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 NATURAL A PARTIR DEL ANALISIS CROMATOGRÁFICO CROMATOGRÁFICO 1.- CONOCIMIENTO TEÓRICO REQUERIDO.La d!"#d$d 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 "recuentemente se expresa en g/cm 3. La densidad es una magnitud intensiva. intensiva.
#onde $ es la densidad! m es la masa y V es es el volumen del determinado cuerpo. La d!"#d$d compar arac ació ión n de la densidad densidad de una sustancia con la d!"#d$d %&$'#($ %&$'#($ es una comp densidad de otra que se toma como re"erencia. La densidad relativa es adimensional (sin unidades! ya que queda de"inida como el cociente de dos densidades. % veces se la llama gravedad espec&"ica (del ingl's specific gravity especialmente en los pa&ses con "uerte in"luencia anglosaona. )al denominación es incorrecta! por cuanto que en ciencia el t'rmino *espec&"ico * espec&"ico** signi"ica por signi"ica por unidad de masa. masa. La densidad relativa relativa est+ de"inida como el cociente cociente entre la densidad densidad de una sustancia y sustancia y la de otra sustancia tomada como re"erencia! resultando, #onde $r es es la densidad relativa! $ es la densidad absoluta y $ - es la densidad de sustancia. ara los l&quidos y los sólidos! la densidad de re"erencia abitual es la del agua l&quida a la presión de 0 atm y atm y la temperatura de 1 2. 4n 2. 4n esas condiciones! la 3 densidad absoluta del agua es de 0--- kg/m kg/m ara los gases! la densidad de re"erencia re"erencia abitual es la del aire a la presión de 0 atm y atm y la temperatura de - 2. 2. •
•
)ambi'n )ambi'n se puede calcular o medir la densidad relativa como el cociente entre los pesos o masas de id'nticos volúmenes de la sustancia problema y de la sustancia de re"erencia,
4l )!d#* d W+ es un par+ par+me metr tro o impo import rtan ante te cuan cuando do se quie quiere re me5c me5cla larr gases combustibles y el el aire aire (en una reacción de combustión! se controla este &ndice para aseg asegur urar ar la combustión satis" satis"act actori oria a en un quemad quemador or.. 4s adem+s adem+s un indica indicador dor de intercambiab intercambiabilida ilidad d de combustibl combustibles es como el gas natural! natural! gas licuado de petróleo! petróleo! gas de ciudad! gasolina ciudad! gasolina!! gasoil y con "recuencia "recuencia se de"ine de"ine en las especi"ica especi"icacione cioness de suministro suministro de gas y de trasporte (de los combustibles. | Estudiante: Carlos Diego Quispe Boal
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Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.
4l &ndice de 6obbe puede ser expresado matem+ticamente como,
#onde, • • •
Ws es el 7ndice de 6obbe superior. PCs es el poder calor&"ico superior. GE ! es la gravedad espec&"ica del gas.
Se puede notar que si existe un &ndice de 6obbe superior tambi'n ay un &ndice de 6obbe in"erior que se expresa matem+ticamente como,
#onde, Wi ! es el 7ndice de 6obbe in"erior. PCi ! es el poder calor&"ico in"erior. GE ! es la gravedad espec&"ica del gas. ero el m+s usado en la industria es el &ndice de 6obbe superior. • • •
.- OBETIVOS.•
#eterminar la densidad! la densidad relativa y el &ndice de 6obbe a partir del an+lisis cromatogr+"ico de la me5cla de gases.
/.- MATERIALES 0 EQUIPOS.•
romatógra"o de gases 89:-0- Simad5u, o on detectores ;I# y )# en serie. o
a :3->.
o
Inyector de gas tipo bypass y carrier.
o
olumna empacada 03? %r.
o
olumna empacada orapak @
•
8enerador de llama de idrogeno.
•
Auestra de gas natural.
•
So"tBare de computadora para tabular y gra"icar los resultados.
.- PROCEDIMIENTO.| Estudiante: Carlos Diego Quispe Boal
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Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.
A*+!d#*#+!$2#!'+ d& C%+2$'34%$+. o #e acuerdo a la explicación del instructor o docente! la con"iguración del sistema cromatogr+"ico se reali5a según la tabla. o
o
o
Se arranca el "uncionamiento del cromatógra"o una ve5 preparado. 4l programa de separación gra"icar+ el cromatograma en su pantalla y en la computadora instalada. )ambi'n se imprime una tabla de concentración de cada elemento existente en la muestra de gases.
5.- DATOS.•
L+" "#46#!'" d$'+" " %*+4#%+! d &+" %"6&'$d+" d& *%+2$'34%$+7 P#*+8
T#29+ d %'!*#3!.
C+!*!'%$*#3!.
N+2% d& *+296"'+.
0
:.0CD min
EC.D3EF
Aetano
:
3.:DC min
:-.G:=F
4tano
3
E.:E: min
E.CCEF
ropano
1
G.D:E min
0.::EF
Isobutano
=
0-.EC= min
:.::CF
n9butano
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TERMODINÁMICA DE HIDROCARBUROS T+'$&7
0-.EC= min
Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.
