Deriva Continental
ANDRES RIOS MANUEL FLORIDOJUAN CAMILO GERLEIN JULIO GARCIAJORGE
SIERRA JULIAN BARRERO
FACULTAD DE INGENIERIASDEPARTAMENTO DE ING. DE PETROLEOSBOGOTA
D.C.2014
INGENIERIA DEL GAS
CROMATOGRAFIA DE GASES
TABLA DE CONTENIDO
Introduccin. 1.1. Definicin. 1.2. Descripcin.
Clasificacin. 2.1. Tipos de cromatografos.
Aplicaciones.
4. Componentes. 4.1 Descripcin de los componentes.
Interpretacin de resultados. 5.1 Mtodos para la interpretacin de
resultados. 5.1.1 RelacionesdeDoernenburg 5.1.2 Cdigo de Roger
5.1.3 Triangulo de Duval
6. Ventajas y desventajas del sistema
1. INTRODUCCION Ingeniera del Gas - Cromatografa de gasesEl
anlisis de fallas iniciales a partir de la deteccin de los gases
generados dentro del transformador de potencia se fundamenta
principalmente en el anlisis de los gases muestreados en el
relevador Buchholz o la vlvula de muestreo. En otras palabras,
algunos gases se generan cuando el transformador se somete a
esfuerzos trmicos y elctricos anormales debido a la degradacin del
sistema.
La cromatografa de gases es el mtodo ms usado para identificar
los gases que salen fuera de su rango. Ya que determina cualitativa
y cuantitativamente los gases disueltos en el aceite del
transformador. Tanto el tipo y las concentraciones de gases
generados son importantes, ya que a pesar de que el envejecimiento
normal produce cantidades extremadamente pequeas de gases, las
fallas incipientes generan cantidades fuertes de estos gases.
CROMATOGRAFA: Mtodo de anlisis qumico para la separacin de los
componentes de una mezcla por distribucin entre dos fases, una
estacionaria y otra mvil.
1.1 INTRODUCCION (Definicin) Ingenieria del Gas - Cromatografia
de gasesLa cromatografa de gases es un mtodo fsico en el cual se
separan y se analizan mezclas de sustancias voltiles basndose en la
distribucin de los componentes de una mezcla de dos fases
inmiscibles, en estas dos fases encontramos una fase fija y otra
mvil.
La fase mvil es un gas que fluye a travs de una columna la cual
contiene a la fase fija. Su principal objetivo es la cuantificacin
de cada compuesto presente en la mezcla.La fase estacionaria puede
ser un slido o liquido dispuesto sobre un solido que acta como
soporte, este es de gran rea superficial.
Los componentes retenidos por la fase estacionaria se mueven
lentamente con el flujo de la fase mvil y los componentes que se
unen dbilmente a la fase estacionaria se mueven con una mayor
rapidez,.
La separacin se logra por diferencias en la distribucin de los
componentes de la muestra entre la fase mvil y estacionaria,
haciendo que dichos componentes se muevan en la columna a
diferentes velocidades y tiempos, esto se logra tambin mediante la
influencia de dos efectos, la retencin y el desplazamiento. La
retencin es un efecto producido por la fase estacionaria sobre los
componentes de la mezcla, y el desplazamiento es un efecto ejercido
por la fase mvil sobre los componentes de la mezcla.. 1.2
INTRODUCCION (Descripcin)Ingenieria del Gas - Cromatografia de
gasesUn cromatgrafo de gases consiste en varios mdulos bsicos
ensamblados para:
1) proporcionar un gasto o flujo constante del gas transportador
(fase mvil)2) permitir la introduccin de vapores de la muestra en
la corriente de gas que fluye3) contener la longitud apropiada de
fase estacionaria4) mantener la columna a la temperatura apropiada
(o la secuencia del programa de temperatura)5) detectar los
componentes de la muestra conforme eluyen de la columna 6) proveer
una seal legible proporcional en magnitud a la cantidad de cada
componente.
ResumenLa cromatografa de gases es bsicamente una tcnica de
separacin, su gran capacidad para resolver muestras complejas ha
conducido a utilizarla cada vez mas como tcnica analtica.
La cromatografa de gases es el procedimiento comnmente utilizado
en el anlisis qumico, en concreto cromatografa de gases consiste en
una muestra que se vaporiza y se inyecta en la cabeza de la columna
cromatografa.
