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Licuefacción

Licuefacción
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Concepto:Es el paso de un componente u objeto, de un sólido o gas a un estado líquido.

Licuefacción ó licuación. Es el paso de un componente u objeto, de un estado sólido o gaseoso a un estado líquido. Dentro de los procesos de licuefacción más conocidos se encuentran: la licuefacción de los gases, del suelo o de la tierra, del carbón, de la sangre, entre otras.

Historia

La licuefacción de los gases fue descubierta por Michael Faraday en el año 1823, al trabajar con amoníaco, proceso complicado que utiliza diferentes compresiones y expansiones para lograr altas presiones y temperaturas muy bajas, utilizando por ejemplo turboexpansores.

Thomas Andrews en 1869 descubre que cada gas tiene una temperatura definida, llamada su temperatura crítica, sobre la cual no puede ser licuefecha, no importa qué la presión se ejerza sobre ella. Un gas se debe, por lo tanto, refrescar debajo de su temperatura crítica antes de que pueda ser licuefecho. Cuando se fuerza más cerca junto un gas se comprime susmoléculas y, su movimiento vibratorio que es reducido, emite calor.

Mientras que procede la compresión, la velocidad de las moléculas y de las distancias entre ellas continúa disminuyendo, hasta que la sustancia experimenta el cambio del estado y llega a ser eventual líquido.

El primero en patentar la licuefacción directa del carbón fue el alemán Bergius en 1913. Este proceso pionero, que no incluía ni hidrógeno ni catalizador, fue industrializado en los años 1920 en Alemania y en los años 1930 en el Reino Unido.

Durante la Segunda Guerra Mundial experimentó un gran auge, llegando en 1944 a ser responsable, junto con la vía de la licuefacción indirecta, de la mayor parte del suministro de combustible a las fuerzas armadas alemanas.

Si bien los efectos de la licuefacción han sido comprendidos desde hace mucho tiempo, los ingenieros y sismólogos han tenido un recordatorio sobre su relevancia a partir de los terremotos de1964 ocurridos en Niigata, Japón y Alaska. El fenónemo también jugó un papel muy importante en la destrucción del Distrito de la Marina en San Francisco durante el terremoto de Loma Prieta ocurrido en 1989.

Tipos de licuefacción

La licuefacción de los gases

Ocurre cuando una sustancia pasa del estado gaseoso al líquido. Por acción de la temperatura y el aumento de presión, llegando a una sobrepresión elevada, hecho que diferencia a la licuefacción de la condensación.

La producción de gases licuefechos en cantidades grandes (y por lo tanto su uso en la refrigeración) fue hecha posible por el trabajo de Z. F. Wroblewski y K. S. Olszewski, dos científicos polacos.

El proceso de licuefacción de gases incluye una serie de fases utilizada para convertir un gas en estado líquido y se utiliza para fines científicos, industriales y comerciales. Muchos de los gases se pueden poner en estado líquido a presión atmosférica normal por simple refrigeración y otros como eldióxido de carbono, requieren presurización.

Licuefacción de los suelos

Licuefacción del suelo o de la tierra, es el proceso de pérdida de resistencia de ciertos tipos de suelos, que están saturados en agua y cuando son sometidos a la sacudida de unterremoto fluyen como un líquido a causa de un aumento de la presión. El sedimento cae y el agua que satura el suelo tiende a salir como una fuente que brota a borbotones.

Puede considerarse una consecuencia de los terremotos en lugares con terrenos poco consolidados o suelos arcillosos. Cuando se produce la licuefacción, los edificios y casas se encuentran flotando en un lodo inestable saturado en agua, y por lo tanto pierden la estabilidad.

La pérdida de resistencia del suelo hace que las estructuras sean incapaces de mantenerse estables, siendo arrastradas sobre la masa de suelo líquido. Es más probable que la licuefacción ocurra en suelos granulados sueltos saturados o moderadamente saturados con un drenaje pobre, tales como arenas sedimentadas o arenas y gravas que contienen vetas de sedimentos impermeables.

