Laboratorio de Gasotecnia

LABORATORIO DE GASOTECNIA

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1.- Calibración de Manómetro

1.1.- Introducción

Entre las mediciones más importantes realizadas en la industria esta la

presión; por lo tanto existen numerosos y diferentes tipos de instrumentos llamados

manómetros, para su lectura.

La presión es una fuerza ejercida sobre un área determinada, es medida en

unidades de fuerzas por unidades de área. Esta fuerza se puede aplicar a un punto

en una superficie o distribuirse sobre esta.

Los principios que se aplican a la medición de presión se utilizan también en

la determinación de temperaturas, flujos y niveles de líquidos. Por lo tanto, es muy

importante conocer los principios generales de operación, los tipos de instrumentos,

los principios de instalación, la forma en que se deben mantener los instrumentos,

para obtener el mejor funcionamiento posible, cómo se debe usar para controlar un

sistema o una operación y la manera como se calibran.

1.2.- Objetivo

Un manómetro es un instrumento que se emplea para la medición de la

presión en los fluidos, el objetivo principal de esta práctica es conocer y manipular

dicho instrumento además de distinguir los diferentes tipos de manómetros y

aprender a calibrar uno de tipo “Bourdon” por medio de los pesos muertos.

1.3.- Marco Teórico

Presión: Es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie, y

sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una

superficie. Esta puede ser absoluta y relativa.

Manómetros: Es un instrumento de medición que sirve para medir la presión

de fluidos. La presión suele medirse en atmósferas (atm); en el sistema internacional

de unidades (SI), la presión se expresa en newton por metro cuadrado; un newton

por metro cuadrado es un pascal (Pa). La atmósfera se define como 101.325 Pa, y

equivale a 760 mm de mercurio en un barómetro convencional.

http://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtml

http://www.monografias.com/trabajos6/etic/etic.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/la-estadistica/la-estadistica.shtml

http://www.monografias.com/trabajos6/etic/etic.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtml

http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumento_de_medici%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n


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Cuando los manómetros deben indicar fluctuaciones rápidas de presión se

suelen utilizar sensores piezoeléctricos o electrostáticos que proporcionan una

respuesta instantánea.

Se debe tener en cuenta que la mayoría de los manómetros miden la

diferencia entre la presión del fluido y la presión atmosférica local, entonces hay que

sumar ésta última al valor indicado por el manómetro para hallar la presión absoluta.

Cuando se obtiene una medida negativa en el manómetro es debida a un vacío

parcial.

Tipos de manómetros: Existen, básicamente, dos tipos: los de líquidos (abiertos y

cerrados) y los metálicos.

Los manómetros de líquidos emplean, por lo general, como líquido

manométrico el mercurio, que llena parcialmente un tubo en forma de U. El tubo

puede estar abierto por ambas ramas o abierto por una sola. En ambos casos la

presión se mide conectando el tubo al recipiente que contiene el fluido por su rama

inferior abierta y determinando el desnivel (h) de la columna de mercurio o cualquier

otro liquido usado entre ambas ramas. Si el manómetro es de tubo abierto es

necesario tomar en cuenta la presión atmosférica p0 en la ecuación:

p = p0 ± ρ.g.h

En los manómetros de tubo cerrado, la presión vendrá dada directamente por

p = ρ.g.h. Los manómetros de este segundo tipo permiten, por sus características, la

medida de presiones elevadas.

En los manómetros metálicos la presión da lugar a deformaciones en una

cavidad o tubo metálico, denominado tubo de Bourdon en honor a su inventor. Estas

deformaciones se transmiten a través de un sistema mecánico a una aguja que

marca directamente la presión sobre una escala graduada.


7

A pesar de esta clasificación en la industria se manejan un gran número de

manómetros que difieren uno del otro por su tipo y modelo, entre estos se destacan

los siguientes:

Manómetro de Bourdon:

Es un instrumento mecánico de medición de presiones que emplea como

elemento sensible un tubo metálico curvado o torcido, de sección transversal

aplanada. Un extremo del tubo esta cerrado, y la presión que se va a medir se aplica

por el otro extremo. A medida que la presión aumenta, el tubo tiende a adquirir una

sección circular y enderezarse. El movimiento del extremo libre (cerrado) mide la

presión interior y provoca el movimiento de la aguja. El principio fundamental de que

el movimiento del tubo es proporcional a la presión fue propuesto por el inventor

francés Eugene Bourdon en el siglo XIX.

Los manómetros B0urdon se utilizan tanto para presiones manométricas que

oscilan entre 0-1 Kg/cm2 como entre 0-10000 Kg/cm2 y también para vacío. El

elemento sensible del manómetro puede adoptar numerosas formas. Las más

corrientes son las de tubo en C, espiral y helicoidal.

El tubo en C es simple y consistente y muy utilizado con esferas indicadoras

circulares. También se emplea mucho en algunos indicadores eléctricos de presión,

en los que es permisible o deseable un pequeño movimiento de la aguja. El campo

de aplicación es de unos 1500 Kg/cm2. Las formas espiral y helicoidal se utilizan en

instrumentos de control y registro con un movimiento más amplio de la aguja o para

menores esfuerzos en las paredes. Los elementos en espiral permiten un campo de

medición de 0.300 Kg/cm2, y los helicoidales hasta 10000 kg/cm2. A menudo se

prefiere el tubo torcido, consistente y compacto, especialmente para los indicadores

eléctricos de presión.

El manómetro Bourdon es el instrumento industrial de medición de presiones

más generalizado, debido a su bajo costo, su suficiente aproximación y su duración.


