PROPIEDADES DEL GAS NATURAL

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1 REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA DE ADMINISTRACION INDUSTRIAL EXTENSION PUERTO LA CRUZ CONVENIO MARCO DE COOPERACION INTERISTITUCIONAL UNERMB IUTA PROPIEDADES DEL GAS NATURAL Ing. MONICA MARTÍNEZ T.S.U Leislani Hernández Luis Donato Luis Ramón Ignacio Luis Cruz R. González

2 José G. Guzmán Abraham Caguana SECCION IG401I Puerto la cruz, octubre de 2014 ÍNDICE Pág Introducción Propiedades Físicas del gas natural...4 Gravedad específica..5 Densidad.pg Viscosidad. ug Factor volumétrico.bg Compresibidad.cg Factor de compresibilidad Conclusión...11 Bibliografía. 12

3 INTRODUCCIÓN El gas natural es una mezcla de gases hidrocarburos, principalmente metano, cantidades menores de etano, propano, butano y finalmente cantidades variables de otros gases no hidrocarburos (contaminantes), como nitrógeno (N2), dióxido de carbono (CO2), sulfuro de hidrógeno (H2S), helio (He),vapor de agua, etc. El gas natural puede obtenerse como tal en yacimientos de gas libre o asociado en yacimientos de petróleo y de condensado (porciones volátiles de petróleo). En general el petróleo y el gas son mezclas de hidrocarburos de una composición química compleja que se encuentran en un yacimiento a determinadas condiciones de presión y temperatura. En el presente trabajo de investigación se describirán algunas propiedades físicas del gas natural como (densidad, gravedad específica, viscosidad, comprensibilidad, factor de compresibilidad Z y factor volumétrico de formación Bg. El conocimiento de las propiedades físicas es indispensable para evaluar, en términos de volúmenes de líquido y gas, lo que produce una unidad de fluido del yacimiento y permite incrementar la eficiencia de los procesos y evitar daños operacionales.

4 PROPIEDADES DEL GAS NATURAL El gas en su forma más simple es un fluido homogéneo, generalmente de baja densidad y viscosidad, sin volumen definido que ocupa cualquier espacio en el cual se coloca. Las propiedades físicas del gas natural pueden estar en función o no de la presión y la temperatura, su conocimiento permite incrementar la eficiencia de los procesos y evitar daños operacionales. DENSIDAD Es el peso de un volumen de vapor o gas puro (sin aire presente) comparado con el peso de un volumen igual de aire seco a la misma temperatura y presión. Una densidad de vapor menor a 1 (uno) indica que el vapor es más ligero que el aire y que tenderá a elevarse. Una densidad de vapor mayor a 1 (uno) indica que el vapor es más pesado que el aire y tenderá a descender hacia el suelo. EJEMPLO Calcular la densidad, volumen específico y la densidad relativa de metano a 0 lpcm (14.7 lpca) y 60 F.

5 GRAVEDAD ESPECÍFICA La gravedad específica de un gas, se define como la relación entre su densidad y la densidad del aire. La gravedad específica del gas es proporcional a su peso molecular, PM, cuando éste se mide a bajas presiones donde el comportamiento del gas se aproxima a la idealidad. Una vez se obtiene el peso molecular, la gravedad del gas se determina dividiendo su peso molecular entre (peso molecular del aire). De esta podemos definir la gravedad específica de un gas como:

6 Definiendo como: ρ= densidad Mg= masa del gas. Ma= masa del aire (constante) R= constante para los gases su valor depende de las unidades empleadas de presión, volumen y temperatura. Uno de los principales factores de la gravedad específica de un gas en mayor medida que la densidad del gas es porque esta no varía con respecto a la presión y temperatura mientras que la densidad si ya que se ve afectada principalmente por estos dos factores, así que la gravedad especifica es independiente de estos factores siempre y cuando el gas siga la ley de los gases perfectos. Aplicación: Permite definir el peso del gas en relación al aire, lo cual lo podemos aplicar en casos de fugas de fluidos. Ejemplo: calcular la densidad y la gravedad específica del metano (C1) a (14.7 lpca) de presión y 60 F de temperatura. R= (460+ F) =520 ρ c 1= P.M R.T = (14.7) (16.043) = 0, 0423 lbs/pie3 (10.732) (520) γc 1= Mg Ma = = 0,5539

