Propiedades crticasEs el conjunto de condiciones fsicas de presin, temperatura y volumen, a las cuales la densidad y otras propiedades del lquido y gas se vuelven idnticas, es decir, es un punto a una presin y temperatura dada donde fsicamente no puede diferenciarse si se trata de gas o lquido. Estas propiedades crticas son nicas (una sola presin, una sola temperatura) para una sustancia dada y se requiere para la determinacin de otras propiedades de la sustancia.La presin crtica, Pcr, y la temperatura crtica, Tcr, son medidas en el laboratorio y usualmente son desconocidas por lo que se requiere su determinacin por medio deCorrelacines, como la de Brown et al, para determinar las propiedades crticas en funcin de la gravedad especfica del gas.

Para gas en superficie1Pcr = 677 + 15 g - 37.5 gTcr = 168 + 325 g - 12.5 gPara condensados1Pcr = 706 - 51.7 g - 11.1 gTcr = 187 + 330 g - 71.5 g y la gravedad especifica se obtiene mediante:1 22g gg +=g1 = (Pcr - 175.5)/307.97g2 = (Tcr - 700.55)/(-47.94)Las propiedades crticas estn sujetas a variaciones por presencia de contaminantes (Dixido carbnico, CO2 y Sulfuro de Hidrgeno, H2S). La correlacin de Wichert y Aziz1 es utilizada para efectuar stas correcciones:Tcr ' = Tcr e2 2' '(1 )cr crcrcr H S H SP P TT Y Y e

Propiedades y Caractersticas del Gas Natural Las principales propiedades del estado gaseoso estn relacionadas, sobre la base de que, las partculas gaseosas tienen suficiente energa para vencer las fuerzas de interaccin, de manera que los gases son Compresibles; no se pueden modelar con arreglos moleculares repetidos; cada partcula queda completamente separada de las otras; la densidad es pequea, y las partculas gaseosas; llenan completamente el recipiente que las contiene El estado gaseoso presenta un movimiento libre y desordenado, esto significa choque e impulso. Tiende a expandirse debido a la fuerza repulsiva (tensin), que se genera debido al choque de molculas del gas contra las paredes del recipiente que lo contiene.

El trmino gas, describe el estado fsico de una materia que no tiene forma ni volumen propios. Lo que significa que el gas se adapta a la forma y volumen del recipiente que lo contiene. Puesto que todas las substancias pueden adoptar el estado gaseoso, segn la temperatura y presin que se les aplique, el trmino gas se emplea a las substancias que existen en estado gaseoso en condiciones llamadas normales o estndar, es decir, a temperaturas y presiones normales (CNPT). Estas condiciones en el Sistema Britnico de Unidades corresponden a una presin de 14,73 libras por pulgadas al cuadrado (lpca) y una temperatura de 60 F o 520 R y, desde luego en esas condiciones una libramol del gas ocupara un volumen de 379,63 (PCN/lbmol)

Impurezas del gas natural: El gas natural tiene, tambin cantidades menores de gases inorgnicos, como el Nitrgeno 2 N , el Dixido de Carbono 2 C0 ; Sulfuro de Hidrgeno H S2 ; Monxido de Carbono (C0), Oxgeno 2 0 , Vapor de Agua02 H, etc. Todos estos componentes son considerados impurezas del gasnatural., algunas de estas impurezas causan verdaderos problemas operacionales, como lo la corrosin en los equipos y en las tuberas de transporte, las principales impurezas del gas natural se presentan en el cuadro 1:Cuadro 1 Impurezas del Gas NaturalSulfuro de Hidrogeno (H2S) Disulfuro de Carbono (CS2)Dixido de Carbono (C02) Oxgeno (02)Nitrgeno (N2) Sulfuro de Carbonilo (C0S)Monxido de Carbono (C0) Mercaptanos (RSH)gua (H20) Mercurio (Hg)

Todas las impurezas mostradas en el cuadro 1 hay que eliminar de la corriente de gas natural, de tal forma que se pueda comercializar dentro de la norma

El vapor de agua 02 H es una de las impurezas ms comn en el gas natural y puede causar una serie de problemas operacionales, como por ejemplo interrupcin del flujo de gas o bloqueo de vlvulas e instrumentos por formacin de hidratos de gas, como tambin participa en la reduccin del valor calorfico del gas, y tambin causa corrosin interna en las instalaciones por accin entre el dixido de carbono u sulfuro de hidrgeno, los cuales reaccionan con el agua condensada.El Dixido de Carbono 2 C0 Es un gas sin color, olor ni sabor que se encuentra presente en el gas natural No es txico, y desempea un importante papel en el ciclo del carbono Dada su presencia natural en la atmsfera y su falta de toxicidad, no se debera de considerar un componente que contamina el medio ambiente, pero es un gas que produce que produce efecto invernadero. Pero, hay que tener en cuenta, que en el caso del gas natural, la toxicidad o contaminacin del dixido de carbono esta relacionado fundamentalmente, con la reaccin que se produce entre el dixido de carbono y el agua, para formar sustancias corrosivas, como los carbonatos y bicarbonatos, por ejemplo.Efecto invernadero al efecto, que dentro de un invernadero la temperatura es ms alta que en el exterior, esto sucede porque entra ms energa de la que sale, por la misma estructura del invernadero, esto se realiza sin necesidad de emplear calefaccin para calentar el proceso. En el conjunto de la tierra se produce un efecto natural similar de retencin de calor gracias a que algunos gases atmosfricos. La temperatura media en la tierra es cercana a los 15C, y si la atmsfera no existiera sera de unos -18C. Se le llama efecto invernadero por la similitud, porque en realidad la accin fsica por la que se produce es totalmente distinta a la que sucede en el invernadero de plantas.El efecto invernadero se origina porque la energa del sol, al proceder de un cuerpo de muy elevada temperatura, esta formado por ondas de frecuencias altas que traspasan la atmsfera con gran facilidad. La energa remitida hacia el exterior, desde la tierra, al proceder de un cuerpo mucho ms fro, esta en forma de ondas de frecuencia ms bajas, y es absorbida por los gases con efecto invernadero. Esta retencin de energa hace que la temperatura sea ms alta, aunque hay que entender bien que, al final, en condiciones normales, es igual la cantidad de energa que llega a la tierra que la que esta emite. Si no fuera as, la temperatura del planeta habra ido aumentando continuamente, cosa que no ha sucedido. Luego, se puede sealar que el efecto invernadero provoca que la energa que llega a la tierra sea devuelta ms lentamente, porque es mantenida ms tiempo junto a la superficie y as se mantiene la elevacin de la temperatura.El dixido de carbono no es corrosivo si no hay presencia de agua, pero puede reaccionar con el oxgeno y el sulfuro de hidrgeno incrementando su accin corrosiva en las tuberas de transporte, tambin el dixido de carbono reduce el poder calorfico del gas natural, reduccin que esta relacionada con la dilucin volumtrica.

