibilidad al cáncer.
Sin embargo en experimentos con ratones a los que se les dio de beber disoluciones acuosas de este producto en un período largo, no se presentó ningún efecto de este tipo. Mutagenicidad: Se encontró este efecto en estudios con Escherichia coli, pero en el tratamiento sólo quedaron vivos menos del 2 %. Lo mismo sucedió con Drosophila melanogaster.
Peligros reproductivos: No existe información al respecto.
ACCIONES DE EMERGENCIA:
Primeros auxilios: El personal que atienda la emergencia deberá vestir el equipo de seguridad
adecuado, evitando todo contacto con el producto químico. En general, en todos los casos de exposición a amoníaco gas o en disolución
acuosa, deben seguirse los siguientes pasos: Trasladar a la víctima a una zona bien ventilada, evaluar los signos vitales y asegurarse que no existen traumas. Si no hay pulso proporcionar rehabilitación cardiopulmonar, si no respira dar respiración artificial; si la respiración es dificultosa, administrar oxígeno. NO TRATAR DE NEUTRALIZAR CON ALGÚN ACIDO PUES SE GENERA UNA GRAN CANTIDAD DE CALOR. Inhalación: Mover a la víctima a una zona bien ventilada. Si no respira, proporcionar respiración de boca a boca. Mantenerla bien abrigada y en reposo. Puede ocurrir una congestión pulmonar, por lo que, si está consciente, sentarla. Ojos: Lavarlos inmediatamente con agua corriente, asegurándose de abrir bien los párpados, por lo menos durante 15 minutos, asegurándose que el pH sea neutro. Piel: Lavar cuidadosamente con agua la zona contaminada y, si el producto ha mojado
la ropa, quitarla inmediatamente. Si la piel ha sido congelada, lavar con agua a temperatura ambiente. Ingestión: No inducir el vómito. Dar a beber agua: niños hasta 1 año, 125 ml; niños de 1
a 12 años, 200 ml; adultos, 250 ml, solo si la víctima se encuentra consciente. Repetir esta toma cada 10 minutos.
No es recomendable el uso de carbón activado, pues no absorbe de manera considerable al amoníaco. EN TODOS LOS CASOS DE EXPOSICIÓN, EL PACIENTE DEBE SER TRANSPORTADO AL HOSPITAL TAN PRONTO COMO SEA POSIBLE. Control de fuego:
Para combatir incendios en los que el producto gaseoso esté involucrado, debe utilizarse equipo de respiración autónoma y traje protector de todo el cuerpo. Aislar el área hasta que el fuego esté controlado y los gases se hayan dispersado.
En caso de fuegos peque os pueden utilizarse extinguidores de dióxido de carbono o polvo químico. Si el incendio es de mayor magnitud debe utilizarse agua en forma de rocío, neblina o espuma, aplicándola a la superficie de los contenedores, no aplicarla dentro de ellos. Si es posible, moverlos y enfriar los que estén expuestos al fuego con agua y contener la fuga del gas.
64
Continuación ANEXO C
Por otra parte, debido a que la disolución acuosa es no inflamable, el extinguidor a usar dependerá del tipo de material que se encuentre alrededor. Es necesario enfriar con agua los recipientes cerrados que lo contienen, pues pueden explotar. Los vapores generados pueden disiparse usando agua en forma de rocío.
En todos los casos es necesario almacenar adecuadamente todos los residuos generados para su posterior tratamiento. Fugas y derrames:
Utilizar el equipo de seguridad mínimo como son lentes de seguridad, guantes y bata y, dependiendo de la magnitud del derrame, deberá utilizarse también equipo de respiración especial y botas.
Mantener el material derramado alejado de fuentes de agua y drenajes. Para ello, construir diques con tierra, sacos con arena o espuma de poliuretano. El líquido se absorbe con algún producto comercial para contener derrames.
Si el derrame es en el agua, neutralizar con ácido diluido. Si la concentración es de 10 ppm o mayor, se puede agregar 10 veces la cantidad derramada de carbón activado. Después, sacar los residuos sólidos.
Los vapores generados deben diluirse con agua en forma de rocío y almacenar estos residuos corrosivos y tóxicos, al igual que los sólidos contaminados, en áreas seguras para su posterior neutralización con ácido acético (vinagre) o disoluciones diluidas de ácido clorhídrico. Desechos:
El tratamiento de éstos debe hacerse en un área bien ventilada y usando el equipo mínimo de protección: bata, lentes de seguridad, guantes y si la cantidad a tratar es grande, equipo de respiración especial y botas.
El líquido o sólido con que se absorbió el derrame, se transfiere a recipientes de polietileno o recubiertos con él y se neutraliza cuidadosamente con ácido clorhídrico 6M, controlando la temperatura, si es necesario. Agregar agua con cuidado y decantar el líquido, el sólido absorbente puede reutilizarse.
ALMACENAMIENTO:
Debe hacerse en lugares frescos y secos, preferentemente alejado de fuentes de ignición y del almacén principal, pues debe estar totalmente aislado de productos químicos como oxígeno, halógenos y ácidos y no debe darle la luz directa del sol.
Los cilindros donde se almacena el gas deben encontrarse sujetos a la pared, con el capuchón protector de la válvula y no debe someterse a temperaturas mayores de 52
oC. Cerrar la válvula cuando no se use o cuando el tanque esté vacío.
Utilizar las conexiones y equipo del material recomendado por el fabricante, pues existen algunos metales y aleaciones que son atacadas por el amoníaco.
