FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA CICLO VI
dass
Universidad Nacional
FACULTADINGENIERIA QUIMICA
TEMA: GAS NATURAL
ALUMNO
ROJAS VELASQUEZ, AIRTUN FIDEL
Catedrático: ING. ROSALIO CUSI PALOMINO
Curso: TERMODINAMICA I
Escuela: INGENIERIA QUIMICA
Ciclo: VI
2010
UNIVERSIDAD SAN LUIS GONZAGA DE ICA TERMODINAMICA I
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA CICLO VI
INTRODUCCION
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.
Puede obtenerse también con procesos de descomposición de restos orgánicos (basuras, vegetales - gas de pantanos) en las plantas de tratamiento de estos restos (depuradoras de aguas residuales urbanas, plantas de procesado de basuras, de alpechines, etc.). El gas obtenido así se llama biogás.
Algunos de los gases que forman parte del gas natural extraído se separan de la mezcla porque no tienen capacidad energética (nitrógeno o CO2) o porque pueden depositarse en las tuberías usadas para su distribución debido a su alto punto de ebullición. Si el gas fuese criogénicamente licuado para su almacenamiento, el dióxido de carbono (CO2) solidificaría interfiriendo con el proceso criogénico.
El CO2 puede ser determinado por los procedimientos ASTM D 1137 o ASTM D 1945. El propano, butano e hidrocarburos más pesados en comparación con el gas natural son extraídos, puesto que su presencia puede causar accidentes durante la combustión del gas natural. El vapor de agua también se elimina por estos motivos y porque a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente y presiones altas forma hidratos de metano que pueden obstruir los gasoductos. Los compuestos de azufre son eliminados hasta niveles muy bajos para evitar corrosión y olores perniciosos, así como para reducir las emisiones de compuestos causantes de lluvia ácida. La detección y la medición de H2S se pueden realizar con los métodos ASTM D2385 o ASTM D
2725. Para uso doméstico, al igual que al butano, se le añaden trazas de compuestos de
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la familia de los mercaptanos entre ellos el metil-mercaptano, para que sea fácil detectar una fuga de gas y evitar su ignición espontánea.
RESUMEN
En este documento damos a conocer la importancia del Gas de Camisea en el Perú sus características, sus zonas de explotación, sus lugares de comercialización, la constante preocupación de Petro Perú por buscar compradores fijos para la empresa distribuidora.
La falta de energía política de gobiernos anteriores porque no poseían un mínimo de sentido común para saber actuar ante tal situación del gas, la discordancia en hechos por parte del gabinete de ministros en vez de ponerse de acuerdo actuaban de manera diferente, el abuso a los trabajadores que laboran en Camisea, el incumplimiento de promesas por parte de las empresas explotadoras en Camisea; este breve resumen se encuentra en cada una de las páginas de esta investigación.
CAPITULO I MARCO TEORICO
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1.1 GAS NATURAL
¿Qué es el gas natural?
El gas natural es un combustible compuesto por un conjunto de hidrocarburos livianos, el principal componente es el metano (CH4).
Se puede encontrar como “gas natural asociado” cuando esta acompañando de petróleo, o bien como “gas natural no asociado” cuando son yacimientos exclusivos de gas natural.
¿Qué componentes tiene el gas natural?
TABLA 1.1COMPOSICION QUIMICA DEL GAS NATURAL DE
CAMISEA
Metano CH4 95.80%
Etano C2H6 2,14%
Propano C3H8 0.29%
Butano C4H10 0,11%
Pentano C5H12 0,04%
Dióxido de carbono CO2 0,50%
Nitrógeno N2 1,50%
Fuente: TGP. Composición media del Gas Natural recibido en
elcity gate
¿Dónde se encuentra el gas natural?Se encuentra en la naturaleza bajo tierra en los denominados reservorios de gas.Su formación es similar al de la formación de petróleo.
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¿Cómo se extrae el gas natural?El gas natural se extrae de los reservorios que se encuentran bajo tierra a profundidades que van desde los 500 m hasta los 3500 m.
