La compresibilidad es una propiedad de la materia a la cual se debe que todos los cuerpos disminuyan de volumen al someterlos a una presión o compresión determinada manteniendo constantes otros parámetros.

Compresibilidad en sólidos, líquidos y gases: En general para un sistema estable, la compresibilidad es un número positivo, lo que significa que cuando se aumenta la presión sobre el sistema, este disminuye su volumen. El caso contrario se puede observar en sistemas inestables por ejemplo en un sistema químico cuando la presión inicia una explosión. Los sólidos a nivel molecular son muy difíciles de comprimir, ya que las moléculas que tienen los sólidos están muy pegadas y existe poco espacio libre entre ellas como para acercarlas sin que aparezcan fuerzas de repulsión fuertes. Esta situación contrasta con la de los gases los cuales tienen sus moléculas muy separadas y que en general son altamente compresibles bajo condiciones de presión y temperatura normales. Los líquidos bajo condiciones de temperatura y presión normales son también bastante difíciles de comprimir aunque presenta una pequeña compresibilidad mayor que la de los sólidos

En termodinámica se define la compresibilidad de un sistema termodinámico como el cambio relativo de volumen frente a una variación de la presión. En principio la magnitud de la compresibilidad depende de las condiciones bajo las cuales se lleva a cabo la compresión o descompresión del sistema, por lo que a menos que se especifique el modo en que se lleva a cabo esa operación la compresibilidad de un valor u otro según las cantidades de calor intercambiadas con el exterior. Debido a esa dependencia de la compresibilidad de las condiciones se distingue entre la compresibilidad isoterma y la compresibilidad adiabática.

Compresibilidad isoterma: Es una medida de la compresibilidad de un cuerpo o sistema termodinámico cuando se somete a un proceso termodinámico de transformación cuasiestática de presión mientras su temperatura se mantiene constante y uniforme, viene dada por:

En un proceso de variación de presión a temperatura constante, el cuerpo habrá intercambiado una cierta cantidad de calor con el exterior por lo que su energía total, que puede obtenerse como suma del trabajo realizado sobre el cuerpo y del calor intercambiado por el mismo no permanecerá constante.

Compresibilidad adiabática: Es una medida de la compresibilidad de un cuerpo o sistema termodinámico cuando se somete a una transformación cuasiestática de presión en condiciones de aislamiento térmico perfecto, viene dada por:

En un proceso adiabático de variación de presión, el cuerpo experimentará algún cambio de temperatura

Importancia del proceso de Compresión del Gas:Por lo general previo a la utilización de un gas es necesario someterlo a un proceso de compresión, con lo cual se incrementa el nivel energético del gas. El aumento de energía se logra mediante el trabajo que se ejerce sobre el fluido en el compresor. El aumento de energía se manifiesta por incrementos de presión y en la mayoría de los casos por aumentos de la temperatura. Un ejemplo del proceso de compresión del gas, es cuando se quiere transportar gas a través de los gasoductos, en este caso se requiere aplicar una presión necesaria para vencer la resistencia de frotamiento. Cuando los compresores comunican presión en el gas, que es un fluido compresible reducen el volumen del gas. El gas que se obtiene en el proceso de compresión se denomina Gas Natural Comprimido (GNC), que viene a ser un gas fácil de transportar a través de gasoductos o en envases adecuados, una de las principales utilidades del (GNC) es utilizarlo como Gas Natural Vehicular (GNV), para lo cual se recomienda mantener lo siguiente: A efectos de economizar combustible, en la utilización del (GNV) se recomienda mantener el motor y el regulador de GNC a punto. Disminuirá sensiblemente el consumo. Asimismo resultará conveniente: Mantener la limpieza de las bujías y el buen estado del sistema eléctrico asociado, pues ello favorecerá la obtención de una buena chispa. Se debe de mantener siempre la puesta a punto del motor. Limpiar o cambiar regularmente el filtro de aire, lo que permitirá obtener una combustión óptima. Evitar, en lo posible, las aceleraciones bruscas. Tener en cuenta que las marchas constantes disminuyen el consumo de combustible. Alcanzar la temperatura de régimen del motor antes de iniciar la marcha. Concurrir a un taller de montaje habilitado para realizar el control periódico de su equipo y ante el menor indicio de posibles pérdidas de gas. Evitar las aceleraciones o mantenimiento de marchas innecesarias Para la utilización del (GNC) en la industria se recomienda verificar el funcionamiento de los sistemas de combustión por medio de la intervención de un matriculado o del fabricante del equipo. Dicho control, como mínimo deberá abarcar lo siguiente. La calidad de la combustión mediante el análisis de los gases productos de la combustión (temperatura, componentes y características del proceso) La calibración de los instrumentos de medición, por ejemplo los que controlan las variables que intervienen en el proceso de la combustión. Los enclavamientos de seguridad. Los tiempos de cierre de válvulas automáticas de bloqueo ante falla del encendido .La hermeticidad del cierre de esas válvulas. La verificación periódica de posibles fugas. Los múltiples usos y utilidades del gas natural comprimido, el cual está conformado fundamentalmente por Metano, es la actualidad una de las mayores utilidades del gas natural, tanto asociado o no asociado, que se obtiene en la industria de los hidrocarburos gaseosos. También la gasificación de las ciudades, es otra de las utilidades prácticas del gas natural comprimido.

