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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS DIVISIÓN DE INGENIERÍA PETROLERA

Propiedades del gas natural PRESENTAN: Domínguez Torres Carlos Antonio Gaytán Pacheco Erick Hernández Cortes Jorge Luis Hernández Jiménez Edgar Luis Gerardo Ramón Morales SEMESTRE Y GRUPO: 5 “A”

ASIGNATURA: Propiedades de los fluidos petroleros

FACILITADOR: Ing. Karina Sastre Antonio

COATZACOALCOS, VERACRUZ FEBRERO – JUNIO 2015

Índice

Introducción

Pág. 3

Gas natural

Pág. 4

Momero de moles del gas natural

Pág. 4

Peso molecular aparente

Pág. 5

Volumen en condiciones normales

Pág. 5

Densidad del gas

Pág. 5

Aplicaciones

Pág. 6

Conclusión

Pág. 8

Bibliografía

Pág. 9

Introducción En un yacimiento petrolero los fluidos pueden presentarse en los tres estados de la materia que son sólidos, líquidos y gaseosos, estos dependerán de la presión, la temperatura y su composición; para un ingeniero petrolero los fluidos de interés a analizar son el petróleo crudo, el agua y el gas natural. El petróleo crudo y el gas natural son mezclas complejas que en su totalidad pertenecen a los hidrocarburos llamados parafínicos o alcanos. El petróleo crudo contiene hidrocarburos y moléculas más pesados con otros elementos además del 2

carbón y el hidrogeno, mientras que los gases naturales contienen o están formados principalmente de metano y progresivamente de pequeñas cantidades de etano propano y otros más pesados. La composición de los hidrocarburos ayuda a determinar si los materiales serán gaseosos o líquidos en el yacimiento y en la superficie, y que tan fácilmente pueden ser recuperados. En cuanto el agua es el fluido que siempre está presente con el petróleo y el gas, y sus propiedades también afectan en la producción de hidrocarburos aun cuando su comportamiento es aún menos complejo. Cuando se va a evaluar un yacimiento para saber su rendimiento es necesario el determinar las propiedades físicas del petróleo, el gas natural y el agua tanto en condiciones dinámicas como condiciones estáticas, así como en el yacimiento y en la superficie. En el desarrollo de esta investigación conoceremos algunas propiedades de uno de los fluidos antes mencionados que es el gas natural, entenderemos el concepto y las propiedades que desarrollaremos son las del peso molecular aparente, volumen en condiciones normales, densidad y número de moles.

Gas natural Un gas natural está definido como un fluido homogéneo de baja viscosidad y densidad que no tienen un volumen definido, pero se expanden completamente para llenar el recipiente que lo contiene. Generalmente es una mezcla de hidrocarburos gaseosos y no gaseosos que también se les conoce como impurezas; el gas natural está formado por los miembros más volátiles de la serie parafínica de hidrocarburos, desde el metano hasta el heptano.

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El gas natural se comporta como un gas ideal y tiene una expresión conocida como ecuación de estado, que expresa la relación existente entre la presión (p), el volumen (V) y la temperatura (T) para una cantidad (n) de moles de gas. Esta relación para gases se denomina como ley de los gases ideales y se expresa matemáticamente por la siguiente ecuación: pV =nRT Donde p es la presión absoluta en lpca; V el volumen en ft 3; T la temperatura en °R; n, el número de moles de gas en lb-mol; y R constante universal de los gases, la cual para estas unidades tiene el valor de 10.73 lpca-ft 3/lb-mol-°R

Numero de moles del gas natural. La cantidad de un gas se puede medir en unidades de masa, usualmente en gramos. De acuerdo con el sistema de unidades SI, la cantidad también se expresa mediante el número de moles de sustancia (n), esta puede calcularse dividiendo el peso del gas (m) por su peso molecular (M). n=

m M

Donde: n = lb-mol m = lb M = lb/lb-mol

Peso molecular aparente Es una de las principales propiedades del gas que interesa a los ingenieros. Si yi representa la fracción molar del componente i en una mezcla de gases, el peso molecular aparente se define matemáticamente por la siguiente ecuación: M a= ∑ y i M i i=1

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Donde Ma es el peso molecular aparente de la mezcla; yi la fracción molar del componente i en la mezcla de gas; y Mi , el peso molecular del componente i en la mezcla.

