Calculadora de SF6: masa de gas y humedad (punto de rocío ↔ ppmv)
Calcule los kilos de SF6 de un compartimento con la ecuación de van der Waals y convierta la humedad entre punto de rocío y ppmv teniendo en cuenta la presión de medida.
Masa de gas y humedad: punto de rocío, ppmv y presión
Calcule los kilos de SF6 que hay en un compartimento a partir de su volumen, presión y temperatura, y convierta la humedad entre punto de rocío y ppmv teniendo en cuenta a qué presión se midió.
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Qué hace esta calculadora
Dos cosas que en campo se resuelven mal: cuántos kilos de SF6 hay realmente en un compartimento, y qué significa el punto de rocío que acaba de dar el analizador.
Masa de gas
Para el registro de emisiones, para planificar una recuperación y para saber si una fuga es relevante hace falta la masa, no la presión. Se calcula a partir del volumen del compartimento, la presión y la temperatura, resolviendo la ecuación de van der Waals para el SF6 (a = 7,857 L²·bar/mol², b = 0,0879 L/mol, M = 146,06 g/mol).
No es un refinamiento académico. El SF6 se aleja del comportamiento de gas ideal mucho antes que el aire: a 6 bar absolutos y 20 °C su factor de compresibilidad ronda 0,94, así que la fórmula del gas ideal deja fuera alrededor de un 6 % de la masa. La calculadora muestra esa desviación para que se vea el tamaño del error.
La temperatura importa tanto como la presión: la misma celda a −10 °C y a 30 °C da presiones muy distintas con exactamente la misma cantidad de gas. Por eso los densímetros compensan en temperatura y por eso una «pérdida de presión» en invierno no siempre es una fuga.
Humedad: punto de rocío y ppmv
El agua es, después de los productos de descomposición, el problema del SF6: reduce la rigidez dieléctrica superficial y, en presencia de arco, forma compuestos corrosivos.
La calculadora convierte en los dos sentidos usando las ecuaciones de Buck, sobre hielo por debajo de 0 °C, que es como informan los higrómetros de punto de rocío:
- de punto de rocío medido a ppmv;
- de ppmv al punto de rocío que daría a otra presión.
Esa segunda conversión es la que evita el error más común del ensayo. El contenido de agua en ppmv no cambia con la presión —las moléculas de agua son las que son—, pero el punto de rocío sí: al comprimir el gas sube la presión parcial del vapor y el agua condensa a mayor temperatura. Medir a presión atmosférica y comparar con un límite dado a presión de servicio, o al revés, lleva a dar por bueno un gas húmedo.
Ejemplo resuelto
Compartimento de 1 m³ a 5 bar manométricos y 20 °C, con un punto de rocío medido de −40 °C a presión atmosférica.
- Presión absoluta: 6,01 bar → densidad 38,4 kg/m³ → 38,4 kg de SF6. Como gas ideal habrían salido 36,1 kg: 2,3 kg de menos.
- −40 °C a 1,013 bar equivalen a 127 ppmv.
- Ese mismo gas, a 6 bar absolutos, tiene un punto de rocío de −23 °C.
Lo que esta calculadora no hace
No dice si el gas es apto: eso depende también de la pureza (porcentaje de SF6 frente a aire y CF4) y de los productos de descomposición (SO2, H2S, HF), que se miden con el analizador y no se deducen de la presión. No sustituye al densímetro de la celda ni al cálculo de fugas, que necesita dos medidas separadas en el tiempo con su temperatura. Y no cubre mezclas SF6/N2 ni los gases alternativos, cuyas constantes son otras.
Con qué se mide
La pureza, la humedad y los productos de descomposición se miden con un analizador de gas SF6. Para las fugas están los detectores de SF6, y para recuperar, almacenar y volver a llenar el gas, los equipos de manipulación.
Preguntas frecuentes
- ¿Por qué no vale tratar el SF6 como gas ideal?
- Porque es una molécula grande y pesada que se aparta bastante del comportamiento ideal ya a presiones de servicio. A 6 bar y 20 °C el factor de compresibilidad ronda 0,94: calcular la masa como gas ideal la subestima alrededor de un 6 %. En un compartimento de 500 litros eso son casi dos kilos de gas que faltan en el registro de emisiones.
- ¿Por qué el mismo gas da puntos de rocío distintos?
- Porque el punto de rocío depende de la presión parcial del vapor de agua, y esa presión parcial sube con la presión total. El mismo contenido en ppmv que a presión atmosférica condensa a −40 °C, a 6 bar absolutos condensa por encima de −25 °C. Por eso un valor de punto de rocío sin la presión a la que se midió no significa nada.
- ¿Se mide la humedad a presión de servicio o a presión atmosférica?
- Depende del instrumento y del límite que se aplique. Muchos analizadores miden a presión reducida y luego calculan; las guías y los límites suelen darse referidos a una presión concreta. Lo importante es no comparar una medida hecha a una presión con un límite dado a otra: esta calculadora hace precisamente esa conversión.