El gas natural es una de las varias e importantes fuentes de energía no renovables formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentra en yacimientos de petróleo, disuelto oasociado con el petróleo (acumulación de plancton marino) o en depósitos de carbón. Aunque su composición varía en función del yacimiento del que se saca, está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95% 

Puede obtenerse también con procesos de descomposición de restos orgánicos (basuras,vegetales - gas de pantanos) en las plantas de tratamiento de estos restos (depuradoras de aguas residuales urbanas, plantas de procesado de basuras, de desechos orgánicos animales, etc.). El gas obtenido así se llama biogás.

El propano, butano e hidrocarburos más pesados en comparación con el gas natural son extraídos, puesto que su presencia puede causar accidentes durante la combustión del gas natural. El vapor de agua también se elimina por estos motivos y porque a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente y presiones altas forma hidratos de metano que pueden obstruir los gasoductos. Los compuestos de azufre son eliminados hasta niveles muy bajos para evitarcorrosión y olores perniciosos, así como para reducir las emisiones de compuestos causantes de lluvia ácida. La detección y la medición de H2S se puede realizar con los métodos ASTM D2385 o ASTM D 2725.

El gas natural es una mezcla de compuestos de hidrógeno y carbono y pequeñas cantidades de compuestos no hidrocarburos en fase gaseosa o en solución con el petróleo crudo que hay en los yacimientos.

La molécula del gas natural está compuesta por un átomo de carbono y cuatro de hidrógeno, que se representan con la fórmula  (CH4) como puedes apreciar en esta ilustración.

Muchos de los hidrocarburos en el gas natural son saturados, lo que significa que cada átomo de carbono se enlaza a otros cuatro de hidrógeno.

Éstos son los que se conocen como alcanos, parafinas y alifáticos.

Podemos encontrar el gas asociado o no al petróleo; así como podemos producirlo de manera artificial a través de la destilación o por fermentación de sustancias orgánicas.

El gas natural es una energía rentable de precio competitivo y eficiente como combustible, el cual utilizamos en nuestra cocina, para climatizar 

nuestro hogar, como carburante en la industria, para generar electricidad y como producto básico para síntesis químicas orgánicas.

Es el combustible de origen fósil más limpio que existe, de manera que es más conveniente usar esta energía si se trata de querer conservar nuestro medio ambiente.

La lucha contra la contaminación atmosférica es algo que nos atañe a todos, por lo tanto  actualmente a nivel global, hacemos todo lo posible por controlar las emisiones de gases con efecto invernadero.

El gas como alternativa energética, presenta una participación ascendente en los mercados mundiales energéticos y se espera que la demanda continúe aumentando en los próximos veinte años.

La Ley de Avogadro (a veces llamada Hipótesis de Avogadro o Principio de Avogadro) es una de las leyes de los gases ideales. Toma el nombre deAmedeo Avogadro, quien en 1811 afirmó que:

"Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas"

Teoría de Avogadro

No fue hasta 1814 cuando Avogadro admitió la existencia de moléculas formadas por dos o más átomos. Según Avogadro, en una reacción química una molécula de reactivo debe reaccionar con una o varias moléculas de otro reactivo, dando lugar a una o varias moléculas del producto, pero una molécula no puede reaccionar con un número no entero de moléculas, ya que la unidad mínima de un reactivo es la molécula. Debe existir, por tanto, una relación de números enteros sencillos entre las moléculas de los reactivos, y entre estas moléculas y las del producto.

Según la ley de Charles y Gay-Lussac esta misma relación es la que ocurre entre los volúmenes de los gases en una reacción química. Por ello, debe de existir una relación directa entre estos volúmenes de gases y el número de moléculas que contienen.

La ley de Avogadro dice que:

"Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas"

También el enunciado inverso es cierto: "Un determinado número de moléculas de dos gases diferentes ocupan el mismo volumen en idénticas condiciones de presión y temperatura".

Esta ley suele enunciarse actualmente también como: "La masa molecular o mol de diferentes sustancias contiene el mismo número de moléculas".

