DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE EVAPORACIÓN DE LA ACETONA

RENATO ZARGES KNABE2008

1) Fórmula Química : CH3 (CO) CH3

Peso Molecular :

Propiedades físicas

Estado de agregación: LíquidoApariencia : IncoloroDensidad : 790 kg/m3; 0,79 g/cm3Masa : 58,09 uPunto de fusión : 178,2 K (-94,9 °C)Punto de ebullición : 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

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3 Ecuación del Tiempo y Volumen Evaporado:

Ver curvas obtenidas en el anexo.

Condiciones ambientales en sala de experimentación:

Temperatura 24º CHumedad relativa 45 %Presión Atmosférica 767 mm/hgHora experimento 20: 00Ventilación Sin movimiento de masas de aire que puedan sentirse al

contacto con la piel

Ecuación característica 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 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

3

Ecuación característica 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 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 = ∫ 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 días-

Respuesta; se demoraría 3.179 días.

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 días-

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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 disminuyóAl 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:

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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 = ∫ 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 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.

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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 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 • 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:

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

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II Método experimental:

1- Se coloca sobre la pesa una cantidad de agorex 602- Se realiza una primera medición 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 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 cm2K = constante de evaporación para el producto buscada.

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

Límite Permisible Ponderado

Límite 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 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

• Inhalación

Salivación, confusión mental, tos, vértigo, somnolencia, dolor de cabeza, dolor de garganta, pérdida del conocimiento.

Ventilación, extracción localizada o protección respiratoria.

Aire limpio, reposo y proporcionar asistencia médica.

• Piel

Piel seca, enrojecimiento.

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

• Ojos

Enrojecimiento, dolor, visión borrosa. Posible daño en la córnea.

Gafas de protección 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 médica.

• Ingestión Náuseas, vómitos (para mayor información, véase Inhalación).

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

Enjuagar la boca y proporcionar asistencia médica.

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8) Clasificación de aerosoles y gases de acuerdo con la clasificación de agentes ambientales:

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.

Agentes Químicos

Aerosoles

Gases

Sólidos

Líquidos

Verdaderos

Vapores

Polvos

Humos

Rocíos

Nieblas

Inorgánicos

Orgánicos

Silíceos

No Silíceos

Naturales

Sintéticos

Irritantes

Asfixiantes

Anestésicos

Humo smoke

Humo metálico fume

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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

EvaporaciónLa 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.

EbulliciónLa 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.

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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.

SublimaciónEs 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.

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ANEXO

Ficha Internacional de Seguridad Química

Curvas Evaporación Acetona Envase 1

Curvas Evaporación Acetona Envase 2

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Fichas Internacionales de Seguridad Química

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, dióxido de carbono.

EXPLOSION

Las mezclas vapor/aire son explosivas.

Sistema cerrado, ventilación, equipo eléctrico y de alumbrado a prueba de explosión. NO utilizar aire comprimido para llenar, vaciar o manipular.

En caso de incendio: mantener fríos los bidones y demás instalaciones rociando con agua.

EXPOSICION

• Inhalación Salivación, confusión mental, tos, vértigo, somnolencia, dolor de

Ventilación, extracción localizada o protección

Aire limpio, reposo y proporcionar asistencia médica.

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cabeza, dolor de garganta, pérdida 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, visión borrosa. Posible daño en la córnea.

Gafas de protección 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 médica.

• Ingestión Náuseas, vómitos (para mayor información, véase Inhalación).

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

Enjuagar la boca y proporcionar asistencia médica.

DERRAMES Y FUGAS ALMACENAMIENTO ENVASADO Y ETIQUETADO

Ventilar. Recoger el líquido procedente de la fuga en recipientes 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).

A prueba de incendio. Separado de oxidantes fuertes.

Clasificación 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 colaboración entre el IPCS y la CCE. © CCE, IPCS, 1991. Versión española traducida y editada por el INSHT

Fichas Internacionales de Seguridad Química

ACETONA ICSC: 0087

ESTADO FISICO; ASPECTO EFECTOS DE EXPOSICION DE

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DATOS

IMP0RTANTE

Líquido incoloro, de olor característico.

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

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.

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.

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 hígado, el riñón y el tracto gastrointestinal.

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.

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

DATOSAMBIENTALES

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

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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 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 (*).

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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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