La cromatografa de gases es la tcnica a elegir para la separacin
de compuestos orgnicos e inorgnicos trmicamente estables y
voltiles.
2. CLASIFICACION Ingeniera del Gas - Cromatografa de gasesEntre
las tcnicas cromatografcas utilizadas con fines analticos, la
cromatografa de gases es probablemente la tcnica de ms amplia
utilizacin; ninguna tcnica analtica puede ofrecer su capacidad de
separacin a su sensibilidad a la hora de analizar compuestos
voltiles.
Por otra parte, el hecho de que con esta tcnica las mezclas sean
separadas en fase gaseosa, establece los lmites de su utilizacin
que estarn marcados fundamentalmente por la estabilidad trmica de
los compuestos a separar. Son clasificados segn el estado fsico de
la fase, el mecanismo de separacin y el tipo de soporte. La fase
mvil puede ser un gas o un lquido, y la estacionaria u lquido o un
slido. Se pueden establecer cuatro tipos de cromatografa: La
cromatografa Gas-liquido (GLC, de gas-liquid chromatography).La
cromatografa Gas-Solido (GSC, de gas solid choromatography).La
cromatografa Slido-Liquido. La cromatografa Lquido Lquido.
Segn el tipo de interaccin que se establece entre los
componentes de a mezcla y la fase mvil y estacionaria podemos
distinguir entre mecanismos de separacin.
2.1 TIPOS DE CROMATOGRAFIA Ingeniera del Gas - Cromatografa de
gasesGas liquido La fase estacionaria es un lquido no voltil
impregnado de un slido y la fase mvil es un gas. Esta tcnica se usa
como herramienta para realizar separaciones, donde es muy til en
aplicaciones a muestras orgnicas complejas, a rgano-metlicos y a
sistemas bioqumicos. Tambin proporciona un medio para llevar a cabo
un anlisis. En este caso se emplean los tiempos o volmenes de
retencin para la identificacin cualitativa, mientras que las
alturas de los picos o sus reas dan informacin cuantitativa.
Lquido-lquido La fase estacionaria es un lquido anclado a un
soporte solido.
Gas-slido. La fase estacionaria es un slido y la fase mvil es un
gas. La cromatografa gas-slido se basa en la adsorcin de sustancias
gaseosas sobre superficies slidas. Los coeficientes de distribucin
son generalmente mucho mayores que en el caso de la cromatografa
gas-lquido. En consecuencia, la cromatografa gas-slido es til para
la separacin de especies que no se retienen en columnas de
gas-lquido, tales como los componentes del aire, sulfuro de
hidrgeno, disulfuro de carbono, xidos de nitrgeno, monxido de
carbono, dixido de carbono y los gases nobles.La cromatografa
gas-slido se lleva a cabo tanto en columnas de relleno como en
capilares. 3. APLICACIONESIngeniera del Gas - Cromatografa de
gasesEn la actualidad la cromatografa de gases es una tcnica
analtica usada en muchos laboratorios universitarios, de
investigacin e industriales, debido a su alta resolucin,
sensibilidad y selectividad.
Adems de las aplicaciones tpicamente analticas, la cromatografa
de gases puede utilizarse a escala preparativa para la obtencin de
compuestos de elevada pureza, as como tambin es posible la obtencin
de datos fsico-qumicos relativos a propiedades superficiales,
cintica y termodinmica de procesos de adsorcin, separacin, y
desarrollo de catalizadores
4. COMPONENTESIngeniera del Gas - Cromatografa de gasesDesde el
punto de vista analtico es conveniente separar dos acciones que se
llevan a efecto en el cromatgrafo de gases. La visin cualitativa de
una mezcla de componentes se debe primordialmente a la columna,
donde se realiza la separacin de los mismos en diferentes tiempos
de retencin, quedndole al detector el informar de los momentos en
que emergen los componentes de la columna.
Por otro lado la visin cuantitativa de las proporciones en los
que los componentes integran una muestra dada se debe
fundamentalmente al detector que mide la concentracin de cada
componente en el gas portador, o bien la cantidad del mismo a lo
largo del tiempo, proporcionando una seal determinada en magnitud.
