universidad central del ecuador facultad de ......determinación de la concentración óptima de...
TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
Determinación de la concentración óptima de antivapor en soluciones de ácido
clorhídrico para decapado de metales ferrosos.
Trabajo de titulación, modalidad proyecto de investigación para la obtención del título
de Ingeniero Químico.
Autor: Pablo Fernando Negrete Calvache
Tutor: Ing. Mario Romeo Calle Miñaca
QUITO
2019
I
© DERECHOS DE AUTOR
Yo, PABLO FERNANDO NEGRETE CALVACHE en calidad de autor y titular de los
derechos morales y patrimoniales del trabajo de titulación, modalidad proyecto de
investigación: DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE
ANTIVAPOR EN SOLUCIONES DE ÁCIDO CLORHÍDRICO PARA DECAPADO
DE METALES FERROSOS, de conformidad con el art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO
DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E
INNOVACIÓN, concedo a favor de la Universidad Central del Ecuador una licencia
gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la obra, con fines
estrictamente académico. Conservo a mi favor todos los derechos de autor sobre la obra,
establecidos en la normativa citada.
Así mismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la
digitalización y publicación de este trabajo de investigación en el repositorio virtual, de
conformidad a lo dispuesto en el Art. 114 de la Ley Orgánica de Educación Superior.
El autor declara que la obra objeto de la presente autorización es original en su forma de
expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad por
cualquier reclamación que pudiera presentarse por esta causa y liberando a la Universidad
de toda responsabilidad
En la ciudad de Quito, a los 13 días del mes de febrero del 2019.
----------------------------------------
Negrete Calvache Pablo Fernando
C.C. 1726320482
II
APROBACIÓN DEL TUTOR
Yo, Ing. Mario Calle en calidad de tutor del trabajo de titulación, modalidad proyecto de
investigación DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE
ANTIVAPOR EN SOLUCIONES DE ÁCIDO CLORHÍDRICO PARA DECAPADO
DE METALES FERROSOS, elaborado por la estudiante PABLO FERNANDO
NEGRETE CALVACHE de la Carrera de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería
Química de la Universidad Central del Ecuador, considero que el mismo reúne los
requisitos y méritos necesarios en el campo metodológico y en el campo epistemológico,
para ser sometido a la evaluación por parte del jurado examinador que se designe, por lo
que lo APRUEBO, a fin de que el trabajo sea habilitado para continuar con el proceso de
titulación determinado por la Universidad Central del Ecuador.
En la ciudad de Quito, a los 13 días del mes de febrero del 2019.
Ing. Mario Calle
TUTOR
III
DEDICATORIA
A mi madre y mi padre por
haber estado en los momentos
más difíciles de mi vida.
A mis hermanos por regalarme
una parte de su tiempo para
aconsejarme
IV
AGRADECIMIENTOS
A mi familia, por el apoyo en todo momento de mi vida y por ayudarme a superar mis
dificultades. En especial a mi sobrina a quien considero como un pedacito de mi corazón
quien a su corta edad manifiesta gran humidad y sabiduría.
A mi tutor Ing. Mario Calle, por darme la mano en momentos en donde no había salida,
pero gracias a su confianza de nuevo pude salir de este camino sombrío. Gracias a su
conocimiento y guía se pudo obtener los resultados esperados y con gran admiración solo
resta agradecerle.
A la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del Ecuador por ser mi
segundo hogar, por haberme entregado un magnifico personal docente que supieron
manifestar sus ideas y conocimientos a lo largo de este aprendizaje.
A mis amigos a quienes supieron entender y soportar mis malos y buenos momentos. En
general a todos quienes a portaron con un granito de arena en mi formación.
.
MUCHAS GRACIAS.
V
CONTENIDO
pag
LISTA DE TABLA ...................................................................................................... VIII
LISTA DE FIGURAS ...................................................................................................... X
LISTA DE ANEXOS ..................................................................................................... XI
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1
1. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 3
1.1. Decapado ........................................................................................................... 3
1.1.1. Decapado Químico. ........................................................................................ 3
1.2. Baños agotados de decapado. ............................................................................ 4
1.2.1. Optimización de la concentración de ácido en baños de decapado. ............... 5
1.3. Antivapor. .......................................................................................................... 5
1.4. Ácido Clorhídrico. ............................................................................................. 6
1.4.1. Producción. ..................................................................................................... 6
1.4.2. Propiedades Químicas. ................................................................................... 6
1.4.3. Aplicaciones del ácido clorhídrico. ................................................................ 6
1.5. Efectos sobre la salud. ....................................................................................... 7
1.5.1. Inhalación. ...................................................................................................... 7
1.5.2. Contacto con la piel y ojos. ............................................................................ 7
1.5.3. Ingestión ......................................................................................................... 8
1.5.4. Efectos crónicos ............................................................................................. 8
1.6. En caso de accidentes. ....................................................................................... 8
1.7. Almacenamiento. ............................................................................................... 9
1.8. Límites de exposición para ácido clorhídrico. ................................................... 9
1.9. Problemas ambientales durante el proceso de decapado. .................................. 9
1.9.1. Emisiones de vapores ácidos. ....................................................................... 10
1.10. Solubilidad de gases en líquidos. ................................................................. 10
1.10.1. Temperatura. ................................................................................................ 10
1.10.2. Presión. ......................................................................................................... 11
VI
1.11. Agitación. ..................................................................................................... 11
1.12. Equipo para pruebas de jarras. ..................................................................... 11
2. EXPERIMENTACIÓN ........................................................................................... 12
2.1. Metodología ..................................................................................................... 12
2.2. Materiales y Equipos ....................................................................................... 15
2.3. Sustancias y Reactivos ..................................................................................... 15
2.4. Procedimiento .................................................................................................. 15
2.5. Datos experimentales al 16 % de HCl ............................................................. 16
2.6. Datos experimentales al 18 % de HCl ............................................................. 18
2.7. Datos experimentales al 20 % de HCl ............................................................. 19
3. CALCULOS. ........................................................................................................... 21
3.1. Cálculo de la concentración de ácido clorhídrico. ........................................... 21
3.1.1. Curva de la concentración de ácido clorhídrico. .......................................... 21
3.2. Cálculo del porcentaje evaporado. ................................................................... 21
3.2.1. Curva del porcentaje evaporado. .................................................................. 22
3.3. Análisis de los datos de la experimentación. ................................................... 22
4. RESULTADOS ....................................................................................................... 23
4.1. Resultado del cálculo de la concentración de ácido clorhídrico. ..................... 23
4.1.1. Resultado del cálculo de la concentración de HCl al 16 %. ......................... 23
4.1.2. Resultado del cálculo de la concentración de HCl al 18 % .......................... 24
4.1.3. Resultado del cálculo de la concentración de HCl al 20 % .......................... 26
4.2. Curva de la concentración de ácido clorhídrico. .............................................. 27
4.3. Resultado del cálculo porcentual de evaporado. .............................................. 29
4.3.1. Resultado del cálculo porcentual de evaporado al 16 % de ácido. .............. 29
4.3.2. Resultado del cálculo porcentual de evaporado al 18 % de ácido. .............. 30
4.3.3. Resultado del cálculo porcentual de evaporado al 20 % de ácido. .............. 31
4.4. Curva del evaporado. ....................................................................................... 33