Volumen en condiciones normales En muchos cálculos de ingeniería es conveniente medir el volumen ocupado por 1 lbmol de gas a una presión y temperatura de referencia. Estas condiciones de referencia son 14.7 lpca y 60° F y se conocen como condición estándar o normales el volumen estándar se refiere al volumen de gas ocupado por 1 lb-mol en condiciones de referencia. Aplicando estas condiciones a la ecuación de los gases ideales y resolviendo para volumen se tiene: V sc =

1 RT sc ( 1 ) (10.73)(520) = =379.4 PCN /lb−mol P sc 14.7

Densidad La densidad se defina como la masa por unidad de volumen de la sustancia, para la densidad de una mezcla de gas ideal se calcula remplazando el peso molecular del componente puro por el peso molecular aparente de la mezcla de gas. ρg =

pM a RT

Aplicaciones Propiedades de los componentes del gas natural.

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Ejemplos Tres libras de n-butano se colocan en un recipiente a 120°F y 60 lpca. Calcular el volumen del gas suponiendo que su comportamiento es ideal. Solución  

Paso 1. Determinar el peso molecular del butano normal a partir de la tabla mostrada lo cual es M = 58.123 Paso 2. Calcular el volumen del gas ideal despejando la ecuación de estado. m n= M

Sustituir

V=

3 )=5.35 ft ( Mm )( RTp )=( 58.123 )( 10.73( 120+460) 60

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Para calcular la densidad del n-butano hacemos lo siguiente:

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Despejamos la ecuación de estado a manera de que nos quede de la siguiente manera. pV =nRT Sustituir n

( Mm ) RT

pV =

Despejar para densidad m pM = V RT

ρg =

pM a (60 ) (58.123) lb = =0.56 3 RT ( 10.73 ) (120+460) ft

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Conclusión Con esto damos por finalizado esta investigación en la cual aprendimos que un gas natural es un fluido homogéneo con baja viscosidad y densidad y que no tiene volumen definido, este gas natural tiene en su mezcla tanto componentes gaseosos como no gaseosos. Este gas natural tiene un comportamiento como gas ideal y se expresa en una ecuación de estado llamada ley de gases ideales esta relaciona la presion, el volumen y la temperatura para una cantidad de moles de gas, estos a su vez se relacionan con algunas de sus propiedades como numero de moles, peso molecular aparente, volumen en condiciones normales y densidad; respecto al número de moles dice que mide la cantidad de gas y se calcula dividiendo el peso del gas entre el peso molecular. Por otra parte el peso molecular aparente del gas natural es igual al producto de la fracción un componente yi en la mezcla del gas por el peso molecular de dicho componente en la mezcla. En referencia al volumen en condiciones normales es conveniente medir el volumen ocupado por 1 lb-mol de gas a una presión y temperatura de referencia. Por último la densidad para el gas natural es la por unidad de volumen, en estos casos es conveniente calcularla despejando la ecuación de estado y sustituyendo el peso molecular del componente puro por el peso molecular aparente del gas. El gas es solo uno de los tres fluidos que se pueden encontrar en un yacimiento y sus propiedades son muy diferentes a las del petróleo crudo y el agua, esto es debido a que tienen diferente composición y en ellos intervino factores como la presion y la temperatura.

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Bibliografía PARIS DE FERRER Magdalena, Fundamentos de ingeniería de yacimientos, 2009 ediciones Astro Data S.A. paginas consultadas 77-88

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