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UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO MONAGAS
ESCUELA DE INGENIERIA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE PETROLEO
AREAS DE GRADO
Profesor
Tomas Marín
Sección
Gas Natural
Bachilleres
Figueroa, Anthony.
Flores, Magbi.
C.I
20403294
20421051
Maturín: 03 de marzo del 2016
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INDICE
INTRODUCCION ................................................................................................... 1
PROPIEDADES FÍSICAS DEL GAS NATURAL ................................................... 2
Propiedades Físicas. ........................................................................... 2
Composición, Apariencia y características. ......................................... 2
Masa Molecular. .................................................................................. 3
Punto de ebullición. ............................................................................. 3
Punto de Roció. ................................................................................... 5
Densidad. ............................................................................................ 5
Riqueza Líquida. ................................................................................. 5
Poder Calorífico. ................................................................................. 6
Poder calorífico superior. ............................................................. 7
Poder calorífico inferior. ............................................................... 7
Calor específico. ................................................................................. 7
Calor especifico de un gas a presión constante (Cp). .................. 8
Calor especifico de un gas a volumen constante (Cv). ................. 8
Presión de vapor. ................................................................................ 8
Presión y Temperatura crítica. .......................................................... 10
Temperatura Crítica (TC). ........................................................... 10
La presión crítica (PC). ............................................................... 10
ESTIMACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS ....................................................... 10
Composición. .................................................................................... 10
Análisis Gravimétrico.................................................................. 10
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Análisis Molar o Volumétrico. ..................................................... 11
Masa Molecular ................................................................................. 11
Punto de ebullición. ........................................................................... 14
Punto de Roció. ................................................................................. 14
Densidad. .......................................................................................... 15
Riqueza Líquida. ............................................................................... 16
Poder calorífico. ................................................................................ 17
Calor específico ................................................................................ 18
Determinación del calor especifico de una sustancia: ................ 18
Calor especifico a presión constante (Cp). ................................. 19
Calor especifico a Volumen constante (Cv). ............................... 20
Presión de vapor ............................................................................... 22
Gráficos de Cox. ........................................................................ 22
Ecuación de Clausius- Clapeyron............................................. 23
Ecuación de Antoine. ................................................................. 24
Temperatura Crítica (TC). .................................................................. 25
La presión crítica (PC)........................................................................ 26
APLICACIONES PARA EL CÁLCULO DE PROPIEDADES FÍSICAS ................ 26
Masa Molecular. ................................................................................ 26
Punto de Ebullición. ........................................................................... 26
Punto de roció. .................................................................................. 26
Densidad. .......................................................................................... 27
Riqueza liquida. ................................................................................. 27
El poder calorífico.............................................................................. 28
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Calor específico. ............................................................................... 28
Presión de vapor. .............................................................................. 28
Presión y Temperatura crítica. .......................................................... 29
CONCLUCIONES ................................................................................................ 30
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 31
INDICE DE TABLAS
Tabla 1: Fuerzas de Van der Waals ....................................................................... 4
Tabla 2: Tabla Periódica ...................................................................................... 12
Tabla 3: Tabla de las constantes universales de los gases (R) ............................ 13
Tabla 4: Valores de coeficiente K dependiendo a la temperatura. ........................ 21
Tabla 5: Constantes de Antoide ........................................................................... 24
INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Bomba calorimétrica ............................................................................. 17
Figura 2: Esquema de calorímetro de las mezclas. .............................................. 19
Figura 3: Calor especifico a presión constante. .................................................... 20
Figura 4: Calor especifico a volumen constante. .................................................. 20
Figura 5: Grafico Presión vs Temperatura de Cox. .............................................. 22
Figura 6: Grafico Presión, volumen y temperatura de Cox. .................................. 23
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INTRODUCCION
Una propiedad física es una característica que puede ser estudiada usando
los sentidos o algún instrumento especifico de medida. Estas se manifiestan
básicamente en los procesos físicos como cambios de estado, cambios de
temperatura, cambios de presión, etc. Se consideran propiedades físicas: eléctricas,
magnéticas, ópticas, térmicas, mecánicas. Por ejemplo: color, dureza, densidad,
punto de ebullición, punto de fusión. Las propiedades físicas pueden ser Generales
o Específicas. Se dice que son generales cuando un mismo valor puede ser aplicado
a diferentes sustancias. Por ejemplo, la masa, el volumen, el color, textura, etc. Y
Se dicen que son específicas, cuando cada sustancia posee un valor particular.