0--.--0F
:.- CALCULOS.•
D'%2#!$d$ &$ *+29+"#*#+! d &$ 26"'%$, " 9%+*d $ ;$&&$% &+" d$'+" +<'#(+" d "'$ 9%=*'#*$. La densidad de la me5cla gaseosa que est+ en "uncion de la presion y la o temperatura se determina por,
#onde, 9$o (! ) densidad de la me5cla gaseosa ideal en "unción de presión y temperatura de"inidas (0=> y 0 atm. 9@ constante universal de los gases ideales. 9x "racción molar del componente . 9A peso molecular del componente .
C+29+!!' Aetano 4tano ropano isobutano n9butano H
o
F%$**#+! 2+&$% >?<@ -.ECD3= -.:-G:= -.-ECCE -.-0::E -.-:::C 0
P"+ 2+&*6&$% >PM<@ 42+&
>?<@>PM<@ 42+&
0E.-1:C
00.-:D
3-.-EGE
E.:G:
11.-GE=
3.-3E
=C.0:31
-.D03
=C.0:31
0.:G=
9
::.3E3
Se procede a calcular la densidad relativa ideal del compuesto,
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Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.
#onde, 9o densidad relativa de la me5cla de gas ideal. 9 x "racción molar del componente . 9A peso molecular del componente . 9Aaire peso molecular del aire :C.GE:= g/mol.
C+29+!!' Aetano 4tano ropano isobutano n9butano H
o
F%$**#+! 2+&$% >?<@ -.ECD3= -.:-G:= -.-ECCE -.-0::E -.-:::C 0
P"+ 2+&*6&$% >PM<@ 42+&
>PM<@>PM$#%@
>?<@>PM<@>PM$#%@
0E.-1:C
-.==3G
-.3C-D
3-.-EGE
0.-3C:
-.:0D:
11.-GE=
0.=::=
-.0-1C
=C.0:31
:.--EC
-.-:1E
=C.0:31
:.--EC
-.-11D
9
-.DD:
4l &ndice de 6obbe de un gas ideal se calcula mediante la siguiente ecuación,
#onde, 9
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Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.
.- CUESTIONARIO.1. B6"*$% ! '$&$" &+" ($&+%" 6 " %6#%$! 9$%$ & *=&*6&+ d &+" 9$%=2'%+" 6"*$d+". Solo requerimos los datos de peso molecular de cada componente! del aire y el "actor 5 de cada componente, C+29+!!' Aetano 4tano ropano isobutano n9butano H
F%$**#+! 2+&$% >?<@
P"+ 2+&*6&$% >PM<@ 42+&
<
0E.-1:C
-.GGC-
3-.-EGE
-.GG0=
11.-GE=
-.GC:0
=C.0:31
-.GEC-
=C.0:31
-.GE=-
9
9
-.ECD3= -.:-G:= -.-ECCE -.-0::E -.-:::C 0
. C$&*6&$% &$ d!"#d$d, d!"#d$d %&$'#($ )!d#* d W+ d& 4$" ! *6"'#3!. o
K-.GG=Do
#eterminamos la densidad real de la me5cla gaseosa por la ecuación,
o
)enemos la gravedad espec&"ica,
o
alculamos el real,
&ndice de 6obbe para el gas
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Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.
/. E&$+%$% 6!$ '$&$ 6 *+!'!4$ &+" d$'+" ;$&&$d+" ! &$" '$&$" &+" ($&+%" *$&*6&$d+" 9$%$ & 4$" $!$&#$d+.
C+29+!!'
D!"#d$d J42/
D!"#d$d %&$'#($
Aetano
-.EDC1G
-.==3G0
4tano
0.:D0D-
0.-3C:-
ropano
0.CE1G-
0.=::=-
Isobutano
:.1=C:-
:.--EC-
n9butano
:.1=C:-
:.--EC-
F%$**#3! 2+&$%
P"+ 2+&*6&$% 42+&
-.ECD3=
0E.-1:C
-.:-G:=
3-.-EGE
-.-ECCE
11.-GE=
-.-0::E
=C.0:31
-.-:::C
=C.0:31
F$*'+% -.GGC-.GG0= -.GC:0 -.GEC-.GE=-
. E&$+%$% 6!$ '$&$ 6 #!*&6$ #!+%2$*#3! d& "+&#*#'$!', d &$ 26"'%$ d &+" %"6&'$d+", 2K'+d+ d !"$+ 6'#&#$d+.
5. C+2!'$% *+! *%#'%#+ #!4!#%#& &+ 9+"#'#(+ !4$'#(+ d "'$ 9%=*'#*$, &+" *$2#+" 6 " *%$! $d*6$d+ 9$%$ 2<+%$%&$.
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Densidad, densidad relativa e índice de Wobbe.
4s importante contar con un cromatógra"o de gases para un estudio claro y pr+ctico! a pesar de que en laboratorio no se cuenta con algunos materiales complementarios! como por eemplo un muestreador de gases (no ay gas. Se deber&a tomar en cuenta para otras "uturas veces en las que se repita esta pr+ctica! tener un equipo completo y los materiales necesarios y adecuados para evitar crear una susceptibilidad de los practicantes en los resultados que tenga la pr+ctica.
.- CONCLUSIONES.•
Se determinaron las propiedades ideales y reales (densidad absoluta! densidad relativa e &ndice de 6obbe del gas previamente anali5ado por la cromatogra"&a de gases para allar su composición.
.- BIBLIOGRAFIA.•
• • •
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lyde @. Aet5! ;isico9 Mu&mica! olección Scaum! 4ditorial Ac8raB9
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