GAS NATURAL DEL PERU 12/04/2023

“AÑO DE LA CONSOLIDACIÓN ECONÓMICA Y SOCIAL EN EL PERÚ”

FACULTAD de INGENIERIA QUIMICAFACULTAD de INGENIERIA QUIMICA

TEMA

GAS NATURAL DEL PERÚ

CURSO : TERMODINAMICA I

DOCENTE: ING ROSALIO CUSI PALOMINO

ALUMNA : GARCIA ROJAS, ZAIDA KATERINNE

AÑO : 3º

CICLO: VI-B

ICA _Perú

2010

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IntroducciónIntroducción

El gas natural es una fuente de energía no renovable formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentra frecuentemente en yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo o en depósitos de carbón. Aunque su composición varía en función del yacimiento del que se extrae, está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95% (p. ej., el gas no-asociado del pozo West Sole en el Mar del Norte), y suele contener otros gases como nitrógeno, CO2, H2S, helio y mercaptanos. Como ejemplo de contaminantes cabe mencionar el gas no-asociado de Kapuni (NZ) que contiene hasta 49% de CO2. Como fuentes adicionales de este recurso natural, se están investigando los yacimientos de hidratos de metano que, según estimaciones, pueden suponer una reserva energética muy superiores a las actuales de gas natural.

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RESUMEN:

El gas natural es un recurso energético y forma parte del conjunto de medios con los que los países del mundo intentan cubrir sus necesidades de energía.

La energía es la base de la civilización industrial; sin ella, la vida moderna dejaría de existir. A largo plazo es posible que las prácticas de conservación de energía proporcionen el tiempo suficiente para explorar nuevas posibilidades tecnológicas.

A lo largo del siglo XX, la mayor comodidad y menores costes del petróleo y el gas hicieron que desplazaran al carbón en la calefacción de viviendas y oficinas y en la propulsión de locomotoras, y en el mercado industrial. Incluso en el mercado de las centrales térmicas el petróleo y el gas fueron reemplazando al carbón, y la contribución del carbón al panorama energético global cayó en picado.

Se denomina combustible gaseoso a cualquier mezcla gaseosa empleada como combustible para proporcionar energía en usos domésticos o industriales. Los combustibles gaseosos están formados principalmente por hidrocarburos. Las propiedades de los diferentes gases dependen del número y disposición de los átomos de carbono e hidrógeno de sus moléculas. Además de sus componentes combustibles, la mayoría de estos gases contienen cantidades variables de nitrógeno y agua.

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CAPITULO I.- MARCO TEORICO

1.1-MARCO TEORICO

El gas natural es un combustible fósil formado por un conjunto de hidrocarburos que, en condiciones de reservorio, se encuentra en estado gaseoso o en disolución de petróleo. Se encuentra en la naturaleza como “gas natural asociado” cuando está acompañado de petróleo y como “gas natural no asociado” cuando no esta acompañado de petróleo.

Sus principales componentes en orden decreciente de cantidad son el metano (usualmente 90%), etano, propano, butanos, pentanos y hexanos. Cuando se extrae de los pozos generalmente contienen 1% de impurezas como el ácido sulfhídrico, nitrógeno, helio, oxígeno, bióxido de carbono, vapor de agua y otras que también son de combustión limpia. Las impurezas se eliminan en las plantas de tratamiento de gas, mediante el uso de solventes y absorbentes.

A diferencia del petróleo, el gas natural no requiere de plantas de refinación para procesarlo y obtener productos comerciales. Las impurezas que pueda contener el gas natural pueden ser separadas por procesos físicos relativamente sencillos.

¿Cómo se procesa?

El gas natural se envía a Plantas de Procesamientos de Gas para producir gas natural de calidad y líquidos del gas.

El gas natural se transporta y distribuye hasta los usuarios finales por medio de ductos de acero de diámetros variables. Para poder comprimir y transportar grandes distancias es conveniente separar los componentes más pesados, como el hexano, pentano, butanos y propanos y en ocasiones etano, dando lugar estos últimos a las gasolinas naturales o a los líquidos de gas natural, para lo cual se utilizan los procesos de absorción o criogénicos.

Las estaciones de compresión proveen la energía necesaria para hacer llegar el gas natural a través del territorio nacional. Para que un consumidor tenga acceso al gas natural es necesario que interconecte sus instalaciones al sistema de transporte existente, o a una red de distribución cercana.

Plantas De Procesamiento De Gas Natural

Planta con la cual se procesa gas natural para recuperar líquidos de gas natural y alguna otra sustancia como azufre. Actualmente, en el país se han establecido cuatro plantas de procesamiento de gas natural, constituido de la siguiente manera: 

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Aguaytía Energy del Perú S.R.L. - Planta de Procesamiento y Fraccionamiento de Gas Natural.

Graña y Montero Petrolera. - Planta de Gas Natural Verdún y Pariñas. (Piura).

Pluspetrol Perú Corporation S.A. - Planta de Separación de Gas Natural, Las Malvinas y Planta de Fraccionamiento de Líquidos de Gas Natural, Pisco.

Procesadora de Gas Pariñas S.A.C. - Planta Criogénica de Gas Natural

A lo largo del siglo XX, la mayor comodidad y menores costes del petróleo y el gas hicieron que desplazaran al carbón en la calefacción de viviendas y oficinas y en las propiedades.Los combustibles gaseosos empleados en la actualidad son los siguientes:

GAS DE HULLA :

Los procesos de gasificación de hulla más importantes están destinados sobre todo a la producción del gas denominado "de tipo gasoducto”, cuyas propiedades son más o menos equivalentes a las del gas natural. El gas procedente de la hulla, además de cumplir las especificaciones de bombeo y calentado, debe satisfacer límites estrictos en cuanto al contenido de monóxido de carbono, azufre, gases inertes y agua. Para cumplir estas normas, la mayoría de los procesos de gasificación de hulla culminan con operaciones de limpieza y metanación del gas. En la actualidad se utilizan diversos métodos de hidrogasificación en los que el hidrógeno reacciona directamente con carbón para formar metano; estos procesos evitan el paso intermedio consistente en producir gas de síntesis, hidrógeno y monóxido de carbono antes de producir metano. Otros métodos son el proceso de aceptores de dióxido de carbono, que emplea dolomita, un material calizo, y el proceso de sal fundida. Otros gases fabricados en el pasado a partir de carbón y coque, como el gas del alumbrado o el gas de horno de coque, apenas tienen importancia hoy día.

