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Caractersticas y comportamiento de los Hidrocarburos

Propiedad de: Edwards A., Nava B.

INGENIERIA DE GAS

Caractersticas y comportamiento de los hidrocarburos

Ramiro Prez Palacio klarcas J. Martnez

Ingenieros Consultores, S .R.L. Apartado Postal 10.0 1 1

Maracaibo - Venezuela

Caractersticas y comporamiento de los hidrocarburos .

I

Indice general

Pgina No . CAPITULO I . Caractersticas de los hidrocarburos . . . . . . . . . . . . . . . . . . ' . . . . . . . . 1

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gasnatural 3 Propiedades y comportamiento del gas natural . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Concepto de m01 . Ley de Avogadro 4 Ley de los gases perfectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Densidad. volumen especfico y gravedad especfica de gases ideales . 11

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Propiedades de hidrocarburos puros 12 Mezcla de gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Ley de Amagat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Peso molecular aparente. M. o peso molecula. de mezclas. M, . . . . . . 15 Propiedades seudocnticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gasesreales 19 Ecuaciones de estado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Ecuacin de Van der Waals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Ecuacin de Berthelot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Ecuacin de RedlichXwong. R-K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Ingeniera de gas

Pgina No . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecuacin de Soave Redlich Kwong (SRK) 26

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecuacin de Peng Robinson (PR) 27 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecuacin de Wohl 27

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecuacin de Esferas Duras 28 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecuacin de Hall y Yarborough 28 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecuacin de Beattie-Bridgeman 29

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecuacin de ~enedict-Webb-Rubin (BWR) 30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecuacin de Starling 31

13 . Determinacin del factor de compresibilidad Z . Teorema de estados correspondientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mtodo de Standing y Katz 33 . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mtodo de Refraccin Molecular de Eykman 38

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mtodo de Sarem 45

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mtodo de Pitzer 50 Mtodo con base a la ecuacin de estado de Redlich y Kwong. R-K . . 54 Mtodo de Yarborough.Hal1. Y-H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58' Mtodo de Dranchuk.Purvis.Robinson. DPR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Mtodo de Dranchuk.Abou.Kassen. DA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Mtodo de Gray.Sims. GS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Mtodo de Carlile.Gillett. CG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Mktodo de Ppay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mtodo de Brill 66 14 . Mezcla de Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 15 . Densidad .de sistemas de hidrocarburos en estado lquido . . . . . . . . . . 71

. . . . . . . . . . . . . . . . . . Mtodo de Refkaccin Molecular de Eykman 71 Mtodo grco de la GPSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

. . . Mtodo de Standing-Katz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 77 16 . Mezcla de sistemas de hrdrocarburos gas y liquido . . . . . . . . . . . . . . 81

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 . Contenido lquido de un gas 85 t 18 . Valor calorfico de gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Caractersticas y comportamiento de los hidrocarburos .

Pgina No . .. 19 . Consideraciones prcticas de las ecuaciones de los gases . . . . . . . . . . 92

. . . . . . . . . . . . . . . . 20 . Clculo de reservas de yacimientos de gas seco 92 . 21 . Clculo de gracentes en un pozo de gas seco . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

22 . Presin de fondo en un pozo de gas cerrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Mtodo de Densidad Promedia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Mtodo considerando la variacin de la densidad del gas con la profundidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Mtodo considerando variacin de la densidad del gas. la temperatura y el factor de compresibilidad con la profundidad . . . . . . . . 100

REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 .

PROBLEMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

.

CAPITULO 11 . Comportamiento de os hidrocarburos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 1 . Definiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

. ~.

2 . Comportamiento cualitativo de fases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Sistemas de un solo componente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Sistemas de dos componentes (binarios) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Sistemas de tres componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Sistemas multicomponentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Clculo de las fases: vapor y lquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Constantes de equilibrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 LeydeRaoult . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 LeydeDalton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

. . . . . . . . . . . . . . . Constantes de equilibrio con base a fugacidades 186 Constantes de equilibrio con base a ecuaciones de estado . . . . . . . . . 194 Constantes de equilibrio con base a presin de convergencia . . . . . . 195 Determinacin de la presin de convergencia. Pk . . . . . . . . . . . . . . 196 Otros mtodos para determinar constantes de equilibrio . . . . . . . . . . 213 Constantes de equilibrio de la fraccin ms pesada . . . . . . . . . . . . . 214 Frmulas para el clculo de fases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

Ingeniera de gas

PBgina No. Determinacin de condiciones (presin y temperatura) ptimas de separacin de petrleo y gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Cglculo de la gravedad del petrleo en el tanque . . . . . . . . . . . . . . 254 Clculo de la gravedad del gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 Clculo de la razn gas-petrleo total, en cada separador y en el

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . tanque 258 Gravedad promedio del gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . REFERENCIAS 263 APNDICE A Razn gas-petrleo total en un sistema de separacin entresetapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PROBLEMAS 269


Indice de figuras

Pgina No. CAPITULO I.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Flg. No 1-1. Ley de Boyle 7 Fig. No 1-2. Ley de Charles (Gay Lussac) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Fig. No 1-3. Presin y temperatura seudocrticas de heptanos y

compuestos mas pesados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 . . . . . Fig. No 1-4. Presin y temperatura seudocrticas de gases naturales 21

Fig. No 1-5. Factor de compresibilidad del gas natural en iuncin de la presin y la temperatura seudorreducidas . . . . . . . . . . . . . 34

Fig. No 1-6. Factor de correccin Fsk ("R) a la temperatura seudocrtica en la determinacin de Z por el mtodo de Standig y Katz

. . . . . . . . . . . . . . . para gases agrios, segn Wichert y A'ziz 36 Fig. No 1-7. Correlacin de la Refraccin Molecular de Eykman, EMR,

y el cuadrado de la densidad. p' . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Fig. No 1-8. Correlacin del ndice de Refraccin Molecular de Eykman

vs. densidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Fig. No 1-9. Correlacin de la Reli-accin Molecular de Eykman, EMR,

~ T C P C " . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

o M E m E 2 O B a P, O 9 F g p.

? 0. 2 r

ti? E- o" 0

tt a

'd c. g 8 c. 2

% 3 E 6 - z * w h " e :

9,

",

u (D u ; a m 0 E: a f2 S' E a' P,

8- L. 5 i3 V: ti? B Fi b e %

L.+ Caractersticas y comportamiento de los hidrocarburos

Pgina No. Fig. No. 2-8. Diagrama de presin-volumen-temperatura para una

substancia (componente) pura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Fig. No. 2-9. Diagrama de presin-temperatura para el sistema

etanoheptano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Fig. No. 2- 10. Diagrama de presin-temperatura para diferentes

mezclas de metano-etano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Fig. No. 2- 1 1. Diagrama de presin-temperatura para diferentes

mezclas de metano-propano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Fig. No. 2-12. Diagrama de presin-temperatura para diferentes

mezclas de etano heptano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Fig. No. 2-13. Lugar geomtrico de los puntos crticos de varios sistemas

binarios: metano y otros componentes . . . . . . . . . . . . . . . 140 Fig. No. 2-14. Lugar geomtrico de los puntos crticos de varios sistemas

binarios: metano y otros componentes . . . . . . . . . . . . . . . 140 Fig. No. 2-15. Lugar geomtrico de los puntos crticos de varios sistemas

binarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Fig. No. 2-16. Diagrama presin-volumen para el sistema pentano

normal-heptano. Contiene 52,4% de heptano . . . . . . . . . . . 141 Fig. No. 2-17. Diagrama presin-composicin de un sistema de dos

componentes, T < T,, < T,, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Fig. No. 2-18. Diagrama presin-composicin de un sistema de dos

componentes, T,, < T < T,, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Fig. No. 2- 19. Relacin entre diagramas P-T y presin-composicin . . . . . 145 Fig. No. 2-20. Diagrama pi-esin-composicin de un *sistema metano-

propano a diferentes temperaturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Fig. No. 2-21. Diagrama de presin-composicin para el sistema etano-

heptano a diferentes temperaturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Fig. No. 2-22. Diagrama de presin-composicin para sistemas combinados

de petrleo-gas natural a 200F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Fig. No. 2-23. Diagrama temperatura-composicin de un sistema de dos

componentes, P < P,, y P,,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

Ingeniera de gas

Pgina No. Fig. No. 2-24. Diagrama temperatura-composicin para el sistema

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . bencena-tolueno a 1 atmsfera 150 Fig. No. 2-25. Curva de eyiaiiibno para el sistema benceno-tolueno . . . . . . 153 Fig. No. 2-26. Diagrama de teaperatura-composicin del sistema

. . . . . . . . . . . . . . . . . metano-etano a diferentes presiones 153 . . . . . . . . . . . . . Fig. No. 2-27. Caractersticas de u11 diagrama triangular 155

Fig. No. 2-28. Caractersticas de diagamas triangulares A-B y A-C . . . . completamente rniscibles; B-C parcialmente miscibles 155

Fig. No. 2-29. Diagrama cie fases a dos temperaturas diferentes, donde . Ta es mayor que l'b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

Fig. No. 2-30. Diagrama de composicin del sistema metano-propano- pentano a 160F: a) 500 lpca; b) 1000 lpca; c) 1500 lpca . . 160

Fig. No. 2-31. Diagrama de composicin del sistema metano-butano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . normal-decano a 280F 161

Fig. No. 2-32. Lugar geomtrico de los puntos crticos del sistema metano-butano normal-decano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

Fig. No. 2-33. Sistema acetona-metil isobutil cetona-agua, a 25C. a) Diagrama tnailgular. b) Coordenadas rectangulares . . . . . 163

I:ig. No. 2-34. Isotema tipica para un petrleo crudo . . . . . . . . . . . . . . . 165 1-ig. No. 3-35. Diagrama de presin temperatura para un sistema

pulicoruys~neraie de Ilkdrocarburos, donde se ilustran las (:araclt2rrsticas principales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

Fig. No. 2-36. Diagrama de presin temperatura para un gas seco . . . . . . . 170 . . . .

I.'ig. No. 2-37. Diagrama de presin-temperatura para un gas hmedo 170 t.ig. No. 2-38. Diagr'an~a de presiri-temperatura para una mezcla de

gas naeiiira! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Flg. No. 2-39. Diag:aiia cie p-4th-temye~atura para un petrleo -

reiativamente voliiail (Lslta merma) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1 Fig. No. 2-40. Diagma de presin-temperatura para un petrleo -

rd9ntiva.iner;e .ses::ds (baja merma) . . . . . . . . . . . . . . . . . 173


Pgina No. Fig. No. 2-41. Diagrama de P-T para un sistema de hidrocarburos

multicomponente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Fig. No. 2-42. Diagrama presin-temperatura de un petrleo de

yacimiento con capa de gas inicial:a) comportamiento retrgrado de la capa de gas, b) comportamiento no retrgrado de la capa de gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

Fig. No. 2-43. Diagrama presin-temperatura de un petrleo de . . . . . . . . . . . yacimiento donde existe capa de gas inicial 176

Fig. No. 2-44. Constantes de equilibrio para un sistema gas-destilado, "50, "70, "85, "90 por ciento de metano en el sistema . . . . 183

Fig. No. 2-45. Constantes de equilibrio para diferentes sistemas . . . . . . . . 185 Fig. No. 2-46. Correlacin general del coeficiente de fugacidad, u = f7p

en funcin de Pr y Tr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Fig. No. 2-47. Constantes de equilibrio para varias presiones de

convergencia (varios sistemas) a 260F . . . . . . . . . . . . . . 197 Fig. No. 2-48. Valor aproximado de la presin de convergencia.

