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Capitulo 2

RelacinPresin-Volumen-Temperatura GasPropiedades fsicasPresinVolumenTemperaturaEcuaciones de estadoEdEGas Ideal1. El volumen ocupado por las molculas es insignificante en comparacin con el volumentotal ocupado por el gas.

2.Las fuerzas de atraccin y repulsin entre las molculas y las paredes del contenedor endonde se aloja el gas son despreciables.

3. Los choques entre las molculas son perfectamente elsticas (no existiendo prdida deenerga interna durante los choques). EdE Gas idealLey de Avogadro

Ley de Boyle

Ley de CharlesLey de BoyleA condiciones de temperatura constante, el volumen de un gas ideal es inversamente proporcional a la presin para una masa de gas definida

Ley de BoyleA condiciones de temperatura constante, el volumen de un gas ideal es inversamente proporcional a la presin para una masa de gas definida

... (2.1)cte... (2.2)Ley de CharlesA condiciones de presin constante, el volumen de un gas ideal es directamente proporcional a la temperatura para una masa de gas definidaLey de CharlesA condiciones de presin constante, el volumen de un gas ideal es directamente proporcional a la temperatura para una masa de gas definida

... (2.3)... (2.4)cte

T1 = cte

... (2.5)p2 = cte

... (2.6)

(2.5)(2.6)(2.7)(2.8)(2.9)(2.10)

.. (2.11). (2.12). (2.13)

(2.16)... (2.15)(2.18)... (2.17).(2.14)

..(2.19)..(2.20)

..(2.21)(2.22)...(2.24).(2.23)

V.(2.26)(2.25).(2.28)

Ejemplo 2.1. Ley de los gases ideales. Calcular la masa de gas metano contenida en un cilindro cuyo volumen es de 4 ft3 a condiciones de presin y temperatura de 2,000 lb/pg2 abs y 88 F, respectivamente. Considerar que el gas metano se comporta como un gas perfecto.Ejemplo 2.2-Densidad de un gas ideal. Calcular la densidad del etano a una temperatura y presin constante de 110F y 30 lb/pg2 abs. Considerar un comportamiento de gas ideal.

Ley de DaltonLa presin total ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de la presin ejercida por sus componentes

Ejemplo 2.3-Ley de Dalton. Calcular la presin parcial ejercida por cada componente de la mezcla gaseosa proporcionada a una presin de 1,000 lb/pg2 abs. Considerar que la mezcla de gases se comporta de acuerdo a la ecuacin de estado para gases ideales.

Componente

Composicin(% mol)

metano, C1H4

80

etano, C2 H6

15

propano, C3 H8

5

total

100

Ley de AmagatEl volumen total ocupado por una mezcla gases, es igual a la suma de los volmenes que los componentes puros individuales ocupan a las mismas condiciones de presin y temperatura

Fraccin pesoConvertir fraccin mol a fraccin peso

Ejemplo 2.4-Fraccin peso a fraccin mol. Calcular la composicin en fraccin mol de la siguiente mezcla de gases.

Componente

Peso, wj (%)

metano, C1H4

40

etano, C2H6

10

propano, C3H8

20

n-butanoC4H10

20

n-pentano, C5H12

10

Ejemplo 2.5-Peso molecular aparente del aire seco. Calcular el peso molecular aparente del aire seco (el aire seco es una mezcla de gases conteniendo bsicamente nitrgeno, oxgeno, argn y pequeas cantidades de otros gases). La composicin aproximada del aire seco es:Componente

Composicin mol(%)

nitrgeno, N2

78

oxgeno, O2

21

argn, Ar

1

Total

100

Ejemplo 2.6-Densidad relativa de un gas. Calcular la densidad relativa de una mezcla de gases con la composicin siguiente:

Componente

Composicin mol(%)

metano, C1H4

85

etano, C2H6

9

propano, C3H8

4

n-butano, C4H10

2

Ejemplo 2.7-Propiedades de una mezcla de gases. Una mezcla de gases tiene la composicin siguiente:

Componente

yj , (fraccin mol)

metano, C1H4

0.75

etano, C2H6

0.07

propano, C3H8

0.05

n-butano, C4H10

0.04

n-pentano, C5H12

0.04

hexano, C6H14

0.03

heptano, C7H16

0.02

Total

1.00

Calcular las propiedades de la mezcla de gases bajo un comportamiento ideal a una presin de 1,000 lb/pg2 abs y a una temperatura de 100 F (peso molecular aparente, densidad relativa, densidad del gas y volumen especifico).