Gas de alto horno :

Producido por la interacción de caliza, mineral de hierro y carbono en los altos hornos, tiene un cierto poder calorífico debido a su contenido en monóxido de carbono, pero contiene un 60% de nitrógeno. Durante el funcionamiento de los hornos se producen cantidades enormes de este gas; la mayoría se emplea para calentar el chorro de aire para el horno y hacer funcionar los compresores que impulsan dicho chorro. El poder calorífico del gas de alto horno es un 16% del correspondiente al gas de horno de coque.

Gas natural:

Extraído de yacimientos subterráneos de gas, y objeto principal de este trabajo

Gas licuado de petróleo :

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(GLP), mezcla de gases licuados, sobre todo propano o butano. El GLP se obtiene a partir de gas natural o petróleo. De esta clase nos ocuparemos en brevemente más adelante.

Componentes del gas natural

Los siguientes, son los componentes principales del gas natural, estos varían según el yacimiento:

Componente % Componente %

Metano95,0812

i-pentano0,0152

Etano 2,1384 Benceno0,0050

Propano 0,2886 Ciclo hexano0,0050

n-butano 0,0842 Nitrógeno1,9396

i-butano 0,0326 CO20,3854

n-pentano 0,0124 Otros0,0124

1.2-HISTORIA

Los primeros descubrimientos de yacimientos de gas natural fueron hechos en Irán entre los años 6000 y 2000 A.C. Estos yacimientos de gas, probablemente encendidos por primera vez mediante algún relámpago, sirvieron para alimentar los "fuegos eternos" de los adoradores del fuego de la antigua Persia. También se menciona el uso del gas natural en China hacia el 900 A.C. Precisamente en China se reporta la perforación del primer pozo conocido de gas natural de 150 metros de profundidad en el 211 A.C. Los chinos perforaban sus pozos con varas de bambú y primitivas brocas de percusión, con el propósito expreso de buscar gas en yacimientos de caliza. Quemaban el gas para secar las rocas de sal que encontraban entre las capas de caliza. El gas natural era desconocido en Europa hasta su descubrimiento en Inglaterra en 1659, e incluso entonces, no se masificó su utilización. La primera utilización de gas natural en Norteamérica se realizó desde un pozo poco profundo en la localidad de Fredonia, estado de Nueva York, en 1821. El gas era distribuido a los consumidores a través de una cañería de plomo de diámetro pequeño, para cocinar e iluminarse.

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A lo largo del siglo 19, el uso del gas natural permaneció localizado porque no había forma de transportar grandes cantidades de gas a través de largas distancias, razón por la que el gas natural se mantuvo desplazado del desarrollo industrial por el carbón y el petróleo.

1.3-FORMACIÓN DEL GAS NATURAL

El gas natural se formó hace millones de años cuando una serie de organismos descompuestos como animales y plantas, quedaron sepultados bajo lodo y arena, en lo más profundo de antiguos lagos y océanos.

En la medida que se acumulaba lodo, arena y sedimento, se fueron formando capas de roca a gran profundidad. La presión causada por el peso sobre éstas capas más el calor de la tierra, transformaron lentamente el material orgánico en petróleo crudo y en gas natural.

El gas natural se acumula en bolsas entre la porosidad de las rocas subterráneas. Pero en ocasiones, el gas natural se queda atrapado debajo de la tierra por rocas sólidas que evitan que el gas fluya, formándose lo que se conoce como un yacimiento.

Hace miles de años, en Persia, la gente descubrió la existencia de llamas que salían de la tierra. Estas llamas eran manantiales de fuego. La gente quedó tan mistificada por las llamas que construyeron un templo a su alrededor, dónde le rendían culto al fuego. El gas natural tiene diversas aplicaciones en la industria, el comercio, la generación eléctrica, el sector residencial y el transporte de pasajeros. Ofrece grandes ventajas en procesos industriales donde se requiere de ambientes limpios, procesos controlados y combustibles de alta confiabilidad y eficiencia.

1.4-GENERACIÓN DE ENERGÍA

Una de las utilidades del gas natural puede ser el emple para producir hidrógeno que se puede utilizar en los vehículos de hidrógeno como biocombustibles.1 Nm3 (Normal metro cúbico, metro cúbico en condiciones normales, 20 °C de temperatura y 1 atmósfera de presión) de gas natural produce aproximadamente 10,4 kWh. 1000centimetros k

1.5-IMPACTO AMBIENTAL

El CO2 y los otros más hidrocarburos; etano, propano, butano.expulsado a la atmósfera por el gas producen una reacción solar menos energética. Esto, pues produce que la tierra se vea afectada por un incremento de 0,2-0,5 °C cada

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década ya que los rayos del sol inciden en la atmósfera pero una parte de ellos no sale y se refleja a la tierra.

1.6- GAS NATURAL DEFINICIÓN

El gas natural se puede encontrar en forma "asociado", cuando en el yacimiento aparece acompañado de petróleo, o gas natural "no asociado" cuando está acompañado únicamente por pequeñas cantidades de otros hidrocarburos o gases.

La composición del gas natural incluye diversos hidrocarburos gaseosos, con predominio del metano, por sobre el 90%, y en proporciones menores etano, propano, butano, pentano y pequeñas proporciones de gases inertes como dióxido de carbono y nitrógeno.

