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TERMODINÁMICA DE HIDROCARBUROS

Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.

PRÁCTICA Nº5 LABORATORIO DE TERMODINÁMICA DE HIDROCARBUROS DETERMINACION DE LA DENSIDAD, DENSIDAD RELATIVA E INDICE DE WOBBE DEL GAS NATURAL A PARTIR DEL ANALISIS CROMATOGRÁFICO 1.- CONOCIMIENTO TEÓRICO REQUERIDO.La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo a una presión y temperatura determinadas. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m 3), aunque frecuentemente se expresa en g/cm3. La densidad es una magnitud intensiva.

Donde ρ es la densidad, m es la masa y V es el volumen del determinado cuerpo. La densidad relativa es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. La densidad relativa es adimensional (sin unidades), ya que queda definida como el cociente de dos densidades. A veces se la llama gravedad específica (del inglés specific gravity) 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. La densidad relativa está definida como el cociente entre la densidad de una sustancia y la de otra sustancia tomada como referencia, resultando:

Donde ρr es la densidad relativa, ρ es la densidad absoluta y ρ 0 es la densidad de sustancia.  Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua es de 1000 kg/m3  Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C. También se puede calcular o medir la densidad relativa como el cociente entre los pesos o masas de idénticos volúmenes de la sustancia problema y de la sustancia de referencia:

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, gasoil y con frecuencia se define en las especificaciones de suministro de gas y de trasporte (de los combustibles). | Estudiante: Carlos Diego Quispe Bocal

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TERMODINÁMICA DE HIDROCARBUROS

Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.

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 gravedad específica 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 gravedad específica del gas. Pero el más usado en la industria es el índice de Wobbe superior. 2.- OBJETIVOS.

Determinar la densidad, la densidad relativa y el índice de Wobbe a partir del análisis cromatográfico de la mezcla de gases.

3.- MATERIALES Y EQUIPOS.-



Cromatógrafo de gases GC-2010 Shimadzu: o Con detectores FID y TCD en serie. o

Horno de columna (rango de 35ºC a 230ºC).

o

Inyector de gas tipo bypass y carrier.

o

Columna empacada 13X Ar.

o

Columna empacada Porapak R He.



Generador de llama de hidrogeno.



Muestra de gas natural.



Software de computadora para tabular y graficar los resultados.

4.- PROCEDIMIENTO.| Estudiante: Carlos Diego Quispe Bocal

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TERMODINÁMICA DE HIDROCARBUROS 

Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.

Acondicionamiento del Cromatógrafo. o De acuerdo a la explicación del instructor o docente, la configuración del sistema cromatográfico se realiza según la tabla. o

Se arranca el funcionamiento del cromatógrafo una vez preparado.

o

El programa de separación graficará el cromatograma en su pantalla y en la computadora instalada.

o

También se imprime una tabla de concentración de cada elemento existente en la muestra de gases.

5.- DATOS.

Los siguientes datos se recogieron de los resultados del cromatógrafo:

Pico#

Tiempo de retención.

Concentración.

Nombre del compuesto.

1

2.187 min

68.736%

Metano

2

3.278 min

20.925%

Etano

3

6.262 min

6.886%

Propano

4

9.726 min

1.226%

Isobutano

5

10.685 min

2.228%

n-butano

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Total:

10.685 min

Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.

100.001%

6.- CALCULOS.

Determinada la composicion de la muestra, se procede a hallar los datos objetivos de esta práctica. o La densidad de la mezcla gaseosa que está en funcion de la presion y la temperatura se determina por:

Donde: -ρo (P, T) densidad de la mezcla gaseosa ideal en función de presión y temperatura definidas (15ºC y 1 atm). -R constante universal de los gases ideales. -xj fracción molar del componente j. -PMj peso molecular del componente j.

Componente Metano Etano Propano isobutano n-butano Σ

o

Fraccion molar (xj)

0.68735 0.20925 0.06886 0.01226 0.02228 1

Peso molecular (PMj) [g/mol]

(xj)·(PMj) [g/mol]

16.0428

11.027

30.0696

6.292

44.0965

3.036

58.1234

0.713

58.1234

1.295

-

22.363

Se procede a calcular la densidad relativa ideal del compuesto:

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Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.

