Tema N 2: Propiedades Fsicas de los GasesTema N 3: Ecuaciones de Estado. Propiedades fsicas de los gasesPredecirlas propiedades de un gas diferentes temperaturas, presiones y composiciones Gas Gas- Estado de la materia- No tiene volumen y forma definida- Ocupa todo el volumen del recipiente que lo contiene- Baja densidad y viscosidadGasPresin PresinTemperatura TemperaturaEl Estado de la materia est definido por:Composicin ComposicinCompuesto puro Compuesto puroMezcla de compuestos Mezcla de compuestosSe requieren dos propiedades termodinmicas para definir un estadoPropiedades de compuestos purosLa mayora de las propiedades bsicas de los compuestos puros seencuentran tabulados en la literatura.Gravedad especfica Peso molecularPresin crticaTemperatura crticaVolumen crticoFactor acntricoTemperatura de ebullicin @ P definida Presin de vapor @ T definida Densidad @ P y T definida @ Condiciones@ Condiciones de referencia de referenciaDatos de las propiedades de compuestos purosFig 23-2 Physical Constants.GPSA. Electronic Data Book. 11vaedicin Captulo 23. Las tablas de las propiedades se encuentran disponibles en la mayora de los textos relacionados con gas naturalSistema de un compuesto puroDiagrama P - TPresinTemperatura VaporPunto tripleLquidoSlidoPunto crticoGasPTTcPcLq.VaporCurva Presin de vapor PvCurva de punto de ebullicin Tb Si P < Pv el sistema es vaporSi P > Pv el sistema es liquidoSi P = Pv el lquido y el vapor coexisten en equilibro@ Temperatura@ Temperatura definida definidaSistema de un compuesto puroPresin de vaporPresin de vapor - - Diagrama de Cox (bajaDiagrama de Cox (baja temp temp.) .)GPSA. Electronic Data Book. 11vaedicin Captulo 23. Sistema de un compuesto puroPresin de vaporPresin de vapor - - Diagrama de Cox (altaDiagrama de Cox (alta temp temp.) .)GPSA. Electronic Data Book. 11vaedicin Captulo 23. Sistema de un compuesto puroDiagrama P H Fluido puroDiagrama deDiagrama de Mollier MollierGPSA. Electronic Data Book. 11vaedicin Captulo 24 Las propiedades de una mezcla de compuestos dependeAlgunas propiedades de mezcla se basan en la Ley de Dalton:Ley de soluciones idealesLa suma de la fraccin molar de cada compuesto presente en la mezcla multiplicado porla propiedad fsica de cada compuesto puro a las condiciones del sistema se obtendr el valor de la propiedad fsica de la mezcla a las condiciones del sistemaSistema multicomponentePresin PresinTemperatura TemperaturaComposicin ComposicinPProp. de la mezcla rop. de la mezcla== y yi i* P * Prop comp puro rop comp puroomposicin qumicaComposicinComposicin (Distribucin de los(Distribucin de los componentes) componentes)Fraccin molar i iit iin nyn n= =i iit iim mwm m= =Fraccin en pesoTambin puede ser expresada en porcentaje multiplicando por 100 ComposicinComposicin Base SecaBase HmedaNo toma en cuenta el aguaToma en cuenta el aguaDeterminacin de la fraccin en peso o molar:FraccinmolarPeso molecular MasaFraccin msicaComp Yi PMimi=Yi*PMi Wi=mi/mmetano0.65 16.06 10.4260 0.3824etano 0.10 30.07 3.0070 0.1103propano 0.10 44.10 4.4100 0.1618butano 0.10 58.12 5.8120 0.2132pentano 0.05 72.15 3.6075 0.132327.2625FraccinmsicaPeso molecular MolesFraccin molarComp wi PMini=wi/PMi yi=ni/nmetano0.40 16.06 0.02094 0.6626etano 0.10 30.07 0.00333 0.0885propano 0.20 44.10 0.00454 0.1206butano 0.20 58.12 0.00344 