Determinacion Del Poder Calorifico Del Gas Natural A Partir De Analisis Cromatografico

DETERMINACIÓN DEL PODER CALORIFICO DE GAS NATURAL A PARTIR DEL ANALISIS CROMATOGRAFICO

1.- Competencias.-

El alumno debe tener el conocimiento y capacidad de calcular el poder calorífico de gases naturales, y de gases licuados secos cuando se conoce la composición del gas en fracción molar, obtenida por un análisis cromatográfico.

2.- Marco Teórico.-

Poder Calorífico

Definimos el poder calorífico como la energía que se desprende en la combustión completa de la unidad de masa o de volumen del combustible. Aquí convendría diferenciar los conceptos de poder calorífico superior e inferior.

Poder calorífico inferior (PCI), se denomina así al poder calorífico cuando el agua resultante de la combustión se supone en estado de vapor con los demás productos de la combustión. Poder calorífico superior (PCS), se denomina así al poder calorífico cuando el agua resultante de la combustión se supone líquida (condensada) en los productos de combustión. En los contratos de compra de gas suelen definir el poder calorífico inferior del gas que suele situarse en 950 Btu/scf. Dado que el nitrógeno no tiene un considerable poder calorífico, en algunos casos, cuando el gas no alcanza las mínimas exigencias en cuanto al poder calorífico, se procederá a la retirada de este nitrógeno del caudal de gas, este proceso se realizará mediante plantas de baja temperatura o con membranas permeables.

Por tanto la diferencia entre PCS y PCI es igual por definición al calor de condensación del vapor de agua resultante de la combustión del combustible. La relación PCI/PCS depende de la proporción de los elementos carbono e hidrogeno presentes en gas combustible. Para los gases combustibles más usuales el valor de PCI/PCS ronda el valor de 0,9.

Generalmente el valor del gas depende de su poder calorífico, de todas formas si existiera un mercado para el etano, propano, butano, etc., puede ser rentable comprimir estos componentes del gas aunque rebajemos su poder calorífico. En algunos casos, cuando el gas es suministrado como combustible residencial, los contratos de venta pueden pedir restringir los contenidos de componentes altos del Btu, por lo que habrá que tratar este gas para minimizar su contenido.

Densidad Relativa

La densidad relativa es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. Ambas densidades se expresan en las mismas unidades y en iguales condiciones de temperatura y presión. La densidad relativa es adimensional (sin unidades), ya que queda definida como el cociente de dos densidades.

A veces se la llama densidad específica (del inglés specific density) especialmente en los países con fuerte influencia anglosajona. Tal denominación es incorrecta, por cuanto que en ciencia el término "específico" significa por unidad de masa.

Índice de Wobbe

El índice de Wobbe es un parámetro importante cuando se quiere mezclar gases combustibles y el aire (en una reacción de combustión), se controla este índice para asegurar la combustión satisfactoria en un quemador. Es además un indicador de intercambiabilidad de combustibles como el gas natural, gas licuado de petróleo, gas de ciudad, gasolina, gas oil y con frecuencia se define en las especificaciones de suministro de gas y de transporte (de los combustibles).

El índice de Wobbe puede ser expresado matemáticamente como:

Donde:

• Ws es el Índice de Wobbe superior.

• PCs es el poder calorífico superior.

• GE, es la densidad relativa del gas.

Se puede notar que si existe un índice de Wobbe superior también hay un índice de Wobbe inferior que se expresa matemáticamente como:

Donde:

• Wi, es el Índice de Wobbe inferior.

• PCi, es el poder calorífico inferior.

• GE, es la densidad relativa del gas.

Pero el más usado en la industria es el índice de Wobbe superior.

El índice de Wobbe correlaciona mejor que el mero poder calorífico del combustible el comportamiento de la llama al intercambiar dos gases combustibles. Particularmente para gases con composición similar, el índice de Wobbe es un buen indicativo del desempeño de los dos gases. Aunque el índice de Wobbe es una manera fácil y efectiva de medir la intercambiabilidad, la industria reconoce históricamente que este índice por sí solo no es suficiente, ya que no predice adecuadamente todos los fenómenos de combustión. Otros factores deben de identificarse paradeterminar la intercambiabilidad de un gas combustible, además del índice de Wobbe son: 1

• la misma estabilidad de llama, con ausencia de desprendimiento de la llama y ausencia de retrollama;

• idéntica calidad de combustión, (relación de volúmenes de CO y CO2 inferior al límite máximo admitido);

• el mismo rendimiento de combustión;

• el mismo poder comburívoro y la misma temperatura de rocío en los humos;

• el mismo factor de aireación.

3.- Materiales, reactivos y equipos

a. Equipos y materiales

Comprende una unidad de introducción y de transferencia de muestra, una unidad de separación, una unidad de detección y un sistema de acopio y tratamiento de los datos.

Cromatógrafo de gases con detector FID y TCD en serie

• Horno de columna apropiado para mantener la temperatura entre 35°C y 230°C.

• Dispositivo de inyección, compuesto por un inyector tipo by- pass (válvula de toma de muestra de gas) con un volumen de inyección de 1 mL.

• Columna empacada, 13X filtro molecular, tamaño de partícula desde 150 cm, 3m de longitud, DI 2mm, gas portador argón 30 mL/min. Para cuantificar He, H2, O2.

• Columnas empacada, Porapak R tamaño de partícula desde 150 mm hasta 180 mm, 3 m de longitud, DI 2mm, gas helio 30 mL/min, para cuantificar N2, CO2, metano hasta octano normal.

Para la realización de esta práctica solamente utilizaremos la columna Porapak R, ya que en la determinación del poder calorífico el He, H2 y O2 no influyen cuantitativamente. La siguiente tabla 5.1 presentas un resumen de las condiciones a las cuales debe realizarse el análisis cromatográfico y las que usaremos

...