Caracterización termodinámica por velocidad del sonido de mezclas binarias y multicomponentes de interés para la industria del gas

La presente tesis pretende proporcionar datos experimentales precisos en forma de velocidad del sonido de mezclas binarias y multicomponentes de gran relevancia para la industria del gas natural mediante una tecnica de resonancia acustica. Estos datos tienen por objeto evaluar el comportamiento y la incertidumbre de los modelos termodinamicos de referencia actuales necesarios para el diseno y control de las etapas de extraccion, transporte, almacenamiento y transmision de mezclas tipo gas natural, asi como el de proporcionar nuevos datos como entrada de nuevas correlaciones para mejorar estos modelos. Esta investigacion proporciona datos precisos y de amplio rango de la velocidad del sonido mediante un resonador acustico esferico de dos mezclas binarias (CH4 + He) con un contenido nominal de helio del (5 y 10) % a presiones p = (0.5 hasta 20) MPa y temperaturas T = (273.16, 300, 325, 350 y 375) K con una incertidumbre relativa global expandida (k = 2) de 230 partes por millon; de tres mezclas binarias (CH4 + H2) de (5, 10 y 50) % de contenido nominal de hidrogeno en el rango de presiones p = (0.5 a 20) MPa y temperaturas T = (273.16, 300, 325, 350 y 375) K con una incertidumbre relativa global expandida (k = 2) de 220 partes por millon; de una mezcla de biogas cuaternario sintetico (CH4 + N2 + CO2 + CO) a p = (1 a 12) MPa y T = (273, 300 y 325) K con una incertidumbre relativa expandida (k = 2) de 165 partes por millon y de tres biogases multicomponentes procedentes de una planta de biometanizacion de vertedero denominados biogas bruto, biogas lavado y biometano a temperaturas T = (273, 300 y 325) K y presiones de hasta 1.0 MPa con una incertidumbre relativa expandida (k = 2) de 326 partes por millon. Ademas, durante la realizacion de esta tesis, el Comite de Datos para la Ciencia y la Tecnologia (CODATA) llevo a cabo un nuevo ajuste especial de las constantes universales para la redefinicion del Sistema Internacional de Unidades (SI). Nuestro laboratorio contribuyo a este proyecto con una nueva determinacion de la constante de gas molar R para la redefinicion del kelvin. Para ello, se diseno una nueva cavidad recubierta en oro para reducir hasta un 39.2 % la contribucion de la incertidumbre debida al radio inteno de la cavidad acustica y, finalmente, se obtuvo un valor de R = (8.314449 ± 0.000056) J·K-1-mol-1. El resultado se tomo como dato de entrada en el ajuste del CODATA de 2017 con una incertidumbre estandar relativa de 6.7 partes por millon. Los resultados se han ajustado a la ecuacion acustica del virial, obteniendo los coeficientes adiabaticos γpg, capacidades calorificas isocoricas CVpg, y capacidades calorificas isobaricas Cppg como gas ideal, a la vez que los segundo βa y tercero γa coeficientes acusticos del virial. Adicionalmente, se han analizado el segundo coeficiente del virial en densidad B(T) y el segundo coeficiente del virial en densidad de interaccion B12(T) derivados de los datos de la velocidad del sonido mediante una regresion a dos formas diferentes de potencial intermolecular: el potencial de nucleo duro y pozo cuadrado y el potencial de Lennard-Jones. Los hallazgos experimentales se han comparado con los modelos de referencia para mezclas multicomponentes similares al gas natural, las ecuaciones de estado AGA8-DC92 y GERG-2008, y con los datos de la bibliografia cuando estaban disponibles.