REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL RAFAEL MARIA BARALT PROGRAMA: INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA PROYECTO: INGENIERÍA DE GAS V SEMESTRE. PROPIEDADES FISICAS Y TERMODINAMICAS DELGAS NATURAL Profesor: Ing. Deny González Msc.
Gas Gas Dulce: es aquel que contene cantdades de H S menores a 4ppm. El GPSA defne un gas acto para ser transportado por tubería. Gas Gas Agro o Acdo: es aquel contene cantdades aprecables de H S, CO y otros componentes ácdos por lo cual se vuelve corrosvo en presenca de agua lbre. Gas Rco: es aquel del cual se puede obtener cantdades aprecables de hdrocarburos líqudos C, de aproxmadamente.0 gpm. Gas Gas Pobre: es un gas que práctcamente esta formado por metano C 1 y etano C Punto Crtco: es aquel límte para el cual el volumen de un líqudo es gual al de una masa gual de vapor o, dcho de otro modo, en el cual las densdades del líqudo y del vapor son guales. Punto de Ebullcón: es la temperatura a la cual la presón de vapor guala a la presón atmosférca. Punto de Rocío: estado de un sstema completamente gaseoso en equlbro con una cantdad nfntesmal de lqudo. Densdad: es una magntud referda a la cantdad de masa contenda en un determnado volumen, y puede utlzarse en térmnos absolutos o relatvos. Volumen: es una magntud defnda como el espaco ocupado por un cuerpo
Ideal Real Partículas sn volumen entre las cuales no exsten fuerzas de atraccón o repulsón. P T, Se consdera el volumen de las moléculas, las fuerzas de repulsón o atraccón.
Se denomna Gas Natural al formado por los membros más volátles de la sere parafnca de hdrocarburos prncpalmente metano, cantdades menores de etano, propano y butano, y fnalmente cantdades muy pequeñas de compuestos menos pesados. Se puede clasfcar en: Dulce Gas Agro HS Corrosvo Húmedo (Rco) Hdrocarburos Líqudos C+ Seco (Pobre) Grandes Cantdades de Metano C1
Relacona en una ecuacón la Temperatura, Presón y el Volumen. T Constante P Constante Vα 1 P V. P Constante Vα T T V Constante Combnando Volumen varía drectamente con la Temperatura Absoluta. V 1. P1 V. P V. P Constante T T T 1
V. P T R Donde R es una constante para todos los gases, por mol de gas. Para n moles de gas. Ec.1 P.V n. R. T n m PM Ecuacón Gases Ideales Ec. P.V m PM. R. T *R varía de acuerdo a las undades ( psa. ft R 10,7 lbmol. R R 1,986 Btu / ) lbmol o R El Volumen de un mol (l) tendrá un volumen aproxmado de 79.6 pe S T 60 F P 14,7 psa R PV. n. T 14,7 psa 1lbmol 79 pe 50 R psa. ft 10,7 lbmol. R
Calcular la masa de are que se encuentra en un salón de clases. Condcones P 14,7 psa T C R 71,6 F 51,7 R psa ft 10,7 lbmol R P. V n R. T 14,7 psa 47,0ft n 6,74 lbmol ps ft 10,7 51,7 R lbmol R lbm m PMare N 8,96 6,74 lbmol m 184, 60lbm lbmol Conversón 1 Lbm 0,4559 Kg 0,4559 m 184,60lbm m 8,7 kg 1lbm
ρ m v P Pm R T v ρ 1 R T P Pm γ g ρ ρ g are P, T γ g PM 8,965 * Las msmas condcones de P y T El volumen total ocupado por una mezcla de gas, a determnada presón y temperatura, es gual a la suma de los volúmenes que ocupa cada uno de los componentes puros. V n V 1
Calcular la densdad, volumen específco y gravedad específca del metano a 14,7 psa y 60 F. PM C 16,04 PMC 1 0,07 ρ P PM R T 14,7 16,04 10,7 50 0,04 lb ft v 1 ρ 1 0,04,66 ft lb γ C 1 16,04 8,966 0,559
P V Punto Crítco: Pto donde coexsten en equlbro el gas/líqudo. Es el más alto valor de temperatura y presón en la cual dos fases pueden coexstr.