Mtodo de Standing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 Fig. No. 2-49. Valor aproximado de la presin de convergencia. Mtodo

de Rzasa y otros, modificado por Martnez y Lorenzo . . . . 200 Fig.No. 2-50. Presin de convergencia (o lugar geomtrico de los puntos

crticos) para sistemas binarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 Fig. No. 2-51. Ilustracin de la interpolacin de la Fig. No. 2-50 . . . . . . . 208 Fig. No. 2-52. Correlacin de la presin a la que ocurre el valor mnimo

de la constante de equilibrio, Pmk, con la presin de convergencia, Pk y la presin de vapor del componente, Po . . . 215

Fig. No. 2-53. Correlacin del valor mnimo de la constante de equilibrio, Km, con la presin de convergencia, Pk y la presin de vapor del componente, Po . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Fig. No. 2-54. Determinacin del punto de ebullicin en funcin de la gravedad. especfica lquida y del peso molecular . . . . . . . . 218

Ingeniera de gas

Pgina No. Fig. No. 2-55.

Fig. No. 2-56.

Fig. No. 2-57.

Fig. No. 2-58.

Fig. No. 2-59.

Fig. No. 2-60. Fig. No. 2-61. Fig. No. 2-62. Fig. No. 2-63. Fig. No. 2-64.

Fig. No. 2-65.

Constantes de equilibrio para una presin de convergencia de 5000 lpca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 Determinacin de constantes de equilibrio para presiones de convergencia diferentes de 5000 Ipca. Ejemplo: etano

. . . . . . . . . . . a 500 lpca y 100F para un Pk = 2000 lpca 220 Correlacin para determinar la presin de malla en funcin de la presin del sistema y la presin de c'onvergencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Exponente de volatibilidad en funcin del punto de ebullicin atmosfrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Correlacin entre gravedad API, peso molecular, temperatura seudocrtica, factor de caracterizacin y

. . . . punto normal de ebullicin para hcciones de pefr6leo 225 . . . . . Solucin de fases por el mtodo de Newton-Raphson 231 . . . . Solucin de fases por el mtodo de Holland y Davison 231

Esquema de separacin de gas y petrleo en dos etapas . . . 244 . . . Esquema de separacin de gas y petrleo en tres etapas 245

Curva tpica de Bo en funcin de presin en el separador para un proceso de separacin en dos etapas . . . . . . . . . . . 248 Curvas tpicas de Bo como funcin de presin en el segundo separador para valores constantes de presin en el primer separador P1, P2, P3, P4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

Fig. No. 2-66. Curvas tipicas de: "API del petrleo en el tanque, razn gas-petrleo y porcentaje de aumento en la recuperacin en funcin de la presin del separador, para un proceso de recuperacin en dos etapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

Fig. No. 2-67. Constante A en firncin de la gravedad especfica del fluido del pozo y del porcentaje molar de metano, etano y propano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262


ndice de tablas

Pgina No. CAPITULO L.

-

'Tabla No. 1-1. Valores de la constante general de los gases para . . . . . . . . . . . . . . . . . . . diferentes unidades de P, V y T 10

Tabla No. 1-2. Conversin de porcentaje por peso a porcentaje por m01 (o volumen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Tabla No. 1-3. Conversin de porcentaje por m01 (o volumen) a porcentaje por peso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Tabla No. 1-4. Clculo de la presin y temperatura seudocrticas por el mtodo de Kay y por el Mtodo de Stewart-Burkhardt-

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Voo,SBV 37 l'abla No. 1-5. Valores de la refkacin molecu1.ar de Eykman, EMR,

de los coxnpotientes mas comunes del gas natural . . 40 1 i N 1 - 0 Vloi'es de los corticieiitcs a , usados en la Ec. 125 . . . . 46 1 ,ibla No. 1-7. Programa para el clculo de Z por el Mtodo de Sarem . . 47 Tabla No. 1-8. Programa para el clculo de Z por la ecuacin de

Redlich y Kwong . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Tabla No. 1-9. Programa de clculo de Z por el mtodo de

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Yarborough-Hall 59

Ingeniera de gas

Pgina No. Tabla No. 1-10. Comparacin de diferentes mtodos para el clculo de Z . . 67 Tabla No. 1-11. Mezcla de dos gases en la proporcin de 1 a 2,67 moles . . 68 Tabla No. 1-12. Ejemplo de mezcla de gas y lquido . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Tabla No. 1-13. Clculo del contenido lquido (riqueza) de un gas . . . . . . . 87 Tabla No. 1-14. Composicin tpica del gas natural en diferentes reas de

Venezuela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Tabla No. 1-15. Clculo del valor calorfico de un gas, en BTu/pie3 a

14,696 lpca y 60F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Pr

Tabla No. 1-16. Valores de 5 i p r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 W P r

Tabla No. 2-1. , Presiones de vapor y concentracin del benceno para el . . . . . sistema benceno-tolueno en funcin de temperatura 152

Tabla No. 2-2. Sistema de mezclas de hidrocarburos de los cuales se ha . . . . obtenido experimentalmente constantes de equilibrio 180

. . . . . . . . . . . . . . . . Tabla No. 2-3. Grfcos de constantes de equilibrio 205 Tabla No. 2-4. Ejemplo - Calculo de la presin y temperatura seudocn-

tica para la parte 11 (el sistema menos metano) de la composicin inicial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

Tabla No. 2-5. Ejemplo. Clculo de la composicin de las fases lquidas y de vapor a -20F y 600 lpca y la presin y temperatura crticas, en base a peso, de la parte II de la fase

. . . . . . . . lquida. Presin de convergencia, Pk, 2000 lpca 2 10 Tabla No. 2-6. Exponente de volatilidad, b, para hidrocarburos puros

y para sistemas de hidrocarburos, en funcin del punto de ebullicin rrormal y la temperatura del 50.6 de destilado en una destilacin de punto de ebullicin verdade- ra, TBP (True Boiling Point) respectivamente . . . . . . . . . 222

Tabla No. 2-7. Ejemplo: calculo de fases (composicin de liquido y vapor) a 1'600 lpca y 120F por el mtodo de Newton . . . . . 233

Caractersticas y comportamiento de los hidrocarburos 7

Pgina No. Tabla No. 2-8. Ejemplo. Clculo de fases (lquido y vapor) por el mto-

do de Rachford y Rice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Tabla No. 2-9. Composicin del gas y del lquido en un proceso de

separacin en tres etapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 Tabla No. 2-10. Balance molar y de materiales en una batera de

separadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 -

Tabla No. 2-1 1. Clculo de la densidad del fluido del yacimiento indicada en el Tabla No. 2-9, a 4000 lpca y 180F . . . . . . . . . . . . 253

Ingeniera de gas, principios y aplicaciones . 7

Constantes fsicas de los hidrocarburos

Referencia: GPSA-87

e

z 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64

C. O C.

3 %

9: 4 'O w o a

-296.44. -297.04. 405.73. -255.28 -217.05

-255.82 -201.51

2.17

-139.58 -244.62 -

-147.72 -199.38

-131.05 -180.89 -

-181.48 -190.86 -182.63 -210.01 -12.81

-70.18 -132.11 -161.27 -64.28 -21.36 -136.91 -224.40 43.77

-195.87

-272.47, -301.45* -501.63. -218.06 -157.96 -220.65 -265.39 -213.16 -164.02 -230.73

-114.5. 41.95

-139.00 -158.966 -13.59 -54.18 55.83 -23.10. -440.814

-143.79 -173.4 -337.00, -69.83. -121.880 -103.86*

-107.M* -

-435.26. -361.820* -346.00. -149.731 32.00 ---

-173.52.

Componentes

Metano Etano Propano Isobutano n-Butano Isopentnno n-Pentano Nenpentniio n-Hexano 2-Mctilpentaiio 3-Metilpentano Neohexano

132.3-Dimetiibutano n-Ileptano 2-MeHihexano 3-MeHUiexano 3-Etii entano 2,2-DEnetUpentano 2,4-Dimetflpcntano 33-Dhnetilpentnno Triptano n-Octano Diisobutii Isooctano n-Nonano n-Decano Ciclopentano Metilciclopentnno Ciclohexano MetUciclohexano Eteno (Etiieno) Propeno Qnpiieno) 1-Buteno(ButUeno) Cis-2-Buteno Trnns-2-Buteno Isobuteno 1-Penteno 1.2-Butadieno 1.3-Butndieno Isopreno Acetileno Benceno Tolueno Etilbenceno o-Xileno m-Xileno pXiieno Estireno IsopropUbenceno Alcohol metilico Alcohol etilico MonGxido de carbono Dixodo de carbono Sulfuro de hidrgeno Dixido de azufre Amonaco Aire Hidrgeno O eno ,&en0 Cloro Agua IIeUo Clroruro de hidrbgcno

D . 'O Consl~ntrs crticns 5 r-. u h V O

4 % V

A . B.

h O

"d -

1.00042. 1.20971* 1.29180i 1.3245. 1.33588.

1.35631 1.35992 1.342.

1.37708 1.37387 1.37888 1.37126 1.37730

1.38989 1.58714, 1.59091 1.39586 1.38446 1 . m 7 9 1.38564 1.39168

1.39956 1.59461 1.38624 1.40746 1.41585 1.40896. 1 .41210 1.42862 1.42538

(1.228 1.31di 1.3494. 1.3665. 1.3563* 1.3512* 1.37426 -

1.3975- 1.42498 -

1.50396 1.49942 1.49826 1.50767 1.49951 1.49810 1.54937 1.49372

1.33034 1.36346 1.00036. 1.00048* 1.00060. 1.00062.

1.00036. 1.00028. l.OWfl3* 1.00027. 1.00028* 1.3878. 1.33335 1 .OMW)3* 1.00042*

CH4 CzHa C3Hn C4Hio C4Hio

C 5 H l l CSHIZ CsHiz

CnH14 CsHi4 CtiHi4 CsHi4 CsHi4

C ~ H I ~ C7Hir C i H i s C7Hts C7His C7His CHit , C7H16

CnHin CeHie CnHin CsHzo C i o H u CSHIO Cs Hiz CsHiz C H i r

C Z H ~ C3H6 C4Hn C ~ H U C4Hw C4Hs CSHIO C4Hn C4Hh CsHn

C Z H Z CaHn C7Hw CnHin CsHio CnHin CsHio C ~ H R CIHII CH4O CzHbO CO COZ Hz S SO2

NH3 Nz+Oz Hz 01 N C I 2 H z 0 He HC I

E -0

666.4 706.5 616.0 527.9 550.6

490.4 488.6 464.0

436.9 436.6 453.1 446.8 453.5

396.8 396.5 408.1 419.3 402.2 396.9 427.2 428.4

360.7 360.6 372.4 331.8 505.2 655.8 548.9 590.8 503.5

731.0 668.6 583.5 612.1 587.4 580.2

(653. 5:::! (558.). 890.4 710.4 595.5 523.0 541.6 512.9 509.2 587.8 465.4

1174. 890.1 507.5 1071. 1300. 1143.

1646. 546.9 188.1 731.4 493.1 1157. 3198.8 32.99

1205.

16.043 30.070 44.097 58.123 58.123

72.150 72.150 72.150

86.177 86.177 86.177 86.177 86.177

100.204 100.204 100.204 100.204 100.204 100.204 100.204 100.204

114.231 114.231 114.231 128.258 142.285 70.134 84.161 84.161 98.188

28.054 42.081 56.108 56.108 56.108 56.108 70.134 54.092 54.092 68.119

26.038 78.114 92.141 106.167 106.167 106.167 106.167 104.152 120.194

32.042 46.069 28.010 44.010 34.08 64.06

174305 28.9625 2.0159 31.9988 28.0134 70.906 18.0153 4.0026 36.461

r -116.67 89.92 206.06 274.46 305.62

385.8

453.6 435.85 448.4 420.13 440.29

512.7 495.00 503.60 513.39 477.23 475.95 505.87 496.44

581.22 550.44 519.46 610.68 652.0 481.2 499.35 536.6 570.27

48.54 197.17 295.48 324.37 311.86 292.55 376.93 (340.). 305. (412.). 95.34 552.22 605.57 651.29 674.92 651.02 649.54 (703. 676.3.