4.5. Resultado del análisis de los datos de la experimentación. ............................. 34
5. DISCUSIÓN............................................................................................................ 37
6. CONCLUSIONES .................................................................................................. 38
VII
7. RECOMENDACIONES ......................................................................................... 39
CITAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 40
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 41
ANEXOS ........................................................................................................................ 42
ANEXO A. Reporte Gráfico .......................................................................................... 43
VIII
LISTA DE TABLA
pag
Tabla 1.Características de ácidos y bases de decapado más importantes. (Hernandez,
2012) ................................................................................................................................. 4
Tabla 2. Límites de exposición permisibles en el área laboral. (News, 2015) ................. 9
Tabla 3. Datos experimentales para HCl al 16% con antivapor al 0% ........................... 16
Tabla 4. Datos experimentales para HCl al 16% con antivapor al 0,3% ........................ 17
Tabla 5. Datos experimentales para HCl al 16% con antivapor al 0,6% ........................ 17
Tabla 6. Datos experimentales para HCl al 16% con antivapor al 0,9% ........................ 17
Tabla 7. Datos experimentales para HCl al 18% con antivapor al 0% ........................... 18
Tabla 8. Datos experimentales para HCl al 18% con antivapor al 0,3% ........................ 18
Tabla 9. Datos experimentales para HCl al 18% con antivapor al 0,6% ........................ 18
Tabla 10. Datos experimentales para HCl al 18% con antivapor al 0,9% ...................... 19
Tabla 11. Datos experimentales para HCl al 20% con antivapor al 0% ......................... 19
Tabla 12. Datos experimentales para HCl al 20% con antivapor al 0,3% ...................... 19
Tabla 13. Datos experimentales para HCl al 20% con antivapor al 0,6% ...................... 20
Tabla 14. Datos experimentales para HCl al 20% con antivapor al 0,9% ...................... 20
Tabla 15. Resultado de la concentración de ácido al 16% y antivapor al 0% ................ 23
Tabla 16. Resultado de la concentración de ácido al 16% y antivapor al 0,3% ............. 23
Tabla 17. Resultado de la concentración de ácido al 16% y antivapor al 0,6% ............. 24
Tabla 18. Resultado de la concentración de ácido al 16% y antivapor al 0,9% ............. 24
Tabla 19. Resultado de la concentración de ácido al 18% y antivapor al 0% ................ 24
Tabla 20. Resultado de la concentración de ácido al 18% y antivapor al 0,3% ............. 25
Tabla 21. Resultado de la concentración de ácido al 18% y antivapor al 0,6% ............. 25
Tabla 22. Resultado de la concentración de ácido al 18% y antivapor al 0,9% ............. 25
Tabla 23. Resultado de la concentración de ácido al 20% y antivapor al 0% ................ 26
Tabla 24. Resultado de la concentración de ácido al 20% y antivapor al 0,3% ............. 26
IX
Tabla 25. Resultado de la concentración de ácido al 20% y antivapor al 0,6% ............. 26
Tabla 26. Resultado de la concentración de ácido al 20% y antivapor al 0,9% ............. 27
Tabla 27. Resultado del porcentaje evaporado al 16% de ácido y antivapor al 0% ....... 29
Tabla 28. Resultado del porcentaje evaporado al 16% de ácido y antivapor al 0,3% .... 29
Tabla 29. Resultado del porcentaje evaporado al 16% de ácido y antivapor al 0,6% .... 29
Tabla 30. Resultado del porcentaje evaporado al 16% de ácido y antivapor al 0,9% .... 30
Tabla 31. Resultado del porcentaje evaporado al 18% de ácido y antivapor al 0% ....... 30
Tabla 32. Resultado del porcentaje evaporado al 18% de ácido y antivapor al 0,3% .... 30
Tabla 33. Resultado del porcentaje evaporado al 18% de ácido y antivapor al 0,6% .... 31
Tabla 34. Resultado del porcentaje evaporado al 18% de ácido y antivapor al 0,9% .... 31
Tabla 35. Resultado del porcentaje evaporado al 20% de ácido y antivapor al 0% ....... 31
Tabla 36. Resultado del porcentaje evaporado al 20% de ácido y antivapor al 0,3% .... 32
Tabla 37. Resultado del porcentaje evaporado al 20% de ácido y antivapor al 0,6% .... 32
Tabla 38. Resultado del porcentaje evaporado al 20% de ácido y antivapor al 0,9% .... 32
Tabla 39. Resultado del análisis de datos para una hora. ............................................... 34
Tabla 40. Resultado del análisis de datos para dos horas. .............................................. 35
Tabla 41. Resultado del análisis de datos para tres horas. .............................................. 35
Tabla 42. Resultado del análisis de datos para cuatro horas. ......................................... 36
Tabla 43. Resultado del análisis de datos para cinco horas. ........................................... 36
X
LISTA DE FIGURAS
Pag
Figura 1. Relación entre el tiempo de decapado y composición del baño de decapado a
20° C (Hernandez, 2012) .................................................................................................. 5
Figura 2. Diagrama experimental de análisis. ................................................................ 14
Figura 3. Diagrama del proceso ...................................................................................... 16
Figura 4. Concentración de HCl al 16% en función del tiempo ..................................... 27
Figura 5. Concentración de HCl al 18% en función del tiempo ..................................... 28
Figura 6. Concentración de HCl al 20% en función del tiempo ..................................... 28
Figura 7. Porcentaje evaporado en función del tiempo al 16 % de HCl......................... 33
Figura 8. Porcentaje evaporado en función del tiempo al 18 % de HCl......................... 33
Figura 9. Porcentaje evaporado en función del tiempo al 20 % de HCl......................... 34
Figura 10. Equipo de jarras............................................................................................. 43
Figura 11. Antivapor ...................................................................................................... 43
XI
LISTA DE ANEXOS
Pag
ANEXO A. Reporte Gráfico ....................................................................................................... 43
XII
DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE ANTIVAPOR EN
SOLUCIONES DE ÁCIDO CLORHÍDRICO PARA EL DECAPADO DE
METALES FERROSOS.
RESUMEN
Estudio de la concentración óptima de antivapor en soluciones de ácido clorhídrico en el
decapado de metales ferrosos.
Se preparan soluciones de concentraciones de ácido al 16, 18 y 20 %, sin y con antivapor,
estas últimas en concentraciones al 0,3; 0,6 y 0,9%. Las soluciones son llevadas a vasos
de precipitación y se toma una muestra de cada una de ellas, en las que se determina la
concentración inicial de ácido de la solución, mediante titulación con carbonato de sodio
Los vasos de precipitación son sometidos durante 5 horas a una agitación constante de 90
rpm en un equipo de jarras. Cada hora se toma una muestra de las soluciones para
cuantificar la concentración de ácido mediante titulación, con estos datos se calcula el
porcentaje de evaporado para cada hora y se elaboran los gráficos de las concentraciones
y evaporados en función del tiempo.
Mediante los resultados, se determinó que la concentración óptima del antivapor es 0.6%
para una concentración de ácido al 16%, de estos resultados se concluye que el uso del
antivapor en los baños de decapado ayuda a mantener una concentración de ácido estable
durante el proceso.
Palabras claves: /ANTIVAPOR/ ÁCIDO CLORHÍDRICO/ DECAPADO/ METALES
FERROSOS/
XIII
DETERMINATION OF THE OPTIMUM CONCENTRATION OF ANTIVAPOR
IN HYDROCHLORIC ACID SOLUTIONS FOR THE PICKING OF FERROUS
METALS.
ABSTRACT
Study of an optimum concentration of anti-vapor in hydrochloric acid in solutions in
ferrous metal etching
It is prepared solutions with an acid concentration of 16% acid without and with an
additive anti-vapor in different concentration such as 0.3% and 0.9%. The same additive
concentrations it is done with different acid concentration such as 18% and 20 %. This
mixture is transferred to beakers and for that an initial sample is titrated with sodium
carbonate. At the end, the beakers are transferred to the jar tester and the stirring speed is
adjusted to 90 rpm. Each hour a sample volume is taken until getting five hours of work.
The concentrations of acid are obtained each hour through titration. Then it is started to
calculate evaporated percentage as function of time.
Concluding in base of the results that the optimum concentration of anti-vapor is reached
to 0.6 % for a acid concentration of 16 %. From this statement is concluded that the use
of anti-vapor in etching baths helps to keep a stable concentration of acid during the
process.
Keywords: /ANTIVAPOR / HYDROCHLORIC ACID / PICKLING/ FERROUS
METALS/
1
INTRODUCCIÓN
El ácido clorhídrico conocido también ácido muriático es un producto químico de
importancia y de gran uso en la industria, cabe destacar en la industria del acero como
también en la acidificación de pozos petroleros. El ácido en la industria del acero se usa
durante el decapado en donde los óxidos de hierro son removidos del acero. Lo que se
considera indispensable decapar antes de que pasan por otros procesos.
Se estima en Ecuador, para una producción de piezas galvanizadas de 40000
toneladas/año se necesitará alrededor de 900 toneladas/año de ácido clorhídrico.