Punto Crítco: Pto donde coexsten en equlbro el gas/líqudo. Es el más alto valor de temperatura y presón en la cual dos fases pueden coexstr.
Calcular la densdad, volumen específco y gravedad específca del metano a 14,7 psa y 60 F. Porcentaje por mol % N N N j 1 Nj 100 Porcentaje por Volumen % V N V j 1 Vj 100 Porcentaje por masa (W) % W N W j 1 Wj 100
Comp. W (%) (1) W (100 lbs) () PM () N (4) (/) %N %V, (5) 4/ 4 C1 70 70 16,04 4,6 8,08 C 0 0 0,07 0,665 1,656 C 10 10 44,097 0,7 4,15 Totales 100 5,55 100,000 Comp. Fraccon molar (Y) (1) PM () Masa (W), () (1)*() WY*PM %W (4) (/ )*100 C1 0,80 16,040 1,0 70,0000 C 0,166 0,0700,8058 0,0000 C 0,04 44,0970 1,909 10,0000 Totales 1 19,089119 100,000
Comp. W (%) W (10 lbs) PM N %N %V, (1) () () (4) (/) (5) 4/ 4 C1 50 60 16,04,117 69,09 C 5 0 0,07 0,81 18,414 C 5 0 44,097 0,567 1,557 Totales 100 4,515 100,000 Comp. Fraccon molar (Y) (1) PM () Masa (W), () (1)*() WY*PM %W (4) (/ )*100 C1 0,690 16,040 11,074 50,0000 C 0,1841 0,0700 5,57 5,0000 C 0,156 44,0970 5,57 5,0000 Totales 1,148641 100,000
PESO MOLECULAR APARENTE DE MEZCLAS DE GASES. PM N 1 Y PM PROPIEDADES PSEUDOCRITICAS. LEY DE KAY Psc N 1 Y Pc Tsc N 1 Y Tc PROPIEDADES PSEUDOREDUCIDAS Psr P Psc Tsr T Tsc
EJEMPLO. 1 Preson 14,7 psa Temp 50 ºR Composcón Y PM Pc Tc (ºR) Pm aparente Psc Tsc C1 0,70 16,04 667,000 4,010 11,551 480,40 46,967 C 0,10 0,070 707,800 549,740,608 84,96 65,969 C 0,080 44,097 615,000 665,590,58 49,00 5,47 C4 0,080 58,1 57,900 74,080 4,650 4, 58,76 Totales 1,000,7 656,608 44,910 Propedades PM a,7 lbm / lbmol Psc 656,608 Psa Tsc 44,910 ºR Psr P / Psc 0,088 Tsr T / Tsc 1,79 EJEMPLO. Composcón Y Y (n) PM Pc Tc (ºR) Pm aparente Psc Tsc C1 0,800 0,6457 16,04 667,000 4,010 10,09 48,594 0,408 C 0,50 0,0080 0,070 707,800 549,740 6,08 14,19 110,90 C 0,190 0,1561 44,097 615,000 665,590 6,70 9,855 101,576 C4 0,005 0,004016 58,1 57,900 74,080 0,,10,948 Totales 1,45 1,10 666,698 45,
GASES REALES. P V N Z R T P V W p m Z R T 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 Volumen actual de "n" moles de gas a P y T Volumen deal de "n" moles de gas a P y T 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.