Ejemplo: la densidad, peso específico, punto de ebullición, punto de fusión, etc. Las
propiedades físicas de la materia son de dos clases:
Propiedades intensivas: no dependen de la cantidad de la masa de materia
presente. Ejemplo: volumen, superficie, etc.; también en este grupo están las
propiedades organolépticas: sabor, color, olor, tacto, sonido o ruido.
Propiedades intensivas: no dependen de la cantidad de masa de materiapresente: ejemplo, estado de agregación (sólido, liquido, gaseoso), punto de
fusión, punto de ebullición, conductividad, solubilidad, etc.
En este trabajo se estudiara las propiedades físicas del gas natural, el término
gas, describe el estado físico de una materia que no tiene forma ni volumen propios.
Lo que significa que el gas se adapta a la forma y volumen del recipiente que lo
contiene. Puesto que todas las substancias pueden adoptar el estado gaseoso,
según la temperatura y presión que se les aplique, el término gas se emplea a las
substancias que existen en estado gaseoso en condiciones llamadas normales o
estándar (Sistema Británico (lpca) y 60 F o 520 R), desde luego en esas condiciones
una libramol del gas ocupara un volumen de 379,63 (PCN/lbmol), volumen que se
conoce como volumen molar del estado gaseoso en condiciones normales.
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PROPIEDADES FÍSICAS DEL GAS NATURAL
Propiedades Físicas.
Son aquellas que se pueden medir u observar sin alterar la
composición de la sustancia.
Ejemplo: Color, olor, forma, masa, densidad, punto de fusión, etc.
Composición, Apariencia y características.
El gas natural es un hidrocarburo formado principalmente por metano,
aunque también suele contener una proporción variable de etano, butano, propano,
nitrógeno, dióxido de carbono, vapor de agua, mercaptanos y trazas de
hidrocarburos más pesados. En su estado natural, es inodoro, incoloro e insípido,
sin embargo para advertir su presencia en caso de fuga se le administra un odorífico
(mercaptanos) que le da el olor característico a huevos podridos. Las características
principales de los gases son:
Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al
cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el
volumen y toma la forma de su nuevo recipiente.
Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las
moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando
aplicamos una presión.
Su densidad relativa lo hace más ligero que el aire por lo que las fugas o
emisiones se disipan rápidamente (Al no existir fuerza de atracción
intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea)
en las capas superiores de la atmósfera dificultando la formación de mezclas
explosivas en el aire.
Requiere ignición para su combustión.
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Es eficiente y abundante.
No es corrosivo.
Masa Molecular.
La masa molecular es la masa de una molécula de un compuesto. Se
mide en unidades de masa atómica, representadas como u, también llamadas
unidades Dalton, representada como Da. Esta última unidad es la indicada en el
Sistema Internacional de Magnitudes.
La masa molecular coincide numéricamente con la masa molar, pero son dos
cosas distintas. Mientras que la masa molecular es la masa de una molécula, la
masa molar es la masa de un mol de compuesto, es decir, del número de Avogadro
de moléculas. La masa molecular en u coincide numéricamente con la masa molar
en gramos.
Punto de ebullición.
Es el punto en el cual aparece la primera burbuja de gas o vapor,aunque estrictamente hablando es vapor el que se produce, y no gas, en vista que
si fuese gas el proceso sería irreversible Para propósitos prácticos se puede
asumir que una gran cantidad de líquido está en equilibrio con una pequeña
cantidad de vapor, de tal forma que la cantidad de gas pueda ser despreciable: En
el caso de un gran volumen de petróleo que contiene un cierto volumen disuelto de
gas y que se encuentra en equilibrio en el yacimiento, se observará que a medida
que se reduce la presión se registrará una presión que permitirá el inicio del
desprendimiento de una burbuja de gas. Esta presión se denomina presión de
Burbujeo. A medida que continúe disminuyendo la presión más seguirá
desprendiéndose de la fase líquida. Conocer la presión de burbujeo en los
yacimientos petrolíferos es de vital importancia, su conocimiento permitirá obtener
un mayor provecho del gas en solución como mecanismo de producción de petróleo.
