Resumen:
Con el fin de hallar un método, aplicable a la industria, que permita determinar fácilmente la composición de mezclas gaseosas, utilizando un aparato sencillo, de determinado grado de exactitud y límite de apreciación, es que hemos encarado el estudio de laconductividad térmica de gases cuya aplicación práctica a mezclas de tricloroetileno-aire era nuestro objetivo principal; pues queríamos conocer cuando el carbón activado, de los aparatos de recuperación industrialde este solvente, había alcanzado el estado de saturación, por medio de la medida del tricloroetileno que sepierde por las chimeneas de descarga de aire y también,de ser posible, determinar con fines sanitarios la proporción de tricloroetileno en ambientes en que se trabaja con dicho producto. Se inicia el trabajo con el estudio teórico generalde trasmición de calor, para luego centralizarlo en elfenómeno de la conducción y en éste especialmente cuando el medio conductor es un gas. Este estudio muestra que a presión moderada el fenómeno de la conducción de calor en gases es muy semejante con el de viscosidad y permite llegar a una ecuaciónpor vía cinética, en que la conductividad térmica delos gases, a presión moderada, resulta directamente proporcional al coeficiente de viscosidad , al calor específico (a volumen constante) e inversamente proporcional al peso molecular. Se emplea, además, una constante de proporcionalidad K, cuyo valor, para distintosgases, se discute en nuestro estudio, a través de opiniones de diversos autores tomando en cuenta los distintos factores: la energía interna, molecular, temperatura, etc.. Fueron consideradas también en la parte teórica deltrabajo las relaciones entre la conductividad térmicade los gases y la presión, las que tienen una correspondencia directa, para algunos gases, con la viscosidad a alta presión. Para Plots, esta relación, a presiónreducida, es lineal. Con respecto a la variación de la conductividadcon la temperatura Graets llega a la conclusión de queel factor K es proporcional a √(T), en cambio otros autores (Clausiuss) encontraron que es proporcional a T. A bajas presiones hay que tomar en cuenta si songases monoatómicos o diatómicos y las fórmulas que sededucen, aplicables a cada caso, se expresan en funcióndel camino libre medio. También se consideró las relaciones que expresanlas variaciones que aparecen debido a la estructura delas paredes del continente del gas, y a las presionesa que está sometido, que influyen en el gradiente detemperatura en la conductividad térmica. Como consecuencia de ello aparece el "factor de acomodación" quetraduce las características de la discontinuidad detemperatura en las paredes. Se describen métodos para calcular dicho factor ylas leyes que rigen sus variaciones. Considerando, luego, la elección del método experimental a seguir, entre los tres que más se utilizanpara mediciones de conductividad térmica de gases, nosdecidimos por el "método del alambre caliente" porsu sencillez y por ser el más práctico, sin menoscabo desu sensibilidad. Siendo la conductividad térmica del gas en el método del alambre caliente, proporcional al calor trasmitido, al logaritmo de la relación de los radios deltubo y del alambre, e inversamente proporcional a lasuperficie del alambre y a la diferencia de temperatura,resulta claro que las medidas con dicho método se reducen solamente a dos, relacionadas con las variacionesdel calor trasmitido puesto que han quedado fijadaslas demás variables. Las variaciones de calor trasmitido se conocenpor una medida de intensidad de corriente y otra deresistencia y con ayuda de la ecuación que expresa lavariación de la resistencia con la temperatura se calcula la diferencia de temperaturas. La parte práctica exigió el estudio de los siguientes puntos: a) Construcción y cálculo del aparato, con el recinto de medida y demás constituyentes. b) Preparación de la solución gaseosa saturada detricloroetileno-aire, y su dosaje usando carbónactivado. Preparación a partir de esta solucióngaseosa saturada de las demás a menor concentración. Determinación de la concentración de soluciones gaseosas conocidas de tricloroetileno-aire,por el método del "alambre Caliente". En la construcción del aparato de medida se siguió,en líneas generales, las características de los ya existentes, pero con modificaciones apropiadas de forma ydimenciones, haciéndolo desmontable en sus partes paramayor comodidad, y de vidrio, para descartar la posibilidad de que el gas utilizado (tricloroetileno), que porhidrólisis produce siempre, con la humedad y temperatura, pequeñas cantidades de ácido clorhídrico, pudiera crear algunos