Justificación del proceso de Compresión: La compresión del gas se realiza en diferentes situaciones, tales como:

a) Para efectuar extracción desde los equipos de producción. b) En la captación del gas natural a baja presión para aspirarlo de las redes conectadas a los cabezales de los pozos. c) En el transporte con el objetivo de conducir el gas producido a través de gasoductos o redes de bombeo. d) En el almacenaje, cuando el mismo se efectúa a alta presión y no se cuenta con presión disponible de alguna de las etapas precedentes mencionadas. e) En la utilización, en caso de tratarse de un consumo industrial cuyo arte factor quiera

una presión mayor que la de distribución.f) Cuando requerirse comprimir el gas en casos especiales tales como en plantas de tratamiento; plantas de reinyección de gas natural a la napa petrolífera, almacenaje subterráneo, procesos de refrigeración, consumo industrial no petroquímico o doméstico en forma de materia prima y/ o combustible, etc.

Proceso de Compresión del Gas Natural: En el proceso de compresión delgas natural, los compresores tienen como función principal, aumentar la presión del fluido gaseoso, con el aumento de la presión son comprimidos y por ende pueden ser almacenado o confinados en recipientes de determinados volúmenes. El proceso de compresión es una parte integral de los ciclos para refrigeración y las turbinas de gas. Los compresores son máquinas que disminuyen el volumen de una determinada cantidad de gas y aumenta supresión, todo esto ocurre a través de procedimientos mecánicos. Luego el gas comprimido posee una gran energía potencial. El aumento en la energía potencial se debe a que en el proceso de compresión se elimina la presión a la cual está sometido el gas, y durante la compresión se expande rápidamente. El control de esta fuerza expansiva proporciona la fuerza motriz de muchas máquinas y herramientas. El proceso de compresión, como proceso es termodinámico, el cual se lleva a cabo a través de una serie de etapas. La principal función de los compresores es someter el gas a un trabajo, para así aumentar la energía total.

Curvas que relacionan los tipos de compresión: Se denomina proceso isotérmico o proceso isotermo al cambio reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio a temperatura constante en todo el sistema. La compresión o expansión de un gas ideal puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de Capacidad calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como foco calórico. De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo. Como la energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.

Una curva isoterma es una línea que sobre un diagrama representa los valores sucesivos de las diversas variables de un sistema en un proceso isotermo. Las isotermas de un gas ideal en un diagrama P-V, llamado diagrama de Clapeyron, son hipérbolas equiláteras, cuya ecuación es P•V = constante.