El valor de este número, llamado número de Avogadro es aproximadamente 6,022212 × 1023 y es también el número de átomos que contiene la masa atómica o mol de un elemento.

Para explicar esta ley, Avogadro señaló que las moléculas de la mayoría de los gases elementales más habituales eran diatómicas (hidrógeno, cloro, oxígeno, nitrógeno, etc), es decir, que mediante reacciones químicas se pueden separar en dos átomos.

La ley de Avogadro no fue admitida inicialmente por la comunidad científica. No lo fue hasta que en 1860 Cannizzaro presentó en el primer Congreso Internacional de Química, el Congreso de Karlsruhe, un artículo (publicado en 1858) sobre la hipótesis de Avogadro y la determinación de pesos atómicos.

Con estas suposiciones, la justificación de la ley de los volúmenes de combinación de Gay-Lussac es bastante sencilla como se muestra en los siguientes ejemplos.

El mol (símbolo: mol) es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia, una de las siete magnitudes físicas fundamentales del Sistema Internacional de Unidades.

Dada cualquier sustancia (elemento o compuesto químico) y considerando a la vez un cierto tipo de entidades elementales que la componen, se define como un mol a la cantidad de esa sustancia que contiene tantas entidades elementales del tipo considerado, como átomos hay en 12 gramos de carbono-12. Esta definición no aclara a qué se refiere cantidad de sustancia y su interpretación es motivo de debates,1

La materia posee tres fases fundamentales los cualesson llamadas:

Sólida.

Se caracterizan por tener forma y volumen constantes.Esto se debe a que las partículas que los forman estánunidas por unas fuerzas de atracción grandes de modoque ocupan posiciones casi fijas.En la fase sólida las partículas solamente puedenmoverse vibrando u oscilando alrededor de posicionesfijas, pero no pueden moverse trasladándoselibremente a lo largo del sólido.

Líquida.

Al igual que los sólidos, tienen volumen constante. Enlos líquidos las partículas están unidas por unas fuerzasde atracción menores que en los sólidos, por esta razónlas partículas de un líquido 

pueden trasladarse conlibertad. El número de partículas por unidad de volumen es muy alto, por ello son muy frecuentes lascolisiones y fricciones entre ellas. Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. En loslíquidos el movimiento es desordenado, pero existenasociaciones de varias partículas que, como si fueranuna, se mueven al unísono. Al aumentar la temperaturaaumenta la movilidad de las partículas

Gaseosa.

Igual que los líquidos, no tienen forma fija pero, a diferenciade éstos, su volumen tampoco es fijo. También son fluidos,como los líquidos.En los gases, las fuerzas que mantienen unidas las partículasson muy pequeñas. En un gas el número de partículas porunidad de volumen es también muy pequeño, las partículas semueven de forma desordenada, con choques entre ellas y conlas paredes del recipiente que los contiene. Esto explica laspropiedades de expansibilidad y compresibilidad quepresentan los gases: sus partículas se mueven libremente, demodo que ocupan todo el espacio disponible. Lacompresibilidad tiene un límite, si se reduce mucho el volumen en que se encuentra confinado un gas éste pasará aestado líquido, al aumentar la temperatura las partículas semueven más deprisa y chocan con más energía contra lasparedes del recipiente.

EFECTOS DE LA TEMPERATURA Y LA PRESIÓN DEL GAS NATURAL

El gas natural es una fuente de energía no renovable formada por una mezcla de gases que se encuentra frecuentemente en yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo, y en pocas oportunidades solo. En gran variedad de ocasiones el gas natural es afectado por condiciones de presiones y temperaturas bien sea a condiciones de superficies como a condiciones de formaciones de yacimientos, ya que poseen diferentes comportamientos a medida que estos dos factores varían.

La mejor forma de expresar y representar los comportamientos que adquiere el gas natural es mediante las leyes de los gases naturales las cuales permiten interpretar el comportamiento exclusivo a cada una de las condiciones que se pueden presentar en el componente.

