Clase 1 de termoaplicada

El concepto de cadena de Valor del Gas Natural se basa en la identificación de grupos de
procesos (eslabones) que por su naturaleza generan cambios físicos sobre dicho recurso o
permiten su disposición para el cosumidor final, razón por la cual constituyen en sí mismos
una actividad productiva.

Cadena de valor del Gas Natural
• Exploración y Producción: La cadena de Valor del Gas Natural se inicia con la
exploración, ésta es la actividad en la cual se realizan los estudios necesarios
(levantamiento de sísmica, análisis geológicos, etc.) para descubrir, identificar y
cuantificar acumulaciones de hidrocarburos gaseosos. Una vez detectados los
recursos, se procede a definir el plan de desarrollo del yacimiento y se inicia la fase
de producción del Gas Natural, la cual representa el conjunto de actividades que
permiten extraer el recurso contenido en los yacimientos y su separación del petróleo
(cuando se trate de gas asociado).
• Tratamiento y Extracción: El Tratamiento (también denominado acondicionamiento)
es una actividad que permite remover los componentes no hidrocarburos del gas
natural, principalmente dióxido de carbono (CO2), sulfuro de hidrógeno (H2S), agua
(H2O), componentes sólidos y otros, a través de cualquier proceso físico, químico o
de ambos. Luego de ser tratado se procede a separar el Gas Metano (CH4) del resto
de los los componentes del Gas Natural (CH4+) llamados líquidos o componentes
pesados, este proceso se conoce como Extracción.
• Fraccionamiento: Proceso mediante el cual los hidrocarburos pesados son
removidos y separados en productos distintos o fracciones como el propano, butano
y etano.

Cadena de Valor del Gas Natural
• Transporte y Distribución: Ambos eslabones constituyen el vínculo entre las
actividades asociadas a la extracción (Exploración y Producción) y adecuación
(Tratamiento o Acondicionamiento) del Gas Natural y el consumidor final.
• Transporte: Es el conjunto de actividades necesarias para recibir, trasladar y entregar
el Gas Natural desde un punto de producción o recolección a un punto de
distribución, para ello se requiere el uso de gasoductos y plantas de compresión si se
transmite el hidrocarburo en estado gaseoso o facilidades de licuefacción,
regasificación y desplazamiento via marítima si se transporta en estado líquido.
• Distribución: Conjunto de actividades que permiten recibir, trasladar, entregar y
comercializar gas desde el punto de recepción en el sistema de transporte hasta los
puntos de consumo, mediante sistemas de distribución Industrial y Doméstico.

Cadena de Valor del Gas Natural

Definiciones Básicas
• Gas
• Gas Natural
• Componentes
• Impurezas
• Gas Asociado
• Gas Rico
• Gas Pobre
• GNL
• GNC
• GLP

Teoría Cinética de los Gases
Dada su naturaleza gaseosa, la caracterización y manejo del gas natural se
realiza con procedimientos desarrollados con base en la teoría de los
gases y esto permite definir con relativa facilidad sus propiedades físicas y
los procedimientos para llevarlo a los requisitos de calidad que exigen los
consumidores
El gas natural es una mezcla de hidrocarburos, la mayoría de bajo peso
molecular, que puede estar en estado gaseoso o líquido en el yacimiento
pero al traerlo a superficie y despresurizarlo está en estado gaseoso,
aunque acompañado con líquido y por lo tanto es necesario separarlos
para manejar de manera independiente ambas fases. El principal
componente del gas natural normalmente es el metano pero el rango de
hidrocarburos presente es bastante amplio

Para analizar las propiedades físicas del gas natural se debe empezar por estudiar
el caso más sencillo de un gas, o sea un compuesto puro que a presión y
temperatura ambiente se encuentre en estado gaseoso; este tipo de fluido
tradicionalmente se considera como gas ideal. Un gas ideal cumple con las
siguientes condiciones:
•Ocupa todo el volumen disponible en el recipiente donde está almacenado.
•El volumen de las moléculas comparado con el volumen total es despreciable.
•No hay interacciones del tipo gravitacional, eléctrico o electromagnético entre
moléculas.
•Los choques entre las moléculas son completamente elásticos o sea que no hay
transferencia de energía.
Estas cuatro condiciones se conocen como los postulados de la teoría cinética de
los gases

•Ley de Boyle: El volumen de una cantidad (masa) dada de gas a temperatura constante es
inversamente proporcional a la presión; o sea
•Ley de Charles (Gay Lussac): Cuando se trabaja con gases a bajas presiones el
volumen ocupado por una cantidad dada de gas a presión constante es directamente
proporcional a la temperatura; o sea
Esta misma ley también se puede enunciar como: a presiones bajas y manteniendo el
volumen constante, para una cantidad dada de gas la presión es directamente proporcional
ala temperatura;

Por ejemplo, por definición una libra mol de un gas ocupa 379 pies3 a
14,7lpca y 60°F o sea que para aplicar la ecuación
(Recuerde que °F + 460 = °R)
por definición, un gramo mol de un gas a 0°C y una atmósfera
absoluta de presión ocupa 22,4 litros; (Recuerde que °C + 273,15 = K)
Use PV=nRT

Ley de Avogrado:
Donde m es la masa y PM es el peso molecular
(masa molar)
Lbm/Lbmol
Lbm

Ejemplo:
Determine la masa de aire en una habitación cuyas dimensiones son
12ft x 15ft x 17ft a una presión de 14,7 Lpca y 72°F.
Usando PV=nRT
donde n=m/PM
Se despeja m

Ejemplo
Calcule la densidad, el volumen especifico y la gravedad especifica
del metano y el etano a una presión de 14,7 psia y una temperatura
de 60°F.