Tomando en cuenta la necesidad del ácido mencionado hay que conocer los aspectos
ambientales relevantes durante su uso en el proceso de decapado, como generación de
residuos sólidos (lodos), residuos líquidos (baños agotados) y emisiones a la atmosfera
(gases y vapores). Específicamente en el baño de decapado se genera vapores de ácido
clorhídrico que se difunden en el ambiente, estas emisiones alteran el ambiente laboral
exponiendo al personal, así como a las infraestructuras a un ambiente potencial de riesgo.
Según las normas OSHA existe un límite permisible para una jornada laboral de 8 horas
de 5 ppm en el ambiente. Además de la perdida existencial del ácido a medida que se
realizan los baños de decapado.
Con la mención de los antecedentes se idealiza una forma de reducir la emisión de estos
vapores y a la vez tratar de mantener la concentración de ácido durante el baño de
decapado. Se trabaja con un aditivo conocido como “antivapor” que este tiene la
capacidad de reducir las emisiones de vapores.
La experimentación se realiza con concentraciones de ácido clorhídrico de 16%, 18% y
20 % y con concentraciones de antivapor de 0,3%, 0,6% y 0,9%. Se escoge una
concentración de ácido y se relaciona con cada una de las tres concentraciones de
antivapor. Se toma una muestra inicial de la solución y se lleva a titulación con carbonato
de sodio. El volumen que se toma es de 2ml por muestra y esto se lo realiza para cada
hora para proceder con la titulación. Luego esta solución es llevada al equipo de prueba
2
de jarras en vasos de precipitación y se ajusta a una agitación de 90 rpm. El tiempo de
trabajo se establece hasta 5 horas a temperatura ambiente.
A partir de los datos experimentales se procede a calcular la concentración de ácido y con
sus respectivas graficas del ácido en función del tiempo. Luego se calcula el porcentaje
del evaporado para cada hora y se grafica el porcentaje de evaporado en función del
tiempo. Observando los resultados con respecto al ácido al 18% sin antivapor tenemos un
13,3% de evaporado en cinco horas de trabajo, mientras que las muestras que se usó el
aditivo reflejo los siguientes resultados: usando antivapor al 0,3% se evaporado un 10 %
de ácido en cambio al 0,6% un 3,6% y al final con 0,9 % tenemos un evaporado de 0%.
Como se puede apreciar, a medida que aumenta la concentración de antivapor podemos
llegar a un punto en que podemos tener una disminución de las emisiones de vapor.
Para el caso del ácido al 20% en cinco horas de trabajo refleja los siguientes resultados:
sin antivapor es 12,65% de evaporado mientras que usando antivapor al 0,3% se evapora
un 9,3 % de ácido en cambio al 0,6% un 6,8% y al final con 0,9 % tenemos un evaporado
de 5,5%.
Con esto tenemos que a medida que la concentración de ácido aumenta se necesitara
mayor concentración de antivapor para poder disminuir sus emisiones.
Como resultado se obtiene que el antivapor disminuye las emisiones de vapor de ácido
clorhídrico al ambiente. Y el porcentaje de evaporado emitido al ambiente está
relacionado con la cantidad de ácido clorhídrico y antivapor usado en la experimentación.
3
1. MARCO TEÓRICO
1.1. Decapado
La operación más empleada en la siderurgia es el decapado acido del hierro y del acero.
Consiste en la eliminación química de los óxidos superficiales del metal mediante el
ácido. Esto permite tener una superficie limpia o evitar que el óxido se incruste en el
interior del metal. (Morral, 2004)
1.1.1. Decapado Químico.
Este proceso se realiza mediante el ataque del ácido disolviendo el óxido con: ácido
clorhídrico o ácido sulfúrico, para después pasar a un enjuague que a través del agua es
arrastrado restos del ácido y hierro disuelto. (Hernandez, 2012)
• Reacciones de decapado con ácido clorhídrico.
Fe2O3 + 6HCl 2FeCl + 3H2O 1
Fe3O4 + 8 HCl FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O 2
FeO + 2HCl FeCl2 + 4H2O 3
Ataque al metal.
Fe + 2HCl FeCl2 + H2 4
Las concentraciones de ácido y condiciones de trabajo más habituales se presentan en la
siguiente tabla:
4
Tabla 1.Características de ácidos y bases de decapado más importantes. (Hernandez,
2012)
Tipo
acido/base
Concentración
inicial
Disolución
final más
habitual
Temperatura
de trabajo °C
Tipo de metal
a decapar
HCl 33% 18% 20-30/80 Hierro y acero
no aleado
H2SO4 98% 5-35% 50-80 Hierro y acero
no aleado,
cobre,
aluminio
HNO3 60% 5-30% 50 Cobre y acero
inoxidable
NaOH 50% 10-20% 60-70 Aluminio
1.2. Baños agotados de decapado.
Para alargar el tiempo útil es conveniente reducir el mínimo de contaminantes o por
arrastres.
Durante el baño los ácidos se van consumiendo y el metal se disuelve en el mismo. Se
produce un aumento de la concentración de metales en el ácido y existe posibles
precipitaciones, por lo que la actividad del baño tiende a disminuir. Con esto se drena una
parte y se añade acido para mantener la solución.
Al existir perdidas por evaporación se debe compensar mediante la adición de agua. Este
método se efectúa hasta llegar al límite de solubilidad de FeCl2 en el HCl, una vez llegado
al límite (150g/L) el baño necesitará una renovación. (Hernandez, 2012)
En cambio, la velocidad de reacción del decapado aumenta en función de la concentración
del ácido clorhídrico. Así que una concentración alta el decapado es rápido, mientras si
es baja, el tiempo de decapado es más uniforme. (Hernandez, 2012)
5
Figura 1. Relación entre el tiempo de decapado y composición del baño de
decapado a 20° C (Hernandez, 2012)
1.2.1. Optimización de la concentración de ácido en baños de decapado.
Se puede llegar a reducir el consumo de ácido mediante el uso de un agente conocido
como “Antivapor” y poder controlar las condiciones del proceso con referente al tiempo
de reacción. (Metalmecánicas., 2013)
Este “Antivapor” posee las siguientes características:
• Controla la emanación de vapores ácidos.
• Ambiente de trabajo adecuado
• Elimina la extracción forzada de los gases de decapado.
1.3. Antivapor.
En el proceso de decapado produce hidrogeno por efecto del ataque del ácido al metal
creando un ambiente ácido. Debido a sus condiciones de temperatura y humedad puede
llegar a visualizar los vapores. “Antivapor” es un producto que permite controlar el
6
desprendimiento de los gases, mediante la reducción de sus emisiones en un porcentaje.
Este reduce el tamaño de las burbujas de los vapores que debido a su poca energía no
vencen la tensión superficial de la solución (G.Mera, 2002)
1.4. Ácido Clorhídrico.
En bruto posee un color amarillento mientras que en estado puro es incoloro. Olor picante
y humeante en el aire. Se utiliza para limpiar y decapar metales.
No se debe guardar en sistemas abiertos, ya que estos vapores que desprenden atacan de
forma rápida las herramientas del sitio. (Wurlemberger, 2006).
1.4.1. Producción.
Este proceso se realiza mediante la reacción química (reacción endotérmica) entre cloruro
de sodio con ácido sulfúrico para formar cloruro de hidrogeno y carbonato ácido de sodio
a temperatura alrededor de los 150 °C. Todos los procesos incluyen el ingreso de
temperatura para luego recuperar el cloruro de hidrogeno mediante absorción para
producir soluciones concentradas de HCl. (Ideam, 2019)
1.4.2. Propiedades Químicas.
Sus soluciones acuosas se consideran una de las más activas y fuertes. Al estar en contacto
con óxidos metálicos forman cloruros. (Ideam, 2019)
1.4.3. Aplicaciones del ácido clorhídrico.
• Preparación de colorantes sintéticos.
• Para la recuperación de aceites minerales.
• Síntesis de polímero sintéticos.