Comportamiento deGases RealesEn gases ideales, el volumen de las molculas es insignificante y no existe atraccin y repulsin molecular entre ellasEcuacin de estado de la compresibilidadFactor de compresibilidad, z

Ejemplo 2.8-Masa de un gas real. Calcular la masa de gas metano contenido en un cilindro con volumen de 3.20 ft3 a una presin de 1,000 lb/pg2 abs y a una temperatura de 68 F. (A). Suponiendo que el metano se comporta de acuerdo a los gases ideales, y (B). Suponiendo que el metano se comporta como un gas real.

Ley de los estados correspondientesTodos los gases reales puros tienen el mismo valor de z funcin de presin reducida, volumen reducido y temperatura reducida.

CompuestoTemperatura Crtica, RPresin Crtica, psiH2S672.41300CO2547.91071N2227.5493.1C1343.3666.4C2549.9706.5C3666.1616i-C4734.5527.9n-C4765.6550i-C5829.1490.4n-C5845.8488.6C6913.6436.9C7+1157367

Fig. 2.9 Factores de compresibilidad z a presin y temperatura reducida para el metano, propano, n-pentano y n-hexano.

Ejemplo 2.9-Ley de los estados correspondientes. Determinar el volumen especifico del etano a 800 lb/pg2 y 102 F. Para determinar el factor de compresibilidad z, utilizar las propiedades reducidas

Ejemplo 2.10-Factor zCalcular la temperatura y la presin pseudocrticas del gas con la siguiente composicin:Componente

Fraccin mol yj

Metano

0.750

Etano

0.100

Propano

0.100

n-Butano

0.050

1.00

Ejemplo 2.11-Standing y Katz para factor z. Calcular la masa en lbm- mol de la mezcla de gases del ejemplo 2.10, que esta contenida en 3000 ft3 a 7000 lbf/pg2 y T=260F, con la siguiente composicin.

Propiedades pseudocrticas de mezclas de gases cuando la composicin no se conoceEjemplo 2.12-Clculo de propiedades pseudocrticas de mezclas de gases cuando la composicin no se conoce. Determinar el factor de compresibilidad z de un gas natural con gravedad especfica de 1.6 para usarse a 300F y 7000 lb/pg2abs.

Para un gas natural:Para un sistema gas y condensado:Mtodo 2.

Propiedades pseudocrticas de mezclas de gases cuando la composicin se conoce. 40Propiedades pseudocrticas de mezclas formadas por heptanos+

Ejemplo 2.13-Clculo de propiedades pseudocrticas de los componentes formados por heptanos+. Determinar el valor del factor de compresibilidad de z para un gas seco cuya composicin se muestra abajo, y se encuentra a una presin de 3600 lbm/pg2 abs y 170F. Componente

% mol, yj

Metano

92.36

Etano

4.50

Propano

2.4

i-Butano

0.51

n-Butano

0.14

Hexano

0.06

Heptano plus

0.03

1.00

Propiedades del heptano plus

Gravedad Especifica

0.95

Peso molecular

190 lbm/lbmol

Mtodo de correccin de Wichert-Aziz para la correccin de las propiedades pseudocriticas de una mezcla de gases hidrocarburos conteniendo gases no hidrocarburos

Ejemplo 2.14 Mtodo de Wichert-Aziz para la correccin de las propiedades pseudocriticas de una mezcla de gases hidrocarburos conteniendo gases no hidrocarburos. Determinar los valores de temperatura y presin pseudocrtica (corregidos) para un gas que tiene la siguiente composicin:

Propiedades del heptano plus

Gravedad Especifica

0.8

Peso molecular

200 lbm/lbm-mole

Mtodo de Carr-Kobayashi-Burrows para la correccin de las propiedades pseudocriticas de una mezcla de gases considerando gases no hidrocarburos, cuando la composicin no se conoce. Hoja1Componente0.75343.3257.475666.4499.80.10549.954.99706.570.650.10666.166.6161661.60.05765.638.28550.627.531.00417.355659.58Componente0.9236343.30317.07666.40615.490.0450549.9024.75706.5031.790.0240666.0615.99616.0014.780.0051734.463.75527.902.690.0014765.621.07550.600.770.0006913.600.55436.900.260.00031,387.000.42348.000.101.00363.58665.89Composicin0.0449672.4030.191,300.0058.370.1373547.9075.231,071.00147.050.0048227.501.09493.102.370.6200343.30212.85527.90327.300.0810549.9044.54550.6044.600.0350666.1023.31666.4023.320.0151734.5011.09706.5010.670.0120765.699.19616.007.390.0070829.105.80527.903.700.0076845.806.43550.604.180.0073913.606.67436.903.190.0280245.006.861,260.0035.281.0000433.25667.42

Hoja2

Hoja3