Gas inerte

Un gas inerte es un gas que no experimenta fácilmente reacciones químicas con otras sustancias químicas y, por lo tanto, no forma fácilmente compuestos químicos. Los gases nobles a menudo no reaccionan con muchas sustancias e históricamente se los denominaba gases inertes. Los gases inertes se utilizan generalmente para evitar reacciones químicas no deseadas que degraden una muestra. Estas reacciones químicas indeseables son a menudo reacciones de oxidación e hidrólisis con el oxígeno y la humedad del aire. El término gas inerte depende del contexto porque varios de los gases nobles pueden reaccionar bajo ciertas condiciones.

El gas argón purificado es el gas inerte más utilizado debido a su gran abundancia natural (78,3 % de N₂, 1 % de Ar en el aire) y su bajo coste relativo.

A diferencia de los gases nobles, un gas inerte no es necesariamente elemental y suele ser un gas compuesto. Al igual que los gases nobles, la tendencia a la no reactividad se debe a que la valencia, la capa de electrones más externa, es completa en todos los gases inertes. Esta es una tendencia, no una regla, ya que los gases nobles y otros gases "inertes" los gases pueden reaccionar para formar compuestos.

Necesidad/Necesidad

Los gases inertes se obtienen por destilación fraccionada del aire, a excepción del helio que se separa de unas pocas fuentes de gas natural ricas en este elemento, mediante destilación criogénica o separación por membranas. Para aplicaciones especializadas, el gas inerte purificado debe ser producido por generadores especializados en el sitio. A menudo son utilizados por buques cisterna para productos químicos y transportadores de productos (buques más pequeños). Los generadores especializados de sobremesa también están disponibles para laboratorios.

Aplicaciones en gas inerte

Debido a las propiedades no reactivas de los gases inertes, a menudo son útiles para evitar que se produzcan reacciones químicas no deseadas. Los alimentos se envasan en un gas inerte para eliminar el gas oxígeno. Esto evita que las bacterias crezcan. También previene la oxidación química por el oxígeno en el aire normal. Un ejemplo es el enranciamiento (causado por oxidación) de los aceites comestibles. En el envasado de alimentos, los gases inertes se utilizan como conservantes pasivos, a diferencia de los conservantes activos como el benzoato de sodio (antimicrobiano) o el BHT (antioxidante).

Los documentos históricos también se pueden almacenar bajo gas inerte para evitar la degradación. Por ejemplo, los documentos originales de la Constitución de los EE. UU. se almacenan bajo argón humidificado. Anteriormente se usaba helio, pero era menos adecuado porque se difunde fuera de la caja más rápidamente que el argón.

Los gases inertes se utilizan a menudo en la industria química. En una planta de fabricación de productos químicos, las reacciones se pueden realizar bajo gas inerte para minimizar los riesgos de incendio o las reacciones no deseadas. En tales plantas y refinerías de petróleo, las líneas de transferencia y los recipientes se pueden purgar con gas inerte como medida de prevención de incendios y explosiones. A escala de banco, los químicos realizan experimentos con compuestos sensibles al aire utilizando técnicas sin aire desarrolladas para manejarlos bajo gas inerte. El helio, el neón, el argón, el criptón, el xenón y el radón son gases inertes.

Sistemas de gas inerte en barcos

El gas inerte se produce a bordo de buques petroleros (más de 8000 toneladas) (desde el 1 de enero de 2016) quemando queroseno en un generador de gas inerte exclusivo. El sistema de gas inerte se usa para evitar que la atmósfera en los tanques de carga o búnkeres entre en el rango explosivo. Los gases inertes mantienen el contenido de oxígeno de la atmósfera del tanque por debajo del 5 % (en los buques de transporte de crudo, menos en los buques de transporte de productos y gaseros), lo que hace que cualquier mezcla de aire/gas de hidrocarburo en el tanque sea demasiado rica (una proporción de combustible a oxígeno demasiado alta) para encender. Los gases inertes son más importantes durante la descarga y durante el viaje en lastre cuando es probable que haya más vapor de hidrocarburo presente en la atmósfera del tanque. El gas inerte también se puede usar para purgar el tanque de la atmósfera volátil en preparación para la liberación de gas, reemplazando la atmósfera con aire respirable, o viceversa.