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Manómetro de columna de líquido:

Consiste de una doble columna líquida utilizada para medir la diferencia entre

las presiones de dos fluidos. El manómetro de columna de líquido es el patrón base

para la medición de pequeñas diferencias de presión. Las dos variedades principales

son el manómetro de tubo de vidrio, para la simple indicación de la diferencia de las

presiones, y le manómetro de mercurio con recipiente metálico, utilizado para regular

o registrar una diferencia de presión o una corriente de un líquido. Los tres tipos

básicos de manómetro de tubo de vidrio son el de tubo en U , los de tintero y los de

tubo inclinado, que pueden medir el vacío o la presión manométrica dejando una

rama abierta a la atmósfera.

Manómetro de tubo en U: Si cada rama del manómetro se conecta a distintas

fuentes de presión, el nivel del líquido aumentara en la

rama a menor presión y disminuirá en la otra. La

diferencia entre los niveles es función de las presiones

aplicadas y del peso específica del líquido del

instrumento. El área de la sección de los tubos no

influyen el la diferencia de niveles. Estos aparatos se usan solo como patrones de

laboratorio.

Manómetro de Tintero: Una de las ramas

de este tipo de manómetro tiene un diámetro

relativamente pequeño; la otra es un depósito.

Las lecturas de la presión diferencial o

manométrica pueden efectuarse directamente

en la escala manómetro. Los barómetros de

mercurio se hacen generalmente del tipo de

tintero.

Manómetro de tubo inclinado: Se usa para presiones manométricas inferiores

a 250mm de columna de agua. La rama larga de un manómetro de tintero se inclina

con respecto a la vertical para alargar la escala. También se usan manómetros de

tubo en U con las dos ramas inclinadas para medir diferenciales de presión muy

pequeñas.

Fig. Nº 1

Fig. Nº 2


9

Si bien los manómetros de tubo de vidrio son precisos y seguros, no producen

un movimiento mecánico que pueda

gobernar aparatos de registro y de regulación.

Para esta aplicación de usan

manómetros de mercurio del tipo de

campana, de flotador, o de diafragma.

El Barómetro:

Es básicamente un manómetro diseñado para medir la presión del aire.

También es conocido como tubo de Torricelli. El nombre barómetro fue usado por

primero vez por Boyle.

El experimento de Torricelli consiste en tomar un tubo de vidrio cerrado por un

extremo y abierto por el otro, de 1 metro aproximadamente de longitud, llenarlo de

mercurio, taparlo con el dedo pulgar e invertirlo

introduciendo el extremo abierto en una cubeta

con mercurio. Luego si el tubo se coloca

verticalmente, la altura de la columna de

mercurio de la cubeta es aproximadamente

cerca de la altura del nivel del mar de 760mm

apareciendo en la parte superior del tubo el

llamado vacío de Torricelli, que realmente es

un espacio llenado por vapor de mercurio a

muy baja tensión. Torricelli observó que la altura de la columna variaba, lo que

explico la variación de la presión atmosférica.

Manómetro de McLeod:

Es un modelo de instrumento utilizado para medir bajas presiones. También

se llama vacuometro de McLeod. Se recoge un volumen conocido del gas cuya

presión se ha de medir y se eleva en el nivel de fluido (normalmente mercurio) por

medio de un embolo, por una elevación del deposito, con una pero de goma o

inclinando el aparato. Al elevar mas el nivel del mercurio el gas se comprime en el

tubo capilar.

Fig. Nº 3

Fig. Nº 4


10

De acuerdo con la Ley de Boyle, el gas comprimido ejerce ahora una presión

suficiente para soportar una columna de mercurio lo bastante alta como para que

pueda ser leída. Las lecturas son casi por completo independientes de la

composición del gas. El manómetro de McLeod es sencillo y económico. Es muy

usado como patrón absoluto de presiones en la zona de 0.0001-10mm de mercurio;

a menudo se emplea para calibrar otros manómetros de bajas presiones que tienen

un uso más práctico.

Este manómetro tiene como inconvenientes que las lecturas son discontinuas,

que necesita cierta manipulación para hacer cada lectura y que esta lectura es

visual. El vapor de mercurio puede ocasionar trastornos al difundirse en el vacío que

se va a medir.

Posición de carga Posición de medida

Los más usuales en la industria son:

Manómetros de Columna:

Son manómetros de columna para presión, vacío y presión diferencial

Fig. Nº 5

Fig. Nº 6


11

Manómetros Standard.

Son manómetros de muelle tubular serie standard en diámetros

40,50,63,80,100 ó 160 mm.

Manómetros de Baja Presión.

Son manómetros de serie Baja Presión

Manómetros Digitales.

Son los modelos más modernos con sensores integrados o independiente

1.4.- Equipos a Utilizar en la Práctica

Manómetro Tipo Bourdon

Probador de Pesos Muertos

Medidor de Orificios

1.5.- Procedimiento

Antes de instalar el manómetro de Bourdon, debe purgarse el mismo, es

decir, expulsar el aire contenido en el sistema hidráulico del equipo. Luego de

garantizar que el equipo no contenga aire se instala el manómetro, de todas formas

si la aguja indicadora se desplaza, es necesario abrir y cerrar la válvula del depósito

para dejar salir el excedente de aire.

Fig. Nº 7

Fig. Nº 8

Fig. Nº 9


12

Para tomar la primera lectura, se procede a colocar en el platillo de las pesas un

peso determinado y se eleva el platillo de las pesas entre las marcas de referencia

del equipo utilizado.

Para realizar más pruebas se debe repetir el procedimiento colocando más

pesas.

Esta figura es una muestra de un equipo para calibrar los manómetros.

Partiendo de la definición P=F/A, se calculan las presiones que serán

consideradas como las verdaderas.

La Fuerza y el área serán calculadas por medio de las siguientes ecuaciones:

F= m*g/gc A= π/4*D2

Luego en una gráfica de presiones Verdaderas vs. Manométricas, para evaluar la

calibración del manómetro. Esta Curva debe presentar un ángulo de inclinación igual

o aproximado a 45º para considerar que el manómetro esta calibrado.

