Cuando hoy pensamos en los modernos sistemas de mezcla de gases para la transición energética, estamos trabajando sobre una base que se sentó a principios del siglo XIX: la ley de Avogadro. Ya en 1811, Amedeo Avogadro reconoció que volúmenes iguales de gases diferentes -a temperatura y presión idénticas- contienen siempre el mismo número de partículas. Esta observación sencilla pero fundamental condujo más tarde directamente a la ley de los gases ideales (ley de los gases ideales, ecuación térmica de estado de los gases ideales). Esto permitió describir por primera vez la relación entre volumen, presión, temperatura y cantidad de sustancia con precisión matemática (p x V = n x R x T, es decir, el producto de la presión y el volumen es igual al producto de la cantidad de sustancia en moles, la constante molar de los gases y la temperatura termodinámica).
¿Por qué es esto tan importante para la tecnología de mezcla de gases? Sencillamente, la producción de mezclas de gases -ya sea en sistemas estáticos o dinámicos- consiste esencialmente en suministrar determinadas cantidades de gases diferentes en la proporción correcta entre sí. La ley de Avogadro proporciona precisamente la base física para mezclar de forma fiable flujos de volumen, flujos de masa y cantidades de material. Siempre que se conozcan la presión y la temperatura de los gases.
Por eso, tanto en los sistemas estáticos como en los dinámicos de mezcla de gases de LT GASETECHNIK, primero se establece una igualdad de presión controlada y reproducible entre los gases de entrada.
Mezclador de gas tipo estático
En los llamados mezcladores de gas estáticos o manuales, se suelen utilizar caudalímetros de área variable y válvulas de control manuales. El caudal volumétrico de cada gas se ajusta manualmente mediante válvulas de control. Si la temperatura y la presión son constantes, el volumen medido es directamente proporcional al número de partículas y, por tanto, a la cantidad de sustancia.
En la práctica, esto significa, por ejemplo, para la producción de un gas con un 18% de hidrógeno en gas natural: si abres la válvula para el hidrógeno (H2) de modo que fluyan 18 Nm³/h a través del caudalímetro de área variable y la válvula para el gas natural de modo que fluyan 72 Nm³/h, entonces la mezcla contiene un 18% de H2 y un 72% de gas natural, exactamente como sugiere la ley de Avogadro. No es necesaria una compleja tecnología de sensores, siempre que las condiciones límite permanezcan constantes.
Esta tecnología es robusta, económica y está probada. Se utiliza sobre todo cuando se requieren mezclas de gases sencillas pero precisas, con condiciones estables de presión y temperatura. Sin embargo, alcanza sus límites cuando cambian las condiciones de funcionamiento o se requiere la máxima precisión. Por eso, se ofrecen mezcladores estáticos de gas de alta calidad con garantías de hasta +/- 0,5 vol% de precisión en las mismas condiciones de funcionamiento.
Las fluctuaciones de presión pueden eliminarse utilizando reguladores de presión de cúpula de alta calidad. Las diferentes influencias de la temperatura en los gases individuales distorsionan la proporcionalidad entre el caudal volumétrico y la cantidad de sustancia, y desplazan la relación de mezcla.
Sistemas dinámicos de mezcla de gases
Los sistemas dinámicos de mezcla de gases equipados con controladores de caudal másico (MFC) o una combinación de medición de caudal másico y válvulas de control automatizadas funcionan de forma diferente. Estos sistemas miden la cantidad de sustancia o el caudal másico del gas directamente y de forma compensada con la temperatura. Como la masa está directamente relacionada con la cantidad de sustancia a través de la masa molar, la ley de Avogadro sigue siendo el principio subyacente también en este caso: la relación entre el número de partículas y el volumen puede tenerse en cuenta con precisión en tiempo real a través de la medición de la presión y la temperatura.
En estos sistemas, los gases se mezclan con gran precisión, independientemente de las fluctuaciones externas. Esto es especialmente importante en procesos en los que incluso las desviaciones más pequeñas pueden tener un gran impacto. Estos sistemas de mezcla de gases se ofrecen con garantías de hasta +/-0,1 vol.% de precisión en las mismas condiciones de funcionamiento.
Otra ventaja de los sistemas dinámicos es su flexibilidad. Las proporciones de mezcla se pueden ajustar automáticamente, las recetas se pueden almacenar y consultar digitalmente, y los sistemas reaccionan a los cambios en los valores establecidos en fracciones de segundo. Aquí, las leyes clásicas de los gases se combinan con la moderna tecnología de automatización para crear una potente herramienta.
¿Base para la transición energética?
De una ley de 200 años a la descarbonización hay un largo trecho, pero Avogadrosche sienta las bases. Porque con la transición energética, la tecnología de mezcla de gases adquiere aún más importancia. La integración gradual del hidrógeno en las infraestructuras existentes o el uso de propano verde (rLPG) mezclado con aire requieren mezclas de gas precisas. La ley de Avogadro proporciona la base teórica para unos procesos reproducibles y seguros.
Esta combinación de descubrimientos científicos de 200 años de antigüedad y tecnología industrial de vanguardia demuestra lo estrechamente vinculadas que están las leyes clásicas de la naturaleza y la moderna tecnología de ingeniería. No hay leyes de los gases sin Avogadro, ni sistemas precisos de mezcla de gases sin él.