El Acido Sulfhdrico o Sulfuro de Hidrgeno H S 2 : Este es un gas contaminante presente en el gas natural, el cual representa una impureza que debe de eliminarse de la corriente de gas, eliminacin que debe de realizarse antes de que sea inyectado en el sistema de tubera, ya sean de transporte o distribucin. En la parte de salud, se tiene que tener en cuenta que los efectos a una exposicin de sustancias txicas dependen de la dosis, la duracin, la forma como se realice la exposicin, como tambin a los hbitos y caractersticas personales y de la presencia de otras sustancias qumicas. La exposicin a niveles bajos por periodos prolongados puede causar irritacin de los ojos, dolor de cabeza y fatiga.El sulfuro de hidrgeno ocurre naturalmente en el petrleo y gas natural, adems de gases volcnicos y manantiales de aguas termales. Tambin puede producirse como resultado de la degradacin bacteriana de la materia orgnica, y de las bacterias sulfato reductora, que se encuentran en el petrleo pesado y que bajo condiciones anaerbicas, pueden transformar los sulfatos en sulfuro de hidrgeno.Tambin se puede producir por actividad industrial. En el medio ambiente este componente se libera principalmente como gas y se dispersa en el aire. La literatura indica que su permanencia en la atmsfera es de 18 horas. Cuando se libera en forma de gas se convierte el Anhdrido Sulfrico 3 S0 , para posteriormente convertirse en cido sulfrico 2 4 H S0 , por lo que puede causar graves problemas operacionales, ya que el cido sulfrico interviene muy activamente en los procesos corrosivos.El Monxido de Carbono (CO): Este es un gas txico incoloro e inodoro. Es el producto de la combustin incompleta en condiciones de deficiencia de oxgeno.Si el oxgeno es suficiente, la combustin produce dixido de carbono (C02) de combustibles slidos, lquidos y gaseosos. Los artefactos domsticos alimentados con gas, petrleo, querosn, carbn o lea pueden producir monxido de carbono(CO). En cantidades excesivas.Si tales artefactos no estn debidamente instalados y mantenidos y no son correctamente utilizados, se puede acumular (CO), y este puede llegar a niveles peligrosos, e incluso letales, en automviles, casas o zonas con ventilacin deficiente. La exposicin de las personas a concentraciones importantes de monxido de carbono en el aire, puede suponer problemas importantes para la salud. El (CO) se combina rpidamente con la hemoglobina de la sangre, contenida en los glbulos rojos o eritrocitos, produciendo carboxihemoglobina la cual reduce, a veces a niveles fatales, la capacidad de transporte de oxgeno de los pulmones a las clulas del organismo.La funcin normal de la hemoglobina es transportar el oxgeno de los pulmones a las clulas y recoger el (C02) para evacuarlo por los pulmones. A bajos niveles(200 ppm, V) durante 3 horas o 400 ppm, V durante 1 hora), el CO puede causar falta de aliento, nusea y mareos ligeros y puede afectar la salud despus de un tiempo