Y por ultimo se calcula el porcentaje de desviación o error del manómetro,

mediante la siguiente formula:

%Desviación = ((Pleida – Pverdadera) /Pverdadera)*100

Portapesas Válvula del Aceite

Volante

Pesas

Adicionales

Aro Porta-manómetro

Fig. Nº 10


13

1.6.- Hoja de Laboratorio

Al realizar el experimento se toman las lecturas correspondientes a masas y

diámetros, que son las siguientes: D = 1 pulg. Patm = 14.7 lpca, en la tabla Nº 1 se

muestran la cantidad de pesas, su masa correspondiente y la presión leída en el

manómetro para luego realizar los cálculos debidos.

Tabla Nº 1

# Pesas Pleída (lpc) M (gr)

1 4.2 1000

2 6.4 2000

3 8.0 3000

4 10.5 4000

5 12.6 5000

6 15.0 6000

7 18.1 7000

8 20.0 8000

1.7.- Presentación de los Resultados

(Cálculos y Análisis)

Realizando los cálculos pertinentes, con la s formulas ya mencionadas para

cada Nº de pesas resulta:

A= π/4* (1 pulg)2 = 0.7854 pulg2 = 0.0055 pie2 = 5.0704 cm2

F1= (1 Kgm * 9.81 m/s2 ) / (9.81 Kgm.m / kgf. s2 ) = 1 kgf

F2 = 2 Kgf

P1= ( 1 kgf / 5.0704 cm2) * ( 14.5038 lpc / 1.0197 kgf/cm2) = 2.8053 lpc


14

En la tabla Nº 2 se reflejaran los resultados para todos los pesos, los cuales

se obtienen realizando el mismo procedimiento usado para la pesa 1. Los resultados

de las tablas serán expresados en valores absolutos (lpca), es decir:

Pabs = Pn + 14.7 = lpca.

Tabla Nº 2

# Pesas F (Kgf) Pleida (lpca) Pverdadera (lpca)

1 1 18.9 17.5053

2 2 21.1 20.3106

3 3 22.2 23.1158

4 4 25.2 25.9211

5 5 27.3 28.7264

6 6 29.7 31.5317

7 7 32.8 34.3369

8 8 34.7 37.1422

El Cálculo de porcentaje de desviación resulta:

%Dev 1= ((18.9 –17.5053 ) /17.5053)*100 = 7.9675 %

Realizando los mismos cálculos para los siguientes números de pesas:

%Dev2 = 3.8869 %

%Dev3 = - 1.7989 %

%Dev4 = -2.7819 %

%Dev5 = -4.9654 %

%Dev6 = -5.8089 %

%Dev7 = - 4.4760 %

%Dev8 = -6.5753 %


15

Curva de Manómetro

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

4.2 6.4 8.0 10.5 12.6 15.0 18.1 20.0

Presión Manómetrica

Pre

sió

n V

erd

ad

era

Con los porcentajes de desviación obtenidos es posible clasificar el

experimento como excelente ya que no fueron muy altos, es decir la variación de las

presiones del manómetro y las determinadas analíticamente no fue representativa

tomando en consideración el desgaste del equipo por el tiempo de uso, además no

se descartan errores humanos por malas lecturas por parte de los participantes.

Graficando Pleidas vs PManómetricas, con los valores de la tabla Nº2 para evaluar

la calibración del equipo de medición.

α

Si se mide el angulo de inclinación por medio de un transportador, α = 46 º, y

calculándolo por trigonometría :

α = arc tan (37.1422 / 34.7 ) = 46.95 º

Por medio de la gráfica y de la evaluación del ángulo de inclinación es notable

observar el éxito del ensayo, ya que el margen de error en cuanto al ángulo fue

mínimo, considerando los errores ya mencionados, además de los errores producto

del uso de diferentes cifras significativas.

Fig. Nº 11


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1.8.- Conclusiones

El manómetro es un instrumento usado para medir y determinar presiones los

hay de muchos tipos, en la práctica se lograron conocer varios de estos

instrumentos especialmente los más utilizados en la industria y reconocer la

importancia de calibrar los equipos con los cuales se esta trabajando en operaciones

industriales, ya que de este aspecto depende el éxito de la operación.

Los resultados fueron satisfactorios y se cumplieron los objetivos planteados

al comienzo de la actividad.


17


18

2.- Calibración de un Rotámetro

2.1.- Introducción

En la actualidad el control de operación de una planta en cualquier ámbito es

de vital importancia, por el costo adicional que acarrea un desequilibrio en su

funcionamiento y el tiempo que se pierde de ocurrir un descontrol. Dentro de esta

concepción la medición del flujo es una variable a considerar para mantener el

control necesario, sin esta medida el balance de materia, el control de calidad y la

operación misma de un proceso continuo serían casi imposibles de realizar.

Existen muchos métodos para la medición de flujo, en esta ocasión se

estudiara el Rotametro, instrumento basado en el uso de un flotador en su interior

para medir la tasa de flujo para pequeñas cantidades.

2.2.- Objetivo

Un Rotametro es un medidor de flujo utilizado para caudales pequeños bien

sea de líquidos o gases. En la presente práctica se conocerán todos aspectos

relacionados a este instrumento, sus principales características y las forma de

calibrarlo bien sea con gas o agua.


Rotámetro: Es un dispositivo simple, confiable, con baja caída de presión que

proporciona una lectura directa de la razón de flujo para un amplio

rango de líquidos y gases. Consiste en un tubo cónico vertical de

vidrio con un flotador que se mueve libremente en la misma dirección.

Conforme el fluido pasa a través del tubo, el flotador sube hasta

que la fuerza de arrastre, la fuerza de flotabilidad y el peso se

equilibran mutuamente de tal manera que la fuerza neta sobre e flotador es cero.