465.39 -220.43 87.91 212.45 315.8

270.2 -221.31 -399.9 -181.43 -232.51 290.75 705.16 -4.W. 31 124.77

-258.73 -127.49 -43.75 10.78 31.08

82.12 96.92 49.10

155.72 140.47 145.89 121.52 136.36

209.16 194.09 197.33 200.25 174.54 176.89 186.91 177.58

258.21 228.39 210.63 303.47 345.48 120.65 161 .25 177.29 213.68

-154.73 -53.84 20.79 38.69 33.58 19.59 85.93 51.53 24.06 93.31

-120.49. 176.18 231.13 277.16 291.97 282.41 281.07 293.25 306.34

148.44 172.90

-312.68 -109.257. -76.497 14.11

-27.99 -317.8 -422.955. -297.332. -320.451 -29.13 212.000* -452.09 -121 .27

a a

(5000 l d * 72.581 51.706

20.445 15.574 36.69

4.9597 6.769 6.103 9.859 7.406

1.620 2.272 2.131 2.013 3.494 3.293 2.774 3.375

0.53694 1.102 1.709 0.17953 0.06088 9.915 4.503 3.266 1.609

g??)* 62.10 45.95 49.87 63.02 19.12 36 53 59:46 16.68 -

3.225 1.033 0.3716 0.2843 0,3265 0.3424 0.2582 0.1884

4.629 2.312 --

-

394.59 85.46

211.9 ----

--

-

-

157.3 0.9501 -

906.71

59 0.0988 0.0703 0.0727 0.0714 0.0703

369.100.0679 0.0675

321.130.0675

0.0688 0.0682 0.0882 0.0687 0.0665

0.0691 0.0673 0.0646 0.0665 0.0665 0.0668 0.0662 0.06.36

0.0680 0.0676 0.0656 0.0684 0.0679 0.0594 0 .O607 0.0588 0.0600

0.0746 0.0689 0.0685 0.0668 0.0679 0.0682 0.0676 0.065). (0.065439 (0.065). 0.0695 0.0531 0.0550 0.0565 0.0557 0.0567 0.0570 0.053448 0.0572

463.080.0590 0.0581 0.0532 0.0344 0.0461 0.0505

0.0661 0.0517 0.5165 0.0367 0.0510 0.0280 0.0497s 0.2300 0.0356

z 1 2 3 4 5

6 7 8

9 10 1 1 12 13

14 15 16 17 18 19 20 21

22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

40

41 42 43 U 45 46 47

49

50 51 52 53 54 55

56 57 58 59 60 61 62 63 64

Ingeniera de gas, principios y aplicaciones


Referencia: GPSA-87 u-- ----

12

,g

1 2 3< 4 5

6 7 8

9 10 1 1 12 13

14 15 16 17 18 19 20 21

22 23 24 25 26 27 28 29 30

3 1 32 33 34 35 36 37 38 39 40

41 42 43 44 45 46 47 48 49

50 51 52 53 54 55

56 57 58 59 60 61 62 6.3 64

E F G Il 1 J Densidad de liquido ( 14,696 Ipcn, 601;) 3 Gris ideal ( l4,69G lprn, GOOF) espccleco r B .a 60F, 14,696 lpca

1 2 3 4 5

6 7 8

9 10 1 1 12 13

14 15 16 17 18 19 20 21

22 23 24 25 26 27 28 29 30

32 33 34 35 36 37 58 39 40

41 42 43 44 45 46 47 48 49

50 51 52 53 54 55

56 57 58 59 60 61 62 63 M i

E ~ U l , i b ~ . ~ F )

c p , liquido

-

0.97225 0.61996 0.57066 0.57272

0.53331 0.54363 0.55021

0.53327 0.52732 0.51876 0.51367 0.51308

0.52802 0.52199 0.51019 0.51410 0.51678 0.52440 0.50138 0.49920

0.52406 0.51130 0.48951 0.52244 0.52103 0.42182 0.44126 0.43584 0.44012 -

0.57116 0.54533 0.52980 0.54215 0.54839 0.51782 0.54029 0.53447 0.51933 -

0.40989 0.40095 0.41139 0.41620 0.40545 0.40255 0.41220 0.42053

0.59187 0.56610 -

-

0.50418 0.32460

1.1209 -

-

-

-

-

O . 99974 -

-

( o . + 0.3&619* 0.50699. 0.56287, 0.58401.

0.62470 0.63112 0.59666,

0.66383 0.65785 0.66901 0.65385 0.66631

0.68820 0.68310 0,69165 0.70276 0.67829 0.67733 0.69772 0.69457 '

0.70696 0.69793 0.89624 0.72187 0.73421 0.75050 0.75349 0.78347 0.77400

0.52095. 0.60107+ 0.62717. 0.60996. 0.60040. 0.64571 0.65799. 0.62723. 0.68615

(0.41796) 0.88448 0.87190 0.87168 0.88467 0.86875 0.86578 0.91108 0.86634

0.79626 0.79399 0.78959. 0.81802. 0.80144. 1.3974.

0.61832. 0.87476.

1.1421. 0.809$4* 1.4244. 1.00000 O 12510. 0.85129+

+

E G LP,

(2.51. 2.7 96. 4.2268. 4 6927. 4.8690.

5.2082 5.2617 4.9744.

5.5344 5.4846 5.5776 5.4512 5.5551

5.7376 5.6951 5.7664 5.8590 5.6550 5.6470 5.8170 5.7907

5.894 5.8187 5.8046 6.0183 6.1212 6.2570 6.2819 6.5319 6.4529

3 1 - - - 4.5432. 5.0112. 5.2288. 5.0853. 5.0056. 5.3834 5.4657. 5.2293. 5.7205

(3.4842) 7.3740 7.2691 7.2673 7.3756 7.2429 7.2181 7.5958 7.2228

6.6385 6.6196 6.5812. 6.8199. 6.6817. 11.650.

5.1550, 7.2939.

0.071070r0.59252r 9.5221. 6.7481. 11.875* 8.33712 1 .O+=* 7.0973,

a

16:4172) O 126, 10.433*4 12.3r 11.937.

13.853 13.712 14.504.

15.571 15.713 15.451 15.009 15.513

17.464 17.595 17.377 17.M3 17.720 17.745 17.226 17.504

19.381 19.632 19.679 21.311 23.245 11.209 13.397 12.885 15.216

9.- 11.197. 10.731- 1'1.033* 11.209* 13.028 9.8605.

10.344* 11.908

(7.473) 10.593 12.676 14.609 14.394 14.658 14.708 13.712 16.641

4.8267 6.9595 4.2561. 6.4532, 5.1865, 5.4917-

3.3U37r 3.9713, 3.4022i 3 . w . 4.1513r 5.9710. 2.1 3.83% 5.1373.

-

-

-0.00162r -0.00f19. -0.00106*

-0.00090 -0.00086 -0.00106r

-0.00075 -0.00076 -0.00076 -0.00076 -0.00076

-0.00068 -0.00070 -0.00070 -0.80069 -0.80070 +.m73 -0.00067 -0.00068

-0.00064 -0.00067 -0.00065 -0.00061 -0.00057 -0.00073 -0.UO69 -0.00065 -0.00062 -

-.00173+ -9.00112* -0.08105* -0.00106* -0.00117* -0.00089 -0.00101* -0.110* -0.00082 -

-0.00067 -0.00059 4.09056 -0.09052 -0.0053 -0.00056 -0.00053 -0.00055

-0.00066 -0.00058 -

-0.00583. -0.00157* -

-

-

-

-

-

-

-0.00009 -

-0.00300*

0.0104 0.0979 0.1522 0.1852 0.1995

0.2280 0.2514 0.1963

0.2994 0.2780 0.2132 0.2326 0.2469

0.3494 0.3298 0.3232 0.3105 0.2871 0.3026 0.2674 0.2503

0.3977 0.3564 0.3035 0.4445 0.4898 0.1950 0.2302 0.2096 0.2358

0.0865 0.1356 0.1941 0.2029 0.2128 0.1999 0.2333 0.2540 0,2007 0.1568

0.1949 0.2093 0.2633 0.3027 0.3942 0.3257 0.3216 (0.2412) 0.3260

0.5649 0.6438 0.0484 0.2667 0.0948 0.2548

0.2551 -

-0.2202 0.0216 0.0372 0.0878 0.3443 O. 0.1759

0.9980 0.9919 0.9825 0.9111 0,9667 --

-

0.9582 -

-

--

-

---

--

--

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0 9936 0.9844 0.9699 0.9665 0.9667 0,8700 - f:::::] ---

O B930 -

-

-

-

-

-

e-

-

-

-

0.9959 0.9943 0 9846 0.9002

U 9 6 7 1 1 0000 1W06 119992 119997 (0.9075) -

1 0006 O 9373

-r-.

0.5539 1.0382 1 5226 2.W68 2.0068

2.4912 2.4912 2.4912

2.9755 2.9755 2.9755 2.9755 2.9755

3.4598 3.4598 3.4598 3.4598 3.4598 3.4598 3.4598 3.4598

3.9441 3.9441 3.9441 4.4284 4.9127 2.4215 2.9059 2.9059 3.3902

0.9686 1.4529 1.9373 1.9373 1.9373 1.9373 2.4215 1.8677 1.8677 2.3520

0.8990 2.6971 3.1814 3.6657 3.6657 3.6657 3.6657 3.5961 4.1500

1.1063 1.5906 0.9671 1.5196 1.1767 2.2118

0.5fl80 1 .O000 0.06960188.25 1.1048 O9672 2.4482 O. 62202 0.1382 1.7589

23.654 12.620 8.6059 6.5291 6.5291

5.2596 5.2596 5.2596

4.4035 4.4035 4.4035 4.4035 4.4035

3.7872 3.7872 3.7872 3.7872 3.7872 3.7872 3.7872 3.7872

3.3220 3.3220 3.3220 2.9588 2.6671 5.4110 4.5090 4.5090 3.8649

13.527 9.0179 6.7636 6.7636 6.7636 6.7636 5.4110 7.0156 7.0156 5.5710

14.574 4.8581 4.1184 3.5744 3.5744 3.5744 3.5744 3.6435 3.1573

11.843 8.2372 15.548 8.6229 11.135 5.9238

22.783 13.103

11.859 13.546 5.3519 21 .O65 94.814 10.408

a (59.135)*0.52669 37.476. 36.375. 50.639. 31.790*

27.393 27.674 26.163.

24.371 24.152 24.561 24.005 24.462

21.729 21.568 21.838 22.189 21.416 21.386 22.030 21.930

19.580 19.330 19.283 17.807 16.326 33.856 28.325 29.452 24.940 -

39.167, 53.894. 35.366. 34.395. 33.856, 29.129 38.485, 36.687. 31.869 -

35.824 29.937 25.976 26.363 25.889 25.800 27.675 22.804

78.622 54.527 89.163, 58,807. 74.401. 69.012.

114.87, 95.557. 111.54* 112.93, 91.413. 63.554. 175.62 98.891, 73.869.

Gns idcal

0.40782 0.38852 0.38669 0.39499

0.38440 0.38825 0.39038

U.58628 0.38526 0.37902 0.38231 0.37762

0.38447 0.33041 0.37882 0.38646 0.30594 0.39414 0.38306 0.37724

0.36331 0.37571 0.38222 0.38246 0.38179 0.27199 0.30100 0.28817 0.31700

0.35697 0.35714 0.35446 0.33754 0.35574 0.37690 0.36351 0.34347 0.34120 0.35072

0.39754 0.24296 0.26370 0.27792 0.28964 0.27427 0.2747? 0.27110 0.29170

U.32316 0.33222 0.24847 0.19911 0.25827 0.14804

0.49677 0.25988 3.4038 0.21892 0.24828 0.11377 0.44457 1.2404 0.19086


e .S z 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55

56 57 S8 59 60 61 62 63 64

~- ~--p

Constantes fsicas de los hidrocarburos K fL / 1 h l 1,mite de infla-

Valor caloiifico, 60F niabilidnd, Nn'c'O dc Neto %vol.