A niveles moderados (500 ppm,V) durante 1 hora o 1000 ppm; V durante 30 minutos) el (CO) puede causar dolores de cabeza, mareos, confusin mental, nusea o desmayos, pero puede causar la muerte si estos niveles, aunque moderados, se respiran durante mucho tiempo. Se considera que el (C0) es un contaminante primario. Alrededor del 90% del monxido de carbono que existe en la atmsfera se forma de manera natural, sobretodo en la oxidacin del Metano, mientras que en las reacciones fotoqumicas, se va eliminado por su oxidacin con el dixido de carbono. La actividad humana genera grandes cantidades, siendo despus del dixido de carbono el contaminante emitido en mayor cantidad por causas naturales.El Nitrgeno 2 N Este elemento se encuentra presente en el gas natural que ocasiona una reduccin en su valor calorfico, en grandes concentraciones genera la formacin de xidos de Nitrgeno X N0 al momento de la combustin misma, lo que puede conducir a la formacin de Ozono 3 0 en la atmsfera y resultan en compuestos contaminantes Los xidos de nitrgeno se producen en la combustin al combinarse radicales de nitrgeno, procedentes del propio combustible o bien, del propio aire, con el oxigeno de la combustin. Este fenmeno tiene lugar en reacciones de elevada temperatura, especialmente procesos industriales y en motores alternativos, alcanzndole proporciones del 95-98% de Oxido de Ntrico(NO) y del 2-5% de Dixido de Nitrgeno N02 .Dichos xidos, por su carcter cido contribuyen, junto con el Dixido de Azufre2 S0 a la lluvia cida, ya que si se juntan con el agua puede formar sus cidos, tambin participan en la formacin del "smog" (trmino anglosajn que se refiere a la mezcla de humedad y humo que se produce en invierno sobre las grandes ciudades). La naturaleza del gas (su combustin tiene lugar en fase gaseosa) permite alcanzar una mezcla mas perfecta con el aire de combustin lo que conduce a combustiones completas y ms eficientes, con un menor exceso de aire.La propia composicin del gas natural genera dos veces menos emisiones de(NOx) que el carbn y 2,5 veces menos que el fuel-oil. Las modernas instalaciones tienen a reducir las emisiones actuando sobre la temperatura, concentracin de nitrgeno y tiempos de residencia o eliminndolo una vez formado mediante dispositivos de reduccin cataltica.El xido ntrico (NO) y el dixido de nitrgeno (NO2) se suelen considerar en conjunto con la denominacin de (NOx) Son contaminantes primarios de mucha trascendencia en los problemas de contaminacin. El emitido en ms cantidad es el (NO), pero sufre una rpida oxidacin a (NO2), siendo este el que predomina en la atmsfera. El. (NOx) tiene una vida corta y se oxida rpidamente a Nitrato 3 N0 en forma de aerosol o a Acido Ntrico (HNO3) Tiene una gran trascendencia en la formacin del smog fotoqumico, del nitrato de peroxiacetilo (PAN) e influye en las reacciones de formacin y destruccin del ozono, tanto troposfrico como estratosfrico, as como en el fenmeno de la lluvia cida. En concentraciones altas produce daos a la salud y a las plantas y corroe tejidos y materiales diversos.Las actividades humanas que los producen son, principalmente, las combustiones realizadas a altas temperaturas. El Oxido Nitroso (N2O) En la troposfera es inerte y su vida media es de unos 170 aos. Va desapareciendo en la estratosfera en reacciones fotoqumicas que pueden tener influencia en la destruccin de la capa de ozono. Tambin tiene efecto invernadero Procede fundamentalmente de emisiones naturales (procesos microbiolgicos en el suelo y en los ocanos) y menos de actividades agrcolas y ganaderas (alrededor del 10% del total).Algunos otros gases como el amoniaco (NH3) son contaminantes primarios, pero normalmente sus bajos niveles de emisin hacen que no alcancen concentraciones dainas.Disulfuro de Carbono 2 CS : En estado puro es un lquido incoloro, es un compuesto voltil y muy fcilmente inflamable. Tiene un color caracterstico que empeora si esta impuro, se hidroliza en forma parcial o total liberando sulfuro de hidrgeno. Se mezcla completamente con la mayor parte de los disolventes orgnicos. Se obtiene por reaccin directa de los elementos azufre y carbono a una temperatura de 800 a 1000C, tambin se forma en algunos en condiciones anaerbicas.La exposicin prolongada de vapores de este componente, lleva a sntomas de intoxicacin, que puede llevar al individuo hasta el desmayo total. La intoxicacin crnica produce fuertes dolores de cabeza, como tambin la prdida del sueo. Es un compuestos con alto grado de toxicidad, en la industria de los hidrocarburos participa en forma activa, en la gran mayora de los proceso de corrosin, causando un grave problema de impacto ambiental.El disulfuro de carbono impuro que generalmente se usa en la mayora de los procesos industriales es un lquido amarillento. Este componente se evapora a temperatura ambiente, y el vapor es ms de dos veces ms pesado que el aire.Explota fcilmente en el aire y tambin se enciende con mucha facilidad. En la naturaleza, pequeas cantidades del compuesto ocurren en gases liberados a la superficie terrestre, como por ejemplo erupciones volcnicas o sobre pantanos. La cantidad del compuesto que se libera al aire a travs de procesos naturales es difcil de estimar, el mismo se evapora rpidamente al ser liberado al medio ambiente, y permanece disuelto en aguas durante mucho tiempo. A niveles muy altos el disulfuro de carbono puede ser fatal debido a sus efectos sobre l sistema nervioso. Los Mercaptanos ( RHS)Estos son compuesto orgnico que contiene el grupo HS, llamado grupo (tiol) o Sulfhidrilo). Los mercaptanos son anlogos de los alcoholes y los fenoles. En los mercaptanos el grupo SHha sido sustituido.Los mercaptanos son compuestos que tienen su origen en los compuestos azufrados, tambin reciben el nombre de tioles. Estos, componentes suelen desarrollarse a partir del sulfuro de hidrgeno. El sulfuro de hidrgeno se produce en forma natural, ahora si no se establecen claramente las cantidades necesarias, en lugar de producir sulfuro de hidrgeno se puede obtener un mercaptanoEl Mercurio (Hg) es un metal brillante color plata, que a temperatura ambiente se encuentra en estado lquido: su temperatura de fusin es de (38, 9C) y su temperatura de ebullicin es 357,3C. Su peso especfico es 13,6 g/cm3 (0C).Mercurio metlico debido a su alta presin de vapor (163 x 10-3 Pa), evapora fcilmente a temperatura ambiental: a 20C su concentracin en el aire puede alcanzar hasta 0,014 g/m3, y a 100C hasta 2,4 g/m3. Generalmente se habla de vapor de mercurio cuando el mercurio elemental se encuentra presente en la atmsfera o de mercurio metlico cuando est en su forma lquida. Un gran nmero de metales, y mayormente oro y plata, forman aleaciones con el mercurio metlico, que se denominan amalgamas. Esta propiedad lo hace atractivo para la recuperacin de oro en la pequea minera aurferaEl mercurio metlico se disuelve fcilmente en cido ntrico, y agua regia (3 volmenes de HCl + un volumen de HN03 ) El mercurio metlico tambin se disuelve en cidos orgnicos. Los cationes de (Hg) reaccionan fcilmente con compuestos biolgicamente importantes, especialmente con grupos de sulfatos hdricos La alta toxicidad de algunos compuestos orgnicos de mercurio y su incontrolable comportamiento en el ecosistema han llamado la atencin de los profesionales en salud y ecologa.El Oxgeno 2 0 Es un elemento gaseoso ligeramente magntico, incoloro, inodoro e inspido. El oxgeno es el elemento ms abundante en la Tierra Lavoisier demostr que era un gas elemental realizando sus experimentos clsicos sobre la combustin. El oxgeno gaseoso se condensa formando un lquido azul plido fuertemente magntico. El oxgeno slido de color azul plido se obtiene comprimiendo el lquido. El oxgeno constituye el 21% en volumen o el 23,15% en masa de la atmsfera, el 85,8% en masa de los ocanos. El oxgeno representa un 60% del cuerpo humano. Se encuentra en todos los tejidos vivos. Casi todas las plantas y animales, incluyendo los seres humanos, requieren oxgeno, ya sea en estado libre o combinado, para mantenerse con vidaSe conocen tres formas estructurales del oxgeno: el oxgeno ordinario, que contiene dos tomos por molcula y cuya frmula es 2 0 el ozono, que contiene tres tomos por molcula y cuya frmula es 3 0 y una forma no magntica azul plida, el 4 0 que contiene cuatro tomos por molcula, y se descompone fcilmente en oxgeno ordinario. Se conocen tres istopos estables del oxgeno: el oxgeno 16 (de masa atmica 16) es el ms abundante. Representa un 99,76% del oxgeno ordinario y se utiliz en la determinacin de las masas atmicas hasta la dcada de 1960 El oxgeno est presente en muchos compuestos orgnicos e inorgnicos. Forma compuestos llamados xidos con casi todos los elementos qumicos. La reaccin qumica en la cual se forma el xido se llama oxidacin. La velocidad de la reaccin vara segn los elementos.La combustin ordinaria es una forma de oxidacin muy rpida. En la combustin espontnea, el calor desarrollado por la reaccin de oxidacin es suficientemente grande para elevar la temperatura de la sustancia hasta el punto de producir llamas. Por ejemplo, el fsforo combina tan vigorosamente con el oxgeno, que el calor liberado en la reaccin hace que el fsforo se funda y arda. Algunas sustancias finamente divididas presentan un rea tan grande de superficie al aire, que arden formando llamas por combustin espontnea; a stas se las llama sustancias pirofricas.El aire enriquecido con oxgeno se utiliza para fabricar acero en los hornos de hogar abierto. El oxgeno de gran pureza se utiliza en las industrias de fabricacin de metal. Es muy importante como lquido propulsor en los misiles teledirigidos y en los cohetes. El oxgeno participa en forma activa en la gran mayora de las reacciones de oxido- reduccin, como aceptor de electrones universal, es por ello que en la mayora de los compuestos qumicos el Oxgeno tiene un estado de oxidacin de (-2) Cuando el oxgeno no esta presente, se dice que el proceso se realiza en forma anaerbica, mientras que si esta presentes las condicione son aerbicas.El Sulfuro de Carbonilo COS: Este es un componente extremadamente txico, es extremadamente inflamable: puede actual principalmente sobre el sistema nervioso central, lo que produce la muerte como consecuencia de la parlisis respiratoria. La exposicin al fuego del sulfuro de carbonilo puede causar la rotura o explosin de los recipientes que lo contienen.

