Ar líquido - Liquid air
O ar líquido é o ar que foi resfriado a temperaturas muito baixas ( temperaturas criogênicas ), de modo que se condensou em um líquido móvel azul claro. Para isolá-lo termicamente da temperatura ambiente , ele é armazenado em recipientes especializados ( freqüentemente são usados frascos isolados a vácuo ). O ar líquido pode absorver calor rapidamente e voltar ao estado gasoso. É frequentemente usado para condensar outras substâncias em líquido e / ou solidificá-las, e como uma fonte industrial de nitrogênio , oxigênio , argônio e outros gases inertes por meio de um processo chamado separação de ar .
Propriedades
Ar líquido tem uma densidade de aproximadamente 870 kg / m 3 (870 g / L ; 0,87 g / cm 3 ). A densidade de uma determinada amostra de ar varia dependendo da composição dessa amostra (por exemplo, umidade e CO
2concentração). Como o ar gasoso seco contém aproximadamente 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de argônio , a densidade do ar líquido na composição padrão é calculada pela porcentagem dos componentes e suas respectivas densidades de líquido (ver nitrogênio líquido e oxigênio líquido ). Embora o ar contenha traços de dióxido de carbono (cerca de 0,040%), o dióxido de carbono se solidifica da fase gasosa sem passar pela fase líquida intermediária e, portanto, não estará presente no ar líquido a pressões inferiores a 5,1 atm (520 kPa ).
O ponto de ebulição do ar líquido é −194,35 ° C (78,80 K ; −317,83 ° F ), intermediário entre os pontos de ebulição do nitrogênio líquido e do oxigênio líquido . No entanto, pode ser difícil manter uma temperatura estável enquanto o líquido ferve, uma vez que o nitrogênio irá ferver primeiro, deixando a mistura rica em oxigênio e mudando o ponto de ebulição. Isso também pode ocorrer em algumas circunstâncias devido à condensação de oxigênio do ar líquido da atmosfera.
O ar líquido congela a aproximadamente 58 K (-215,2 ° C; -355,3 ° F), também na pressão atmosférica padrão.
Preparação
Princípio de produção
Os constituintes do ar já foram conhecidos como "gases permanentes", pois não podiam ser liquefeitos apenas por compressão à temperatura ambiente. Um processo de compressão aumentará a temperatura do gás. Este calor é removido por resfriamento à temperatura ambiente em um trocador de calor e, em seguida, expandido pela ventilação em uma câmara. A expansão causa uma redução da temperatura e, por troca de calor em contra-fluxo do ar expandido, o ar pressurizado que entra no expansor é ainda mais resfriado. Com compressão, fluxo e remoção de calor suficientes, eventualmente se formarão gotículas de ar líquido, que podem então ser empregadas diretamente para demonstrações de baixa temperatura.
Os principais constituintes do ar foram liquefeitos pela primeira vez pelos cientistas poloneses Zygmunt Florenty Wróblewski e Karol Olszewski em 1883.
Dispositivos para a produção de ar líquido são simples o suficiente para serem fabricados pelo experimentador usando materiais comumente disponíveis.
Processo de fabricação
O processo mais comum para a preparação de ar líquido é o ciclo Hampson-Linde de duas colunas usando o efeito Joule-Thomson . O ar é alimentado a alta pressão (> 75 atm (7.600 kPa ; 1.100 psi )) na coluna inferior, na qual é separado em nitrogênio puro e líquido rico em oxigênio. O líquido rico e parte do nitrogênio são alimentados como refluxo na coluna superior, que opera a baixa pressão (<25 atm (2.500 kPa; 370 psi)), onde ocorre a separação final em nitrogênio puro e oxigênio. Um produto de argônio bruto pode ser removido do meio da coluna superior para purificação adicional.
O ar também pode ser liquefeito pelo processo de Claude , que combina resfriamento por efeito Joule-Thomson , expansão isentrópica e resfriamento regenerativo.
Aplicativo
Nos processos de fabricação, o produto de ar líquido é tipicamente fracionado em seus gases constituintes na forma líquida ou gasosa, uma vez que o oxigênio é especialmente útil para soldagem e corte de gás combustível e para uso médico, e o argônio é útil como uma proteção excluindo oxigênio gás na soldagem a arco de gás tungstênio . O nitrogênio líquido é útil em várias aplicações de baixa temperatura, sendo não reativo em temperaturas normais (ao contrário do oxigênio) e fervendo a 77 K (−196 ° C; −321 ° F).
Transporte e armazenamento de energia
Entre 1899 e 1902, o automóvel Liquid Air foi produzido e demonstrado por uma empresa conjunta americana / inglesa, com a alegação de que poderiam construir um carro que rodasse cem milhas com ar líquido.
Em 2 de outubro de 2012, o Instituto de Engenheiros Mecânicos disse que o ar líquido poderia ser usado como meio de armazenamento de energia. Isso foi baseado em uma tecnologia que foi desenvolvida por Peter Dearman, um inventor de garagem em Hertfordshire , Inglaterra, para motores de veículos.
Veja também
- Nitrogenio liquido
- Oxigênio líquido
- Armazenamento de energia criogênica
- Gás industrial
- Liquefação de gases
- Veículo de nitrogênio líquido