Gases comprimidos: riesgos de la compresión de las mezclas de CO2 y H2O
En el ámbito de la ingeniería, la compresión de las mezclas de gases es un proceso habitual y complejo que requiere un conocimiento exhaustivo de las propiedades y el comportamiento de los gases implicados. Hoy profundizamos en los detalles específicos de la compresión del dióxido de carbono (CO2) cuando se mezcla con agua (H2O), una situación que plantea desafíos y riesgos únicos.
La naturaleza del CO2
El CO2 es un gas inodoro e invisible que es más pesado que el aire ambiente.
A temperatura ambiente (20 °C) y presión (1 bar (a)), existe como gas, pero su comportamiento cambia cuando se combina con el agua. En caso de que la concentración de H2O sea superior a un volumen del 2,33 %, el agua comenzará a condensarse y formará gotas de líquido.
La condensación del H2O gaseoso también se produce, por ejemplo, cuando una mezcla de gases calientes y saturados se enfría con un refrigerador intermedio o posterior tras la compresión.
Cuando hay H2O líquido, la mezcla forma ácido carbónico (H2CO3), que es un equilibrio entre el CO2, el H2O líquido y los iones de HCO3-. Este equilibrio está influenciado por la presión parcial del CO2, que determina la cantidad de CO2 que permanece como gas o se convierte en iones de HCO3- en el condensado.
Cuantos más iones de HCO3- se disuelvan, más ácido se vuelve el condensado.
Los riesgos ácidos
El riesgo principal de comprimir una mezcla de CO2 y H2O reside en la formación de ácidos. Cuando el CO2 entra en contacto con el agua, forma ácido carbónico, que puede tener efectos corrosivos en los materiales utilizados en la cámara de compresión o en cualquier lugar donde pueda producirse condensación.
Por este motivo, el uso de acero inoxidable en la construcción de compresores y componentes relacionados es crucial. El acero inoxidable ofrece una gran resistencia a la naturaleza corrosiva de los ácidos formados durante la compresión y la refrigeración, lo que garantiza la durabilidad y fiabilidad de la maquinaria.
Acero inoxidable
El acero inoxidable es conocido por su resistencia a la corrosión, que se debe principalmente a la presencia de cromo. Por definición, los aceros inoxidables deben tener un contenido mínimo de cromo del 10,5 % en peso. La resistencia a la corrosión del acero inoxidable se puede mejorar aún más con la adición de otros elementos de aleación como níquel, molibdeno, nitrógeno y titanio.
Por ejemplo, un tipo común es el acero inoxidable AISI 304L, que contiene un 18,111 % de cromo y un 8,074 % de níquel y ofrece una gran resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas. Además, cuenta con un límite elástico de 351 N/mm² y una resistencia a la tracción de 619 N/mm². También destaca por su bajo contenido de carbono, que ayuda a evitar la corrosión intergranular tras la soldadura.
Estas propiedades hacen del acero inoxidable un material ideal para muchas aplicaciones, incluidas las del sector médico, la industria de procesamiento de alimentos y el sector de la construcción, en los que la durabilidad y la higiene son aspectos fundamentales.
Los riesgos líquidos
Un segundo riesgo, e igualmente importante, que se debe tener en cuenta al tratar con mezclas de gases que incluyen H2O como parte de la mezcla, está relacionado con la formación de gotas de líquido antes de la compresión. Estas gotas de líquido son mucho menos comprimibles que un gas. Cuando entran en la cámara de compresión de un compresor volumétrico, las fuerzas necesarias para comprimirlas pueden ser muy superiores a las diseñadas para el compresor de gas.
Esto podría provocar fallos en el cigüeñal, daños en el vástago del pistón u otras averías mecánicas.
Para mitigar los riesgos asociados a la compresión del CO2 húmedo, y especialmente del CO2 saturado, es obligatorio utilizar
un separador de entrada.
- Este dispositivo impide la entrada de agua líquida en la cámara de compresión, protegiendo así los cilindros, las válvulas y los pistones de posibles daños.
- También garantiza el funcionamiento fiable del compresor de gas en aplicaciones exigentes.
Los riesgos térmicos
Otro aspecto que se debe tener en cuenta es el calor específico de la mezcla de gases. El calor específico indica la cantidad de energía necesaria para cambiar la temperatura del gas. La compresión de la misma cantidad de aire ambiente o de CO2 puro dará como resultado una temperatura diferente del gas a la misma presión de salida.
Conocer a fondo esta propiedad es esencial para ajustar con precisión el proceso de compresión y los requisitos de refrigeración relacionados, con el fin de evitar cualquier riesgo asociado a las variaciones de temperatura.
Un refrigerador intermedio y posterior del tamaño adecuado hará que un compresor funcione de la forma más eficiente posible y reducirá los costes operativos al mínimo.
Conclusión
La compresión de las mezclas de CO2 y H2O es una tarea que exige el respeto de las propiedades de los gases implicados.
Al utilizar los materiales adecuados, como el acero inoxidable, e incorporar medidas de seguridad como separadores de entrada, los ingenieros pueden controlar eficazmente los riesgos y garantizar unas operaciones seguras y eficientes.