MTODOS DE ANLISIS DE LA COMPOSICIN DE LOS COMBUSTIBLES FSILES.

OBJETIVOS Conocer sobre las tcnicas analticas empleadas en el estudio de la composicin de los combustibles fsiles. Estudiar la metodologa que se emplea para dicho anlisis en las muestras de combustible. Analizar las reacciones que se llevan a cabo en los equipos analticos empleados.

INTRODUCCINLa importancia de los combustibles fsiles no solo en Colombia sino en el mundo es alta, ya que muchos pases incluso las grandes potencias mundiales dependen de ellos para obtener energa. Para la mayora de ingenieros qumicos y de petrleos es vital conocer los procesos de obtencin de estos y la manera de determinar su composicin, para as determinar su calidad. Este informe da una apertura a estas tcnicas que se utilizan industrialmente para el anlisis de la composicin de esta fuente de energa no renovable. Una de las tcnicas en la cual se hace nfasis es el anlisis elemental, esta tcnica es muy utilizada industrialmente, a travs de equipos como el analizador elemental. Se basa en una combustin completa de la muestra con parmetros establecidos, y por medio de reacciones qumicas se convierten los elementos (C, H, N y S) en gases simples. Despus se realiza una separacin de estos por medio de tcnicas como la cromatografa, infrarrojos, etc. estos son medidos y pesados, teniendo en cuenta los datos de la muestra patrn, se obtiene su contenido porcentual.El anlisis elemental se puede realizar de forma cualitativa o cuantitativa, en el desarrollo del informe se analiza la forma cuantitativa, sin restarle importancia a la forma cualitativa, que se basa en una serie de pruebas que por medio de colores como el precipitado azul, obtenido en la prueba de Lassaigne para el nitrgeno contenido en los combustibles. Estas pruebas dan conocimiento de los componentes de la muestra, pero no permite determinar la cantidad de ellos. Tambin se pueden encontrar otro tipo de pruebas, como el anlisis comercial. Este es un mtodo rpido e impreciso. Los equipos que se han desarrollado para el anlisis de estos componentes, estn muy completos y evitan hacer muchos procesos, pero este es un sistema complejo, que proporciona valores precisos de las muestras. En el mercado se encuentran equipos como el Vario EL Cube de Elementar GmbH, el CS-444, el analizador elemental, entre otros, los cuales brindan grandes ventajas industrialmente.

FUNDAMENTO TERICOAntes de estudiar las diferentes tcnicas para conocer la composicin de los combustibles fsiles, se hace una introduccin a estos.Los combustibles fsiles son sustancias tales como el petrleo, el carbn mineral, el gas natural y sus variedades, formados a travs de largos y complejos procesos geolgicos en el interior de la corteza terrestre, que se caracterizan por liberar en el proceso de combustin, no slo a energa solar acumulada durante cientos de millones de aos, sino que adems, desprenden a la atmsfera enormes cantidades de CO2, gas que interviene en el calentamiento global a causa del efecto invernadero.

Los yacimientos de estos aparecen generalmente en cuencas sedimentarias, formadas por reas deprimidas de la corteza terrestre, que fueron en determinadas pocas geolgicas, el fondo de antiguos mares, lagos y pantanos. En estos se acumularon y mezclaron junto con los sedimentos, los restos de antiguos microorganismos, animales y plantas que existieron en pocas muy remotas. De esta manera se form un barro rico en compuestos orgnicos, constituido por grandes cantidades de carbono e hidrgeno, segn el caso, acompaado de ciertas cantidades de azufre, nitrgeno, fsforo, entre otros elementos qumicos (EcuRed).Existen diversas tcnicas que permiten conocer la cantidad de C, H, O, N y S en los combustibles fsiles, siendo estos los principales elementos. Una de las tcnicas conocidas y de mayor uso, es el anlisis qumico elemental, tcnica que proporciona el contenido total de C, H, N y S presente en un amplio rango de muestras de naturaleza orgnica e inorgnica, tanto slidas como lquidas. Adems, permite determinar el contenido de oxgeno en muestras de naturaleza orgnica (Chuse, Gmez, & Ciriaco). Se conoce, adems, un procedimiento que permite determinar la cantidad de C, H y N, por medio de combustin. Este se basa en el procedimiento de Dumas.