• Para el decapado de metales. (Pomares, 2015)
7
1.5. Efectos sobre la salud.
El principal efecto es la irritación sobre el área de contacto. A niveles bajos, produce
efectos agudos como irritación en el tracto respiratorio y a mayores concentraciones
daños en la córnea. Cuando la exposición es crónica pude ocasionar erosión en la parte
frontal de la dentadura. Esta exposición para los trabajadores pude ocurrir debido a la
mala manipulación por el personal, derrames accidentales o fugas. (Ideam, 2019)
Puede generar hidrogeno gaseoso al ponerse en contacto con algunos metales. Este si se
pone cerca de fuentes de ignición puede estallar y liberar calor. Al momento de diluir con
agua se debe tomar en cuenta que tiene una reacción violenta que genera vapores, por lo
que se recomienda realizar la dilución del ácido al agua. (Ideam, 2019)
1.5.1. Inhalación.
Su olor provoca irritación lo que en caso de exposición aguda es un factor de advertencia.
En el caso de personas que se encuentre expuesto al límite de exposición de 5 ppm
(OSHA) la percepción de este olor es mínimo, por tal razón no es una forma segura en
contra de fugas a bajas concentraciones. (Ideam, 2019)
Estos vapores de ácido son más pesados que el aire por lo que puede desplazarlo y
provocar asfixia en ambientes cerrados. (Ideam, 2019)
En caso de concentraciones altas puede provocar neumonitis y edema pulmonar, dando
lugar al síndrome de difusión reactiva de vías respiratorias, que es un tipo de asma
ocasionada por agentes químicos. Sus efectos pueden ser retardados lo que se recomienda
observación médica. (Ideam, 2019)
Exposiciones cortas a 35 ppm y entre de 50 a 100 ppm apenas son tolerables en una hora.
En personas con mayor exposición tienen ataques respiratorios y tonalidad azul en la piel.
(Ideam, 2019)
1.5.2. Contacto con la piel y ojos.
Los vapores o en si el ácido puede ocasionar quemaduras en las mucosas. Con vapores
de baja concentración produce enrojecimiento o irritación leve. (Ideam, 2019)
8
Los vapores pueden afectar a los ojos con la muerte de las corneas, cataratas y glaucomas.
En la superficie del ojo al ponerse contacto produce ulceras. En los niños el ataque es
mayor. (Ideam, 2019)
1.5.3. Ingestión
Puede causar náuseas y vómitos. En concentraciones altas causas heridas en la boca,
garganta, esófago y estómago. (Ideam, 2019)
1.5.4. Efectos crónicos
Los efectos crónicos se relacionan con cambios en el funcionamiento pulmonar,
inflamación de los bronquios, ulcera nasal e infección aguda en el tracto respiratorio, así
como inflamación y decoloración de la piel. También erosión de la dentadura e
inflamación ocular. (Ideam, 2019)
1.6. En caso de accidentes.
Toda persona que permanezca en contacto con alguna sustancia nociva debe estar
preparado para cualquier eventualidad, hasta que venga la autoridad pertinente en caso de
primeros auxilios. (Ideam, 2019)
• Ojos: se debe lavar con abundante agua y recibir atención médica.
• Piel: se debe remover la ropa si se encuentra infectada del ácido y lavar con
abundante agua el área afecta. Recibir atención médica inmediata.
• Inhalación: se debe poner a la persona afectada en un área ventilada, Si la
respiración se detiene, se administra respiración artificial. Recibir atención médica.
• Ingestión: se debe ingerir dos vasos de leche en caso de poseer. Caso contrario
suministrar agua. No provocar el vómito y recibir atención médica.
• Incendios: no es combustible, por lo que se puede utilizar cualquier clase de
extintores. (Ideam, 2019)
9
1.7. Almacenamiento.
Debe estar separado de combustibles y sustancias reductoras, oxidantes fuertes. bases
fuertes y metales. En ambientes ventilados, bien tapados y asegurados de que no existan
cambios de temperatura. (Ideam, 2019)
1.8. Límites de exposición para ácido clorhídrico.
Este acido es irritante y corrosivo al ponerse en contacto con tejido. Se encuentra en
forma de gas en el aire y en neblinas formando parte del material particulado. (Rojo,
2016)
La junta de Normas de Seguridad y Salud Ocupación (OSHA), tiene un nuevo límite de
exposición para jornadas de 8 horas de ácido clorhídrico la cual deben ser optados en los
procesos industriales.
Al utilizar esta sustancia química se debe asegurar que el ambiente de trabajo debe
cumplir que los contaminantes en el aire se mantengan por debajo de estos límites,
aplicando medidas de control o usando el equipo de protección personal. (News, 2015)
Tabla 2. Límites de exposición permisibles en el área laboral. (News, 2015)
Ácido Clorhídrico Concentración
Unidades ppm mg/m3
Límites 5 7
1.9. Problemas ambientales durante el proceso de decapado.
Los efluentes procedentes de los baños de decapado presentan un problema ambiental por
el contenido de ácidos y metales pesados. Debido a su efecto produce deficiencia en la
operación de decapado y cada cierto tiempo se requiere ajustar su composición.
(Hernandez, 2012)
Los inconvenientes que pueden presentar son:
10
• Alta corrosividad, peligrosa para el medio ambiente.
• La reducción de oxígeno disuelto en el agua por efecto de la reacción haciendo que
disminuye su poder de regeneración.
• Carácter toxico en algunos casos.
• Emisiones gaseosas.
• Emisiones liquidas
1.9.1. Emisiones de vapores ácidos.
Estas emisiones son emitidas por el efecto que produce el baño de decapado la cual se
difunde en el ambiente con relación a la temperatura de trabajo. Por lo general operan a
temperatura ambiente. (Metalmecánicas., 2013)
1.10. Solubilidad de gases en líquidos.
Esta solubilidad depende de la naturaleza, presión y temperatura en algunos casos de la
reacción químico con el solvente. De tal manera que se tiene moléculas de gas y de los
productos de la reacción con el disolvente. (Ríos, 1985)
Aquellas soluciones en donde el gas disuelto conserva sus propiedades sin reaccionar con
el disolvente se conocen como disoluciones verdaderas en donde las moléculas del gas se
mueven en las del líquido como si fuesen el mismo espacio del gas. Este se llega a disolver
hasta la saturación. (Ríos, 1985)
1.10.1. Temperatura.
A medida que la temperatura aumenta la solubilidad de un gas disminuye. Esto ocurre
debido que al incrementar la temperatura la energía calorífica se transfiera a las moléculas
del gas soluto para convertir en energía cinética. Luego las moléculas del líquido se
mueven alejándose una de otra con la cual el gas se escapa de manera fácil. (Geniolandia,
2019)
11
1.10.2. Presión.
A medida que se incrementa la presión de un líquido su solubilidad del gas aumenta. Se
debe a que más moléculas de gas se chocan con la superficie del líquido para entrar en
la solución, conforme se aumenta la presión. Cabe recalcar la Ley de Henry para este
fenómeno. (Geniolandia, 2019)
La ley de Henry establece que la solubilidad de un gas es directamente proporcional a la
presión parcial de un líquido. (Geniolandia, 2019)
𝐶𝑖 = 𝑝𝑖 ∗ 𝑘ℎ
𝐶𝑖= concentración del gas (solubilidad)
𝑝𝑖= presión parcial del gas
𝑘ℎ= constante de Henry
1.11. Agitación.
La agitación permite aumentar la velocidad de remoción del óxido. El tiempo de decapado
aumenta si el ácido fresco es llevado a la superficie mientras que el ácido débil disuelto
del metal es alejado de sí mismo. Este proceso se puede llevar por medio mecánico o
mediante inyección de aire o vapor. (G.Mera, 2002)
1.12. Equipo para pruebas de jarras.
Es un equipo de laboratorio que permite la evaluación de un agente. Se puede establecer
en diferentes concentraciones, velocidad de agitación y tiempo para llegar a los objetivos
propuestos. (Yareth, 2018)
12
2. EXPERIMENTACIÓN
2.1. Metodología
La parte experimental se realiza en el laboratorio de Operaciones Unitarias de la Facultad
de Ingeniería Química en la Universidad Central del Ecuador.
Con el objetivo de plantear el problema se realiza una breve investigación para poder
analizar las variables dependientes e independientes.
Variable independiente:
• Concentración inicial de ácido clorhídrico
• Concentración de “antivapor”.
• Tiempo
Variable dependiente:
• Concentración en función del tiempo del ácido.
Se establecieron tres concentraciones (16%, 18%, 20%) de ácido clorhídrico con tres
concentraciones (0,3%, 0,6%, 0,9%) de antivapor. Se realiza tres replicas por
experimentación.