Gráfca en funcón de Psr y Tsr
,5(Pr) 0,74 (Pr) Z 1 + 10 0,981 ( Tr ) 10 0,8157 ( Tr ) METODO DE CORRECCION PARA GASES ACIDOS ( HS o CO). 0,9 1,6 FsK 10( A A ) + 15( B B ), R Donde: A Fraccón Molar de (CO + HS) B Fraccón Molar de HS 4 T ' sc P' sc Tsc FsK Psc T ' sc Tsc + B (1 B) FsK
P 0 psa T 80 F COMP Y Ym Tc ( R) Pc (psa) Y x Tc Y x Pc C1 0,86 0,4960 4,00 666,4000 170,9 0,5 C 0,069 0,081 549,900 706,5000 44,71 57,44 HS 0,419 0,18 67,4500 100,0000 10,4 406,64 CO 0,0849 0,1097 547,9100 1071,0000 60,11 117,49 0,77 0,9998 485,45 91,10 Psc 91,10 psa Tsc 485,44 R Psr P Psc 0 91,10 0,61 Por Standng-Katz Tsr T Tsc 540 485,44 1,11 Z 0,9
Por correcón de H S y CO A B 0,1097 + 0,18 0,18 0,45 FsK FsK 10(0,45 0,9 0,45 5,0 + 8,4,6 R 1,6 ) + 15( 0,18 0,18 4 ) T ' sc Tsc FsK 485,44,6 45,18 R P' sc Tsc Psc T ' sc + B(1- B) FsK 485,44 + 91,10 45,18 0,18(1 0,18),6 87,7 psa Psr P P' sc 0 87,7 0,9 Por Standng-Katz Z 0,9 Tsr T T ' sc 540 45,18 1,19
,5(Pr) Z 1 Ejemplo : Con los datos anterores 10 0,981 ( Tr) Pr 0,61 Tr 1,11,5(0,61) 0,74(0,61) Z 1 + 10 0,981 (1,11) 10 0,8157 (1,11) Z 0,90 Ejercco Propuesto: + 0,74(Pr) 10 0,8157( Tr) P 550 ps T 100 F Encontrar COMP Y C1 0,6 C 0,1 HS 0, CO 0,1 Psc Tsc T sc P sc Z Z
Común cuando convergen dversas líneas de flujo en una sola. Se debe conocer las cantdades de cada gas y su composcón. Ejemplo: Un gas 1 de 500 ft se mezcla con un gas de 150 ft, cuya composcón es la sguente a condcones normales. Determne la composcón de la mezcla. COMP Y 1 Y Y 1 *N tg1 Y *N tg N t Y t (%) C 1 0,7 0,6 0,9,146,0569 6,70 C 0, 0,5 0,65 0,8894 1,159,64 C 0,1 0,15 0,17 0,56 0,665 1,64 gas 1 500 ft 1lbmol 79,45 ft 1,176 lbmol 4,8751 100,00 gas 150 ft 1lbmol 79,45 ft,5577 lbmol
GPM. Se defne como el numero de galones de lqudo que pueden obtenerse de 1000 pes cúbcos normales de gas procesados, en la practca hablamos de recuperar líqudos a partr del C +. Componentes Fraccon molar y Peso Molecular Densdad Lquda (lbs / pe) Densdad Lquda (gr / cc) C1 0,6990916 16,04 18,71 0,99746181 C 0,116504854 0,070,8 0,5605109 C 0,07766990 44,097 1,66 0,50676166 C4 0,058547 58,1 5,1 0,56617776 nc4 0,04854689 58,1 6,44 0,58746177 C5 0 7,150 8,981 0,64417149 nc5 0 7,150 9,81 0,6084549 C6 0 86,177 41,4 0,66546 C7+ 0 1,40 51,80 0,8005 Total 1 Fraccon molar ((Dens*79,6 )/ Componentes PCN / 1000 () y 7,48) (ft/gal) (ft / gal) /pm (7) GPM ( / 7) C1 0,6990916 699,0916 949,65 59,198 11,809167 C 0,116504854 116,5048544 1.18,0 7,515,1056816 C 0,07766990 77,6699091 1.605,50 6,4085,1918 C4 0,058547 58,54718 1.78,47 0,667 1,89950546 nc4 0,04854689 48,54689 1.849,41 1,8188 1,556817 C5 0 0 1.978,6 7,4187 0 nc5 0 0 1.998,56 7,7000 0 C6 0 0.10,19 4,98 0 C7+ 0 0.607,50 11,7757 0 Total 5,558458 Otra vía. GPM 0.16* Comp. n C + GPM Y* M ρ L( ) C1 11,8649 C,10944 C,15757 C4 1,90167 nc4 1,57685 C5 0 nc5 0 C6 0 C7+ 0 Total 5,56476654 * Se requere la densdad en gr / cc
DENSIDAD PSEUDOLIQUIDA DE SISTEMAS HIDROCARBUROS. Método Grafco. Standng y Katz 194. Paso 1. Se determna la densdad del C + y HS +. ( ) ( ) ( ) ( ) + + + + n S H S H S H n S H S H C S H PM X PM X PM X PM X * * * * ρ ρ ρ Paso. Se determna el porcentaje de peso del C + y N y compuestos mas pesados. ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) + + + + n N N N N C C C N C N PM X PM X PM X PM X W * * * * 100* % Paso. Con la densdad del (C + y HS +) y % de peso del C + y N, se determna la densdad de la fraccón (C + y N)+, medante la grafca -14 en anexos.