¿Cómo se procesa el gas natural?El gas natural una vez extraído de los reservorios se somete a un proceso de separación.
Proceso de separaciónMediante este proceso se obtiene:
-Gas natural seco (metano y etano) que se transporta por gasoductos a los centros de consumo.-Líquidos de gas natural (propano, butano, pentano y mas pesados) que se transporta por poliductos hasta una planta de fraccionamiento.
Otros componentes: Agua, azufre y otras impurezas que no tiene valor comercial.
Proceso de fraccionamientoEs un proceso que consiste en separar los líquidos del gas natural (LGN) en gas licuado de petróleo (GLP) y gasolina natural.
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¿Cómo se transporta el gas natural?El gas natural se transporta principalmente a través de gasoductos y como gas natural licuado (GNL) en los llamados buques metaneros y camiones criogénicos, asimismo se puede transportar en cilindros de alta presión (como gas natural comprimido-GNC).
Transporte por gasoductos
Transporte porbuques metaneros
¿Qué es el gas natural licuado (GNL)?Se trata de gas natural (principalmente metano) reducido o licuado mediante un proceso criogénico donde se disminuye su temperatura a –160°C, reduciendo su volumen unas
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seiscientas veces y de esta forma facilitando su almacenamiento y el transporte a través de buques metaneros hasta las plantas de regasificación.
¿Es posible almacenar el gas natural?El gas natural puede ser almacenado reservorios en el subsuelo que generalmente son cavernas de sal y también como gas natural licuado-GNL (en buques metaneros y tanques de gran capacidad).
(Tanques de almacenamiento de GNC)
Como otra forma de almacenaje puede considerarse a los cilindros de GNC donde se almacena gas natural a alta presión para uso automotor.
(Tanque de almacenamiento de GNL)
¿Que ventajas ofrece el gas natural?
Comodidad: Al ser una energía de suministro continuo esta siempre disponible en la cantidad y en el momento que se le necesite.
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Limpieza: El gas natural es menos contaminante que los combustibles sólidos y líquidos.Por un lado, como cualquier otro combustible gaseoso, no genera partículas sólidas en los gases de la combustión, produce menos CO2 (reduciendo así el efecto invernadero), menos impurezas, como por ejemplo azufre (disminuye la lluvia ácida), además de no generar humos.Por otro lado, es el más limpio de los combustibles gaseosos.
Seguridad: El gas natural, a diferencia de otros gases combustibles, es más ligero que el aire, por lo que, de producirse alguna fuga, se disipa rápidamente en la atmósfera. Únicamente, se requiere tener buena ventilación.
Economía: Es la energía de suministro continuo más barata.
Desventajas.
Peso/Volumen de los cilindros: El cilindro de almacenamiento del gas, significa un peso y espacio adicional que se traduce a una reducción de carga del vehículo, siendo esto particularmente critico para los carros pequeños, esta desventaja no existe para los vehículos comerciales (minibuses, autobuses, pick-up, camiones etc.) ya que estos pueden soportar el peso de esos tanques y además poseen un mayor espacio disponible para colocar cilindros de almacenamiento.
Perdida de aceleración: Por sus características, el gas natural produce una pérdida de potencia en el vehículo de aproximadamente 15%, la cual se hace más manifiesta el la etapa de arranque del mismo, en los vehículos con motores de baja cilindrada.
Gas Natural para la Industria
Reemplaza ventajosamente a otros combustibles. Ideal para procesos industriales, como la industria de la cerámica, del cemento y la fabricación de vidrio. En la fabricación del acero puede ser usado como reductor siderúrgico en lugar del coque (Hierro esponja). Es también utilizado como materia prima en la industria petroquímica y para la producción de amoníaco, urea en la industria del fertilizante
1. ¿En que industrias se puede usar el gas natural?
Cerámica
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El gas natural ofrece a la industria cerámica ventajas, cuyo provecho viene determinado por el tipo de producto de que se trate y el equipo usado. En la fabricación de azulejos, porcelana, gres o refractarios, su utilización se traduce en un importante aumento de la producción, la mejora en la calidad de los productos y la optimización en la economía de la empresa.El gas natural disminuye la formación de manchas y decoloraciones de los artículos durante la cocción y secado; mejorando la calidad de los productos.