0.0914pentano 0.10 72.15 0.00139 0.03690.03764ConcentracinCantidad solutoCantidad de solvente o solucinConcentracin de una mezclaForma de expresarlo:Masa de soluto VolumenMoles de soluto VolumenMoles de soluto Litros de slnMoles de soluto Kg de solventeppm................. ......... .......SolventeSolutoMolaridad =Molalidad =Para mezclas donde hay especies en cantidades mnimas:(Partes por milln)En pesoEn molesppmi= Yi. 106Yi Fraccin molarNormalizacin de la composicin del gasNormalizacin de la composicin del gas y yi iyyi iComp Yi Yi normmetano0,75 0,728155etano 0,18 0,174757propano 0,05 0,048544i-butano 0,03 0,029126n-butano 0,02 0,0194171,03 1yynorm= norm= yyfinal final= 1 = 1Normalizacin de la composicin del gasNormalizacin de la composicin del gas yyH H2 2SS+ y + yH H2 2OO= A = AB=B= y ydems dems componentes componentes final = y final = yi i. B + A= 1 . B + A= 1A + B= 1A + B= 1B= 1B= 1 - - AA Para incorporar otros componentes como H2S y H2OLa mezcla debe ser ajustada a 1.A= 5000A= 5000 / 10 / 106 6B = 1 B = 1- - A AB * y B * yiiEj Ej: Contenido de H : Contenido de H2 2SSA AGravedad especficaPeso molecularPresin seudocrticaTemperatura seudocrticaVolumen estndarComposicinComposicin del Gas Natural del Gas Natural(Distribucin de los(Distribucin de los componentes) componentes) Factor acntricoPropiedades bsicas de la mezcla de compuestos Propiedades bsicas de la mezcla de compuestosTensin superficialDensidadViscosidadConductividad trmicaCapacidad calorficaVolumen especificoPeso Molecular de la Mezcla (Aparente)1Ngas i iiPM yPM== )1 . .SCSCSCR TVP=Volumen estndarDensidadT RPM PVmgasgas**= = p1NSC i CiiP yP== 1NSC i CiiT yT== Propiedades seudocriticas con la regla de Kay Gravedad especficaVolumen especificogaspJ1=airegasairegasairegasgPMPMT RPM PT RPM Pg s = = = =****. .ppGrfico de Brown Grfico de Brown Ecuaciones: Ecuaciones:. .g HCs g dela porcindehidrocarburos =2168 325 * 12,5 *sc gHC gHCT = + 2677 15,0 * 37,5 *sc gHC gHCP = + 2187 330 * 71,5 *sc gHC gHCT = + 2706 51,7 * 11,1*sc gHC gHCP =Para Gas Condensado:Para Gas Natural:Presin y Temperatura seudocrtica a partir de la gravedad especfica:. .g Ms g delamezclatotal degas =HCHCHCHCGas cido Gas CondensadoGas NaturalPresin y Temperatura seudocritica a partir de la gravedad especifica: )2 2 2 2 2 21 . 227. 548. 672.sc MEZCLA N CO H S scHC N CO H ST y y y T y y y =+ + + )2 2 2 2 2 21 . 493. 1071. 1306.sc MEZCLA N CO H S scHC N CO H SP y y y P y y y =+ + +2 2 22 2 20,967. 1,52. 1,18.1gM N CO H Sg HCN CO H Sy y yy y y

=

Mtodo de Sutton:Correlacin de Mathews, T. A., Roland, C.H. y Katz, D. L.: Se puede determinar la Pscy Tscdel C7+en funcin de las.g. C 7+y el PM C7+. Tambin puede ser utilizada para C5+, C6+. ) ) . J ) 8 , 0 . 71 , 53 PM log . 852 2319 1 , 61 PM log . 431 1188 P7 C 7 C 7 C 7 C SC + =+ + + + ) . J+ + + +++ =7 C 7 C 7 C 7 C SClog . 3800 PM log . 2450 2 , 71 PM log . 364 608 TPsc C 7+= lpcaTsc C 7+= RPMC 7+= lb/lbmol= gravedad especfica )7 C+ Factor acntrico Factor acntrico14,7 3. 171ccbLogP LogTT[

=

