Mezclas de gases para aplicaciones específicas

La cantidad de mezclas de gases posibles,considerando sólo las que se pueden fabricar, escasi tan interminable como sus aplicaciones. Loslargos años de experiencia de Messer, así comola gran eficiencia de sus empleados en las tareasde desarrollo, producción y análisis garantizan deforma continuada el cumplimiento de laselevadas exigencias de calidad de nuestrosclientes.

Tipos de mezclasPara las aplicaciones rutinarias, desde lamaduración de plátanos hasta las aplicacionesláser o el funcionamiento de cámaras deionización, ponemos a su disposición mezclas degases estándar. Gracias a la constancia de lafórmula, dichas mezclas se pueden elaborar engrandes lotes y ser entregadas con rapidez. Losdetalles sobre cada una de las mezclas de gasesestándar se pueden obtener en las hojas decalidad correspondientes.

Las mezclas individuales son necesarias paradiversas aplicaciones, por ejemplo, paracomprobar o calibrar aparatos de medición. Lafinalidad determina la fórmula y la cantidad decomponentes. Las mezclas se elaboran apetición del usuario, de acuerdo con lasposibilidades físicas y químicas y lasespecificaciones técnicas de seguridad.

Messer dispone en Europa de cinco plantas deembotellado especializadas en gases especialesen Mitry-Mory (Francia), Lenzburg (Suiza),Gumpoldskirchen (Austria) y Pancevo (Serbia), asícomo en Wujiang y Foshan (China).

1) Información sobre la denominación de la mezcla de gas y laidentificación del recipiente2) Características esenciales de la mezcla de gas3) Conexión de válvulas y recomendaciones sobre grifería4) Especificaciones del producto y modalidades de entregaestándar disponibles

DefinicionesLas mezclas de gases son mezclas homogéneasde distintos gases o vapores. La multitud desustancias disponibles da lugar a unasposibilidades de combinación prácticamenteilimitadas. La viabilidad de fabricación de unamezcla de gases queda limitada, no obstante, porrestricciones  físicas, químicas y técnicas. Loscomponentes son los gases y vapores queintervienen en una mezcla.Por gas portador o gas base se entiende elcomponente fundamental de la mezcla. Laconcentración se puede expresar en distintasunidades. A menudo se utiliza la cantidad desustancia (ppm), pues esta unidad no depende dela presión ni de la temperatura. Asimismo, seemplean con mucha frecuencia la proporción devolumen y la concentración de masa. Para estasunidades dependientes de la presión y latemperatura, normalmente se toma como baseun estado estándar a 0ºC y 1013 mbar.

Indicación decontenido

Proporcióncantidad materia

Proporción devolumen

Concentración demasa

Proporción demasa

Unidad mol/mol m³/m³ kg/m³ kg/kg

Indicacioneshabituales

Mol% Vol% g/m³ % Peso

ppm vpm (ppmv) mg/m³ g/kgµ mol/mol (ppb) µ l/m³ (ppbv) µ g/m³ mg/kg (ppmw) ni Vi mi mi

Fórmulas xi = ----------------- ϕ i = ----------------- β i = ----------------- wi = ------------------ nG VG VG mG

donde ni, Vi, mi = Cantidad de materia, volumen, masa del componente i

nG, VG, mG = Cantidad de materia, volumen, masa de la mezcla

Por tolerancia se entiende la desviaciónpermitida en la concentración real de uncomponente (valor real) frente a la concentraciónexigida (valor recomendado). Sujeto a lascondiciones de procesamiento, la tolerancia defabricación suele establecerse entre el 3% y el10% relativos, dependiendo del rango deconcentración así como del tipo y número decomponentes.El valor real de un componente no puedeexpresarse más que con precisión absoluta.

La incertidumbre se determina matemáticamentemediante la fórmula U = k * s, donde se expresala desviación estándar y k el coeficiente de“incertidumbre ampliada”. Para determinar laincertidumbre ampliada, Messer toma k = 2. Enfunción del tipo y contenido de un componente,se escoge el procedimiento de análisis necesario.El grado de precisión alcanzable oscila, depen-diendo del procedimiento, entre un 1% y un 10%relativos. En procedimientos de fabricación conaltos costes, los grados de precisión puedenllegar a ser, correspondientemente, inferiores al1% relativo (Topline).Los gases de ensayo se utilizan para calibraraparatos de medición. A menudo el contenido deun recipiente de gas a presión dura varios meses.Por eso, la duración en condiciones de esta-bilidad expresa el plazo, desde la fecha defabricación, durante el cual la indicación del valorreal del certificado de análisis es válida.