Consecuencia de la Presencia De Gases cidos: Una de las principales consecuencia de la presencia de los gases cidos en el gas natural es la corrosin. Proceso, que ocurre principalmente por la presencia de sulfuro de hidrgeno (H2S), y dixido de carbono (C02). Adems de la presencia de agua (H20). Estos componentes provocan corrosin dentro de cualquier instalacin.Sobre todo si es una tubera de acero, en la cual predomina el hierro en forma metlica (Fe). Esta no es la forma natural del hierro, tal como las formas naturales son la Ferrosa (Fe+2) y Frrica (Fe+3). Luego como es natural al buscar el hierro su forma natural se produce corrosin, reaccin que es catalizada, por la presencia de gases cidos y agua, que forman productos altamente corrosivos.En general, se puede sealar que las corrientes con alta relacin de H2S/C02 son menos corrosivas que las relaciones menores. La temperatura del proceso y la alta concentracin del H2S hacen que la velocidad de la reaccin de corrosin sea alta. La remocin del (H2S), mediante el proceso de endulzamiento, se hace necesaria para reducir la corrosin en las instalaciones de manejo, procesamiento y transporte de gas. Por otra parte, la naturaleza txica de este contaminante obliga a eliminarlo por razones de seguridad para la salud y el medio ambiente, como tambin por la importancia de recuperar el Azufre.

Composicin Bsica del Gas Natural: La composicin bsica del gas natural indica que es una mezcla de hidrocarburos constituido principalmente por metano (CH4), que se encuentra en yacimientos en solucin o en fase gaseosa con el petrleo crudo, que en este caso se denomina gas asociado, o bien, en yacimientos que no contienen petrleo, que en este caso es gas no asociado. Se considera que el gas natural es uno de los combustibles ms limpios, que produce principalmente C02 en forma de gas y vapor de agua y pequeas cantidades de xidos de nitrgeno cuando se quema.. En el cuadro 1 se indica la composicin y porcentajes molares que puede tener una muestra de Gas natural

Cuadro 1: Composicin y Porcentaje molar de una Mezcla de Gas Natural

ComponenteFrmula QumicaEstado FsicoComposicin %

Metano (C1)CH4Gaseoso55,00-98,00

Etano (C2)C2H6Gaseoso0,10-20,00

Propano (C3)C3H8Gaseoso0,05-12,00

n-Butano (nC4)C4H10Gaseoso0,01-0,80

IsoButano (iC4)C4H10Gaseoso0,01-0,80

n-Pentano (nC5)C5H12Lquido0,01-0,80

i-Pentano (iC5)C5H12Lquido0,01-0,80

n-Hexano (nC6)C6H14Lquido0,01-0,50

n-Heptano (nC7)C7H14Lquido0,01-0,40

NitrgenoN2Gaseoso0,10-5,00

Dixido CarbnicoC02Gaseoso0,20-30,00

Oxgeno02Gaseoso0,09-30,00

Sulfuro de HidrgH2SGaseosoTrazas-28,00

HelioHeGaseosoTrazas-4,00

En el cuadro 1 se observa que el componente principal es el metano. Los otros hidrocarburos, tanto gaseosos, como lquidos se consideran acompaantes. Sin embargo, por medio del porcentaje real del anlisis de la muestra del gas se podr calcular la cantidad de lquidos susceptibles de extraccin y las posibilidades de comercializacin La presencia de sulfuro de hidrgeno (H2S) que es un gas muy txico incluso en cantidades pequeas puede causar severas irritaciones a la vista y hasta la muerte. Luego, cuando hay que manejar operaciones, donde exista este gas se deben tomar las precauciones y medidas de seguridad correspondientes. El sulfuro de hidrgeno, junto al dixido carbnico le confiere las propiedades cidas al gas natural, y en muchos casos hay que tratar el gas natural, a travs del proceso de endulzamiento para eliminar estos componentes.El gas natural puede contener pequeas cantidades de helio (He), el cual, por su incombustibilidad, es de mucha utilidad en la aeronutica para llenar globos aerostticos En algunos yacimientos de gas natural se determina que contiene pequeos porcentajes de hidrocarburos, pero contiene hasta un 90% de C02, gas que tiene una gran utilidad en la fabricacin de bebidas gaseosas, en la industria qumica y en otras aplicaciones industriales, y se le denomina hielo seco. Pero, en trminos generales se puede sealar que la composicin del gas natural esta dominada por hidrocarburos de la serie parafnica.