Componentes Li O - e O

,:e 2

Metnno 909.4 1010.0 - --- 219.45 8.548 5.0 15.0 --- - - 1 Etano 1618.7 20277.1 1769.6 22181.. 65869.. 211.14 18.7!0 2.9 13.0 M.05 +1.6* 2 Propano 2314.9 19757.. 2516.1. 21489.. 90830.* 1BJ.Ul 23.871 2.0 0.5 97.1 +1.8* 3 Isobutario 3000.4 19437.e 3251.9 21079.. 98917.4 157.23 31.032 1.8 8.5 97.6 Ul.1*.4 n-Butano Isopentano . n-Pentano Neopentano

n-Hexano. 2-Metiipentano 3-Mefflpentano Neohexano 2,3-DimetUbutano n-Heptano 2-Metiiiexano 3-Methexano 3-Etiipentano 2,2-Dimetflpentnno 2,4-l)iinetiipentano 3,3-Dimetfipeiitano Triptano n-Octano Diisobutii Isooctnnw n-Nonano n-Decano Ciclopentano hletilclclopentnno Clclohexano Metiiciclohexano Eteno (Etiieno) Propeno (Propileno) 1-Buteno (Butileno) Cis-2-Buteno Trans-2-Buteno Isobuteno 1-Penteno 1.2-Butadieno 1,3-Butadieno Isopre~io Acetileno Benceno Tolueno Etiibcnceno o-Xileno m-Xfleno pXilcno Estireno Isopropiibenceno

Alcohol metilico Alcohol eHUco Monxido de carbono Dixodo de carbono Sulfuro de hidrgeno Dixido de azufre Ainonlaco 559.0

0.0 Aire IIidr6geno 273.8 Oxlgeiio 0.0 Nitrgeno ci.n cloro Agur (1.0 * IIclio [).o 0 . 0 Clroruro de hidrgeno - --

Referencia: GPSA-87



Referencias: GPSA-80

C

-

No.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 18 17 18 19 20 21 22 23 24 25 28 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

. a 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 80 81 62 63

-64

I

Metano Etano Propano n-Butano Isobutano n-Pentano lsopentano Neopentano n-tfexano 2-Metilpentano 3-Metilpentano Neohexano 2,3-Dimetilbutano n-Heptano 2-Metilhexano 3-Metilhexano 3-Etilpentan~ 2,2-Dimetilpentano 2,4-Dimetilpentano 3,3-Dimetilpentano Triptano n-octano Diisobutil IS00ctan0 n-Nonano n-Decano Ciclopentano Metilciclopentano Ciclohexano Metilciclohexano Etileno Propiieno Butileno cis-2-Buteno trans-2-Buteno lsobuteno 1-Penteno 1 2-Butadieno 1'3-~utadieno 1;opreno Acetileno Benceno Tolueno Etilbeiiceno o-Xileno m-Xileno p-Xileno E a l b c n c e n o Alcohol metilico Alcohol etlico Monxido de carbono Di6xido de carbono S"Ifu!o de hidegeno Dixido sulfurico Amonaco Aire Hidrbgeno Oxgeno NiMgeno Cloro Agua Ilelio Cloruro de hidrgeiio

nl -

'O L4

CH4 C1H6 C H 8 C4Hlo C4HI0 CsHl2 CsHi2 CSHlz C6H14 C6H14 C6H14 C6H14 C6H14 C7H16 ClHl6 C1H16 C7H16 C1H1 6 C1fi16 C7kiI6 C7Hl6 CsH16 C8H18 C8Hll C9H20 CloHZl CsHlo C6HI 2 C6Hll C7H 14 CzH4 C3Hs C4Hu C ~ H B C4Hs CsHs CsHio C4H6 C4Hs CsHa C2H2 C6Hs C7Ha CsHlo CaHio CrHlo CaHto CsHs C9Hll CH40 C2H60 CO CO H I ~ sol NH3 NI + 0 2 HI 0 2 N 1 c'1 H I ~ He HCI

1.

2 2 Q -

8 S: Q P . .

16.043 30.070 44.097 58.124 58.124 72.151 72.151 72.151 86.178 86.178 86.178 86.178 86.178

100.205 100.205 100.205 100205 100.205 100.205 100.205 100.205 114.232 114232 ?14.232 128.259 142.288 70.135 84.162 84.162 98.189 28.054 42.081 56.108 56.108 56.108 56.108 70.135 54.092 54.092 8EI.119 26.038 78.114 92.141

106.168 106.168 106.168 106.168 104.152 120.195 32.042 46.069 28.010 44.010 34.076 64.059 17.031 28.964 2.016

31.999 28.013 70.906 18.015 4.003

36.461

2. 3. c? L- e do" .-, m g" 4 S v 5% & -

oU o

h

4 u

$ d' 9 .m m

E 4 604. 4880. 4249. 3 797. 3648. 3369. 3381. 3 199. 3012. 3 010. 3 124. 3081. 3 127. 2 736. 2734. 2 814. 2891. 2 773. 2 737. 2 945. 2 954. 2 486. 2488. 2 568. 2 208. 2099. 4 502. 3 785. 4 074. 3472. 5041. 4 800. 4023. 4220. 4 047. 3999. 3529.

(4 502.1 4330. 13 850.) 6 139. 4 898. 7108. ' 3 609. 3 734. 3 536. 3511. 3999. 3 209. 6036. 6383. 3 499.133) 7 382.1331 9 W!3. 7 894.

11 280. 3 771 .(2) 1 297. 5081. 3399. 7711.

22 118. 227.5(32)

8308.

e

-161.52(28) -88.58 -42.07 -0.49

-11.81 36.06 27.84 9.50

68.74 60.26 63.27 49.73 57.98 98.42 90.05 91.85 93.48 79.19 80.49 86.06 80.88

125.67 109.11 99.24

150.82 174.16 49.25 71.81 80.73

100.93 -103.77291 -47.72 -6.23

3.72 0.88

-6.91 29.96 10.85

-4.41 34.07

-84.88e 80.09

110.63 136.20 144.43 139.12 138.36 145.14 . 152.41 64.54 78.29

-191.49. -78.51 -60.31 -10.02 -33.33(30)

-194.2(21 -252.87" -182.962" -195.80(31) -34.03 100.0OU

-268.9332) -85.00

Constantes

g

b 190.55 305.43 389.82 425.18 408.13 469.6 460.39 433.75 507.4 497.45 504.4 488.73 499.93 540.2 530.31 535.19 640.57 520.44 519.73 536.34 531.1 1 568.76 549 .99 543.89 594.58 617.4 511.6 532.73 553.5 572.12 282.35 364.85 419.53 435.58 428.63 417.90 464.78

(444.) 425.

(484.) 308.33 582.18 59 1 .80 617.20 830.33 617.05 618.23 647.6 831.1 512.64 513.92 132.921331 304.19(33) 373.5 430.8 405.6 132.4(2) 33.2

154.7(33) 126.1 417. 647.3

5.2(32) 324.7

'O ."

35COO.l '(6GUO.)

1341. 377. 528. 115.66 151.3 269. 37.28 50.68 45.73 73.41 55.34 12.34 17.22 16.16

' 15.27 26.32 24.84 20.93 25.40 4.143 8.417

12.96 1.40 0.4732

73.97 33.85 24.63 12.213 -

1596. 451.9 337.6 365.8 452.3 141.65 269. 434. 123.77 -

24.38 7.895 2.87 2.05 2.53 2.65 1.85 1.47

35.43 17.70 -

-

2881. 630.8

1 513. -

-

-

-

1134. 7.377 -

6304.

crlticas

-

9 0.006 17 0.004 92 0.004 80 0.004 39 0.004 52 0.004 21 0.004 24 0.004 20 0.004 29 0.004 26 0.004 26 0.004 17 0.004 15 0.004 31 O m 20 O m 03 0.004 15 0.004 15 0.004 17 0.004 13 0.003 97 0.004 31 0.004 22 0.004 10 0.004 27 0.004 24 0.003 71 0.003 79 0.003 68 0.003 75 0.004 67 0.004 30 0.004 28 0.004 17 0.004 24 0.004 26 0.004 22

(0.004 051 0.004 09

(0.004 061 0.004 34 0.003 28 0.003 43 0.003 53 0.003 48 0.003 54 0.003 56 0.003 38 0.003 57 0.003 68 0.003 62 0.003 321331 0.002 14133) 0.002 87 0.001 90 0.004 25 0.003 23(3) 0.032 24 0.002 29 0.003 22 0.001 75 0.003 18 0.014 3632) 0.002 22

-182.47~ -182.80~ -187.13ad -138.36 -159.60 -129.73 -159.90 -16.55 -95.32

-153.66 -

-99.870 -128.54

-90.582 -118.27 -

-118.80 -123.81 -1 19.24 -134.46 -24.91 -56.76 -91.200

-107.38 -53.49 -29.64 -93.886

-142.48 6.554

-126.59 -189.15~ -165.25~ -185.35~ -138.91 -105.56 -140.35 -165.22 -136.19 -108.91 -145.95 -80.8~

5.533 -94.991 -94.975 -25.18 -47.87

13.26. -30.61 -96.035 -97.68

-114.1 . -205.0d - ~ . 5 7 ~ -85.53


Constantes fsicas ,de los hidrocarburos

Referencias: GPSA-80

4. 5. 6 . 7 . 8. 9. Densidad d e lquido Gas ideal Calor especifico

101,3250 kPa (abs), 15OC - kPa(abs), 15C. 101,325 kPa(abs),

15C No.

(0.311 ~300.1i (300.)' (0.05)' - 0.0126 0.9981 0.5539 1.474 (442.)( 2.204 - 1 0.3581h 357.ehsX 356.Gh 0.084 04h - 0.0978 1.0382 0.7863 281.9 1.706 3.807 2 0.9915 0.5089 5 0 7 . 8 ~ ~ ~ 506.7~ 0.086 &lh 0.002 74; 0.154 1 0.981 0 1.5225 0.5362 272.3h 1.625 2.476 3 0.5847~ 6 ~ 4 . 2 ~ 583.1~ 0.099 4 0.002 11 0.2015 0.9641 2.0068 0.4068 237.6; 1.652 2.366(41\ 4 0.5637~ 563.2h 562.1~ 0.103 8h 0.002 lah 0.1640 0.9665 2.0068 0.4068 229.1 1.616 2.366(41) 5 0.6316 0.6250 0.5972~ 0.6644 0.6583 0.6694 0.6545 0.6668 0.6886 0.6835 0.6921 0.7032 0.6787 0.6777 0.6980 0.6950 0.7073 0.6984 0.6966 0.7224 0.7346 0.7508 0.7511 0.7838 0.7744 -

0.5231h 0.6019~ 0.6277~ 0.6105~ 0.60loh 0.6462 0.6576~ 0.628oh 0.6866 0.61 5k 0.8850 0.8723 0.8721 0.8850 0.8691 0.8661 0.9115 0.8667 0.7967 0.7922 0.7893"' 0.8226~ 0.789g 1.397 0.6183~ 0.856"'m) ?%%25) 0.8W3"06) 1.426 I1_ 0.1251"' 0.8538

631.0 624.4 596.7h 663.8 657.7 668.8 653.9 666.2 688.0 682.8 691.5 702.6 678.0 677.1 697.4 694.4 706.7 697.7 696.0 721.7 733.9 750.2 753.4 763.1 773.7 -

522.d '~~ 601.4: 627.1 610.d' 600.5~ 645.f 657. 627.4h 686.0

884.2 871.6 871.3 884.2 868.3 865.3 910.6 866.0 796.0 791.5 788.6"'(34) 821 . ~ ~ 1 3 5 ) 789.pX(36

1396. J(36)) 617.7~.~(30) 855."'

71.0Om37) 1141."'(38) 808.6"'(31)

1424.5 988.1 125.0m(32) 853.0'