MetalúrgicaEl gas natural tiene un gran número de aplicaciones en este sector de la industria; sus características lo hacen apto para todos los procesos de calentamiento de metales, tanto en la fusión como en el recalentamiento y tratamientos térmicos.
QuímicaEl gas natural encuentra uno de los campos más amplios de utilización en la industria química. El gas natural como fuente de energía, tanto para la producción de vapor como para el calentamiento de las unidades de cracking y de reforming, permite una perfecta regulación de la temperatura; por el ajuste de la relación aire-gas y la uniformidad de composición del gas natural, presenta una nula corrosión de los haces tubulares gracias a la ausencia de impurezas, y facilita la posibilidad de utilización del gas natural con mezcla variable de otros gases residuales disponibles en la industria gracias a la ductibilidad de los quemadores.
El metano y etano constituyen la materia base en procesos fundamentales de la petroquímica, tan importantes como por ejemplo la producción de hidrógeno, de metanol, de amoniaco, de acetileno, de ácido cianhídrico, etc. Todos estos fabricados se consideran punto de partida para la obtención de una amplia gama de productos comerciales.
Otras actividades industrialesAdemás de las aplicaciones ya mencionadas, el gas natural es una energía muy usada en todos los procesos de fabricación que requieren calor, como por ejemplo la industria del papel, alimentaria, etc.
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2. En la petroquímica ¿Qué productos se puede obtener a partir del gas natural?
Gas natural para uso comercial y doméstico
1.- En el sector comercial y residencial ¿dónde se usa el gas natural?
A.- EN EL SECTOR COMERCIAL: Se utiliza como combustible en restaurantes, panaderías, lavanderías, hospitales y demás usuarios colectivos para cocción de alimentos, servicio de agua caliente, y calefacción.
1.1.- ¿Cómo es una instalación normal de suministro de gas natural a un consumidor comercial?
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1.-Conexión del armario de regulación con el tramo en media presión B (MPB)2.- Armario de regulación3.-Centralización de contadores4.-Toma de presión a la entrada de la centralización de contadores5.-Llave de abonado. Hace las funciones de llave de entrada del contador.6.- Regulador de presión para cada usuario.7.- Limitador de caudal insertado en la rosca de entrada del contador.8.- Contador.9.- Toma de presión a la salida del contador.10.- Limite de vivienda.11.- Llave de vivienda.12.- Toma de presión en vivienda (alternativo).13.- Llave de conexión del aparato.14.- Aparato de utilización.15.- Línea para instalaciones nuevas.
B.- EN EL SECTOR DOMESTICO: Se utiliza en los hogares, para la cocina, servicio de agua caliente y calefacción.
1.2.- ¿Cómo es una instalación normal de suministro de gas natural a un consumidor doméstico?
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1.- Conexión del armario de regulación con el tramo en media presión B (MPB)2.- Armario de regulación.3.- Limite de la propiedad.4.- Limite de Vivienda.5.- Llave de vivienda. Puede estar situada en el exterior de la vivienda, pero ha de ser accesible desde el interior de la misma.6.- Toma de presión en vivienda.7.- Llave de conexión de aparato.8.- Aparato de utilización.
GAS NATURAL PARA USO VEHÍCULAR
¿Qué es el gas natural comprimido (GNC)?Generalmente es solo metano y se usa como combustible en vehículos con motores de combustión interna en reemplazo de las gasolinas, tiene bajo costo y menor incidencia en la contaminación ambiental.
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gas natural, cOMO INSTALAR GNV EN SU VEHÍCULO
¿QUIÉN PUEDE CONVERTIR SU VEHÍCULO A GNV?:
Cualquier vehículo con gasolina puede convertirse a GNV, siempre y cuando cuente con las condiciones mecánicas óptimas.
Mientras mayor sea el cilindraje del motor, mayores los beneficios de ahorro de dinero en combustible.
