Propiedades Fí sicas sicas del Gas Natural
unidad II
PROPIEDADES FÍSICAS DEL GAS NATURAL 2.1 INTRODUCCIÓN
El cálculo de las propiedades físicas del gas natural y sus condensados representa la base para la elaboración de los proyectos técnicos. Estas propiedades se pueden calcular a un nivel riguroso por medios computarizados o por medio de fórmulas, correlaciones, graf grafic icas as o cart cartas as con con un nive nivell de apro aproxi xima maci ción ón acep acepta tabl ble. e. De toda todass form formas as se recomienda el uso de métodos manuales cuando no hay disponibilidad de medios computarizados. En el presente capitulo se ha recopilado una selección de información sobre el calculo de las propiedades físicas de varias fuentes y trabaos de investigadores del área !ue contiene información información fidedigna para efectuar cálculos manuales. 2.2 TABLAS DE CONSTANTES FÍSICAS
"ara eecutar los cálculos de propiedades físicas se re!uiere información del gas mismo a tratar. Existen dos maneras de efectuar los cálculos# 1) Cálculos composicio!l"s#
En este tipo de cálculos se re!uiere la composición del gas, es decir, el análisis cromatográfico, debidamente verificado y normalizado. $a condición de normalización comprende los siguientes supuestos# •
•
$a sumatoria de las fracciones molares de los componentes es igual a la unidad. %e tienen !ue declarar declarar todos los componentes componentes del gas, incluyendo el & '% y &'( !ue usualmente se miden por otro tipo de análisis o cálculos. El &'% y sus similares sulfurados se miden usualmente en ppm, v se deben transformar a fracción molar y normalizar en la composición. El agua a veces no se declara en los análisis en )base seca*, se debe calcular el contenido de agua y, de la misma forma, incorporarlo al análisis, a continuación mostramos un eemplo de normalización# normalización#
E$"mplo# * Si tenemos un gas de la siguiente composición (Hipotética) en fracciones molares:
1
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C 1=0.8 C =0.1 C !=0.1 ("esultado del an#lisis cromatogr#fico$ %ue no considera el contenido de agua$ agua$ es deci decirr$ est# est# en &ase &ase seca) seca) ' un conte conteni nido do de agua agua de H =0.001. "ealiar la normaliación. "espuesta: "espue sta:
+enemos +enemos !ue agregar el agua a la composición respetando las proporciones de -, ' y entre sí. El factor / - 0 1.11-2 / 1.3345 6ultiplicamos cada fracción molar por el factor# - / 1.471.3345 / 1.8344 ' / 1.-71.3345 / 1.1333 / 1.-71.3345 / 1.1333 De tal forma !ue la composición normalizada sería# -/1.8344 '/1.1333 /1.1333 &'(/1.11-2 $a sumatoria de las fracciones molares es igual a -
2) Cálculos o composicio!l"s •
$os $os cálc cálcul ulos os no comp compos osic icio iona nale less no re!u re!uie iere renn nece necesa sari riam amen ente te la compos composici ición ón detall detallada ada,, basta basta con valor valores es de la grave gravedad dad especí específic fica, a, densidad o grados 9": para estimar las características del gas.
$as tablas de constantes físicas muestran las principales propiedades físicas de los compuestos puros y de otras sustancias !uímicas para los análisis composicionales relacionadas con el rubro ;+ablas '0- a '05 alcular las propiedades seudocríticas de un gas !ue tiene una gravedad específica de 1,4@, usando la Figura '05. esultado# +sc / 28,@ K ;01,13 L< "sc / 5-', psia ;21,1@ ?gCcm'< on las siguientes gráficas, se pueden calcular de manera rápida, las propiedades seudocríticas de lí!uidos, ingresando con los valores de peso molecular, K9": o gravedad específica del lí!uido. "ara calcular el K9": del lí!uido, se usa la siguiente ecuación# ° API =
-2-,@ γ 1
− --,@
Donde# γ o
=ravedad específica del lí!uido 9
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(bsérvese !ue lí!uidos más livianos !ue el agua, γ ? -.1, tienen un K9": mayor a -1, y lí!uidos más pesados !ue el agua, tienen un K9": menor a -1. o
El agua, con
γ w
-.1, tiene un K9": / -1.
6ediante las Figuras '08 y '04, se pueden calcular los valores de L9":, a partir de la gravedad específica y viceversa. 2.< C&LCULO DE DENSIDADES
$a densidad es necesaria para determinar los volHmenes !ue ocupan ciertas porciones de masas de hidrocarburos. 9 continuación tenemos la Figura '03 !ue sirve para calcular la gravedad específica de algunas gasolinas y mezclas de hidrocarburos volátiles en función de las temperaturas. $a relación entre la gravedad específica y la densidad para gases y lí!uidos es la siguiente# =ravedad específica del gas / Densidad del gas C Densidad del aire =ravedad específica del li!uido / Densidad del li!uido C Densidad del agua $as gráficas !ue se presentan a continuación son las publicadas en el ="%9, habiendo seleccionado las más importantes, además se presentan algunos eemplos de cálculo con composiciones de gas tipo para poder apreciar su incidencia en los resultados. E$"mplo No.
