La desgasificación , también conocida como desgasificación , es la eliminación de gases disueltos en líquidos , especialmente agua o soluciones acuosas. Existen numerosos métodos para eliminar gases de líquidos.
Los gases se eliminan por diversas razones. Los químicos eliminan los gases de los disolventes cuando los compuestos con los que trabajan son posiblemente sensibles al aire o al oxígeno ( técnica sin aire ) o cuando la formación de burbujas en las interfases sólido-líquido se convierte en un problema. La formación de burbujas de gas cuando un líquido está congelado también puede ser indeseable, por lo que es necesario desgasificarlo previamente.
La solubilidad de un gas obedece a la ley de Henry , es decir, la cantidad de un gas disuelto en un líquido es proporcional a su presión parcial . Por lo tanto, colocar una solución bajo presión reducida hace que el gas disuelto sea menos soluble. La sonicación y la agitación bajo presión reducida generalmente pueden mejorar la eficiencia. Esta técnica a menudo se conoce como desgasificación al vacío . Se utilizan cámaras de vacío especializadas, llamadas desgasificadores de vacío , para desgasificar materiales mediante la reducción de presión.
En términos generales, un disolvente acuoso disuelve menos gas a mayor temperatura, y viceversa para los disolventes orgánicos (siempre que el soluto y el disolvente no reaccionen). En consecuencia, calentar una solución acuosa puede expulsar el gas disuelto, mientras que enfriar una solución orgánica tiene el mismo efecto. La ultrasónica y la agitación durante la regulación térmica también son eficaces. Este método no necesita ningún aparato especial y es fácil de llevar a cabo. En algunos casos, sin embargo, el disolvente y el soluto se descomponen, reaccionan entre sí o se evaporan a alta temperatura, y la velocidad de eliminación es menos reproducible .
Las membranas de separación de gas-líquido permiten el paso de gas, pero no de líquido. Al hacer fluir una solución dentro de una membrana de separación de gas-líquido y evacuarla hacia el exterior, el gas disuelto sale a través de la membrana . Este método tiene la ventaja de poder evitar la redisolución del gas, por lo que se utiliza para producir disolventes muy puros. Las nuevas aplicaciones se encuentran en los sistemas de inyección de tinta, donde el gas de la tinta forma burbujas que degradan la calidad de impresión; se coloca una unidad desgasificadora antes del cabezal de impresión para eliminar el gas y evitar la acumulación de burbujas, manteniendo una buena calidad de impresión y de inyección.
Los tres métodos anteriores se utilizan para eliminar todos los gases disueltos. A continuación se presentan métodos para una eliminación más selectiva.
Los procesadores de líquidos ultrasónicos son un método de uso común para eliminar gases disueltos y/o burbujas de gas arrastradas de diversos líquidos. La ventaja de este método es que la desgasificación ultrasónica se puede realizar en un modo de flujo continuo, lo que lo hace adecuado para la producción a escala comercial. [1] [2] [3]
Burbujear una solución con un gas de alta pureza (normalmente inerte) puede extraer gases disueltos no deseados (normalmente reactivos) como el oxígeno y el dióxido de carbono . El nitrógeno , el argón , el helio y otros gases inertes se utilizan habitualmente. Para maximizar este proceso llamado burbujeo , la solución se agita vigorosamente y se burbujea durante un tiempo prolongado. Debido a que el helio no es muy soluble en la mayoría de los líquidos, es especialmente útil para reducir el riesgo de burbujas en los sistemas de cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC).
Si se debe eliminar el oxígeno, la adición de reductores a veces es eficaz. Por ejemplo, especialmente en el campo de la electroquímica , el sulfito de amonio se utiliza con frecuencia como reductor porque reacciona con el oxígeno para formar iones sulfato . Aunque este método se puede aplicar solo al oxígeno e implica el riesgo de reducción del soluto, el oxígeno disuelto se elimina casi por completo. El radical cetilo del sodio y la benzofenona también se puede utilizar para eliminar tanto el oxígeno como el agua de disolventes inertes como los hidrocarburos y los éteres; el disolvente desgasificado se puede separar por destilación . Este último método es particularmente útil porque una alta concentración de radical cetilo genera un color azul intenso, lo que indica que el disolvente está completamente desgasificado.
En esta técnica a escala de laboratorio, el fluido que se va a desgasificar se coloca en un matraz Schlenk y se congela rápidamente, generalmente con nitrógeno líquido . A continuación, se aplica vacío, tal vez para alcanzar un vacío de 1 mm Hg (con fines ilustrativos). El matraz se sella de la fuente de vacío y se deja que el disolvente congelado se descongele. A menudo, aparecen burbujas al fundirse. El proceso se repite típicamente un total de tres ciclos. [4] El grado de desgasificación se expresa mediante la ecuación (1/760) 3 para el caso de una presión inicial de 760 mm Hg, un vacío de 1 mm Hg y un número total de ciclos de tres. [5]
La levadura utiliza el azúcar para producir alcohol y dióxido de carbono. En la vinificación , el dióxido de carbono es un subproducto no deseado para la mayoría de los vinos. Si el vino se embotella rápidamente después de la fermentación , es importante desgasificarlo antes de embotellarlo.
Las bodegas pueden omitir el proceso de desgasificación si envejecen sus vinos antes de embotellarlos. Almacenar los vinos en barriles de acero o roble durante meses y, a veces, años, permite que los gases se liberen del vino y escapen al aire a través de esclusas de aire.
El método más eficiente de desgasificación industrial de aceite es el procesamiento al vacío , que elimina el aire y el agua disueltos en el aceite. [6] Esto se puede lograr mediante:
En el vacío se alcanza un equilibrio entre el contenido de humedad y aire (gases disueltos) en la fase líquida y gaseosa. El equilibrio depende de la temperatura y de la presión residual. Cuanto menor sea la presión, más rápido y con mayor eficacia se eliminan el agua y el gas.
La desgasificación no intencionada puede ocurrir por diversas razones, como la liberación accidental de metano ( CH 4 ) del fondo marino durante la actividad humana, como la exploración submarina por parte de la industria energética . Los procesos naturales, como el movimiento de las placas tectónicas, también pueden contribuir a la liberación de metano del fondo del océano. En ambos casos, el volumen de CH 4 liberado puede contribuir significativamente al cambio climático . [7] [8]