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La temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la
presión atmosférica o presión externa se conoce como punto de ebullición. El punto
de ebullición puede considerarse como la temperatura a la cual la agitación térmica
puede vencer a las fuerzas de atracción entre las moléculas de un líquido. Por tanto,
el punto de ebullición de un compuesto, del mismo modo que el calor de
vaporización y la presión de vapor a una temperatura determinada, da una idea
aproximada sobre la magnitud de las fuerzas de atracción molecular. Los puntos de
ebullición de los hidrocarburos normales aumentan con el peso molecular, puesto
que las fuerzas de atracción de van der Waals se hacen mayores a medida que
aumenta el número de átomos de la molécula. Quizás sea necesario aclarar que
cuando se habla del punto de ebullición o punto de vaporización, se refiere a la
temperatura necesaria, para que un líquido comience a formar las primeras gotas
de vapor, pero esto ocurre a la presión atmosférica, es por ello que se habla de
punto de ebullición normal, en vista que el proceso de ebullición se realiza a la
presión atmosférica, es decir la presión tiene un valor de 14,73 lpca.
Los puntos de ebullición de cada compuesto aumentan regularmente con el
peso molecular, ya que al aumentar el número de átomos en la molécula, aumentan
la fuerzas de Van der Waals entre ellas. Esto puede comprobarse en la tabla 1.
Tabla 1: Fuerzas de Van der Waals
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Punto de Roció.
Según Pino (2010), el punto de roció es la condición correspondiente en el
caso en que la mezcla se encuentra en vapor saturado, o en equilibrio con el líquido.
Es el estado en equilibrio de un sistema compuesto en el cual el gas ocupa
prácticamente todo el sistema. Para propósitos prácticos pueden considerarse
100% gas y la composición del gas es la misma que la composición del sistema.
La presión de roció es la presión de un sistema en el punto de roció y por
debajo de la cual comienza el desprendimiento del líquido del gas lo que indica que
es la temperatura a la que empieza a condensar de líquido del gas.
Densidad.
De Ahmed (1989) se tiene, que la densidad es la cantidad de masa
(W), por unidad de volumen (V) y la ecuación que representa, la ecuación general
del estado gaseoso en condiciones ideales se hace los despejes pertinentes, se
puede obtener una ecuación que permite determinar la densidad de los gases.
El término es aplicable a mezclas y sustancias puras en el estado
sólido, líquido y gaseoso. La densidad de las sustancias en estado sólido y líquido
depende de la temperatura y, en el caso de los gases, de la temperatura y presión.
Riqueza Líquida.
Riqueza del Gas Natural o Contenido Líquido, Se refiere al número de
galones de hidrocarburos líquido que pueden extraerse de cada mil pies cúbicos
normales de gas natural (GPM), En la actualidad la mayoría de las plantas de
extracción recupera a los líquidos, solo partiendo del propano, por lo que se indica
cómo 3C en adelante, sin incluir los componentes no hidrocarburos (CO2, NO2,
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etc.). El cálculo de GPM se asume que los componentes propano y más pesados
son totalmente recuperados como líquidos, lo cual no ocurre en la práctica.
La riqueza líquida es la producción de hidrocarburos líquidos que se
condensan, para dar paso a la fracción líquida y se extrae en los proceso de
extracción y/o fraccionamiento de los Líquidos del Gas Natural (LGN), este
parámetro debe de ser conocido al momento que el análisis cromatográfico que
indique la composición del gas.
Los (GPM) por lo general, se calculan a partir del propano, ya que es más
común recuperar a este componente en estado líquido (C3+), Los componentes del
(C3+), se extraen de la mezcla de gas natural, para formar el Gas Licuado (GL), que
es lo mismo que el Gas licuado de Petróleo (GLP) y también se recupera la gasolina
blanca, la cual tiene múltiples usos de carácter industrial.
Poder Calorífico.
Se define como la cantidad de calor producido por la combustión de la
unidad de volumen o de peso de un combustible bajo determinadas condiciones.
En el caso del gas se define el poder calorífico como el calor liberado al
quemar un volumen unitario del gas a determinada presión y temperatura.
El poder o valor calórico del gas natural es variable de acuerdo a su
composición, estando comprendido generalmente entre 9.000 y 9.500 calorías /m3,
a menos que se trate de un gas con importante contenido de inertes o por el
contrario de hidrocarburos pesados, siendo así de menor o mayor poder calórico
respectivamente.
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Poder calorífico superior.
Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de una
unidad de masa de combustible cuando el vapor de agua originado en la combustión
está condensado y, por consiguiente, se tiene en cuenta el calor desprendido en
este cambio de fase.
Poder calorífico inferior.
Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de una
unidad de masa de combustible sin contar la parte correspondiente al calor latente
del vapor de agua generado en la combustión, ya que no se produce cambio de
fase, y se expulsa como vapor. Es el valor que interesa en los usos industriales, por
ejemplo hornos o turbinas, en los que los gases de combustión que salen por la
chimenea o escape están a temperaturas elevadas, y el agua en fase vapor no
condensa.
Calor específico.
Es la cantidad de calor que se requiere aplicar a la unidad de peso para
aumentar su temperatura en un grado. Es una magnitud que depende solo de la
naturaleza de la sustancia considerada, pero no de la cantidad presente de un
determinado sistema, Sabemos que al calentar un gas puede ocurrir que:
Varíe su volumen permaneciendo constante presión.
Varíe su presión permaneciendo constante volumen.
En cada caso la cantidad de calor absorbida es distinta. En consecuencia
para los gases existen dos tipos se calores específicos, a saber:
https://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_agua
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Calor especifico de un gas a presión constante (Cp).
La cantidad de calor que absorbe un gramo masa de un gas al ser calentado
a presión constante para que aumente en un grado centígrado su temperatura.
Calor especifico de un gas a volumen constante (Cv).
La cantidad de calor que absorbe un gramo masa de un gas para aumentar
en un gramo centigramo su temperatura al mantener contante su volumen.
Los calores específicos a presión y volumen constante de un gas son
funciones de la temperatura únicamente.
Presión de vapor.
Es la presión que ejerce la fase de vapor confinado en un recipiente que lo
contiene, cuando el líquido y vapor de un componente se encuentran en equilibrio
a unas determinadas condiciones de presión y temperatura. El número de moléculas
que se escapan del líquido, es igual al número que regresan a él, luego la presión
de vapor, es una medida de la volatilidad de un líquido. Cuando la presión de vapor
es igual a la presión atmosférica, da origen al punto de ebullición, y se caracteriza
por un burbujeo vigoroso del líquido y la presencia de vapor. El punto de ebullición
normal, es cuando la presión es igual a 1 atm. La presión atmosférica varía con la
altitud; la temperatura ambiente y tiempo meteorológico. Luego el punto de
ebullición también varía, cuando varían estos parámetros
A medida que los líquidos se transforman físicamente en gases, como
ocurre por ejemplo por elevadas temperaturas, sus moléculas se desplazan a una
mayor velocidad y algunas de ellas emergen del líquido para formar un vapor sobre
el líquido. Estas moléculas crean una presión de vapor, la cual a una temperatura
específica es la única presión a la cual un líquido puro y su vapor coexisten en
equilibrio.
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La presión de vapor en equilibrio con un líquido o un sólido a cualquier
temperatura se denomina presión de vapor de la sustancia a esa temperatura. La
presión de vapor de una sustancia es función solamente de la temperatura. Quizás
sea importante tener en cuenta que un componente solo tiene presión de vapor
hasta alcanzar el punto crítico, ya que más arriba del puno crítico, solo habrá gas y
el proceso es irreversible En un recipiente que contenga líquido y vapor en equilibrio
a temperatura constante, la presión no depende de las cantidades relativas de vapor
y líquido. Si por algún motivo la cantidad de líquido disminuye, el vapor se condensa
(para compensar) y viceversa, pero si se suministra o sustrae calor a temperatura
constante, la presión no varía. En un recipiente que contenga líquido y vapor en
equilibrio a temperatura constante, la presión no depende de las cantidades
relativas de vapor y líquido.
La presión de vapor de los líquidos. La energía de movimiento (energía
cinética) de las moléculas no se distribuye de modo uniforme entre todas, pues
algunas de ellas poseen más energía y, por tanto, su velocidad, en cualquier
momento, es mayor que la de las otras. Cuando se introduce, a temperatura
constante, un líquido en un recipiente en el que se ha hecho el vacío, las moléculas
que tienen más energía saltan de la superficie del líquido y pasan al estado gaseoso
y, más tarde, algunas de éstas vuelven al estado líquido, es decir, se condensan. Si
se eleva la temperatura, se incrementa el número de moléculas que alcanzan la
velocidad necesaria para saltar y pasar al estado gaseoso.
Cuando, a una temperatura determinada, la velocidad de condensación se
iguala a la de vaporización, el vapor alcanza la saturación y se establece un
equilibrio dinámico.
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Presión y Temperatura crítica.
Temperatura Crítica (TC).