Este plazo suele ser de 12 meses, aunque, porsupuesto, en todos los casos es posible obtenerproductos con plazos de estabilidad mayores(longlife option). En relación con esto, eltratamiento interno del recipiente de gas apresión desempeña un papel fundamental. Sóloun tratamiento previo costoso y consecuente delos recipientes, con extensos ciclos de barrido yevacuación a temperaturas elevadas y medidasde acondicionamiento adecuadas permiten laproducción de gases de ensayo estables.

Imagen: Ejemplo de tolerancia y precisión de lasmezclas: 90 ppm NO Topline (tolerancia +/- 5%,precisión +/- 1 %)

              Valor recomendado (90 ppm)                       Tolerancia +/- 5%

Valor real (88,5 ppm)                                            ConcentraciónPrecisión +/- 1%                                                                (ppm)

Categorías de mezclasEn correspondencia con las diferentes exigenciasque han de cumplir las mezclas gaseosas,Messer ofrece productos de distintas categorías,definidas por su tolerancia, precisión y plazo deestabilidad:

TipoPrecisión(% rel.)

Tolerancia(% rel.)

ConcentraciónEstabilidad

(meses)

Tecline sin certificado 2-10 % 1-100%Traceline 5 % 10 % 5-1000 ppb < 12Labline 2 % 5 % 1 ppm-100 % 12Topline < 1 % < 5 % 10 ppm-100% 12Opción Longlife 24/36/60: plazo de estabilidad prolongado (24-36-60 meses)Opción Accredited: con certificado de calibrado de un laboratorio acreditado según ISO 17025

Las mezclas de la categoría Tecline seentregan sin certificado y de acuerdo con unaespecificación estándar. Típicamente, lasmezclas Tecline se emplean como gasesindustriales o de proceso. La categoría Lablineengloba los gases de ensayo con certificado.Su tolerancia es del 5% y su precisiónnormalmente del 2%. Para las tareas demedición de alta precisión, recomendamos elcalibrado con mezclas de la categoría Topline,cuya precisión mejora el 1%. Para el análisisde trazas y ultratrazas disponemos de lacategoría Traceline, con concentraciones delorden de ppb.

Fabricación de mezclas de gasesLa técnica dinámica permite la producciónmasiva y el llenado de mezclas de gasesestándar. A través de un regulador volumétricode masas se controlan dos o más caudalesvolumétricos de los componentes y del gasportador. Se homogenizan en una cámaramezcladora; si fuese necesario, se analiza lamezcla después de la cámara mezcladora, y secomprime en las botellas. La composición de lamezcla del mismo lote es idéntica, con muy bajasvariaciones.

Por esta razón, la producción dinámica es elmétodo elegido para las mezclas estándar(Tecline).

Con el embotellado manométrico de mezclasgaseosas se suman las presiones parciales de loscomponentes según la ley de Raoult. En esteprocedimiento se mide el aumento de la presiónen el recipiente durante la adición de cada uno delos componentes de la mezcla y después de ellaa una temperatura definida. La tolerancia deproducción depende principalmente de laprecisión del manómetro y de la medición de latemperatura. La ventaja de este método resideen su gran flexibilidad. Se pueden producir todotipo de mezclas si la presión parcial alcanzaórdenes de magnitud mensurables. Su incon-veniente es la escasa precisión que presentasistemáticamente el proceso. Con los análisis decada botella efectuados al final, por regla generalse puede determinar el valor real de los compo-nentes con mucha mayor exactitud. De ahí quese certifiquen los valores del análisis y suincertidumbre.

Por el método gravimétrico se envasancomponentes individuales. Se obtienendirectamente las proporciones de masa que sepueden convertir en proporciones de cantidad demateria. Dado que el procedimiento de pesadoes una de las técnicas de medición física másexactas que existen, es posible producir mezclasgaseosas de alta precisión con este método. Elanálisis de control cuantitativo normalmente noalcanza esa precisión. A él se recurre exclusi-vamente para determinar los parámetros deproceso. Se certifican el valor obtenido pormétodo gravimétrico y su incertidumbre. 

Embotellado manométrico de mezclas de gases

Si no es posible conseguir la precisión deseadamediante dosificación directa de los compo-nentes (por ejemplo, cuando el contenido desustancias más ligeras es reducido), se recurre,para la producción definitiva de la mezcla, a una ovarias mezclas previas con mayor contenido delos componentes deseados, obtenidas por elmétodo gravimétrico.