La razón de flujo se determina igualando la posición del flotador contra la

escala graduada en el exterior del tubo transparente.

Fig. Nº 12


19

Es un medidor de caudal en tuberías de área variable, de caída de presión

constante. El Rotámetro consiste de un flotador (indicador)

que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente

cónico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra

por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta

que el área anular entre él y la pared del tubo sea tal, que la

caída de presión de este estrechamiento sea lo

suficientemente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva

grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto o

caudal.

El flotador pude ser de varios tipos, especialmente de Plástico para gases y

metálicos para líquidos. Además pueden ser esféricos, cilindricos con borde plano,

cilindricos con borde saliente y cilindricos con bordes contra el flujo. Por lo cual el

tipo de rotámetro a elegir depende del fluido y de el flotador a usar.

Tipos de Rotámetros: los rotámetros pueden ser:

Rotámetros de Purga: Son los medidores de flujo usados para caudales muy

pequeños.

Rotámetros de Vidrio: Son los rotámetros usados con una Indicación directa.

Rotámetros armados: Son aquellos que no permite una lectura directa del caudal.

Rotámetros By-bass: Son todos los rotámetros que se emplean conectados a las

tomas de una placa orificio o diafragma.

Calibración de Instrumentos

El proceso de calibración consiste en comparar los valores reportados por el

instrumento contra los respectivos valores verdaderos obtenidos mediante el uso de

un patrón.

Fig. Nº 13


20

Medidor de Gas húmedo.

La medición de gas húmedo es un término comúnmente utilizado en la industria

para la medición de un flujo de dos fases donde una larga proporción del total de

volumen del flujo es gas (la fracción de gas vacío o GVF), mezclado con pequeñas

cantidades de agua y/o condensado. Lo típico para diferenciar gas húmedo de un

flujos multifase es cuando el GVF esta excediendo el 95%. Con el desarrollo de una

gran variedad de nuevos gases condensados, la medición de gas húmedo esta

cobrando gran importancia y proporcionando retos interesantes para la gerencia de

pozo y la medición.

2.4.- Equipo a Usar en la Práctica

Manómetro tipo “U”

Mechero

Medidor de Gas Húmedo

Cronómetro

2.5.- Procedimiento

Se debe hacer un montaje del equipo con el rotámetro y flotador adecuado,

semejante al que se muestra en la figura Nº 14 .

Por dicho sistema, por el rotámetro se hace pasar un flujo de gas (Gas

Metano) durante una vuelta, para luego ser quemado en el mechero, se puede

variar el caudal y tomar varias lecturas para la gráficas de calibración.

Con todas las lecturas tomadas es posible calcular el caudal operacional

mediante las siguientes ecuaciones:

Fig. Nº 14


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QCN = QOP * POP * TCN * ZCN / TOP * ZOP * PCN

Donde:

QOP = VOP / t → VOP = 1 vuelta = 0.2 pie3

ZOP → Pr = POP / PC y Tr = TOP / TC

POP = (1/144) * (ρfluido * g * ΔP (pie H2O) / gc) + Patm

Para luego realizar la gráfica Hrot vs QCN


Antes de tomar las lecturas correspondientes a esta práctica se realizan las

consideraciones necesarias y luego se realiza el ensayo para tomar los valores

correspondientes que se plasmaran en la tabla Nº3.

PCN = 14.7 lpca

TCN = 520 º R

ZCN = 1

TOP = 526.67 º R

Tabla Nº 3

# Lectura ΔP (cmH2O) t (sg) hrotámetro (cm)

1 6.5 173 1

2 11.3 118 1.55

3 15.6 96 1.9

4 20.5 81 2.3

5 26.5 70 2.7

6 31.6 64 3

7 41.3 54 3.5


22



Para la Primera Lectura:

POP1= (1/144) * (62.4 * 32 * 0.2133 / 32) + 14.7 = 14.7924 lpca

ZOP1 → Pr1 = POP1 / PC1 = 14.7924 / 666.4 = 0.0222

Tr1 = TOP1 / TC1 = 526.67 / 343 = 1.5355

Por conocimientos previos se determina Z, específicamente por los método de

Papay y Standing y Katz.

ZOP1 = 0.9976

QOP1 = (0.2) pie 3 / 173 sg = 0.001156 pie3 /sg

QCN1 = 0.001156 * 14.7924 * 0.9976 * 519.67 / 526.67 * 1 * 14.7

= 0.001145 pie3 / sg

Aplicando el mismo procedimiento para cada lectura y el producto de este

proceso, esta reflejada en la tabla Nº 4

Tabla Nº4

# Lectura POP (lpca) Pr Tr Zop QOP

(pie3 / sg)

QCN

(pie3 / sg)

1 14.7924 0.0222 1.5355 0.9976 0.001156 0.001151

2 14.8607 0.0223 1.5355 0.9976 0.001695 0.001695

3 14.9218 0.0224 1.5355 0.9976 0.002083 0.002092

4 15.1197 0.0227 1.5355 0.9975 0.002469 0.002512

5 15.0767 0.0226 1.5355 0.9975 0.002857 0.002899

6 15.1493 0.0227 1.5355 0.9975 0.003125 0.003186

7 15.2872 0.0229 1.5355 0.9975 0.003704 0.003810


23

h vs Qcn

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 0,001151 0,001695 0,002092 0,002512 0,002899 0,003186 0,00381

Qcn

H r

otá

metr

o

En la figura Nº 15 se expresa la relación de Altura del rotametro vs Caudal a

condiciones normales, la cual permitirá evaluar la calibración de un rotámetro

El resultado fue satisfactorio, si se compara la fig. Nº 15 con la figura de

calibración de rotámetros (en la guía de laboratorio) el margen de error es mínimo,

por supuesto que existe pero se puede justificar con errores humanos, de precisión y

accidentales, además se debe mencionar el desgaste de los equipos usados

producto del tiempo que tienen en el laboratorio lo cual produce errores en cuanto a

las lecturas.