Es un energético natural de origen fósil, que se encuentra normalmente en el subsuelo continental o marino. Se formó hace millones de años cuando una serie de organismos descompuestos como animales y plantas, quedaron sepultados bajo lodo y arena, en lo más profundo de antiguos lagos y océanos. En la medida que se acumulaba lodo, arena y sedimento, se fueron formando capas de roca a gran profundidad. La presión causada por el peso sobre éstas capas más el calor de la tierra, transformaron lentamente el material orgánico en petróleo crudo y en gas natural. El gas natural se acumula en bolsas entre la porosidad de las rocas subterráneas. Pero en ocasiones, el gas natural se queda atrapado debajo de la tierra por rocas sólidas que evitan que el gas fluya, formándose lo que se conoce como un yacimiento.

1.7- APLICACIONES

Sector Aplicaciones/Procesos

Industrial Generación de vapor

Industria de alimentos

Secado

Cocción de productos cerámicos

Fundición de metales

Tratamientos térmicos

Temple y recocido de metales

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Generación eléctrica

Producción de petroquímicos

Sistema de calefacción

Hornos de fusión

Comercio y Servicios

Calefacción central

Aire acondicionado

Cocción/preparación de alimentos

Agua caliente

Energía Cogeneración eléctrica

Centrales térmicas

Residencial Cocina

Calefacción

Agua caliente

Aire acondicionado

Transporte de pasajeros

Taxis

Buses

En el siguiente cuadro se presentan algunas de las aplicaciones más comunes de gas natural:Adicionalmente, el gas natural es utilizado como materia prima en diversos procesos químicos e industriales. De manera relativamente fácil y económica puede ser convertido a hidrógeno, etileno, o metanol; los materiales básicos para diversos tipos de plásticos y fertilizantes

1.8-CLASIFICACION

Los yacimientos de petróleo casi siempre llevan asociados una cierta cantidad de gas natural, que sale a la superficie junto con él cuando se perfora un pozo. Sin embargo, hay pozos que proporcionan solamente gas natural. El petróleo crudo y el gas natural se encuentran en cantidades comerciales en cuencas sedimentarias situadas en más de 50 países de todos los continentes. Los mayores yacimientos se encuentran en Oriente Próximo, donde se hallan más de la mitad de las reservas conocidas de crudo y casi una tercera parte de las reservas conocidas de gas natural.

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Se conoce son el nombre de Yacimientos de Gas a aquellos en los cuales la mezcla de hidrocarburos se encuentra inicialmente en fase gaseosa en el subsuelo. Sin embargo, esto no quiere decir que un yacimiento de gas esté imposibilitado para condensar. La condensación se produce como consecuencia de disminución en la energía cinética de las moléculas de gas más pesadas originando un aumento en las fuerzas de atracción de las mismas, lo cual transforma parte de dicho gas en líquido.

En base a estos criterios de condensación y de acuerdo a su presión y temperatura inicial, podemos clasificar los Yacimientos de Gas en: Yacimientos de gas seco, Yacimientos de gas húmedo y Yacimientos de gas condensado.

Yacimientos de gas seco: Su temperatura inicial excede la temperatura cricondentérmica. Están constituidos por metano, con rastros de hidrocarburos superiores.

Están constituidos por hidrocarburos que, aún en superficie y a presión y temperatura de tanque, no condensan.

Poseen alta energía cinética de sus moléculas y baja atracción de las mismas.

Yacimientos de gas húmedo: Su temperatura inicial excede la temperatura cricondentérmica. Están constituidos por hidrocarburos livianos a intermedios.

Están constituidos por hidrocarburos que no condensan a condiciones de yacimiento pero si a condiciones de separador.

Yacimientos de gas condensado:Estos yacimientos producen condensación retrograda en el yacimiento a presiones por debajo de la presión de rocío y temperaturas entre la crítica y la cricondentérmica. El gas al disminuir la presión se condensa.

Estos tipos de yacimientos también pueden ubicarse de acuerdo con la localización de la temperatura y presión iniciales del mismo con respecto a la región de dos fases (gas y petróleo) en los diagramas de fases que relacionan estas dos variables. Cuando la presión y la temperatura caen dentro de la región de dos fases, existirá una zona de petróleo con una capa de gas en la parte superior.

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS

es un combustible fósil. es incoloro e inodoro. es menos contaminante a comparación del gas licuado. es limpio.

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es beneficioso, tanto para la industria como para el uso doméstico, ya que desempeña papeles importantes como un combustible energético.

su componente fundamental es el metano (c4). es un gas liviano, más ligero que el aire su poder calorífico es el doble del gas manufacturado. es un gas seco.

PROPIEDADES DEL GAS NATURALPara entender y predecir el comportamiento de yacimientos de petróleo y de gas como una función de presión, el conocimiento de las propiedades físicas de los fluidos del yacimiento deben ser conocidas. Estas propiedades, por lo general son determinadas por experimentos de laboratorio realizados sobre las muestras de fluidos obtenidas de pozos. En ausencia de éstas propiedades experimentales, el trabajo de caracterización y estudio de yacimientos sería muy difícil.

En éste artículo serán estudiadas las propiedades del gas natural, y para ello es necesario conocer un poco acerca del gas.Un gas, es definido como un fluido homogéneo de viscosidad y densidad baja, que no tiene ningún volumen definido, pero se amplía para completamente rellenar el espacio donde es colocado. Generalmente, el gas natural es una mezcla de gases de no hidrocarburo e hidrocarburo. Los gases de hidrocarburo que normalmente son encontrados en un gas natural son metano, etano, propano, butano, pentano, y las pequeñas cantidades de hexano y más componentes pesados. Los gases de no hidrocarburo (impurezas), incluyen el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno, y el nitrógeno.