Factor Acntrico es un parmetro que mide la esfericidad de la molcula Pc= lpcaTc= RTb= temp. ebullicin normal R[Para un componente puro:El factor acntrico se encuentra tabulado para cada componenteDensidad del gasT . RPM . PVmg= = pIdealmente:P.V = n.R.TLa desviacin de la idealidad puede corregirse de dos formas:Ecuaciones de estadoFactor de correccin para P.V=n.R.TFactor de CompresibilidadFactor de Compresibilidad Es un factor que mide la desviacin del comportamiento idealP.V = n.R.T.zz es funcin de (P, T, Comp. Gas)Gas idealz = 1z > 1z < 1Gas RealLos gases presentan el mismo comportamiento (factor z), cuando su T y P se expresa en funcin de sus valores crticos.Punto CrticoTeora de los Estados Correspondientes Teora de los Estados CorrespondientesPsrSCPP=srSCTTT=Vapor sobrecalentadoLiquido subenfriadoMezclaPresin seudoreducidaTemperatura seudoreducidaLos valores crticos son utilizados como referenciaFactor de compresibilidad Factor de compresibilidad1NSC i CiiP yP== 1NSC i CiiT yT== Mtodo deMtodo de Standing Standing Katz KatzSe aplican las reglas de Kay para las propiedades seudocriticas Se aplican las reglas de Kay para las propiedades seudocriticasTr TrzzSCsrPPP =SCsrTTT =Factor de correccin por la presencia gases cidos ( Factor de correccin por la presencia gases cidos (Fsk Fsk oo )) por Wichertypor Wicherty Aziz Aziz..Temperatura critica ajustada Temperatura critica ajustadaPresin critica ajustada Presin critica ajustada% CO % CO2 2 ) ) . J )425 . 026 . 12 29 . 02 215 120S H S H S H CO S H CO sky y y y y y F + + ++ =SK SC scF T T=* ) ) . JSK S H S H SCSK SC SCscF y y TF T PP2 2*1 ++=Mtodo base Standing KatzPropiedades como s.g.PapayHall-YarboroughDranchuck y Abu-KassemBrill y BeggsComposicionalesEcuaciones:Mtodo Grfico del GPSA Mtodo de PitzerVan Der WaalsRedlich- KwongSoave - Redlich- KwongPeng RobinsonBenedict-Webb-RubinGrficos:Ecuaciones de Estado:Mtodos de c Mtodos de c lculo de z lculo de zBenedict-Webb-Rubin modificada por starlingMtodo deMtodo de Papay Papay20,9813* 0,8157*3,52* 0,274 *110 10sr srsr srT TP Pz =+Aplica para gas natural con impurezas corrigiendo Tsc y Psc con el mtodo de Wichert y Aziz.0,2 Psr 15,01,2 Tsr 3,0Rango de aplicacinMtodo emprico. Puede utilizarse para clculos manuales. Para clculo de z. Esta ecuacin produce un error del 4.8%. Mtodo deMtodo de Brill Brill yy Beggs BeggsAplica para gas natural con impurezas corrigiendo Tsc y Psc con el mtodo de Wichert y Aziz.0 < Psr < 131,2 < Tsr 3,5 GPM]GPM =Galones de lquido103PC @14,7 lpca y 60 FNormalmente se calcula del C3en adelanteRiqueza del Gas Riqueza del GasClasificacinCalculo del GPM Calculo del GPM1 Lbmol 1 Lbmol 379,5 PCE 379,5 PCE1000 PCE 1000 PCE 2,6350 Lbmol 2,6350 LbmolFig. 23 Fig. 23- -22 GPSA GPSABase deBase de cca alculo enlculo en Lbmol LbmolValor calorfico bruto (superior o total)Valor Calorfico del Gas Natural Valor Calorfico del Gas NaturalValor calorfico neto (inferior)CH4 (g)+ 2 O2(g)CO2 (g)+ 2 H2O(g)+ 345208.2 BtuConsidera el agua en forma gaseosa como producto de la combustin.Es el valor calorfico del gas sin considerar la energa que agrega elagua cuando se condensa.Cantidad de calor que se puede producir a partir de un volumen de gasdeterminado, cuando se da la combustin (BTU/PC gas)Considera el agua en forma lquida como producto de lacombustin. Toma en cuenta el calor latente de vaporizacin por lacondensacin del agua.1Ni iiVCB yVCB== 1Ni iiVCN yVCN== Valor calorfico brutoLos valores de VCN, VCB (BTU/pie3gas) para cada componente del gasse encuentran tabuladosValor Calorfico del Gas Natural Valor Calorfico del Gas NaturalValor calorfico netoRegla de Kay