2.8.- Conclusiones

Un rotámetro es un medidor de flujo especialmente para flujos pequeños que

se utiliza para gases, en el experimento fue posible conocerlo y observar el proceso

de calibración de este instrumento.

El ensayo se puede clasificar como satisfactorio ya que fue posible lograr los

objetivos, reforzando los conocimientos previos de medidores de flujo, además de

confirmar la importancia de la calibración de un instrumento.

Fig. Nº 15


24


25

3.- Gravedad Específica de los Gases

Botella de Shilling

3.1.- Introducción

La gravedad específica es una propiedad de los fluidos que relaciona la

densidad de un fluido y la densidad de un fluido patrón que por lo general para

líquidos es agua y para gases es aire.

Las mediciones de esta propiedad puede utilizarse en una amplia variedad de

industrias, es particularmente útil porque permite el acceso a la información

molecular en una forma no invasiva, además de que muchos cálculos para conocer

otras propiedades se basan en ella.

3.2.- Objetivo

El objetivo principal de esta práctica es que los participantes conozcan la

botella de Shilling, su definición, uso y mecanismo; también que se aprenda como

determinar la gravedad específica de un gas.


Gravedad Específica:

La gravedad específica es un caso especial de densidad relativa. En este

caso, la densidad de una sustancia se divide por la densidad del agua a 4 F (0 C).

Puesto que el agua tiene una densidad de 1 gr/cm3, y desde todas las unidades

cancelar, el peso específico es el mismo número que la densidad pero sin ningún

tipo de unidades (adimensional). La relación de la densidad de un fluido dividida

entre el valor de la densidad de un fluido patrón es lo que se conoce propiamente

como gravedad específica, y viene dada por la siguiente ecuación:


26

La Densidad relativa es otro número adimensional que mide la densidad de

cualquier sustancia en relación a otro. Una densidad relativa mayor que uno de los

medios que la sustancia en el numerador tiene una densidad mayor que el que en el

denominador y viceversa.

Aplicando el mismo concepto de peso específico: si la sustancia no es

miscible con agua (no mezclar o disolver) que flotan específicos para más de una

densidad y se hundirá por el peso específico en virtud de uno.

Uso de la Gravedad Específica

En la industria petrolera, el crudo y sus productos refinados son normalmente

medidos por unidades de volumen o de peso. La relación entre volumen y peso se

puede medir por el peso específico o gravedad específica. El peso específico está

relacionado directamente con el "grado API", una medida de peso del petróleo y la

cual es tomada como guía para su precio de venta.

Equipos para determinar la Gravedad Específica de un Gas

La botella de Shilling es un instrumento que se utiliza en el laboratorio para

medir o determinar la gravedad específica del gas, sin embargo no es muy precisa

ya que para su uso se debe la composición química del gas para obtener resultados

más confiables.

Demostración de Gg = γg / γaire

Por definición el peso específico viene dado por la siguiente ecuación:

Al multiplicar por g tanto el numerador como el denominador de esta ecuación se

obtiene:


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Pero m = w / g, si se despega de la definición W = m*g; por consiguiente se tiene:

Por último si ρ = m / v, sustituyendo en la ecuación anterior resulta:

Por definición: Gg = ρMg / ρMaire

Combinando las dos últimas y realizando cálculos matemáticos, resulta:

Gg = γg / γaire

3.4.- Equipo a utilizar

Equipo de Gravedad Específica de Shilling

Conexión de gas

Cronómetro

3.5.- Procedimiento

Ya montado el equipo con el agua necesaria disponible en el laboratorio, se

llena la botella con aire, hasta una marca señalada cerrando la válvula para que no

se escape se introduce en el agua y se abre la válvula para que se escape el aire y

medir el tiempo que tarda en ocurrir esto, se realiza la prueba unas tres o cuatro

veces y se saca un promedio.

Se repite el experimento con el Gas Metano a quien se la va a determinar la

gravedad específica.

Las ecuaciones a usar para los cálculos, son las siguientes:

Gg = (tg ^2) / ( ta ^2) ………….. para la práctica

Gg = γg / γaire ……………….. Por teoría


28


Antes de comenzar a tomar el tiempo que tarda en escaparse el gas de la

botella se asume:

γMg = 16.043

γMaire = 28.9625

En la siguente tabla se mostraran los datos tomados directamente en la

experiencia.

Tabla Nº 5

Ensayo Tiempo de aire (sg) Tiempo de gas (sg)

1 29.26 23.07

2 29.05 22.87

3 29.0 22.82

Promedio 29.10 22.92



Teoricámente: Gg = 16.043 / 28.9625 = 0.553923

En la Práctica: Gg = (22.92 ^2) / ( 29.10 ^2) = 0.620359

% Error = (G práctica – G teórica) / G teórica * 100

= (0.620359 – 0.553923) / 0.553923 * 100

= 11.99 %

Los resultados obtenidos no son confiables por los errores humanos y del

equipo propiamente, ya que el error porcentual presentado por el ensayo es muy

alto, tomando en consideración la importancia de la gravedad específica ya que ella

se toma como referencia para el cálculo de otras propiedades; ensayo que permite

comprobar y reafirmar que este método de la botella de Shilling no da resultados

confiables.


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3.8..- Conclusiones

La Botella de Shilling es un método usado en el laboratorio para determinar la

gravedad específica de los gases, sin embrago su uso es poco confiable ya que

tiene muchas limitaciones, principalmente el hecho de que de no conocer la

composición del fluido el resultado es prácticamente errado.

Esta teoría fue posible comprobarla por medio del ensayo realizado,

resultando un margen de error muy alto, lo que comprueba la inefectividad del

método, no obstante se su uso continua en varios laboratorios.


