Comprensibilidad Del Gas Natural

Factor de Compresibilidad (Z) El factor de compresibilidad es uno de los parámetros que establece la diferencia entre el comportamiento ideal y real Define el comportamiento de los gases a determinadas condiciones de presión y temperatura y se vuelve elemento fundamental para todos los diseños e instalaciones que trabajan con fluidos compresibles.

Importancia del factor de compresibilidad: La ecuación general del estado gaseoso indica que la presión a la que esta sometido el gas, el volumen que ocupa, la temperatura a la que esta sometido, como también la cantidad de la sustancia se relacionado a partir de las leyes del estado gaseoso, según:

(1)

Pero, la ecuación (1) es válida solo para los gases ideales, ya que si se quiera aplicar la ecuación a los gases reales, si tiene que añadir un factor de corrección (Z9, y por lo tanto la ecuación (1) se convierte en:

(2)

Por lo tanto (Z) es un factor de corrección que se tiene que introducir en la ecuación (2), para que la ecuación (1) pueda ser aplicada. Luego (Z) es un factor de corrección, que define el comportamiento real de un gas con respecto a la idealidad. Como, se sabe los gases reales pueden tener un comportamiento ideal en condiciones de alta temperatura y baja presión. Esto, solo es válido, si se toma como referencia los valores de presión y temperatura crítica.

Determinación del factor de compresibilidad; La explicación del porque no se puede aplicar la ecuación (1) para los gases reales, y se debe de aplicar la ecuación (2). Esta relacionado con el concepto de idealidad, es decir donde se supone que el volumen que ocupan las moléculas es despreciable y la presión a la que esta sometido el gas, hace que los choques entre la pared del recipiente que contiene el gas sean elásticos, por lo tanto no hay cambios en la energía. Ahora, que puede suceder que la presión y/o la temperatura a la que esta sometido el gas tengan valores muy alejados de los valores atmosféricos, en este caso ya no se puede utilizar la ecuación (1) y se debe de utilizar la ecuación (2). Luego el problema ahora es determinar el factor de corrección (Z), y poder transforma el comportamiento del gas de un estado ideal a un estado real.

El factor (Z) que fue introducido en la ecuación (2) se puede determinar incluso en forma experimental, ya que el factor representa al volumen real que tendría el gas en relación al volumen determinado en condiciones ideales, lo que se representa a través de la siguiente ecuación:

(3)

En la ecuación (3): es el volumen del gas en condiciones reales y es el volumen del gas en condiciones ideales.

Determinación experimental del factor (Z): Si se asume que el número de moles de la ecuación (1 y 2) se mantiene constante, y (R) que es la constante universal de los gases es la misma en ambas ecuaciones, de la misma forma la temperatura (T) es constante para las dos ecuaciones, es decir se asume que el sistema es isotérmico, luego se podría obtener la siguiente ecuación:

(4)

En la ecuación (4). (P) es la presión de operación, mientras que (14,7) representa el valor de la presión en (lpca), bajo condiciones ideales en el Sistema Británico de Unidades. Luego, la ecuación (4) se aplica para determina el factor de compresibilidad en forma experimental, para lo cual se necesita conocer la relación de los volúmenes y la presión de operación.

Determinación Matemática de (Z): La determinación del factor (Z) en forma matemática se fundamenta en la ley de los estados correspondientes, el cual establece que todos los gases en iguales condiciones de presión y temperatura reducida tienen el mismo factor de compresibilidad. Esto indica que el factor de compresibilidad de los gases es una función de la presión y temperatura reducida. Lo que indica que:

y (5)

En la ecuación (5): ( y corresponden a la presión y temperatura reducida, los cuales se determinan, según lo siguiente:

(6)

(7)

En las ecuaciones (6 y 7): ( y corresponde a la temperatura y presión de operación y ( y son la temperatura y presión crítica. Las ecuaciones (6 y 7) deben de ser utilizadas para sustancias puras.

Como se menciono antes, las ecuaciones se fundamentan en el principio de estados correspondientes. Los estados correspondientes fueron utilizados por Van der Waals en el año 1936. Hay que tener en cuenta que las ecuaciones, solo se pueden utilizar cuando se trata de sustancias puras.

Las condiciones reducidas en mezclas: El principio de los estados correspondientes de Van der Waals, se quiso aplicar a una mezcla, por ejemplo de gas natural, se encontró que las ecuaciones no eran totalmente aplicables, ya que cada componente de la mezcla de gas natural, tendrán su propia temperatura y presión crítica. Esto indica que ahora el factor de compresibilidad dependerá de la temperatura y presión crítica de cada componente.

En vista, que ahora (Z) será una función de la temperatura y presión crítica de cada componente presente en la mezcla, entonces ahora se debe de hablar de temperatura y presión seudorreducida, las cuales se determinan de la siguiente forma:

(8)

(9)

En las ecuaciones (8 y 9): ; corresponden a la temperatura y presión seudocrítica de la mezcla ( ; son la temperatura y presión crítica de cada componente en la mezcla y es la fracción molar del componente (i) en la mezcla. Las ecuaciones (8 y 9) dan sustento el Principio de Kay.

Una vez determina la temperatura y presión seudocrítica con las ecuaciones (8 y 9) se determinan las condiciones seudorreduidas, y con ellas se determina el factor de compresibilidad de la mezcla, para lo cual se utiliza la figura 1

Figura 1 Factor de Compresibilidad , según Standing y Katz

Para utilizar la figura se deben de conocer los valores de presión y temperatura reducida, si es para una sustancia pura o seudorreducidas si es para una mezcla, con esos valores se busca el valor de (Z) en la figura1. Por lo que es necesario tener los valores críticos

Condiciones Críticas Para los Gases Las condiciones críticas son de gran importancia, en vista que con ellas se puede predecir el estado físico de las sustancias en estudio.

a.- Temperatura Crítica La (TC) es la máxima temperatura a la cual puede licuarse un gas. Lo que indica que es la temperatura por encima de la cual no puede existir el líquido. La (TC) de una sustancia pura es la temperatura máxima en la que pueden coexistir

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