REQUISITOS DE TRANSPORTE Y EMPAQUE: Transportación terrestre: Marcaje:
1005. Gas tóxico (anhidro y disoluciones con concentración mayor a 50 %) 2672. Sustancia corrosiva (disoluciones acuosas entre 10% y 35 %) 2073. Gas tóxico (disoluciones acuosas entre 35 % y 50 %)
Código HAZCHEM: 2PE anhidro y disoluciones acuosas entre 35 % y 50 %
2P disoluciones acuosas entre 10 % y 35 % Transportación marítima: Número en IMDG: 2016 (anhidro y disoluciones con concentración mayor a 50) 8110 (disoluciones acuosas entre 10 % y 35 %) 2017 (disoluciones acuosas entre 35 % y 50 %)
Clase: 2 (anhidro y disoluciones acuosas entre 35 % y 50 %) 8 (disoluciones acuosas entre 10 % y 35 %)
Marcaje: Gas venenoso (anhidro y disoluciones con concentración mayor a 50) Corrosivo (disoluciones acuosas entre 10 % y 35 %) Gas no inflamable comprimido (disoluciones acuosas entre 35 % y 50 %)
65
Continuación ANEXO C
Código ICAO/IATA: 1005 (anhidro) 2672 (disoluciones acuosas entre 10 % y 35 %) 2073 (disoluciones acuosas entre 35 % y 50 %)
Clase: 2 (anhidro y disoluciones acuosas entre 35 % y 50 %) 8 (disoluciones acuosas entre 10 % y 35 %)
Marcaje: Gas venenoso, Gas inflamable (anhidro) Corrosivo (disoluciones acuosas entre 10 % y 35 %) Gas no inflamable (disoluciones acuosas entre 35 % y 50 %)
Cantidad máxima permitida en vuelos comerciales: Anhidro y disoluciones acuosas entre 35 % y 50 %: Prohibido Disoluciones acuosas entre 10 % y 35 %: 5 litros
Cantidad máxima permitida en vuelos de carga: Anhidro: 25 Kg Disoluciones acuosas entre 10 % y 35 %: 60 litros Disoluciones acuosas entre 35 % y 50 %: 150 Kg
66
ANEXO D. Hoja de Seguridad Cloroformo
HOJA DE SEGURIDAD VII
CLOROFORMO
FORMULA: CHCl3
PESO MOLECULAR: 119.39 g /mol. COMPOSICIÓN: C: 10.05 %; H: 0.84 % y Cl: 89.10 %.
GENERALIDADES:
El cloroformo es un líquido incoloro con olor dulce característico, muy volátil. Generalmente contiene pequeños porcentajes (1-5 %) de etanol como estabilizador. Es ligeramente soluble en agua y con densidad mayor que ésta. Es no inflamable, pero productos de su oxidación, como el fosgeno, son muy peligrosos. Es peligroso por inhalación e ingestión.
Se obtiene por medio de una cloración cuidadosamente controlada de metano, por tratamiento de acetona con polvos blanqueadores (CaOCl2) y ácido sulfúrico. Fue
descubierto en 1847 y se utilizó como anestésico por inhalación, como insecticida y en la industria farmacéutica, sin embargo su toxicidad ha provocado que sea reemplazado por otras sustancias. Actualmente, es utilizado como intermediario en síntesis orgánica, especialmente en la obtención de fluorocarbono 22, el cual es utilizado como refrigerante, propelente y en la fabricación de tetrafluoroetileno y su polímero (PTFE).
NÚMEROS DE IDENTIFICACIÓN:
CAS: 67-66-3 RTECS: FS9100000 UN: 1888 NFPA: Salud: 2 Reactividad: 0 Fuego: 0 NIOSH: FS 9100000 HAZCHEM CODE: 2 Z RCRA: U044 El producto está incluido en: CERCLA, 313 y EHS NOAA: 2893 MARCAJE: LIQUIDO VENENOSO. STCC: 4940311
SINÓNIMOS: Otros idiomas:
CLOROFORMO CHLOROFORM (INGLES) TRICLORURO DE FORMILO CHLOROFORME (FRANCES) TRICLOROMETANO CLOROFORMIO (ITALIANO) TRICLORURO DE METILO TRICLOROMETANO (ITALIANO) TRICLORURO DE METENILO TRICHLOORMETHAAN (HOLANDES) TRICLOROFORMO TRICHLORMETHAN (CHECOSLOVACO) NCI-C02686 R 20 (REFRIGERANTE) FREON 20 TCM PROPIEDADES FÍSICAS Y TERMODINÁMICAS: Punto de fusión: -63.5
oC
Punto de ebullición: 61.26 oC (760 mm de Hg) Densidad: 1.498 g/ml (a 15 oC); 1.484 (a 20 oC) Densidad de vapor (aire =1): 4.12 Índice de refracción (20
oC): 1.4476
Temperatura de auto ignición: mayor de 1000 oC
Viscosidad (cP): 0.855 (a -13 oC), 0.70 (a 0
oC), 0.563 (a 20
oC) y 0.51 (a 30
oC).
Tensión superficial respecto al aire (din/cm): 27.14 (a 20 oC) y 21.73 (a 60
oC); respecto al
agua: 45.0 (a 20 oC).
Capacidad calorifica (kJ/kg K): 0.979 (a 20 oC)
67
Continuación ANEXO D
Temperatura crítica: 263.4 oC.
Presión crítica: 53.79 atm. Volumen crítico: 0.002 m3/ kg
Conductividad térmica (W/m K): 0.13 (a 20 oC) Constante dieléctrica: 4.9 (a 20 oC) Momento dipolar (debye): 1.15 Calor de combustión (MJ/kg mol): 373 Calor de formación (MJ/kg mol) a 25
oC: -89.66 (gas) y -120.9 (líquido)
Calor latente de evaporación en el p. de ebullición (kJ/kg): 247 Solubilidad: miscible con etanol, benceno, éter dietílico, éter de petróleo, tetracloruro de carbono, disulfuro de carbono y acetona. Solubilidad en agua (g/kg de agua): 10.62 (a oC), 8.22 (a 20 oC) y 7.76 (a 30 oC). Solubilida de agua en cloroformo (g/kg de cloroformo): 0.806 (a 22 oC). Presión de vapor (mm de Hg): 0.825 (a -60
oC), 2.03 (a -50
oC), 4.73 (a -40
oC), 9.98 (a -30
oC), 19.58 (a -20 oC), 34.73 (a -10 oC), 60.98 (a 0 oC), 100.5 (a 10 oC), 159.6 (a 20 oC),
246.0 (a 30 oC), 366.38 (a 40
oC) y 525.98 (a 50
oC).