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31

4.- Determinación de la Presión de vapor “REID” de la Gasolina

4.1.- Introducción

La gasolina es un producto derivado del petróleo y su uso es como

combustible en motores de combustión interna y como todo producto tiene muchas

propiedades que rigen sus condiciones de tratamiento y almacenamiento.

Una de estas propiedades es la presión de Vapor que usualmente es

determinada por el método “Reid”; prueba que se realiza con una bomba y una

muestra de gasolina a 100 ºF.

4.2.- Objetivo

Para la industria petrolera es necesario tener un conocimiento básico de la

gasolina natural, el objetivo principal de esta actividad es cubrir esa necesidad y

mostrar las diferencias entre los tipos de gasolina en el mercado y por supuesto

determinar la presión de vapor de cada tipo por medio del método Reid.


Gasolina

Es una mezcla de hidrocarburos, derivada del petróleo cuyas propiedades de

octanaje y volatilidad proporcionan al motor del vehículo un arranque fácil en frío,

una potencia máxima durante la aceleración, la no dilución del aceite y un

funcionamiento normal y silencioso bajo las condiciones de operación del motor.

Principalmente se utiliza en los motores de vehículos, motores marinos y de

herramientas de trabajo como podadoras, cortadoras o sierras.

El tipo de gasolina depende del número de octanos que esta posea, otra

clasificación es según el plomo que contenga, sin embargo esta última en Venezuela

no es usada ya que por medidas ambientales la gasolina no debe contener plomo,

afirmación que no es del todo cierta ya que para aumentar el octanaje se usan


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aditivos que pueden ser o contener plomo, sin embargo en el mercado se maneja

como gasolina sin plomo de 91 y 95 octanos.

Propiedades de la Gasolina

La gasolina tiene cuatro propiedades principales:

Octanaje

Se define como la principal propiedad de la gasolina ya que esta altamente

relacionada al rendimiento del motor del vehículo; se refiere a la medida de la

resistencia de la gasolina a ser comprimida en el motor. Esta se mide como el

golpeteo o detonación que produce la gasolina comparada con los patrones de

referencia conocidos.

Con respecto a la combustión, esta, en condiciones normales se realiza de

manera rápida y silenciosa, pero cuando el octanaje es inadecuado para el

funcionamiento del motor, la combustión se produce de manera violenta causando

una explosión o detonación que por su intensidad puede causar daños serios al

motor del vehículo.

Curva de destilación

Esta propiedad se relaciona con la composición de la gasolina, su volatilidad y

su presión de vapor. Indica la temperatura a la cual se evapora un porcentaje

determinado de gasolina, tomando una muestra de referencia.

Volatilidad

Es una propiedad la cual se mida al igual que la presión de vapor, registra de

manera indirecta el contenido de los componentes volátiles que brinden la seguridad

del producto durante su transporte y almacenamiento. Esta propiedad debe a su vez

estar en relación con las características del ambiente de altura, temperatura y

humedad, para el diseño del almacenamiento del producto.


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Contenido de azufre

Esta propiedad se encuentra altamente relacionada con la cantidad poseída

de azufre (S) presente en el producto. Dentro de la cantidad, se encuentran

determinados promedios y estadísticas en la cual en producto no puede sobrepasar

o resaltar, ya que si esto sucede la gasolina puede tener efectos corrosivos sobre las

partes metálicas del motor y sobre los tubos de escape. A su vez, al salir del caño de

escape, esta produce un alto grado de contaminación en el ambiente, produciendo a

su vez las conocidas lluvias àcidas.

CONTAMINACIÓN DE LA GASOLINA

Últimamente se ha registrado que la contaminación de la gasolina al medio

ambiente ha disminuido debido a que la utilización de plomo en el combustible es

mucho menor que antes; también por la limitación en el contenido de aromáticos y

olefinas y por el agregado de compuestos oxigenados. Gracias a esto los gases de

combustión resultan menos tóxicos. La incorporación de oxígeno permite una

combustión más completa disminuyendo abruptamente la formación de monóxido de

carbono.

Presión de Vapor Reid (PVR).

Es un método para determinar la presión de vapor de la gasolina y otros

productos petrolíferos cuyo aparato fue diseñado por Reid. Permite relacionar su

valor con las características de volatilidad de la gasolina. La medida se realiza con

una muestra depositada en una bomba de presión que se introduce en un tanque

térmico a 100 ºF. Aunque no es un método exclusivo es el designado por la Norma

Venezolana COVENIN 875-81.


Bombas de Presión

Tanque para el Baño Térmico

Muestras de Gasolina Natural de 91 y 95 octanos


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4.5.- Procedimiento

Después de preparar el equipo en laboratorio para medir la presión de vapor

Reid, es decir llenar el tanque térmico con agua y verificar que la temperatura este a

100º F y se sumergen las bombas de presión con las muestras de gasolina de de 91

y 95 octanos en diferentes bombas. Se espera hasta que alcancen la temperatura

del baño, en el laboratorio alrededor de 5 min. Se retira y se agita y vuelve a

introducirse en el tanque. Se repite el ensayo hasta obtener dos lecturas

consecutivas de presión iguales, este valor será la presión de vapor Reid de cada

muestra.


En la tabla Nº 6 se muestran los datos tomados de la bomba de presión que

se usa en el método Reid.

Determinación de la Presión de Vapor Reid de la Gasolina

Tabla Nº6

Ensayos RVP Gasolina de 91 octanos (lpc) RVP Gasolina de 95 octanos (lpc)

1 3.7 3.4

2 7.2 7.5

3 7.3 7.8

4 7.3 7.8

RVP final 7.3 7.8


Con el ensayo realizado fue posible sin ningún cálculo adicional determinar la

presión de vapor de cada muestra de gasolina, resultando:

Pv91 = 7.3 lpc = 8.1 lpca

Pv95 = 7.8 lpc = 8.8 lpca


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4.8..- Conclusiones

La presión de vapor es una de las propiedades más importantes en cuanto a

la gasolina, porque de ella dependen las condiciones de tratamiento y

almacenamiento de la misma.