Mezclas de Gases Ideales
Cuando varios compuestos puros en estado gaseoso, se mezclan sin que ocurran
reacciones químicas la mezcla resultante se comporta también como un gas ideal y se
le pueden aplicar las mismas leyes vistas para los gases ideales .Adicionalmente, las
mezclas de gases ideales cumplen con las leyes siguientes:
•Ley de Dalton: Cuando se tiene una mezcla de gases, cada componente ejerce una
presión igual a la que ejercería si estuviera ocupando el volumen que tiene la mezcla
manteniendo la temperatura constante. Esta presión se conoce como la presión
parcial del componente i y la presión total de la mezcla es igual a la suma de las
presiones parciales
Pi*V = ni*R*T
donde,
Pi :es la presión parcial del elemento i
Ni :número de moles del elemento i

Mezclas de Gases Ideales La ecuación enuncia que
en una mezcla de gases
ideales, la presión parcial
del componente i es igual
al producto de la presión
total de la mezcla por la
fracción molar del
componente i

Mezcla de Gases Ideales
Yi : Fracción Molar del
componente i
Pi=P*Yi
Yi: Fracción por volumen
del componente i
(Es conveniente utilizar m en vez de W)

Mezcla de Gases Ideales
Al dar la composición se identifican los diferentes componentes y su respectiva
fracción molar. Sin embargo la identificación de todos los compuestos puros
que son componentes de la mezcla solo es posible hasta cierto punto, pues
para hidrocarburos livianos es fácil su separación como compuesto puro, caso
del metano, etano, propano, debido a que sus puntos de ebullición son
bastante diferentes; pero a medida que aumenta el número de carbonos y
empiezan a aparecer los isómeros la separación de todos los componentes
como compuestos puros se hace imposible.
Por esta razón al dar la composición de un gas se identifican los componentes
puros generalmente hasta el hexano al igual que el H2S y el CO2,y los
hidrocarburos de más de seis carbonos se toman como un solo componente
que se identifica como C7+ el cual es una fracción cuyas características se
deben determinar por algún método, pues no se encuentran en tablas como
las de los componentes puros. Aunque con las técnicas actuales de
cromatografía es posible identificar un número aún mayor de componentes
puros, de todas maneras se llega a una fracción final que habrá que
considerarla como un componente puro sin serlo

Peso Molecular, Densidad y Gravedad Específica
de Mezcla
Cuando se trata de mezclas no se habla de peso molecular sino de peso
molecular aparente, pues la mezcla está compuesta por moléculas de
diferentes tamaños. El peso molecular aparente de una mezcla se obtiene de
la siguiente forma
Densidad de una mezcla
(se recomienda utiliza PMa en vez de MW)
Gravedad Especifica de una mezcla

Presión critica y Temperatura critica de una
mezcla

Presión critica y Temperatura critica de una
mezcla
Determinar las propiedades de una mezcla con las
siguientes fracciones molares:

Determinación de las condiciones criticas del C7+

Determinación de las condiciones criticas de un
gas natural

Factor de Compresibilidad del Gas Natural

Ejemplo: Determine el volumen especifico del refrigerante 134a a 1 MPa y
50°C utilizando a) La ecuacion de estado de gas ideal. b) La carta
generalizada de Factor de Compresibilidad. Compare el los valores obtenidos
con el real de 0,02171 m3/Kg para determinar el error implicado:
Solución:
Pν =n*Rg*T
Z= vrg/vi

a=(27*R2*Tcr2)/64Pcr b=RT/8Pcr

Ejercicios
Un tanque de 500 ft3 contiene 10 lbs de metano y 20 de etano a 90°F.
Considerando gases ideales.
a. ¿Cuantos moles existen en el tanque?
b. ¿Cuál es la presión en el tanque en lpca y lpcm?
c. ¿Cuál es el peso molecular de la mezcla?
d. ¿Cuál es la gravedad específica de la mezcla?
2. Un gas tiene la siguiente composición por mol: metano 80%, etano
20%.Calcular:
a. Porcentaje por peso.
b. Porcentaje por volumen.
c. Peso molecular aparente y gravedad específica.
d. Presión y temperatura seudocrítica.
e. Presión y temperatura reducida a1000 lpca y60°F. Factor Z a estas condiciones.
f. Presiones parciales si la presión totalesde1000 lpca

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