Teoria Gases_Orsat

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ISFD Nro 29 Química Industrial, Procesos y Operaciones 
 
 
 
ANALISIS DE GASES. 
 
 Los cálculos referentes a combustión dependen en gran parte del análisis de mezclas gaseo-
sas, tanto las formadas por los productos de combustión como de los mismos combustibles en el caso 
de los gaseosos ( las condiciones estándar para medir los combustibles gaseosos: T= 298 K y P= 
101325 Pa y agua saturada ). El método de uso más generalizado es el método de ORSAT. Consiste 
en un aparato que fue originalmente patentado por Orsat en el año de 1874, pero luego sufrió diversas 
modificaciones y mejoras hechas por otros investigadores. En este método se separan los 
componentes del gas uno por uno mediante reacciones químicas específicas, midiéndose la dismi-
nución del volumen provocada por la absorción de cada componente. 
 Una muestra de gas, generalmente 100 cm3 , se miden en una bureta para gases que en general 
posee una camisa de agua para mantener constante la temperatura. El gas queda confinado y su 
traslado se efectúa por desplazamiento con Hg o una solución saturada de sal ( para disminuir la 
solubilidad del gas en el agua ). Si se usa Hg se colocan unas pocas gotas de agua sobre la superficie, 
de modo de saturar la mezcla con vapor de agua. Mediante este tipo de análisis no se puede medir el 
contenido de agua, por lo tanto es independiente de su presencia. Esto equivale a realizar un análisis 
sobre base seca o anhidra. Al tiempo que se eleva el nivel del líquido de cierre con el anillo de un 
bulbo de nivelación se burbujea la muestra gaseosa a través de una solución de absorbente en la cual 
reacciona uno de los componentes. El gas es vuelto a la bureta y se mide el volumen. La disminución 
de volumen es igual al volumen del componente absorbido. Luego se calcula el porcentaje. 
 Los componentes de una mezcla de gases se determinan en el orden siguiente por los métodos 
que a continuación se describen: 
 
A) Dióxido de Carbono: solución acuosa de KOH al 40-50 %. No se usa NaOH porque se formaría 
Na2CO3 que resulta ser poco soluble en la solución de su hidróxido, no así la sal de potasio. Todos 
los gases ácidos como H2S, SO2 y HCN son también absorbidos, deben eliminarse previamente. 
B) Hidrocarburos no saturados: H2SO4 fumante con 20-30 % de SO3 libre. Absorbe todos los hidro-
carburos olefínicos, acetilénicos y aromáticos. Se usa a temperaturas mayores de 15o C, la absorción 
es total en 2-5 minutos. El gas residual se trata con solución de KOH para absorber los vapores áci-
dos. También se usa una soluc. de Br2 en KBr al 10 %. 
C) Oxígeno: se usa una solución fuertemente alcalina de pirogalol ( ácido pirogálico o 1,2,3-trihi-
droxibenceno se lo usa también como revelador fotográfico ), tetrationato de sodio y fósforo. 
 
D) Monóxido de Carbono y Hidrógeno: en general se determinan por pasaje de la muestra sobre CuO 
caliente. 
CuO + H2 -> H2O + Cu 
CuO + CO -> CO2 + Cu 
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Para el CO no hay cambio de volumen en el gas, por lo tanto la disminución de volumen es una 
medida del contenido de H2 en la muestra. Se realiza un nuevo análisis de CO2 por reacción con 
KOH determinándose el CO. El CO también puede determinarse por reacción con solución amoniacal 
de cloruro cuproso, con el que forma el complejo CuCl.2H2O.CO. 
 Luego de realizar las absorciones anteriores la muestra contendrá N2 y los hidrocarburos 
saturados. Entonces se agrega O2 a la muestra así tratada y se procede a quemar catalíticamente los 
hidrocarburos saturados. Se mide la contracción (= compresión) de volumen y el CO2 contenido en 
los productos de la combustión. 
 
Ejemplo: Calcular la compresión del volumen en la combustión de 40,0 mL de H2 en exceso de O2. H2(G) + ½O2(G) _ H2O(L) 
 
C (compresión) = S VINICIAL - S V FINAL Nota: considerar solo a los gases 
 
C = ( 1 + ½ ) - ( 0 ) = 1,5 C = 40,0 mL x 1,5 = 60 mL 
 
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Aparato de ORSAT 
Manipulación: Se llena con agua el cilindro graduado B, para lo cual se levanta el frasco N y se abre 
la llave h. Tan pronto como el agua llega a la parte superior de la zona ensanchada del tubo gra-
duado, se cierra la pinza del tubo de goma del frasco de nivel, se una a con el manantial de gas y se 
aspira gas en la bureta, para lo cual se abre la pinza y se baja el frasco de nivel. El tubo exterior en U 
está lleno de lana de vidrio y hace las veces de 
filtro; el hollín que pueda arrastrarse queda 
retenido aquí. La muestra así tomada está impuri-
ficada con aire procedente del tubo de goma, del 
tubo en U y del capilar, y tiene que ser desalojada; 
para ello sirve la llave h, que tiene un orificio en 
forma de T. Esta se gira, de manera que la bureta 
quede en comunicación con el exterior, y se 
desaloja el gas de la bureta levantando el frasco de 
nivel N. Se repite esta operación tres veces, y en la 
cuarta admisión de gas puede considerarse ya 
como puro. Se lleva el gas a la división cero y se 
abre rápidamente la llave h, para que desaparezca 
el exceso de presión que pudiera haber. Se hace 
entrar el gas en el tubo con hidróxido de potasio, se 
le hace entrar luego en el tubo con pirogalol, y 
finalmente en el de cloruro cuproso, determinado 
respectivamente el CO2, O2 y CO. 
 