Independiente del modelo y año de fabricación del vehículo, el motor debe estar en perfecto estado para evitar problemas en el futuro que serían causados por el estado de la máquina y no por el uso de GNV.
Para saber si su vehículo es apto para la conversión, se requiere un diagnóstico mecánico y eléctrico sobre el estado actual del vehículo en talleres que ofrezcan el servicio de instalación de gas natural vehicular. Si cuenta con este aval, se procede a realizar la adaptación del equipo (kit), de acuerdo con el tipo de vehículo (inyección o carburado).
Para realizar la adaptación, se requiere que un organismo certificador, bien sea Icontec o Bureau Veritas, garantice que la conversión se realizó de acuerdo con las normas técnicas de calidad y seguridad. Adicionalmente, se instala en el vehículo un chip que almacena la información de la certificación inicial y de las revisiones periódicas de la conversión y del cilindro, para brindar tranquilidad y seguridad a los conductores.
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GAS NATURAL EN EL PERÚ
En que zonas del Perú se producen gas natural?El gas natural se produce en dos áreas geográficas
En el Noroeste
En el área de Talara se usa el gas natural como combustible en la generación de electricidad (Central Térmica de EEPSA), en las operaciones de las industrias petroleras de la zona y también como combustible residencial (aproximadamente 350 viviendas). Existe la posibilidad de que se desarrollen proyectos de distribución en las ciudades de Talara, Sullana y Piura.
En la Selva Central
En el área de Pucallpa se usa el gas natural como combustible para la generación eléctrica (Central Térmica de Aguaytía Energy) y en las operaciones petroleras. Existe la Posibilidad de que se desarrollen proyectos de distribución de gas natural en la ciudad de Pucallpa.
En el Perú, ¿existen reservas de gas natural?Las Reservas probadas existentes en el Perú son:
Áreas TCFNoroeste 0,262Aguaytía 0,284
Camisea(Lote 88) 8,108Total País 8,654
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¿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:
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.
1.1.1 CLASIFICACION
a) Por la forma como se encuentra en el yacimiento:• Gas natural asociado.• Gas no asociado.
b) Por la concentración de impurezas que contenga:• Gas natural ácido.• Gas natural dulce (Sweet gas)
c) Por su contenido de fracciones condensables.• Gas natural rico.
• Gas natural seco.
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1.1.2 PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS
El GLP es un gas incoloro con olor a gas natural, extremadamente estable, no tiene acción corrosiva para los metales, no reacciona con la humedad; muy soluble en agua, soluble en alcohol y cloroformo, su punto de ebullición es de –0,5°C y su punto de condensación de – 33°C, la presión de condensación es aproximadamente de dos atmósferas a 32°C, el peso específico del líquido a 0°C es de 0,599 el peso específico del vapor es de 2,07 a 0°C.2,07 a 0°C
1.2 PROPIEDADES TERMODINAMICAS
1.2.1 ENERGIA INTERNA ( ∆U)
En física, la energía interna U de un sistema intenta ser un reflejo de la energía a escala microscópica. Más concretamente, es la suma de:
la energía cinética interna, es decir, de las sumas de las energías cinéticas de las individualidades que lo forman respecto al centro de masas del sistema, y de
la energía potencial interna, que es la energía potencial asociada a las interacciones entre estas individualidades.1
La energía interna no incluye la energía cinética traslacional o rotacional del sistema como un todo. Tampoco incluye la energía potencial que el cuerpo pueda tener por su localización en un campo gravitacional o electrostático externo.
Todo cuerpo posee una energía acumulada en su interior equivalente a la energía cinética interna más la energía potencial interna.
Si pensamos en constituyentes atómicos o moleculares, será el resultado de la suma de la energía cinética de las moléculas o átomos que constituyen el sistema (de sus energías de traslación, rotación y vibración), y de la energía potencial intermolecular (debida a las fuerzas intermoleculares).
En un gas ideal monoatómico bastará con considerar la energía cinética de traslación de sus moléculas.