Donde: -γo densidad relativa de la mezcla de gas ideal. - xj fracción molar del componente j. -PMj peso molecular del componente j. -PMaire peso molecular del aire 28.9625 g/mol.

Componente Metano Etano Propano isobutano n-butano Σ

o

Fraccion molar (xj) 0.68735 0.20925 0.06886 0.01226 0.02228 1

Peso molecular (PMj) [g/mol]

(PMj)/(PMaire)

(xj)·(PMj)/(PMaire)

16.0428

0.5539

0.3807

30.0696

1.0382

0.2172

44.0965

1.5225

0.1048

58.1234

2.0068

0.0246

58.1234

2.0068

0.0447

-

0.772

El índice de Wobbe de un gas ideal se calcula mediante la siguiente ecuación:

Donde: -Ho neto (V) real: es el poder calorífico en base volumétrica calculado en la practica 2. -También utilizaremos el Z de la practica 2.

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Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.

7.- CUESTIONARIO.1. Buscar en tablas los valores que se requieran para el cálculo de los parámetros buscados. Solo requerimos los datos de peso molecular de cada componente, del aire y el factor z de cada componente: Componente Metano Etano Propano isobutano n-butano Σ

Fraccion molar (xj)

Peso molecular (PMj) [g/mol]

Zj

16.0428

0.9980

30.0696

0.9915

44.0965

0.9821

58.1234

0.9680

58.1234

0.9650

-

-

0.68735 0.20925 0.06886 0.01226 0.02228 1

2. Calcular la densidad, densidad relativa e índice de Wobbe del gas en cuestión. o Habiendo hallado Z:

Z=0.99570 o

Determinamos la densidad real de la mezcla gaseosa por la ecuación:

o

Tenemos la gravedad específica:

o

Calculamos el real:

índice de Wobbe para el gas

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Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.

3. Elaborar una tabla que contenga los datos hallados en las tablas y los valores calculados para el gas analizado.

Componente

Densidad [Kg/m3]

Densidad relativa

Metano

0.67849

0.55391

Etano

1.27170

1.03820

Propano

1.86490

1.52250

Isobutano

2.45820

2.00680

n-butano

2.45820

2.00680

Fracción molar

Peso molecular [g/mol]

0.68735

16.0428

0.20925

30.0696

0.06886

44.0965

0.01226

58.1234

0.02228

58.1234

Factor Z 0.9980 0.9915 0.9821 0.9680 0.9650

4. Elaborar una tabla que incluya información del solicitante, de la muestra y de los resultados, método de ensayo utilizado.

5. Comentar con criterio ingenieril lo positivo y negativo de esta práctica, y los cambios que se crean adecuado para mejorarla.

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Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.

Es importante contar con un cromatógrafo de gases para un estudio claro y práctico, a pesar de que en laboratorio no se cuenta con algunos materiales complementarios, como por ejemplo un muestreador de gases (no hay gas). Se debería tomar en cuenta para otras futuras veces en las que se repita esta práctica, tener un equipo completo y los materiales necesarios y adecuados para evitar crear una susceptibilidad de los practicantes en los resultados que tenga la práctica. 8.- CONCLUSIONES.

Se determinaron las propiedades ideales y reales (densidad absoluta, densidad relativa e índice de Wobbe) del gas previamente analizado por la cromatografía de gases para hallar su composición.

9.- BIBLIOGRAFIA.-



Clyde R. Metz, Fisico- Química, Colección Schaum, Editorial McGraw- Hill do Brasil, 1979

 Holman j.p., Termodinámica, Editorial McGraw- Hill Mexico, 1974.  N.V. Nederlandse Gasunie, Physical proprieties of Natural Gases, 1988.  Wikipedia. Densidad, recuperado el 5 de octubre de 2011, 

URL:

http://es.wikipedia.org/wiki/densidad. Wikipedia. Índice de Wobbe, recuperado el 5 de octubre de 2011, URL: http://es.wikipedia.org/wiki/indice_wobbe.

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