Forma azeótropo con agua de punto de ebullición 56.1 oC y contiene 97.2 % de
cloroformo.
PROPIEDADES QUÍMICAS:
Los productos de descomposición del cloroformo son: fosgeno, cloruro de hidrógeno, cloro y óxidos de carbono y cloro. Todos ellos corrosivos y muy tóxicos.
El cloroformo reacciona violentamente con: -Acetona en medios muy básicos. -Fluor, tetróxido de dinitrógeno, metales como aluminio, magnesio, sodio, litio y
potasio, sodio en metanol, monóxido de sodio, nitrometano, isopropilfosfina y derivados alquilados de aluminio.
Es oxidado por reactivos como ácido crómico, formando fosgeno y cloro. Se descompone a temperatura ambiente por acción de la luz del sol en ausencia de aire y en la oscuridad en presencia de este último, siendo uno de los productos de esta descomposición el fosgeno, el cual es muy tóxico. NIVELES DE TOXICIDAD:
Carcinógeno humano potencial. RQ: 10 TPQ: 10000 IDLH: 1000 ppm
LD50 (en ratas): 1 g/Kg. LDLo (oral en humanos): 140 mg/Kg LCLo (inhalado en humanos): 25000 ppm/5 min LC50 (inhalado en ratas): 47.7 mg/m3/4 h Niveles de irritación a piel de conejos: 10 mg/24 h, suave; 500 mg/ 24 h, suave. Niveles de irritación a ojos de conejos: 148 mg; 20 mg/24 h, moderada. México:
CPT: 50 mg/m3
(5 ppm)
CCT: 225 mg/m3
(50 (ppm) Cancerígeno potencial para el hombre.
Estados Unidos:
TLV TW A: 50 mg/m3 (10 ppm)
Posible carcinogénico humano. Reino Unido:
Periodos largos: 225 mg/m3 (50 ppm) Francia: VME: 250 mg/m3 (50 ppm) Alemania:
MAK: 50mg/m3 (10 ppm) Posible carcinogénico humano. Suecia:
Periodos cortos: 10 mg/m3 (2 ppm)
68
Continuación ANEXO D
MANEJO: Equipo de protección personal:
El uso de este producto debe hacerse en un área bien ventilada, evitando respirar los vapores el contacto con la piel. Por ello deben utilizarse bata, lentes de seguridad y guantes durante su manejo. No deben usarse lentes de contacto al trabajar con este producto. Para trasvasar pequeñas cantidades debe usarse propipeta, NUNCA ASPIRAR CON LA BOCA. RIESGOS:
Riesgos de fuego y explosión:
A pesar de ser un producto no inflamable, los contenedores donde se encuentra almacenado el cloroformo explotan con calor. Además, al calentarse, libera fosgeno, cloruro de hidrógeno, cloro y óxidos de carbono y cloro, los cuales son corrosivos y muy tóxicos. En general, tener precaución con los reactivos mencionados en las Propiedades Químicas.
Riesgos a la salud:
Está clasificado como moderadamente tóxico, sin embargo está considerado como posible carcinogénico humano. Una probable dosis letal para humanos es de 0.5 a 5 g /Kg. Sin embargo, se sospecha que es carcinógeno para humanos. Puede causar una muerte rápida, atribuida a paro cardiaco y una muerte lenta por daño al hígado y riñón. Debe evitarse que personas alcohólicas, con problemas graves nutricionales, de hígado, riñón y sistema nervioso central, utilicen este producto. Inhalación: Los signos de intoxicación aguda con vapores de cloroformo, en general,
son: depresión respiratoria, neumonitis química, edema pulmonar, acidosis metabólica, depresión del sistema nervioso central, dolor de cabeza, fatiga, adormecimiento y pérdida del equilibrio. Se ha informado, también de arritmias y paro cardiacos.
Por este medio se tienen riesgos particularmente para hígado y riñones, ya que el cloroformo tiende a alojarse en los tejidos de estos órganos, uniéndose covalentemente a macromoléculas celulares. La ingestión de alcohol, potencializa la toxicidad de los vapores de cloroformo.
Su poder como anestésico se presenta a concentraciones entre 10000 y 15000 ppm, mientras que entre 15000 y 18000 puede ser fatal por paro respiratorio.
Contacto con ojos: Ocasiona conjuntivitis, e, incluso, quemaduras dolorosas, ya
sea en forma de vapor o líquido. Contactoconlapiel: No hay una absorción significativa a través de la piel.
Ingestión: Provoca náusea, vómito, salivación, anorexia, irritación gastrointestinal y
daño a hígado y riñones. Carcinogenicidad: Se ha encontrado que es un carcinogénico en ratas y ratones
y se sospecha que es un carcinógeno humano a largo plazo y debe ser reemplazado por otros disolventes, cuando sea posible. Mutagenicidad: Se tienen resultados negativos en algunos estudios realizados con Salmonella typhimurium.