Las Leyes de los gases naturales están determinadas por: . Ley De Boyle – Mariotte: esta ley cita que cuando el compuesto se encuentra a condiciones de temperatura constante, el volumen será inversamente proporcional a la presión, es decir cuando la presión del compuesto aumenta el volumen del mismo disminuye, de igual forma cuando la presión del gas disminuye el volumen aumenta.

  2. Ley de Charles: cuando el gas se encuentra a condiciones de presiones constantes el volumen es directamente proporcional a la temperatura del compuesto, es decir, cuando la temperatura del compuesto aumenta, el volumen del mismo también aumenta y viceversa.

  3. Ley De Gay – lussac: esta ley cita que cuando el compuesto se encuentra a condiciones de volumen constante la temperatura es directamente proporcional a la presión del compuesto, es 

decir, cuando la temperatura del compuesto aumenta, la presión del mismo también aumenta y viceversa.

Cambios de estado de agregación de la materia

Son los procesos a través de los cuales un estado de la materia cambia a otro manteniendo una semejanza en su composición. A continuación se describen los diferentes cambios de estado o transformaciones de fase de la materia:

Fusión: Es el paso de un solido al estado líquido por medio de la energía térmica; durante este proceso isotérmico (proceso que absorbe energía para llevarse a cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece constante. El "punto de fusión" es la temperatura a la cual el sólido se funde, por lo que su valor es particular para cada sustancia. Cuando dichas moléculas se moverán en una forma independiente, transformándose en un líquido.

Solidificación: Es el paso de un líquido a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es exotérmico. El "punto de solidificación" o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y coincide con el punto de fusión si se realiza de forma lenta (reversible); su valor es también específico.

Evaporización: Es el proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso. Si se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala alpunto de ebullición del líquido a esa presión al continuar calentando el líquido, éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión del agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la temperatura del gas.

La evaporación se produce a cualquier temperatura, aunque es mayor cuanto más alta es la temperatura. Es importante e indispensable en la vida cuando se trata del agua, que se transforma en vapor de agua y al condersarse en nube, volviendo en forma de lluvia, nieve, niebla o rocío.

Cuando existe un espacio libre encima de un líquido caliente, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende de la temperatura.

Condensación: Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se encuentra en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa. Si se produce un paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación.

Sublimación: es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le 

denomina Sublimación inversa; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.

Es importante hacer notar que en todas las transformaciones de fase de las sustancias es de que éstas no se transforman en otras sustancias ni sus propiedades, solo cambia su estado físico.

Las diferentes transformaciones de fase de la materia en este caso las del agua son necesarias y provechosas para la vida y el sustento del hombre cuando se desarrollan normalmente.

Los cambios de estado están divididos generalmente en dos tipos: progresivos y regresivos.

Cambios progresivos: Vaporización, fusión y sublimación progresiva. Cambios regresivos: Condensación, solidificación y sublimación regresiva

 Punto de fusión

Artículo principal: Punto de fusión.

Puntos de fusión (en azul) y puntos de ebullición (en rosado) de los ocho primeros ácidos carboxilicos (°C).

El punto de fusión es la temperatura a la cual la materia pasa de estado sólido a estado líquido, es decir, se funde.

Al efecto de fundir un metal se le llama fusión (no podemos confundirlo con el punto de fusión). También se suele denominar fusión al efecto de licuar o derretir una sustancia sólida, congelada o pastosa, en líquida.

En la mayoría de las sustancias, el punto de fusión y de congelación, son iguales. Pero esto no siempre es así: por ejemplo, el Agar-agar se funde a 85 °C y se solidifica a partir de los 31 °C a 40 °C; este proceso se conoce como histéresis.

[editar]Punto de ebullición

Artículo principal: Punto de ebullición.

El punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la materia cambia de estado líquido a gaseoso, es decir se ebulle. Expresado de otra manera, en un líquido, el punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión del medio que rodea al líquido. En esas condiciones se puede formar vapor en cualquier punto del líquido.