629.9 623.3 ~ 9 5 . 6 ~ 662.7 656.6 667.7 652.8 665.1 886.9 681.7 690.4 701.5 676.9 676.0 696.3 693.3 705.6 696.6 694.9 720.6 . 732.8 749.1 752.3 782.0 772.6 -

521.5~ 600.9 626.d' 608.9~ ~ 9 9 . 4 ~ 6443 656. 626.3h 684.9 -

883.1 870.5 870.5 883.1 867.2 864.2 909.5 884.9 794.9 790.4 -

820.8~ 787.1~

1395. 616.6~ -

-

-

-

1423.5 998.0 -

851.9

0.1 14 3 0.1 15 6 0.120 gh 0.129 8 0.131 O 0.128 9 0.131 8 0.129 4 0.145 6 0.146 8 0.144 9 0.1426 0.1478 0.148 O 0.143 7 0.144 3 0.1616 0.163 7 0.164 1 0.177 7 0.1939 0.093 49 0.1 11 7 0.107 5 0.126 9 -

0.080 6gh 0.093 3oh 0.089 47h 0.091 9ah 0.093 44h 0.108 6 0.082.33~ 0.086 22h 0.099 30 -

0.08834 0.105 7 0.121 9 0.120 1 0.122 3 0.122 7 0.1144 0.139 O 0.040 25 0.058 20 0.035 52"' 0.053 55h 0.043 lgh 0.045 8gh 0.02757" 0.033 9" 0.028 39" 0.028 04" 0.034Mm 0.049 78 0.018 03 0.03202"' 0.042 74

0.001 57 O.W1 62 0.001 87h 0.001 35 0.001 40 0.001 35 0.001 40 0.001 35 0.001 24 0.001 22 0.001 24 0.00126 0.00130 0.001 30 0.001 17 0.001 24 0.00112 0.001 17 0.001 17 0.001 13 0.000 99 0.001 26 0.001 28 0.001 22 0.001 13 -

0.003 4@ 0.002 09h 0.001 76h 0.001 9 9 0.002 1 6 ~ 0.001 60 0.001 76h 0.002 0 3 ~ 0.001 55 -

0.00119 0.001 08 0.00097 0.000 99 0.000 97 0.000 97 0.00103 0 . W 97 0.001 17 0.001 07 -

-

-

-

-

-

--

-

--

-

0.000 14 -

0.006 03

0.2524 0.2286 0.1967 0.2998 0.2784 0.2741 0.2333 0.2475 0.3494 0.3303 0.3239 0.3107 0.2876 0.3031 0.2681 0.2509 0.3981 0.3564 0.3041 0.4452 0.4904 0.1945 0.2308 0.2098 0.2364 0.0869 0.1443 0.1949 0.2033 0.2126 0.2026 0.2334 (0.2540) 0.197 1

(0.1567) 0.1893 0.2095 0.2633 0.3031 0.3113 0.3257 0.3214 0.1997 0.3260 0.5648 0.6608 0.0442 0.2667 0.0920 0.2548 0.2576 -

-0.21Sw 0.0200 0.0372 0.0737 0.3434 O 0.1232

0.942t 0.948t 0.9538 O.9lOt -

-

-

0.852t -

-

-

-

-

-

-

0.783t -

-

-

O.949t -

-

0.9938 0.9844 0.9703 0.9660 0.9661 0.9088 0.948t (0.969) (0.965) 0.949t 0.9925 0.929t 0.903~ -

-

-

-

-

-

-

-

0.9995 - 0.8843 0.9903 0.9801t 0.9899(30) 0.9996 1 . W 6 0.9993!39) 0.9997

(0.Q875itW) -

1.000 5(40) -

2.491 1 2.491 1 2.4911 2.9753 2.9753 2.9753 29753 29753 3.4596 3.4596 3.4596 3.4596 3.4596 3.4596 3.4596 3.4596 3.9439 3.9439 3.9439 4.4282 4.9125 2.4215 2.9057 2.9057 3.3900 0.9686 1.4529 1.9372 1.9372 1.9372 1.9372 2.4215 1.8676 1.8676 2.3519 0.8990 2.6969 3.1812 3.6655 3.6655 3.6655 3.6655 3.5959 4.1498 1.1063 1.5906 0.9871 1.5195 1.1765 2.2117 0.5880 1.0000 0.0696 1.1048 3.9672 2.4481 0.6220 0.1382 1.2588

0.3277 0.3277 0.3277 0.2744 0.2744 02744 0.2744 0.2744 0.2360 0.2360 02360 0.2360 0.2360 0.2380 0.2360 0.2360 0.2070 02070 02070 0.1843 0.1662 0.3371 0.2809 0.2809 02408 0.8428 0.5619 0.4214 0.4214 0.4214 0.4214 0.3371 0.4371 0.4371 0.3471 0.9081 0.3027 02508 0.2227 0.2227 0.2227 02227 02270 0.1967 0.7379 0.5132 0.8441 0.5373 0.6939 0.3691 1.388 0.8163

11.73 0.7389 0.8441 0.3335 1.312 5.907 0.6485

206.8 204.6 195.5~ 182.1 180.5 183.5 179.4 182.8 162.4 161.1 163.2 165.8 160.0 159.8 164.6 163.9 146.3 144.4 144.1 133.0 122.0 252.9 21 1.7 220.0 186.3 -

293.6h 253.4h 2 ~ . 3 ~ 257.1; 253.1 217.7 ~ 8 7 . 2 ~ 274.2h 238.1 -

267.6 223.7 194.0 196.9 193.4 192.7 206.7 170.4 587.4 406.2 -

441.6~ ~ 4 7 . 5 ~ 515.9 857.4 -

-

-

-

475.0 13?1. -

553.2

1.622 1.600 1.624 1.613 1.602 1.578 1.593 1.566 1.606 1.595 1.584 1.613 1.613 1.651 1.603 1.578 1.601 1.573 1.599 1.598 1.595 1.133 1.258 1.21 1 1.324 1.514 1.480 1.483 1.366 1.528 1.547 1.519 1.446 1.426 1.492 1.659 1.014 1.085 1.168 1.218 1.163 1.157 1.133 1.219 1.352 1.389 1.040 0.8330 0.9960 0.6062 2.079 1 .O05

14.24 0.9166 ,040 0.4760 1.862 5.192 0.7991

2.292(41) 2.239 2.317 2.231 2.205 2.170 2.148 2.146 2209 2.183 2.137 2.150 2.161 2.193 2.069 2.088 2.191 2.138 2.049 2.184 2.179 1.763 1.843 1.81 1 1.839 -

2.443 2.237 2.241(421 2.238 2.296 2.241(43) 2.262 2.124 2.171 -

1.715 1.877 1.721 1.741 1.696 1.708 1.724 1.732 2.484 2.348 -

-

2.08(36) 1.359(36) 4.693(30) -

-

-

-

-

4.191 -

6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 26 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 38 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64


Constantes lisicas de los hidrocarburos

Captulo 1

Caractersticas de los hidrocarburos


Nomenclatura, terminologa y smbolos

aij API atm bls

BWR BTU

C,, CH,

en diagramas triangulares: fi-accin o porcentaje por peso, molar o volumtrico de los componentes individuales. constante para la mezcla en la ecuacin de estado. American Petroleum Institute. atmsfera. barriles. factor volumtrico del petrleo. Benedict- Webb-Rubin. unidad trmica britnica. nmero de componentes constitutivos de un sistema, regla de Gibbs. metano. etano . propano. propano y ms pesados. hexano. hexano y compuestos ms pesados. heptano.

Ingeniera de gas

Continuacin C7- heptano y compuestos ms pesados. c, octano. C9 nonano. CIO decano. CG Charlile-Gillett. cms3 centmetros cbicos. Comp. composicin. const. constante.

co2 dixido de carbono. COS sulfuro de carbonilo. CPU Unidad Central de Procesos, en el computador. CS, disulfuro de carbono. dV derivada de V. dP derivada de P. dPr derivada de la presin reducida. dT derivada de T. DA Dranchuk-Abou-Kassen. DPR Dranchuk-Purvis-Robinson. e nmero e = 2,7182818. Ec ecuacin. Ecs. ecuaciones. EMR refraccin molecular de Eykrnan. EMRI ndice de re?accin molecular de Eykman etc etctera. f fugacidad.

' f" fugacidad de un monocomponente. F grados de libertad, regla de Gibbs. F alimentacin, moles que llegan en la carga.

,

F, f fugacidad, trmino para denotar energa libre. Fig. figura. Frac. fraccin.


Continuacin Fsk factor de correccin por acidez. GPSA Gas Processors Suppliers Association. GPM galones por mil pies cbicos. GR gradiente promedio. GS Gray-Sims. o exponente para identificar un componente puro. a grados, escrito antes de una letra, ejemplo "F. "F grados, Farenheit. "C grados, Centgrado. "R grados, Rankme. "K grados, Kelvin. grs, gms gramos. H2S cido sulfrico. H 5 0 agua. lc.4 isobutano. iC' isopentano. J, K constantes empleadas en la regla de SBV.

Kmin lb, lbs Ibs/lbmol lppca lpca lpcm lag ln M m3 Ma mez.

Mg

constante de equilibrio. valor mnimo de la constante de equilibrio. libras. libras por libra mol. libras por pie cuadrado absoluta. libras por pulgada cuadrada absoluta. libras por pulgada cuadrada manomtrica. logaritrno en base 10. logaritmo natural. peso molecular. metro cbico. peso molecular del aire. mezcla. peso molecdar del gas.

Ingeniera de gas

Continuacin Mm peso molecular aparente de la mezcla. Mol. molar. n nmero de moles. nC4 butano normal. llc, pentano normal. N Nitrgeno No. nmero. 0; oxgeno. O/O porcentaje. P presin. P nmero de fases, regla de Gibbs. Po presin de vapor. pg. pagina. Pc presin crtica. Pcn pies cbicos normales. P f presin de fondo. pie' pies cbicos. Pk presin de convergencia. PP presin promedio. PPm,v parte por milln, por volumen. PR Peng-Robinson. Pr presin reducida. P S presin de superficie. Psc presin seudocntica. P'sc presibn seudocrtica corregida por acidez. Psr presin seudoneducida. P- T presin-temperaiura. Pt presin total. P-V presin-volumen. pul2 pulgadas cbicas. R constante universal de los gases.


Continuacin R razn gas petrleo Re f. referencia. RK Redlich-Kwong. C sumatoria. SRK Soave-Redlich-Kwong. T temperatura. Tb temperatura de ebullicin normal. Tc temperatura crtica. T P temperatura promedio. Tr temperatura reducida. Tsc temperatura seudocrtica. T'sc temperatura seudocrtica corregida por acidez. Tsr temperatura seudorreducida. V. Vol. volumen. v volumen especfico. Vc volumen crtico. Vcn volumen en condiciones normales. VC valor calorfico. VCB valor calorfico bruto. VCN valor calorfico neto. Vr volumen reducido. Vy volumen de yacimiento. w factor acntnco de Pitzer.

-

W masa. XI fraccin molar del lquido del componente i.

y: fraccin molar de gas del componente i. Z factor de compresibilidad del gas. z moles totales del sistema.

-- ZO, Z' funciones de la presin y la temperatura reducidas del sistema. zi fraccin molar de la mezcla del componente i.

Lngenieria de gas

Continuacin a, a, b, A, B, E, h, m, c, y, Ao, Bo, Co, Do, y, d: constantes empleadas en las ecuaciones de estado. d derivada parcial. 1 integral. Y gravedad especfica. y1: gravedad especfica del gas. Yo gravedad especfica' del petrleo.

coeficiente de actividad de un componente "i" en la fase lquida. AX diferencial de nivel AHm calor de vaporizacin molar. vi, K,, coeficiente de fugacidad lquida de un componente "i". $E ndice de refraccin molecular adimensional. P densidad. p g densidad del gas. PI densidad del lquido. PL densidad del fluido. $1 coeficiente de fugacidad de vapor de un componente "i" en la fase de

vapor. S subndice, sistema. 1 subndice, lquido. 1 j subndice, denota cada uno de los componentes del sistema. % subndice, gas. o subndice, original.