La tcnica de anlisis elemental se basa en la combustin completa de la muestra, en condiciones ptimas (950 a 1300C y atmsfera de oxgeno puro), para convertir los elementos antes mencionados en gases simples (anhdrido carbnico, nitrgeno, agua y anhdrido sulfuroso). Estos gases, despus de ser separados con distintas tcnicas (columna cromatogrfica, infrarrojos) segn el equipo utilizado, son medidos y procesados teniendo en consideracin el peso de la muestra y los datos proporcionados por una muestra patrn, obtenindose de este modo el contenido porcentual de cada elemento en la muestra (Martnez & Arango)Esta tcnica se puede realizar de manera cualitativa o cuantitativa, en este apartado se analizar de la forma cuantitativa.

Para carbono, hidrgeno y nitrgeno, El principio del anlisis elemental cuantitativo de estos elementos se desarroll por J. V. Liebig (1831) y perfeccionado luego por F. Pregl (1912) y otros qumicos analticos.El anlisis de C e H se corresponde con la determinacin cualitativa de ambos elementos. Se quema una cantidad exactamente pesada de la sustancia problema en un aparato apropiado, en corriente de oxgeno, con una capa de xido de cobre (II) calcinado; as, el carbono se transforma en dixido de carbono y el hidrgeno en agua. En cuanto al anlisis del nitrgeno (N), se lleva a cabo del mismo modo, con lo que se forma preferentemente nitrgeno elemental y cantidades variables de xidos de nitrgeno; estos ltimos se reducen a nitrgeno por paso a travs de una capa de cobre calcinado. El dixido de carbono, el agua y el nitrgeno se determinan despus mediante cromatografa de gases[footnoteRef:1]. El proceso requiere nicamente una pesada exacta de muestras de los compuestos orgnicos (cantidad d 1-3 mg) por medio de una ultramicrobalanza.De forma anloga se puede llevar a cabo una determinacin directa de oxgeno. [1: Tcnica cromatogrfica en la que la muestra se volatiliza y se inyecta en la cabeza de una columna cromatogrfica. La fase mvil no interacta con las molculas del analito; su nica funcin es la de transportar el analito a travs de la columna. (http://es.wikipedia.org/wiki/Cromatograf%C3%ADa_de_gases) ]

El mtodo de cromatografa de gases ha desplazado totalmente al de Dumas (1830) para la determinacin cuantitativa de nitrgeno de un compuesto orgnico. Por el contrario, todava se utiliza el mtodo de Kjeldahl (1883). En este proceso se calienta una determinada cantidad de sustancia con cido sulfrico concentrado, en presencia de catalizadores de desintegracin [polvo de selenio, sulfato de cobre (II) u xido de mercurio (II)], en un matraz de Kjeldahl. Con ello se produce la descomposicin oxidante de la sustancia y el nitrgeno se transforma en sulfato amnico. A continuacin se alcaliniza la disolucin con sosa, se destila el amoniaco sobre una disolucin de HCl 0,1 N y se valora el exceso de cido con NaOH 0,1 N.

Azufre (S), Para este se utiliza el mtodo de Schniger (1961). Este micromtodo se caracteriza por su pequea exigencia instrumental. Una cantidad de sustancia pesada sobre un papel de filtro libre de cenizas se quema en una malla de platino en un matraz relleno de oxgeno y los gases de combustin se absorben en perxido de hidrgeno al 3%. El cido sulfrico formado se determina por volumetra (Hans & Wolfgang)

El anlisis comercial, un mtodo no tan usado, que se lleva a cabo a escala de laboratorio. Es un sistema prctico y rpido, que considera como componentes solamente a la humedad, los gases voltiles o materiales voltiles, el carbn fijo y los incombustibles. Se logra esta determinacin por calentamiento a 105C, en un crisol, de una cantidad previamente pesada de una muestra del combustible. La prdida de peso representa la humedad. El mismo crisol, cubierto con una tapa, se calienta luego al rojo, se enfra y pesa nuevamente. La segunda prdida de peso representa las materia voltiles que contena, y que, por efectos del calor, se han volatilizado. El mismo crisol se vuelve a calentar al rojo, pero esta vez sin tapa. La materia combustible contenida se quema con el oxgeno del aire. Una vez enfriado, se vuelve a pesar. La tercera prdida de peso representa el carbn fijo. Quedar un residuo, generalmente blanco o rojizo, que son los incombustibles o cenizas. Refiriendo las prdidas de peso y el residuo final al peso original del combustible en porcentaje, se tiene un anlisis que permite evaluar el combustible en forma suficiente para identificar un combustible y determinar su valor (Otto, 1997)

Cabe mencionar los equipos que se utilizan para las tcnicas anteriormente explicadas.