Riesgosreproductivos: Es teratogénico para ratas y ratones y altamente tóxico
al feto por inhalación en experimentos con estos mismos animales. También ha estado implicado en desordenes similares en humanos, por lo que se recomienda que las mujeres embarazadas no tengan contacto con este producto. ACCIONES DE EMERGENCIA:
Primeros auxilios: Una exposición aguda al cloroformo requiere descontaminación y soporte de vida
básico para la víctima. El personal de emergencia debe usar ropa de protección adecuada, dependiendo del grado de contaminación. Toda la ropa y equipo contaminado debe almacenarse en recipientes especiales, para darles el tratamiento de descontaminación adecuado, más tarde.
De manera general, la víctima debe moverse a una zona ventilada. Evaluar signos vitales como: pulso y velocidad de respiración. Si no hay pulso, proporcionar rehabilitación cardiopulmonar. Si no respira, proporcionar respiración artificial. Si la respiración es dificultosa, proporcionar oxígeno. No existe un antídoto específico y se sabe que no debe darse adrenalina a las personas que sufren envenenamiento por cloroformo.
69
Continuación ANEXO D
Ojos y Piel: Quitar la ropa contaminada, y lavar según sea el caso, ojos y/o piel
con agua corriente en gran cantidad. Los ojos pueden lavarse también con disolución salina neutra asegurándose de abrir bien los párpados.
Ingestión: Man ten er a la víctima en reposo y caliente. No inducir el vómito.
Puede suministrarse carbón activado, si la víctima está consciente. Usar de 15 a 30 g, para niños, o de 50 a 100 g, para adultos con 1/2 a 1 taza de agua. Provocar excreción con un cartártico salino o sorbitol para víctimas conscientes, los niños requieren de 15 a 30 g y los adultos de 50 a 100 g. EN TODOS LOS CASOS DE EXPOSICIÓN, EL PACIENTE DEBE SER TRANSPORTADO AL HOSPITAL TAN PRONTO COMO SEA POSIBLE. Control de fuego:
Use equipo de respiración autónoma y ropa de protección adecuada, dependiendo de la magnitud del incendio. Recordar, que a pesar de que el compuesto es no inflamable, los productos de descomposición por calentamiento (entre ellos fosgeno) son muy peligrosos.
Mover los recipientes fuera del área de fuego cuando sea posible. Atacar el fuego desde una distancia segura. El agua utilizada para controlar el fuego no debe tirarse al drenaje por lo que, si es necesario, debe construirse un dique para contenerla y tratarla posteriormente.
Para incendios pequeños, pueden utilizarse extinguidores de polvo químico seco, dióxido de carbono, agua, neblina o espuma. Fugas y derrames:
Utilizar bata, lentes de seguridad y guantes o el equipo de seguridad que sea necesario, dependiendo de la magnitud del siniestro.
Mantenga el material alejado de fuentes de agua y drenajes. Construir diques para almacenar el líquido, en caso necesario. Para ello puede utilizarse tierra, sacos de arena o espuma de poliuretano. El líquido derramado puede absorberse con cemento y para inmovilizar el derrame, se utilizan agentes congelantes universales. Para almacenar el agua de desecho, utilizar recipientes especializados o excavar un foso y absorber con sacos de arena o succionadores. Para el agua contaminada puede utilizarse carbón activado, en regiones de 10 ppm o más, aplicarlo, en una proporción 10:1 carbón activado/derrame. Desechos:
En pequeñas cantidades puede dejarse evaporar en una campana extractora. En caso de grandes cantidades, debe mezclarse con combustible, como queroseno, e incinerarse en equipo especializado para evitar la generación de fosgeno. ALMACENAMIENTO:
Los recipientes que contienen este producto deben ser almacenados en lugares alejados de la luz directa del sol, ya que se descompone lentamente a productos como el fosgeno. REQUISITOS DE TRANSPORTE Y EMPAQUE: Transportación terrestre: Marcaje: 1888. Sustancia tóxica Código HAZCHEM: 2 Z
Transportación marítima:
Código IMDG: 6052.1 Marcaje: Venenoso Clase: 6.1
Transportación aérea:
Código ICAO/IATA: 1888 Clase: 6.1 Máxima cantidad en vuelos comerciales: 5 l Máxima cantidad en vuelos de carga: 60 l
70
ANEXO E. Hoja de Seguridad de Metanol
HOJA DE SEGURIDAD IX
METANOL
FORMULA: CH4O, CH3OH PESO MOLECULAR: 32.04 g/mol
COMPOSICIÓN: C: 37.48 %, H: 12.58 % y O: 49.93 %
GENERALIDADES:
Es un líquido incoloro, venenoso, con olor a etanol y cuando está puro puede tener un olor repulsivo. Arde con flama no luminosa. Es utilizado industrialmente como disolvente y
como materia prima en la obtención de formaldehido, metil-ter-butil éter, ésteres metílicos de
ácidos orgánicos e inorgánicos. También es utilizado como anticongelante en radiadores automovilísticos; en gasolinas y diésel; en la extracción de aceites de animales y vegetales y
agua de combustibles de automóviles y aviones; en la desnaturalización de etanol; como agente
suavizante de plásticos de piroxilina y otros polímeros y como disolvente en la síntesis de
fármacos, pinturas y plásticos. Durante mucho tiempo se obtuvo por destilación destructiva de madera a altas temperaturas, en la actualidad se produce por hidrogenación catalítica de monóxido de carbono a presiones y temperaturas altas, con catalizadores de cobre-óxido de cinc; por oxidación de
hidrocarburos y como subproducto en la síntesis de Fischer-Tropsch.
NÚMEROS DE IDENTIFICACIÓN:
CAS: 67-56-1
UN: 1230
NIOSH: PC 1400000 RCRA: U154
NOAA: 3874 STCC: 4909230
RTECS: PC1400000 NFPA: Salud: 1 Reactividad: 0 Fuego:3 HAZCHEM CODE:2 PE El producto está incluido en: CERCLA, 313
MARCAJE: Líquido inflamable, venenoso.
