determinación de la velocidad de evaporación de la acetona

DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD
DE EVAPORACIÓN DE LA ACETONA
RENATO ZARGES KNABE
2008
2
1) Fórmula Química : CH3 (CO) CH3
Peso Molecular
:
Propiedades físicas
Estado de agregación:
Apariencia
:
Densidad
:
Masa
:
Punto de fusión
:
Punto de ebullición :
Líquido
Incoloro
790 kg/m3; 0,79 g/cm3
58,09 u
178,2 K (-94,9 °C)
329,4 K (56,3 °C)
Peligrosidad
Punto de inflamabilidad
253 K (-20 °C)
Temperatura de autoignición 738 K (465 °C)
2) Aplicaciones industriales
La repartición de las aplicaciones del uso de acetona en los EE.UU. se encontraba en el
2002 en los siguientes segmentos:
•
•
•
•
•
Cianohidrina acetona para Metil metacrilato (MMA) 42%
Bisfenol A 24%
Disolventes 17%
Derivados del Aldol (MIBK y MIBC) 13%
Varios 4%
La aplicación más importante a nivel mundial en la actualidad de la acetona, se
encuentra en la fabricación de Metil metacrilato (MMA), usado como compuesto para la
producción de Polimetilmetacrilato (PMMA) el que es utilizado en la elaboración de un
material alternativo al vidrio en la industria de la construcción, dicho material es
antifragmentación.
En Chile su uso es principalmente como solvente
3
3 Ecuación del Tiempo y Volumen Evaporado:
Ver curvas obtenidas en el anexo.
Condiciones ambientales en sala de experimentación:
Temperatura
Humedad relativa
Presión Atmosférica
Hora experimento
Ventilación
24º C
45 %
767 mm/hg
20: 00
Sin movimiento de masas de aire que puedan sentirse al
contacto con la piel
Ecuación característica Envase 1:
Obtenidos:
m = 0.0012745
s = 15.90 cm2
Luego
V = k * s, reemplazando….
k = 8.01354 x 10 -5
Problemas experimentales
Medida de envase 1 fue erróneamente tomada, debido a que se midió el diámetro
máximo, no al nivel de la acetona, como el envase tiene una forma cónica extendida, su
diámetro aumenta a medida que se acerca al borde, este error produjo una alteración en el
cálculo de la superficie de contacto que fue corregido matemáticamente. La constante
obtenida con la medida errónea fue calculada en k = 3.5611* 10 -5
Método de corrección empleado para medir superficie de contacto en base al calculo
siguiente:
Diámetro corregido = (Diámetro máximo + Diámetro mínimo) /2
4
Ecuación característica envase 2
m = 0.0037185
s = 47.37 cm2
Luego
V = k * s, reemplazando…
k = 8.1960 x 10-5
Como podemos observar ambas constantes para los dos envases son muy similares lo
que significa que la probabilidad de encontrar la constante para evaporación de la acetona
es alta entre estos valores.
4) Cuanto se demoraría en evaporar 350 cm3 de acetona:
De acuerdo al siguiente cálculo
a) Para envase 1
350
t
∫ dv = ∫
0
8.01354 x10 -5 * 15.90 cm2
( k para envase 1)
0
350 cm3 = 0.001274154391 (seg) dt
dt = 274691.98 / 86.400 segundos
dt = 3.179 díasRespuesta; se demoraría 3.179 días.
b) para envase 2
350
t
∫ dv = ∫
0
0
8.1960 x10 -5 * 45.37 cm2 ( k para envase 2)
350cm3 = 0.0037185252 (seg) dt
dt = 94123.3368 / 86.400 segundos
dt = 1.08 días-
5
Conclusiones:
La importancia del área de contacto es fundamental, ya que a mayor
área de contacto mayor evaporación de la acetona lo que implica un
menor tiempo para llegar a índices peligrosos.
5 Diferencia entre los dos tipos de experimentos:
La rapidez con que la acetona contenida en algún envase se evapora, dependerá de algunas
variables;
•
•
•
•
•
Aérea de contacto del envase ( Forma del envase)
Velocidad de la masa de aire del recinto
Temperatura
Humedad relativa del aire
Presión Barométrica.
Observaciones:
Al tapar el contenedor, la velocidad de evaporación disminuyó
Al producir una corriente de aire directa sobre el envase que contenía acetona, la velocidad
de evaporación aumentó.
