Principali applicazioni GAS TECNICI

L‘acetilene è un gas di combustione standard utilizzato con l’ossigeno per la saldatura dei metalli e il taglio dell’acciaio (processo ossiacetilenico o autogeno).

La potenziale versatilità dell’acetilene nella sintesi organica apre la strada a numerose applicazioni nell’industria chimica, come quelle per la produzione di componenti di profumeria, vitamine, additivi per polimeri, solventi e composti tensioattivi. 

Lʼanidride carbonica (o diossido di carbonio), formula chimica CO₂ , è un ossido acido di fondamentale importanza nei processi vitali di piante e animali, coinvolto nella fotosintesi, nella respirazione e nelle combustioni.

CONTROLLO DEL Ph
Il biossido di carbonio (CO2) è un gas insapore, incolore, inodore e non infiammabile. Disciolto in acqua forma l’acido carbonico (H2CO3), un acido “debole” che ne abbassa il pH. Ha un’azione batteriostatica, essendo in grado di inibire la crescita di un’ampia gamma di batteri aerobi e di muffe. Nella sua forma solida, è noto come ghiaccio secco.

 ANIDRIDE CARBONICA NELLE COLTURE PROTETTE
Da più di 30 anni la ricerca ha dimostrato che l’incremento della concentrazione di CO 2 ambientale, definita anche come concimazione carbonica, provoca un aumento della crescita su molte specie vegetali, un netto aumento della qualità delle produzioni e soprattutto una riduzione della durata del ciclo produttivo, anche se spesso l’entità dell’incremento è condizionato dal genotipo.

DISINFEZIONE CEREALI
La natura batteriostatica dell’anidride carbonica è utilizzata negli stoccaggi, di grandi dimensioni, per prodotti cerealicoli, al fine di eliminare la presenza di parassiti ed altri organismi.

CRIOSABBIATURA
La sabbiatura criogenica, criopulizia o dry ice blasting consiste nel proiettare a velocità sonica o supersonica piccoli pellets di ghiaccio secco, ovvero anidride carbonica solida alla temperatura di -78.5°C, sulla superficie da trattare e pulire. Gli effetti combinati meccanici e termici (basse temperature) risultano particolarmente efficaci in molteplici applicazioni e settori industriali per una pulizia a basso impatto ambientale e senza residui.Alcune bevande, tra cui la birra e i vini frizzanti, contengono diossido di carbonio come conseguenza della fermentazione subita.
Le acque minerali frizzanti e le bibite gassate devono la loro effervescenza all’aggiunta intenzionale di diossido di carbonio, commercialmente identificato dalla sigla E290. Si sceglie la CO₂ perché è estremamente solubile in acqua, molto più dell’ossigeno.

Trattasi di Gas inerte che nella lavorazione dei metalli viene usato come Gas di protezione, processi di saldatura MIG-MAG e TIG, altresì utilizzato per ottenere un ambiente inerte, privo di ossigeno e azoto per la ricottura e laminatura dei metalli e delle leghe.

Viene utilizzato in tutti i processi di inertizzazione nei quali la pur bassa attività chimica dell’azoto rappresenta un problema per la qualità del prodotto e la sicurezza, l’argon viene preferito come agente inertizzante e di polmonazione.

Svariate altre applicazioni tra cui  il riempimento di bulbi luminosi ad incandescenza e fluorescenza per l’ottenimento di una luce blu nelle lampade al neon, riempimento dell’intercapedine nei vetri camera.

L’azoto è un gas biatomico che costituisce circa il 78% dell’atmosfera terrestre. Oltre che nell’aria, l’azoto si trova nelle proteine che costituiscono tutte le forme di vita, in alcuni depositi di idrocarburo naturale e in molti composti organici e inorganici. Questo gas ha un punto di ebollizione molto basso, a 77,35 K, (-195,82 °C). Quindi se viene ridotto allo stato liquido per compressione, poi può essere trasportato sotto pressione, e quando viene liberato, assorbe grandi quantità di calore per poter evaporare. Con questo sistema l’azoto liquido può essere utilizzato come potente refrigerante.

LAVORAZIONE DEI METALLI

• Gas di protezione al rovescio nella saldatura degli acciai inossidabili
• Gas di assistenza nel taglio Laser degli acciai inossidabili
• Pulizia, sgrassaggio e pressurrizzazione di tubazioni

CALETTAMENTO A FREDDO

La tecnica di calettamento dei pezzi meccanici, ovvero la connessione per aderenza di due superfici metalliche aventi forme geometriche uguali (albero-foro) e dimensioni differenti (dimensione del foro leggermente inferiore), può essere applicata, con mezzi adeguati:

– con operazione di forzamento con entrambi i pezzi a temperatura ambiente;
– per mezzo di dilatazione termica del pezzo femmina;
– con il sistema criogenico, cioè per contrazione della parte maschio;
– con sistema misto.

