DETERMINACIN DE LA VELOCIDAD DE EVAPORACIN DE LA ACETONA

RENATO ZARGES KNABE2008

1) Frmula Qumica : CH3 (CO) CH3

Peso Molecular :

Propiedades fsicas

Estado de agregacin: LquidoApariencia : IncoloroDensidad : 790 kg/m3; 0,79 g/cm3Masa : 58,09 uPunto de fusin : 178,2 K (-94,9 C)Punto de ebullicin : 329,4 K (56,3 C)

Peligrosidad

Punto de inflamabilidad 253 K (-20 C)Temperatura de autoignicin 738 K (465 C)

2) Aplicaciones industriales

La reparticin 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 aplicacin ms importante a nivel mundial en la actualidad de la acetona, se encuentra en la fabricacin de Metil metacrilato (MMA), usado como compuesto para la produccin de Polimetilmetacrilato (PMMA) el que es utilizado en la elaboracin de un material alternativo al vidrio en la industria de la construccin, dicho material es antifragmentacin.

En Chile su uso es principalmente como solvente

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3 Ecuacin del Tiempo y Volumen Evaporado:

Ver curvas obtenidas en el anexo.

Condiciones ambientales en sala de experimentacin:

Temperatura 24 CHumedad relativa 45 %Presin Atmosfrica 767 mm/hgHora experimento 20: 00Ventilacin Sin movimiento de masas de aire que puedan sentirse al

contacto con la piel

Ecuacin caracterstica Envase 1:

Obtenidos:m = 0.0012745s = 15.90 cm2

Luego

V = k * s, reemplazando.

k = 8.01354 x 10 -5

Problemas experimentales

Medida de envase 1 fue errneamente tomada, debido a que se midi el dimetro mximo, no al nivel de la acetona, como el envase tiene una forma cnica extendida, su dimetro aumenta a medida que se acerca al borde, este error produjo una alteracin en el clculo de la superficie de contacto que fue corregido matemticamente. La constante obtenida con la medida errnea fue calculada en k = 3.5611* 10 -5

Mtodo de correccin empleado para medir superficie de contacto en base al calculo siguiente:

Dimetro corregido = (Dimetro mximo + Dimetro mnimo) /2

3

Ecuacin caracterstica envase 2

m = 0.0037185s = 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 evaporacin de la acetona es alta entre estos valores.

4) Cuanto se demorara en evaporar 350 cm3 de acetona:

De acuerdo al siguiente clculo

a) Para envase 1

350 t dv = 8.01354 x10 -5 * 15.90 cm2 ( k para envase 1)

0 0

350 cm3 = 0.001274154391 (seg) dt

dt = 274691.98 / 86.400 segundosdt = 3.179 das-

Respuesta; se demorara 3.179 das.

b) para envase 2

350 t dv = 8.1960 x10 -5 * 45.37 cm2 ( k para envase 2)

0 0

350cm3 = 0.0037185252 (seg) dtdt = 94123.3368 / 86.400 segundosdt = 1.08 das-

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Conclusiones:

La importancia del rea de contacto es fundamental, ya que a mayor rea de contacto mayor evaporacin de la acetona lo que implica un menor tiempo para llegar a ndices peligrosos.

5 Diferencia entre los dos tipos de experimentos:

La rapidez con que la acetona contenida en algn envase se evapora, depender de algunas variables;

Area de contacto del envase ( Forma del envase) Velocidad de la masa de aire del recinto Temperatura Humedad relativa del aire Presin Baromtrica.

Observaciones:Al tapar el contenedor, la velocidad de evaporacin disminuyAl producir una corriente de aire directa sobre el envase que contena acetona, la velocidad de evaporacin aument.

Esto implica, que si bien la obtencin de una constante de evaporacin es fundamental para determinar e tiempo que se demorar para obtener cierta masa de compuesto volatilizada en el aire de un recinto, es importante tambin las condiciones de ventilacin, y temperatura, ya que estas nuevas variables producirn un efecto de aceleramiento o retardo en el proceso de evaporacin.

5b) Clculos adicionales tomando en cuenta los lmites permisibles para la acetona.

Si bien estos clculos no son propuestos en el cuestionario, hemos considerado incluirlos, tomando en cuenta la necesidad prctica de establecer con un cierto grado de certeza los ndices de concentracin da la sustancia a travs de este mtodo indirecto.

Se conoce, por modelo anterior la constante para la evaporacin de la acetona, como

K = 8.1960 x 10-5

Conocemos por mediciones en el terreno, el volumen de la habitacin donde est almacenada esta sustancia, a saber:

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Superficie de la habitacin, 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 dimetro, 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 habitacin es de 124.8 m3, luego con una simple operacin sabremos la cantidad de sustancia necesaria para llegar a este lmite:

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 slo nos queda conocer, en cuanto tiempo llevar evaporar dicha cantidad de acetona, para lo que utilizamos la siguiente frmula:

.a) Para envase de 40 cm de dimetro.