Esto implica, que si bien la obtención de una constante de evaporación es fundamental para
determinar e tiempo que se demorará para obtener cierta masa de compuesto volatilizada en
el aire de un recinto, es importante también las condiciones de ventilación, y temperatura,
ya que estas nuevas variables producirán un efecto de aceleramiento o retardo en el proceso
de evaporación.
5b) Cálculos adicionales tomando en cuenta los límites permisibles para la acetona.
Si bien estos cálculos no son propuestos en el cuestionario, hemos considerado incluirlos,
tomando en cuenta la necesidad práctica de establecer con un cierto grado de certeza los
índices de concentración da la sustancia a través de este método indirecto.
Se conoce, por modelo anterior la constante para la evaporación de la acetona, como…
K = 8.1960 x 10-5
Conocemos por mediciones en el terreno, el volumen de la habitación donde está
almacenada esta sustancia, a saber:
6
Superficie de la habitación, 6 mts * 8 mts *2.6 mt = 124.8 m3
Luego, conocemos el LPP para la acetona por D-594, el que es 1.424 mg/m3
Envase, en el supuesto que dispongamos de un tineta de acetona de 40 cm de diámetro,
parecido a las tinetas donde se envasa pintura.
Tendremos una superficie expuesta de
(20 cm )2 * 2PI = 2513,24 cm2
Por otro lado sabemos que el volumen de la habitación es de 124.8 m3, luego con una
simple operación sabremos la cantidad de sustancia necesaria para llegar a este límite:
Cantidad sustancia = 124.8 m3 * 1.424 mg/m3 = 17.7715,2 mg de acetona. = 1.777,715 gr
Sabemos por densidad = 1; que 1 gramo = 1 cm3 , luego 1.777,715 gr de acetona
Finalmente sólo nos queda conocer, en cuanto tiempo llevará evaporar dicha cantidad de
acetona, para lo que utilizamos la siguiente fórmula:
.
a) Para envase de 40 cm de diámetro.
1.777,715 t
∫ dv = ∫
0
8,1960 x10 -5 * 2513,24 cm2
( k para envase2)
0
1.777,715 cm3 = 0,02059851504 (seg) dt
dt = 86303.0658544 / 86.400 segundos
dt = 1 día- (24 horas )
Respuesta; se demoraría 1 días.
6 Modelo experimental para el agorex.
Determinación de un modelo experimental que determine la constante de evaporación para
la sustancia de nombre comercial “agorex”.
Se trato de conseguir el nombre del compuesto que actúa como solvente, lo que fue
imposible.
7
La siguiente información del producto se extrajo directamente del sitio del fabricante en la
siguiente dirección web:
http://origin.henkel.com/int_henkel/adhesives_cl/channels/index.cfm?pageid=50
Agorex 60
Adhesivo de contacto multiuso de excelente calidad.
Adhesivo a base de
policloroprenos en solventes.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Excelente resistencia
en diversas
superficies
Flexible y durable
Baja toxicidad
No contiene tolueno
Fácil brochabilidad
Rápido fraguado
Reactivable
Excelente calidad de
pegado
Listo para usar
Agorex 60 se utiliza en la
industria del mueble para
enchapes rectos, postformados y para el pegado de formalita y
fórmica. En la industria del calzado para el pegado de suela, cuero
y goma. En la instalación de revestimientos vinílicos y de goma
sobre madera, concreto y fierro. Para reparaciones en el hogar.
Disponible en envases de 20 cc, 120 cc, 1/32 gln, 1/16 gln, 1 lt, 1
gln, 18 lts, 56 lts.
Aún no conociendo el nombre ni las características del solvente, podemos establecer un
método para la obtención de su constante de evaporación de la siguiente forma:
I Materiales:
12345-
Una cantidad de sustancia de nombre comercial agorex 60,
1 pesa sensible +/- 0.5 grs de incerteza.
Un cronómetro.
Un barómetro.
Un termómetro.
8
II Método experimental:
123456-
Se coloca sobre la pesa una cantidad de agorex 60
Se realiza una primera medición del peso una vez equilibrada la pesa,
Se realizan tomas de muestra del peso en gramos cada 1 minuto.
Se completa una serie de mediciones en el tiempo
Se tabulan los resultados de la forma Tiempo vs cantidad de sustancia.
Se llevan los resultados tabulados a un programa graficador con el fin de obtener las
medidas de la pendiente de acuerdo con la expresión de un ecuación lineal.
7- De esta forma se conocerá m, que es el valor para la pendiente de la curva
encontrada,
8- Se medirá la superficie de contacto del compuesto en estudio a fin de determinar el
área de producto expuesto al ambiente.