La scelta del metodo di calettamento da applicare deve tenere conto delle trasformazioni che la struttura del metallo subisce al variare della temperatura e delle sollecitazioni cui sarà soggetto il pezzo, una volta posto in opera. Con il calettamento criogenico per contrazione, il maschio da calettare viene raffreddato, immergendolo in Azoto liquido, ad una temperatura tale da provocarne la contrazione che gli permetta di accoppiarsi con la femmina mantenuta a temperatura ambiente. Il maschio, tornando a temperatura ambiente, si dilata e si blocca nel pezzo femmina secondo il valore previsto. La contrazione del maschio è funzione della forma geometrica e del materiale componente: la corretta conoscenza delle curve di trasferimento del calore così come le cautele nella gestione dell’azoto liquido sono alla base dell’applicazione tecnologica.

CRIOMACINAZIONE

Il processo di criomacinazione utilizza l’infragilimento tipico di moltissimi materiali alle bassissime temperature, al fine di macinare con elevata efficienza energetica e con aumento della qualità del prodotto finale. Alla temperatura di ebollizione dell’azoto (- 196°C) moltissimi materiali si presentano in condizione di fragilità, rendendo possibile un processo di frantumazione che, a temperature superiori, risulterebbe impossibile. Le applicazioni di questo principio sono molteplici: dalla macinazione di essenze alimentari al recupero di materie plastiche, al recupero di gomma e pneumatici. Nel caso degli pneumatici, ad esempio, quando il pezzo di pneumatico viene portato a bassissime temperature, la gomma contenuta presenta un comportamento fragile e, contemporaneamente, il legame tra la gomma e la carcassa di acciaio e tra la gomma e la tela subisce un forte indebolimento. Un impianto di criomacinazione si compone di differenti unità, a seconda dell’applicazione: il cuore è sempre il mulino criogenico, realizzato in modo da poter lavorare, senza stress termici, a bassissime temperature.

SBAVATURA CRIOGENICA

Lo stampaggio dei pezzi in gomma ha sempre presentato problemi di rifinitura. L’asportazione delle sbavature ha sempre comportato enormi costi di manodopera. Si è pensato di sfruttare l’infragilimento della gomma alle basse temperature per la rifinitura dei pezzi. A tal scopo sono state studiate apposite macchine dette buratti, in cui i manufatti, a bassa temperatura, subiscono una serie di urti che consentono l’asportazione delle bave. Il buratto è una sorta di cestello poligonale che ruota; il materiale introdotto è costretto a cadere su ogni faccia, l’introduzione di biglie o sassolini permette di aumentare gli urti che il pezzo subisce e migliorare la sbavatura. Come mezzo refrigerante si usa l’Azoto liquido.
L’Azoto liquido è risultato essere il fluido ideale per questo tipo di lavorazione, in quanto permette di raggiungere temperature estremamente basse che consentono di sbavare anche gomme siliconiche, EPDM, EPT, che non giungevano all’infragilimento con altri sistemi di raffreddamento.

PRODUZIONE DI NEVE ARTIFICIALE

L’azoto liquido è utilizzato anche per produrre neve artificiale. In realtà, quella prodotta è neve identica a quella naturale: in un “cannone” opportunamente progettato, si miscelano acqua, azoto liquido ed aria compressa, creando così le naturali condizioni per la formazione di fiocchi di neve. La qualità della neve così prodotta è assolutamente identica alla migliore neve “farinosa” che si può trovare su una pista subito dopo un’abbondante nevicata.

TRATTAMENTI TERMICI

I trattamenti termici sono suddivisibili come segue
I trattamenti termofisici interessano tutta la massa del pezzo da trattare. In generale consistono in cicli termici comprendenti un riscaldamento, una permanenza a temperatura e un raffreddamento più o meno rapido; i principali sono: ricottura, tempra, rinvenimento, bonifica, normalizzazione.
I trattamenti superficiali hanno lo scopo di conferire delle proprietà particolari ad uno strato superficiale del pezzo. Nei trattamenti termochimici lo strato superficiale viene arricchito con elementi di lega come il carbonio, l’azoto, lo zolfo, il boro e si ottengono così elevata durezza, resistenza all’usura e alla fatica in quanto il cuore del pezzo si mantiene tenace.
I principali sono: cementazione, carbonitrurazione, nitrurazione, decarburazione. I gas che più comunemente si incontrano nei trattamenti termici sono: aria, azoto, ossigeno, ossido di carbonio, anidride carbonica, idrogeno, idrocarburi e ammoniaca, elio e argon. Altri importanti componenti delle atmosfere sono l’acqua, che considereremo come vapore e il metanolo come fonte di idrogeno e ossido di carbonio. Le atmosfere gassose, sia di protezione che termochimiche, possono essere prodotte sia miscelando i singoli componenti nelle giuste proporzioni, sia facendo reagire aria e idrocarburo o dissociando ammoniaca e alcoli.