De acuerdo con Smith (1997), es la máxima temperatura a la cual puede
licuarse un gas. Lo que indica que es la temperatura por encima de la cual no puede
existir el líquido. La (TC) de una sustancia pura es la temperatura máxima en la que
pueden coexistir las fases líquidas y vapor en equilibrio.
La presión crítica (PC).
Según Roile (2006), es una característica de cualquier sustancia, que define
el campo en el que esta puede transformarse en vapor en presencia del líquido
correspondiente. Según Pino (2010), se define como la mínima presión requerida
para licuar un gas a su temperatura crítica.
ESTIMACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS
Composición.
Análisis Gravimétrico.
Se realiza cuando se conoce la masa de cada componente, acoplados con
métodos modernos de separación como la cromatografía de los gases, y detección
constituyen una poderosa arma de doble propósito como análisis cualitativo para
identificar los componentes presentes, y luego análisis "cuantitativas" para
determinar la cantidad de cada uno de estos componentes.
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Tabla 2: Tabla Periódica
La masa molecular de algunos compuestos se puede medir experimentalmente.
Por ejemplo, se puede medir la masa molecular del butano con un sencillo
experimento de laboratorio.
Tomamos una bureta graduada, la llenamos de agua y la colocamos
invertida en un recipiente con agua. Por otro lado, tomamos un encendedor común,
que contiene gas butano como combustible, y lo pesamos. Luego sumergimos el
encendedor en el agua, lo colocamos dentro de la bureta y liberamos el gas
contenido en él. Pesamos el encendedor vacío. El peso en gramos de gas butano
es igual al peso del encendedor lleno menos el peso del encendedor vacío.
El volumen de gas butano liberado en la bureta se puede medir gracias
a la graduación de la misma. Si medimos la temperatura con termómetro y la presión
atmosférica, podemos despejar número de moles de gas butano de la fórmula de
los gases ideales.
P ∗ V n ∗ R ∗ T n ∗∗
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Punto de ebullición.
El punto de ebullición normal puede ser calculado mediante la fórmula de
Clausius-Clapeyron:
ln + 1−
DondeTb: Punto de ebullición normal en KelvinR: Constante de los gases, 8.314 J · K−1 ·
mol−1
: Presión de vapor a la temperatura dada,atm ; Entalpía de vaporización, J/mol: Temperatura a la que se mide la presión devapor, K
Punto de Roció.
Se puede definir como la temperatura a partir de la cual empieza a condensarse
el vapor de agua contenida en el aire produciendo roció, neblina, o en el inferior
a 0 oC, escarcha. Para una masa dada de aire, con una determinada cantidad
de vapor de agua (humedad absoluta), la humedad relativa es la proporción de
vapor contenida en la relación a la necesaria para llegar al punto de saturación,
expresada en porcentaje. Cuando el aire se satura (humedad relativa = 100%),
se alcanza el punto de roció, donde se puede calcular de la siguiente forma:
P r √ 100 ∗ ⌈112+ 0 . 9 ∗ ⌉ + 0 . 1 ∗ 112 Donde:
Pr= Punto de roció
T = Temperatura (oC)
H= Humedad Relativa.
https://es.wikipedia.org/wiki/Relaci%C3%B3n_de_Clausius-Clapeyronhttps://es.wikipedia.org/wiki/Relaci%C3%B3n_de_Clausius-Clapeyronhttps://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttps://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_los_gaseshttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_vaporhttps://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa_de_vaporizaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa_de_vaporizaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_vaporhttps://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_los_gaseshttps://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttps://es.wikipedia.org/wiki/Relaci%C3%B3n_de_Clausius-Clapeyronhttps://es.wikipedia.org/wiki/Relaci%C3%B3n_de_Clausius-Clapeyron
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La ecuación propuesta anteriormente permite determinar la densidad del
gas bajo condiciones ideales, ya que para condiciones reales, se debe de utilizar el
factor de compresibilidad (Z), luego la ecuación queda:
∗ ∗ ∗ Riqueza Líquida.