9- Se deberá conocer la densidad del producto, a fin de determinar su masa atraves de
la séte fórmula:
Densidad = Masa / Volumen.
Si no conocemos la densidad la haremos igual a 1 para fines prácticos.
III Etapa del cálculo de los datos obtenidos.
El modelo matemático a usar es directamente proporcional, por lo que:
Diremos que la cantidad de producto evaporado aumenta con el tiempo de
exposición del producto
Matemáticamente lo expresaremos por:
V (evaporado) = k * S (área de contacto)
Donde:
V = volumen evaporado cm3
S = superficie del envase en cm2
K = constante de evaporación para el producto buscada.
9
7a) Limites Permisibles de la acetona de acuerdo al ds 594 (CHILE)
ACETONA
Límite Permisible
Ponderado
p.p.m
Mg/m3
600
1424
Límite Permisible
Temporal
p.p.m
Mg/m3
1001
2380
Observaciones
A4
A4 Sustancia en estudio pero no se dispone de información válida para considerarla cancerígena ( Artículo 68 ds-594)
7 b) Daños que provoca en el trabajador:
De acuerdo señalado con al ficha internacional de seguridad química ( ver anexo)
EXPOSICION
•
•
•
•
Salivación, confusión
mental, tos, vértigo,
somnolencia, dolor de
Inhalación
cabeza, dolor de
garganta, pérdida del
conocimiento.
Piel seca,
enrojecimiento.
Piel
Ventilación, extracción Aire limpio, reposo y
localizada o protección proporcionar asistencia
respiratoria.
médica.
Guantes protectores.
Quitar las ropas
contaminadas y aclarar
la piel con agua
abundante o ducharse.
Enrojecimiento, dolor, Gafas de protección de Enjuagar con agua
visión borrosa. Posible seguridad o pantalla
abundante durante
daño en la córnea.
facial.
varios minutos (quitar
las lentes de contacto, si
Ojos
puede hacerse con
No llevar lentes de
facilidad) y
contacto.
proporcionar asistencia
médica.
Náuseas, vómitos (para No comer, ni beber, ni Enjuagar la boca y
Ingestión mayor información,
fumar durante el
proporcionar asistencia
véase Inhalación).
trabajo.
médica.
10
8) Clasificación de aerosoles y gases de acuerdo con la clasificación de agentes
ambientales:
Silíceos
Polvos
Sólidos
Aerosoles
Humos
Rocíos
Agentes
Químicos
Líquidos
Nieblas
Inorgánicos
No Silíceos
Orgánicos
Naturales
Sintéticos
Humo smoke
Humo metálico
fume
Irritantes
Verdaderos
Asfixiantes
Gases
Vapores
Anestésicos
Aerosoles:
En ingeniería ambiental, se denomina aerosol a una mezcla heterogénea de partículas
solidas o líquidas suspendidas en un gas. El término aerosol se refiere tanto a las partículas
como al gas en el que las partículas están suspendidas. El tamaño de las partículas puede
ser desde 0,002 µm a más de 100 µm, esto es, desde unas pocas moléculas hasta el tamaño
en el que dichas partículas no pueden permanecer suspendidas en el gas al menos durante
unas horas.
Gases :
Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen
propio. Su principal composición son moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza
de atracción, haciendo que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se
expanda para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene, con respecto a los
gases las fuerzas gravitatorias y de atracción entre partículas resultan insignificantes.
11
9) Importancia de contar con un modelo Matemático para estimar comportamiento de
una sustancia contaminante.
Al contar con un método de Modelo Matemático, es posible efectuar mediciones indirectas
con sólo algunas variables, conociendo la superficie expuesta o de contacto, la sustancia en
cuestión, y pesando los contenedores a intervalos de tiempo, se puede confeccionar un
modelo que nos permite estimar la cantidad de cualquier sustancia para un lugar
determinado en un tiempo dado. Es decir si no se cuenta con instrumentos de medición
directa, se puede estimar la concentración.
Por otro lado se puede simular escenarios para distintas cantidades de producto y establecer
tablas de datos que nos permitirán cuantificar y comparar.
9 b) Cinco ejemplos de modelos de sustancias contaminantes.
•
•
•
•
•
Modelo de Dispersión para sustancia contaminante. (proceso de distribución por
diferencia de concentración)
http://mate.uprh.edu/~pnm/presentations/contaminacion/index.htm
Modelo de constante de evaporación (velocidad de evaporación)
Modelos de transporte de sustancias (desplazamiento por efecto del viento)
Modelo de evaporación con respecto a la temperatura ambiental.