DENSIDAD PSEUDOLIQUIDA DE SISTEMAS HIDROCARBUROS. Método Grafco. Standng y Katz 194. Paso 4. Se determna la densdad del CO y (C + y N)+, en caso de no haber CO se va al paso 5. n ρ CO+ N + C ( X * PM ) + ( X * PM ) + ( X * PM ) CO ( X * PM ) CO ρ CO CO ( X * PM ) + ( X * PM ) N ρ N + C Paso 5. Se determna el porcentaje de peso del C1 en el sstema. (% W ) C1 Sstema CO Paso 6. Con la densdad del (C + y HS +) y % de peso del C1, se nterceptan y se obtene la densdad lqudad de hdrocarburo. + N N N ( X * PM ) n ( X * PM ) + ( X * PM ) + ( X * PM ) + ( X * PM ) CO CO N Paso 7. El valor obtendo de densdad se corrge a cualquer presón y temperatura medante las grafcas -15 y -17 respectvamente. 100* N C1 C1 H S H S n 1
DENSIDAD PSEUDOLIQUIDA DE SISTEMAS HIDROCARBUROS. Ejemplo. Método Grafco. Composcon Z() Z() n PM Pm (mezcla) Densdad (60ºF) Volumen. V lb/ft PM / de C1 0,896 0,0896 16,04,55 - C 1,886 0,01886 0,070 0,5671 - C,87 0,087 44,097 1,0560 1,619 0,089965 C4 0 0,00000 58,1 0,00000 5,1 0 nc4,586 0,0586 58,1,0849 6,4 0,0574577 C5 0 0,00000 7,150 0,00000 8,981 0 nc5,447 0,0447 7,150 1,76551 9,6 0,04485545 C6 1,844 0,01844 86,177 1,58910 41,4 0,088415 C7+,98 0,098 100,00,98897 4,9 0,069640401 C8,995 0,0995 114,1,41 44,09 0,07759645 C10 18,08 0,1808 14,85 5,9075 45,79 0,565784075 C14,08 0,008 198,94 6,071 47,815 0,1605697 CO 9,7 0,970 44,010 17,48517 51,016 0,47900 HS 0 0,00000 4,080 0,00000-0,0001 Total 100 Total 66,4079 Total 1,55566565 Paso 1. Se determna la densdad del C + y HS +. ρ H S + C + ( X * PM ) + ( X * PM ) H S n ( X * PM ) ( X * PM ) H S ρ H S H S H S n + ρ ρ H S + C + 44,8615 1,018756 44,68
DENSIDAD PSEUDOLIQUIDA DE SISTEMAS HIDROCARBUROS. Paso. Se determna el porcentaje de peso del C + y N y compuestos mas pesados. (% W ) N + C N + C 100* [( X * PM ) + ( X * PM )] ( X * PM ) + ( X * PM ) N C C N n N N 56,710 % W N + C N + C 45,407 ( ) 1, 490 Paso. Medante la grafca -14, Valor 44 Paso 4. Densdad del CO y (C + y N)+, ( XCO * PMCO ) + ( X N * PM N ) + ( X * PM ) 6,88844 ρ CO+ N + C n ρ CO + N + C 45, 749 ( X N * PM N ) + ( X * PM ) 1,7461 ( X * PM ) CO ρ CO CO + n ρ N + C
* Exste un método numérco (Standng 1977) en el lbro detarek Amed pag. 144. DENSIDAD PSEUDOLIQUIDA DE SISTEMAS HIDROCARBUROS. Paso 5. Se determna el porcentaje de peso del C1 en el sstema. 100* ( ) ( X ) C PM W 1 * % C1 C1 Sstema n ( X * PM ) + ( X * PM ) + ( X * PM ) + ( X * PM ) CO CO (% 1 ) 5, 0608 W C Sstema 5,458 66,4079 N N Paso 6. Con la densdad del (C + y HS +) y % de peso del C1, se nterceptan y se obtene la densdad lqudad de hdrocarburo. Valor 4,9 H S H S 1 Paso 7. Correccón por presón y temperatura. Correccon Preson, Densdad 4,6 Grafca 0,7 Correccon por Temperatura. Densdad 41,8 Grafca 1,8