Para el estudio de la concentración óptima de antivapor en baños de decapado, se emplea
un diseño factorial de 3x3 con dos factores, la concentración de ácido en 3 niveles y la
concentración de antivapor en 3 niveles para un total de 9 experimentos de tipo
cuantitativo. Se realizan 3 réplicas para cada hora para un total de 54 unidades
experimentales.
Dónde:
N= número de revoluciones 90 rpm
A= concentración de antivapor
A1 = 0,3%
13
A2 = 0,6%
A3 = 0,9%
C= concentración de HCl
C1= 16%
C2=18 %
C3=20 %
T=tiempo en horas
T1 = 1 hora
T2 = 2 horas
T3 = 3 horas
T4 = 4 horas
T5 =5 horas
R= réplicas
R1 = réplica 1
R2 = réplica 2
R3 = réplica 3
El siguiente gráfico muestra la fase de réplicas para una experimentación
14
Figura 2. Diagrama experimental de análisis.
A1
C1
T1
R1
R2
R3
T2
R1
R2
R3
T3
R1
R2
R3
T4
R1
R2
R3
T5
R1
R2
R3
C2
T1
R1
R2
R3
T2
R1
R2
R3
T3
R1
R2
R3
T4
R1
R2
R3
T5
R1
R2
R3
C3
T1
R1
R2
R3
T2
R1
R2
R3
T3
R1
R2
R3
T4
R1
R2
R3
T5
R1
R2
R3
15
2.2. Materiales y Equipos
• Vaso de Precipitación V=1000 mL Ap: ±50 mL
• Equipo de jarras
• Balón de aforo V:1000 mL
• Bureta V: 25 mL Ap: 0,10 mL
• Pipeta V: 2 mlL Ap: 0,1 mL
• Erlenmeyer V: 25 mL Ap: 10 mL
• Pera
2.3. Sustancias y Reactivos
• Ácido Clorhídrico HCl 32%
• Antivapor
• Anaranjado de metilo C14H14N3NaO3S
• Carbonato de Sodio Na2CO3
2.4. Procedimiento
2.4.1. Se prepara la solución al 16% de ácido clorhídrico con 0,3% de antivapor en un
balón de aforo 1000 mL.
2.4.2. Esta mezcla se traslada a un vaso de precipitación.
2.4.3. En el equipo de prueba de jarras se ajusta las revoluciones de 90 rpm.
2.4.4. Se coloca el vaso de precipitación en el equipo y se toma una muestra inicial de 2
mL colocando en el Erlenmeyer.
2.4.5. Luego se prende el equipo y se ajusta el cronometro para cada hora hasta llegar a
las de 5 horas de trabajo.
2.4.6. Con la muestra inicial se agrega agua unos 10 mL y tres gotas de anaranjado de
metilo.
2.4.7. Por último, se titula la muestra con carbonato de sodio hasta que cambie de color
de rosado a anaranjado.
16
2.4.8. El proceso se repite para las concentraciones de 16%, 18% y 20 % de ácido
clorhídrico con antivapor de 0,3%, 0,6% y 0,9% con cada una de sus configuraciones y
réplicas. Este proceso también se repite para soluciones sin antivapor para todas las
concentraciones de ácido.
En el siguiente gráfico se detalla el diagrama de la experimentación.
2.5. Datos experimentales al 16 % de HCl
Tabla 3. Datos experimentales para HCl al 16% con antivapor al 0%
HCl 16% Antivapor 0%
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
mL mL mL mL mL mL
1 17,3 16,9 16,6 16,3 16 15,9
2 17,3 16,9 16,5 16,3 16 15,9
3 17,3 16,9 16,6 16,3 16 15,8
PREPARACIÓN DEL
BAÑO DECAPADO
AGITADO
TITULADO
HCl (t0)
T= 18 °C, P=542 mm Hg
t=5 horas
N= 90 rpm
Na2CO3
antivapor
H2O
HCl (t5)
Anaranjado
de metilo
Figura 3. Diagrama del proceso
17
Tabla 4. Datos experimentales para HCl al 16% con antivapor al 0,3%
HCl 16% Antivapor 0,3 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
mL mL mL mL mL mL
1 17,3 17 16,7 16,4 16,2 16,1
2 17,3 17 16,7 16,4 16,2 16,1
3 17,3 17 16,7 16,4 16,2 16,1
Tabla 5. Datos experimentales para HCl al 16% con antivapor al 0,6%
HCl 16% Antivapor 0,6 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
mL mL mL mL mL mL
1 17,3 17,3 17,3 17,3 17,3 17,3
2 17,3 17,3 17,3 17,3 17,3 17,3
3 17,3 17,3 17,3 17,3 17,3 17,3
Tabla 6. Datos experimentales para HCl al 16% con antivapor al 0,9%
HCl 16% Antivapor 0,9 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
mL mL mL mL mL mL
1 17,3 17,3 17,3 17,3 17,3 17,3
2 17,3 17,3 17,3 17,3 17,3 17,3
3 17,3 17,3 17,3 17,3 17,3 17,3
18
2.6. Datos experimentales al 18 % de HCl
Tabla 7. Datos experimentales para HCl al 18% con antivapor al 0%
HCl 18% Antivapor 0 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
mL mL mL mL mL mL
1 19,5 18,7 18,2 17,7 17,3 16,9
2 19,5 18,7 18,2 17,7 17,4 16,9
3 19,5 18,8 18,2 17,7 17,3 16,9
Tabla 8. Datos experimentales para HCl al 18% con antivapor al 0,3%
HCl 18% Antivapor 0,3 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
mL mL mL mL mL mL
1 19,5 19,1 18,7 18,2 17,8 17,6
2 19,5 19,1 18,7 18,2 17,8 17,5
3 19,5 19,1 18,7 18,2 17,8 17,5
Tabla 9. Datos experimentales para HCl al 18% con antivapor al 0,6%
HCl 18% Antivapor 0,6 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
mL mL mL mL mL mL
1 19,4 19,3 19,2 19 18,9 18,7
2 19,4 19,3 19,2 19 18,9 18,7
3 19,4 19,3 19,2 19 18,9 18,7
19
Tabla 10. Datos experimentales para HCl al 18% con antivapor al 0,9%
HCl 18% Antivapor 0,9 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
ml ml ml ml ml ml
1 19,5 19,5 19,5 19,5 19,5 19,5
2 19,5 19,5 19,5 19,5 19,5 19,5
3 19,5 19,5 19,5 19,5 19,5 19,5
2.7. Datos experimentales al 20 % de HCl
Tabla 11. Datos experimentales para HCl al 20% con antivapor al 0%
HCl 20% Antivapor 0 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
mL mL mL mL mL mL
1 21,8 20,6 20,3 19,9 19,8 19,1
2 21,9 20,7 20,3 19,9 19,8 19,1
3 21,9 20,6 20,3 19,9 19,8 19,1
Tabla 12. Datos experimentales para HCl al 20% con antivapor al 0,3%
HCl 20% Antivapor 0,3 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
mL mL mL mL mL mL
1 21,8 21 20,8 20,5 20,3 19,8
2 21,8 21,1 20,8 20,4 20,3 19,7
3 21,8 21,1 20,8 20,5 20,3 19,8
20
Tabla 13. Datos experimentales para HCl al 20% con antivapor al 0,6%
HCl 20% Antivapor 0,6 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
ml ml ml ml ml ml
1 21,9 21,5 21,3 21 20,8 20,4
2 21,9 21,5 21,3 21 20,8 20,4
3 21,9 21,4 21,3 21 20,8 20,4
Tabla 14. Datos experimentales para HCl al 20% con antivapor al 0,9%
HCl 20% Antivapor 0,9 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
ml ml ml ml ml ml
1 21,9 21,6 21,4 21,1 21 20,7
2 21,9 21,6 21,4 21,1 21 20,7
3 21,9 21,7 21,4 21,1 20,9 20,7
21
3. CALCULOS.
Se realiza los cálculos de las concentraciones de ácido clorhídrico, sin y con antivapor.
Luego se calcula el evaporado.