Composicin Real de un Yacimiento: La composicin real de una determinada mezcla de gas natural se obtiene y aprecia por medio del anlisis cualitativos y cuantitativos. Estos anlisis enumeran los componentes presentes y el porcentaje de cada componente en la composicin total Adems de los hidrocarburos presentes, por anlisis se detecta la presencia de otras sustancias que merecen atencin, debido a que pueden ocasionar trastornos en las operaciones de manejo, tratamiento y procesamiento industrial del gas natural El gas natural, tiene tambin una serie de contaminantes. Que pueden tener una alta incidencia en el tratamiento del gas. En vista que si estas impurezas estn en cantidades altas, provocan que el gas tenga que ser tratado en procesos especiales a adecuados, con el principal objetivo de disminuir la concentracin de las sustancias contaminantes, y que el gas se encuentre dentro de la Norma, los contaminantes del gas natural son:

Impurezas del Gas Natural Las principales impurezas son:

a.- Sulfuro de Hidrgeno (H2S) b.- Monxido de Carbono (C0)c.- Dixido de Carbono (C02)d.- Sulfuro de Carbonilo (C0S)e.- Disulfuro de Carbono (CS2)f.- Mercaptanos (RSH)g.- Nitrgeno (N2)h.- Agua (H20)i.- Oxgeno (02)j.- Mercurio (Hg)

En forma global los yacimientos se pueden clasificar sobre la base de la mezcla de hidrocarburos que contienen, mezcla que fcilmente se puede obtener a travs de los anlisis cromatogrficos, y una vez obtenida la composicin de la mezcla, se puede realizar la clasificacin de los yacimientos, prcticamente con una alta precisin y exactitud. En relacin a ello, existen Yacimientos de Gas, los cuales a su vez se clasifican en (Gas Seco o Gas Pobre, Gas Hmedo o Gas Rico y Gas Condensado). Los trminos gas pobre y gas rico se utilizan para indicar la cantidad de hidrocarburos lquidos que pueden producir. Luego se supone que un gas pobre, produce muy poco o nada de hidrocarburos lquidos, mientras que los yacimientos de gas rico producen mayores cantidades de hidrocarburos lquidos, y por lo tanto pueden ser explotados, para producir lquidos. Tambin se tiene. Yacimientos de Petrleo, estos su vez se clasifican en Petrleo de Alta Volatilidad que son Cuasicrtico, y Petrleo de Baja Volatilidad, que son (Petrleo Negro). Este grupo s subclasifica en (Livianos; Medianos, Pesados y Extrapesado).

Por tanto, un diagrama de fases ser: una representacin grfica que nos informa en qu fase o fases se encuentra un componente o varios en unas determinadas condiciones (P, T,). Los diagramas pueden representar valores de presin-temperatura (un componente) o pueden ser presin-composicin a T=cte oTemperatura-composicin a P=cte para el caso de mezclas de 2 o ms componentes (binarias, ternarias, etc).Un tipo particular de mezcla es una disolucin: mezcla homognea de dos o ms sustancias (componentes). Las disoluciones pueden clasificarse de muchas formas, pero desde un punto de vista termodinmico, y atendiendo a las interacciones entre sus componentes, las disoluciones pueden ser: ideales o reales (no ideales).En esta prctica, nos vamos a centrar en disoluciones binarias (dos componentes A y B) lquidas; y en el estudio del equilibrio lquido-vapor (dos fases).

b) Disoluciones ideales: leyes, equilibrio LV, diagramas.

Una disolucin es ideal cuando las molculas de las distintas especies son tan semejantes unas a otras que las molculas de uno de los componentes pueden sustituir a las del otro sin que se produzca una variacin de la estructura espacial de la disolucin ni de la energa de las interacciones intermoleculares. En otras palabras, las interacciones AA, BB AB son de la misma intensidad.Termodinmicamente hablando, cuando los componentes puros pasan a formar una disolucin ideal, las variables de mezcla valdrn la diferencia entre el valor de la magnitud en la disolucin y la de los componentes puros. As:VM = 0 no hay cambio de volumen al formarse la disolucin, pues no cambia la estructura espacial.UM = 0 no cambia la energa de las interacciones al formarse la disolucin.HM = 0 no hay calor de mezcla a P cte: ni absorbe ni desprende calor.SM > 0 aumenta el desorden.GM < 0 la formacin de la disolucin es espontnea.Una disolucin ideal se caracteriza porque sigue la ley de Raoult:

Donde i=A,B. La ley de Raoult nos proporciona la presin de vapor de un componente i (presin parcial, Pi) en la disolucin en funcin de la presin de vapor del componente puro (Pio) y de la fraccin molar del componente en la disolucin (xi L) (a Teb =cte).Por otra parte la ley de Dalton para mezclas de gases ideales nos proporciona la presin parcial de cada componente gas (Pi) en la mezcla gaseosa en funcin de la fraccin molar del componente en la mezcla gaseosa o vapor (xi V) y la presin total de los gases (PT):

Combinando las ecs. (1) y (2) se puede conocer la composicin del vapor sabiendo la del lquido o viceversa, pues ambas no tienen por qu ser iguales.El equilibrio lquidovapor (LV) se puede representar para una sustancia pura y para una disolucin lquida binaria (en un sistema cerrado), como:

En el caso que nos ocupa, el diagrama de fases Temperatura de ebullicin-composicin (Tebx) de una mezcla binaria de lquidos (a P=cte) muestra las composiciones de las fases lquida y vapor de la mezcla en funcin de su temperatura de ebullicin. Estos diagramas son necesarios cuando se quiere separar ambos lquidos por destilacin fraccionada. En la figura 1 se muestra el diagrama de fases de una disolucin ideal. En un experimento de destilacin a presin constante se calienta la disolucin, se extrae vapor y se condensa. El lquido condensado es ms rico en el componente ms voltil que el lquido original. La destilacin fraccionada repite el ciclo de ebullicin y condensacin varias veces hasta obtener el componente puro.