Los componentes principales de un cromatgrafo de gases estn
marcados en la normaNMXJ308ANCE200411 y son los siguientes:
Fuente de gas acarreador, Argn o Helio son los ms comnmente
usados Regulador de presin.Puerto de inyeccin de muestra.Columnas
cromatogrficas.Medidores de flujo.Detectores y registradores o
integradores. Jeringas para gas, de aguja fija para transferir los
gases.Contenedores de muestraCilindros metlicos4.1
COMPONENTES(Descripcin)Ingeniera del Gas - Cromatografa de
gasesFase mvil En la cromatografa de gases la fase mvil recibe el
nombre de gas portador, teniendo como propsito transportar los
componentes de la muestra a travs de la columna. Una caracterstica
importante del gas portador es la de ser inerte y no reaccionar ni
con la muestra ni con la fases estacionaria. Es importante que el
gas portador sea de alta pureza ya que la presencia de impurezas
altera qumicamente a la muestra y modifican los tiempos de
retencin.
Fase estacionaria La fase estacionaria es un adsorbente esttico
que retiene momentnea y diferencialmente los compuestos de la
mezcla. La fase estacionaria puede ser un slido permanente o bien
un material que se torna en lquido a la temperatura de operacin.
Columna cromatogrfica La columna para la cromatografa de gases est
formada por un tubo dentro del cual se dispone la fase
estacionaria. A lo largo de la columna se lleva a cabo la adsorcin
y desorcin entre la fase estacionaria y los compuestos. Se fabrica
de diferentes materiales, dimetros y longitudes. Existiendo dos
tipos bsicos de columnas cromatogrficas de uso comn: las columnas
de relleno y las columnascapilares.
La mayor o menor eficiencia de una columna cromatogrfica depende
de un conjunto de factores como son el largo de la columna, dimetro
de la columna, tamao de la partcula de relleno. COMPONENTES
(Descripcin)Ingenieria del Gas - Cromatografia de gasesHorno En el
interior del horno se sita la columna, donde se debe tener una
buena regulacin de la temperatura. Dentro del horno la columna se
conecta en un extremo al puerto de inyeccin mientras que el otro
extremo al detector. La columna debe estar en el centro del horno
sin tener contacto con las paredes. El horno es muy importante, ya
que es el encargado de poner en ptimas condiciones a la columna
para el anlisis. Otras caractersticas de estos hornos
son:Proporciona un ambiente estable de temperatura para la columna
analticaEl proceso de calentamiento y enfriamiento es rpidoLa
circulacin de aire asegura la estabilidad trmicaSistemas de
programacin de temperatura
Detectores El detector cromatogrfico es un dispositivo
localizado a la salida de la columna de separacin, este mide la
concentracin de cada uno de los componentes de la muestra y genera
una seal elctrica proporcional a dicha concentracin.
Las caractersticas importantes de un buen detector son
15:EstabilidadSensibilidadLinealidadTiempo de respuestaRespuesta
equivalente a todas las especies QumicasCOMPONENTES
(Descripcin)Ingeniera del Gas - Cromatografa de gasesFuente de gas.
La funcin principal del gas carrier (portador) es transportar la
muestra a travs de la columna. Es la fase mvil, debe ser inerte en
las condiciones usadas y no debe interacciona qumicamente con la
muestra. Una segunda funcin es actuar como una matriz conveniente
en el detector para la medida de los componentes en la mezcla.
Sistema de inyeccin.El mtodo ms comn de inyeccin de muestra
implica el uso de unamicro jeringaque inyecta la muestra lquida o
gaseosa a travs de un septumde goma de silicona en una cmara de
vaporizacin instantnea situada en la cabeza de la columna. Inyeccin
SplitInyeccin suplirles
Sistema de flujoLa medida y control del flujo del gas carrier es
esencial para lograr una buena eficiencia de separacin de la
columna y para el anlisis cualitativo de las mezclas. La eficiencia
de una columna depende de la velocidad lineal del gas, al cual se
puede determinar fcilmente cambiando la velocidad de flujo hasta
lograr el mximo nmero de platos (mejor resolucin).Sistemas de
control de flujoMedidores de flujoProgramacin de
temperaturaCOMPONENTESIngeniera del Gas - Cromatografa de gases
5. INTERPRETACION DE RESULTADOSIngeniera del Gas - Cromatografa
de
gasesUnavezobtenidaslasconcentracionesatravsdelacromatografadegasesseusanvarias
tcnicas para diagnosticar la condicin del transformador. Existen
diversasmanerasdeinterpretarlosresultadosdela
cromatografadegases:apartirdelasconcentraciones de cada gas o por
lasrelaciones entre gases.A continuacinsepresentan algunos de
losmtodos y diagnsticosms conocidos y utilizados
5.1 METODOS INTERPRETACION DE RESULTADOS (RELACIONES DE
DOERNENBURG) Ingeniera del Gas - Cromatografa de
gasesElmtododeDoernenburgutilizagasescombustiblespresentesenelaceiteyusadosrelacionesentregasesparaelanlisis(CH4/H2)y(C2H2/C2H4).