SINÓNIMOS: En inglés: Otros idiomas:
ALCOHOL METILICO METHANOL ALCOOL METHYLIQUE (FRANCES)
HIDRATO DE METILO METHYL ALCOHOL METHYLALKOHOL (ALEMAN) HIDROXIDO DE METILO WOOD SPIRIT METYLOW Y ALKOHOL (POLACO)
METILOL BIELESKI'S SOLUTION METANOLO (ITALIANO) CARBINOL COLONIAL SPIRIT ALCOOL METILICO (ITALIANO)
ALCOHOL DE MADERA COLUMBIAN SPIRIT PYROXYLIC SPIRIT WOOD NAPHTHA PROPIEDADES FÍSICAS Y TERMODINÁMICAS: Densidad (g/ml): 0.81 g/ml (0/4
oC), 0.7960 (15/4
oC), 0.7915 (20/4
oC), 0.7866
(25/4oC) Punto de fusión: -97.8
oC
Punto de ebullición (oC): 64.7 (760 mm de Hg), 34.8 (400 mm de Hg), 34.8 (200 mm de Hg),
21.2 (100 mm de Hg), 12.2 (60 mm de Hg), 5 (40 mm de Hg), -6 (20 mm de Hg), -16.2 (10 mm
de Hg), -25.3 (5 mm de Hg), -44 (1 mm de Hg) Índice de refracción a 20 oC: 1.3292
Densidad de vapor (aire = 1): 1.11 Punto de inflamación en copa cerrada (Flash point): 12
oC
Punto de congelación: -97.68 oC.
Temperatura de ignición: 470 oC
Límites de explosividad (% en volumen en el aire): 6-36.5
Temperatura crítica: 240 oC
Presión crítica: 78.5 atm Volumen crítico: 118 ml/mol
Calor de formación (kJ/mol): -239.03 (líquido a 25 oC).
71
Continuación ANEXO E
Energía libre de formación (kJ/mol): -166.81 (líquido a 25 oC).
Calor de fusión (J/g): 103 Calor de vaporización en el punto de ebullición (J/g): 1129 Calor de combustión (J/g): 22 662 (a 25
oC)
Temperatura de auto ignición: 380 oC
Tensión superficial (din/cm): 22.6 Calor específico (J/g K): 1.37 (vapor a 25
oC) y 2.533 (líquido a 25
oC)
Presión de vapor (mm de Hg): 127.2 (a 25 oC)
Viscosidad (cP): 0.541 (líquido a 25 oC)
Momento dipolar: 1.69
Constante dieléctrica: 32.7 (a 25 oC)
Conductividad térmica (W/m K): 0.202 (a 25 oC)
Forma azeótropos con muchos compuestos
En la tabla a continuación se presentan algunos valores de propiedades físicas para
mezclas metanol-agua.
MEZCLA
% en v. de MeOH
DENSIDAD (g/ml)
a 25 OC
PUNTO DE
CONGELACIÓN (OC)
PUNTO DE
EBULLICIÓN (OC)
10 0.9836 -5 92.8
20 0.9695 -12 87.8
30 0.9572 -21 84.0
40 0.9423 -33 80.9
50 0.9259 -47 78.3
60 0.9082 -57 75.9
Solubilidad: miscible con agua, etanol, éter, benceno, cetonas y muchos otros disolventes
orgánicos. Disuelve una gran variedad de sales inorgánicas por ejemplo 43 % de yoduro
de sodio, 22 % de cloruro de calcio, 4 % de nitrato de plata, 3.2 % de cloruro de amonio y
1.4 % de cloruro de sodio.
PROPIEDADES QUÍMICAS:
Este producto reacciona violentamente con bromo, hipoclorito de sodio, dietil-cinc, disoluciones de compuestos de alquil-aluminio, trióxido de fósforo, cloruro cianúrico,
ácido nítrico, peróxido de hidrógeno, sodio, ter-butóxido de potasio y perclorato de plomo.
En general, es incompatible con ácidos, cloruros de ácido, anhidridos, agentes oxidantes, agentes reductores y metales alcalinos.
NIVELES DE TOXICIDAD:
RQ: 5000 IDLH: 25000 ppm
LDLo (oral en humanos): 4.28 mg/Kg
LD50 (oral en ratas): 5628 mg/kg LC50 (inhalado en ratas): 64000 ppm/4h LD50 (en piel con conejos): 15800 mg/kg Niveles de irritación a piel de conejos: 500 mg/24 h, moderada. Niveles de irritación a ojos de conejos: 40 mg, moderada. México:
CPT (en piel): 260 mg/m3
(200 ppm)
CCT (en piel): 310 mg/m3 (250 ppm)
Estados Unidos:
TLV TW A: 260 mg/m3
(200 ppm)
TLV STEL: 310 mg/m3
(250 ppm)
72
Continuación ANEXO E
Reino Unido:
Periodos largos: 260 mg/m3
(200 ppm)
Periodos cortos: 310 mg/m3 (250 ppm)
Francia:
VME: 260 mg/m3
(200 ppm) VLE:
1300 mg/m3 (1000ppm)
Alemania:
MAK: 260 mg/m3 (200 ppm)
Suecia:
Periodos cortos: 310 mg/m3
(250 ppm)
Periodos largos: 269 mg/m3
(200 ppm)
MANEJO:
Equipo de protección personal:
El manejo de este producto debe hacerse en un lugar bien ventilado, utilizando bata, lentes de seguridad y, si el uso es prolongado, guantes. No deben usarse lentes de contacto al
utilizar este producto. Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, utilizar propipetas,
NUNCA ASPIRAR CON LA BOCA.
RIESGOS:
Riesgos de fuego y explosión:
Es un producto inflamable. Sus vapores pueden explotar si se prenden en un área cerrada y pueden viajar a una fuente de ignición, prenderse y regresar al área donde se
produjeron en forma de fuego. Los contenedores pueden explotar.
