FACILITADOR: DENY GONZALEZ

Transcripción

1 FACILIADOR: DENY GONZALEZ CIUDAD OJEDA, SEPIEMBRE 0

2 CONENIDO UNIDADES FUNDAMENOS ERMODINÁMICOS Y CARACERÍSICAS DEL GAS NAURAL PROPIEDADES FISICAS DE LOS GASES. ECUACIONES DE ESADO DEL GAS NAURAL DESCRIPCION Defncones. Generaldades de los procesos de Gas Natural. Gases deales, gases reales, mezclas de gases. Gravedad especfca. Propedades crítcas. Factor acéntrco. Presón de vapor. Calor de vaporzacón. Poder calorífco. Rquezas de un gas. Densdad lquda y de vapor. Ecuacones de estado: Redlch Kwong / Soave Redlch Kwong. Peng Robnson. Benedct Webb Rubn. Benedct Webb Rubn modfcada por Starlng. Otras ecuacones de estado. Aplcacones computaconales (Excel, Vsual, Otros). COMPORAMIENO PV DE LOS GASES (LIQUIDO / VAPOR). Conceptos generales. Sstemas de un solo componente, sstemas bnaros. Sstemas multcomponentes (Dagrama Presón emperatura y Dagrama Presón Volumen). Constantes de Equlbro. Uso del concepto Presón de Convergenca y carta de GPSA.

3 PLANIFICACION Y ESRAEGIAS EVALUACION UNIDADES FUNDAMENOS ERMODINÁMICOS Y CARACERÍSICAS DEL GAS NAURAL PLANIFICACION ESRAEGIA DE EVALUACION 4 de Septembre de 0 CONVERSAORIO PROPIEDADES FISICAS DE LOS GASES. 0 de Octubre de 0 EVALUACION GRUPAL ECUACIONES DE ESADO DEL GAS NAURAL COMPORAMIENO PV DE LOS GASES (LIQUIDO / VAPOR). 08 de Octubre de 0 EVALUACION ESCRIA 5 de Octubre de 0 ALLER GRUPAL

4 GAS NAURAL SE DENOMINA GAS NAURAL AL FORMADO POR LOS MIEMBROS MAS VOLAILES DE LA SERIE PARAFINICA DE HIDROCARBUROS, PRINCIPALMENE MEANO, CANIDADES MENORES DE EANO, PROPANO Y BUANO. ADEMAS PUEDE CONENER CANIDADES MUY PEQUEÑAS DE COMPUESOS MAS PESADOS. GAS ASOCIADO A LIBRE GAS DULCE GAS AGRIO GAS RICO (HUMEDO) GAS POBRE (SECO)

5 POSEE UNA SERIE DE PARICULAS SIN VOLUMEN SIN VOLUMEN Y ENRE LAS CUALES NO EXISE FUERZA DE ARACCION. ES UN FLUIDO HOMOGENEO GENERALMENE BAJA DENSIDAD Y VISCOSIDAD SIN VOLUMEN DEFINIDO Y LLENA CUALQUIER VOLUMEN QUE OCUPA GAS IDEAL CUMPLE GAS REAL NO CUMPLE

6 LEY DE AVOGADRO: Iguales volúmenes de gases deales, a las msmas condcones de presón y temperatura, contenen gual numero de moléculas. este numero es 6.0x0 3 moléculas para un gramo mol (un mol expresado en gramos; por ejemplo para oxgeno O, sera 3 gramos). En térmnos de gas natural un gramo mol ocupa 379 ft3 a 60 f y 4,7 ps. MOL: Es la relacón de la cantdad de una sustanca respecto a otra. La suma de los pesos atómcos de los átomos que forman una molécula se denomna peso molecular. LEY DE GASES PERFECOS Relacona en una ecuacón la emperatura, Presón y el Volumen. = Constante P = Constante V P V. P Constante V V Constante Volumen varía drectamente con la emperatura Absoluta.