3.1. Cálculo de la concentración de ácido clorhídrico.
Durante el proceso de titulación con carbonato de sodio, por cada mililitro consumido
corresponden a 10 g/ 1 L solución. Además, se utiliza la densidad de la solución para
obtener la concentración del ácido.
%𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 = 𝑣 ∗𝑟
𝜌∗ 100
𝑣= volumen del carbonato consumido
𝑟= 10 g HCl /1L de solución
𝜌= densidad de la solución (g /L)
%Concentración = g HCl/100 g solución
17,3 ∗10 𝑔 𝐻𝐶𝑙
1𝐿∗
𝐿
1075 𝑔∗ 100
%𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 = 16 (g HCl/ 100 g solución)
3.1.1. Curva de la concentración de ácido clorhídrico.
A partir de los datos de la concentración del ácido clorhídrico en función del tiempo se
construye la gráfica para cada porcentaje de antivapor.
3.2. Cálculo del porcentaje evaporado.
El cálculo se realiza mediante la diferencia entre la final e inicial de las concentraciones
en cada intervalo de tiempo.
22
%𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜 =𝑐𝑖−𝑐𝑓
𝑐𝑖*100
𝑐𝑖= concentración inicial de ácido (g HCl/100 g solución)
𝑐𝑓= concentración a un tiempo (t) de ácido (g HCl/ 100 g solución)
Calculo modelo de HCl a 18% a tiempo de 1 hora
%𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜 =18,01−17,27
18,01*100
%𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜 = 4,10 (g HCl evaporado / 100 g solución)
3.2.1. Curva del porcentaje evaporado.
Para la realización de esta grafica se toma los valores del evaporado anteriormente
obtenidos en función del tiempo para cada concentración de antivapor.
3.3. Análisis de los datos de la experimentación.
Este proceso se realiza con el software Stagraphics. Se establece un análisis de varianza
multifactorial para conocer que factor tiene un efecto estadísticamente significativo. Se
identifica dos factores que son: concentración de ácido y el porcentaje de antivapor. Como
variable dependiente se tiene el porcentaje de evaporado en cada hora. Por lo cual obtuvo
un total de cinco ANOVAS que ayuda a la interpretación del fenómeno. Los resultados
se exportan en la sección siguiente.
23
4. RESULTADOS
Se presenta los resultados obtenidos a partir de los cálculos y del análisis experimental.
También la representación gráfica para la interpretación del fenómeno.
4.1. Resultado del cálculo de la concentración de ácido clorhídrico.
Se tabula los resultados de la concentración de ácido a partir de los cálculos obtenidos.
4.1.1. Resultado del cálculo de la concentración de HCl al 16 %.
Tabla 15. Resultado de la concentración de HCl al 16% y antivapor al 0%
HCl 16% Antivapor 0%
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% peso % peso % peso % peso % peso % peso
1 16,09 15,72 15,44 15,16 14,88 14,79
2 16,09 15,72 15,35 15,16 14,88 14,79
3 16,09 15,72 15,44 15,16 14,88 14,70
Tabla 16. Resultado de la concentración de HCl al 16% y antivapor al 0,3%
HCl 16% Antivapor 0,3%
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% peso % peso % peso % peso % peso % peso
1 16,09 15,81 15,53 15,26 15,07 14,98
2 16,09 15,81 15,53 15,26 15,07 14,98
3 16,09 15,81 15,53 15,26 15,07 14,98
24
Tabla 17. Resultado de la concentración de HCl al 16% y antivapor al 0,6%
HCl 16% Antivapor 0,6%
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% peso % peso % peso % peso % peso % peso
1 16,09 16,09 16,09 16,09 16,09 16,09
2 16,09 16,09 16,09 16,09 16,09 16,09
3 16,09 16,09 16,09 16,09 16,09 16,09
Tabla 18. Resultado de la concentración de HCl al 16% y antivapor al 0,9%
HCl 16% Antivapor 0,9%
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% peso % peso % peso % peso % peso % peso
1 16,09 16,09 16,09 16,09 16,09 16,09
2 16,09 16,09 16,09 16,09 16,09 16,09
3 16,09 16,09 16,09 16,09 16,09 16,09
4.1.2. Resultado del cálculo de la concentración de HCl al 18 %
Tabla 19. Resultado de la concentración de HCl al 18% y antivapor al 0%
HCl 18% Antivapor 0%
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% peso % peso % peso % peso % peso % peso
1 18,01 17,27 16,81 16,34 15,97 15,60
2 18,01 17,27 16,81 16,34 16,07 15,60
3 18,01 17,36 16,81 16,34 15,97 15,60
25
Tabla 20. Resultado de la concentración de HCl al 18% y antivapor al 0,3%
HCl 18% Antivapor 0,3%
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% peso % peso % peso % peso % peso % peso
1 18,01 17,64 17,27 16,81 16,44 16,25
2 18,01 17,64 17,27 16,81 16,44 16,16
3 18,01 17,64 17,27 16,81 16,44 16,16
Tabla 21. Resultado de la concentración de HCl al 18% y antivapor al 0,6%
HCl 18% Antivapor 0,6%
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% peso % peso % peso % peso % peso % peso
1 17,91 17,82 17,73 17,54 17,45 17,27
2 17,91 17,82 17,73 17,54 17,45 17,27
3 17,91 17,82 17,73 17,54 17,45 17,27
Tabla 22. Resultado de la concentración de HCl al 18% y antivapor al 0,9%
HCl 18% Antivapor 0,9%
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% peso % peso % peso % peso % peso % peso
1 18,01 18,01 18,01 18,01 18,01 18,01
2 18,01 18,01 18,01 18,01 18,01 18,01
3 18,01 18,01 18,01 18,01 18,01 18,01
26
4.1.3. Resultado del cálculo de la concentración de HCl al 20 %
Tabla 23. Resultado de la concentración de HCl al 20% y antivapor al 0%
HCl 20% Antivapor 0%
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% peso % peso % peso % peso % peso % peso
1 19,96 18,86 18,59 18,22 18,13 17,49
2 20,05 18,96 18,59 18,22 18,13 17,49
3 20,05 18,86 18,59 18,22 18,13 17,49
Tabla 24. Resultado de la concentración de HCl al 20% y antivapor al 0,3%
HCl 20% Antivapor 0,3%
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% peso % peso % peso % peso % peso % peso
1 19,96 19,23 19,05 18,77 18,59 18,13
2 19,96 19,32 19,05 18,68 18,59 18,04
3 19,96 19,32 19,05 18,77 18,59 18,13
Tabla 25. Resultado de la concentración de HCl al 20% y antivapor al 0,6%
HCl 20% Antivapor 0,6%
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% peso % peso % peso % peso % peso % peso
1 20,05 19,69 19,51 19,23 19,05 18,68
2 20,05 19,69 19,51 19,23 19,05 18,68
3 20,05 19,60 19,51 19,23 19,05 18,68
27
Tabla 26. Resultado de la concentración de HCl al 20% y antivapor al 0,9%
HCl 20% Antivapor 0,9%
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% peso % peso % peso % peso % peso % peso
1 20,05 19,78 19,60 19,32 19,23 18,96
2 20,05 19,78 19,60 19,32 19,23 18,96
3 20,05 19,87 19,60 19,32 19,14 18,96
4.2. Curva de la concentración de ácido clorhídrico.
Figura 4. Concentración de HCl al 16% en función del tiempo
14,6
14,8
15
15,2
15,4
15,6
15,8
16
16,2
0 1 2 3 4 5 6
Co
nce
ntr
acio
n d
e H
Cl (
g H
Cl/
10
0 g
so
l)
Tiempo (h)
16% de HCl
Antivapor 0,3%
Antivapor 0,6%
Antivapor 0,9%
Antivapor 0,0%
28
Figura 5. Concentración de HCl al 18% en función del tiempo
15
15,5
16
16,5
17
17,5
18
18,5
0 1 2 3 4 5 6
Co
nce
ntr
acio
n d
e H
Cl (
g H
CL/
10
0 g
so
l)
Tiempo (h)
18 % HCl
Antivapor 0,3%
Antivapor 0,6%
Antivapor 0,9%
Antivapor 0,0 %
17
17,5
18
18,5
19
19,5
20
20,5
0 1 2 3 4 5 6
Co
nce
ntr
acio
n d
e H
Cl (
g H
Cl/
10
0g
sol)
Tiempo (h)
20% HCl
Antivapor 0,3%
Antivapor 0,6%
Antivapor 0,9%
Antivapor 0,0%
Figura 6. Concentración de HCl al 20% en función del tiempo
29
4.3. Resultado del cálculo porcentual de evaporado.
A partir de los datos obtenidos de las concentraciones de ácido se obtiene los siguientes
resultados de los evaporados.
