Análisis de Orsat para gases de combustión

El análisis de Orsat es un estudio realizado a los gases de combustión, que por lo general salen de las chimeneas de equipos como calderas, para conocer las cantidades de O2, CO2 y CO que componen estos gases. Este estudio permite controlar mejor la combustión para disminuir contaminantes, así como, realizar una combustión más efectiva que permita optimizar costos. Para realizar este análisis se requiere un dispositivo de laboratorio conocido como analizador de gas Orsat. Un punto destacable del análisis de Orsat es que es fácil de realizar y bastante fiable para estimar las composiciones de los gases de combustión.

Personal de planta realizando un análisis de orsat con equipo digital
Análisis de orsat para gases en planta industrial. Imagen de testo

En este artículo definiremos al análisis de Orsat y al analizador de Orsat para gases y su principio de funcionamiento.

Tabla de contenidos
  1. Conceptos básicos
    1. Combustión
    2. Aire Teórico
    3. Relación aire combustible
  2. Definición de análisis de Orsat
  3. Analizador de Orsat
    1. Funcionamiento del analizador de Orsat

Conceptos básicos

DIagrama esuqemático de un analizador de Orsat tradicional
Esquema de un analizador de Orsat tradicional. Imagen de slideshare

Para entender mejor al análisis de Orsat, así como, el funcionamiento del instrumento de laboratorio dedicado a realizar dicho análisis y realizar los cálculos pertinentes, es importante conocer algunos conceptos:

Combustión

La combustión es la oxidación de todos los componentes capaces de ser oxidados de un combustible. Esta oxidación es representada por una reacción química entre el combustible y el aire, donde la masa de cada elemento permanece inalterable y además es acompañada de un desprendimiento de energía.

Se dice que una combustión es completa cuando todos los componentes del combustible son capaces de ser oxidados y se oxidan por completo. La combustión es incompleta cuando en los productos aparecen trazas del combustible no oxidado o en sus componentes oxidados parcialmente, como el CO y el OH. Ejemplos de combustión tenemos las cocinas domésticas y a nivel industrial las calderas los equipos de pirólisis, entre otros

Aire Teórico

Es la mínima cantidad de aire necesaria para suministrar la cantidad de oxígeno requerida para realizar la combustión de todos los elementos del combustible capaces de ser oxidados. En una combustión con aire teórico, no se encuentran trazas de oxígeno en los productos. En la práctica, suele adicionarse aire en exceso para garantizar la homogeneidad en la combustión y acercarse lo más posible a la combustión completa.

La relación entre este aire real y el aire teórico se conoce como porcentaje de aire teórico y la diferencia entre ambos se conoce como exceso o déficit de aire.

Relación aire combustible

Es la relación existente entre los moles o la masa del aire y los moles o la masa del combustible.




Definición de análisis de Orsat

El objetivo principal de la combustión es la generación de calor asociada a ella. La cantidad de calor obtenido dependerá en gran medida de la eficiencia con la cual se realice la combustión. Es por ello, que realizar un seguimiento de los componentes del combustible que forman parte del proceso de combustión es vital para poder optimizarlo y corregir cualquier problema que se pueda producir.

Una forma de lograrlo es conociendo la composición de los gases que se producen en la reacción química de combustión. Conocer dicha composición permitirá conocer si la combustión es completa o no, la cantidad de aire utilizada en el proceso y la composición aproximada del combustible que se quema. A este estudio de los gases de combustión se le conoce como análisis de Orsat.

Podemos definir a este análisis como:

El análisis de Orsat es un estudio complementario al balance de masa en reacciones de combustión que permite medir la cantidad de componentes en los productos de la combustión (gases de combustión), para conocer la composición de los productos.

Para poder realizar el análisis de los componentes de los gases de combustión se utiliza un instrumento de laboratorio conocido como analizador de Orsat.

Analizador de Orsat

análisis de gases con equipo combinado
Análisis de gases con equipo combinado analógico - digital. Imagen de directindustry

El analizador de Orsat es un dispositivo diseñado para lograr la ejecución de un análisis volumétrico en base seca de los productos de la combustión. El tipo más común de analizador de Orsat permite determinar CO, CO2 y O2. Asimismo, existen otros analizadores mucho más complejos que son capaces de determinar C, H2, hidrocarburos pesados, metano y nitrógeno.

El instrumento está compuesto por una bureta calibrada que se encuentra en una chaqueta de agua. Esta bureta se encuentra conectada a un grupo de pipetas de absorción (2 o más), utilizando para ello el fenómeno de capilaridad. Las pipetas tienen en su interior soluciones químicas que permiten absorber los gases que se requieren medir. Este arreglo, por lo general, se encuentra en una caja de madera.

Las soluciones utilizadas en las pipetas, generalmente, son: KOH (absorbe CO2), ácido pirogálico (absorbe O2) y cloruro de cobre amoniacal (absorbe CO).

Funcionamiento del analizador de Orsat

La bureta con chaqueta de agua tiene la función de medir el volumen de los gases. De allí, parte una tubería común que conecta las pipetas (burbujeadores). Cada uno de estos burbujeadores contiene una solución absorbente y están dispuestos de tal manera que pueden aislar el gas que pasa a través de ellos y estimar su volumen. Para ello, se mide el volumen antes y después de que la solución logre absorber al gas. Esta diferencia determina la cantidad de gas que se logró absorber.

El gas entra o sale del dispositivo gracias a una botella niveladora llena de agua que puede subirse o bajarse para lograr la acción requerida. La bureta se llena con los gases de combustión y su volumen se mide cuidadosamente. Luego, el gas se hace pasar a los recipientes que contienen la solución absorbente. El gas remanente se regresa a la bureta y se determina el volumen. El procedimiento se repite para cada recipiente absorbente, previo a un enfriamiento a temperatura ambiente.

El análisis de Orsat recoge la muestra de gas sobre agua, manteniendo el agua saturada todo el tiempo, de modo, que la presión de vapor del agua permanezca constante durante todo el procedimiento. Es por ello, que se ignora la presencia de vapor en la cámara de prueba y los datos se registran en una base seca. Con los datos obtenidos se puede calcular el aire teórico y la relación aire-combustible.

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