Riesgos a la salud:
El envenenamiento puede efectuarse por ingestión, inhalación o absorción cutánea. Y se debe, posiblemente, a su oxidación a ácido fórmico o formaldehido, esta oxidación se
sabe que puede ser inhibida por etanol, pues el etanol es metabolizado de manera muy
específica y desintoxica al organismo de metanol por medio de la respiración. Después de la muerte, el efecto más grave de este producto, es la ceguera permanente. Inhalación: La exposición a una concentración mayor de 200 ppm produce dolor de cabeza, náusea, vómito e irritación de membranas mucosas. Concentraciones muy altas pueden dañar el sistema nervioso central y causar problemas en la visión. Los metabolitos de este producto (ácido fórmico y formaldehido) son metabolizados lentamente por el organismo, por lo que los efectos del metanol son acumulativos y una exposición constante aún a bajos niveles, puede causar muchos de los efectos mencionados arriba. Estos efectos varían con cada individuo. Contacto con ojos: Tanto los vapores como el líquido son muy peligrosos, pues se ha observado que el metanol tiene un efecto específico sobre el nervio óptico y la retina. Contacto con la piel: El contacto directo produce dermatitis y los efectos típicos (mencionados arriba) de los vapores de metanol que se absorben por la piel. Ingestión: El envenenamiento por este medio se lleva a cabo frecuentemente por etanol adulterado y sus efectos dependen de la cantidad ingerida, pues, como se mencionó arriba, el etanol afecta el metabolismo del metanol. Generalmente una dosis de 25 a 100 ml resulta fatal. Al principio se produce una narcosis similar a la producida por el etanol, pero después de 10 a 15 horas se presentan daños más graves sobre el sistema nervioso central, específicamente sobre el nervio óptico y finalmente, se presentan los efectos agudos ya mencionados. Carcinogenicidad: No se ha observado un incremento en el casos de cáncer en trabajadores expuestos a metanol, en estudios epidemiológicos. Mutagenicidad: Resultó ser no mutagénico en estudios con Salmonella typhimuriumun y no indujo el intercambio de cromátida hermana.
Peligros reproductivos: En estudios con concentraciones altas de vapor (10000 ppm) se incrementan las malformaciones congénitas las cuales incluyen órganos urinarios y cardiovasculares. A concentraciones de 5000 ppm no se observaron estos efectos.
ACCIONES DE EMERGENCIA: Primeros auxilios: Inhalación: Mover a la víctima a un área bien ventilada y mantenerla abrigada. Si no respira, dar respiración artificial y oxígeno.
73
Continuación ANEXO E
Ojos: Lavarlos con agua o disolución salina neutra en forma abundante, asegurándose de
abrir los párpados con los dedos.
Piel: Lavar la zona dañada inmediatamente con agua y jabón. En caso necesario, quitar la ropa contaminada para evitar riesgos de inflamabilidad. Ingestión: No inducir el vómito. Pueden utilizarse de 5 a 10 g de bicarbonato de sodio
para contrarrestar la acidosis provocada por este producto y en algunos casos, se ha
informado de hemodiálisis como método efectivo para este tipo de envenenamiento. EN TODOS LOS CASOS DE EXPOSICIÓN, EL PACIENTE DEBE SER TRANSPORTADO AL HOSPITAL TAN PRONTO COMO SEA POSIBLE.
Control de fuego:
Usar agua en forma de neblina, pues los chorros de agua pueden ser inefectivos.
Enfriar todos los contenedores involucrados con agua. El agua debe aplicarse desde distancias seguras.
En caso de fuegos pequeños puede utilizarse extinguidores de espuma, polvo químico seco y dióxido de carbono. Fugas y derrames:
Utilizar el equipo de seguridad mínimo (bata, lentes de seguridad y guantes) y, dependiendo de la magnitud del siniestro, utilizar equipo de protección completa y de respiración autónoma.
Alejar cualquier fuente de ignición del derrame y evitar que llegue a fuentes de
agua y drenajes. Para ello construir diques con tierra, bolsas de arena o espuma de poliuretano, o bien, construir una fosa
Para bajar los vapores generados, utilice agua en forma de roció y almacene el líquido. Si el derrame es al agua, airear y evitar el movimiento del agua mediante barreras
naturales o bombas para controlar derrames y succionar el material contaminado. El material utilizado para absorber puede quemarse.
El material utilizado para absorber el derrame y el agua contaminada debe de almacenarse en lugares seguros y desecharlo posteriormente de manera adecuada.
En el caso de derrames pequeños, el líquido puede absorberse con papel y llevarse a un área segura para su incineración o evaporación, después lavar el área con agua.
Desechos:
En el caso de cantidades pequeñas, puede dejarse evaporar o incinerarse en áreas
seguras. Para volúmenes grandes, se recomienda la incineración controlada junto con otros materiales inflamables.
ALMACENAMIENTO:
El metanol debe almacenarse en recipientes de acero al carbón, rodeado de un dique
y con sistema de extinguidores de fuego a base de polvo químico seco o dióxido de carbono,
cuando se trata de cantidades grandes. En el caso de cantidades pequeñas, puede manejarse en recipientes de vidrio.
En todos los casos debe mantenerse alejado de fuentes de ignición y protegido de la luz directa del sol.
REQUISITOS DE TRANSPORTE Y EMPAQUE: Transportación terrestre: Transportación aérea:
Marcaje: 1230 Código ICAO/IATA: 1230 Líquido inflamable. Clase: 3 (6.1) Código HAZCHEM: 2 PE Cantidad máxima en vuelos comerciales: 1 l. Transportación marítima: Cantidad máxima en vuelos de carga: 60 l.