Suelos susceptibles a la licuefacción

La licuefacción de los suelos es un proceso observado en situaciones en que la presión de poros es tan elevada que el agregado de partículas pierde toda la resistencia al corte y el terreno su capacidad soportante. Los suelos más susceptibles a la licuefacción son aquellos formados por depósitos jóvenes (producidos durante el Holoceno (depositados durante los últimos 10,000 años) de arenas y sedimentos de tamaños de partículas similares, en capas de por lo menos más de un metro de espesor, y con un alto contenido de agua (saturadas).

Suelos granulares en los que se procuce la licuefacción

• Arenas limosas saturadas

• Arenas muy finas redondeadas (loess)

• Arenas limpias

• Rellenos mineros


Debido a la gran cantidad de agua intersticial que presentan, las presiones son tan elevadas que un seísmo, o una carga dinámica, o la elevación del nivel freático, pueden aumentarlas, llegando a anular las tensiones efectivas. Esto motiva que las tensiones tangenciales se anulen, comportándose el terreno como un pseudolíquido.


Durante el proceso en que actúa la fuerza exterior, por lo general una fuerza cíclica sin drenaje, tal como una carga sísmica, las arenas sueltas tienden a disminuir su volumen, lo cual produce un aumento en la presión de agua en los poros y por lo tanto disminuye la tensión de corte, originando una reducción de la tensión efectiva.


Tales depósitos por lo general se presentan en los lechos de ríos, playas, dunas, y áreas donde se han acumulado arenas y sedimentos arrastrados por el viento y/o cursos de agua. Algunos ejemplos de licuefacción son arena movediza, arcillas movedizas, corrientes de turbidez, y licuefacción inducida por terremotos.


Según cual sea la fracción de vacío inicial, el material del suelo puede responder ante la carga bien en un modo de ablandamiento inducido por deformación o alternativamente sufrir endurecimiento inducido por deformación.


En el caso de suelos del tipo ablandamiento inducido por deformación, tales como arenas sueltas, los mismos pueden alcanzar un punto de colapso, tanto en forma monótona o cíclica, si la tensión de corte estática es mayor que tensión de corte estacionaria del suelo. En este caso ocurre licuefacción de flujo, en la cual el terreno se deforma con una tensión de corte constante de valor reducido.

Si el terreno es del tipo endurecimiento inducido por deformación, o sea arenas de densidad moderadas a altas, en general no ocurrirá una licuefacción por flujo.

Sin embargo, puede presentarse un ablandamiento cíclico a causa de cargas cíclicas sin drenaje, tales como cargas sísmicas. La deformación durante cargas cíclicas dependerá de ladensidad del terreno, la magnitud y duración de la carga cíclica, y la magnitud de inversión de la tensión de corte. Si es que ocurre una inversión de la tensión, la tensión de corte efectiva puede ser nula, en cuyo caso puede ocurrir el fenómeno de licuefacción cíclica.

Si no ocurre inversión de las tensiones, no es posible que la tensión efectiva sea nula, en cuyo caso puede ocurrir el fenómeno de movilidad cíclica.

Suelos resistentes a la licuefacción

La resistencia de un suelo sin cohesión frente a la licuefacción dependerá de la densidad del terreno, las tensiones de confinamiento, la estructura del terreno (textura, antigüedad y cementación), la magnitud y duración de la carga cíclica, y de si ocurre inversión de la tensión de corte.


La licuefacción puede causar daño a estructuras en varias maneras. Los edificios cuyos cimientos están directamente en la arena que se licua experimentan una pérdida de apoyo repentina, que resulta en el asentamiento drástico e irregular del edificio. La licuefacción causa asentamientos irregulares en el área licuada, y esto puede dañar los edificios y romper los cables de servicio público subterráneos donde los asentamientos diferenciales son grandes.