La temperatura de una sustancia o cuerpo depende de la energía cinética media de las moléculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar. Este incremento de energía constituye un intercambio de calor que da lugar al aumento de la entropía del sistema (tendencia al desorden de las partículas que lo componen).

El punto de ebullición depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces (dipolo permanente - dipolo inducido o puentes de hidrógeno)

[editar]Véase también

COMBUSTIÓN DEL GAS NATURAL

La combustión es el conjunto de procesos físico-químicos por los cuales se libera controladamente parte de la energía interna del combustible. Una parte de esa energía se va a manifestar en forma de calor y es la que a nosotros nos interesa.

La reacción de un elemento químico con el oxígeno sabemos que se llama oxidación. La combustión no es más que una reacción de oxidación, en la que normalmente se va a liberar una gran cantidad de calor.

El calor de la combustión a la disminución de entalpía de un cuerpo en condiciones normales de presión y a una temperatura definida, será entonces el calor que se libera cuando el combustible arde en una llama o cuando los componentes principales reaccionan con el oxígeno. En la combustión, cada uno de los componentes combustibles del combustible va a sufrir la reacción de oxidación correspondiente.

La reacción de combustión, se trata de una reacción de oxidación con la particularidad de que se realiza muy rápidamente, es exotérmica. Esta reacción se produce entre los elementos combustibles de un combustible y el oxígeno del comburente. Para que un combustible sufra la combustión, es necesario que alcance su temperatura de ignición. Se define el punto de ignición de un combustible como la temperatura a la cual, una vez iniciada la llama, esta ya no se extingue.

En una reacción de oxidación tendremos:

|Primer Miembro                                 |           |Segundo Miembro                                         ||Combustible + comburente                       |[pic]     |Gases de combustión + calor                             |

• Combustible: Toda sustancia capaz de arder.

• Comburente: Sustancia que aporta el oxígeno para que el combustible sufra oxidación.

Fases De La Reacción De Combustión:

  • Fase de Pre-Reacción (formación de radicales). Los compuestos hidrocarbonados se descomponen dando lugar a la formación de radicales, que son unos compuestos intermedios inestables y muy activos, para que de este modo el carbono y el hidrógeno puedan reaccionar con el oxígeno.

  • Fase de Oxidación: En esta fase se produce la combinación entre los elementos y el oxígeno. Es una fase muy exotérmica y es cuando tiene lugar la propagación de la llama.

  • Fase de Terminación: Aquí es cuando se forman los compuestos estables. El conjunto de estos compuestos es lo que llamamos gases  de combustión.

      Clasificación De La Combustión:

      Combustión neutra: Es aquélla que se produce cuando el aire empleado aporta la cantidad justa de oxígeno para que todos los reactivos de transformen en productos. Para que la estequiométrica se cumpla, hay que considerar todos los elementos que sufren la reacción de combustión en el combustible. Cuando la reacción tenga lugar totalmente, entonces no habrá H, O, S y C, que se transformarán en productos correspondientes que irán en los gases de combustión. Como inertes aparecerá, por lo menos, el nitrógeno.

A los gases de combustión se les llama poder comburívoro o poder fumígeno. Se define éste como los gases húmedos totales procedentes de una combustión neutra o estequiométrica (de todos los elementos combustibles e inertes también)

    • Combustión completa: Toda combustión completa libera, como producto de la reacción, dióxido de carbono y agua en estado de vapor; no importa cuál sea el combustible a quemar, es decir, que existe la cantidad de oxigeno suficiente para quemar toda la materia combustible existente. Estas sustancias no son tóxicas, pero el dióxido de carbono es el mayor responsable del recalentamiento global.

Combustible + O2   (   CO2 + H2O + energía (luz y calor)

El calor de la reacción se libera, por eso se dice que es una reacción exotérmica. Esa energía calórica hace evaporar el agua, es decir, los productos de una combustión completa están en estado gaseoso. La combustión completa presenta llama azul pálido, y es la que libera la mayor cantidad de calor.