En un gas ideal poliatómico, deberemos considerar además la energía vibracional y rotacional de las mismas.
En un líquido o sólido deberemos añadir la energía potencial que representa las interacciones moleculares.
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Desde el punto de vista de la termodinámica, en un sistema cerrado (o sea, de paredes impermeables), la variación total de energía interna es igual a la suma de las cantidades de energía comunicadas al sistema en forma de calor y de trabajo.
ΔU = Q − W
Aunque el calor transmitido depende del proceso en cuestión, la variación de energía interna es independiente del proceso, sólo depende del estado inicial y final, por lo que se dice que es una función de estado. Del mismo modo dU es una diferencial exacta, a
diferencia de ∆Q que depende del proceso.
1.2.2 ENERGIA DE ENTALPIA( ∆H)
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.
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.
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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:
ENTALPÍA ESTÁNDAR de una ecuación general:
aA + bB → cC + dD
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:
1.2.3 ENERGIA DE ENTROPIA( ∆S )
Entropía es un concepto en termodinámica, mecánica estadística y teoría de la información. La entropía se concibe como una "medida del desorden" o la "peculiaridad de ciertas combinaciones".
Como la entropía puede ser considerada una medida de la incertidumbre, y la información tiene que ver con cualquier proceso que permite acotar, reducir o eliminar la incertidumbre; resulta que el concepto de información y el de entropía están ampliamente relacionados entre sí, aunque se tardó años en el desarrollo de la mecánica estadística y la teoría de la información para hacer esto aparente.
1.2.4 ENERGIA LIBRE DE GIBBS( ∆G)
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
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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.
CAPITULO II CÁLCULO DE LAS
PROPIEDADES TERMODINAMICOS
CALCULO DE LA ENERGIA INTERNA (∆U)
Cálculo de la variación de la energía interna en procesos sencillos de sistemas cerrados
La energía interna no son variables termodinámicas cuyo valor pueda ser medido de modo absoluto o relativo, en el laboratorio. Sin embargo es posible calcular su variación en un proceso termodinámico, a partir del cambio que se produce en magnitudes fácilmente medibles como la presión, la temperatura o el volumen, ya que la energía interna y la entalpía son función de estas y viceversa.
En general, y aunque se pueden elegir otras expresiones, se suele escribir la energía interna en función de la temperatura y el volumen del sistema
Así cualquier cambio medible de temperatura, presión o volumen, nos permitirá conocer el cambio en la energía interna:
Si escribimos U = f (T, V) tendremos que:
Transformaciones
La energía interna U del sistema depende únicamente del estado del sistema, en un gas ideal depende solamente de su temperatura. Mientras que la transferencia de calor o el trabajo mecánico dependen del tipo de transformación o camino seguido para ir del estado inicial al final.
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Isócora o a volumen constanteNo hay variación de volumen del gas, luego
W = 0
Q = ncV(TB-TA)
Donde:
cV; es el calor específico a volumen constante
Isóbara o a presión constante
W = P(VB-VA)
Q = ncP(TB-TA)
Donde: cP; es el calor específico a presión constante
Calores específicos a presión constante cP y a volumen constante cV
En una transformación a volumen constante dU = dQ = ncVdT
En una transformación a presión constante dU = ncPdT - pdV
Como la variación de energía interna dU no depende del tipo de transformación, sino solamente del estado inicial y del estado final, la segunda ecuación se puede escribir como:
ncV.dT = ncPdT - pdV
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Empleando la ecuación de estado de un gas ideal PV = nRT, obtenemos la relación entre los calores específicos a presión constante y a volumen constante
cV = cP - R
Para un gas monoatómico
Para un gas diatómico
Se denomina índice adiabático de un gas ideal al cociente
Isoterma o a temperatura constante
dU = 0
Q = W
Adiabática o asilada térmicamente, Q = 0
Ecuación de la transformación adiabática
Del primer principio dU = -pdV
Integrando
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Donde el exponente de V se denomina índice adiabático g del gas ideal
Si A y B son los estados inicial y final de una transformación adiabática se cumple que
2.2 CALCULO DE LA ENERGIA DE ENTALPIA
(∆H)
Cálculo de la variación de la energía de entalpía en procesos sencillos de sistemas cerrados
La entalpía no son variables termodinámicas cuyo valor pueda ser medido de modo absoluto o relativo, en el laboratorio. Sin embargo es posible calcular su variación en un proceso termodinámico, a partir del cambio que se produce en magnitudes fácilmente medibles como la presión, la temperatura o el volumen, ya que la energía de entalpía son función de estas.