El conocimiento y relación de la presión, volumen y temperatura (PVT), y otras propiedades químicas de los gases son indispensable para el desarrollo de un yacimiento de petróleo o gas.Entre las propiedades podemos encontrar:1.- Peso molecular del gas (PMg).2.- Gravedad específica (GE).3.- Densidad del gas .4.- Viscosidad del gas (ug).5.- Factor de compresibilidad del gas (Z).6.- Factor volumétrico de formación del gas (Bg).7.- Volumen específico (v).8.- Compresibilidad isotérmica del gas (Cg).

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Peso molecular del gas (PMg):Es la unión de la de los pesos moleculares de cada elemento que conforman el gas natural. Las unidades del peso molecular son: Kgr/Kmol ó Lb/lbmol.El gas natural, es una mezcla de componentes y es por ello que el peso molecular del gas se obtiene sumando la fracción molar de cada i-esimo componente por su respectivo peso molecular.

Gravedad específica (GE):Es la relación de la densidad de una sustancia a la densidad de una sustancia de referencia. Para efectuar la relación entre ambas sustancias, es necesario que ambas se encuentren a la misma presión y temperatura. Si asumimos un comportamiento de gas ideal para ambas sustancias, la gravedad específica se puede expresar en función de los pesos moleculares de cada sustancia.

GE = GEgas / GEaire

GE = PMg / PMaire

Siendo el peso molecular del aire seco=29 lb/lbmol.Ambas relaciones son válidas y su unidad es: adimensional.

Densidad del gas :Es la relación entre la masa y el volumen de una sustancia en estudio. En el caso del gas natural se puede demostrar que la densidad del mismo será:

Viscosidad del gas :Es la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad del esfuerzo cortante, que se aplica a una porción de fluido para que adquiera movimiento (viscosidad dinámica).

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Hay distinto tipos de viscosidad , siendo las de mayor estudio la dinámica y la cinemática, siendo ésta última la resistencia que se genera al fluir un fluido bajo el efecto de la gravedad.La viscosidad de los gases tendrán el siguiente comportamiento:- A bajas presiones (menor a 1500 lpc), un aumento de la temperatura aumentará la viscosidad del gas .

- A altas presiones (mayor a 1500 lpc), un aumento de la temperatura disminuye la viscosidad.

- A cualquier temperatura, si se aumenta la presión la viscosidad aumenta.

- La viscosidad será mayor, a medida que el gas posea componentes más pesados.

Factor de compresibilidad del gas :

Es un factor de corrección introducido en la ecuación general de los gases y será obtenido experimentalmente dividiendo el volumen real de n moles de un gas a presión y temperatura, por el volumen ideal ocupado por la misma masa de gas a iguales condiciones de presión y temperatura.

La ecuación a usar será de de los gases ideales pero con el factor Z como corrección:P.V = Z. n. R. T

El factor Z, es función de propiedades pseudo reducidas, es decir, Z= f: ( Ppr , Tpr ).Por ello es necesario encontrar una serie de parámetros que nos permitirán encontrar el factor Z, entrando en una gráfica adecuada, con Ppr y Tpr.Para hallar las propiedades pseudo criticas se pueden determinar a través de la composiciones molares de cada componente del gas natural ó a través de la gravedad específica del mismo.Para determinar Z, por la gráfica es necesario conocer algunos parámetros que se enuncian a continuación:

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Con las propiedades pesado críticas hallamos las pesado reducidas y con éstas el valor de Z de la gráfica.

Para cuando el gas posee componentes no hidrocarburos será necesario introducir una corrección de las propiedades pesado críticas, la cual se determinará por medio de las siguientes ecuaciones, y obtenidas las propiedades pesado reducidas, hallar el factor Z.Ahora vamos a corregir por la presencia de sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono. El error E, se puede determinar gráficamente o analíticamente por la ecuación suministrada.

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Con las correcciones ya hechas, volvemos a el cálculo de las propiedades pesado reducidas y hallamos Z de la gráfica.

Factor volumétrico de formación del gas Es un factor que relaciona el volumen de gas en el yacimiento a presión y temperatura con el volumen de la misma masa de gas en superficie a condiciones normales presión de 14,7 lpc y 60 °F.

Volumen específico (v):Es definido como el volumen ocupado ocupado por una masa de gas, es decir, el volumen dividido entre la masa. Para gas ideal es el inverso de la densidad.

Compresibilidad isotérmica del gas (Cg):La variación de la compresibilidad de un fluido con la presión y temperatura es de gran

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importancia para los cálculos de ingeniería de yacimientos. Para una fase liquida, la compresibilidad es pequeña y se asume en ocasiones constante, pero para los gases no sucede lo mismo. La compresibilidad isotérmica del gas es el cambio en el volumen por unidad de cambio de presión.

Para gas ideal, Z=1 constante, y la compresibilidad es Cg= 1/P

PROPIEDADES TERMODINAMICAS:

LA ENTALPÍA

La Entalpía es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno. Por ejemplo, en una reacción química a presión constante, el cambio de entalpía del sistema es el calor absorbido o desprendido en la reacción. En un cambio de fase, por ejemplo de líquido a gas, el cambio de entalpía del sistema es el calor latente, en este caso el de vaporización. En un simple cambio de temperatura, el cambio de entalpía por cada grado de variación corresponde a la capacidad calorífica del sistema a presión constante. El término de entalpía fue acuñado por el físico alemán Rudolf J.E. Clausius en 1850. Matemáticamente, la entalpía H es igual a U + pV, donde U es la energía interna, p es la presión y V es el volumen. H se mide en julios.

H = U + pV

Cuando un sistema pasa desde unas condiciones iniciales hasta otras finales, se mide el cambio de entalpía ( Δ H).