1.777,715 t dv = 8,1960 x10 -5 * 2513,24 cm2 ( k para envase2)

0 0

1.777,715 cm3 = 0,02059851504 (seg) dt

dt = 86303.0658544 / 86.400 segundosdt = 1 da- (24 horas )

Respuesta; se demorara 1 das.

6 Modelo experimental para el agorex.

Determinacin de un modelo experimental que determine la constante de evaporacin para la sustancia de nombre comercial agorex.

Se trato de conseguir el nombre del compuesto que acta como solvente, lo que fue imposible.

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La siguiente informacin del producto se extrajo directamente del sitio del fabricante en la siguiente direccin web:

http://origin.henkel.com/int_henkel/adhesives_cl/channels/index.cfm?pageid=50

Agorex 60Adhesivo 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 Fcil brochabilidad Rpido 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 frmica. En la industria del calzado para el pegado de suela, cuero y goma. En la instalacin de revestimientos vinlicos 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.

An no conociendo el nombre ni las caractersticas del solvente, podemos establecer un mtodo para la obtencin de su constante de evaporacin de la siguiente forma:

I Materiales:

1- Una cantidad de sustancia de nombre comercial agorex 60, 2- 1 pesa sensible +/- 0.5 grs de incerteza.3- Un cronmetro.4- Un barmetro.5- Un termmetro.

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II Mtodo experimental:

1- Se coloca sobre la pesa una cantidad de agorex 602- Se realiza una primera medicin del peso una vez equilibrada la pesa,3- Se realizan tomas de muestra del peso en gramos cada 1 minuto.4- Se completa una serie de mediciones en el tiempo5- Se tabulan los resultados de la forma Tiempo vs cantidad de sustancia.6- Se llevan los resultados tabulados a un programa graficador con el fin de obtener las

medidas de la pendiente de acuerdo con la expresin de un ecuacin lineal.7- De esta forma se conocer m, que es el valor para la pendiente de la curva

encontrada, 8- Se medir la superficie de contacto del compuesto en estudio a fin de determinar el

rea de producto expuesto al ambiente.9- Se deber conocer la densidad del producto, a fin de determinar su masa atraves de

la ste frmula:

Densidad = Masa / Volumen.

Si no conocemos la densidad la haremos igual a 1 para fines prcticos.

III Etapa del clculo de los datos obtenidos.

El modelo matemtico a usar es directamente proporcional, por lo que:

Diremos que la cantidad de producto evaporado aumenta con el tiempo de exposicin del producto

Matemticamente lo expresaremos por:

V (evaporado) = k * S (rea de contacto)Donde:

V = volumen evaporado cm3S = superficie del envase en cm2K = constante de evaporacin para el producto buscada.

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7a) Limites Permisibles de la acetona de acuerdo al ds 594 (CHILE)

Lmite Permisible Ponderado

Lmite Permisible Temporal

p.p.m Mg/m3 p.p.m Mg/m3 ObservacionesACETONA 600 1424 1001 2380 A4

A4 Sustancia en estudio pero no se dispone de informacin vlida para considerarla cancergena ( Artculo 68 ds-594)

7 b) Daos que provoca en el trabajador:

De acuerdo sealado con al ficha internacional de seguridad qumica ( ver anexo)

EXPOSICION

Inhalacin

Salivacin, confusin mental, tos, vrtigo, somnolencia, dolor de cabeza, dolor de garganta, prdida del conocimiento.

Ventilacin, extraccin localizada o proteccin respiratoria.

Aire limpio, reposo y proporcionar asistencia mdica.

Piel

Piel seca, enrojecimiento.

Guantes protectores. Quitar las ropas contaminadas y aclarar la piel con agua abundante o ducharse.

Ojos

Enrojecimiento, dolor, visin borrosa. Posible dao en la crnea.

Gafas de proteccin de seguridad o pantalla facial.

No llevar lentes de contacto.

Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto, si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia mdica.

Ingestin Nuseas, vmitos (para mayor informacin, vase Inhalacin).

No comer, ni beber, ni fumar durante el trabajo.

Enjuagar la boca y proporcionar asistencia mdica.

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8) Clasificacin de aerosoles y gases de acuerdo con la clasificacin de agentes ambientales:

Aerosoles:

En ingeniera ambiental, se denomina aerosol a una mezcla heterognea de partculas solidas o lquidas suspendidas en un gas. El trmino aerosol se refiere tanto a las partculas como al gas en el que las partculas estn suspendidas. El tamao de las partculas puede ser desde 0,002 m a ms de 100 m, esto es, desde unas pocas molculas hasta el tamao en el que dichas partculas no pueden permanecer suspendidas en el gas al menos durante unas horas.