Código IMDG: 3087
Clase: 3.2 Marcaje: Líquido Inflamable, Venenoso.
74
ANEXO F. Hoja de Seguridad n-Butanol
NOMBRE QUÍMICO NOMBRE COMERCIAL
1- BUTANOL n- BUTANOL
FAMILIA QUÍMICA FORMULA
Alcohol alifático CH3(CH2)2CH2OH
SECCIÓN 1.- INFORMACIÓN FÍSICA Y QUÍMICA
DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO LÍQUIDO TRANSPARENTE INCOLORO
GRAVEDAD ESPECIFICA 20°C 0.81
PRESIÓN DE VAPOR, mbar a 20°C 6.7
SOLUBILIDAD EN AGUA, % PESO a 20°C 7.7
VISCOSIDAD DEL LÍQUIDO, cSt a 20°C 3.7
GRAVEDAD ESPECIFICA DEL VAPOR, a 1 atm (AIRE= 1) 2.6
PUNTO DE CONGELACIÓN/FUSIÓN, °C -90
ÍNDICE DE EVAPORACIÓN (Butyl Acetato = 1) 0.46
PUNTO DE EBULLICIÓN, °C 117.5
PUNTO DE INFLAMACIÓN °C Método : TCC 37
LIMITES DE INFLAMABILIDAD 1.4 % - 11.2 %
TEMPERATURA DE AUTO IGNICIÓN °C 343
SECCIÓN 2.- COMPOSICIÓN
componente max. %
n- Butanol 100.0
PRODUCTO: n - BUTANOL
SECCIÓN 3. - INFORME DE RIESGOS Y EXPLOSIÓN
PELIGRO GENERAL: Líquido inflamable, puede liberar vapores que forman mezclas inflamables a la temperatura
de ignición o más alta. Los vapores pueden formar mezclas explosivas con el aire. Los vapores
pueden viajar a una fuente de encendido y regresar en flamas. La mayoría de los vapores so n más
pesados que el aire, estos se dispersarán a lo largo del suelo y se juntarán en las áreas bajas o
confinadas.
Los recipientes “vacíos” retienen residuo de producto (líquido y/o vapor) y pueden ser
peligrosos. No presurice, corte, suelde, perfore, pulverice, o exponga estos recipientes al calor,
llamas, chispas, electricidad estática u otras fuentes de ignición; estos pueden explotar y causar
lesiones o muertes. Los recipientes vacíos deben ser drenados completamente y desechados
apropiadamente.
CONTROL DE INCENDIOS:
Use agua en neblina para enfriar las superficies expuestas al fuego y proteger al personal. Detenga
el flujo de “el combustible” al fuego. En caso de que ninguna fuga o derrame se haya
encendido, aplique agua en neblina para dispersar los vapores y evitar una posible re ignición.
Se extinguen los incendios grandes con rocío de agua, niebla o espuma de alcohol y los incendios
pequeños con polvo químico seco, CO2, rocío de agua o espuma de alcohol. Enfríe los
contenedores con chorros de agua hasta mucho después de que el fuego se haya extinguido.
PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIÓN BAJO CONDICIONES DE FUEGO
La combustión puede generar óxidos de carbón.
75
Continuación ANEXO F
SECCIÓN 4.- INFORMACIÓN SOBRE RIESGOS EN LA SALUD
CONTACTO CON LOS OJOS:
Fuertemente irritante. El líquido o los vapores pueden causar irritación de la conjuntiva, y posible
daño de la córnea.
CONTACTO CON LA PIEL: Contactos breves no son irritantes. Contactos frecuentes o prolongados pueden irritar y producir
resequedad de la piel o agravar dermatitis ya existentes. La absorción a través de la piel puede ser
una vía significativa de exposición.
INHALACIÓN:
La exposición a los vapores puede producir los siguientes efectos: depresión del sistema nervioso central, dolor de cabeza, mareo, somnolencia, irritación de nariz, garganta y tracto respiratorio.
INGESTIÓN
La ingestión puede producir los siguientes efectos: Síntomas similares a la de intoxicación por alcohol: dolor de cabeza, mareo, confusión mental, nausea, vómito.
A grandes dosis, se presentan los siguientes efectos:
Dificultad en la respiración, pérdida de la conciencia, coma y muerte.
La aspiración durante la ingestión o vómito puede dañar severamente al pulmón.
SECCIÓN 5.- MEDIDAS DE PRIMEROS AUXILIOS
CONTACTO CON LOS OJOS:
Lave inmediatamente los ojos con agua en abundancia durante mínimo 20 minutos, manteniendo los ojos abiertos. Acuda inmediatamente al médico.
CONTACTO CON LA PIEL:
Lave inmediatamente con gran cantidad de agua, use jabón si hay disponible. Quite la
ropa contaminada incluyendo zapatos, una vez que se ha comenzado el lavado. Lave la ropa
antes de reusar. Procure atención médica si la irritación persiste.
INHALACIÓN: Mueva a la víctima a donde se respire aire fresco. Aplique respiración artificial si la víctima no
respira. Suministre oxígeno si respira con dificultad. Mantenga a la víctima en reposo y con
temperatura corporal normal. Obtenga atención médica inmediata.
INGESTIÓN:
Si el paciente está completamente consciente dele a beber unos 300 ml de agua para diluir el contenido estomacal , no induzca al vómito. Si hay dificultad en la respiración. Suministre
oxígeno. Si la respiración se paraliza aplique respiración artificial. No dar respiración boca a boca. Si
no hay latidos cardíacos, dar compresión cardíaca externa. Obtenga atención médica inmediata.