Figura 1. Diagrama de fases (lquidovapor) temperatura frente a composicin correspondiente a una mezcla ideal conA ms voltil que B.

c) Disoluciones reales: leyes, equilibrio LV, diagramas.Una disolucin real es aquella que no obedece un comportamiento ideal, es decir no cumple la Ley de Raoult y se desva de ella positiva o negativamente porque las interacciones entre sus componentes no son de la misma intensidad, son desfavorables o favorables.En estos casos, hay que modificar la ley de Raoult introduciendo un coeficiente de actividad (i) que d cuenta de las interacciones:

valor k Conductividad TrmicaLa conductividad trmica es el tiempo que emplea el flujo de calor en estado estable al atravesar una unidad de rea de un material homogneo inducido por una unidad de gradiente de temperatura en una direccin perpendicular a esa unidad de rea, W/mK.(1)

En donde,L Grosor del espcimen (m)T Temperatura (K)q Velocidad del flujo de calor (W/m2)Valor R Resistencia trmicaLa Resistencia trmica es la diferencia de temperatura, en estado estable, entre dos superficies definidas de un material o construccin que induce una unidad de velocidad de flujo de calor al atravesar una unidad de rea, Km2/W. De acuerdo a esta definicin y a la Ecuacin 1, se puede obtener, por lo tanto, la Ecuacin 2.Segn lo indicado en la Ecuacin 2, el valor de la resistencia trmica puede determinarse dividiendo el grosor entre la conductividad trmica del espcimen.(2)

Valor C Conductancia trmicaLa Conductancia trmica es el tiempo que emplea el flujo de calor en estado estable al atravesar una unidad de rea de un material o construccin inducido por una unidad de diferencia de temperatura entre las superficies del cuerpo, en W/m2K. El valor C, por lo tanto, es el recproco del valor R y puede ser expresado como Ecuacin (3).(3)

Consecuentemente, el valor de la conductancia trmica puede calcularse dividiendo la conductividad trmica entre el grosor del espcimen.Conductancia y resistenciaLaconductanciay laresistencia(R) son propiedades de una capa de material, por lo que dependen delespesorespecfico de dicha capa.La conductancia representa la capacidad de la capa de material para conducir el calor y es igual a la conductividad dividida por el espesor, expresndose en Watts por metro cuadrado grado Celsius (W/m2C).La resistencia, por otro lado, representa la capacidad de una capa de material para resistir el flujo de calor y es igual a la resistividad multiplicada por el espesor, expresndose en metro cuadrado grado Celsius por Watt (m2C/W). Tambin, aunque casi en desuso, se encuentra la unidad metro cuadrado hora grado Celsius por kilocalora (m2hrC/Kcal):1 m2C/W = 1.163 m2hrC/KcalDado que la resistividad es el inverso de la conductividad, y que los valores de conductividad de los materiales constructivos suelen ser ms accesibles, la resistencia de un material generalmente se calcula con la siguiente frmula:R = e / kDonde:R = Resistencia trmica por unidad de rea de la capa de material (m2C/W),e = Espesor de la capa de material (m).k = Conductividad del material (W/mC).Siguiendo el ejemplo anterior, una capa de acero de 5mm tendra una resistencia trmica de 0.0001 m2C/W, mientras que una capa de poliestireno expandido de 50mm tendra una resistencia trmica de 1.67 m2C/W.En algunos estudios el valor de la resistencia trmica de una capa de material se explica como la diferencia de temperatura que se requiere para producir una unidad de flujo de calor por unidad de superficie.Valor REs comn expresar la resistencia trmica de los materiales, sobre todo de los productos aislantes, comovalor R. Por ejemplo, el valor R de una tpica colchoneta de fibra de vidrio suele ser de R2.4, es decir, 2.4 m2C/W.Si se toma el rea total de una capa de este material (m2), se multiplica por la diferencia de temperatura (C) y se divide por 2.4, se obtiene el flujo de calor en Watts. As, 100 m2 de aislamiento a base de colchoneta de fibra de vidrio R2.4, expuesto a una diferencia de temperatura de 20C, dejar pasar un flujo cercano a los 833 Watts.El valor R se expresa generalmente en m2C/Watt, pero en algunos pases se emplea el pie cuadrado grado fahrenheit por unidad trmica britnica (ftFh/Btu):1 m2C/Watt = 5.6745 ft2Fh/Btu1 ft2Fh/Btu = 0.1761 m2C/WattEs muy importante prestar atencin a las unidades, ya que en esos paises el valor R de la colchoneta en cuestin se expresara como R13.6 (ft2Fh/Btu).En realidad, como se indica en el apartado de resistencia total, los ndices de transmisin de calor pueden variar ligeramente ya que existe una resistencia extra a la transmisin de calor entre el aire interior y la superficie del componente, as como entre la superficie expuesta y el aire exterior. As mismo, la transmisin de calor puede variar dependiendo de la velocidad del viento.Calor especficoElcalor especficoes una propiedad simple de los materiales que se refiere, en trminos generales, a la capacidad que tienen para acumular calor en su propia masa. Tambin se puede definir como la cantidad de calor que es necesario suministrar a una unidad de peso del material para incrementar su temperatura en un grado Celsius. Mientras mayor sea el calor especfico, ms energa tendr que suministrarse para calentar el material.Para designar al calor especfico se utiliza el smbolo Ce. En el Sistema Internacional se utiliza como unidad del calor especfico el Joule por kilogramo grado Celsius (J/kgC). En ocasiones tambin se utiliza la kilocalora por kilogramo grado Celsius (Kcal/kgC), de acuerdo a la siguiente equivalencia:1 J/kgC = 0.239 Kcal/kgCEl agua, curiosamente, tiene uno de los valores de calor especfico ms elevados, con cerca de 4,200 J/kgC. Sin embargo los valores de la gran mayora de los materiales empleados en la edificacin oscilan entre 700 y 1,500 J/kgC. En otras palabras, se trata de un parmetro que slo representa diferencias importantes en el comportamiento trmico de los materiales cuando se le considera en relacin con otras propiedades, como la densidad.Calor especfico volumtricoElcalor especfico volumtricorepresenta la capacidad de almacenamiento de calor de un material, de acuerdo a su densidad. Se calcula multiplicando su densidad por su calor especfico, lo que nos da como unidad de medida el Kilojoule por metro cbico grado Celsius (Kj/m3C). Otra unidad de medida, aunque de uso menos comn, es la Kilocalora por metro cbico grado Celsius (Kcal/m3C). La equivalencia entre ambas medidas es como sigue:1 Kj/m3C = 0.239 Kcal/m3CDado que en realidad el calor especfico vara relativamente poco entre los principales materiales constructivos, su capacidad de almacenamiento de calor se relaciona estrechamente con la densidad: los materiales pesados, como el concreto, el ladrillo y la piedra, suelen presentar una elevada capacidad de almacenamiento de calor, mientras que con los materiales ligeros, como los aislantes, sucede lo contrario.Capacidad trmicaLacapacidad trmicarepresenta una medida del calor que pueden almacenar las capas de material. Para clculos simples, la capacidad trmica se puede determinar multiplicando la densidad del material por el espesor de la capa, y luego por su calor especfico, de lo cual resulta la unidad Joule por metro cuadrado grado Celsius (J/m2C). Por ejemplo, la capacidad trmica de una capa de adobe de 30cm sera la siguiente:1,600 kg/m3 * 0.3 m * 1,480 J/kgC = 710,400 J/m2C = 710.40 Kj/m2CCuando se utiliza la capacidad trmica en clculos enrgimen dinmico(con temperaturas variables), por ejemplo para estimar el desempeo de un cerramiento, es necesario emplear clculos complejos por lo que se suele recurrir a herramientas informticas.