Nota: Observe que algunos parnietros se emplean' con significados diferentes depenlendo del asunto al cual se refiera. -


A manera de informacin

Uno de los objetivos que me he impuesto durante ms de 35 aos de docencia universitaria, ha sido la publicacin de material en espaol. hcialmente se lucieron esfuerzos para la traduccin de algunos libros (Ingeniera de Yacimientos Petrolferos por S. J. Pirson, 1 965 e Ingeniera Aplicada de Yacimien- tos Petrolferos por B. C. Craft y M. F. Kawkms, 1968 ) y posteriormente se han publicado una serie de manuales: 1 . Balance de Materiales y Prediccin de Yaci- mientos, 1964 y 1977; 2. Yacimientos con Empuje Hidrhulico, 1969; 3 Caracters- ticas de Fluidos de Yacimientos, 1977 y 4. Teora Bsica sobre Compresores, 1978

La presente publicacin corresponde a los dos primeros temas que cubren la materia de Ingeniera de Gas Natural, tal como se ensea en varias universidades de Latinoamrica, entre ellas en la Seccin de Petrleos de la Facultad de Minas (Mzdelln, Colombia) y en la Escuela de Petrleo de la Uruversidad del Zulia (Maracaibo, Venezuela). Ha sido un trabajo de recopilacin de notas de vanos aos de enseanza. Se hizo una publicacin inicial de este manual, para el Curso de Extensin Universitaria dictado en la Universidad de Oriente, Venezuela, en septiembre de 1.974 (Curso Intensivo de Ingeniera de Gas) y u curso similar dictado en el Colegio de Ingenieros de Venezuela (Fundacin Instituto de

Ingeniera de gas

Mejoramiento Profesional del CIV, FIMP) en agosto de 1.975, ambos cursos dictados conjuntamente con el Ingeniero Marcias J. Marthez Q., de Venezuela.

Esta edicin ha sido mejorada, usando para ello las mejores herramientas tecnolgicas que han aparecido en los ltimos airos.

Se deja constancia expresa del agradecimiento a todas las personas que han dado su apoyo para la publicacin de este manual.

RAMIRO PREZ PALACIO Profesor.


1. Gas natural. Se denomina gas natural al formado por los miembros ms voltiles de la

sene parafhca de hidrocarburos, principalmente metano, cantidades menores de etano, propano y butano y, finalmente, puede contener porcentajes muy pequeos de compuestos ms pesados. Adems, es posible conseguir en el gas natural cantidades variables de otros gases no hidrocarburos, como dixido de carbono, sulfuro de bdrgeno (cido sulfidnco), nitrgeno, helio, vapor de agua, etc.

El gas natural puede obtenerse como tal en yacimientos de gas libre o asociado en yacimientos de petrleo y de condensado (porciones voltiles de petrleo). En Venezuela, los yacimientos de gas libre son de reciente utilizacin. Tradicionalmente el gas natural se ha obtenido vinculado con la produccin de petrleo. Es oportuno recordar el proyecto Cristbal Coln, en el oriente del pas, e cual se dirigir a la licuefaccin del gas procedente de yacimientos de gas libre. En Colombia se han desarrollado o estn en desarrollo una serie de campos de gas libre, principalmente en la parte Norte del pas (Jobo, Chui, Sucre, El Dificil, Ballenas, Riohacha, Chuchupa y Cartagena).

En general, el gas natural puede clasificase como: Gas dulce: Es aquel que contiene cantidades de sulfuro de hidrgeno (H,S), menores a

4 ppm,v. La GPSA define un gas apto para ser transportado por tuberas como aquel que contiene menos de 4 ppm,v de H,S; menos del 3,0% de CO, y 6 a 7 l~bras de agua por milln de pies cbicos en condiciones normales (pcn).

Gas agrio o cido: Es aquel que contiene cantidades apreciables de sulfuro de hidrgeno,

dixido de carbono (CO,) y otras componentes cidos (COS, CS,, mercaptanos, etc,) razn por la cual se vuelve corrosivo en prese&ia de agua libre.

Gas rico (hmedo): Es aquel del cual se puede obtener cantidades apreciables de hidrocarburos

lquidos, C,' de, aproximadamente, 3,O GPM (galones por 1.000 pies cbicos en condiciones normales). No tiene ninguna relacin con el contenido de vapor de agua que pueda contener .el gas.

Ingeniera de gas

Gas pobre (seco): Es un gas que prcticamente est formado por metano (e,) y etano (C,). Sin

embargo, en sistemas de compresin de gas, se habla de gas hmedo, en ingls "wet gas", al que contiene vapor de agua y "gas seco" (ingls "dry gas"), al que no coiitiene vapor de agua. El ingeniero debe tener presente los problemas de semntica que, por lo general, se observan en estos casos. 2. Propiedades y comportamiento del gas naturai.

En la forma ms simple; un gas puede considerarse que est formado por partculas sin volumen y entre las cuales no existen fuerzas de atraccin o repulsin. Es un fluido homogneo, generalmente de baja densidad y viscosidad, sin volumen denido y ocupa cualquier espacio en el cual se coloca.

Los gases que se ajustan a esta dehcin , se denominan gases perfectos o ideales.

El concepto anterior de gas, generalmente se cumple en condiciones de baja presin y temperatura, pero gradualmente el gas se aparta de esta definicin y el comportamiento terico se aleja del observado. A medida que aumenta la presin y10 la temperatura, debe incluirse el volumen de las molculas y las fuerzas de atraccin o repulsin entre ellas. A los que cumplen con esta definicin se les denominan gases reales. 3. Concepto de mol. Ley de Avogadro.

En general, el concepto de m01 se ha usado para relacionar la cantidad de una sustancia con respecto a otra. La masa de un tomo de oxgeno se ha fijado arbitrariamente en 16 y las masas relativas de otros elementos o molculas se han determinado de acuerdo con sus pesos atbmicos o moleculares. El peso molecular, es el peso relativo de una molcula de una sustancia, sabiendo que la molcula de oxgeno, O,, pesa 32. La suma de los pesos atmicos de los tomos que forman una molcula se denomina peso molecular. Un m01 de una sustancia es la cantidad de ella, cuya masa, en el sistema de unidades seleccionado (mtrico, ingls), es numricamente igual al peso molecular. Por ejemplo, el peso molecular del metano es 16,043 lbs/lbmol.

La Ley de Avogadro &ce: iguales volmenes de gases ideales, en las mismas condiciones de presin y temperatura, contienen igual nmero de molculas. Este


nmero es 6,02 x lo2-' molculas para un gramo-m01 (un m01 expresado en gramos; por ejemplo para oxgeno, O,, sera 32 gramos) de una sustancia a 0C y 1 atmsfera. Tal nmero de molculas ocupa 22.41 5 ,O cms3 en tales condiciones de presin y temperatura. El nmero de molculas por libra-m01 (un m01 expresado en libras, por ejemplo, para oxgeno, O:, sera 32 libras) a 72F (0C) y 1 atmsfera contiene 453 x 6,02 x 10" = 2,7 x loz6 molculas y un volumen de 359 pie3. Este mismo numero de molculas ocupa 379,4977 pie3 a 60F y 14,696 lpca. 4. Ley de los gases perfectos.

Esta Ley relaciona en una ecuacin la temperatura, presin y volumen para gases perfectos. Es una combinacin de las leyes de Boyle, Charles (cpnocida tambin como la Ley de Gay-Lussac) y de Avogadro.

La Ley de Boyle dice: para un peso de gas dado, a temperatura constante, el volumen vara inversamente con la presin absoluta.

Tambin se expresa: a temperatura constante, la densidad de un gas vara directamente con la presin absoluta,

pero

luego,

La ley de Charles (Gay-Lirssac) dice: para un peso de gas dado, a presin constante, el volurnen vaa c2ircc;tmecte con la temperatura absoluta. Tambin

Ingeniera de gas -

puede expresarse: a volumen constante, la presin vara directamente con la temperatura absoluta,

tambin:. a presin constante, la densidad de un gas vara inversamente con la temperatura absoluta,

reemplazando la Ec. 3,

W 1 - = (m.) x - V T

V - = W x (const.) = const. = C, ; ( P = coist.) 10 T

Para la ley de Boyle, si se representa grficamente la presin en funcin del volumen, para una temperatura constante, resulta una hiprbola. En cambio, la ley de Charles (Gay-Lussac) puede representarse grficamente con la temperatura como funcin del volumen, a presin constante, o con la temperatura como funcin de la presin, a volumen constante. En ambos casos, resultan lneas rectas que pasan por elf origen, indicando que en el cero absoluto, el volumen y la presin son iguales a cero. Sin embargo, antes de llegar al cero absoluto, cualquier gas ya se ha licuado y estas leyes no aplican. Las Figs. Ns. 1-1 y 1-2 ilustran lo anterior.

Las leyes de Boyle y Charles pueden combinarse en la siguiente forma: sea un peso dado de un gas que ocupa un volumen V, a P, y T, y se va a llevar a P, y T,, donde ocupa un volumen V, en estas condiciones. Esto puede hacerse en dos etapas: 1) por la Ley de Boyle se lleva de V, P, (T, = constante) a V P, (T, = constante); 2) se aplica la Ley de Charles y se lleva V T, (P, = constante) a V, T, (P, = constante).

Ingeniera de gas

Analticamente:

igualando los valores de V,

ya que las condiciones 1 y 2 pueden ser cualesquiera, se puede escribir la ecuacin cie manera general as:

P v rp

= constante.

Esta ecuacin tambin puede deducirse fcilmente si se considera que

De la ley de Boyle, Ec. 1 5, y diferenciando'con respecto a P.

De la ley de Charles, Ec. 6 10, diferenciando con respecto a T, resulta:

-


reempl&ando las Ecs. 18 y 19 en la Ec. 17, se tiene:

e integrando entre 1 y 2,

-

En este punto se introduce la ley de Avogadro. En determinadas condiciones de presin y temperatura, P y T, un m01 de cualquier gas ocupar un mismo volume~i V. Por lo tanto, para un peso molecular de gas, puede escribirse:

donde R es una constante para todos los gases, por m01 de gas. Para "n" moles de uii gas,

P V = n R T 25 y ya que "n" es el peso total de gas, W, dividido por el peso molecular, M,

Las Ecs. 25 y 26 son formas de la ecuacin general de los gases ideales. El valor de la constante R depende de las unidades empleadas de presin,

volumen y temperatura. Considrese: P en lpca, T en "R y V en pie3. A 60F y 14,7 lpca, el volumen de un m01 (n = 1) tendr un volumen aproximado de 379,6 pie3, de donde:

Ingeniera de gas

Para otras unidades de P, V, y T, la tabla No. 1-1 incluye diferentes valores de R. (Ver GPSA, 1987, pg. 1-13). Para una presin igual a 14,696 y temperatura de 5 1 9,67"R, el valor del volumen molar ser igual a 379,4977 pies cbicos.

Tabla No. 1-1. Valores de la constante general de los gases para diferentes unidades de P, V y T.

NOTA: * Libras por pie cuadrado absoluta.

Ejemplo: 500 gms. de etano (C3 se colocan en un tanque de 10.000,O cms3. Si la

temperatura es de 50C, cul es la presin en el tanque? Solucin: de la Ec. 26,

1

P

Atm.

Atm.

Atm.

lpca

lpca

lppca * d

P = 648,17 lpca.

V

cms3

litros

pie3

pdg3

pie3

pie3

T

"K (273,16 + "C) "K (273,16 + "C)

"R (460 + "F) "R (460 + "F) "R (460 + "F) "R (460 + "F)

n

grsm

grsM

1bsM

1bsM

1bsM

1bsM

R

82,057

0,082057

0,73024

18.5 10,O

10,732

1.545,3


5. Densidad, volumen especfico y gravedad especfica de gases ideales. Defimendo la densidad de un gas como el peso por unidad de volumen y el

volumen especifico como volumen por unidad de peso, estas cantidades pueden obtenerse de la Ec. 26.