7 Se debe tomar en cuenta que el valor de γ no depende de la presion y la temperatura. En la tabla 8 podemos observar la composición típica del gas natural en diferentes áreas de Venezuela con su respectiva gravedad especifica. VISCOSIDAD DEL GAS ug Es la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad del esfuerzo cortante que se aplica a una porción del fluido para que adquiera movimiento. La viscosidad de los gases presenta el siguiente comportamiento: -A bajas presiones menor a 1500lpc un aumento de temperatura aumentara la viscosidad. -A cualquier temperatura si se aumenta la presión la viscosidad aumenta debido a la disminución de las distancias intermoleculares. -La viscosidad será mayor a medida que el gas posea componentes mas pesados debido a que sus moleculas seran mas grandes. FACTOR VOLUMETRICO DEL GAS Relaciona el volumen del gas en el yacimiento (a P y T) al volumen de la misma masa de gas en superficie a 14,7 lpca y 60 F. Es un factor adimensional. Se expresa en BY/PCN o PCY/PCN. Toma valores muy pequeños por expansibilidad del gas. Bg= 14,7 Zg T = 0,02829 Zg T PCY 520 p p PCN COMPRESIBILIDAD DEL GAS Cg Es la propiedad que presentan los gases de poder ser comprimidos. Según BOYLE el volumen del gas contenido en un recipiente se reduce si se aumenta la presión. P. V= Cte. A temperatura constante la presión y el volumen son magnitudes inversamente proporcionales. FACTOR DE COMPRESIBILIDAD Z

8 El factor de compresibilidad del gas Z, por definición es la razón del volumen que realmente ocupa un gas a determinada presión y temperatura, con respecto al volumen que ocuparía el mismo gas si se comportara como ideal así: Z =Va = volumen actual de n moles de gas a P y T Vi volumen ideal d n moles de gas a P y T El valor del factor de compresibilidad Z ha sido determinado experimentalmente para algunos gases puros (ver tabla de propiedades para sustancias puras). Este factor puede ser menor o mayor que la unidad dependiendo de la presión y la temperatura. A medida que la presión aumenta, Z disminuye pasando por un mínimo a determinada presión y para aumentos posteriores de presión, Z aumenta pasando por la unidad y sigue aumentando por este valor. El aprendizaje que debe tenerse es que para valores muy altos de presión, Z tiende a ser mayor que la unidad. (Ver grafica 1. Factor de compresibilidad de gases naturales con función de presión y temperatura seudoreducidas). El valor de Z para diferentes gases se determina con base en el teorema de los estados que dice: dos sistemas (mezclas de hidrocarburos) tienen propiedades similares en determinadas condiciones correspondientes con referencia a las condiciones críticas). Para el caso de los gases, se emplean como condiciones correspondientes la presión y temperatura seudoreducidas. Es decir; en las mismas condiciones de presión y temperatura seudoreducidas cualquier gas tiene el mismo factor de compresibilidad Z. En la práctica se disponen de varios métodos para la determinación del factor de compresibilidad de un gas. Entre los más comunes están: Método de Standing-Katz.

9 Método de refracción molecular de Eikman. Método de pitzer. Otros métodos utilizados con programas de computadora. Método de Standing-Katz: es el más popular para calcular el factor Z de gases dulces y que contengan pequeñas cantidades de gases no hidrocarburos. El método se basa en la grafica 1 donde Z está representado gráficamente en función de la presión y la temperatura seudoreducidas. esta grafica puede emplearse aproximadamente hasta lpca con desviaciones del 1%. Este método ha sido modificado por Whitchert y Aziz con el fin de aplicarlo para gases agrios (gases que contienen H2S y CO2)

10 Grafica 1Factor de compresibilidad de gases naturales con función de presión y temperatura seudorreducida.

11 Gráfica 4 comparación de los factores Z para diferentes gases.

12 . Factor de corrección Fsk R a la T seudocritica en la determinación de Z por el método de Standing-katz para gases agrios según Witchert y Aziz

13 CONCLUSIÓN El gas en su forma más simple es un fluido homogéneo, generalmente de baja densidad y viscosidad, sin volumen definido que ocupa cualquier espacio en el cual se coloca. Las propiedades físicas del gas natural pueden estar en función o no de la presión y la temperatura, su conocimiento permite incrementar la eficiencia de los procesos y evitar daños operacionales.

14 BIBLIOGRAFÍA YUNUS A. CENGEL, MICHAEL A. BOLES. TERMODINÁMICA Tomo 1. Segunda edición. RAMIRO PEREZ PALACIOS, MARCIAS J. MARTINEZ. INGENIERIA DEL GAS NATURAL J.M.SMITH. INTRODUCCION A LA TERMODINAMICA EN INGENIERÍA QUÍMICA