Para la cuantificación de los de los (GPM) de una mezcla de gas natural, es
necesario determinar el número de pies cúbicos normales (PCN) de un
componente dado en estado gaseoso que se necesita para producir un galón de
líquido. Para eso se necesita el valor de la densidad líquida L
y el peso
molecular PM de cada componente, luego para determinar la riqueza líquida
se utiliza la siguiente fórmula:
1000
7.4805∗379.6∗
Dónde: (PM) es el peso molecular del hidrocarburo líquido en (lb/lbmol) y
L
es la densidad líquida en (lb/pie3)
Los cálculos para una mezcla se pueden realizar a través de la siguiente
ecuación:
∑ 1000 ∗ ∗ 379.6
=
En donde: (Y1) = fracción molar; (1) = densidad molar (gal / lbmol). Si la
densidad del líquido se expresa en (lb/pie3), para hacer la conversión a la unidad de
galones por libramol (gal/lbmol). La conversión se realiza con cierta facilidad
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utilizando los factores de conversión., la utilidad de este método, es que la
conversión se puede realizar a cualquier sistema de unidad.
Poder calorífico.
El poder calorífico de una muestra de combustible se mide en una bomba
calorimétrica. La muestra de combustible y un exceso de oxígeno se inflama en
la bomba y tras la combustión, se mide la cantidad de calor. La bomba se enfría
con este fin a temperatura ambiente. Durante dicho enfriamiento, el vapor de
agua se condensa y este calor de condensación del agua está incluido en el
calor resultante.
Figura 1: Bomba calorimétrica
El poder calorífico se cuantifica en los laboratorio por uno de los varios tipos de
calorímetros disponibles En la industria del gas se usan diversos tipos de
calorímetros registradores de funcionamiento continuo en la operación de
gasoductos. El calorímetro funciona a presión constante. El poder calorífico de
los gases se determina como:
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A p ∗ ci y ci La corrección aplica a la combustión del gas, ya que la presencia de agua
en el gas será fuente de transferencia de calor adicional al agua que es sometida alincremento de temperatura en el calorímetro .En general, se conocen 2 tipos de
valor calorífico: El poder calorífico Se mide en (calorías /m3), en el Sistema Británico
de Unidades se expresa en (BTU/PCN). El poder calorífico es calculado a una
temperatura de 25 C y 1 atm de presión. Para cálculos a 0, 15 o 20 C, en función
del peso del gas, las diferencias con los valores indicados a 25 C, no sobrepasan el
margen de precisión de las determinaciones del poder calorífico.
Calor específico
El calor específico de los hidrocarburos en las siguientes ecuaciones se ha
despreciado el efecto que ejerce la presión en la capacidad calorífica. La capacidad
calorífica es función de la temperatura y se puede escribir de la siguiente manera:
Al integrar la ecuación desde la temperatura inicial hasta la final queda para
el calor de la reacción:
Determinación del calor especifico de una sustancia:Con el calorímetro de las mezclas se procede así:
Se coloca en el vaso una cantidad conocida de agua. El termómetro indicara su
temperatura, por ejemplo: 15°C
.....2 cT bT aCp
2
1
2
1
3
1
3
2
2
1
2
212
2)(
3)(
2)()(0
T
T
T
T
T T c
T T b
T T adT cT bT aCpdT Q
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Se introduce luego un cuerpo cualquiera de masa m, conocida, y que está a una
temperatura dada, por ejemplo: 100°C.
Tapamos perfectamente los dos vasos, y con el agitador tratamos de que toda
la masa de agua alcance una temperatura uniforme.
Durante el proceso de agitado estaremos observando detenidamente el
termómetro. La columna mercurial comienza a ascender, pues el cuerpo a 100°C
cede calor al agua y la calienta.
Llegará un momento en que el termómetro no asciende as. En ese instante
anotamos la temperatura que es la llamada temperatura final, por ejemplo: 47°C.
Figura 2: Esquema de calorímetro de las mezclas.
Calor especifico a presión constante (Cp).
Se puede determinar si a este gas lo encerramos en un cilindro mediante
un pistón y en estas condiciones le comunicamos calor a presión constante ya que
al desplazarse el pistón la presión se mantiene constante.
http://www.monografias.com/trabajos15/separacion-mezclas/separacion-mezclas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/separacion-mezclas/separacion-mezclas.shtml
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Donde:
R: Constante del Gas
Cp: Calor especifico a presión constante
Cv: Calor especifico a volumen constante
El cociente “K” de los calores específicos es importante porque intervienen
en muchas de las relaciones de procesos termodinámicos, donde:
/ De aquí se deduce que:
1
1
T (K) Cp (Kj/Kg-K) Cv (Kj / Kg-K) K273 1.004 0.717 1.4
298 1.009 0.722 1.398
300 1.009 0.722 1.398
400 1.028 0.741 1.387500 1.047 0.760 1.378
700 1.082 0.795 1.361900 1.115 0.828 1.347
1000 1.130 0.843 1.340Tabla 4: Valores de coeficiente K dependiendo a la temperatura.