Modelo incluyendo más de una sustancia.
10) Definiciones
Evaporación
La evaporación es el proceso físico por el cual una sustancia en estado líquido pasa al
estado gaseoso, tras haber adquirido energía suficiente para vencer la tensión superficial. A
diferencia de la ebullición, este proceso se produce a cualquier temperatura, siendo más
rápido cuanto más elevada aquélla. No es necesario que toda la masa alcance el punto de
ebullición. En la evaporación, el cambio de estado ocurre solamente en la superficie del
líquido.
Ebullición
La ebullición es el proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso. Se realiza
cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a
esa presión. Si se continúa calentando se absorbe calor pero sin aumentar la temperatura,
hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso; y recién en ese momento continúa
subiendo la temperatura.
12
Inflamación
El punto de inflamación es la temperatura mínima necesaria para que un material
inflamable desprenda vapores que, mezclados con el aire, se inflamen en presencia de una
fuente ígnea, para volverse a extinguir rápidamente por sí sola.
Sublimación
Es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin
pasar por el estado líquido. Se puede llamar de la misma forma al proceso inverso, el paso
directo del estado gaseoso al estado sólido, pero es más apropiado referirse a esa transición
como sublimación inversa. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo
seco.
Vaporización
La Vaporización es el cambio de estado de líquido a gaseoso. Hay dos tipos de
vaporización: la ebullición y la evaporación.
11) Inflamabilidad límite de la acetona:
Punto de inflamación: -18°C (c.c.)
Temperatura de autoignición: 465°C
12) Disminución de la rapidez de evaporación de la acetona al estar el envase medio
tapado.
Esto se debe a que al estar un poco tapado el envase disminuimos la superficie de contacto
del líquido con el medio ambiente, lo que conduce a dos cuestiones:
1- Si un envase está a medio tapar o mal tapado, permitirá que “algo” es decir alguna
cantidad de sustancia se libere al medio externo con el consiguiente peligro.
2- El cierre de los envases debe constatarse rutinariamente a fin de evitar liberación de
producto.
13) El principio físico que actúo al acercar un fuego a la acetona.
La evaporación de la acetona se empieza a producir a partir de los -18 ºC por lo que desde
esa temperatura siempre se estará liberando alguna cantidad de gases inflamables. Al
acercar una fuente de ignición la inflamación se produce al entrar en contacto con el gas
que se esta liberando producto de la evaporación. Este conduce en forma inmediata hasta
el liquido fuente del gas produciéndose la ignición de líquido en ultima instancia.
13
ANEXO
Ficha Internacional de Seguridad Química
Curvas Evaporación Acetona Envase 1
Curvas Evaporación Acetona Envase 2
14
Fichas Internacionales de Seguridad
Química
ICSC: 0087
ACETONA
ACETONA
Propanona
Propan-2-ona
Dimetil cetona
C3H6O/CH3-CO-CH 3
Masa molecular: 58.1
CAS: 67-64-1
RTECS: AL3150000
ICSC: 0087
NU: 1090
CE: 606-001-00-8
TIPOS DE
PELIGRO/
EXPOSICION
INCENDIO
EXPLOSION
PELIGROS/SINTOMAS
AGUDOS
PREVENCION
LUCHA CONTRA
INCENDIOS/
PRIMEROS
AUXILIOS
Altamente inflamable.
Evitar las llamas, NO Polvo, espuma
producir chispas y resistente al alcohol,
NO fumar.
agua en grandes
cantidades, dióxido
de carbono.
Las mezclas vapor/aire son Sistema cerrado,
En caso de incendio:
explosivas.
ventilación, equipo mantener fríos los
eléctrico y de
bidones y demás
alumbrado a prueba instalaciones rociando
de explosión. NO
con agua.
utilizar aire
comprimido para
llenar, vaciar o
manipular.
EXPOSICION
•
Salivación, confusión
Inhalación mental, tos, vértigo,
somnolencia, dolor de
Ventilación,
Aire limpio, reposo y
extracción localizada proporcionar
o protección
asistencia médica.
15
•
Piel
•
Ojos
•
Ingestión
cabeza, dolor de garganta, respiratoria.
pérdida del conocimiento.
Piel seca, enrojecimiento. Guantes protectores. Quitar las ropas
contaminadas y
aclarar la piel con
agua abundante o
ducharse.
Enrojecimiento, dolor,
Gafas de protección Enjuagar con agua
visión borrosa. Posible
de seguridad o
abundante durante
daño en la córnea.
pantalla facial.
varios minutos (quitar
las lentes de contacto,
No llevar lentes de si puede hacerse con
facilidad) y
contacto.
proporcionar
asistencia médica.