6ediante la Figura '03, calcular la gravedad específica, de los siguientes lí!uidos saturados, a una temperatura de -11 KF. a< :so butano, b< :so pentano y c< >enceno. Soluci4# :ngresando a la gráfica, con la temperatura de -11 KF, se sube en la gráfica, hasta llegar a las curvas de los diferentes lí!uidos especificados. Iso @u3!o# γ 5utano # =asolina Matural# γ / 1,58-1 o
o
o
2. C&LCULO DE LA PRESIN DE (APOR
El ="%9 publica una carta !ue calcula las presiones de vapor de hidrocarburos lí!uidos en función de la temperatura ;Figura '0'1 511 (' 5> ' 5%2< '8,24-5 5; / 2,' W =
-88111 -111
+
2,'
, 2252 l@+''sc E$"mplo No. 22
álculo de la cantidad de agua en un gas natural ácido, haciendo la corrección de los contaminantes presentes en el gas# D!3os#
ontenido de &'% / 2 ppm. " / -111 psia
;81,- ?gCcm'<
+ / -51 KF
;8-,-- L<
TABLA 21< P"so F-!cci4 'ol"cul!- P"so 'ol"cul!Compo"3" 'ol!-5 /" c!/! /" l! m"cl!5 6i compo"3"5 96i : ',) ', M' '4,1- 1,11-11 1,148 (' 22,1-1 1,1@8311 ',@24 &'% 2,14' 1,111112 1,111 &2 1,45-138 -5,12 -,4-@ '&5 1,18'11 1,181 ',-82 &4 1,11@-11 22,138 1,''@ i2&-1 1,111'11 @4,-' 1,1-' n2&-1 1,111-11 @4,-' 1,115 i@&-' 1,111-11 8',-@1 1,118 n@&-' 1,111-11 8',-@1 1,118 y/ 6Bm / -4,44-
Soluci4#
6Bm / -4,44- lbsClbs0mol γ g
/ 6BmC 6Baire / -4,44-C'4,35'@ / 1,5@'
De la gráfica del método de 6c?etta 0 Behe# B / '2' l@+''sc g / 1,33 B /'2' 7 ;1.33 l@+''sc álculo de fracciones# y& / y&2 V y'&5 V y&4 V yi2&-1 V y n2&-1 V y i@&-' V y n@&-' V yM' 17
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y& / 1,32'135 y(' / 1,1@8311
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y&'% / 1,111112
álculo de la cantidad agua en cada contaminante ;( ' y &'%olivia< ('
(riente $ibre ;Senezuela<
=uarico $ibre ;Senezuela<
@
1.35
-'.@
[email protected]
M'
1.5@
-.21
1.-
1.-
&e
1.1
0
0
0
('
0
0
0
0
-
84.'
48.-'
85.3
4.@
'
3.21
5.3
@.4
1.5
.43
'.8
'.@
1.-
i2
1.4-
1.'
1.@
1.-
n2
1.33
1.28
1.5
0
i@
1.2
1.-
1.
0
n@
1.'2
1.-'
1.'
0
5
1.-3
1.18
1.'
0
8V
1.-2
1.12
1.2
0
+otal
-11
-11
-11
-11
="6
'.11
0.15
-.24
1.1@4
6
'-.'8
-4.44
''.'4
'1.@8
Mota. En estos análisis no se reporta el contenido de & '%, los valores absolutos son baos en porcentae molar y se miden en ppm, y en este caso asumimos !ue no producen un error muy apreciable.
"ara calcular las propiedades utilizamos el simulador comercial &Q%Q% !ue es un soft[are de mucha utilidad en los cálculos petroleros. En las siguientes tablas mostramos los resultados de las principales propiedades a las condiciones referenciales de 511 "sia y -11 oF. $a +abla '0-3 a '0'' muestran los resultados# 21
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TABLA 21 P-opi"/!/"s /"l G!s N!3u-!l /"l c!mpo C!--!sco Bolii! 9P > Psi! T1 oF)
Coclusio"s#
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9nalizando los resultados tenemos !ue el =as de (riente $ibre ya presenta la formación de condensados a las condiciones de 511 "sia y -11 oF, mientras !ue los otros tres continHan en fase vapor. "or otra parte, los pesos moleculares aparentes presentan al gas de arrasco como el más liviano mientras !ue al gas de uisiana como el más pesado. $a presión parcial de ( ' un gas no debería exceder de 1 "sia para evitar el riesgo de corrosión por ( ' segHn las recomendaciones. En este caso en las muestras de uisiana, (riente libre y =uárico libre tienen riesgos de corrosión por ( ', mientras !ue el gas de arrasco tiene una baa probabilidad de corrosión. $as variaciones del factor para gases reportan desde 1.44 a 1.3-, en cambio las corrientes de condensado reportan a con un valor de 1.', el cuál es propio de los lí!uidos. $a tensión superficial del lí!uido en el caso de (riente libre tiene un valor de -.-- dynCcm, en los otros casos se encuentran en fase gaseosa y no se tiene el lí!uido para calcular esta propiedad.
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