Densidad:

Volumen especfico:

La gravedad especfica se define como la razn de la densidad del gas a la densidad de una sustancia base, en las mismas condiciones de presin y temperatura. Para el caso de gases, se toma el aire como la sustancia base,

reemplazando la ecuacin 27 para gas y aire, en las mismas condxiones de P y T, resulta:

l 1 1

Ejemplo: Calcular la densidad, volumen especfico y la gravedad especfica del metano

a O lpcm (14,7 Ipca) y 60F. i Ys I

Ingeniera de gas

Debe tenerse en cuenta que el valor de y es independiente de las condiciones de presin y temperatura. 6. Propiedades de hidrocarburos puros.

Muchas de las cualidades y clculos de mezclas de hidrocarburos se obtienen a partir de las propiedades de los componentes puros. La Ref 1 (GPSA, 1987, pg. 23-2) incluye los datos de constantes fsicas de hidrocarburos puros en general, particularmente hrdrocarburos parahcos y otros componentes del gas natural. Este tipo de informacin es lo ms completo que existe en la literatura y debe estar a disposicin permanente de las personas que trabajen con gas natural. 7. Mezclas de gases.

Por lo general, los ingenieros trabajan con mezclas de gases puros, como es el caso de gas natural mencionado anteriormente. A presiones y temperaturas relativamente bajas, los sistemas se comportan en forma ideal, por lo cual se cumplen las Ecs. 25 y 26. El peso molecular de la muestra que se utiliza es el peso molecular aparente.

La composicin de una mezcla de gases (gas natural) se expresa, generalmente, en porcentajes por mol, porcentaje (o fraccin) por volumen o porcentaje por peso. Si una mezcla de gases se compone de 1, 2, 3, ..i, ..n componentes, el porcentaje por mol, por volumen o por peso es la razn del nmero de moles, n,, del volumen V,, o del peso Wi de un componente i en la mezcla, al nmero total de moles, Cn,, volumen total, ZV,, o peso total, ZW,, del gas respectiyamente, multiplicado por 100.

Analticamente:


Ya que un m01 de cualquier gas - como se vio anteriormente - contiene el mismo nmero de molculas, el porcentaje molar de un componente i en una mezcla de gas indicar el porcentaje de las molculas del componente i presentes en la mezcla. Las composiciones anteriores se expresan ms comnmente como fracciones.

El porcentaje (o fiaccin) por m01 es igual al porcentaje (o fraccin) por volumen. Esto se deduce de la ley de Avogadro, ya que el volumen de cualquier componente en una mezcla ser proporcional al nmero de moles de tal componente.

donde C es una constante de proporcionalidad. Sustituyendo en la Ec. 32, tenemos:

Para convertir el porcentaje (o fraccin) por peso a porcentaje (o fiaccin) por volumen (o mol), o viceversa, es necesario tener en cuenta el peso molecular de cada componente. La tabla No. 1-2 muestra los pasos necesarios p kr a ti-msfomar porcentaje por peso a porcentaje por m01 (o volumen). Se supone un pesa del sistema. Para el ejemplo, se escogieron 100 lbs. con el fin de simplificar los clculos. La Columna 3 indica el peso de cada componente. El nmero de moles para estos pesos se obtiene dividindolos por el peso molecular de cada componente, Columna 5. Finalmente, el porcentaje por m01 se logra aplicando la Ec. 33, tal conlo indica la colma 6.

Ingeniera de gas

Tabla No. 1-2. Conversin de porcentaje por peso a porcentaje por m01 (o volumen).

La conversin inversa: porcentaje por m01 (o volumen) se ilustra en la tabla No. 1-3. Tomando como base un m01 de gas, el peso de cada componente en el sistema se obtiene multiplicando el peso molecular por la fraccin molar, Columna 4. Luzgo, para obtener el porcentaje por peso se aplica la Ec. 31, Columna 5.

Tabla No. 1-3. Conversin de porcentaje por m01 (o volumen) a porcentaje por peso.

(5) Peso / 100 lbs

n,=(3)/(4) 4,3632 0,665 1 0,2267 5,2550

(1)

Comp.

C, C2

C3 Total

-

El peso molecular de la muestra de gas es 19,028 IbsAbmol L

(6) % n, = % V, 100 (5)/C(5) 83,029 12,657 4,3 14

100,000

(3) Peso por 100 lbs.

70 . 20 10

1 O0

(2) YO w i

70 20 10

100

(4) Peso Molec.

M,

16,043 30,070 44,097

(1)

Comp.

CI C2

C3 Total

(2) Frac. Molar

Y i \

0,83029 O, 12657 0,043 14 1,00000

(3) Peso Molec.

Mi 16,043 30,070 44,097

(4) Peso / Mol Wi=(2)(3)

13,320 3,806 1,902

19,028

(5) %W, =

100(4)/C(4) 70 20 10

100


Se puede arribar a los mismos resultados, .aplicando directamente las siguientes ecuaciones:

%Wi

8. Ley de Amagat. El volumen total ocupado por una mezcla (sistema) gaseosa ideal, a

determinada presin y temperatura, es igual a la sumatoria de los volmenes que ocupa cada uno de los componentes puros, a la presin y temperatura del fluido,

donde V = volumen total de la mezcla y V,, V, ... Vi ..V,, son los volmenes parciales de los componentes puros a la presin y temperatura de operacin. Para casos ideales, aplica que:

donde yi es la fraccin molar del componente "i" en el sistema. 9. Peso moleeular aparente, M, o peso moleeular de mezclas, M,

Cuando se trata de mezclas de gases, generalmente no se habla de peso molecular en el mismo sentido de componentes puros, ya que una mezcla no se puede representar como una frmula sencilla. Sin embargo, su comportamiento puede estudiarse considerando el denominado "peso molecular aparente" o "peso molecular promedio molar". En forma similar a componentes puros, se define como

Ingeniera de gas

el peso de 379,6 pie3 de la mezcla gaseosa a 60F y 14,7 lpca. Usando este valor,

I su comportamiento es igual que para gases ideales. l El peso molecular aparente puede calcularse a partir de la composicin molar I (por mol) de la mezcla y de los pesos moleculares individuales de los componentes. 1 Si y, es la fiaccin molar de un componente i, de peso molecular Mi en una mezcla

de n componentes, el peso molecular aparente ser:

La suma de la Columna 4, tabla No. 1-3, es el peso molecular aparente para el gas cuya composicin aparece en las Columnas 1 y 2.

Ejemplo: Calcular el peso molecular aparente del aire, mezcla de nitrgeno, oxgeno

y argn, en la siguiente proporcin: N, = 78%; 0, = 21%; A = 1%.

Tomando el aire como base, la gravedad del gas de la tabla No. 1-3 ser, Ec. 30,

Si se conoce la gravedad especfica de los componentes, y,,, la gravedad especfica de la mezcla puede calcularse por,

Para cl ejeniplo anterior (gas de la tabla No. 1-3),

y, = (0,83029)(0,5539) + (O, 12657)(1,0382) +


10. Propiedades seudocrticas. Cada mezcla de gases tendr su propia temperatura y presin crticas

verdaderas y para conocerlas habra que determinarlas experimentalmente. Sin embargo, con el n de estudiar el comportamiento de las mezclas, Kay (Ref. 2) ha introducido el concepto de temperatura seudocrtica y presin seudocrtica o temperatura crtica promedio molar y presin crtica promedio molar. En forma similar al caso de peso molecular aparente, si en una mezcla gaseosa de n componentes, yi es la fraccin molar del componente i de presin crtica PCi y temperatura crtica T,,, luego,

r'

Para el caso de la mezcla de gases de la tabla No. 1-3, la presin y temperatura seudocnticas sern,

T, = (0,83029)(343,3) + (O, 12657)(546,92) + (0,043 14)(666,06)

Las Ecs. 40 y 41 para determinar propiedades seudocrticas de mezclas no han dado resultados satisfactorios, especialmente 'cuando la mezcla contiene molculas o componentes no similares, ya que es dificil entender y expresar analticamente las interacciones de tales molculas entre s. La teona molecular y la mecnica estadstica (Refs. 3, 4) han tratado de explicar estas interacciones moleculares, lmitndose a casos muy simples. En el caso de los htdrocarburos, formados por cadenas parafhcas, el procedmiento es perfectamente vlido.

Ingeniera de gas

Debido a la complejidad del problema, es lgico suponer que una combinacin simple de propiedades, tal como las Ecs. 40 y 41, no puede expresar con exactitud las interacciones moleculares de todos los sistemas. Por lo anterior, se han sugerido una serie de reglas de combinacin para determinar propiedades seudocriticas (Refs. 2, 5, 6, 7). La Referencia 6 contiene un magnfico resumen de estas reglas de combinacin. Una de las ms comunes es la de Stewart-Burkhardt-Voo (SBV) (Ref. 5),

por lo tanto, se puede deducir que:

Adems, se han desarrollado otros tipos de ajustes de los valores T,, y P,, 1

determinados por estas reglas, de acuerdo con el contenido de CO, y H,S del sistema, tal como veremos al tratar los mtodos ,para calcular el factor de compresibilidad Z de los gases.

Cuando se conoce la composicin del gas, fcilmente se calculan los valores de P, y T,, ya que los valores de P, y T, para los componentes puros se obtienen de la literatura (Ref 1). Sin embargo, como es costumbre en el anlisis de mezclas de hidrocarburos, particularmente en el anlisis de gas natural, presentar solamente

1 los componentes hidrocarburos del metano al hexano, C, a C,, y los componentes


no hidrocarburos: CO,, H,, N,, O,. El resto, o sea, heptanos y compuestos ms pesados, C,', algunas veces se suelen expresar como un solo componente del sistema. Para darle validez a esta fi-accin se debe medir el peso molecular y la gravedad especfica del C,'. Mathews, Roland y Katz (Ref. 8), col1 base en una serie de micro destdaciones de fiacciones C,' para condensados, lograron la correlacin de la Fig. No. 1-3, por medio de la cual se puede obtener la presin y temperatura seudocnticas para tal fraccin, en funcin de la gravedad especfica y del peso molecular. Para fi-acciones de pentanos, C,' y hexanos y compuestos ms pesados, C,', tal correlacin puede usarse, para llegar a resultados con una exactitud satisfactofia. La tabla No. 1-4 presenta un ejemplo del clculo de P,, y T,, usando tanto el mtodo de Kay como el mtodo SBV.

Si no se conoce la composicin del gas, pero se conoce su gravedad especfica, se pueden determinar la presin y temperatura seudocnticas a partir de la correlacin de la Fig. No. 1-4 (Ref. 1 y 8), la cual puede utilizarse con gas natural o condensados. No obstante, se recomienda tener presentes las limitaciones debidas al efecto de las impurezas sobre los'valores de P,, y T,,. Este grfico trabaja bien con mezclas parafinicas puras; pero los resultados se alejan mucho de la realidad cuando existen impurezas como el CO, y el H,S.

Actualmente es posible identificar por cromatografia de fase gaseosa todos los componentes del gas natural (Ej. C, al C,,), por lo cual ya no se justifica la generalizacin del concepto C,', debido a que se puede trabajar con una muestra totalmente caracterizada. La utilizacin de tales aproximaciones puede introducir errores apreciables en el clculo de la temperatura de roco de la muestra. Al anlisis del gas natural con todos los componentes perfeciamente caracterizados, se le conoce como "Cromatografia Extendida." 11. Gases reales.