Según una norma CONVENIN venezolana el método utilizado para

determinar dicha propiedad es el de “REID” el cuál consiste en introducir una

muestra de gasolina mediante una bomba de presión en una baño de agua a 100

ºF.

En la experiencia fue posible determinar la presión de vapor de dos muestras

de gasolina de 91 y 95 octanos, con toda normalidad logrando comprender el

método e identificar diferencias entre los tipos de gasolina disponibles en el mercado

venezolano.


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37

5.- Determinación del Valor Calorífico del Gas Natural

5.1.- Introducción

En el actualidad el gas natural representa una fuente alternativa de energía

principalmente para la industria, por tal razón es necesario evaluar la capacidad

energética de este hidrocarburo ya que de esto depende la cantidad de gas

necesaria para obtener los resultados deseados.

La capacidad que tiene un combustible de generar calor cuando se da la

combustión es llamada valor calorífico del gas natural y puede ser medida por un

calorímetro de gas.

5.2.- Objetivo

El estudio del gas natural es muy importante por su uso como combustible en

varias industrias, en el presente experimento se analizara una de sus propiedades

más importantes como es el valor calorífico tanto el neto como el bruto, se podrán

determinar experimentalmente y compararlos con los teóricos.


Gas Natural

Es una mezcla de hidrocarburos gaseosos producidos por la transformación

lenta de la materia orgánica vegetal y animal. Esta formado por los miembros más

volátiles de la serie parafínica de los hidrocarburos, principalmente metano,

cantidades menores de etano, propano, butano y finalmente puede contener

cantidades muy pequeñas de componentes pesados. Además es posible encontrar

cantidades variables de gases no hidrocarburos como: dióxido de carbono, sulfuro

de hidrogeno, nitrógeno, helio y agua.


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La comercialización del gas natural implica que este reúna unas

características especiales que lo hacen apto para su transporte y consumo, tanto

industrial como doméstico. Estas características están reguladas en el contrato que

se establece en la venta del gas.

Los principales parámetros que exigirá el comprador respecto del gas que le

están suministrando serán:

El poder calorífico que este posee.

La presión de suministro.

La humedad del gas.

Temperatura del gas.

La cantidad de sólidos que arrastra.

La no presencia de elementos indeseables como el anhídrido carbónico o el

sulfuro de hidrógeno.

La cantidad de energía producida por la combustión de un volumen de gas

natural se mide en Unidades Térmicas Británicas (Btu). El valor del gas natural es

determinado por su potencial energético que es medido en Btu. Una Btu representa

la cantidad de energía que se requiere para elevar a un grado Fahrenheit la

temperatura de una libra de agua a condiciones atmosféricas normales. Un pie

cúbico de gas natural despide en promedio 1000 Btu, aunque el intervalo de valores

se sitúa entre 500 y 1'500 Btu.

El potencial de energía del gas natural es variable y depende de su

composición: cuanto mayor sea la cantidad de gases no combustibles que contenga,

menor será el valor Btu. Además, la masa volumétrica de los diferentes gases

combustibles influye sobre el valor Btu de la napa de gas natural. Cuanto mayor sea

la masa, mayor será la cantidad de átomos de carbono para el gas considerado y,

por consiguiente, mayor será su valor en Btu.


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Valor Calorífico del Gas Natural

Se refiere a la capacidad que tiene un combustible de generar calor cuando

se da la combustión. Puede ser Neto o Bruto

Calorímetro

Es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas

o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un

cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los

cuerpos.

Características

Un calorímetro idealmente puede ser insensible a la distribución espacial de

las fuentes de calor dentro de él. Si este objetivo es alcanzado, entonces la potencia

puede en principio ser medida a cualquier frecuencia por disipación en el calorímetro

y determinar la correspondiente potencia que da la misma lectura que la potencia no

conocida. Por supuesto la tarea de diseñar un calorímetro que sea completamente

insensible a la distribución de calor, no es posible y lo mejor que puede alcanzarse

es construir un instrumento el cual tenga un conocido factor de corrección.

Tipos de calorímetros

estáticos.

no estáticos.

permanentes.

Calorímetros comúnmente usados

Dry load calorimeter

Microcalorímetro

Calorímetro de flujo

Calorímetro adiabático

Calorímetro de cambio de estado


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Calorímetro de flujo

La potencia es medida a través del calor de un fluido que fluye a través de la

carga. Una indicación de la potencia es dada por la subida en la temperatura del

fluido pasando del orificio de entrada al de salida.

Características

Las versiones de guías de ondas utilizan como fluido de trabajo agua.

Mientras que el coaxial utiliza aceite y es construido para bajas frecuencias. Aire

también puede ser usado, pero el uso de gases crea un problema adicional a causa

del calor debido a la compresibilidad. Los calorímetros de flujo pueden manejar

mayores potencias que los tipos estáticos. Su principal aplicación es para potencias

de muchos watts. Para medir las subidas de temperatura en un calorímetro

usualmente se emplean termopilas, termómetros de resistencia y algunas veces

termistores..