El calor especfico es unapropiedad intensivade la materia, por lo que es representativo de cada materia; por el contrario, lacapacidad calorficaes unapropiedad extensivarepresentativa de cada cuerpo o sistema particular.Cuanto mayor es el calor especfico de las sustancias, ms energa calorfica se necesita para incrementar la temperatura. Por ejemplo, se requiere ocho veces ms energa para incrementar la temperatura de un lingote demagnesioque para un lingote deplomode la misma masaEl trmino "calor especfico" tiene su origen en el trabajo del fsicoJoseph Black, quien realiz variadas medidascalorimtricasy us la frase capacidad para el calor.4En esa poca lamecnicay latermodinmicase consideraban ciencias independientes, por lo que actualmente el trmino podra parecer inapropiado; tal vez un mejor nombre podra sertransferencia de energa calorfica especfica, pero el trmino est demasiado arraigado para ser reemplazado.5Elcalor especfico medio() correspondiente a un cierto intervalo de temperaturasse define en la forma:

dondees la transferencia de energa en forma calorfica entre el sistema y su entorno u otro sistema,es la masa del sistema (se usa unancuando se trata del calor especficomolar) yes el incremento de temperatura que experimenta el sistema. Elcalor especfico() correspondiente a una temperatura dadase define como:

El calor especfico () es una funcin de la temperatura del sistema; esto es,. Esta funcin es creciente para la mayora de las sustancias (excepto para los gasesmonoatmicosydiatmicos). Esto se debe a efectos cunticos que hacen que los modos de vibracin estn cuantizados y solo estn accesibles a medida que aumenta la temperatura. Conocida la funcin, la cantidad de calor asociada con un cambio de temperatura del sistema desde la temperatura iniciala la finalse calcula mediante la integral siguiente:

En un intervalo donde la capacidad calorfica sea aproximadamente constante la frmula anterior puede escribirse simplemente como:

Elcalor(representado con la letraQ) es laenerga transferidade un sistema a otro (o de un sistema a sus alrededores) debido en general a una diferencia de temperatura entre ellos. El calor que absorbe o cede un sistema termodinmico depende normalmente del tipo de transformacin que ha experimentado dicho sistema.Dos o ms cuerpos en contacto que se encuentran a distinta temperatura alcanzan, pasado un tiempo, elequilibrio trmico(misma temperatura). Este hecho se conoce comoPrincipio Cero de la Termodinmica, y se ilustra en la siguiente figura.

Un aspecto del calor que conviene resaltar es quelos cuerpos no almacenan calorsinoenerga interna. El calor es por tanto la transferencia de parte de dicha energa interna de un sistema a otro, con la condicin de que ambos estn a diferente temperatura. Sus unidades en el Sistema Internacional son los julios (J)La expresin que relaciona la cantidad de calor que intercambia una masamde una cierta sustancia con la variacin de temperatura t que experimenta es:

dondeces elcalor especficode la sustancia.

El calor especfico (ocapacidad calorfica especfica) es la energa necesaria para elevar en un 1 grado la temperatura de 1 kg de masa. Sus unidades en el Sistema Internacional son J/kg K.

En general, el calor especfico de una sustancia depende de la temperatura. Sin embargo, como esta dependencia no es muy grande, suele tratarse como una constante. En estatablase muestra el calor especfico de los distintos elementos de la tabla peridica y en estaotrael calor especfico de diferentes sustancias.Cuando se trabaja con gases es bastante habitual expresar la cantidad de sustancia en trminos del nmero de molesn. En este caso, el calor especfico se denominacapacidad calorfica molarC. El calor intercambiado viene entonces dado por:

En el Sistema Internacional, las unidades de la capacidad calorfica molar son J/molK. Criterio de signos: A lo largo de estas pginas, el calor absorbido por un cuerpo ser positivo y el calor cedido negativo.Capacidad calorfica de un gas idealPara un gas ideal se definen dos capacidades calorficas molares: avolumen constante(CV), ya presin constante(Cp). CV: es la cantidad de calor que es necesario suministrar a un mol de gas ideal para elevar su temperatura un grado mediante unatransformacin iscora. Cp: es la cantidad de calor que es necesario suministrar a un mol de gas ideal para elevar su temperatura un grado mediante unatransformacin isbara.El valor de ambas capacidades calorficas puede determinarse con ayuda de la teora cintica de los gases ideales. Los valores respectivos para gases monoatmicos y diatmicos se encuentran en la siguiente tabla:

MonoatmicoDiatmico

dondeRes la constante universal de los gases ideales,R = 8.31 J/mol K.