El sistema de gases de combustión utiliza el escape de la caldera como fuente, por lo que es importante que la relación aire/combustible en los quemadores de la caldera esté debidamente regulada para garantizar que se produzcan gases inertes de alta calidad. Demasiado aire daría como resultado un contenido de oxígeno superior al 5%, y demasiado fuel oil daría como resultado el arrastre de gas hidrocarburo peligroso. La torre depuradora limpia y enfría los gases de combustión. Varios dispositivos de seguridad evitan la sobrepresión, el retorno de gas hidrocarburo a la sala de máquinas o tener un suministro de IG con un contenido de oxígeno demasiado alto.

Los buques cisterna de gas y los transportadores de productos no pueden confiar en los sistemas de gases de combustión (porque requieren IG con un contenido de O₂ del 1 % o menos) y, por lo tanto, utilizan generadores de gas inerte en su lugar. El generador de gas inerte consta de una cámara de combustión y una unidad de depuración alimentada por ventiladores y una unidad de refrigeración que enfría el gas. Un secador en serie con el sistema elimina la humedad del gas antes de que se suministre a la cubierta. Los tanques de carga de los buques gaseros no están inertes, pero sí lo está todo el espacio que los rodea.

Sistemas de gas inerte en aeronaves

El gas inerte se produce a bordo de aviones comerciales y militares para pasivar los tanques de combustible. En días calurosos, el vapor de combustible en los tanques de combustible puede formar una mezcla inflamable o explosiva que, si se oxida, podría tener consecuencias catastróficas. Convencionalmente, se han utilizado módulos de separación de aire (ASM) para generar gas inerte. Los ASM contienen membranas selectivamente permeables. Se alimentan de aire comprimido que se extrae de una etapa compresora de un motor de turbina de gas. La presión impulsa la separación del oxígeno del aire debido a la mayor permeabilidad del oxígeno a través de los ASM en comparación con el nitrógeno. Para la pasivación del tanque de combustible, no es necesario eliminar todo el oxígeno, sino lo suficiente como para mantenerse por debajo del límite de inflamabilidad pobre y el límite de explosión pobre. Una concentración de oxígeno de 10% a 12% es común durante el transcurso de un vuelo.

Soldadura

En la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), se utilizan gases inertes para proteger el tungsteno de la contaminación. También protege el metal fluido (creado a partir del arco) de los gases reactivos en el aire que pueden causar porosidad en el charco de soldadura solidificado. Los gases inertes también se utilizan en la soldadura por arco metálico con gas (GMAW) para soldar metales no ferrosos. Algunos gases que normalmente no se consideran inertes pero que se comportan como gases inertes en todas las circunstancias que probablemente se encuentren en algún uso, a menudo se pueden usar como sustitutos de un gas inerte. Esto es útil cuando se puede encontrar un gas pseudoinerte apropiado que sea económico y común. Por ejemplo, el dióxido de carbono a veces se usa en mezclas de gases para GMAW porque no es reactivo al baño de soldadura creado por la soldadura por arco. Pero es reactivo al arco. Cuanto más dióxido de carbono se agregue al gas inerte, como el argón, aumentará su penetración. La cantidad de dióxido de carbono a menudo se determina según el tipo de transferencia que utilizará en GMAW. La más común es la transferencia por arco rociado, y la mezcla de gases más utilizada para la transferencia por arco rociado es 90 % de argón y 10 % de dióxido de carbono.

Buceo

En el buceo submarino, un gas inerte es un componente de la mezcla respirable que no es metabólicamente activo y sirve para diluir la mezcla gaseosa. El gas inerte puede tener efectos en el buceador, pero se cree que estos son principalmente efectos físicos, como el daño tisular causado por las burbujas en la enfermedad por descompresión. El gas inerte más común utilizado en el gas respirable para el buceo comercial es el helio.