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Presión de vapor
Este parámetro se puede determinar a través de ecuaciones
matemáticas, como también a través de diagrama, aunque para los
hidrocarburos se utilizan gráficos:
Gráficos de Cox.
La (PV) aumenta con la temperatura, pero no en una forma lineal. Pero, si
se establecen unos ejes apropiados se puede obtener una relación lineal entre la
(PV) y la temperatura. Esto fue lo que realizo Cox, para, ello gráfico la (PV). En (lpca)
en escala logarítmica y la temperatura en F, con ello se pueden obtener gráficas
que permiten determinar la presión de vapor.
Una sustancia pura compresible en equilibrio, se define su estado
conociendo únicamente una variable intensiva independiente; esta puede ser la
presión o temperatura; a continuación se presenta el diagrama p-T [Diagrama de
Cox] que relaciona la presión de vapor con la temperatura. La presión de vapor
[Presión de equilibrio], para cualquier sustancia pura compresible puede determinar
también mediante la ecuación de Antoine. A continuación se presenta el diagrama
p-T correspondiente al vapor de agua:
Figura 5: Grafico Presión vs Temperatura de Cox.
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Figura 6: Grafico Presión, volumen y temperatura de Cox.
Ecuación de Clausius- Clapeyron.
Estos investigadores dedujeron que el logaritmo de la presión de vapor
es una función lineal del inverso de temperatura absoluta, esto se expresa a través
de la siguiente ecuación matemática, que permite determinar la presión de vapor:
T T R
H
P
P M
o11
ln
1
0
1
Aquí: (P0) es la presión de Vapor a T absoluta y ( P10) es la presión de vapor
a la temperatura T1 M H es el calor de vaporización molar, R es la constante
universal de los gases. Para que la ecuación tenga validez se tienen que cumplir las
siguientes suposiciones: El vapor se debe comportar como un gas ideal; el volumen
molar del líquido es un valor despreciable en comparación con el volumen molar del
vapor, el valor del calor de vaporización molar se considera constante e
independiente de la temperatura.
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Ecuación de Antoine.
La presión de vapor de cada componente puro se puede calcular por medio
de la ecuación de Antoine a presión del sistema (P), siendo A, B, C, constantes de
Antoine tabuladas, La determinación de la presión de vapor a través de la
correlación de Antoine es de de gran utilidad, y se fundamenta en la ecuación:
˚
Compuesto Formula A B C
Acetileno C2H2 14,83 1837 -8,45
Acetona C3H6O 14,71 2976 -34,52
Agua H2O 16,54 3985 -39
Amoniaco NH3 15,49 2363 -22,62
Benceno C6H6 14,16 2949 -44,56
n-Butano C4H10 13,98 2292 -27,86
Ciclohexano C6H6 13,79 2795 -49,11
Cloroformo CHCl3 14,5 2939 -37
n-Decano C10H22 13,99 3452 -78,9
Diox. De azufre SO2 14,94 2385 -32,21
Diox. De Carbono CO2 15,38 1956 -2,11
Diox. De Nitrogeno NO2 21,98 6615 86,88
Etano C2H6 13,88 1582 -13,76
Etanol C2H6O 16,19 3424 -55,72
Eter Etilico C4H10O 14,17 2564 -39,37
Etilenglicol C2H6O2 16,18 4494 -82,1
Etileno (eteno) C2H4 13,82 1427 -14,31
n-Heptano C7H16 13,9 2933 -55,64
Hidrogeno H2 12,78 232 8,08
Metano CH4 13,58 968 -3,72Metanol CH4O 16,49 3593 -35,22
Monox. De Carbono CO 13,87 770 1,64
Neon Ne 13,47 265 2,83
Nitrogeno N2 13,45 658 -2,85
Oxigeno O2 13,68 780 -4,18
Tabla 5: Constantes de Antoide
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Una de las ventajas de la ecuación es que los valores de las constantes (A,
B y C) pueden obtenerse con facilidad para un número grande de especies
químicas. En la literatura se encuentra también la presión de vapor Reid. Parámetro
de gran importancia en pruebas para las gasolinas. La presión de vapor Reid es la
medida de la presión de vapor de una muestra a 100F. La prueba se realiza
comúnmente en una bomba. Los resultados se expresan en libras, para la presión
de vapor en (mm de Hg) es ampliamente utilizadas (A, B y C) son constante que
dependen de la temperatura.