HomogeneizaciónInmediatamente después del embotelladogravimétrico o manométrico, se pueden formarcapas de cada uno de los componentes en elrecipiente de gas a presión. Para garantizar elmezclado homogéneo de todos ellos, se hacenrodar los recipientes en posición aproximada-mente horizontal.

Procedimiento de análisisLas herramientas analíticas para determinar lacomposición de las mezclas gaseosas y los gasesde ensayo comprenden un amplio espectro demétodos de análisis físicos y químicos, que vandesde el análisis monitorizado y la espectrometríapor infrarrojos o ultravioletas hasta la cromato-grafía de gases, pasando por la espectrometríade masas.

Para las mezclas de varios componentes se usala cromatografía de gases. Con sus diferentesversiones  de detectores y columnas de separa-ción, este método ofrece soluciones apropiadasincluso para análisis muy específicos. 

Para los gases químicamente reactivos se puedeusar la medición de conductividad, la potencio-metría, y los clásicos métodos de titrimetría.En conjunto, la precisión alcanzable en losanálisis se encuentra en en el rango de ± 2%relativo. Además, por métodos especiales decalibrado altamente desarrollados se puedenalcanzar precisiones de medición de hasta el± 1% relativo.Con el análisis monitorizado (espectrometríaIR o UV no dispersiva, quimioluminiscencia,totalización de la ionización de llama) sepueden registrar de forma simple, rápida yexacta componentes concretos, por ejemplo,los IRactivos.

TrazabilidadLa mayoría de los métodos empleados paradeterminar contenidos son métodos relativos.Es necesario garantizar, a través de medidasapropiadas, que los resultados obtenidos sonreducibles a patrones conocidos. En la deter-minación gravimétrica del contenido, esto selogra graduando las básculas instaladas conpatrones de peso certificados. De esta manera,los resultados producidos por la misma, es decir,las indicaciones de contenidos en las mezclasgaseosas fabricadas gravimétricamente, serándirectamente convertibles a la unidad estándar demasa de cada uno de los países productores.

La determinación analítica de contenidos se basaen los gases de calibración empleados ennuestros laboratorios. Aquí aparecen comoexcepción las mezclas de gases de alta precisiónproducidas gravimétricamente. Cuando esposible, éstas se confirman a través demateriales de referencia estándar (MRS)elaborados por instituciones extranjeras (porejemplo el NIST [National Institute of Standardsand Technology, EE.UU.], el NMi [NederlandsMeetinstitut, Países Bajos]o el BAM[Bundesanstalt für Materialforschung und–prüfung, Alemania]). Si los contenidos sedeterminan mediante comparación directa condichos materiales de referencia estándar, losproductos se consideran directamenteconvertibles a estos valores normales.  

Método gravimétrico

Los análisis de elevada precisióngarantizan la calidad de la mezcla de gases

CertificadosTodas las mezclas de gases producidasindividualmente se entregan con un certificado,que contiene todos los detalles fundamentalesde los componentes de la mezcla y de lacomposición de la misma (contenido eincertidumbre), así como del recipiente. Todoslos recipientes cuentan con una etiqueta dondefigura un certificado en forma resumida. Losdatos del certificado resultan acordes con lasnormas vigentes en cada uno de los paíseseuropeos respectivamente, o con los estándaresen ISO.

Servicio y asesoramientoLas mezclas de gases posibles son tannumerosas como sus aplicaciones. No siemprees fácil escoger las mezclas adecuadas para cadauso. A menudo, la viabilidad de fabricación, asícomo los posibles costes, representan factoresrestrictivos. Nuestros asesores estaránencantados de ayudarle en la elección de lasolución óptima según sus exigencias.¡Consúltenos!

AcreditaciónLa fiabilidad de los datos de contenido de uncertificado de análisis de gases de ensayoconstituye un criterio de calidad decisivo.Expertos independientes han confirmado quenuestros clientes pueden confiar en nuestrainformación: algunos de los laboratorios deanálisis de Messer han sido acreditados comolaboratorios de ensayo por las autoridadesnacionales competentes. En Suiza, la encargadade esto es METAS (Metrology and AccreditationSwitzerland). Su acreditación significa que lacompetencia especializada de un laboratorio deanálisis ha sido confirmada por expertosindependientes. Para ello, se toma como base unestándar de calidad internacionalmentereconocido en la EN ISO 17025. Si los usuarios lodesean, para muchas mezclas de gases puedenrecibir, además del certificado estándar deMesser, un certificado de calibrado (calibrationcertificate) acorde con las normas del laboratoriode calibrado acreditado (opción Accredited). 

Messer Ibérica de Gases, S.A.Autovía Tarragona-Salou, km.3,8

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