7 De forma combnada V. P V. P V. P Constante Para un peso molecular de gas, puede escrbrse V. R Donde R es una constante para todos los gases, por mol de gas. Para n moles de un gas. La constante vara de acuerdo a las undades P Ec. Ec. P.V n P.V n. R. m PM m. R. PM Ecuacón Gases Ideales El Volumen de un mol () tendrá un volumen aproxmado de pe 3 S = 60 F P = 4,7 psa R PV. n. 4,7 psa lbmol 379pe 50 R 3 3 psa. ft 0,73 lbmol. R

8 Dagramas p-v, -v y p-.

9 DENSIDAD, VOLUMEN ESPECIFICO Y GRAVEDAD ESPECIFICA. Defnendo la densdad de un gas como peso por undad de volumen y el volumen especfco como volumen por undad de peso, se tene; m v P Pm R v R P Pm g g are P, g PM 8,965 * Las msmas condcones de P y

10 EJEMPLO: Calcular la densdad, volumen específco y gravedad específca del metano y etano con las sguentes condcones 4,7 psa y 60 F. PM C 6,043 PM C 30,07 P PM R 4,7 6,043 0, ,043 lb ft 3 v 0,043 3,66 ft 3 lb C 6,043 8,966 0,5539

11 MEZCLA DE GASES: La composcón de una mezcla de gases (gas natural), se expresa generalmente en porcentaje por mol, porcentaje (fraccón) por volumen o porcentaje por peso. Porcentajepor mol % N N N Nj 00 j Porcentajepor Volumen % V N V Vj 00 j Porcentajepor peso (W) % W N W Wj 00 j

12 EJEMPLO. Convertr de % W a % N y vceversa Comp. W (%) () W (00 lbs) () PM (3) N (4) = (/3) %N = %V, (5) =4/ 4 C ,043 4,363 83,08 C ,07 0,665,656 C ,097 0,7 4,35 otales = 00 5,55 00,000 Comp. Fraccon molar (Y) () PM () Masa (W), (3) = ()*() W=Y*PM %W (4) = (3/ 3)*00 C 0,8303 6,0430 3,30 70,0000 C 0,66 30,0700 3,8058 0,0000 C3 0,043 44,0970,909 0,0000 otales = 9, ,000

13 EJERCICIO PROPUESO. Convertr de % W a % N y vceversa COMP W (%) W (frac) PM 3 N (4=/3) % N C 70 6,043 C 3 30,07 C3 7 44,097 otal = 00 otal = COMP N (frac Y) PM Masa (W) 3=* W=Y*PM C 6,043 C 30,07 C3 44,097 otal = otal = W (%)

14 FLUJO DE MEZCLAS DE GASES. Común cuando convergen dversas líneas de flujo en una sola. Se debe conocer las cantdades de cada gas y su composcón. Ejemplo: Un gas de 500 ft 3 se mezcla con un gas de 350 ft 3, cuya composcón es la sguente a condcones normales. Determne la composcón de la mezcla. COMP Y Y Y *N tg Y *N tg N t Y t (%) C 0,7 0,6 0,93,346 3,0569 6,70 C 0, 0,5 0,635 0,8894,59 3,64 C 3 0, 0,5 0,37 0,5336 0,6653 3,64 gas 500 ft 3 lbmol 379,45 ft 3,376 lbmol 4,875 00,00 gas 350 ft 3 lbmol 379,45 ft 3 3,5577 lbmol

15 Peso Molecular aparente. Puede calcularse a partr de la composcón molar (por mol) de la mezcla y de los pesos moleculares ndvduales de los componentes. PM N Y PM Propedades Pseudocrtcas. Cada mezcla de gas tendrá su propa temperatura y presón crtca. KAY ntroduce el concepto y su calculo Psc N Y Pc sc N Y c Propedades Pseureducdas. Psr P Psc sr sc

16 abla de constantes físcas de los componentes del gas natural.

17 En casos donde la composcón del gas se desconocda, las propedades pseudocrtcas pueden estmarse conocendo la gravedad especfca de la mezcla de gas. Brown (948), presento un método grafco para estmar las propedades pseudocrtcas. Standng (977), expreso de forma matemátca la correlacón grafca de Brown