Náuseas, vómitos (para
No comer, ni beber, Enjuagar la boca y
mayor información, véase ni fumar durante el proporcionar
Inhalación).
trabajo.
asistencia médica.
DERRAMES Y FUGAS
ALMACENAMIENTO
Ventilar.
A prueba de incendio.
Recoger el líquido procedente Separado de oxidantes
de la fuga en recipientes
fuertes.
precintables, absorber el
líquido residual en arena o
absorbente inerte y
trasladarlo a un lugar seguro.
NO verterlo al alcantarillado.
(Protección personal
adicional: equipo autónomo
de respiración).
ENVASADO Y
ETIQUETADO
Clasificación de Peligros NU:
3
Grupo de Envasado NU: II
CE: F
R: 11
S: (2-)9-16-23-33
VEASE AL DORSO INFORMACION IMPORTANTE
ICSC: 0087
Preparada en colaboración entre el IPCS y la CCE. © CCE,
IPCS, 1991.
Versión española traducida y editada por el INSHT
Fichas Internacionales de Seguridad
Química
ICSC: 0087
ACETONA
ESTADO FISICO; ASPECTO
EFECTOS DE EXPOSICION DE
16
Líquido incoloro, de olor característico.
CORTA DURACION
El vapor de la sustancia irrita los ojos y el
tracto respiratorio.
PELIGROS FISICOS
El vapor es más denso que el aire y puede La sustancia puede causar efectos en el
sistema nervioso central, el hígado, el
extenderse a ras del suelo; posible
riñón y el tracto gastrointestinal.
ignición en punto distante.
D
A
T
O
S
I
M
P
0
R
T
A
N
T
E
PELIGROS QUIMICOS
La sustancia puede formar peróxidos
explosivos en contacto con oxidantes
fuertes tales como ácido acético, ácido
nítrico y peróxido de hidrógeno.
Reacciona con cloroformo y bromoformo
en condiciones básicas, originando
peligro de incendio y explosión.
Ataca a los plásticos.
EFECTOS DE EXPOSICION
PROLONGADA O REPETIDA
El contacto prolongado o repetido con la
piel puede producir dermatitis. El líquido
desengrasa la piel.
La sustancia puede afectar a la sangre y a
la médula ósea.
LIMITES DE EXPOSICION
TLV (como TWA): 750 ppm; 1780
mg/m3 (ACGIH 1993-1994).
VIAS DE EXPOSICION
La sustancia se puede absorber por
inhalación y a través de la piel.
RIESGO DE INHALACION
Por evaporación de esta sustancia a 20°C,
se puede alcanzar bastante rápidamente
una concentración no civa en el aire
alcanzándose mucho antes, si se dispersa.
PROPIEDADES
FISICAS
Punto de ebullición: 56°C
Punto de fusión: -95°C
Densidad relativa (agua = 1): 0.8
Solubilidad en agua: Miscible
Presión de vapor, kPa a 20°C: 24
Densidad relativa de vapor (aire =
1): 2.0
Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C
(aire = 1): 1.2
Punto de inflamación: -18°C (c.c.)
Temperatura de autoignición: 465°C
Límites de explosividad, % en volumen en el aire:
2.2-13
Coeficiente de reparto octanol/agua como log
Pow: -0.24
DATOS
AMBIENTALES
NOTAS
El consumo de bebidas alcohólicas aumenta el efecto nocivo.
Antes de la destilación comprobar si existen peróxidos; en caso positivo, eliminarlos.
Ficha de emergencia de transporte (Transport Emergency Card): TEC (R)-30
Código NFPA: H 1; F 3; R 0;
INFORMACION ADICIONAL
17
ACETONA
NOTA LEGAL IMPORTANTE:
ICSC: 0087
Ni la CCE ni el IPCS ni sus
representantes son responsables del
posible uso de esta información. Esta
ficha contiene la opinión colectiva del
Comité Internacional de Expertos del
IPCS y es independiente de requisitos
legales. La versión española incluye el
etiquetado asignado por la clasificación
europea (CEE 67/548) y sus
adaptaciones. Las frases de riesgo
específico (frases R) y los consejos de
prudencia (frases S) no traspuestas a 31
de Mayo de 1992 a la normativa
española están marcadas (*).
18
19
Envase 1
Diametro 6.75 cm
Superficie de contacto equivalente a 35.79 cm2
20
21
Envase 2 Placa Petri
S= 45.37 cm2