ENTALPIA DE LOS GASES. (gpsa 004, pag. 4-) La entalpía de los componentes puros están tabuladas. Debdo las propedades pseudocrtcas de la mezcla de gases se requere de la entalpía de dcha mezcla, la cual puede ser obtenda medante el promedo de la fraccón molar o peso, con su respectva fraccón molar o peso de la entalpía. ( ) H o H o y H o H H o H o m * H Mezcla H o H * Pm H 0, es la entalpía deal, mentras que; El factor acentrco de la mezcla de gas, [( H o H ) / R Tsc) ] 0 [( H o H ) / R Tsc) ] l R1.986 BTU / lbmol ºR 0 ' ( H o H ) RTc [ ( H o H ) / R Tsc) ] + w [ ( H o H ) / R Tsc) ] La entalpía de las sustanca pura se puede obtener en la fg. 4- y 4-4 en anexos. Fg. 4-6. Correccón de entalpía por ajuste de presón de un fludo Fg. 4-7.Correccón por desvacón de fludo Se requere conocer las propedades reducdas de la mezcla de gas a estudo. S la mezcla de gas esta en dos fases se debe obtener una entalpía para la fase lquda y vapor, y con la ecuacón que se muestra obtener la entalpía de la mezcla; w m y* w H HLqudo L + HVapor V
ENTALPIA DE LOS GASES. Ejemplo Presón 500 psa Temperatura 100 ºF Componente Z (%) Z (n) MW Pc Tc w Psc Tsc H (tabla) H o m C1 75,6 0,5641791 16,04 667 4,01 0,0104 76,0746 19,519075 80 54,151 C 18 0,1486 0,07 707,8 549,74 0,0979 95,0776119 7,8456716 180 77,06567 C 9,8 0,0714 44,097 615 665,59 0,15 44,9776119 48,6774776 156 50,100699 -C4 5, 0,0880597 58,1 57,9 74,08 0,185 0,4856716 8,4866866 150 8,791 HS 5,4 0,189554 4,08 100 67,4 0,0948 46,41791 17,45495 15 807,4957 Total 14 1 Totales 78,6669 471,9886 4910,019 Propedades Psc 78,66 Psr,191766 Tsc 471,988 Tsr 1,1864811 w mezcla 0,055 H Ideal 4910,019 En fg. 4- y 4-4 se obtene, 0 [( H o H ) / R Tsc )], 600 l [( H o H ) / R Tsc) ] 1, 100 0 ' ( H o H ) RTc [ ( H o H ) / R Tsc) ] + w [ ( H o H ) / R Tsc) ] ( H o H ) 1,986 471,98{,6 + 0,0550 1,1 } 494, 16 H H o ( ) H o H H 4910,0 494,16 416,14btu / lbmol
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. Gas Processors Supplers Assocaton (004). Copyrght 001-00. Gas Processors Supplers Assocaton. All Rghts Reserved. Dsponble en: http://gpsa.gasprocessors.com/ Martínez Marcas J. (1970) Característcas y Comportamento de los hdrocarburos. ICONSA, C.A, 1994. Tarek 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 1989 ANEXOS Grafca de Standng Katz Grafca de Densdad Grafca de entalpa. Esta guía fue elaborada con la ayuda de un grupo de estudantes de la asgnatura. Rev 01. 06/01/009
FIG. -14
FIG. -15 Correccón Por presón FIG. -17 Correccón Por Temperatura
FIG. 4- Entalpía de comp. puros FIG. 4-4 Entalpía de comp. puros
FIG. 4-6 FIG. 4-7