Temperatura Crítica (TC).
La temperatura crítica de los compuestos orgánicos se determina con la
correlación de Lydersen, la cual establece la siguiente ecuación:
2)(567,0 T T
T T bC
En donde:
(Tb) = temperatura normal de ebullición en grados absolutos, Kelvin o Rankine (K o R).
(TC)= temperatura crítica del compuesto orgánico (K o R)
En la mayoría de los casos, los datos se encuentran tabulados. (T)
incrementos de temperatura de Lydersen, que se encuentran tabulados:
El cálculo de la temperatura crítica, tiene una alta precisión, difícilmente el
error es mayor a 2%, salvo en compuestos con alto peso molecular, o con altos
contenidos de carbonos, de los hidrocarburos líquidos.
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La presión crítica (PC).
La presión crítica de los compuestos orgánicos se estima a partir de la
siguiente ecuación:
2)34,0( P
M P C
En donde
(M)=peso molecular
C P Presión crítica: (atm)
(P)= incrementos de presión, el cual se encuentra tabulados.
APLICACIONES PARA EL CÁLCULO DE PROPIEDADES FÍSICAS
Masa Molecular.
La determinación de la masa molecular es importante ya que es una forma
de determinar la cantidad de masa que se tiene en un volumen o cantidad de materia
de una sustancia determinada.
Punto de Ebullición.
Conocer la presión de ebullición en los yacimientos petrolíferos es de vital
importancia, ya que permitirá obtener un mayor provecho del gas en solución como
mecanismo de producción de petróleo.
Punto de roció.
Se calcula el punto de roció para evitar la condensación de agua existen
equipos para que no perjudiquen a nuestra instalación o proceso. Utilizamos la
temperatura de Punto de rocío para medir el grado de sequedad del gas.
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Presión y Temperatura crítica.
Las Condiciones de Presión y Temperatura Críticas los de Gases son de
gran importancia, en vista que con ellas se puede predecir el estado físico de las
sustancias en estudio.
En general las propiedades criticas tienen una gran importancia sobre todo
para determinar el comportamiento de los hidrocarburos, en especial cuando se
trata de los alcanos, principales constituyentes del gas natural. En este caso las
propiedades críticas sirven para evaluar el comportamiento de las propiedades
termodinámicas de los alcanos pesados y sus mezclas, ya que es esencial para el
diseño para los procesos de la industria petroquímica como la destilación, adsorción
y la extracción.
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CONCLUCIONES
La estimación de las propiedades es de gran importancia técnica y económica
pues permite hacer una selección de las condiciones y equipos de operación
que se utilizara en el manejo y procesamiento de los gases con el fin de cumplir
con las normativas nacionales e internacionales para la comercialización del gas
natural.
Las propiedades de los gases reales se estiman a partir de ecuaciones empíricas
basadas en el comportamiento de los gases ideales, algunas veces estas son
modificadas con el fin de obtener resultados que se ajusten más a los gases
reales.
Hoy en día se cuentan con diversos métodos para estimar las propiedades
físicas de los gases, por lo tanto, estas se deberían calcular por distintos
métodos matemáticos y experimentales, para ser comparados y poder detectar
anomalías.
La comercialización del gas natural implica que este reúna unas características
especiales que lo hace apto para su transporte y consumo, tanto industrial como
doméstico.
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BIBLIOGRAFIA
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Ingeniería de Petróleo UDO_ MONAGAS, Campus Los Guaritos, Maturín,
Estado Monagas.
Distribución del gas natural, Propiedades del Gas Natural, Link de internet:
http://www.gasnaturaldistribucion.com/es/conocenos/quienes+somos/historia+del+
gas/1297104955871/caracteristicas+del+gas+natural.html
Ingeniería Civil (2009), Determinación de Propiedades físicas: Punto de Fusión
– Punto de Ebullición – La Densidad, link de internet:
http://ingeleidysalax.blogspot.com/2013/09/determinacion-de-propiedades-
fisicas.html
Wauquier. J, (2004), El refino del petróleo, Ediciones Díaz de Santos.
Martínez. J, (1994), Características y comportamiento de los hidrocarburos,
Ingeniería de gas natural, Maracaibo – Venezuela, Oficina de propiedad
intelectual de Canadá, certificado de registro número 438347.
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