ANALISIS DE UN CARBON - INFORME 7

INDICE

1.

OBJETIVOS ...................................................................... ............................................................................................................................. ....................................................... 1

2.

FUNDAMENTO TEORICO .......................................................... ....................................................................................................... ............................................. 1

3.

PICTOGRAMA ................................................................. ........................................................................................................................ ....................................................... 2

4.

PARTE EXPERIMENTAL ............................................................. .......................................................................................................... ............................................. 3 4.1.

EXPERIENCIA N° 1: Determinación de la humedad ....................................................... 3

4.2.

EXPERIENCIA N° 2: Cuantificación de la materia volátil ................................................ 4

4.3.

EXPERIENCIA N° 3: Obtención de las cenizas ................................................................ 5

5.

CUESTIONARIO .............................................................. ...................................................................................................................... ........................................................ 7

6.

BIBLIOGRAFIA ................................................................. ........................................................................................................................ ....................................................... 9

ANALISIS DE UN CARBON

1. OBJETIVOS - Comprender y determinar las propiedades del carbón - Aprender las técnicas para el análisis de un carbón 2. FUNDAMENTO TEORICO El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono y con cantidades variables de otros elementos, principalmente hidrógeno, azufre, oxígeno y nitrógeno, utilizada como combustible fósil. La mayor parte del c arbón se formó durante el período Carbonífero (hace 359 a 299 millones de años). Es un recurso no renovable. El carbón se origina por la descomposición de vegetales terrestres que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad. Los restos vegetales se van acumulando en el fondo de una cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por lo tanto, protegidos del aire, que los degradaría. Comienza una lenta transformación por la acci ón de bacterias anaerobias, un tipo de microorganismos que no necesitan oxígeno para vivir. Con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono. Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo que contribuirá al mantenimiento del ambiente anaerobio, adecuado para que continúe el proceso de carbonización. Se estima que una capa de carbón de un metro de espesor proviene de la transformación por diferentes procesos durante la diagénesis de más de diez metros de limos carbonosos. En las cuencas carboníferas las capas de c arbón están intercaladas con otras capas de rocas sedimentarias como areniscas, arcillas, conglomerados y, en algunos casos, rocas metamórficas como esquistos y pizarras. Esto se debe a l a forma y el lugar donde se genera el carbón Si por ejemplo un gran bosque está situado cerca del litoral y el mar invade la costa, el bosque queda progresivamente sumergido por descenso del continente o por una transgresión marina y los restos vegetales se acumulan en la plataforma litoral. Si continúa el descenso del continente o la invasión del mar, el bosque queda totalmente inundado. Las zonas emergidas cercanas comienzan a erosionarse y los productos resultantes, arenas y arcillas, cubren los restos de los vegetales que se van transformando en carbón. Si se retira el mar, puede desarrollarse un nuevo bosque y comenzar otra vez el ciclo. Existen numerosas variedades de carbón, las cuales se pueden clasificar según características como: Humedad Porcentaje en materias minerales no combustibles (cenizas) El poder calorífico Inflamabilidad, en conexión con el porcentaje de elementos volátiles. El análisis elemental es un ensayo químico que proporciona la fracción másica de cada uno de los cinco elementos que componen principalmente todos los tipos de carbón: carbono (C), nitrógeno (N), oxígeno (O), hidrógeno (H), azufre (S).

