Etiquetas para Aplicar Formato en HTML

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Ejercicio – Composición de Mezclas de Gases

En la industria de hidrocarburos generalmente se expresa la composición de los gases en forma de fracción (o porcentaje) molar. Los componentes son en su mayoría compuestos de hidrocarburos, pueden haber algunos compuestos inorgánicos y algunos elementos como el nitrógeno. A los componentes no hidrocarburos se les conoce como contaminantes, y entre estos se encuentran el nitrógeno,  el dióxido de carbono y el ácido sulfhídrico

En la siguiente tabla se muestra la composición de un gas natural, se puede notar que el componente mas abundante de la mezcla es el metano.

 

Componentes Indicador % Mol
Nitrógeno N2 0.615
Dióxido de Carbono CO2 0.068
Acido Sulfhídrico H2S 0.000
Metano C1 80.495
Etano C2 5.892
Propano C3 5.022
Iso-Butano i-C4 1.339
N-Butano n-C4 2.756
Iso-Pentano i-C5 1.190
N-Pentano n-C5 1.199
Hexano C6 1.011
Heptano y mas pesados C7+ 0.413
Total 100.000

La composición de los gases se utiliza para calcular las propiedades físicas de la mezcla, utilizando las propiedades de los componentes puros y aplicando reglas de mezclado (Mixing Rules), las cuales serán abordadas en futuras entradas.

El ejercicio que se va a realizar con la composición mostrada en la tabla es transformar la composición de % molar a % en peso. vamos a utilizar el sistema de unidades de campo, donde el peso se expresa en libras y los moles en libras-mol.

sabemos que el numero de moles de un componente es igual a su peso entre el peso molecular de dicho componente.

n=\frac{W}{M}

Entonces

W=n \cdot M

Necesitamos conocer el peso molecular de cada componente, los cuales pueden ser conseguidos en tablas de propiedades físicas de gases.

Indicador % Mol Peso Molecular lb/lb-mol W
Peso Molecular X %mol
%W
[2] [3] [4] [5] =[ 3]*[4] [6]=[5]/suma[5]
N2 0.615 28.013 17.228 0.766
CO2 0.068 44.010 2.993 0.133
H2S 0.000 34.080 0.000 0.000
C1 80.495 16.043 1291.381 57.390
C2 5.892 30.070 177.172 7.874
C3 5.022 44.097 221.455 9.842
i-C4 1.339 58.123 77.827 3.459
n-C4 2.756 58.123 160.187 7.119
i-C5 1.190 72.150 85.859 3.816
n-C5 1.199 72.150 86.508 3.845
C6 1.011 86.177 87.125 3.872
C7+ 0.413 102.751 42.436 1.886
Total 100.000 2250.171 100.000

Referencias Bibliográficas

Perez Palacio, R. (1979). Ingenieria de Gas Natural (Propiedades y Comportamiento de Fases). Medellin: Universidad Nacional de Colombia, Medellin.

Como se Expresa la composición de las Mezclas de Gases

Los diferentes gases que integran una mezcla de gases pueden contener gases como elementos y mas frecuentemente compuestos. Cada uno de los diferentes gases que integran la mezcla se conocen como componentes.

Un componente es cada uno de los elementos o compuestos que integran (componen) una mezcla, muchas veces se confunde el significado de componente con el de compuesto y algunas veces se usan ambos terminos indistintamente. La forma en que hay que verlo es que un compuesto es un componente, pero un elemento también es un componente.

Un elemento es una sustancia que esta formada por un solo tipo de atomos, no puede ser descompuesta en otras sustancias ni por medios físicos, ni quimicos. Algunos de los elementos que forman parte de la vida diaria incluyen oxigeno, cloro, hierro, nitrógeno, carbono, etc.

