Temperatura de combustión y congelación de diferentes tipos de gases

En condiciones naturales, la mayoría de los gases combustibles se extraen en estado gaseoso a temperatura y presión ambiente. Sin embargo, pueden condensarse en líquidos a temperaturas bajas específicas, lo cual es crítico para el almacenamiento y transporte, especialmente para gases licuados como el GLP (Gas Licuado de Petróleo) y el GNL (Gas Natural Licuado). Cada gas tiene su temperatura particular de congelación (o licuefacción) a presión atmosférica.

La temperatura promedio de congelación del propano es de aproximadamente -188 °C (-306 °F), el butano varía alrededor de -138 °C (-216 °F), el metano (GNL) se encuentra en el rango de -162 °C (-260 °F), el gas natural (varía según la composición) ~ -160 °C (-256 °F), el hidrógeno se encuentra en el rango de -259 °C (-434 °F), y el oxígeno (para referencia) se congela a -218 °C (-360 °F).

Es importante tener en cuenta que estos valores representan los puntos de ebullición en lugar de los tradicionales "puntos de congelación" porque gases como el propano y el metano no se congelan en el sentido habitual; se condensan en forma líquida cuando se enfrían bajo presión. Esto es esencial para las aplicaciones de GNL (Gas Natural Licuado), que requieren temperaturas extremadamente bajas para mantener el gas en forma líquida para su transporte.

La temperatura de combustión de un gas se refiere a la temperatura máxima de la llama que puede alcanzar cuando se quema en aire u oxígeno. Este valor es crucial para aplicaciones que requieren altas temperaturas, como trabajos de metal, motores o sistemas de calefacción. Entonces, ¿cuáles son las temperaturas de llama aproximadas en aire para los gases combustibles comúnmente utilizados?

La temperatura promedio de combustión del propano es de aproximadamente ~1.980 °C (3.596 °F); el metano (componente principal del gas natural) se encuentra en el rango de ~1.960 °C (3.560 °F), el butano varía alrededor de ~1.970 °C (3.578 °F), el hidrógeno se sitúa dentro de ~2.045 °C (3.713 °F), y el acetileno alcanza hasta ~2.530 °C (4.586 °F).

El hidrógeno y el acetileno queman más caliente entre estos gases, lo que los hace perfectos para operaciones de corte y soldadura. En contraste, el propano y el metano son más comunes para sistemas de calefacción y combustible debido a su estabilidad y facilidad de transporte.

Es importante tener en cuenta que estas temperaturas se miden en aire libre. En entornos enriquecidos con oxígeno, las temperaturas de la llama pueden ser significativamente más altas. Esta información es especialmente relevante para las industrias que utilizan sistemas de oxi-combustible.

La siguiente tabla proporciona una comparación simplificada para una referencia rápida.

Las propiedades de temperatura de los gases influyen en su usabilidad y almacenamiento. Por ejemplo:

• El propano y el butano se almacenan a presión como líquidos en cilindros o tanques (GLP - Gas Licuado de Petróleo). Son ampliamente utilizados en calefacción y cocina residencial.

• El metano se almacena como GNC (Gas Natural Comprimido) o GN (Gas Natural Licuado), dependiendo de la escala de aplicación. El GN requiere tanques criogénicos debido a su temperatura de licuefacción extremadamente baja.

• El hidrógeno, aunque es un combustible limpio, es difícil de almacenar debido a su bajo punto de ebullición y su pequeño tamaño molecular, lo que requiere un contenedor altamente especializado.

En climas más fríos, gases como el butano pueden volverse ineficaces porque no logran vaporizarse por debajo de su punto de ebullición. El propano, con un punto de ebullición más bajo, sigue siendo más confiable en invierno.

Al seleccionar un tipo de gas, se deben considerar tanto la temperatura de combustión como el punto de licuefacción. Estos parámetros afectan diferentes aspectos importantes. El primero es la seguridad, lo que significa que los gases con puntos de ebullición bajos necesitan contenedores especiales para evitar fugas y explosiones. También, el factor de eficiencia energética, donde los gases con altas temperaturas de llama son mejores para aplicaciones de alta temperatura. Y por último, la idoneidad climática, en el sentido de que los gases que permanecen en forma gaseosa a bajas temperaturas ambientales son más adecuados para uso en exteriores o en invierno.

Por ejemplo, el propano permanece gaseoso hasta -42 °C (-44 °F) a presión atmosférica, lo que lo hace adecuado para la mayoría de los climas. Sin embargo, si las temperaturas descienden por debajo de este punto, la vaporización se ralentiza y los electrodomésticos pueden dejar de funcionar correctamente. El punto de ebullición del butano, que es de -0,5 °C (31 °F), significa que no se vaporiza bien en climas fríos, lo que lo hace inadecuado para uso en exteriores en climas fríos a menos que se mezcle con propano.

Al trabajar con gases, es importante considerar más que solo el costo o la disponibilidad. La temperatura de combustión determina si un gas es apropiado para aplicaciones de alta temperatura como la soldadura o el corte de metales, mientras que el punto de congelación o licuefacción afecta la facilidad con la que se puede almacenar y transportar, especialmente en climas fríos.

El propano destaca como una opción versátil que funciona bien incluso en condiciones de invierno, lo que lo convierte en una elección confiable para la calefacción y la cocina en el hogar. El butano, aunque útil en entornos más cálidos, es menos efectivo en climas fríos debido a su punto de ebullición más alto. El metano y el gas natural son relevantes para aplicaciones a gran escala como sistemas de calefacción central o generación de energía eléctrica, especialmente donde es posible la entrega a larga distancia a través de gasoductos.

El hidrógeno y el acetileno ofrecen temperaturas de combustión extremadamente altas, lo que los hace ideales para usos industriales especializados, aunque sus requisitos de almacenamiento son más complejos y costosos.

Comprender las características de quemado y congelación de cada tipo de gas ayuda a garantizar un manejo seguro, un uso eficiente de la energía y una selección adecuada para aplicaciones específicas. El equipo de I-Maximum se compromete a proporcionar la información y los recursos que necesita para tomar decisiones acertadas en el sector de la energía de gas.