Per quanto riguarda le miscele di gas tecnici, i principali prodotti sono i seguenti. L’azoto può essere impiegato sia puro che in miscela con fluidi riducenti come l’idrogeno, nitruranti come l’ammoniaca o carburanti come gli idrocarburi o l’alcool metilico per creare atmosfere neutre o attive oppure come gas di lavaggio per la protezione della carica e per la sicurezza del personale. L’argon viene usato in quei trattamenti nei quali l’impiego dell’azoto è sconsigliato come nel caso del titanio e le sue leghe, in genere in forni sottovuoto. L’elio è usato raramente e principalmente per sfruttare la sua grande conducibilità termica nel raffreddamento rapido in forni sottovuoto. La possibilità di dosare a piacere sia la quantità che la composizione delle atmosfere da gas industriali ha fatto nascere la necessità di studiare a fondo il comportamento chimico e fluidodinamico delle atmosfere nelle diverse zone del forno e nelle fasi del trattamento.

L’elio è l’elemento gassoso più leggero dopo l’idrogeno, è un gas nobile incolore e inodore; ha il più basso punto di ebollizione fra tutti gli elementi e può solidificare solo se sottoposto ad altissime pressioni. Si presenta come gas mono-atomico ed è chimicamente inerte. È il secondo elemento più diffuso nell’universo, dopo l’idrogeno.

Considerata la leggerezza del gas, è utilizzato per verificare la presenza di fughe in sistemi ad alta pressione e nella produzione di piastre ed impianti frigoriferi.

Viene usato quale gas di protezione per la saldatura di alluminio, acciaio inossidabile, rame e leghe di magnesio.

Gas per il riempimento di palloni meteorologici, per aerostati e palloni pubblicitari, palloni illuminati e diluito in azoto per il gonfiaggio di palloncini.

Diluito in ossigeno, è utilizzato nella produzione di miscele per la respirazione facilitata e nella produzione di miscele per l’immersione ad alta profondità.

In stato liquido è elemento base per il funzionamento dei magneti superconduttivi, con applicazioni nella diagnostica per immagini (risonanza magnetica – M.R.I.) nei sistemi analitici (spettrometria a Risonanza magnetica NMR) e per il funzionamento degli acceleratori di particelle.

La corretta correlazione tra:

• tipologia e natura del giunto
• scelta del procedimento
• tipologia e natura del metallo d’apporto
• Gas o Miscela di Gas

Insieme a utilizzatori professionali permettono risultati eccellenti in saldatura e perfettamente ripetibili nel tempo.
La scelta dei gas e delle miscele di gas nei dei processi di saldatura e di taglio è sostanziale per determinare le caratteristiche di saldatura quali: la stabilità dell’arco, il grado di penetrazione, la velocità di deposito, la qualità del cordone.
Ad ogni materiale il suo gas o la sua miscela.

Allo stato elementare esiste sotto forma di molecola biatomica, H2, che a pressione atmosferica e a temperatura ambiente (298K) è un gas incolore, inodore, altamente infiammabile. L’idrogeno è l’elemento più leggero e più abbondante di tutto l’universo.  È presente nell’acqua (11,19%) e in tutti i composti organici e organismi viventi.

Questo elemento è usato nella produzione di ammoniaca, nell’idrogenazione degli oli vegetali, in aeronautica (nei dirigibili), come combustibile alternativo.

Nell’industria elettronica è utilizzato come reagente e veicolo di deposito del silicio e come reagente, in presenza di ossigeno puro, in vari passaggi ossidativi.

Utilizzato in saldatura austenitica inossidabile, in miscele a base di Argon.

Viene impiegato come supporto nella saldatura plasma e nelle operazioni di taglio.

L’ossigeno, che costituisce circa il 21% dell’atmosfera terrestre, è indispensabile alla vita ed è potente comburente. Reagisce con tutti gli elementi, tranne i gas nobili, per formare composti detti ossidi. La capacità di reazione, ovvero il livello di ossidazione, varia a seconda degli elementi.

Sebbene l’ossigeno non sia di per sé un gas infiammabile, esso favorisce la combustione, facendo sì che tutti i materiali infiammabili in aria possano bruciare molto più intensamente.

Queste proprietà di combustione giustificano il suo utilizzo in molte applicazioni industriali quali:

Lavorazione e produzione dei metalli; sostituire o arricchire l’aria, aumentando la temperatura di combustione ( produzione dei metalli sia ferrosi sia non ferrosi ), Ossitaglio – Riscaldo con cannelli manuali e macchine ( Pantografi ), gas di protezione in procedimenti di saldatura.

Nella produzione dell’acciaio viene utilizzato per modificare la miscela dell’aria con sovra-ossigenazione, per aumentare le temperature di combustione nei getti d’aria e nei forni. Aumentare le temperature dell’acciaio e il riciclo dei frammenti di metallo nei forni ad arco elettrico, per sostituire il carbone come combustibile nella produzione di acciaio.

Nel caso di inquinamento delle acque di falda, si può procedere ad un’insufflazione di aria, arricchita in ossigeno, per aumentare le possibilità di disinquinamento del corpo idrico sotterraneo. Le metodologie di applicazione sono differenti a seconda delle situazioni e della tipologia del sito ambientale da recuperare.

Sono sempre più frequenti le applicazioni dell’arricchimento in ossigeno, sia dell’aria primaria che in altre fasi del processo di produzione del cemento.