Acetileno.

El uso del acetileno en soldadura

El acetileno es un hidrocarburo (C₂H₂), un gas incoloro e inflamable que se transporta disuelto en un solvente. Posee un característico olor similar al ajo y está clasificado como un asfixiante simple (ACGHI 1994-95). Se recomienda a los usuarios no descargar acetileno a presiones superiores a 103 kPa (15 psig), lo cual está indicado con la línea roja en los manómetros de acetileno.

• Peso molecular: 26,038
• Gravedad específica (aire = 1): 0,91 a 0 °C (32 °F)
• Volumen específico: 0,09 m³/kg a 156 °C (14,5 ft³/lb a 60 °F)
• Temperatura crítica: 35,2 ºC (95,3 ºF)
• Presión crítica: 6139,3 kPa (890,4 psia)

El acetileno tiene una cualidad endotérmica, ya que absorbe calor durante su formación y lo libera durante la combustión. A diferencia de la mayoría de los hidrocarburos, que son exotérmicos (liberan calor al formarse), el acetileno almacena energía y la libera cuando se descompone.

Como gas combustible, el acetileno genera 1433 Btu por pie cúbico, de los cuales:

• 277 Btu provienen de la combustión del hidrógeno.
• 928 Btu resultan de la combustión del carbono en dióxido de carbono.
• 228 Btu provienen de su característica endotérmica.

La fórmula química del acetileno es C₂H₂, lo que indica que dos átomos de carbono (peso atómico 12) se combinan con dos átomos de hidrógeno (peso atómico 1,008), lo que equivale a 92,3% de carbono y 7,7% de hidrógeno.

El hidrocarburo gaseoso más cercano es el etileno (C₂H₄), que contiene 85% de carbono y 15% de hidrógeno. Sin embargo, el acetileno posee el mayor porcentaje de carbono de todos los hidrocarburos gaseosos y es el único hidrocarburo insaturado con propiedades endotérmicas.

Debido a estas características, la llama de oxiacetileno genera un calor extremadamente intenso. La temperatura máxima teórica de la llama de oxiacetileno es de 4359°C (7878°F), aunque en la práctica la temperatura de trabajo es de aproximadamente 3316°C (6000°F). Ningún otro gas combustible puede alcanzar esta temperatura; solo se supera con procesos de arco eléctrico, haz de electrones y láser.

El acetileno generalmente se combina con oxígeno para intensificar el calor de la llama y permitir procesos de soldadura. También puede combinarse con aire, pero la temperatura de la llama resultante es significativamente menor, por lo que su uso se limita a aplicaciones específicas.

1. Llama neutra: Se obtiene al mezclar oxígeno y acetileno en proporciones iguales. Se identifica por su cono blanco luminoso y una envoltura exterior casi incolora con bordes azulados o anaranjados. Es la más utilizada para la mayoría de los procesos de soldadura.

   

   Fig. llama neutra

2. Llama oxidante: Se genera cuando hay un exceso de oxígeno en la mezcla. Se caracteriza por un cono interior más corto y una envoltura exterior reducida. Es más caliente que la llama neutra y puede provocar la formación de óxidos no deseados en algunos metales. Se usa en soldadura fuerte, revestimiento de bronce, soldadura con gas de hierro fundido, latón, bronce y aleaciones de zinc.

   

   Fig. llama oxidante

3. Llama carburante: Se produce cuando hay un exceso de acetileno. Se distingue por una pluma verdosa entre el cono interior y la envoltura exterior. Contiene partículas de carbono incandescentes que pueden incorporarse al metal fundido, afectando su estructura.

   

   Fig. llama carburante

Gracias a su intenso calor y facilidad de control, la llama de oxiacetileno se usa en una gran variedad de procesos, como:

• Soldadura fuerte
• Biselado y ranurado
• Revestimiento duro
• Corte de metales
• Doblado y enderezado en caliente
• Tratamientos térmicos como endurecimiento y ablandamiento de metales

A pesar de la existencia de técnicas de soldadura más avanzadas, la soldadura oxiacetilénica sigue siendo popular hoy en día, especialmente para soldar láminas delgadas, precalentar piezas, doblado en caliente y reparaciones en general.

El acetileno se obtiene de dos formas principales:

1. Generadores de acetileno: Se produce por la reacción química entre carburo de calcio (CaC₂) y agua.
2. Craqueo de hidrocarburos en plantas químicas.