SECCIÓN 6.- INFORMACIÓN SOBRE ESTABILIDAD Y REACTIVIDAD
Estabilidad Estable en condiciones normales
Condiciones para evitar inestabilidad Altas temperaturas, descargas estáticas
Polimerización peligrosa no ocurre
Condiciones para evitar polimerización
peligrosa
no se aplica
Materiales y condiciones para evitar
incompatibilidad
agentes oxidantes
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Continuación ANEXO F
SECCIÓN 7.- CONTROLES DE EXPOSICIÓN/ PROTECCIÓN PERSONAL
CONTROLES DE EXPOSICIÓN:
Se recomienda el uso de ventilación mecánica (por dilución o extracción local) cuando se use
este producto en un espacio cerrado, o cuando se caliente por encima de la temperatura
ambiente o se agite.
Se debe usar equipo de ventilación a prueba de explosiones.
La ventilación local es necesaria cuando se presume fugas de vapores en el aire dentro del área
de trabajo.
PROTECCIÓN PERSONAL:
En el caso de sistemas abiertos, donde el contacto es probable, use mangas largas,
delantal, guantes de PVC o caucho, y antiparras.
Cuando se pueda producir contacto, usar protector facial.
Cuando la concentración en el aire exceda los límites permisibles y las prácticas de trabajo u
otros medios de reducción de exposición no sean adecuados, pueden necesitarse respiradores
para prevenir la sobreexposición por inhalación.
El uso del equipo de aire autónomo de presión positiva se recomienda cuando la
concentración de los vapores es elevada.
LIMITES DE EXPOSICIÓN PERMISIBLES
TVL TWA : 20 ppm
MAK: 100 ppm
TWA: Límite de exposición para una jornada promedio de 8 horas.
PROQUIMSA recomienda observar los bajos niveles de exposición para protección del
trabajador.
SECCIÓN 8.- PROCEDIMIENTOS EN CASO DE DERRAME O FUGA
DERRAME EN TIERRA:
Eliminar todas las fuentes de ignición (no fumar, chispas) hasta determinar que el área se
encuentra fuera de peligro de fuego o explosión.
Todo el equipo que se use durante el manejo del producto, deberá estar conectado
eléctricamente a tierra.
Detenga la fuga, en caso de poder hacerlo sin riesgo.
Use rocío de agua para reducir los vapores, o desviar la nube de vapor a la deriva. Prevenga
la entrada hacia vías navegables, alcantarillas o áreas confinadas.
Los derrames pequeños se pueden lavar con grandes cantidades de agua.
Los derrames grandes se deben colectar para su tratamiento y eliminación posterior.
Este producto es tóxico a los peces, evite las descargas a fuentes naturales.
DERRAMES EN AGUA:
Elimine fuentes de ignición. Avise a los ocupantes de embarcaciones a los alrededores y los
que estén en áreas en dirección del viento del peligro de fuego y explosión y solicite que se
mantengan alejados.
Consulte a un experto y asegúrese de actuar conforme las reglamentaciones de las
autoridades locales.
SECCIÓN 9.- INFORMACIÓN SOBRE ALMACENAMIENTO, MANEJO Y
TRANSPORTE ALMACENAMIENTO Y MANEJO:
Guarde cerrado el recipiente. Maneje y abra los recipientes con cuidado. Evite inhalar los vapores y
el contacto con ojos, piel y ropa.
Almacene en un lugar fresco, bien ventilado fuera de los materiales incompatibles.
No maneje o almacene el material cerca de llamas abiertas, calor u otras fuentes de ignición. Proteja
el material de la luz directa del sol.
77
Este material es un acumulador de electricidad estática, use procedimientos apropiados de conexión a tierra.
No presurice, corte, caliente o suelde los recipientes.
Los recipientes vacíos podrían contener residuos. No reúse los recipientes vacíos sin
limpieza comercial o reacondicionamiento. No almacene el producto en recipientes plásticos.
Para el almacenamiento y manejo considere las siguientes frases: INFLAMABLE,
NOCIVO POR INHALACIÓN, CAUSA IRRITACIÓN DE LOS OJOS
SECCIÓN 10.- INFORMACIÓN ADICIONAL
SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN DE RIESGOS
SECCIÓN 11.- INFORMACIÓN DE LA COMPAÑÍA
Continuación ANEXO F
Temperatura de almacenamiento Ambiente (°C)
Temperatura de Carga / Descarga Ambiente(°C)
Presión de almacenamiento / Transporte Atmosférica (mmHg)
Descripción del Embarque DOT (n-Butanol) , 3, UN 1120, III
NPCA -HMIS NFPA 704 CLAVE
SALUD 2 2 4=SEVERO
INFLAMABILIDAD 3 3 3=SERIO
REACTIVIDAD 1 1 2=MODERADO
CONTACTO 2 2 1=lIGERO
0=MINIMO
NOMBRE PROQUIMSA
DIRECCIÓN DE CONTACTO URB. SANTA LEONOR A 300 MTS TERMINAL
TERRESTRE
NUMERO DE TELÉFONO (NO
EMERGENCIA): 8H:00 -
PARA INFORMACIÓN GENERAL DEL PRODUCTO
LLAME A 893220
NUMERO DE TELÉFONO
(EMERGENCIA): 24 896709
REFERENCIA
LA INFORMACIÓN PRESENTADA AQUI ES EXACTA Y CONFIABLE. EL USO DE ESTA INFORMACIÓN Y LAS CONDICIONES DE USO
DEL PRODUCTO ES
RESPONSABILIDAD DEL CLIENTE. NO ACEPTAMOS
RESPONSABILIDAD LEGAL POR CUALQUIER PÉRDIDA O DAÑO
OCASIONADO POR EL CLIENTE. SIN EMBARGO NUESTRO PERSONAL TÉCNICO ESTARÁ
COMPLACIDO DE RESPONDER PREGUNTAS RELACIONADAS CON LOS PROCEDIMIENTOS DE MANEJO Y USOS SEGUROS.
