Importancia de la presión de vapor en el desempeño de un aerosol

Para hablar de la presión de vapor (Pv) y su importancia en el desempeño de un aerosol primero mencionaremos algunos aspectos importantes del aerosol; por ejemplo, su definición nos dice que el aerosol es un sistema de empaque no rellenable, que consta de un envase y de una válvula dosificadora, donde producto y un propelente han sido herméticamente sellados (Figura 1).

Tomando esta definición emitida por la ONU, sabemos que el propelente es una parte fundamental del sistema aerosol, entonces, ¿Qué es el propelente? Es precisamente el gas encargado de suministrar la presión necesaria para expeler del envase el ingrediente activo al momento que operamos la válvula dosificadora.

Figura 1. Componentes de un aerosol.

Actualmente clasificamos los gases más utilizados como propelente de la siguiente manera:

Los gases licuados son los más usados actualmente como propelente ya que presentan las siguientes características:

De la lista anterior se resaltan las características que relacionan al gas propelente con el término presión de vapor; por lo que ahora es necesario definir dicho término para así comprender mejor su importancia en el desempeño del aerosol. Tomando como referencia la ASTM D1267 (Método para determinar la presión de vapor en gas licuado) definimos la presión de vapor como la presión ejercida por el vapor de un líquido cuando está en equilibrio con el líquido. Figura 2.

Figura 2. Equilibrio líquido-vapor en gas licuado.

1. Moléculas de líquido empiezan a evaporarse.
2. Moléculas evaporadas empiezan a ejercer presión sobre el recipiente y su fase liquida, continúan moléculas evaporándose (rojo), y condensándose (azul). El sistema aún no está en equilibrio.
3. El equilibrio se alcanza debido a que la cantidad de moléculas vaporizándose y condensándose es la misma y la fase vapor está saturada. En este punto (c) es donde se mide la Pv.

Como se mencionó, el método para determinar la presión de vapor en gases licuados lo encontramos en la ASTM D1267 de la cual podemos destacar algunos puntos importantes para dicha determinación:

• Temperatura establecida en la industria del aerosol para la prueba es de 21°C, la cual debe fijarse, corroborarse y mantenerse en el transcurso de la prueba mediante un baño de agua, debido a que la temperatura es un factor determinante en la medición de la Pv.
• La unidad de presión establecida para expresar los resultados es psi.
• Es importante expresar el valor de Pv con referencia al nivel del mar, lo que hace necesario realizar un ajuste por altitud; por ejemplo, si la determinación se realiza en la Ciudad de México (situada 2240 m.s.n.m) el ajuste se efectúa restando 3.4 psi al valor de Pv obtenido.
• Los manómetros utilizados deben de estar calibrados y con la escala de medición adecuada.
• Debemos asegurarnos que el dispositivo utilizado para esta prueba sea llenado correctamente; además de verificar que no tenga fugas. La ASTM D1267 describe que el dispositivo para la prueba debe estar conformado básicamente por una cámara superior y una cámara inferior (la relación en volumen de la cámara superior debe ser 3 veces mayor a la cámara inferior), y ambas interconectadas por una válvula como se muestra a continuación (Figura 3).

Figura 3. Dispositivo para determinación de presión de vapor según ASTM D1267.

A continuación, se muestra la serie de pasos para asegurar el adecuado llenado del dispositivo anterior (Figura 4).

1. Conectar el dispositivo vacío y con todas las válvulas abiertas directamente al tanque/ remolque/auto-tanque que contenga la muestra de gas a determinar la Pv.
2. Llenar completamente de líquido el dispositivo.
3. Cerrar las válvulas de los extremos (mantener abierta la válvula que conecta las cámaras).
4. La válvula que interconecta ambas cámaras es cerrada y la válvula de purga se abre para permitir que la cámara inferior se vacíe completamente.
5. Una vez vacía la cámara inferior, cerrar la válvula de purga y abrir la válvula que interconecta las cámaras para permitir que el líquido baje y se genere el espacio donde se logra el equilibrio líquido vapor necesario para la determinación de la Pv del gas licuado.

Figura 4. Esquema de llenado del dispositivo.

Una vez que el dispositivo se llenó adecuadamente se debe sumergir en un baño de agua a la temperatura establecida (21°C) durante 30min aproximadamente, durante los cuales, se debe sacar el dispositivo del baño para poder agitarlo vigorosamente y regresarlo al baño cada 2minutos; concluidos los 30min se conecta el manómetro para realizar la lectura.

Como se mencionó anteriormente la temperatura es un factor determinante que incide en la medición de la Pv. La tabla 1 contiene los resultados de presiones de vapor a diferentes temperaturas para tres mezclas de propelente (A-22, A-46 y A-110), se resaltan los valores obtenidos a la temperatura establecida para la determinación. También se incluyen lecturas de Pv a otras temperaturas para demostrar la variación entre los resultados y la importancia de mantener la temperatura constante.

En la Figura 5 se puede apreciar el comportamiento (de tipo exponencial) de la Pv del A-46 con el incremento de la temperatura, de 0°C a 100°C, observándose que a 21°C el valor de Pv = 46.2 psi.

Tabla 1. Pv referidas a nivel del mar.

Figura 5. Gráfica de Pv en función de Temperatura para A-46 con referencia al nivel del mar.

Para concluir se enlistan algunas sugerencias ya mencionadas a fin de prevenir malas prácticas en la determinación de la presión de vapor.

• Es importante realizar la determinación a la temperatura de 21°C verificando continuamente que no haya variación utilizando termómetros calibrados.
• Utilizar siempre manómetros calibrados y con la escala adecuada; recordando que la unidad de presión es psi.
• No debemos olvidar realizar el ajuste por altitud y así dar por entendido que los valores de Pv expresados están referidos siempre sobre el nivel del mar.
• Durante la determinación debemos asegurarnos que el dispositivo no tenga ninguna fuga.
• Asegurarnos que se produce el equilibrio líquidovapor indispensable para generar la Pv; esto mediante el correcto llenado del dispositivo por lo que se invita a evitar realizar la determinación directamente del bote de aerosol o con un dispositivo que no cumpla la ASTM D1267.