En el método del generador, el carburo de calcio se reacciona con agua, lo que libera acetileno y genera hidróxido de calcio (cal apagada) como subproducto.

Existen dos métodos de generación:

• Carburo al agua (utilizado principalmente en EE. UU.).
• Agua al carburo (preferido en Europa).

Debido a sus características, los cilindros de acetileno son completamente distintos a los de otros gases. En su interior, contienen un material poroso impregnado con acetona, lo que permite almacenar el gas de manera estable y segura.

Los cilindros de acetileno más comunes tienen capacidades de 0,28 a 8,5 m³ y mantienen el gas a una presión de 1724 kPa (250 psi).

Antes de 1904, no existían cilindros adecuados para el acetileno. En 1897, los científicos Claude y Hess descubrieron que la acetona podía absorber grandes cantidades de acetileno, lo que permitió su almacenamiento seguro.

Desde entonces, la tecnología de cilindros ha mejorado con el desarrollo de rellenos estabilizadores, pasando de cemento de magnesio y asbesto a materiales más seguros como silicato de calcio y fibra de vidrio.

El proceso de fabricación de los cilindros de acetileno incluye:

1. Moldeo y soldadura: Se estiran en frío y se sueldan con arco sumergido.
2. Normalización térmica: Se someten a tratamiento térmico para aliviar tensiones.
3. Llenado con material poroso: Se inyecta silicato de calcio o materiales equivalentes.
4. Secado y curado: Se hornean a 315°C (600°F) para eliminar la humedad.
5. Pruebas de seguridad: Se someten a ensayos de presión, inflamación y resistencia al impacto.

Los cilindros deben superar pruebas rigurosas para cumplir con normativas de seguridad, incluyendo:

• Prueba de inflamación: Simula un incendio para evaluar la estabilidad del cilindro.
• Prueba de retroceso de llama: Verifica que el cilindro no explote en caso de un retroceso de llama.
• Prueba funcional: Simula impactos mecánicos para evaluar su resistencia.

Términos destacados :

CILINDROS DE ACETILENO

Manipulación Segura:

En condiciones ambientales, el aumento de la presión y la disminución de la temperatura pueden licuar el acetileno. A temperaturas extremadamente bajas, el acetileno puede solidificarse.

El peligro en el punto de licuefacción o solidificación (y la principal razón por la que el acetileno no se puede distribuir de esta forma) es que las presiones necesariamente altas crean un producto muy inestable. A la menor provocación, el acetileno comprimido se disociará en sus componentes químicos, carbono e hidrógeno. Esta disociación va acompañada de aumentos drásticos tanto en la temperatura como en la presión, y da como resultado una explosión.

El distribuidor de acetileno, así como el usuario, debe observar precauciones importantes:

(1) No se pueden usar eslingas, ganchos o imanes para mover cilindros. Los cilindros de acetileno deben mantenerse en posición vertical. Los cilindros no se pueden arrastrar y nunca se pueden usar o almacenar en posición horizontal.

(2) Se debe usar una carretilla de mano cuando se debe mover un cilindro de acetileno, o se debe inclinar ligeramente el cilindro y hacerlo rodar sobre su borde inferior.

(3) Se debe elegir un área de almacenamiento de cilindros que esté bien alejada de cualquier fuente de calor, y el área debe estar señalizada con carteles visibles que prohíban fumar o usar llamas o luces abiertas.

(4) Si los cilindros se almacenan al aire libre, no se debe permitir que se acumule suciedad, nieve o hielo en las válvulas o dispositivos de seguridad.

(5) Los cilindros deberían estar asegurados con cadenas o cuerdas pesadas para que no puedan volcarse accidentalmente.

(6) Un cilindro con fugas debe manipularse con sumo cuidado; debe retirarse inmediatamente del área de almacenamiento después de verificar que no se acerquen fuentes de ignición. El proveedor debe ser notificado inmediatamente.

(7) No se debe recargar un cilindro con otro, ni se deben mezclar otros gases en un cilindro de acetileno.

(8) Nunca se debe usar tubería de cobre para transportar acetileno. El acetileno reaccionará con el cobre para formar acetiluro de cobre, un compuesto inestable que puede explotar espontáneamente.