ΔH = Hf – Hi

La entalpía recibe diferentes denominaciones según el proceso, así:

Entalpía de reacción, entalpía de formación, entalpía de combustión, entalpía de disolución, entalpía de enlace, etc; siendo las más importantes:

ENTALPIA DE REACCIÓN:

Es el calor absorbido o desprendido durante una reacción química, a presión constante.

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ENTALPÍA DE FORMACIÓN:

Es el calor necesario para formar una mol de una sustancia, a presión constante y a partir de los elementos que la constituyen.

Ejemplo:

H2 (g) + ½ O2 (g) = > H2O + 68.3Kcal

Cuando se forma una mol de agua (18 g) a partir de hidrógeno y oxígeno se producen 68.3 Kcal, lo que se denomina entalpía de formación del agua.

ENTALPÍA DE COMBUSTIÓN:

Es el calor liberado, a presión constante, cuando se quema una mol de sustancia.

Ejemplo:

CH4 (g) + 2O2 (g) => 2CO2 (g) + 2H2O (l) ΔH = -212.8 Kcal

Lo que significa que cuando se queman 16 g de metano se desprenden 212.8 Kcal.

Estas entalpías se determinan normalmente a 25°C y 1 atm. Para determinar la entalpía estándar de formación de las sustancias, se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:

1. La entalpía estándar de formación de los elementos puros, libres y tal como se encuentran en su estado natural es cero.

Por ejemplo:

H2 (g), O2 (g), N2 (g), Cl2 (g), Na (s), etc, tienen

ΔHf25° = 0, donde Δ Hf25° es la entalpía estándar de formación.

2. El carbono se presenta a 25°C 1 atm de presión y en el estado sólido, de varias formas: diamante, grafito, antracita, hulla, coke, etc, pero su estado estándar se define para el grafito, o sea ΔHf25° del grafito es igual a cero.

3. El azufre se presenta en dos estados alotrópicos, el rómbico y el monocíclico; su entalpía estándar se define para el rómbico o sea ΔHf25° del rómbico es igual a cero.

ENTALPÍA ESTÁNDAR de una ecuación general:

Se calcula restando las entalpías estándares de formación de los reactivos de las entalpías estándares de formación de los productos, como se ilustra en la siguiente ecuación:

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CALOR ESPECÍFICO Y CAPACIDAD CALORÍFICA

El calor específico (s) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de la sustancia. La capacidad calorífica (C) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de una cantidad determinada de sustancia. El calor específico es una propiedad intensiva, en tanto que la capacidad calorífica es una propiedad extensiva. La relación entre la capacidad calorífica y el calor específico de una sustancia es:

C = ms

Donde m es la masa de la sustancia en gramos. Por ejemplo el calor específico del agua es 4.184 J/g . °C y la capacidad calorífica de 60 gramos de agua es:

(60.0 g)(4.184 J/g . °C) = 251 J/°C

SUSTANCIA CALOR ESPECÍFICO (J/g.°C)

Aluminio 0.900

Oro 0.129

C(grafito) 0.720

C(diamante) 0.502

Cobre 0.385

Hierro 0.444

Mercurio 0.139

Agua 4.184

Etanol 2.46

Calor específico de algunas sustancias

Si se conoce el calor específico y la cantidad de una sustancia, entonces el cambio en la temperatura de una muestra (Δt) indicara la cantidad de calor (q) que se ha absorbido o GARCIA ROJAS ZAIDA FAC. INGENIERIA QUIMICA

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liberado en un proceso en particular. La ecuación para calcular el cambio de calor esta dad por:

donde m es la masa de la muestra y Δt es el cambio de la temperatura:

El signo convencional de q es igual que para el cambio de entalpía; que es positivo para procesos endotérmicos y negativo para procesos exotérmicos.

CALORIMETRÍA A VOLUMEN CONSTANTE

Para medir el calor de combustión se coloca una masa conocida de un compuesto en un recipiente de acero, denominado bomba calorimétrica a volumen constante, que se llena con oxígeno, a más o menos 30 atm de presión. La bomba cerrada se sumerge en una cantidad conocida de agua. La muestra se enciende eléctricamente y el calor producido por la reacción de combustión se puede calcular con exactitud al registrar el aumento en la temperatura del agua. El calor liberado por la muestra es absorbido por el agua y por el calorímetro. El diseño especial de la bomba calorimétrica permite suponer que no hay pérdida de calor (o de masa) hacia los alrededores durante el tiempo en que se hacen las mediciones.

Como consecuencia, se puede decir que la bomba calorimétrica y el agua en que se sumerge constituyen un sistema aislado. Debido a que no entra ni sale calor del sistema durante el proceso, se puede escribir:

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donde agua, bomba y reacción son los cambios de calor del agua, de la bomba y de la reacción, respectivamente. Así:

La cantidad qagua se obtiene por:

El producto de la masa de la bomba por su calor específico es la capacidad calorífica de la bomba, que permanece constante para todos los experimentos efectuados en dicha bomba calorimétrica:

De aquí

Como es una bomba calorimétrica las reacciones ocurren bajo condiciones de volumen constante y no de presión constante, los cambios de calor no corresponden al cambio de entalpía ΔH. Es posible corregir las mediciones en los cambios de calor de forma que correspondan a los valores de ΔH, pero debido que la corrección es muy pequeña.

CALORIMETRÍA A PRESIÓN CONSTANTE

Sabemos que DH se define como la cantidad de calor transferida a presión constante,

(DH = qp), entonces un calorímetro para medir ello tendrá el siguiente esquema:

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El regulador de presión puede ser simplemente un agujero que permita que la presión sea la misma que la presión atmosférica Para aquellas reacciones que se hacen en agua en disoluciones diluidas, el calor específico de la disolución será aproximadamente igual al del agua, esto es, 4.18 J g-1 K-1 El calor absorbido por una disolución acuosa es igual al calor liberado por la reacción de los solutos:

disolución = -qrxn

Si la reacción libera calor, es una reacción exotérmica y el DH es negativa. La entalpía de los productos es menor que la de los reactivos

DH = Hproductos-Hreactivos

En un calorímetro con una disolución acuosa, si la reacción de los solutos es exotérmica, la disolución absorberá el calor producido por la reacción y se observará un incremento en la temperatura.