LABORATORIO DE QUIMICA INORGANICA FIQT

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Tipos de Carbón El carbón se clasifica en función de su poder calorífico (poder para producir combustiones o quemar). Cuanta más proporción tienen de carbono mejor será. Según esto tenemos: Turba: Es el de peor calidad y por tanto el que menos proporción de carbono tiene (apenas el 55%). Es el primer carbón que se forma tiene un color verde parduzco y el en momento de su extracción todavía contiene mucha agua, por eso debe ser secado antes de usarse como combustible. Cuando arde desprende mucho humo y cenizas. Se usa como combustible de baja calidad, en jardinería para mejorar los suelos por su alta capacidad de retener el agua e incluso para pintar. Lignito: Cuando la turba se va comprimiendo se va formando el lignito. Es de color negro y suele tener una textura similar a la de la madera de la que procede. Tiene un porcentaje en carbono entre el 60% y el 75%. Es un combustible de calidad media. Es un carbón formado hace unas cuantas decenas de millones de años. Se usa como combustible para generar electricidad. Hulla: La hulla contiene entre el 75% y el 85% en carbono y es duro, negro, opaco y graso. Se forma cuando se comprimen las capas de lignito en la era primaria y es el tipo de carbón más abundante y el llamado carbón de piedra más utilizado. Posee un alto poder calorífico y es por eso que se utiliza principalmente para las Centrales Térmicas en la producción de electricidad. También se usa para producir carbón de coque usado en los altos hornos. La elaboración de coque genera a su vez muchos derivados que se utilizan en la industria química; benceno, naftaleno, fenoles cresoles etc. etc. etc. Antracita: Procede de la transformación de la hulla. Es el mejor de todos los tipos de carbones con un porcentaje en carbono que puede llegar incluso al 95%. Es el menos contaminante (desprende poco humo) y el que tiene mayor poder calorífico. Es negro, brillante y muy duro (difícil de rayar). Se usa en las calderas de calefacción para las viviendas y para generar electricidad, pero debido a su coste está siendo desplazado por el gas natural. Su uso principal hoy en día es para producir coque.

3. PICTOGRAMA Reactivo

Riesgos La exposición al carbón natural puede producir neumoconiosis o fibrosis pulmonar progresiva, con compromiso funcional respiratorio.

Precauciones Se deben usar máscaras anti polvo con filtros apropiados. Se deberá informar y adiestrar a los trabajadores que estén expuestos

Usos Se utiliza en las fundiciones, manufacturas de acero, lubricantes, pulimentos de estufas, crisoles de arcillas, lápices de plomo, etc.


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4. PARTE EXPERIMENTAL 4.1. EXPERIENCIA N° 1: Determinación de la humedad a. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES - Se utilizaron 0.55g de muestra de carbón pulverizado -

El crisol al extraerlo de la estufa se le coloca la tapa y se destapa dentro del desecador. El desecador tiene unos cristales en la base los cuales tienen propiedades higroscópicas. b. ECUACIONES QUIMICAS C.XH2O(s) + Calor  C(s) + H2O(v) c. EXPLICACION DE LAS ECUACIONES QUIMICAS - La muestra se lleva a la estufa ya que este se encuentra húmedo, la estufa se coloca a una temperatura de 110°C para asegurarnos que no quede humedad en la muestra de carbón. d. DIAGRAMA DE PROCESOS

e. Pesar la muestra de carbón con el f. crisol y su tapa g.

Dejamos enfriar el crisol destapado en el el desecador

Colocamos el crisol sin tapa en la estufa

Hallamos la masa de carbón seco


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e. CALCULOS Y RESULTADOS Peso del crisol + tapa 35.23 g. Peso del crisol + tapa +carbón 35.78 g. Peso del carbón 0.55 g. Peso del crisol + tapa + carbón seco 35.69 g. Peso de agua 0.09 g. %H2O en el carbón 16.36% f. OBSERVACIONES FINALES - Luego de pesarlo por segunda vez, se observa una disminución en la masa en comparación con la primera vez pesada la muestra. - En el desecador, gracias a la propiedad higroscópica de las piedrecillas en la base, se puede enfriar el carbón seco sin que este absorba humedad, ya que el medio dentro del desecador es seco. g. RECOMENDACIONES - La masa de carbón que se utiliza es menor a 1 gramo, ya que si se utilizaba 1 gr amo, como decía la guía de laboratorio, la práctica hubiera demandado más tiempo. h. CONCLUSIONES - El porcentaje en agua que presentó la muestra fue de 16.36% - A más porcentaje de agua en el carbón, menos poder calorífico de dicha muestra de carbón.