4.3.1. Resultado del cálculo porcentual de evaporado al 16 % de ácido.
Tabla 27. Resultado del porcentaje evaporado al 16% de ácido y antivapor al 0%
HCl 16% Antivapor 0 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% % % % % %
1 0,00 2,31 4,05 5,78 7,51 8,09
2 0,00 2,31 4,62 5,78 7,51 8,09
3 0,00 2,31 4,05 5,78 7,51 8,67
Tabla 28. Resultado del porcentaje evaporado al 16% de ácido y antivapor al 0,3%
HCl 16% Antivapor 0,3 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% % % % % %
1 0,00 1,73 3,47 5,20 6,36 6,94
2 0,00 1,73 3,47 5,20 6,36 6,94
3 0,00 1,73 3,47 5,20 6,36 6,94
Tabla 29. Resultado del porcentaje evaporado al 16% de ácido y antivapor al 0,6%
HCl 16% Antivapor 0,6 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% % % % % %
1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
3 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
30
Tabla 30. Resultado del porcentaje evaporado al 16% de ácido y antivapor al 0,9%
HCl 16% Antivapor 0,9 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% % % % % %
1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
3 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
4.3.2. Resultado del cálculo porcentual de evaporado al 18 % de ácido.
Tabla 31. Resultado del porcentaje evaporado al 18% de ácido y antivapor al 0%
HCl 18% Antivapor 0 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% % % % % %
1 0,00 4,10 6,67 9,23 11,28 13,33
2 0,00 4,10 6,67 9,23 10,77 13,33
3 0,00 3,59 6,67 9,23 11,28 13,33
Tabla 32. Resultado del porcentaje evaporado al 18% de ácido y antivapor al 0,3%
HCl 18% Antivapor 0,3 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% % % % % %
1 0,00 2,05 4,10 6,67 8,72 9,74
2 0,00 2,05 4,10 6,67 8,72 10,26
3 0,00 2,05 4,10 6,67 8,72 10,26
31
Tabla 33. Resultado del porcentaje evaporado al 18% de ácido y antivapor al 0,6%
HCl 18% Antivapor 0,6 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% % % % % %
1 0,00 0,52 1,03 2,06 2,58 3,61
2 0,00 0,52 1,03 2,06 2,58 3,61
3 0,00 0,52 1,03 2,06 2,58 3,61
Tabla 34. Resultado del porcentaje evaporado al 18% de ácido y antivapor al 0,9%
HCl 18% Antivapor 0,9 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% % % % % %
1 0 0 0 0 0 0
2 0 0 0 0 0 0
3 0 0 0 0 0 0
4.3.3. Resultado del cálculo porcentual de evaporado al 20 % de ácido.
Tabla 35. Resultado del porcentaje evaporado al 20% de ácido y antivapor al 0%
HCl 20% Antivapor 0 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% % % % % %
1 0,00 5,50 6,88 8,72 9,17 12,39
2 0,00 5,48 7,31 9,13 9,59 12,79
3 0,00 5,94 7,31 9,13 9,59 12,79
32
Tabla 36. Resultado del porcentaje evaporado al 20% de ácido y antivapor al 0,3%
HCl 20% Antivapor 0,3 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% % % % % %
1 0,00 3,67 4,59 5,96 6,88 9,17
2 0,00 3,21 4,59 6,42 6,88 9,63
3 0,00 3,21 4,59 5,96 6,88 9,17
Tabla 37. Resultado del porcentaje evaporado al 20% de ácido y antivapor al 0,6%
HCl 20% Antivapor 0,6 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% % % % % %
1 0,00 1,83 2,74 4,11 5,02 6,85
2 0,00 1,83 2,74 4,11 5,02 6,85
3 0,00 2,28 2,74 4,11 5,02 6,85
Tabla 38. Resultado del porcentaje evaporado al 20% de ácido y antivapor al 0,9%
HCl 20% Antivapor 0,9 %
Replicas 0 horas 1 hora 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas
% % % % % %
1 0,00 1,37 2,28 3,65 4,11 5,48
2 0,00 1,37 2,28 3,65 4,11 5,48
3 0,00 0,91 2,28 3,65 4,57 5,48
33
4.4. Curva del evaporado.
Figura 7. Porcentaje evaporado en función del tiempo al 16 % de HCl.
Figura 8. Porcentaje evaporado en función del tiempo al 18 % de HCl.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 1 2 3 4 5 6
% e
vap
ora
do
Tiempo (h)
16 % HCl
Antivapor 0%
Antivapor 0,3%
Antivapor 0,6%
Antivapor 0,9%
0
2
4
6
8
10
12
14
0 1 2 3 4 5 6
% e
vap
ora
do
Tiempo (h)
18% HCl
Antivapor 0%
Antivapor 0,3%
Antivapor 0,6%
Antivapor 0,9%
34
Figura 9. Porcentaje evaporado en función del tiempo al 20 % de HCl.
4.5. Resultado del análisis de los datos de la experimentación.
Tabla 39. Resultado del análisis de datos para (1) hora.
Análisis de Varianza para %_evaporado
Fuente Suma de
Cuadrados
Grados
de
libertad
Cuadrado
Medio
Razón-
F
Valor-P
EFECTOS
PRINCIPALES
A:%_antivapor 70,7079 3 23,5693 145,62 0
B:%_HCl 26,2534 2 13,1267 81,1 0
RESIDUOS 4,85552 30 0,161851
TOTAL
(CORREGIDO)
101,817 35
0
2
4
6
8
10
12
14
0 1 2 3 4 5 6
% e
vap
ora
do
Tiempo (h)
20% HCl
Antivapor 0%
Antivapor 0,3%
Antivapor 0,6%
Antivapor 0,9%
35
Tabla 40. Resultado del análisis de datos para (2) horas.
Análisis de Varianza para %_evaporado
Fuente Suma de
Cuadrados
Grados
de
libertad
Cuadrado
Medio
Razón-F Valor-P
EFECTOS
PRINCIPALES
A:%_antivapor 164,677 3 54,8922 207,95 0
B:%_HCl 30,9264 2 15,4632 58,58 0
RESIDUOS 7,919 30 0,263967
TOTAL
(CORREGIDO)
203,522 35
Tabla 41. Resultado del análisis de datos para (3) horas.
Análisis de Varianza para %_evaporado
Fuente Suma de
Cuadrados
Grados
de
libertad
Cuadrado
Medio
Razón-F Valor-P
EFECTOS
PRINCIPALES
A:%_antivapor 279,941 3 93,3136 115,19 0
B:%_HCl 53,5432 2 26,7716 33,05 0
RESIDUOS 24,3029 30 0,810098
TOTAL
(CORREGIDO)
357,787 35
36
Tabla 42. Resultado del análisis de datos para (4) horas.
Análisis de Varianza para %_evaporado
Fuente Suma de
Cuadrados
Grados
de
libertad
Cuadrado
Medio
Razón-F Valor-P
EFECTOS
PRINCIPALES
A:%_antivapor 388,561 3 129,52 80,94 0
B:%_HCl 55,2575 2 27,6287 17,27 0
RESIDUOS 48,0071 30 1,60024
TOTAL
(CORREGIDO)
491,825 35
Tabla 43. Resultado del análisis de datos para (5) horas.
Análisis de Varianza para %_evaporado
Fuente Suma de
Cuadrados
Grados
de
libertad
Cuadrado
Medio
Razón-F Valor-P
EFECTOS
PRINCIPALES
A:%_antivapor 542,899 3 180,966 102,07 0
B:%_HCl 139,168 2 69,5842 39,25 0
RESIDUOS 53,1877 30 1,77292
TOTAL
(CORREGIDO)
735,255 35
Del resultado del análisis de varianza para cada hora se establece que a partir de los
factores de concentración de antivapor y concentración de HCl de los valores- P prueban
la significancia estadística de cada uno. Puesto que sus dos factores tienen valores-P
menores que 0,05, estos factores tienen un efecto estadísticamente significativo sobre el
porcentaje de evaporado con un 95,0% de nivel de confianza.