Estemtodounificadostiposdediagnstico,elprimerobasadoenconcentracionesindependientesde
cada gas y elsegundo en la combinacinderelaciones.5.1.1 RELACIONES
DE DOERNENBURGIngeniera del Gas - Cromatografa de gasesPara
elprimertiposeestablecenlosvaloresdeconcentracionesdelosgasesenpartespor
milln(1ml/1000ml)ysoncomparadosconlosvalorespatrnmostradosenlatabla
segn la segnlaANSI/IEEEC57.1041991,
,sialmenosunadelasconcentracionesdelosgases combustibles excede el
valor del doble de los valores patrn y una de las concentraciones
de los dems gases excede el limite mostrado, la unidad se
consideradefectuosayconelloestablecerqueexisterealmenteunproblema
al momento de su interpretacin.
5.1.1 RELACIONES DE DOERNENBURGIngeniera del Gas - Cromatografa
de gasesEstemtodo diagnostica el estado de untransformadormediante
una grfica
conescalalogartmicaenambosejes.Cadaejeestasociadoalarelacindedosgases,comolomuestralafigura2.3,enelejeverticalseencuentralarelacin(C2H2/C2H4)yenelejehorizontaltenemoslarelacin(CH4/H2).
Dentrodelagrficaexistentresreasbiendefinidas,lascualescorrespondenatrestipos
de fallas en el transformador. Los de tipo Trmico, que van de
relaciones(C2H2/C2H4) menor a 0.75 y (CH4/H2) mayores a 1.0. Los de
tipo Arqueo que
seencuentranenrelacionesde(C2H2/C2H4)mayoresa0.75y(CH4/H2)entre0.1a1.
YporltimolosdefectosdeDescargasparcialeslocalizadosenrelaciones(CH4/H2)menoresa0.1.Losdiagnsticosdeestemtodosemuestrandeigualformaenla
siguiente tabla y grafica.5.1.1 RELACIONES DE DOERNENBURGIngeniera
del Gas - Cromatografa de
gasesComoyasemencionoelmtododeDoernenburg,sugierelaexistenciadetrestiposdefalla:
Fallatrmica: descomposicintrmica del aceitemineral quese genera
en unrangodetemperaturaentre150y500[C].
CoronaFallaelctrica:Descargadebajaintensidad.
ArqueoFallaelctrica:Arcosdealtaintensidad,queporlogeneralsepresentanenrangode700a1800[C].
5.1.1 RELACIONES DE DOERNENBURGIngeniera del Gas - Cromatografa
de gasesDoernenburg propuso elmtodo de lasrelaciones para evitar
que las unidades
deconcentracindeloslmitesmximospermitidosdadasenpartespormilln(p.p.m.)dependierandelvolumendeltransformador,yaqueparauntransformadordemayorvolumen,unmismovolumendegasproducidoporunadeterminadafallasediluirmsqueenuntransformadordemenorvolumen.
Lagrandesventajadeestemtodo,esqueexistencombinacionesentrerelacionesdegases
que no arrojan resultados y el mtodo no identifica si existe falla
y
solorecomiendalatomadeunanuevamuestra,loquereducelafiabilidaddelmtodo.
5.1.2 CODIGO DE ROGERIngeniera del Gas - Cromatografa de
gases
Estemtodosebasaentresrelacionesentreloscincogasesprincipalesformadosporladescomposicindelaceitedeacuerdoasuaparicin:Hidrgeno(H2),Metano(CH4),Acetileno(C2H2),Etileno(C2H4)yEtano(C2H6).