4.2. EXPERIENCIA N° 2: Cuantificación de la materia volátil a. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES - Se procede a calentar el crisol por segunda vez, esta vez a una temperatura aproximadamente de 950º C por unos 10 minutos. -

Se debe destapar el crisol al momento de calentarlo, para eliminar la materia volátil Estando el crisol tapado, se calentó la muestra hasta quedar al rojo vivo, aproximadamente a 950°C. Se dejó enfriar la muestra para posteriormente pesarla. b. ECUACIONES QUIMICAS Carbón + O 2  CO2 + SO2 + N2 + O2 c. EXPLICACION DE LAS ECUACIONES QUIMICAS - el proceso de combustión genera diferentes tipos de residuos. Las escorias, cenizas de fondo y cenizas volantes se forman debido a los componentes minerales del carbón. d. DIAGRAMA DE PROCESOS e. CALCULOS Y RESULTADOS Peso del crisol + tapa + carbón seco Peso del crisol + tapa + residuo Peso del material volátil % del material volátil

f. -

35,69 35.52 0.17

OBSERVACIONES FINALES La masa del crisol, la tapa y lo que quedó de carbón fue de 35.52 gramos. Teniendo en cuenta que la masa inicial fue de 35.69 gramos, se tuvo 0.17gramos de material volátil.

-

Al retirar la muestra se le coloca de inmediato en el desecador y a continuación se procede a pesarlo.


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g. -

COMENTARIOS Y / O APRECIACIONES Inmediatamente después del calentamiento se debe tapar el crisol ya que el carbón puede absorber la humedad del ambiente.

-

Existen varias formas de clasificar a un tipo de carbón, una puede ser con el porcentaje de materia volátil y l a que utilizaremos en la siguiente experiencia, el porcentaje de carbón fijo.

h. CONCLUSIONES - El contenido de sustancias volátiles del carbón vegetal obtenido se encuentra por debajo de las características de un buen carbón lo que presentará dificultades al encenderse y su combustión será limpia para su encendido. -

Este factor afecta la combustibilidad del carbón pulverizado. La finura requerida aumenta conforme se reduce el contenido de volátiles. Los carbones con bajo contenido de volátiles se inflaman con menos facilidad, necesitan más tiempo para la combustión y por lo tanto aumentan el tiempo de permanencia en el hogar y el volumen

4.3. EXPERIENCIA N° 3: Obtención de las cenizas a. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES -

La masa que teníamos inicialmente perdió masa por la humedad y las sustancias volátiles que se tenía en el carbón inicial.

-

El carbón estaba al rojo vivo mientras cambiaba de color.

b. DIAGRAMA DE PROCESO

Una vez pesado, se calienta nuevamente y se mueve.

Cuando se torna color rojo vivo y blanco cenizo, se está llegando al objetivo.


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Dejamos enfriar a temperatura ambiente y reposando.

c.

Una vez frio, procedemos a pesar por última vez y realizamos los cálculos.

CALCULOS Y RESULTADOS Obtención de las cenizas

-

Peso del crisol + tapa + cenizas = 35.26g

-

Peso del crisol + tapa = 35.23g

-

Peso de las cenizas = 0.03g Carbón Fijo (C.F)

-

Peso del crisol + tapa + residuo = 35.52g

-

Peso del crisol + tapa + cenizas = 35.26g

-

Peso del carbón fijo = 0.26g

%  ó  .  = 0.26 0.55 100 = 47.27 Determinación del calor de combustión

7.35 ) −  7.35 ) − 0.013 %.. (%..+10 % = %.. − 0.013 0.013 = 30.91 30.91 (30.91 +10 0.013 = 5.54

% = 2.10− 10 − 0.012 012%.. %..  = 1.73 % = . .  +0. + 0.09 09%. %.  − 14 14 = 48.79 →   % = . .  +0. + 0.02 02%. − 18 = 48.52 →  % = 100− % +% + % + % + % %  + % %2 2 = 23.13 →   % = 100 100−− % +% + % + % + % %  + % %2 2 = 23.39 →    = 81% +290(% − % 8 ) +25%


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  = 81 8148.79 48.79 +290(5.54− 23.13 )+25 )+25% % 8 = 4720.13+25 4720.13+25% % →     = 81 8148.52 48.52 +290(5.54− 23.39 )+25 )+25% % 8 = 4698.26+25 4698.26+25% % →  d. EXPLICACION E INTERPRETACION DE RESULTADOS -

Cuando observamos los resultados son bastante lejanos a los esperados, en especial al del carbón fijo que notamos un gran porcentaje de diferencia (aproximadamente 13% al carbón bituminoso y lignito).