18 Ejemplo. Estmar el peso molecular aparente y las propedades pseudocrtcas de la sguente mezcla de gas. Preson = 4,7 psa emp = 50 ºR Composcón Y PM Pc c (ºR) Pm aparente Psc sc C 0,70 6, , ,00,55 480,40 46,967 C 0,0 30, , ,740 3,608 84,936 65,969 C3 0,080 44,097 65, ,590 3,58 49,00 53,47 C4 0,080 58,3 57, ,080 4,650 4,3 58,76 otales =,000 Propedades 3, ,608 44,90 PM a = 3,337 lbm / lbmol Psc = 656,608 Psa sc = 44,90 ºR Psr = P / Psc 0,0388 sr = / sc,379 Ejemplo Propuesto. Estmar el peso molecular aparente y las propedades pseudocrtcas de la sguente mezcla de gas. Composcón Y Y (n) PM Pc c (ºR) Pm aparente Psc sc C 0,800 0,6457 6, , ,00 0,309 48,594 0,408 C 0,50 0, , , ,740 6,038 4,9 0,390 C3 0,90 0,56 44,097 65, ,590 6,730 93,855 0,576 C4 0,005 0, ,3 57, ,080 0,33,0,948 otales =,45 3,30 666, ,3

19 GASES REALES: Los gases reales son los que en condcones ordnaras de temperatura y presón se comportan como gases deales; pero s la temperatura es muy baja o la presón muy alta, las propedades de los gases reales se desvían en forma consderable de las de los gases deales P V N Z R Z, es la razón de volumen que realmente ocupa un gas a determnada presón y temperatura, con respecto al volumen que ocuparía ese msmo gas s se comportará como deal, así: Z Va V P V W p Volumen actual de "n" moles de gas a P y Volumen deal de "n" moles de gas a P y Compresbldad, propedad que presentan los cuerpos materales de dsmnur su volumen cuando se aumenta la presón ejercda sobre ellos. Es mucho mayor en los gases que en los líqudos y sóldos. m Z R

20 MEODOS BASICOS PARA ENCONRAR EL FACOR DE COMPRESIBILIDAD Z. MEODO DE PAPAY Z EFECO DE COMPONENES NO HIDROCARBUROS EN EL CALCULO DEL FACOR DE COMPRESIBILIDAD. Puede haber un error de alrededor del 0 % en aquellas mezclas de gases con altas concentracones de componentes no hdrocarburos ( HS o CO). Método de correccón Wchert - Azz 0,9,6 FsK 0( A A ) 5( B B ), Donde: 3, 5 (Pr) 0 0, 983 ( r ) A = Fraccón Molar de (CO + HS) B = Fraccón Molar de HS ' sc P' sc sc sc FsK 0, 74 (Pr) 0 0, 857 ( r ) Psc ' sc B ( B) FsK 4 R

21 MEODO DE SANDING-KAZ

22 Ejemplo. Estmar el factor de compresbldad de la sguente mezcla de gas. P = 330 psa = 80 F COMP Y Ym c ( R) Pc (psa) Y x c Y x Pc C 0,3836 0, , , ,9 330,53 C 0,069 0, , , ,7 57,44 HS 0,49 0,38 67, ,0000 0,34 406,64 CO 0,0849 0, ,900 07, , 7,49 0,7733 0, ,45 9,0 Psc 9,0 psa sc 485,44 R Psr sr P Psc sc 330 9, ,44 0,36, Por Standng-Katz Z = 0,9

23 Ejemplo (cont.). Estmar el factor de compresbldad de la sguente mezcla de gas. Por correcón de H S y CO A B 0,097 0,38 0,38 0,45 FsK FsK 0(0,45 0,9 5,0 8,4 0,45 33,6 R,6 ) 5( 0,38 0,38 4 ) ' sc P' sc sc sc FsK 485,44 Psc ' sc B(- B) FsK 33,6 485,44 45,8 R 9,0 0,38( 45,8 0,38) 33,6 837,7psa Psr sr P P' sc ' sc , ,8 0,39,9

24 Ejemplo (cont.). Estmar el factor de compresbldad de la sguente mezcla de gas. MEODO DE PAPAY Z Psr = 0,36 3, 5 (Pr) 0 0, 983 ( r ) Z 0, 74 (Pr) 0 0, 857 ( r ) 3, 5 ( 0, 63 ) 0, 983 (, ) sr =, 0 0 Z= 0,90 0, 74 ( 0, 36 ) 0, 857 (, ) Ejercco propuesto. Estmar el factor de compresbldad de las sguentes mezclas de gases, s, P=300 ps y =00 o F COMP Z C 0,6 C 0,6 HS 0,33 CO 0, COMP Z C 0,64 C 0,3 HS 0,9 CO 0,8