Las tuberías de distribución deagua y gas y otros ductos pueden flotar y desplazarse hacia la superficie. Forúnculos de arena pueden entrar en erupción en los edificios a través de bocas de conexión de servicios, con lo que el agua puede ingresar y dañar la estructura o sus sistemas eléctricos. La licuefacción del suelo también puede causar colapsos de plataformas.


Las áreas de recuperación ambiental de suelo (rellenos sanitarios) son propensas a la licuefacción porque muchas son recuperadas con relleno hidráulico, y a menudo se asientan sobre suelos blandos que pueden amplificar la sacudida de los terremotos.

Es uno de los fenómenos más dramáticos y destructivos y, además, más polémicos y peor explicados que pueden ser inducidos en depósitos por acciones sísmicas. La mitigación del daño potencial debido a la licuefacción forma parte del campo de la ingeniería geotécnica.

La licuefacción directa del carbón

Es un proceso químico que convierte el carbón directamente en una mezcla de hidrocarburos líquidos, también conocida como proceso Pott-Broche, es un proceso químico que convierte el carbón directamente en una mezcla dehidrocarburos líquidos denominada "crudo sintético".

Aunque existen muchas variantes del proceso, todas coinciden en que primero se disuelve el carbón en un disolvente a alta presión y temperatura y luego se añade hidrógeno para realizar un hidrocraqueo en presencia de un catalizador. El producto obtenido es un crudo sintético que a continuación hay que refinar, consumiendo más hidrógeno.

No debe confundirse con la "licuefacción indirecta", que consiste en generar primero gas de síntesis que luego es convertido en hidrocarburos líquidos mediante una reacción de Fischer-Tropsch.

Aplicaciones de la licuefacción

La licuefacción se utiliza para el análisis de las propiedades fundamentales de las moléculas de gas (fuerzas intermoleculares), para el almacenamiento de gases, por ejemplo: el GLP, en la refrigeración y aire acondicionado. En éstos, el gas licuado dentro del condensador, libera el calor de vaporización, y se evapora en el evaporador, donde el calor de vaporización es absorbido. El amoníaco fue el primero de estos refrigerantes, pero ha sido sustituido por compuestos derivados del petróleo y halógenos.


El oxígeno líquido se suministra a los hospitales para la conversión a gas para los pacientes que sufren de problemas respiratorios, y el nitrógeno líquido es utilizado en dermatología y en inseminación artificial para congelar el semen. El cloro licuado es transportado para su eventual solución en el agua, tras lo cual se utiliza para la purificación del agua, el saneamiento de los desechos industriales, aguas residuales y piscinas, blanqueo de pasta de papel y textiles y la fabricación de tetracloruro de carbono, glicol y otros muchos compuestos orgánicos, así como el fosgeno de gas.

Se utilizó en la guerra en la Primera Guerra Mundial en Flandes y en forma gaseosa en Ypres, Bélgica, aunque los depósitos estaban llenos de líquido. La licuefacción de aire se utiliza para la obtención de nitrógeno, oxígeno y argón que están presentes en éste, separando los componentes por destilación.

La licuefacción del helio (helio-4) con el ciclo de Linde-Hampson dio lugar a un Premio Nobel de física a Heike Kamerlingh Onnes en 1913. La presión en el punto de ebullición del helio líquido es de 4,22 K (-268,93 °C), por debajo de los 2,17 K el helio líquido tiene muchas propiedades asombrosas, como el ascenso de las paredes, exhibiendo cero viscosidad.

Efectos negativos causados por el fenómeno de licuefacción pueden resultar también asombrosos: en algunos casos los materiales o construcciones se hunden como tragados por la tierra.

Fuentes

http://ingenieriasismicaylaconstruccioncivil.blogspot.com/

http://www.textoscientificos.com/quimica/textoscientificos.com

http://eigualmc2.wordpress.com

http://es.scribd.com/doc/43975503/Que-es-la-licuefaccion-del-suelo