Calor latente de un cambio de faseCuando se produce uncambio de fase, la sustancia debe absorber o ceder una cierta cantidad de calor para que tenga lugar. Este calor ser positivo (absorbido) cuando el cambio de fase se produce de izquierda a derecha en la figura, y negativo (cedido) cuando la transicin de fase tiene lugar de derecha a izquierda.

El calor absorbido o cedido en un cambio de fase no se traduce en un cambio de temperatura, ya que la energa suministrada o extrada de la sustancia se emplea en cambiar el estado de agregacin de la materia. Este calor se denominacalor latente.Latenteen latn quiere decir escondido, y se llama as porque, al no cambiar la temperatura durante el cambio de estado, a pesar de aadir calor, ste se quedaba escondido sin traducirse en un cambio de temperatura.Calor latente (L) o calor de cambio de estado, es la energa absorbida o cedida por unidad de masa de sustancia al cambiar de estado. De slido a lquido este calor se denomina calorlatente de fusin, de lquido a vaporcalor latente de vaporizaciny de slido a vaporcalor latente de sublimacin.El calor latente para los procesos inversos (representados en azul en la figura anterior) tienen el mismo valor en valor absoluto, pero sern negativos porque en este caso se trata de un calor cedido.En el Sistema Internacional, el calor latente se mide en J/kg.La cantidad de calor que absorbe o cede una cantidadmde sustancia para cambiar de fase viene dada por:

Este calor ser positivo o negativo dependiendo del cambio de fase que haya tenido lugar.

Laentalpa de fusinocalor de fusin(Hfus) es la cantidad de energa necesaria para hacer que unmolde un elemento que se encuentre en supunto de fusinpase del estadoslidoallquido, a presin constante. En otras palabras, es la cantidad de energa que un sistema puede intercambiar con su entorno. Es una magnitud de termodinmica (H), cantidad de energa que se puede intercambiar.La entalpa de fusin es uncalor latenteya que durante el proceso decambio de estadono se da un cambio apreciable de temperatura. El calor es completamente invertido en modificar la estructura del material para dar movilidad a sus unidades moleculares. Cuando para estudiar la energa necesaria para el cambio de slido a lquido se hace referencia a la unidad de masa el parmetro empleado es el calor especfico de fusin en cal/g o J/g. Sin embargo cuando se quiere hacer referencia a la unidad absorbida pormolde sustancia en cambio de estado se emplea la entalpa de fusin en KJ/mol.

Laentalpa de vaporizacinocalor de vaporizacines la cantidad deenerganecesaria para que launidad de masa(kilogramo,mol, etc.) de unasustanciaque se encuentre enequilibriocon su propiovapora unapresinde una atmsfera pase completamente del estado lquido al estadogaseoso. Se representa por, por ser unaentalpa. El valor disminuye a temperaturas crecientes, lentamente cuando se est lejos delpunto crtico, ms rpidamente al acercarse, y por encima de latemperatura crticalas fases de lquido y vapor ya no coexisten. Generalmente se determina en elpunto de ebullicinde la sustancia y se corrige para tabular el valor encondiciones normales.

Laviscosidades la oposicin de un fluido a las deformaciones tangenciales, es debida a las fuerzas de cohesin moleculares. Todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximacin bastante buena para ciertas aplicaciones. Un fluido que no tiene viscosidad se llamafluido ideal.La viscosidad solo se manifiesta en lquidos en movimiento, se ha definido la viscosidad como la relacin existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre deviscosidad absolutaoviscosidad dinmica. Generalmente se representa por la letra griega.Se conoce tambin otra viscosidad, denominadaviscosidad cinemtica, y se representa por. Para calcular la viscosidad cinemtica basta con dividir la viscosidad dinmica por la densidad del fludo

Imaginemos un bloqueslido(no fluido) sometido a una fuerza tangencial (por ejemplo: una goma de borrar sobre la que se sita la palma de la mano que empuja en direccin paralela a la mesa.) En este caso (a), el material slido opone una resistencia a la fuerza aplicada, pero se deforma (b), tanto ms cuanto menor sea su rigidez.Si imaginamos que la goma de borrar est formada por delgadas capas unas sobre otras, el resultado de la deformacin es el desplazamiento relativo de unas capas respecto de las adyacentes, tal como muestra la figura (c).

Deformacin de un slido por la aplicacin de una fuerza tangencial.En los lquidos, el pequeo rozamiento existente entre capas adyacentes se denomina viscosidad. Es su pequea magnitud la que le confiere al fluido sus peculiares caractersticas; as, por ejemplo, si arrastramos la superficie de un lquido con la palma de la mano como hacamos con la goma de borrar, lascapasinferiores no se movern o lo harn mucho ms lentamente que la superficie ya que son arrastradas por efecto de la pequea resistencia tangencial, mientras que las capas superioresfluyencon facilidad. Igualmente si revolvemos con una cuchara un recipiente grande con agua en el que hemos depositado pequeos trozos de corcho, observaremos que al revolver en el centro tambin se mueve la periferia y al revolver en la periferia tambin dan vueltas los trocitos de corcho del centro; de nuevo, lascapascilndricas de agua se mueven por efecto de la viscosidad, disminuyendo su velocidad a medida que nos alejamos de la cuchara.Cabe sealar que la viscosidad solo se manifiesta en fluidos en movimiento, ya que cuando el fluido est en reposo adopta una forma tal en la que no actan las fuerzas tangenciales que no puede resistir. Es por ello por lo que llenado un recipiente con un lquido, la superficie del mismo permanece plana, es decir, perpendicular a la nica fuerza que acta en ese momento, lagravedad, sin existir por tanto componente tangencial alguna.Si la viscosidad fuera muy grande, el rozamiento entre capas adyacentes lo sera tambin, lo que significa que stas no podran moverse unas respecto de otras o lo haran muy poco, es decir, estaramos ante un slido. Si por el contrario la viscosidad fuera cero, estaramos ante unsuperfluidoque presenta propiedades notables como escapar de los recipientes aunque no estn llenos La viscosidad es caracterstica de todos los fluidos, tantolquidoscomogases, si bien, en este ltimo caso su efecto suele ser despreciable, estn ms cerca de ser fluidos ideales.