Un elemento es una sustancia básica que puede combinarse con otros elementos para formar «compuestos» y que, por el contrario, no puede descomponerse en una sustancia más simple, una vez aislada de un compuesto. (Asimov, 1985)

Un compuesto es una sustancia formada por dos o más elementos combinados químicamente en  una proporción definida. Hay alrededor de 10 millones de compuestos conocidos, incluyendo el agua, amoniaco, sal, etc. Los elementos que forman el compuesto solo pueden ser separados por medios químicos y no por medios físicos.

En este sentido el oxigeno en su forma O es un elemento, ya que la molecula esta formada por el mismo tipo de atomos. Por otra parte el COes un compuesto, al estar su molecula integrada por dos tipos de atomos, carbono y oxigeno.

Las mezclas de gas natural estan integradas principalmente por moleculas de hidrocarburos livianas, las cuales estan integradas al menos por dos tipos de atomos: Carbono e Hidrogeno, por lo cual cada una de estas moleculas es un compuesto. En algunos casos pueden existir pequeñas cantidades de otros elementos tales Nitrogenos, Azufre y Oxigeno entre otros formando parte de las moleculas de hidrocarburos, pero por lo general en los hidrocarburos de mayor peso molecular, que se encuentran como fase liquida.

Para expresar la forma en que cada uno de los componentes (elementos y compuestos) participan en la composición de la mezcla se utilizan basicamente tres formas:

  1. Fracción o Porcentaje Molar
  2. Fracción o Porcentaje por Volumen
  3. Fracción o Porcentaje por Peso

Fracción o Porcentaje Molar

Esta es la forma en la que usualmente se expresa la composición de las mezclas de gases en la industria. Cuando se tiene el numero de moles de cada uno de los n componentes de la mezcla, la fracción molar de cada componente se expresa:

\text{fraccion molar componente i}=\displaystyle{\frac{n_i}{\sum_1^n n_i}}

Para transformar a porcentaje molar simplemente se multiplica la fracción molar por 100.

Fracción o Porcentaje por Volumen

La fracción por Volumen es igual a la fracción molar, esto debido a lo establecido en la ley de Avogadro donde un mol de cualquier compuesto tiene el mismo numero de moleculas. Entonces el volumen de cualquier componente en la mezcla sera proporcional al número de moles de dicho componente (Perez Palacio, 1979).

\text{fraccion Por Volumen componente i}=\displaystyle{\frac{V_i}{\sum_1^n V_i}}

Fracción o Porcentaje por Peso

La fracción de cada componente i de una mezcla viene expresado por:

\text{fraccion Por Peso componente i}=\displaystyle{\frac{W_i}{\sum_1^n W_i}}

Conociendo que el numero de moles de un componente es igual al peso de dicho componentes entre el peso melocular de dicho componente, se puede tranformar fracción molar a fraccion en peso y viceverza.

\displaystyle{n_i= \frac{W_i}{M_i}}

 

Referencias Bibliograficas

Perez Palacio, R. (1979). Ingenieria de Gas Natural (Propiedades y Comportamiento de Fases). Medellin: Universidad Nacional de Colombia, Medellin.

Asimov, I. (1985). Inroducción a la Ciencia. I Ciencias Físicas.

http://www.chem.purdue.edu/gchelp/atoms/elements.html

Propiedades de Los Gases

El gas natural que se encuentra en los yacimientos, bien sea en fase gaseosa o asociado a el petróleo, es básicamente una mezcla de varios compuestos de Carbono e hidrógeno. Estos compuestos de carbono e hidrógeno son denominados hidrocarburos.

Los elementos más predominantes en la mezcla de gases corresponden a los compuestos más livianos de los hidrocarburos, tales como el metano (CH4), el etano (C2H6) y el propano (C3H8), Leer más “Propiedades de Los Gases”

Ley de Los Gases Reales

En la entrada “Ley de Los Gases” habíamos encontrado una relación que nos permitía conocer las relaciones entre la presión, la temperatura y el volumen, utilizando las leyes de Boyle, Charles y Avogadro combinadas.

PV=nRT

Esta ley supone que los gases se comportan idealmente: Leer más “Ley de Los Gases Reales”