    • Combustión incompleta: La combustión es incompleta cuando la cantidad de Oxigeno no es suficiente para quemar de modo completo al combustible. Los productos de la combustión incompleta varían según la cantidad de oxígeno disponible. Generalmente se forma monóxido de carbono (CO), gas sumamente tóxico. Esta sustancia produce la muerte por asfixia, ya que se combina con la hemoglobina de la sangre a una velocidad mayor que la del oxígeno. Esto significa que, aún habiendo oxígeno en el aire, la hemoglobina absorbe al monóxido de carbono antes, formando una molécula compleja muy estable. Los primeros síntomas de intoxicación son: somnolencia, dolor de cabeza, mareos, vómitos.

Otro producto de una combustión incompleta es el carbón, sólido, que por acción del calor se coloca incandescente y se origina un color amarillo-anaranjado a la llama, que por eso se le dice llama luminosa o fuliginosa. También se produce agua, en estado de vapor, como otro producto más de una combustión incompleta. La combustión incompleta no sólo es peligrosa, sino que libera menor cantidad de calor que la combustión completa del mismo combustible, es decir, se malgasta.

Generalmente, estas combustiones se producen cuando el combustible tiene un alto porcentaje del elemento carbono. El caso típico es el uso de los braseros, recipientes metálicos donde se coloca el carbón prendido, y se usan para calefacción

PODER CALORÍFICO (PCS Y PCI) DEL GAS NATURAL

Es la unidad que se emplea para medir la cantidad de calor desarrollada en la combustión. Cantidad de calor producida por la combustión completa de un kilogramo de esa sustancia. Tal unidad se la mide en Kcal/kg, Cal/kg, Btu/Lb, Kcal/m3, Btu/p3, sí la cantidad de combustible que se quema en un mol, el calor desprendido recibe el nombre de efecto térmico (1 BTU = 0.02522 Kcal; BTU= Unidad Térmica Británica).

      Poder Calorífico Superior (PCS): Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de 1 Kg de combustible cuando el vapor de agua originado en la combustión está condensado y se contabiliza, por consiguiente, el calor desprendido en este cambio de fase. También es llamado poder calórico neto. El vapor de agua es originado de la humedad propia del combustible y del agua formada por la combustión del hidrógeno del combustible. Interpretación Gráfica Del Poder Calorífico Superior: para obtener el Poder Calorífico de un combustible es necesario que todo el carbono se oxide en forma completa pasando a anhídrido carbónico.

      |C                 |H2   |+           |O2     |N2                     |(     |CO2                     |H2O   |N2                     ||Combustible       |     |Aire         |       |Gases Del Combustible |     |Calor De Oxidación Del   |     |Calor De Oxidación Del ||                   |     |             |       |                       |     |Combustible             |     |Vapor De H2o           |

      Poder calorífico inferior (PCI): Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de 1 kg de combustible sin contar la parte correspondiente al calor latente del vapor de agua de la combustión, ya que no se produce cambio de fase, y se expulsa como vapor.

      Interpretación Gráfica Del Poder Calorífico Inferior: para obtener el Poder Calorífico de un combustible es necesario que todo el carbono se oxide en forma completa pasando a anhídrido carbónico.

|C                   |H2   |+               |O2     |N2                                 |(     |CO2                               ||Combustible         |     |Aire           |       |Gases Del Combustible               |       |Calor De Oxidación Del           ||                     |     |               |       |                                   |       |Combustible                       |

La diferencia entre el Poder Calorífico Superior (PCS) y el Poder Calorífico Inferior (PCI) se obtendría uno u otro según el estado de agregación que forma parte de los productos de combustión.

Si la temperatura de los productos finales de combustión es tal que el vapor de agua que se ha formado continué en ese estado, tendremos el poder calorífico inferior del combustible (PCI).

Si la temperatura de los productos finales es suficientemente baja como para que aquella se condense, tendremos el poder calorífico superior del combustible (PCS). La diferencia entre ellos será igual el calor desprendido por la condensación del agua