De manera que para una reacción exotérmica:

Los solutos tienen una entalpía final menor después de la reacción (DH negativa) La disolución tiene una entalpía final mayor después de la reacción (DH positiva)

De manera que para determinar el valor de DHrxn debemos invertir el signo de DHsoln (es decir el valor medido)

CALOR LATENTE DE FUSIÓN

El calor latente de fusión es el calor absorbido en la fusión de 1 g de sustancia a temperatura constante.

Los calores de fusión de las sustancias son muy inferiores a sus calores de vaporización. Para el hielo es igual a 79,7 calorías por gramo.

La temperatura de fusión varia, aunque muy poco, con la presión aplicada a la sustancia; en general, en los sólidos más densos que el líquido la temperatura de fusión aumenta al elevar la presión, mientras que el caso contrario tal como el hielo, la temperatura de fusión disminuye al elevar la presión.

CALOR DE VAPORIZACIÓN

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Cuando un líquido se encuentra a la temperatura de ebullición, para pasarlo a estado de vapor hay necesidad de aplicarle una cantidad de calor adicional, para romper las fuerzas atractivas intermoleculares, a este calor necesario para evaporar cierta cantidad de sustancia se le conoce con el nombre de calor de vaporización.

El calor de vaporización se conoce como calor latente de vaporización puesto que al aplicarlo, no hay cambio en la temperatura del sistema.

donde m es la cantidad de sustancia a evaporar y ΔHv es el calor de vaporizaciσn.

CURVA DE CALENTAMIENTO

Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

 Figura 3 Curva de calentamiento

en la figura 3 se presenta la grafica de una curva de calentamiento completa desde el estado sólido, hasta el estado de vapor.

Supongamos que se tiene una sustancia en el estado sólido en un tiempo to a una temperatura inicial Ti (figura 3). Si empezamos a adicionar calor progresivamente, su temperatura empieza a aumentar (calor sensible) hasta llegar a la temperatura de fusión Tf en el tiempo t1.

La cantidad de calor gastado entre to y t1 se calcula por la expresión:

donde:

Q1 = cantidad de calor en calorías.

m = masa (gramos) de sustancia que se está calentando en el estado sólido.

Ces = es el calor específico de la sustancia en el estado sólido (cal/g °C)

Tf – Ti = Representa el cambio de temperatura (ΔT) en ese intervalo.

Cuando la sustancia se encuentra a la temperatura de fusión, hay necesidad de aplicarle calor latente de fusión (ΔHfusiσn) para convertirla en lνquido (intervalo t1 a t2 ), el calor total de este intervalo depende de la masa.

Cuando todo el sólido se haya transformado en líquido (t2), al aplicar calor empieza nuevamente a incrementarse la temperatura (calor sensible) hasta el tiempo (t3), donde el líquido alcanza su temperatura de ebullición.GARCIA ROJAS ZAIDA FAC. INGENIERIA QUIMICA

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El calor aplicado entre t2 y t3 se calcula por la expresión:

ó

Cel es el calor específico de la sustancia en el estado líquido (cal/g °C)

Cuando la sustancia se encuentra en la temperatura de ebullición, hay necesidad de aplicarle el calor latente de vaporización (ΔHv) para convertirla en vapor (intervalo t3 a t4).

El calor total de este intervalo depende de la masa:

Cuando todo el líquido se halla transformado en vapor (t4), al aplicarle calor empieza de nuevo a incrementarse la temperatura (calor sensible) hasta el tiempo final (t5) y la temperatura final (Tf). En el lapso de tiempo t4 a t5 se aplico una cantidad de calor que se calcula por la expresión:

ó

donde Cev es el calor específico de la sustancia en el estado de vapor (cal/g °C).

El calor total aplicado durante el proceso de calentamiento es la suma de todos los calores o sea:

CURVA DE ENFRIAMIENTO

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En la figura 4 se presenta la gráfica de una curva de enfriamiento completa, desde el estado de vapor, pasando por el líquido, hasta el sólido.

Supongamos que se tiene una sustancia en el estado de vapor en un tiempo to a una temperatura inicial Ti (figura 4). Si empezamos a extraer calor progresivamente, su temperatura empieza a descender (calor sensible) hasta llegar a la temperatura de licuefacción TL en el tiempo t1.

La cantidad de calor extraído entre to y t1 se calcula por la expresión:

donde TL : es temperatura de licuefacción e igual numéricamente a Teb.

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Cuando la sustancia se encuentra a la temperatura de licuefacción, hay necesidad de extraerle el calor latente de licuefacción (-ΔHL) para convertirla en líquido (intervalo t1 a t2 ), el calor total de este intervalo depende de la masa.

Cuando todo el vapor se haya transformado en líquido (t2), al extraer calor empieza nuevamente a descender la temperatura (calor sensible) hasta el tiempo (t3), alcanza la temperatura de solidificación (Ts).

El calor aplicado entre t2 y t3 se calcula por la expresión:

Cuando la sustancia se encuentra en la temperatura de solidificación, hay necesidad de extraerle el calor latente de solidificación (-ΔHs) para convertirla en sσlido(intervalo t3 a t4).

El calor total de este intervalo depende de la masa:

Cuando todo el líquido se ha transformado en sólido (t4), al extraerle calor empieza de nuevo a descender la temperatura (calor sensible) hasta el tiempo final (t5) alcanza la temperatura final deseada Tf.