En general, y aunque se pueden elegir otras expresiones, se suele escribir la entalpía en función de la temperatura y la presión. Así cualquier cambio medible de temperatura, presión o volumen, nos permitirá conocer el cambio en la energía de entalpía:
Si escribimos H = f (T, P) tendremos que
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2.3 CALCULO DE LA ENERGIA DE ENTROPIA
(∆S)
Proceso isotérmico: Como la temperatura es constante se saca fuera de la integral y quedaría:
S2 - S1 = q / T
Proceso no isotérmico: En muchos procesos, la absorción reversible de calor esta acompañada por un cambio de temperatura, es este caso expresamos el calor en función de la temperatura integramos y obtendremos:
En un proceso a volumen constante:
dq = cv.dT
Entonces
S2 -S1 = cv.ln T2/T1
En un proceso a presión constante:
Dq = cp.dT
Entonces
S2 - S1 = cp.ln T2/T1
Proceso adiabatico: En un proceso adiabatico como no existe transferencia de calor la variación de entropías es cero.
Cuando un sistema termodinámico pasa, en un proceso reversible e isotérmico, del estado 1 al estado 2, el cambio en su entropía es igual a la cantidad de calor intercambiado entre el sistema y el medio dividido por su temperatura absoluta.
De acuerdo con la ecuación, si el calor se transfiere al sistema, también lo hará el grado de entropía. Si la temperatura aumenta, la entropía disminuye. Y viceversa.
UNIDADES:
En el Sistema Internacional, son el J/K (o Clausius) definido como la variación de entropía que experimenta un sistema cuando absorbe el calor de 1 Julio (unidad) a la temperatura de 1 Kelvin.
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2.4 CALCULO DE LA ENERGIA LIBRE DE GIBBS
(∆G)
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, ∆Greacción, 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:
Donde m y n son los coeficientes estequiométricos.
Así como 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
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Significado de ∆G La condición de equilibrio es: ∆G = 0 La condición de espontaneidad es: ∆G < 0 El proceso no es espontáneo cuando: ∆G >0
(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:
Es decir:
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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.
TABLA 1.1COMPOSICION QUIMICA DEL GAS NATURAL DE
CAMISEA
Metano CH4 95.80%
Etano C2H6 2,14%
Propano C3H8 0.29%
Butano C4H10 0,11%
Pentano C5H12 0,04%
Dióxido de carbono CO2 0,50%
Nitrógeno N2 1,50%
Fuente: TGP. Composición media del Gas Natural recibido en
elcity gate
EVALUAR LAS PROPIEDADES TERMODINAMICAS DEL GAS DE CAMISEA EN EL CITY GATE (LURIN) 298ºK HASTA 1500ºK.