37
5. DISCUSIÓN
Siendo el ácido clorhídrico una solución de gas en líquido, a mayores concentraciones
existe la tendencia que el evaporado sea mayor. El antivapor es un producto que evita que
esta evaporación se produzca, por esta razón la tendencia de evaporarse mas se evita con
mayores concentraciones de antivapor, este comportamiento se observa en las figuras:7,
8 y 9.
Manteniendo constante la concentración de ácido, la cantidad de evaporado se disminuye
al aumentar la concentración de antivapor, hasta que prácticamente esta evaporación se
anula. Medido a cinco horas; la concentración de ácido es 16% con 0,6% de antivapor y
al 18 % de HCl con 0,9% de antivapor. Para la concentración de 20% de HCl solo se pudo
apreciar este comportamiento (figura 9) y en el campo de trabajo no se llegó a determinar
a una concentración de antivapor que anule la evaporación, o incluso podría presentarse.
Todos los resultados obtenidos han sido a temperatura ambiente, pero como sabemos a
mayores temperaturas y menores presiones, la tendencia del evaporado en HCl de la
solución es mayor, lo que implica que la concentración de antivapor requerido también
dependerá del lugar geográfico en el cual se realice el proceso de decapado.
38
6. CONCLUSIONES
6.1. De la figura 7, se obtiene que al 16% de HCl se llega a un evaporado de 0% al 0.6%
de antivapor, en cambio en la figura 8, tenemos al 18% de HCl se llega a 0% de evaporado
al 0,9% de antivapor; mientras que en la figura 9, tenemos que al 20% de HCl no existe
ninguna concentración de antivapor planteada que llegue al 0% de evaporado. Con estos
resultados se obtiene que la mejor concentración de antivapor en baños de decapado es al
16% de HCl con 0,6 % de antivapor y al 18% de HCL es 0,9% de antivapor.
6.2. De la interpretación de la figura 9 se tiene que para el HCl al 20% con una
concentración de antivapor de 0,3% en las 5 horas, se evapora 12,6% y al 0,9% de
antivapor es 5,4%, existiendo una disminución del evaporado. Por consiguiente, a medida
que se aumenta la concentración de antivapor, existe una disminución del evaporado.
6.3. El porcentaje de evaporado, se relaciona con las emisiones de vapores ácidos al
ambiente en el tiempo de cinco horas. Si se analiza la figura 7, al 16% de HCl cuando no
se añade antivapor tenemos una emisión de vapor aproximado del 8% mientras que
cuando se añade el 0,3 % de antivapor se tiene un 6,9% de evaporado. Con esto se
comprueba que el uso de antivapor, permite la disminución de vapores ácidos al ambiente
laboral en baños de decapado.
6.4. A partir de los resultados de la Anova, se concluye que la concentración de ácido
clorhídrico, como la concentración de antivapor tiene una influencia relevante sobre el
porcentaje de evaporado. Por lo que se entiende, que a medida que aumenta la
concentración de ácido clorhídrico, también existe un aumento considerable del uso de
antivapor para el control del evaporado.
39
7. RECOMENDACIONES
7.1. Se plantea la posibilidad de realizar la experimentación tomando en cuenta como
variable la agitación para poder observar este efecto sobre el porcentaje de evaporado.
Tomando como referencia a partir del 90 rpm.
7.2. Se recomienda analizar la influencia de la temperatura, utilizando como variable para
evaluarlo sobre el evaporado. Se puede tomar como referencia alrededor de la temperatura
ambiente de la ciudad de Quito.
7.3. Se recomienda en el caso que se requiera conocer la concentración óptima de
antivapor al 20% de HCl, se debe partir por encima del 0,9% de antivapor ya que a esta
condición se obtuvo un 5,48% de evaporado.
7.4. Se recomienda que se puede cambiar las condiciones ambientales como es el caso de
la presión para conocer el efecto de este variable sobre la acción del antivapor en el baño
de decapado.
40
CITAS BIBLIOGRÁFICAS
G.Mera, V. A. (2002). Tesis. Desarrollo de propuestas para el manejo de los residuos de
la planta de estructuras de la empresa ABB de Venezuela. Caracas, Venezuela:
U.C.V.
Geniolandia. (2019). Geniolandia.com. Obtenido de Factores que afectan la solubilidad
de un liquido: https://www.geniolandia.com/13119153/factores-que-afectan-la-
solubilidad-de-un-gas-en-un-liquido
Hernandez, E. D. (septiembre de 2012). Proyecto de fin de carrera. Tratamiento y gestión
de baños ácidos de decapado. Valladolid: Universidad de Valladolid.
Ideam. (2019). Documentacion.ideam.gov.co. Obtenido de Ácido Clorhidrico:
http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/018903/Links/Guia2.pdf
Metalmecánicas., A. C. (2013). Diagnostico y propuesta de acuerdo a producción limpia:
Sector galvanizado (L1-24-2012). Asimet, 119.
Morral, F. (2004). Metalurgia General ( Tomo II ). Barcelona: Reverte.
News, S. (2015). Exposure Limits for Hydrogen Chloride(HCl). Obtenido de Safety
News:
https://content.statefundca.com/safety/news/2015issue3/ManuHydrogenChloride
.asp
Ríos, E. G. (1985). Química. Barcelona: Reverte.
Rojo, D. (2016). Acidos Inorganicos en aire de ambientes laborales. Instituto de Saludo
Publica. Gobierno de Chile, 2.
Wurlemberger, L. G. (2006). Tecnologia de oficios metalurgicos. Barcelona: Reverte.
Yareth. (2018). Soluciones para laboratorio. Obtenido de Equipo de Prueba de jarras:
http://www.yarethquimicos.com/Dowloand/Floculador-
test%20de%20jarras/TEST%20DE%20JARRAS%20-
%20FLOCULADOR%20MODELOS%20YFL2,%20YFL4%20Y%20YFL6%2
0AUTOMATICO%20DIGITAL.pdf
41
BIBLIOGRAFIA
G.Mera, V. A. (2002). Tesis. Desarrollo de propuestas para el manejo de los residuos de
la planta de estructuras de la empresa ABB de Venezuela. Caracas, Venezuela:
U.C.V.
Geniolandia. (2019). Geniolandia.com. Obtenido de Factores que afectan la solubilidad
de un liquido: https://www.geniolandia.com/13119153/factores-que-afectan-la-
solubilidad-de-un-gas-en-un-liquido
Hernandez, E. D. (septiembre de 2012). Proyecto de fin de carrera. Tratamiento y gestión
de baños ácidos de decapado. Valladolid: Universidad de Valladolid.
Ideam. (2019). Documentacion.ideam.gov.co. Obtenido de Ácido Clorhidrico:
http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/018903/Links/Guia2.pdf
Metalmecánicas., A. C. (2013). Diagnostico y propuesta de acuerdo a producción limpia:
Sector galvanizado (L1-24-2012). Asimet, 119.
Morral, F. (2004). Metalurgia General ( Tomo II ). Barcelona: Reverte.
News, S. (2015). Exposure Limits for Hydrogen Chloride(HCl). Obtenido de Safety
News:
https://content.statefundca.com/safety/news/2015issue3/ManuHydrogenChloride
.asp
Ríos, E. G. (1985). Química. Barcelona: Reverte.
Rojo, D. (2016). Acidos Inorganicos en aire de ambientes laborales. Instituto de Saludo
Publica. Gobierno de Chile, 2.
Wurlemberger, L. G. (2006). Tecnologia de oficios metalurgicos. Barcelona: Reverte.
Yareth. (2018). Soluciones para laboratorio. Obtenido de Equipo de Prueba de jarras:
http://www.yarethquimicos.com/Dowloand/Floculador-
test%20de%20jarras/TEST%20DE%20JARRAS%20-
%20FLOCULADOR%20MODELOS%20YFL2,%20YFL4%20Y%20YFL6%2
0AUTOMATICO%20DIGITAL.pdf
42
ANEXOS
43
ANEXO A. Reporte Gráfico
Figura 10. Equipo de jarras
Figura 11. Antivapor