 
 
 
 
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Toma y conservación de muestras de gases: Por el hecho de difundirse todos los gases con mucha 
rapidez aun cuando estén separados unos de otros por cuerpos sólidos porosos o por líquidos, resulta 
evidente que la toma y conservación de muestras de gases presenta cierta dificultades. Si se encierra 
un gas en una campana metida en agua que lo separa del aire exterior y se analiza de tiempo en 
tiempo una muestra del mismo, cada día se hallarán resultados diferentes, porque el aire entra en la 
campana a través del agua y el gas contenido en aquella también sale al exterior a través del líquido. 
Este proceso se realiza hasta que el gas exterior y el interior alcanzan la misma composición. La 
velocidad de difusión depende del grado de absorción del líquido con respecto a los gases en 
cuestión. Aquellos líquidos que poseen un alto grado de absorción para los gases se dejan atravesar 
fácilmente por éstos y no sirven para conservar en ellos los gases. El líquido que mejor se presta para 
esta objetivo es el mercurio, porque sólo absorbe cantidades mínimas de los distintos gases. 
 Los gases que se combinan con el mercurio, como el 
cloro, vapores de bromo, sulfuro de hidrógeno, etc., no deben ser recolectados sobre mercurio, como 
es natural; se les pone en tubos de vidrio secos y se funden los extremos de aquellos, caso de que no 
hayan de ser analizados en el mismo lugar donde se encuentran. A través del vidrio no se produce 
difusión alguna, por cuya razón se pueden conservar muestras de gases durante muchos años en vasi-
jas de vidrio cerradas por fusión, sin que el contenido experimente variación alguna. 
 Si se va a analizar el gas pocos días después de tomar la 
muestra, basta con colectarlos y conservarlos en tubos en forma de pipetas, cuyos extremos están 
cerrados por tubos gruesos de goma obturados con trozos de varillas de vidrio y ligados con alambre. 
Si el gas se ha de conservar por mucho tiempo no debe ponerse en práctica lo que se acaba de decir, 
porque hay difusión, aunque en pequeña escala, a través de la goma, en particular cuando se ha 
vuelto dura. 
 Para realizar análisis de poca precisión puede usarse 
agua, pero procurando saturarla del gas antes de la operación y practicando ésta inmediatamente 
después de tomar la muestra. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 PROBLEMAS - ANALISIS DE GASES 
Prob. 1: Una mezcla de gases tiene la siguiente composición en volumen: 18% de CO2; 13% de O2; 69% de 
N2. Hallar el % en peso. 
 
Prob. 2:Determinar la compresión del volumen durante la combustión de 40 mL de H2 en exceso de oxígeno. 
 
Prob. 3: Ídem prob. 2 pero con 25 mL de CH4. 
 
Prob. 4: Se quema metano puro con 10% de exceso de aire. Hallar el análisis del gas de combustión según 
Orsat. 
 
Prob. 5: Se produce la combustión de un gas natural con 40% de exceso de aire, cuya composición en kmoles 
es: 92% metano; 6,5% etano; 1,5% propano. Suponer combustión completa y dar la composición según Orsat 
 
Prob. 6: Se quema con aire seco un combustible que contiene sólo H y C. El gas de chimenea da el siguiente 
análisis por Orsat: 9,58% CO2; 3,84% O2; 86,58% N2. Hallar la relación H/C en el combustible, el % de aire 
de exceso, y el contenido de agua en el gas de chimenea. 
 
Prob. 7: El gas de escape de un motor a explosión que usa un hidrocarburo tiene la siguiente composición 
según Orsat: 10,5% CO2; 8% O2; 81,5% N2. Hallar: a) composición fórmula del combustible, b) relación aire 
de combustible a combustible en peso, c) moles de gas de escape por kg de combustible. Suponer que el aire es 
seco y que ingresan 100 kmoles. 
 
Prob. 8: Se dispone de un gas combustible seco a 25 oC cuya composición es: 4,8% CO2; 27% CO; 0,4% 
O2; 1,9% CH4; 14,1% H2; 51,8% N2. Hallar la composición del gas de combustión si se queman 100 kmoles 
de combustible con un exceso del 50% de aire los gases salen del horno a alta temperatura. 
 
Prob. 9: Al analizar 22,0 mL de una mezcla de CH4; H2 y CO por medio de una combustión en exceso de 
oxígeno, el volumen se ha comprimido en 23 mL formándose 16,0 mL de CO2. Determinar: a) el volumen y 
b) el % de c/u de los componentes de la mezcla analizada. 
 
Prob. 10: La mezcla de H2 y CH4 ocupa un volumen de 20,0 mL ; durante la combustión en exceso de aire el 
volumen total de estos gases disminuyó en 36,0 mL. ¿Cuál es % de cada gas en la mezcla original? 
 
Prob. 11: 13,7 mL de mezcla que contiene propano, metano y monóxido de carbono produjo 23,7 mL de CO2 
durante la combustión en exceso de aire. Determinar el % de propano en la mezcla original. 
 
Prob. 12: 20,0 mL de una mezcla de metano y acetileno han originado 32,0 mL de CO2 después de su 
combustión en exceso de oxígeno. Determinar el contenido de c/gas en la mezcla , en mL. 
 
Prob. 13: Para el análisis se han tomado 90 mL de mezcla de gases con: CO2; O2; CO; CH4; H2; N2. 
Después de la absorción de los primeros tres gases el volumen disminuyó hasta 82; 76 y 64 mL 
respectivamente. Para hallar el contenido de CH4 y de H2 se dejaron en la pipeta 18 mL de muestra y 
agregando 62 mL de aire se efectuó la combustión. En este caso la mezcla de gases se redujo en 9 mL y la 
cantidad de CO2 formado fue de 3 mL. Determinar el contenido de cada gas en la mezcla original.