UNIVERSIDAD SAN LUIS GONZAGA DE ICA TERMODINAMICA I
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA CICLO VI
Componente
% Molar
Xi Cpi Xi.Cpi
CH4 95.80% 0.958 3.381 + 18.044x10-3T – 43.0x10-7T2
3.2390 + 0.0173T – 4.1194x10-6T2
C2H6 2,14% 0.0214 3.247 + 38.201x10-3T – 110.49x10-
7T20.0481 + 0.0481x10-4T – 2.3645x10-
7T2
C3H8 0.29% 0.0029 2.41 + 57.195x10-3T – 175.33x10-
7T20.0070 + 1.6586x10-4T – 5.0846x10-
8T2
C4H10 0,11% 0.0012 3.381 + 18.044x10-3T – 43.0x10-7T2 0.0046 + 8.802x10-7T –2.7187x10-
10T2
C5H12 0,04% 0.0004 4.8959 + 9.0112x10-3T – 2.8039x10-7T2
0.0096 + 3.6045x10-7T –1.1216x10-
10T2
CO2 0,50% 0.0112 6.369 + 10.100x10-3T – 34.05x10-
7T20.0713 + 1.1312x10-4T –3.8136x10-
8T2
N2 1,50% 0.0121 6.4492 + 1.4125x10-3T – 0.807x10-
7T20.0780 + 1.7091x10-5T – 9.7647x10-
10T2
Cpm = 3.4576 + 0.0184T – 4.4462x10-6T2
1.- CALCULO DE LA ΔH:
ΔH = ∫ Cpm. dT
ΔH = ∫ (3.4576 + 0.0184T – 4.4462x10-6T2).dT
Integrando:
ΔH = (3.4576T + 0.0184T2/2 – 4.4462x10-6T3/3)
ΔH = 3.4576(1500-298)+0.0184(15002-2982)/2 – 4.4462x10-6(15003-2983)/3
2.- CALCULO DE LA ΔS:
ΔS = ∫ (Cpm/T).dT
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ΔS = ∫ ((3.4576 + 0.0184T – 4.4462x10-6T2)/T).dT
ΔS = ∫ (3.4576/T + 0.0184 – 4.4462x10-6T).dT Integrando:
ΔS = (3.4576.lnT + 0.0184T – 4.4462x10-6T2/2)
ΔS = 3.4576.ln(1500/298) + 0.0184 (1500-298) – 4.4462x10-6(15002-2982)/2
3.- CALCULO DE LA ΔU:
ΔU = ∫ (Cpm - R).dT
ΔU = ∫((3.4576 + 0.0184T – 4.4462x10-6T2) – 1.987).dT
ΔU = ∫ (1.4706 + 0.0184T – 4.4462x10-6T2).dT
Integrando:
ΔU = (1.4706T + 0.0184T2/2 – 4.4462x10-6T3/3)
ΔU = 1.4706 (1500-298) + 0.0184 (15002-2982)/2 – 4.4462x10-6(15003-2983)/3
4.- CALCULO DE LA ΔG:
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ΔG = ΔH – TΔS
ΔG = 19076.2842 – 1500(22.9002)
CONCLUSIONES:
El gas "natural" esta denominado así porque en su composición química no interviene ningún proceso; es limpio, sin color y sin olor.
La composición del gas natural varía según el yacimiento en el que se ubique.
Con motivos de seguridad al gas se le añade un agente químico llamado mercaptan, que le da un olor a huevo podrido, con el propósito de detectar una posible fuga de gas.
El uso del gas natural puede ayudar a evitar muchas de las preocupaciones a nivel ambiental incluyendo la contaminación, la lluvia ácida y las emisiones de gas efecto invernadero.
En la actualidad se busca un combustible que pueda satisfacer las necesidades energéticas del hambre, como poder usar un sistema de calefacción o colocar estufas a gas en nuestros hogares, pero los combustibles que se utilizaban como el petróleo, la leña, el carbón o el kerosene, resultaban no ser muy económicos y a la vez eran contaminantes.
Es por eso que ahora ha llegado un combustible nuevo a nuestro país, que es el gas natural, este gas no requiere de plantas de refinación para procesarla, a comparación del petróleo, es más seguro, económico y posee menor proporción
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de impurezas o gases tóxicos. Con el gas natural podemos cuidar nuestra salud, la de nuestra familia y la de nuestra ciudad.
BIBLIOGRAFIA
http://www.gasnatural.com/
http://www.naturalgas.org/
http://portal.gasnatural.com/servlet/ContentServer
http://en.wikipedia.org/wiki/Natural_gas
http://www.monografias.com/trabajos58/gas-natural-peru/gas-natural- peru.shtml
http://noticias.peruanosenusa.net/2009/11/12/bajara-el-gas-natural-en- autos-disminuira-2-y-en-viviendas-4-el-comercio-peru
http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_de_Camisea
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA
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