El calor en este intervalo se calcula por la expresión:

El calor total extraído durante el proceso de enfriamiento es la suma de todos los calores o sea:

ENTROPÍA

En la desigualdad de Clausius no se han impuesto restricciones con respecto a la reversibilidad o no del proceso, pero si hacemos la restricción de que el proceso sea reversible podemos ver que no importa el camino que usemos para recorrer el proceso, el cambio de calor dQ va a hacer igual en un sentido o en otro por lo que llegaremos a que:dQ / T = 0Como estamos imponiendo que usemos un camino cualquiera esta diferencial es una diferencial exacta y diremos que representa a una función de estado S que

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pude representarse por dS. Esta cantidad S recibe el nombre de Entropía del sistema y la ecuación:dQ / T = dSestablece que la variación de entropía de un sistema entre dos estados de equilibrio cualesquiera se obtiene llevando el sistema a lo largo de cualquier camino reversible que una dichos estados, dividiendo el calor que se entrega al sistema en cada punto del camino por la temperatura del sistema y sumando los coeficientes asi obtenidos.De lo anterior se concluye que el calor es un flujo de entropía. En el caso de la transferencia de energía mecánica, i.e. de trabajo, no hay un flujo directo de entropía.Si la transferencia de energía mecánica en un sistema se realiza con irreversibilidad se producen aumentos de entropía en el sistema, es decir se generan entropía. Esta generación de entropía trae consigo una perdida de trabajo utilizable debido a la degradaciones la energía mecánica producido por la irreversibilidades presentes como lo es el roce.

ENERGÍA INTERNA

Primer principio de la termodinámicaLa energía interna de un sistema se refiere a la energía cinética aleatoria de traslación, rotación o vibración que puedan poseer sus átomos o moléculas, además de la energía potencial de interacción entre estas partículas.Cuando se permite que fluya calor a un sistema como resultado de una diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores, ocurrirá un aumento equivalente en la energía interna siempre que no se permita al sistema realizar trabajo mecánico sobre sus alrededores. En general, esto no sucede así, y se tiene que: El aumento en la energía interna del sistema más la cantidad del trabajo externo efectuado por el mismo, equivale al calor absorbido por el sistema.Esta observación constituye el Primer principio de la termodinámica, que en general expresa la conservación de la energía y se puede expresar matemáticamente como:

DondeQ = es la energía térmica absorbida por el sistemaΔU = es el cambio en su energía internaW = es el trabajo efectuado por el sistemaEvidentemente, en un proceso en que se extrae calor del sistema, Q debe ser negativo, al igual que ΔU en el caso en que la energía interna disminuya o ΔW cuando se hace trabajo sobre el sistema en vez de ser efectuado por el mismo.Consideremos un sistema formado por un cuerpo caliente y un cuerpo frío en contacto térmico. Primero consideremos solo el cuerpo caliente, puesto que no efectúa trabajo, se tiene:

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Donde Q es la cantidad de calor entregada por el cuerpo caliente hacia el cuerpo frío, haciendo que la energía interna disminuya, por lo que también ΔU es negativo.Ahora consideremos el cuerpo frío, y puesto que tampoco efectúa trabajo, se obtiene:

La energía interna como función de la temperatura

La energía interna total de un gas, puede expresarse como la energía cinética total de todas las moléculas, que se puede describir igualmente como el número total de moléculas multiplicado por su energía cinética media, es decir:

Las componentes de la velocidad v, es decir vx,vy,vz, están relacionadas con la velocidad v de la partícula mediante:

Obteniendo el promedio en ambos miembros para todas las partículas, se tiene:

Sin embargo, como el movimiento de aquellas moléculas es aleatorio, no hay nada que distinga entre sí a las componentes x, Por lo tanto:

..........(2) Por medio de un cálculo avanzado que no se expondrá aquí, se obtiene:

Siendo la fuerza sobre un área unitaria, (dp)total el cambio total en la cantidad de movimiento de todas las partículas y dt un intervalo de tiempo.Luego, se puede escribir:

..........(3) Reemplazando (2) en (3):

..........(4) Pero de acuerdo a (1):

entonces ..........(5) GARCIA ROJAS ZAIDA FAC. INGENIERIA QUIMICA

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Reemplazando (5) en (4) :

..........(6) Ahora, por la ecuación de estado de los gases ideales se tiene:

Dividiendo ambos miembros de la igualdad por N, para obtener el número de Avogadro:

Sea donde k es la constante de Boltzman, que se puede considerar como la constante de gas por molécula.Reemplazando este último valor de R en la ecuación de estado:

..........(7) Por último, reemplazando (6) en (7) se obtiene:

Esta última igualdad nos indica que la energía interna de un gas ideal, depende sólo de la temperatura, ya que N y k son constantes para el gas.[editar] Calor molar a volumen constanteSupongamos que se encierra en un recipiente rígido, 1 mol de gas que contiene NA moléculas, de manera que su volumen permanece constante, por lo que no se podrá expandir y no efectuará trabajo alguno sobre sus alrededores. Si el gas absorbe una cantidad de calor dQ a través de las paredes del recipiente, entonces por la Primera ley de la termodinámica se tiene, ya que no se efectúa trabajo:cv como:

Por lo tanto se obtiene una importante relación para el calor molar a volumen constante:

ENERGIA LIBRE DE GIBBS

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En termodinámica, la energía libre de Gibbs (o energía libre) es un potencial termodinámico, es decir, una función de estado extensiva con unidades de energía, que da la condición de equilibrio y de espontaneidad para una reacción química (a presión y temperatura constantes).

La segunda ley de la termodinámica postula que una reacción química espontánea hace que la entropía del universo aumente, ΔSuniverso > 0, así mismo ΔSuniverso esta en función de ΔSsistema y ΔSalrededores. Por lo general sólo importa lo que ocurre en el sistema en estudio y; por otro lado el cálculo de ΔSalrededores puede ser complicado.