25 ECUACIONES DE ESADO Ecuacón de Van der Waals Ecuacón de Redlch-Kwong, (R-K) Ecuacón de Soave-Redlch-Kwong, (SRK) Ecuacón de Peng Robnson, (PR) Ecuacón de Yarborough Ecuacón de Van der Waals La ecuacón de Van der Waals es una ecuacón de estado de un fludo compuesto de partículas con un tamaño no desprecable y con fuerzas ntermoleculares. La ecuacón, cuyo orgen se remonta a 873, debe su nombre a Johannes Dderk van der Waals, quen recbó el premo Nobel en 90 por su trabajo en la ecuacón de estado para gases y líqudos, la cual está basada en una modfcacón de la ley de los gases deales para que se aproxme de manera más precsa al comportamento de los gases reales al tener en cuenta su tamaño no nulo y la atraccón entre sus partículas.

26 ECUACIONES DE ESADO Z A a 3 Ecuacón de Van der Waals ( B) Z ap R 7 R c 64Pc AZ AB B b bp R Rc 8Pc Para todas las ecuacones de estado excepto Yarborough y Hall es convenente consderar que para mezclas de gas: REGLA. a b m m n n y y b a REGLA II. a a b m j m 0 n n a y j n a j b y y j a j

27 ECUACIONES DE ESADO Soave-Redlch-Kwong, (SRK) Z A a b 3 Ejemplo: Z am R A P 0,4747 0,08664 B R R Pc B B c Pc Z AB bm P R 0 m m c w 0.76 w

28 ECUACIONES DE ESADO Ecuacón de Peng Robnson, (PR) Z A a b 3 am P R Ejemplo: B Z 0,4574 0,0778 R Pc A B R c Pc 3B bm P R B Z AB B m B 3 0 m c.546 w w

29 ECUACIONES DE ESADO. PSEUDOCODIGO VISUAL BASIC Dm Nombre(3) As Strng Dm tp As Double Dm m(3) As Double Const r = 0.73 Nombre() = N: pm() = 8.034: tc() = -3.5: pc() = 493.: tb() = : zc() = 0.9: w() = p = Worksheets("PR").Range("b5").Value tp = t 'ºR fm() = Worksheets("PR").Range("c0").Value For = o 3 tc = tc + fm() * (tc() + 460) pc = pc + fm() * pc() tcc() = (tc() + 460) fc ba = ba + fm() * b() aa = aa + (fm() * Sqr(a())) Next psr = p / pc tsr = tp / tc ab = (aa ^ ) * p / (r ^ * tp ^ ) bb = ba * p / (r * tp) tol = contador: = + y = (x ^ 3) - ( - bb) * (x ^ ) + (ab - (3 * bb ^ ) - ( * bb)) * x - ((ab * bb) - bb ^ - bb ^ 3) yd = (3 * x ^ ) - ( * ( - bb) * x) + (ab - (3 * bb ^ ) - ( * bb)) x = x - (y / yd) If (Abs(x - xb) >= tol) hen xb = x Goo contador Else raz = x End If Worksheets("PR").Range("g3").Value = ab Worksheets("PR").Range("g4").Value = bb Worksheets("PR").Range("g6").Value = x

30 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS CAMPBELL, John (994). Gas Condtonng and Processng: he Basc Prncples. Vol. Campbell Petroleum Seres Edton.: Okalhoma, USA. GAS PROCESSORS SUPPLIERS ASSOCIAION. (004). Engneerng Data Book. ulsa, Oklahoma LUDWIG, Ernest. (964). Appled Process Desgn for Chemcal and Petrochemcal Plants. Gulf Publshng Co. MARÍNEZ, Marcías y PÉREZ PALACIOS, Ramro. (966). Comportamento de Gases y Comportamento de Fases. LUZ: Maracabo arek Ahmed. Hdrocarbon Phase Behavor. Contrbuton n Petroleum Geology and Engneerng. Volume 7. Seres edtor: George V. Chllngar, Unversty of Southern Calforna. Gulf Publshng company. Copyrght 989.