inconvenientes. El alambre de platino utilizado fué el de menordiámetro que pudo conseguirse en plaza: de 0,1 mm dediámetro, y su longitud se calculó en base a esta característica y a datos de relación diámetro-longitud, encontrados en la bibliografía consultada. La fuente de energía eléctrica se seleccionó teniendo en cuenta la de mayor constancia, después devarios ensayos con fuentes de distinto origen. Para el circuito y aparato de medida de la resistencia eléctrica se utilizó el más recomendable, es decir, el puente de Wheatstone, con el cual se podíadeterminar apreciablemente una variación de 1%, en volumen, en la concentración de las mezclas tricloroetilenoaire, para lo cual se calculó la variación de R enfunción de la concentración y se dedujo una fórmula queresultó de la aplicación de las leyes que rigen los fenómenos eléctricos y térmicos, referidos, actuando en conjunto. La temperatura de los gases fué regulada por untermostato, y las mezclas gaseosas que se usaron eneste estudio, se efectuaron dentro del tubo de medida,partiendo de la solución gaseosa saturada de tricloroetileno-aire. En cuanto al segundo punto, tanto la preparaciónde la solución gaseosa saturada de tricloroetileno enaire, así como la forma de determinar su concentración,fueron problemas que costó resolver, por que se carecíade datos referentes a la solubilidad de estos gases. Para determinar la concentración del tricloroetileno se adaptó y puso a punto a los fines analíticos,el método industrial de absorción de gases con carbónactivado. La solución gaseosa saturada de tricloroetileno enaire se preparó por burbujeo de aire en tricloroetilenolíquido arrastrando el aire por el vacío de una trompade agua. Para el dosaje de tricloroetileno se hizo circularla mezcla gaseosa por absorbedores con carbón activado,tarados. Los primeros datos resultaron muy variablesdebido a que no se había conseguido llegar a la solución saturada. Para tener una referencia de cuando sellegaba a la saturación se ideó un dispositivo semejante al que se emplea en los psicrómetros, para determinación del porciento de humedad relativa atmosférica,conocido por el método del termómetro de bulbo húmedo;después de muchos cambios de aparatos saturadores, ysubsanando otros inconvenientes se llegó a obtener lasolución saturada del siguiente modo; se dejó, duranteuna noche, en una botella un poco de tricloroetilenolíquido y la mezcla gaseosa saturada que se forma fuédesplazada por el mismo líquido, remanente y agregado. En el trabajo presentado se detallan los inconvenientes que se presentaron y como fueron subsanados, así como también el papel importante que juegan ennuestro caso la temperatura y la humedad. Con respecto al tercer punto, referente al uso delmétodo del alambre caliente, también hubo que sobrepasar algunas dificultades. Se empezó por estudiar cualera el voltaje más conveniente para obtener la mayorsensibilidad, pero también apareció un nuevo factor, lainfluencia de las resistencias que ocasionaba variaciones notables en los resultados. Después de varios ensayos se concluyó incluyendo las resistencias, quedebían permanecer a temperatura constante, dentro de untubo refrigerado con agua, También fué necesario mantener constante la temperatura exterior del aparato, sin lo cual solo se obtenían datos discordantes . En resumen: las condiciones en que se trabaja sonsumamente importantes, a saber: temperatura exterior,tiempo de homogeinización de las mezclas gaseosas, termostatización y tiempo de funcionamiento del circuitopara su estabilización. Una vez conocidas, por experiencia, la influencia de estas variables fué preciso establecer normas de trabajo, obteniéndose finalmente unmétodo que nos dió diferencias constantes entre laslecturas para aire y tricloroetileno-aire. Siempre quelos valores sean leídos para esas muestras con diferencias pequeñas de tiempo, puesto que al hacer las lecturas con largos intervalos de tiempo, los valores absolutos difieren, por la variación de la intensidad quese produce en el circuito utilizado. Estas diferencias de la resistencia del alambre,cuando se halla en aire o en solución de determinadaconcentración puede representarse en un gráfico, conel cual, determinada la misma diferencia para otrasolución cualquiera puede conocerse su concentración. Todos estos resultados, que fueron mejorando amedida que se eliminaban las causas de error, los hemosexpuestos en treinta cuadros. De cada muestra obtuvimoscuatro serie de valores. Finalmente con los datos promedios, aplicando lasfórmulas que rigen el fenómeno, determinamos laconductividad de la solución saturada de tricloroetilenoaire.