Por esta razón fue necesario otra función termodinámica, la energía libre de Gibbs, que sirva para calcular si una reacción ocurre de forma espontánea tomando en cuenta solo las variables del sistema.

Cálculo de la energía libre de Gibbs

Los cambios en la energía libre

Contenido de calor; T es la temperatura y S es la entropía del sistema. Fue desarrollada en los años 1870 por el físico-matemático estadounidense Williard Gibbs. Cambios de energía libre estándar

La energía libre de reacción, se denota, , es el cambio de energía en una reacción a condiciones estándares. En esta reacción los reactivos en su estado estándar se convierten en productos en su estado estándar.

Dada la siguiente ecuación química:

La energía libre se calcula como

Donde A y B son los reactivos en estado estándar y; C y D son los productos en su estado estándar. Además a, b, c y d son sus respectivos coeficientes estequiométricos.

en general:

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Donde m y n son los coeficientes estequiométricos.

Así como en en el cálculo de la entalpía, en la energía libre estándar de formación para cualquier elemento en su forma estable (1 atm y 25ºC) es 0

La variación de energía libre de Gibbs para un proceso a temperatura constante viene dada por:

La temperatura puede ser un factor determinante a la hora de hacer que un proceso sea espontaneo o no lo sea.

Significado de

La condición de equilibrio es La condición de espontaneidad es El proceso no es espontáneo cuando:

(esta última condición nos dice que la reacción no se producirá).

La energía de Gibbs molar parcial, es lo que se conoce con el nombre de potencial químico, que es lo que se maneja en cálculos termodinámicos en equilibrio, ya que el equilibrio químico entre dos sistemas implica la igualdad de potenciales químicos y su uso facilita los cálculos.

Demostración matemática

Partimos de:

como:

Reemplazando:

Multiplicando por T:

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Es decir:

Unidades

Al ser una magnitud extensiva, es decir, que depende de la cantidad de sistema, normalmente se va a referir en unidades de energía por unidad de cantidad de materia. En el Sistema Internacional de Unidades se utiliza el kJ/mol, aunque también se puede utilizar kcal/mol.

CAPITULO II.-Calculo de las propiedades termodinámicas

hallar el poder calorífico de un gas natural q tiene la siguiente composicion química a 1500ºK.

composición% molar Xi a b*10¯³

(-c*10¯⁷T²) Cpi.a Cpi.b Cpi.c

CH4 95.8 0.958 3.381 18.044 43 3.2389980.0172861

5 -0.000004119400

C2H6 2.14 0.0214 2.247 38.201 110.49 0.04808580.0008175

0 -0.000000236449

C3H8 0.29 0.0029 2.41 57.195 175.33 0.0069890.0001658

7 -0.000000050846

C4H10 0.12 0.0012 3.8448 73.35 2.26560.0046137

60.0000880

2 -0.000000000272

C5H12 0.04 0.0004 4.8959 90.112 2.80390.0019583

60.0000360

4 -0.000000000112

CO2 0.5 0.005 6.369 10.1 34.05 0.0318450.0000505

0 -0.000000017025

N2 1.1 0.011 6.4492 1.4125 0.807 0.07094120.0000155

4 -0.000000000888

3.4034311

20.0184596

2 -0.000004424991

 

CPm=3.4034112  +  0.018445962 T-0.00000442499T²  

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2.1.- CALCULO DE LA ΔH:

ΔH =

ΔH = )

ΔH = 3.40341 +

ΔH = + –

ΔH = 19078.014636 cal/mol

3.3.- CALCULO DE LA ΔS:

ΔS =

ΔS=

ΔS=

Integrando:

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ΔS = + –

ΔS = 22.90017 cal/mol. °k

3.4 CALCULO DE LA ΔU:

ΔU =

ΔU =

ΔU =

ΔU =

ΔU=

ΔU =

3.5.- CALCULO DE LA ΔG:

ΔG = AH – TAS

ΔG = 19078.014636 -1500(22.90017)ΔG = -152772.24036 cal/mol

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CONCLUSIONES:

Porque es importante el gas natural?

El gas natural ha demostrado ser un factor de desarrollo importante en países que cuentan con economías fuertes y poblaciones que gozan de buenas condiciones de vida. Garantizar el abasto suficiente de gas natural en Baja California es un asunto de gran relevancia para el desarrollo económico futuro del estado.

El gobierno mexicano ha seleccionado al gas natural como el combustible más apropiado para alimentar a las nuevas plantas de generación de energía eléctrica como son las dos nuevas en plantas ubicadas en Mexicali B.C., así como para convertir las plantas existentes como la de Rosarito B.C.

Su procedencia

El gas natural es un combustible fósil extraído del subsuelo y que puede ser utilizado como fuente de energía para el uso doméstico, industrial, comercial, así como para la generación de energía eléctrica.

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baja California no cuenta con reservas propias y se encuentra aislada del sistema nacional de gasoductos. Actualmente el estado importa de Estados Unidos a través de gasoductos todo el gas natural que consume.

BIBLIOGRAFIA:

Enciclopedia libre fisicanet.com.ar Material de ingeniería de yacimientos I y II, de los profesores Gustavo Prato y Ángel

Da silva respectivamente. Profesores: Arquitecto Costoya. y J. F. Aguirre Autor: Anselmo Robles Bentham, Ricardo Santiago Netto, Osvaldo Daniel Pumar

Si utilizaste el contenido de esta página no olvides citar la fuente "Fisicanet

BABOR, Joseph. Química General Moderna. Editorial Marín. Barcelona. Pág 75-80. GARCIA, Arcesio. AUBAD, Aquilino. ZAPATA, Rubén. Hacia La Química. Editorial

Temis S.A. Bogota-Colombia. Pág 269-282. CHANG, Raymond. Química Sexta edición. Editorial Mc Graw Hill. México. Pág

209-222.

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