Gases Reales

Febrero 2011

Mezcla de Gases (gas natural)

Gas Natural

Es una mezcla de hidrocarburos formado por los miembros mas volátiles de la cadena paraf ínica, que procede de formaciones geológicas. Puede presentar compuestos no hidrocarburos tales como N 2 , H 2 S, CO 2 y H 2 O entre otros.

Características:

- Estado de la materia - No tiene volumen y forma definida

Gas

- Baja densidad y viscosidad

Idealmente:

P.V = n.R.T

“Se cumple a bajas presiones” < a 150 lpca aprox.

Componentes: Hidrocarburos

Contiene hidrocarburos parafínicos en mayor cantidad:

CH 4 Metano (predominante) C 2 H 6 Etano C 3 H 8 Propano C 4 H 10 Butano C 5 H 12 Pentano C 6 H 14 Hexano Isómeros Isómeros n C 4 H 10 , i C 4 H 10 n C 5 H 12 , i C 5 H 12 C 7 H 16 heptano

Contiene hidrocarburos olefínicos, naftenicos, aromáticos en trazas .

Sistema de un compuesto puro

Diagrama P - T Punto crítico

Pc

P Líquido

Sólido

Líq.

Vapor T

Tc

Vapor

Punto triple Gas Curva “Presión de vapor”

Pv

Curva de “punto de ebullición”

Tb Temperatura

Si P <

Pv

Si P >

Pv

Si P =

Pv

el sistema es vapor el sistema es liquido el líquido y el vapor coexisten en equilibro @ Temperatura definida

Normalización de la composición del gas Comp

metano etano propano i-butano n-butano

Yi Yi norm

0,75 0,728155 0,18 0,174757 0,05 0,048544 0,03 0,029126 0,02 0,019417 1,03 1 y

norm=

y

i

∑ y

i Al tener una mezcla de gases, lo primero que se debe hacer es verificar que la sumatoria sea igual a 100 %( en porcentaje molar) o 1 (en fracción molar)

Propiedades básicas de la mezcla de compuestos

 Peso molecular  Volumen estándar  Densidad

Composición del Gas Natural

(Distribución de los componentes)  Volumen especifico  Gravedad específica  Presión seudocrítica  Temperatura seudocrítica  Factor acéntrico  Viscosidad  Conductividad térmica  Tensión superficial  Capacidad calorífica

Datos de las propiedades de compuestos puros

Las tablas de las propiedades se encuentran disponibles en la mayoría de los textos relacionados con gas natural Fig 23-2 Physical Constants. GPSA. Electronic Data Book. 11 va edición Capítulo 23.

Sistema multicomponente

Las propiedades de una mezcla de compuestos depende Presión Temperatura Composición Algunas propiedades de mezcla se basan en la Ley de Dalton: Ley de soluciones ideales La suma de la fracción molar de cada compuesto presente en la mezcla multiplicado por la propiedad física de cada compuesto puro a las condiciones del sistema se obtendrá el valor de la propiedad física de la mezcla a las condiciones del sistema

P

rop. de la mezcla

= ∑ y

i

* P

rop comp puro

Propiedades de compuestos puros

 Peso molecular del gas

PM gas



i N

  1

y PM i i

Peso Molecular (PM) obtenido de la tabla (molecular mass)

PM gas



i N

  1

y PM i i



Gravedad específica

P

*

PM gas



g



s

.

g

.

 

gas



aire



P

*

R

*

T PM aire R

*

T



PM gas PM aire

g.e gas = 19,28/28,96 = 0,665



Fracción Masica

w i



m i m t

 

i m i m i

Yi*Pmi = mi (cada componente) Luego cada mi/PM.



Propiedades seudocriticas con la regla de Kay

Temperatura Pseudocritica

T SC



i N

  1

Ci

Presión Pseudocritica

P SC



i N

  1

y P i Ci

Pci y Tci son tomadas de la tabla (debe llevarse la temp a R ( °F +460)

 Capacidad calorífica Neta (VCN) y Capacidad calorífica Bruto (VCB) VCBi y VCNi son tomados de la tabla ∑yi*VCBi ∑yi*VCNi

Factor de Compresibilidad

Es un factor que mide la desviación del comportamiento ideal

P.V = n.R.T.z

z es función de (P, T, Comp. Gas)

Gas ideal z = 1 Gas Real z < 1 z > 1

Teoría de los Estados Correspondientes

Los gases presentan el mismo comportamiento (factor z), cuando su T y P se expresa en función de sus valores críticos.

Punto Crítico

Liquido subenfriado P

sr



P P SC

Presión seudoreducida Vapor sobrecalentado Mezcla

T sr



T T SC

Temperatura seudoreducida Los valores críticos son utilizados como referencia

Factor de corrección por la presencia gases ácidos (Fsk o ε) por Wichert y Aziz.

F sk

 120   Si el gas contiene H2S o CO2 se debe calcular el factor de corrección Fsk,usando la ecuación siguiente

y CO

2

H

2

S

 0 .

9  

y CO

2 

y H

2

S

 1 .

6   15 

y

0 .

5

H

2

S



y

4

H

2

S

 Y luego corregir Tsc y Psc calculadas anteriormente

P SC



i N

  1

Ci T SC



i N

  1

y T i Ci

Temperatura critica ajustada

T sc

* 

T SC



F SK

Presión critica ajustada

P sc

* 

T SC

 

P SC y H

2 

S T SC

 1  

F SK y H

2

S

 

F SK



z Calculo de Z Factor de compresibilidad

Método de Standing Katz

Se calcula de Presión y Temperatura pseudoreducida con Py T del sistema respectivamente y luego se entra en la grafica para leer Z.

Tsr

T sr



T T SC

*

P sr



P P SC

* Psr

Problema a resolver La siguiente mezcla de gases, cuya composición en porcentaje aparece en la tabla, se encuentra a una P = 2100 Psia y T = 500 °R. Aplicar lo siguiente: 1. Normalizar 2. Calcular 2.1 Peso molecular 2.2 Gravedad especifica 2.3

Fracción Masica 2.4

Presión Pseudocritica 2.5 Temperatura Pseudocritica 2.6 Valor 2.7 Valor 2.8

calorífico neto calorífico neto y bruto Presión y temperatura 2.9

Pseudocritica corregida por acidez Presion y temperatura pseudoreducida 2.10

Factor de (standing Katz) compresibilidad