Gases :

Se denomina gas al estado de agregacin de la materia que no tiene forma ni volumen propio. Su principal composicin son molculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atraccin, 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 atraccin entre partculas resultan insignificantes.

Agentes Qumicos

Aerosoles

Gases

Slidos

Lquidos

Verdaderos

Vapores

Polvos

Humos

Rocos

Nieblas

Inorgnicos

Orgnicos

Silceos

No Silceos

Naturales

Sintticos

Irritantes

Asfixiantes

Anestsicos

Humo smoke

Humo metlico fume

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9) Importancia de contar con un modelo Matemtico para estimar comportamiento de una sustancia contaminante.

Al contar con un mtodo de Modelo Matemtico, es posible efectuar mediciones indirectas con slo algunas variables, conociendo la superficie expuesta o de contacto, la sustancia en cuestin, 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 medicin directa, se puede estimar la concentracin.Por otro lado se puede simular escenarios para distintas cantidades de producto y establecer tablas de datos que nos permitirn cuantificar y comparar.

9 b) Cinco ejemplos de modelos de sustancias contaminantes.

Modelo de Dispersin para sustancia contaminante. (proceso de distribucin por diferencia de concentracin) http://mate.uprh.edu/~pnm/presentations/contaminacion/index.htm

Modelo de constante de evaporacin (velocidad de evaporacin) Modelos de transporte de sustancias (desplazamiento por efecto del viento) Modelo de evaporacin con respecto a la temperatura ambiental. Modelo incluyendo ms de una sustancia.

10) Definiciones

EvaporacinLa evaporacin es el proceso fsico por el cual una sustancia en estado lquido pasa al estado gaseoso, tras haber adquirido energa suficiente para vencer la tensin superficial. A diferencia de la ebullicin, este proceso se produce a cualquier temperatura, siendo ms rpido cuanto ms elevada aqulla. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullicin. En la evaporacin, el cambio de estado ocurre solamente en la superficie del lquido.

EbullicinLa ebullicin es el proceso fsico en el que un lquido pasa a estado gaseoso. Se realiza cuando la temperatura de la totalidad del lquido iguala al punto de ebullicin del lquido a esa presin. Si se contina calentando se absorbe calor pero sin aumentar la temperatura, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso; y recin en ese momento contina subiendo la temperatura.

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Inflamacin

El punto de inflamacin es la temperatura mnima necesaria para que un material inflamable desprenda vapores que, mezclados con el aire, se inflamen en presencia de una fuente gnea, para volverse a extinguir rpidamente por s sola.

SublimacinEs el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia slida al estado gaseoso sin pasar por el estado lquido. Se puede llamar de la misma forma al proceso inverso, el paso directo del estado gaseoso al estado slido, pero es ms apropiado referirse a esa transicin como sublimacin inversa. Un ejemplo clsico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.

Vaporizacin

La Vaporizacin es el cambio de estado de lquido a gaseoso. Hay dos tipos de vaporizacin: la ebullicin y la evaporacin.

11) Inflamabilidad lmite de la acetona:

Punto de inflamacin: -18C (c.c.) Temperatura de autoignicin: 465C

12) Disminucin de la rapidez de evaporacin 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 lquido con el medio ambiente, lo que conduce a dos cuestiones:

1- Si un envase est a medio tapar o mal tapado, permitir 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 liberacin de producto.

13) El principio fsico que acto al acercar un fuego a la acetona.

La evaporacin de la acetona se empieza a producir a partir de los -18 C por lo que desde esa temperatura siempre se estar liberando alguna cantidad de gases inflamables. Al acercar una fuente de ignicin la inflamacin se produce al entrar en contacto con el gas que se esta liberando producto de la evaporacin. Este conduce en forma inmediata hasta el liquido fuente del gas producindose la ignicin de lquido en ultima instancia.

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ANEXO

Ficha Internacional de Seguridad Qumica

Curvas Evaporacin Acetona Envase 1

Curvas Evaporacin Acetona Envase 2

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Fichas Internacionales de Seguridad Qumica

ACETONA ICSC: 0087 ACETONA Propanona Propan-2-ona Dimetil cetonaC3H6O/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

PELIGROS/SINTOMASAGUDOS

PREVENCION LUCHA CONTRA INCENDIOS/PRIMEROS AUXILIOS

INCENDIO

Altamente inflamable. Evitar las llamas, NO producir chispas y NO fumar.

Polvo, espuma resistente al alcohol, agua en grandes cantidades, dixido de carbono.

EXPLOSION

Las mezclas vapor/aire son explosivas.

Sistema cerrado, ventilacin, equipo elctrico y de alumbrado a prueba de explosin. NO utilizar aire comprimido para llenar, vaciar o manipular.

