¿Qué es ASTM D3588?
ASTM D3588 es la práctica estándar para calcular el poder calorífico, el factor de compresibilidad y la densidad relativa de combustibles gaseosos a partir de su composición. Es el método que usa la industria del gas natural junto con GPA 2172 y las constantes físicas de GPA 2145: en lugar de quemar el gas en un calorímetro, se toma la cromatografía y se suma el aporte de cada componente.
Se usa en transferencia de custodia y facturación de gas por energía, en el cálculo de flujo (AGA 3 y AGA 7 necesitan la densidad relativa), en el control de calidad del gas en ductos y para comparar gases con el índice de Wobbe.
Poder calorífico superior e inferior
El poder calorífico superior (PCS, HHV o gross) supone que el agua que se forma en la combustión se condensa y devuelve su calor latente; el inferior (PCI, LHV o net) supone que sale como vapor. En gas natural el PCI es cerca de 10 % menor. Los contratos de gas suelen usar el PCS en base seca.
Cómo se calcula
1. Poder calorífico ideal: Hid = Σ xᵢ·Hᵢ, donde xᵢ es la fracción molar y Hᵢ el poder calorífico ideal de cada componente (metano 1010.0 Btu/ft³, etano 1769.7 y propano 2516.1, a 60 °F y 14.696 psia).
2. Factor de compresibilidad: Z = 1 − P·(Σ xᵢ·√bᵢ)², con P la presión base en psia y √bᵢ el factor de suma de cada componente (metano 0.0116).
3. Poder calorífico real: H = Hid / Z. Como Z es menor que 1, el valor real es un poco mayor que el ideal (cerca de 0.2 % en gas de ducto).
4. Densidad relativa: Gid = M / 28.9625 y G = Gid · Zaire / Z, con Zaire = 0.99959.
5. Índice de Wobbe: W = H / √G. Dos gases con el mismo índice de Wobbe entregan casi la misma energía en un quemador con la misma presión de suministro.
Ejemplo resuelto
Gas de ducto con 94.0 % de metano, 3.2 % de etano, 0.6 % de propano, 0.1 % de i-butano, 0.1 % de n-butano, 0.03 % de i-pentano, 0.02 % de n-pentano, 0.05 % de hexano, 0.8 % de nitrógeno y 1.1 % de CO₂, a 60 °F y 14.696 psia:
PCS ideal: 1032.0 Btu/ft³ (el metano aporta 949.4, el etano 56.6 y el propano 15.1).
Σ xᵢ·√bᵢ = 0.01229, así que Z = 1 − 14.696 × 0.01229² = 0.99778.
PCS real: 1032.0 / 0.99778 = 1034.3 Btu/ft³ = 38.54 MJ/m³; PCI real: 932.7 Btu/ft³.
Masa molar 17.210 g/mol: densidad relativa ideal 0.5942 y real 0.5953.
Índice de Wobbe: 1034.3 / √0.5953 = 1340.6 Btu/ft³.
Puedes reproducirlo con el botón «Ejemplo: gas de ducto» de la calculadora; el cálculo paso a paso muestra cada valor intermedio.
Validación
La calculadora se comprobó contra la hoja pública de poder calorífico de la Oficina de Administración de Tierras de EE. UU. (BLM, 43 CFR 3175), que usa GPA 2172 con constantes de GPA 2145: para su gas de prueba da el mismo poder calorífico ideal (1359.3 Btu/ft³), el mismo Z (0.9955) y la misma densidad relativa real (0.8139), y 1368.7 Btu/ft³ a 14.73 psia.
Base seca, base húmeda y presión base
El resultado está en base seca. Si el gas está saturado de agua a 60 °F, el poder calorífico por volumen baja cerca de 1.7 %, porque el vapor de agua ocupa volumen sin aportar energía. La presión base también cambia el valor por volumen: 14.696 psia (101.325 kPa) es la atmósfera estándar y 14.73 psia es la más común en contratos de EE. UU.
Preguntas frecuentes
¿Qué es un BTU por pie cúbico? Es la energía, en unidades térmicas británicas, que libera un pie cúbico estándar de gas al quemarse. El gas natural de ducto suele estar entre 1000 y 1100 Btu/ft³ (37 a 41 MJ/m³).
¿Cómo convierto Btu/ft³ a MJ/m³? Multiplica por 0.0372589, con la misma presión y temperatura base. Por ejemplo, 1034.3 Btu/ft³ = 38.54 MJ/m³. Si tu norma usa 15 °C o 0 °C como base, el valor cambia ligeramente por la temperatura.
¿Qué hago con el C6+? Si la cromatografía agrupa los hexanos y más pesados como C6+, anótalo en hexano o repártelo como indique tu laboratorio; poner todo como hexano da un valor un poco menor cuando hay heptanos y octanos.
¿Sirve para facturar gas? Es una herramienta de apoyo con las constantes publicadas en GPA 2145; para transferencia de custodia usa la edición de la norma y la presión base que fije el contrato.
Fuente: ASTM D3588, Standard Practice for Calculating Heat Value, Compressibility Factor, and Relative Density of Gaseous Fuels; GPA 2172 y GPA 2145.