Las ecuaciones anteriores aplicadas a gases ideales se cumplen slo para temperaturas y presiones relativamente bajas. Con el fin de usar la ecuacin general de los gases a altas presiones y temperaturas, es necesario modificar las Ecs. 25 y 26. El mtodo ms comn para corregrr esta ecuacin en la industria del gas natural consiste en introducir un factor de correccin Z, denorriinado factor de compresibilidad (supercompresibilidad) del gas,

Ingeniera de gas


Fig. No. 1-4. Presin y te~~perami-a seu~$acri&ica $e :{ases rnaturales. "Y 0 3 '.,,. " ,'; (RefV No. 1: GPSA, gig. ,...

Ingeniera de gas

El actor Z, por definicin, es la razn del volumen que realmente ocupa un gas a determinada presin y temperatura, con respecto al volumen que ocupara ese mismo gas si se comportara como ideal, as:

Va - Volumen actual de n moles de gas a P y T z = - - Vi Volumen ideal de n moles de gas a P y T

Las Ecs. 46 y 47 se cumplen tanto para componentes puros como ppa mezclas de gases. En este itimo caso, cada uno de los trminos de las ecuaciones anteriores se refieren a la mezcla. Por ejemplo, la Ec. 27 para un sistema multicomponente,

Al mismo tiempo, la ley de Amagat, Ec. 37, para un sistema real, se define similarmente. Reemplazando la Ec. 46 para gases reales, se puede escribir,

de donde,

Ms adelante se discute ampliamente los diversos mtodos para obtener Z. Otra forma de expresar de manera empica las relaciones PVT de un sistema

es a travs de ecuaciones de estado.


12. Ecuaciones de estado. Las ecuaciones de estado se usan para correlacionar datos PVT y calcular

diferentes propiedades fsicas y termodinmicas de sistemas de hidrocarburos en un amplio intervalo de valores de presin y temperatura. Con el auxilio de los computadores, tales ecuaciones tienen un uso y una aplicacin cada vez mayores. Son ecuaciones ms o menos complicadas, pero, en general, bastante exactas. Las pmcipales ecuaciones de estado son las siguientes:

Ecuacin de Van der Waals (Refs. 9, 10). Puede escribirse en la siguiente forma:

ya que por definicin, Z = PV/RT. Adems, puede formularse:

P v = Z = l + b - a R T V - b R T V

donde,

introduciendo estos valores en la ecuacin anterior y expresndola en tminos de cantidades reducidas, resulta:

Ingeniera de gas

(P. + 4) (3Vr - 1) = 8 Tr vr

La ecuacin de Van der Waals posee dos constantes, y expresada en funcin de Z tenemos (Ver GPSA, 1987, pg. 25-10):

z 3 - ( 1 + B ) z ~ + A Z - A B = O donde:

Ecuacin de Berthelot (Ref. 10). Es muy similar a la ecuacin de Van der Waals. Slo vara en que usa a/'I'v2

en lugar de aN2. Los valores de a, b y R son los mismos, sin embargo, sugiere una mejora y usa el valor de b = 9RTc/128P,.

Ecuaci6n de Redlich-Kwong, R-K, (Refs. 10, 11, 12). Esta ecuacin tambin contiene dos constantes y pueden determinarse a partir

de la presin y temperatura crtica. No obstante, la ecuacin R-K es ms exacta y tiene una mayor aplicacin. Se escribe de la siguiente manera:

donde,


Para mezclas de gases, pueden usarse varias reglas de combinacin, como se presentan a contmuacin: Regla A:

Regla B:

El valor de a, est dado por

La ecuacin R-K es comnmente escrita en la siguiente forma:

donde,

Ingeniera 'de gas

E P - h = - - b P - b - Z Z R T V '

ya que Z aparece en ambos lados de la Ec. 70 (h contiene el trmino Z), sta puede expresarse en funcin de Z, lo que la hace muy apropiada para programas en computadores,

La ecuacin original de Redlich-Kwong fue modificada (Ref. 11) en el sentido de que los parmetros "a" y "b" se determinan incluyendo una serie de datos experimentales. En esta forma, se habla de la ecuacin de Redlich-Kwong moclificada. Ecuacin de Soave Redlich Kwong. (SRK).

donde:


Ecuacin de Peng Robinson. (PR). 'Z3 - (1 - B) z2 + (A - 3 B2 - 2 B) Z - (AB - B2 - B ~ ) = O 82

- donde:

Ecuacin de Wohl (Ref. 10, 13). Esta ecuacin contiene tres constantes, tambin obtenidas a partir de las

propiedades criticas (presin, temperatura, volumen). La ecuacin es:

Ingeniera de gas

donde,

Ecuacin de Esferas Duras (Refs. 14, 15). Las ecuaciones de estado, dellominadas de esferas duras, consideran que un

fluido est compuesto de esferas inelsticas rgidas, en lugar de molculas reales. Aunque a primera vista este concepto no tiene mucho sentido, presenta una serie de ventajas, ya que a altas presiones y temperaturas, los fluidos reales se comportan muy similar a fluidos compuestos de esferas duras. Adems, este sistema lleva a un desarrollo terico simple, caracterstica de una ecuacin de estado prctica.

Haii y Yarborough (Ref. 14) presentan, en foma muy prctica, un tipo de ecuacin de estado de esferas duras, para su uso en la industria del gas natural.


adems,

donde, b = constante de Van der Waals, Ec. 55, pie3/lbmol, y t = 1/T, = Tc/T = TsC/T, inverso de la temperatura reducida.

Si b de la Ec. 97 se sustituye en la Ec. 98, y se despeja densidad p, se obtiene:

reemplazando p en la Ec. 96, pnmera igualdad, tenemos:

;iI sustituir la Ec. 100 en la Ec. 96 y inultiplicando por y, llegamos a:

Esta ecuacin es muy prctica para programas de computadoras. Ecuacin de Beatae-Bridgeman (Ret 16).

lngeniera de gas

En ella Z = PV/KT. de donde:

En esta ecuaciil, Ao, Bo, a, b y c so11 constantes para cada componente puro. En el caso de mezclas, se hall desarrollado diferentes reglas de combinacin para determinar las constantes respectivas.

Ecuacin de Benedict-Webb-Rubn (BWR) (Refs. 17, 18, 19, 20). Esta ecuacin es uiia de las ms usadas para determinar propiedades

termodinmicas de sistemas de liidrocarburos. Tiene ocho constantes para cada componente. En los constituyentes puros, las constantes se encuentran definidas (Ref. 16). La ecuacin BWR es la siguiente:

donde p = densidad molar y Ao, BQ, Go, a, b, c, a, y son constantes para cada componente. En las mezclas se han desarrollado diferentes formas de calcularlas (reglas de combinacin) (Refs. 1 S, N), con el fin de obtener las mejores constantes para un sistema dado, especialmente para aquellos que contienen componentes no hidrocarburos. Adems, se han ~rnodiflcada, con el fin de incluir la variacin con temperatura y con el factor acrr',mco (Ref. 18).

Las constantes para cornponzntes puros, generaimente varan debido a diferencias en intervalos de presin y temperatura para los cuales fueron calculadas o, tambin, debido al mktodo e.nip1eado en su detennlnacin.

C~iilgcicrrsticas de los hidrocarburos

El uso de la ecuacin BWR requiere el empleo de computadores cfigitales, en vista de la cantidad de clculos que implica. Ha sido muy usada para la determnacin de fases (constantes de equilibrio), factores de compresibilidad, 2, fugacidades, entalpa, entropa, etc. Tambin ha sido utilizada para clculos a bajas temperaturas, variando los coeficientes con temperatura (Ref. 2 1).

Ecuacin de Stariing (Ref. 37). Es una ecuacin similar a la de BWR. Igualmente, la presin (P) est expre-

- sada en funcin de la densidad molar (p) la temperatura absoluta y una serie de constantes. En este caso, son once constantes, en lugar de ocho, las que contiene

- la ecuacin de BWR. ellas son: Ao, Bo, Co, Do, Eo, a, b, c, d, a y y. La ecuacin es la siguiente:

La antenor ecuacin ha sido muy usada para el clculo de propiedades termodinmicas de hidrocarburos (entalpa, entropa, fugacidad, densidad, etc.) y constantes de equilibrio. Se han calculado los diagramas de presin-entalpa para el metano, etano, propano, n-butano, isobutano, n-pentano, isopentano, hexano,

Ingeniera de gas

heptano, octano, etilelio, proyileno, sulhiro de hidrgeno, dixido de carbono y nitrgeno (Ref. 37). Estos diasamas ciibreii la fase gaseosa, la fase liquida y la regin de dos fases. La GPSA (Ref 1) lisa las propiedades termodinhicas calculadas con la ecuacin de Starling y enumera los p ~ c i p a l e s modelos matemticos utilizados actualmente (Redlich-Kwong, Soave Redlich Kwong (SRK), Peng Robinson y Benedict-Webb-Rubin-Stariirig o BWRS. En la edicin 1987 del GPSA, la ecuacin aparece eu la pg. No 25-12A.

Se han desarrollado otras ecuaciones de estado, como la de Martin Hou (Ref. 38) y las denominadas ecuacio~ies de estado vinales (Ref. 39), que se expresan as:

donde A, es el segundo coeficiente virial, A, es el tercer coeficiente virial, etc. Estos coeficientes son furiciones slo de temperatura.

Tanto la ecuacin de Martin-Hou como las vinales han sido poco empleadas --P

en clculos de sistemas de hidrocarburos. Para obtener resultados satisfactorios, debe aumentarse considerablemente el nmero de coeficientes. 13. Determinacin del! factor de compresibilidad 2. Teorema de estados

correspondientes. El valor del factor de conipresibiliidod Z ha sido determinado experimental-

mente para algunos gases puros (Ref. 22). Este hctor puede ser menor o mayor que la unidad, dependiendo de la presin y temperatura. Para una temperatura constante (no demasiado alta: T, 2 2,6) y para gresioiles ccrcanas a la atmosfrica, es decir, P, = O, el valor de Z es aproxiirradarnente igual a uno. A medida que la presin

1

aumenta, Z disminuye pasando por un mnimo a determinada presin y para aumentos posteriores de presin, Z aiimenta pasando nuevamente por la unidad y sigue aaimentmclo poz- ericiina de este valor. Ei aprendizaje que debe tenerse presente es que, para va3~1res mriy altos de presron, el valor de Z tiende a ser mayor que la unidad. qFig. No. 1-51.

El valor de Z para difcrelites gases ha sido determinado con base en e Teorema de Estados Concspor~dientes, el que puede postularse de la siguiente manera: dos sisiemas (mczcas de hidrocarburos) tienen propiedades similares en

Caractersticas de las hidrocarburos - - - - -- - -

determinadas condiciones correspondientes, con referencia a cierta propiedad base, tal como las condiciones crticas. Para el caso de gases, se emplean, como condiciones correspondientes, la presin y temperatura seudorreducidas. En otras palabras, en las mismas condiciones de presin y temperatura seudorreducidas, cualquier gas tiene el mismo factor de compresibilidad 2.

Con la presin y temperatura seudorreducidas, P,, y T,,, se definen:

donde P y.T son la presin y temperatura absolutas a las cuales se desea Z y P,, y T,, son la presin y temperatura seudocrticas, tal como se discuti anteriormente. Hoy se dispone de varios mtodos para la determinacin del factor de compresibilidad 2, de un gas. A continuacin se har una descripcin y discusin de los ms co~llunes. -

MCtodo de Standing-Katz (Ref. 23). I7stc iiidtodo es probabletneiite el ms popular para calcular el factor de

~~i i l~ ics ih i l i t iud de goses dulces v qiic cotitcrmgan pequelas cantidades de gases no Iii~iiucui~ltiiius. ti1 riistodo sc basa c ~ i la Fig. No. 1-5, donde Z est representada ~ ~ ~ ~ t i c a i n e i ~ t e en !uncin d e la prcsin y la temperatura reducidas o ms comnmente seudsrreducidas. Estos vdores se calculan de diferentes maneras, de acuerdo con la forma de combinar la composicin y las propiedades crticas de los componentes puros de un sistema (Refs. 2, 5, 6, 7), tal como se discuti anteriormente, (Ec

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