Analizador elemental, Estos analizadores estn diseados para determinar uno o varios elementos en muestras de metales, cermicas, tierras, aleaciones, materiales inorgnicos, refractarios, aceros, etc. Son analizadores con muestreo automtico, no circulares, con trasvase final, en serie, con una-dos celdas de medida no desechables, que determinan uno-dos parmetros por muestra y con un campo de aplicacin especfico. Constan de tres partes bien diferenciadas: una balanza analtica para realizar la pesada de la muestra de forma automtica y expresar el resultado en % del elemento referido a la cantidad de muestra inicial; un horno, de induccin o de electrodo controlado a impulsos para realizar la fusin de la muestra en atmsfera de gas (inerte o no) y una unidad analtica a la que son transferidos los gases que se generen en el proceso y en la que se sita el detector (de absorcin molecular en el infrarrojo o de conductividad trmica).

Por otra parte, se tiene el CS-444 para anlisis de carbono y azufre. El anlisis comienza pesando la muestra (1,0 g nominal) en un crisol cermico en la balanza situada en el analizador; a continuacin, se le aade un material fundente y se coloca en el pedestal de carga. El horno se cierra automticamente y, de forma inmediata, se purga la cmara de combustin para eliminar posibles gases residuales. Despus de la purga, el oxgeno fluye por el sistema y se enciende el horno de induccin. Los elementos conductores de la muestra y el fundente se acoplan inductivamente con el campo de alta frecuencia generado por el horno. La atmsfera de oxgeno y el calentamiento generado por este acoplamiento inicia la combustin de la muestra. El carbono de la muestra es oxidado a CO2 y, de forma anloga, el azufre extrado se combina con el oxgeno para formar SO2. Los gases de la combustin son arrastrados por una corriente de gas portador. Si se produce algo de CO, se convierte a CO2 en un catalizador que se mantiene a alta temperatura; por otro lado, el SO3 se elimina del sistema mediante su retencin en una trampa de celulosa. La determinacin se lleva a cabo a travs de espectroscopa de absorcin infrarroja en estado slido. El procedimiento de deteccin es el mismo para ambos elementos. Se toma como ejemplo al carbono, el CO2 absorbe energa infrarroja, una determinada longitud de onda del espectro infrarrojo; el resto de longitudes de onda se eliminan mediante filtros adecuados. La energa es absorbida mientras los gases de la combustin pasan a travs del cuerpo de la celda, por lo tanto, el detector recibe menos energa de la que est emitiendo; esta disminucin es directamente proporcional a la concentracin de CO2 en la celda, lo que permite determinar el contenido de carbono en la muestra original (Valcrcel & Cardenas).

CONCLUSIONES Tener conocimiento sobre los combustibles fsiles que se encuentran en nuestro pas los cuales son el petrleo, gas natural, carbono. Saber cules son las tcnicas aplicadas para determinar la composicin de cada combustible. Estos combustibles contribuyen al calentamiento global ya que liberan gran cantidad de CO2 el cual se dirige a la atmsfera.

BIBLIOGRAFA

Chuse, A., Gmez, O., & Ciriaco, N. (s.f.). Instituto de Carboqumica. Obtenido de Anlisis elemental: http://www.icb.csic.es/index.php?id=417EcuRed. (s.f.). Obtenido de Libro del Programa de Ahorro de Electricidad en Cuba para la enseanza media.: http://www.ecured.cu/index.php/Combustibles_f%C3%B3silesHans, B., & Wolfgang, W. (s.f.). Anlisis elemental orgnico cuantitativo. En B. Hans, & W. Wolfgang, Manual de qumica orgnica (pgs. 11-15). Revert S.A.Martnez, A., & Arango, A. (s.f.). Scai Unidad de anlisis elemental. Obtenido de Anlisis elemental: http://www.scai.uma.es/servicios/aqcm/ael/ael.htmlOtto, M. L. (1997). Combustin y combustibles. En M. L. Otto, Procesos industriales (pgs. 27-30). Per: Pontificia Universidad Ctolica del Per.Valcrcel, M., & Cardenas, M. S. (s.f.). Analizador elemental. En M. Valcrcel, & M. S. Cardenas, Automatizacin y miniaturizacin en qumica analtica (pgs. 169-172). Crdoba: Universidad de Crdoba.