Calorímetro

Mechero

Manómetro tipo “U”

Agua para enfriar el sistema

Medidor de gas Húmedo

Envases para recolectar el agua condensada y de enfriamiento

Cronómetro

Gas Natural


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5.5.- Procedimiento

Después de asegurarse de el montaje de el calorímetro, que no hayan fugas y

cerciorarse que el sistema presente un equilibrio térmico, el participante deberá

tomar nota de las lecturas de los instrumentos necesarias par el calculo del valor

calorífico bruto y neto; mediante las siguientes ecuaciones:

VCO = mH2O (enfriamiento) * Cp * ΔT / Vg @ CN

VCT = VCO + PR + PHR

PR = 0.2% VCO

RAN= 2.3 * m H2O (Condensado) / Vg @ CN

VCN = VCT – RAN

VgCN = POP * VOP + TCN / PCN * TOP


Determinación del Valor Calorífico del Gas Natural

ΔP = 4 cm H2O

TOP = 74 º F = 533.67 ºR

ΔT = 25 ºF

Psicometro = Temperatura del bulbo seco (ºF) = 73

Temperatura del bulbo Húmedo (ºF) = 67.5

M(enfriamiento) = 4.3956 lb

M(condensado) = 0.00022 lb

Cp H2O = 1 BTU / lb. ºF


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(Cálculos)

A partir de las ecuaciones expuestas en la sección de procedimientos, se

realizan los cálculos pertinentes que permiten obtener el Valor calorífico.

POP = 14.7569 lpca

VgCN = (14.7569) * (0.1) * (519.67) / (14.7) * (533.67)

= 0.0977 pie3

VCO = (4.3956) * (1) * (25) / (0.0977)

= 1124.1494 BTU/pie3

PR = 0.2% VCO

PR = (0.002) * (1124.1494)

= 2.2483

Con los valores del psicometro, se indica en la gráfica respectiva (disponible en la

guía de laboratorio)

% Humedad Relativa = 80 %

Por corrección PHR= +1

VCT = (1124.1494) + (2.2483) + (+1)

= 1127.3977 BTU / pie3

RAN= 2.3 * (0.00022) / (1124.1494)

= 4.5 x 10 ^ -7

VCN = (1127.3977) – (4.5 x 10 ^ -7)

= 1127.3977 BTU/pie3


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5.8..- Conclusiones

La energía que puede producir una sustancia mediante la combustión se

llama valor calorífico, en esta propiedad se basa la presente actividad, la cual

consiste en tomar las lecturas necesarias en un sistema de calorímetro y realizar los

cálculos pertinentes para determinar el valor calorífico neto y bruto, que se diferencia

ya que el segundo considera el agua condensada mientras que el primero no lo

hace.

Se lograron los objetivos planteados reconociendo la importancia de esta

propiedad en el gas natural, y de este como tal, por representar una energía

alternativa en la actualidad, además de ser usado como combustible en muchas

industrias.


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45

6.- Análisis Cromatográfico del Gas Natural

Esta práctica consiste de una visita al Instituto de Investigaciones Petroleras

de la Universidad del Zulia (INPELUZ) para observar como se realiza un análisis

cromatográfico para gas natural.

En esta visita el personal encargado del laboratorio del instituto mostró a los

participantes como se debe realizar el muestreo o toma de la muestra donde cabe

recalcar que se observaron los cilindros especiales para la muestra, entre otros

instrumentos como el identificador de dióxido de carbono que no puede faltar al

personal al momento de ir hasta el campo, también todas las medidas que se deben

tomar al momento de realizar la toma.

El análisis se lleva a cabo en un cromatógrafo de gases, el cual consta de

diversos componentes como el gas portador, el sistema de inyección de muestra, la

columna (generalmente dentro de un horno), y el detector. Este equipo se aprecio

durante la visita y entre los aspectos que se mencionaron están el hecho de que

permite determinar la composición del gas en estudio, así como de cualquier

impureza que presente, el porcentaje de cada uno de ellos y lo que el resultado

representa que constituye el análisis en si.

La experiencia fue satisfactoria cumpliendo las expectativas por parte de los

participantes y las intervenciones que se presentaron fueron adecuadas para aclarar

cualquier duda.


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Conclusión

El gas natural es una mezcla de hidrocarburos compuesto principalmente por

los miembros más volátiles de la serie parafínica de hidrocarburos, presente casi

siempre en los yacimientos de petróleo, de allí la importancia de su estudio

especialmente para los ingenieros de la industria petrolera, además de representar

por si solo un buen combustible usado en la actualidad domestica e industrialmente.

Se lograron analizar los aspectos más resaltantes de este hidrocarburo, sus

principales propiedades para su manipulación igualmente para la gasolina,

cumpliéndose la mayoría de los objetivos planteados al comienzo del curso.

El resultado de este laboratorio en si fue bastante placentero ya que en

realidad sirvió para reforzar, entender los estudios y cálculos abstractos que se

realizan en la teoría, manipulando los instrumentos conocidos del laboratorio y

conociendo otros y manejando hidrocarburos como la gasolina y el gas natural y

comprender ciertas propiedades de estos indispensables para su tratamiento,

almacenamiento y transporte.

Otro aspecto que no debe pasar por alto es la importancia de la visita

realizada al INPELUZ, donde se pudo conocer aspectos relacionados a la

cromatografía de gases que va a ser indispensable en la vida laboral de los

participantes; este tipo de actividad es recomendable realizarlas con más frecuencia

ya que refuerzan los conocimientos previos y permiten un mejor desenvolvimiento a

las personas que tienen la oportunidad de vivir esta experiencia.


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Bibliografía

Apuntes de la asignatura Gasotecnia. Prof. José R Arrieta. ( 2008)

Colmenarez, Rosiry. Guía de Prácticas de Laboratorio de Gas.

Calibración de Instrumentos (Articulo en línea). Disponible en: www.google.com

(Consulta: 2008, Julio)

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Gasolina. Artículo en línea disponible en www.wikipedia.org (Consulta: 2008, Julio)

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Tipos de Manómetros en la industria. Artículo en línea disponible en

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Tipos de Manómetros en la industria. Artículo en línea disponible en

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Valor Calorífico del Gas Natural. Artículo en línea disponible en www.google.com






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Laboratorio de Gasotecnia