C H O N

Carbón bituminoso 69% 5.2% 25% 0.8%

Lignito C H O N

72% 6% 20% 1%

e. OBSERVACIONES FINALES -

Cuando movíamos el carbón hecho cenizas volvía a tornarse negro, esto se debía a que no todo el carbón se había convertido en ceniza y necesitaba más calor.

-

Notamos que los valores teóricos entre carbón bituminoso y lignito son muy semejantes por lo que no podemos precisar a cuál se asemeja más.

f.

COMENTARIO

-

La experiencia necesita de bastante tiempo, por lo que pensamos que se puede usar un catalizador, pero no es sustancia acuosa, lo que nos hace pensar que para que se lleve a cabo más rápido necesitamos de más calor de reacción.

g.

CONCLUSIONES

-

El porcentaje de Carbón fijo salió muy bajo al esperado, por lo que se piensa que se perdió masa al mover con la varilla de metal y al sujetarlo con la pinza metálica.

5. CUESTIONARIO 5.1. PROPIEDADES DE LOS CARBONOS AMORFOS NATURALES - La turba es de la época cuaternaria y, contrariamente a los demás carbones, no está formada por la carbonización de materias leñosas, sino por la acumulación de musgos gigantes y plantas de los, pantanos, cuyo procese de carbonización no está concluido. Contiene una una cantidad mucho menor de carbono (apenas 55 %) Tiene un color amarillo parduzco en el momento de la extracción contiene aún mucha agua. Por esta causa debe ser secada y comprimida antes de utilizársela como combustible. Al arder despide mucho humo y deja un abundante residuo de cenizas. Se la emplea también para lecho de los animales.


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-

La antracita es el más antiguo de los carbones fósiles. Su formación remonta a la época primaria o paleozoica, más exactamente a aquel período que, debido justamente a los grandes yacimientos de carbón que en él se formaron, es llamado período carbonífero. La antracita presenta un brillo casi metálico; es pesada y compacta, y ya su estructura no revela la de la madera en que tuvo su origen. Con una buena circulación de aire, arde totalmente y constituye, por lo tanto, un excelente combustible. En América del Norte, Francia, Gran Bretaña, Alemania y Rusia existen importantes yacimientos de antracita; otros países también poseen hulla seca, pero en menor cantidad.

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La hulla, cuya formación remonta a la época paleozoica y mesozoica, contiene aproximadamente 80 a 85 % de carbón. Es negra y opaca y, según la calidad, se parece al lignito o a la antracita. Este carbón, graso y rico en sustancias bituminosas, sirve para la fabricación del gas de alumbrado. El carbón “magro” es el más usado en metalurgia. Se hallan grandes yacimientos de hulla en Estados Unidos, Gran Bretaña, Alemania, Rusia y China.

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El lignito es un carbón mineral que se forma por compresión de la turba, convirtiéndose en una sustancia desmenuzable en la que aún se pueden reconocer algunas estructuras vegetales. Es de color negro o pardo y frecuentemente presenta una textura similar a la de la madera de la que procede. Su concentración en carbono varía entre el 60% y el 75% y tiene mucho menor contenido en agua que la turba. Es un combustible de mediana calidad, fácil de quemar por su alto contenido en volátiles, pero con un poder calorífico relativamente bajo (entre 10 y 20 MJ/kg). Tiene la característica de no producir coque cuando se calcina en vasos cerrados.

5.2. CUADRO COMPARATIVO DEL PODER CALORIFICO DDDD

COMBUSTIBLE Carbón de leña Coque Antracita Hulla Lignito

PODER CALORIFICO kJ/kg 31400 29300 34300 30600 28400


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Turba Petróleo Metano Propano Alcohol de caña Gasolina

6. -

21300 43000 49956 46350 19200 43950

BIBLIOGRAFIA http://historiaybiografias.com/carbon/ http://www.textoscientificos.com/energia/combustibles/propiedades-carbon http://www.antoniolima.web.br.com/arquivos/podercalorifico.htm


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ANALISIS DE UN CARBON - INFORME 7

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