Proceso isotérmico de un gas

Una expansión isotérmica es un proceso en el cual un gas se expande (o contrae), manteniendo la temperatura constante durante dicho proceso, es decir que T1 = T2 para los estados inicial (1) y final (2) del proceso isotérmico.

Proceso adiabático

En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquél en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isoentrópico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina proceso isotérmico.

Representación gráfica de las curvas adiabáticas

Las propiedades de las curvas adiabáticas en un diagrama P-V son las siguientes:

1. Cada adiabática se aproxima asintóticamente a ambos ejes del diagrama P-V (al igual que las isotermas).

2. Cada adiabática se interseca con cada isoterma en un solo punto.3. Una curva adiabática se parece a una isoterma, excepto que durante una

expansión, una adiabática pierde más presión que una isoterma, por lo que inclinación es mayor (es más vertical).

4. Si las isotermas son cóncavas hacia la dirección "noreste" (45°), entonces las adiabáticas son cóncavas hacia la dirección "este noreste" (31°).

5. Si adiabáticas e isotermas se dibujan separadamente con cambios regulares en la entropía y temperatura, entonces a medida que nos alejamos de los ejes (en dirección noreste), parece que la densidad de las isotermas permanece constante, pero la densidad de las adiabáticas disminuye. La excepción se encuentra muy

cerca del cero absoluto, donde la densidad de las adiabáticas cae fuertemente y se hacen muy raras (Véase también: Teorema de Nernst).

Factor de compresibilidad

El factor de compresibilidad (Z), conocido también como el factor de compresión, es la razón del volumen molar de un gas con relación al volumen molar de un gas ideal a la misma temperatura y presión. Es una propiedad termodinámica útil para modificar la ley de los gases ideales para ajustarse al comportamiento de un gas real.1 En general, la desviación del comportamiento ideal se vuelve más significativa entre más cercano esté un gas a un cambio de fase, sea menor la temperatura o más grande la presión. Los valores de factor de compresibilidad son obtenidos usualmente mediante cálculos de las ecuaciones de estado, tales como la ecuación del virial la cual toma constantes empíricas de compuestos específicos como datos de entrada. Para un gas que sea una mezcla de dos o más gases puros (aire o gas natural, ejemplo), es requerida una composición del gas para que la compresibilidad sea calculada.

De manera alternativa, el factor de compresibilidad para gases específicos puede ser leída a partir de gráficos de compresibilidad generalizados1 que grafiquen como una función de la presión a temperatura constante.

El concepto de Constantes de Equilibrio (Keq) es muy útil para describir el comportamiento de los sistemas bifásicos de muchos componentes. Estas constantes, tomadas de tablas o estimadas mediante ecuaciones de estado apropiadas, constituyen la base de la simulación termodinámica de equilibrios entre petróleo y gas.

La constante de equilibrio de un componente “i” se define mediante la siguiente relación:

Keqi = yi / xi (ecuación

Donde: yi = Fracción molar del componente “i” en la fase gas. xi = Fracción molar del componente “i” en la fase líquido. La primera aproximación a los valores que toman las Keqi puede obtenerse a partir

de dos leyes muy simples.

La ley de Raoult, que para soluciones ideales establece que “la presión de Vapor de un componente de una mezcla es proporcional a la concentración de dicho componente y a la presión de vapor del componente puro”.

La ley de Dalton, de presiones parciales para mezclas gaseosas ideales que establece que “la presión parcial de un componente en una mezcla de gases es proporcional a la fracción molar de dicho componente y a la presión total del sistema”.

Aplicaciones

Las Keqs tienen amplia aplicación en los cálculos para sistemas en equilibrio termodinámico. Es bastante simple demostrar que para un sistema de líquido y vapor en equilibrio, debe cumplirse la relación:

Donde: m = Número de componentes de la mezcla zi = Fracción molar del componente "i-ésimo" en la mezcla. V = Fracción de moles de la mezcla que se encuentran en fase Gas. Y la resolución de esta ecuación (que se realiza en forma iterativa) brinda los

parámetros básicos para el cálculo de las propiedades de ambas fases en equilibrio