Estemtodoconsideraquelaconcentracin de Etano proporciona
informacin para diferenciar los problemastrmicos en varias
categoras.5.1.2 CODIGO DE ROGERIngeniera del Gas - Cromatografa de
gasesUsando este gas,Rogerpropone lasrelacionesentre(CH4/H2),
(C2H4/C2H6) y (C2H2/C2H4), fijando para cadarelacin ciertos lmites.
Estabsquedasesimplificaalasignarun
cdigoparacadarelacinproporcionadoen la siguiente tabla.
Dependiendodelcdigoasignado,secuentaconun diagnsticodefalla.
EldiagnsticoobtenidomedianteelmtododeRogerescualitativodeltipodefalla,yaquenoconsideralamagnituddelasconcentracionesdegases.
5.1.2 CODIGO DE ROGER
Ingeniera del Gas - Cromatografa de
gasesDescargasparcialesdebajaenerga:Descargaselctricasenburbujas,causadasporinclusionesenelaislamientoosaturacinoaltocontenidodehumedadenelaceite(burbujasdevapordeagua).Descargasparcialesconaltaenerga:Semejantealanterior,peroprincipalmentecaracterizada
por perforaciones del aislamiento solido vas arco o
chispeo.GeneralmenteproduceCOyCO2.
Descargasparcialesdebajaenerga,chispeo:Continuochispeoenelaceiteentreconexionesdediferentepotencialoentrepotencialesflotantes.Roturaenelaceiteentrematerialesslidos.
Descargas de alta energa, arco: Descargasrepetitivas. Ruptura
del aceite
porarqueoentredevanadosobobinas,oentrebobinasytierra.
Fallatrmicaatemperaturamenora150[C]:Sobrecalentamientodeconductoraislado.
Fallatrmicaatemperaturaentre150a700[C]:Sobrecalentamientolocalizadoen
elncleodebidoaconcentracionesdeflujo.Incrementodetemperaturaenpuntoscalientes;sobrecalentamiento
del Cobre debido a corrientes circulantes,
falsoscontactos/uniones(formacindecarbndebidoaPirlisis).
5.1.2 CODIGO DE ROGERIngeniera del Gas - Cromatografa de
gases
LosmtodosqueinvolucranlasrelacionesdeRoger,nodebenserutilizadosconelfinde
detectar la falla, estos mtodos sirven esencialmente para analizar
una
fallaexistente,unavezdetectadaporunanlisisparalelo,unanlisisdetendenciasounanlisisdeconcentracionesindividuales.
5.1.3 TRIANGULO DE DUVALIngeniera del Gas - Cromatografa de
gasesEstemtodobasasudiagnsticoconelempleodelasconcentracionesdeslotresgasesMetano,EtilenoyAcetileno.
Considerandoquelasumadelasconcentracionesde estos tres gases
representa un 100%, se calculan nuevos porcentajes
departicipacinparacadaunodeestosgases.
A continuacin se muestra la figura del triangulo de duval donde
cada lado representa una escala desde cero a 100% de cada gas
Ingeniera del Gas - Cromatografa de gases
5.1.3 TRIANGULO DE DUVALIngeniera del Gas - Cromatografa de
gasesLos porcentajes de particin para cada gas es calculado
mediante las siguientesformulas:
5.1.3 TRIANGULO DE DUVAL6. VENTAJAS Y DESVENTAJASIngeniera del
Gas - Cromatografa de gasesVENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA
CROMATOGRAFA DE GASES EN EL ANLISIS DE HIDROCARBUROS
La cromatografa de gases es una de las tcnicas ms usadas, para
anlisis de hidrocarburos. Las ventajas que presenta, como alta
sensibilidad, deteccin selectiva, elevada eficiencia en la
separacin, versatilidad, pequeo tamao de muestra para efectuar el
anlisis y sencillez, son ampliamente reconocidas por toda la
comunidad cientfica. Ninguna otra tcnica analtica puede conseguir
un poder de separacin y sensibilidad equivalente para compuestos
orgnicos voltiles.Sin embargo, en la mayora de los anlisis de
laboratorio este ahorro en tiempo no reduce apreciablemente el
tiempo total involucrado en la toma de la muestra, el anlisis
cromatogrfico y el clculo de los resultados.