En caso de incendio: mantener fros los bidones y dems instalaciones rociando con agua.

EXPOSICION

Inhalacin Salivacin, confusin mental, tos, vrtigo, somnolencia, dolor de

Ventilacin, extraccin localizada o proteccin

Aire limpio, reposo y proporcionar asistencia mdica.

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cabeza, dolor de garganta, prdida del conocimiento.

respiratoria.

Piel

Piel seca, enrojecimiento. Guantes protectores. Quitar las ropas contaminadas y aclarar la piel con agua abundante o ducharse.

Ojos

Enrojecimiento, dolor, visin borrosa. Posible dao en la crnea.

Gafas de proteccin de seguridad o pantalla facial.

No llevar lentes de contacto.

Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto, si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia mdica.

Ingestin Nuseas, vmitos (para mayor informacin, vase Inhalacin).

No comer, ni beber, ni fumar durante el trabajo.

Enjuagar la boca y proporcionar asistencia mdica.

DERRAMES Y FUGAS ALMACENAMIENTO ENVASADO Y ETIQUETADO Ventilar. Recoger el lquido procedente de la fuga en recipientes precintables, absorber el lquido residual en arena o absorbente inerte y trasladarlo a un lugar seguro. NO verterlo al alcantarillado. (Proteccin personal adicional: equipo autnomo de respiracin).

A prueba de incendio. Separado de oxidantes fuertes.

Clasificacin de Peligros NU: 3 Grupo de Envasado NU: II CE: FR: 11 S: (2-)9-16-23-33

VEASE AL DORSO INFORMACION IMPORTANTE

ICSC: 0087Preparada en colaboracin entre el IPCS y la CCE. CCE, IPCS, 1991. Versin espaola traducida y editada por el INSHT

Fichas Internacionales de Seguridad Qumica

ACETONA ICSC: 0087ESTADO FISICO; ASPECTO EFECTOS DE EXPOSICION DE

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DATOS

IMP0RTANTE

Lquido incoloro, de olor caracterstico.

PELIGROS FISICOS El vapor es ms denso que el aire y puede extenderse a ras del suelo; posible ignicin en punto distante.

PELIGROS QUIMICOS La sustancia puede formar perxidos explosivos en contacto con oxidantes fuertes tales como cido actico, cido ntrico y perxido de hidrgeno. Reacciona con cloroformo y bromoformo en condiciones bsicas, originando peligro de incendio y explosin. Ataca a los plsticos.

LIMITES DE EXPOSICION TLV (como TWA): 750 ppm; 1780 mg/m3 (ACGIH 1993-1994).

VIAS DE EXPOSICION La sustancia se puede absorber por inhalacin y a travs de la piel.

RIESGO DE INHALACION Por evaporacin de esta sustancia a 20C, se puede alcanzar bastante rpidamente una concentracin no civa en el aire alcanzndose mucho antes, si se dispersa.

CORTA DURACION El vapor de la sustancia irrita los ojos y el tracto respiratorio. La sustancia puede causar efectos en el sistema nervioso central, el hgado, el rin y el tracto gastrointestinal.

EFECTOS DE EXPOSICION PROLONGADA O REPETIDA El contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis. El lquido desengrasa la piel. La sustancia puede afectar a la sangre y a la mdula sea.

PROPIEDADES FISICAS

Punto de ebullicin: 56C Punto de fusin: -95C Densidad relativa (agua = 1): 0.8 Solubilidad en agua: Miscible Presin de vapor, kPa a 20C: 24 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2.0

Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20C (aire = 1): 1.2 Punto de inflamacin: -18C (c.c.) Temperatura de autoignicin: 465C Lmites de explosividad, % en volumen en el aire: 2.2-13 Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: -0.24

DATOSAMBIENTALES

NOTAS El consumo de bebidas alcohlicas aumenta el efecto nocivo. Antes de la destilacin comprobar si existen perxidos; en caso positivo, eliminarlos. Ficha de emergencia de transporte (Transport Emergency Card): TEC (R)-30 Cdigo NFPA: H 1; F 3; R 0;

INFORMACION ADICIONAL

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ACETONA ICSC: 0087

NOTA LEGAL IMPORTANTE:

Ni la CCE ni el IPCS ni sus representantes son responsables del posible uso de esta informacin. Esta ficha contiene la opinin colectiva del Comit Internacional de Expertos del IPCS y es independiente de requisitos legales. La versin espaola incluye el etiquetado asignado por la clasificacin europea (CEE 67/548) y sus adaptaciones. Las frases de riesgo especfico (frases R) y los consejos de prudencia (frases S) no traspuestas a 31 de Mayo de 1992 a la normativa espaola estn marcadas (*).

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Envase 1Diametro 6.75 cmSuperficie de contacto equivalente a 35.79 cm2

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Envase 2 Placa Petri

S= 45.37 cm2

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