Gas natural: Definiciones y conceptos básicos

El gas natural es un tipo de hidrocarburo que se encuentra conformado principalmente por metano y acompañado de otros elementos, como nitrógeno, butano, etano, propano, agua dióxido de carbono y otros componentes. Se encuentra en yacimientos y es utilizado comúnmente como combustible y como materia prima en la industria petroquímica. Su atractivo se enfoca en que no requiere ningún tipo de refinamiento, por lo tanto, se consume sin experimentar ningún tipo de transformación.

Extracción y transporte de gas natural
Extracción y transporte de gas natural. Imagen de worldenergytrade

En este artículo definiremos al gas natural, su clasificación y características, así como, su comportamiento y propiedades.

Tabla de contenidos
  1. Definición de gas natural
  2. Características del gas natural
  3. Clasificación del gas natural
  4. Comportamiento del gas natural
  5. Conceptos relacionados con el gas natural
    1. Concepto de mol
    2. Ley de gases ideales
    3. Densidad, volumen específico y gravedad específica

Definición de Gas Natural

Trabajador en campo de extracción de gas
Campo de gas natural. Imagen de unotv

El gas natural se encuentra conformado por los miembros más volátiles de la serie parafínica de los hidrocarburos, principalmente el metano, acompañado de cantidades menores de etano, butano y propano. El gas natural también contiene compuestos más pesados en porcentajes más pequeños.

En el gas natural también suelen encontrarse gases no hidrocarburos en cantidades variables (CO2, nitrógeno, helio, ácido sulfúrico, vapor de agua, etc). El gas natural se obtiene principalmente de yacimientos de gas libre, o asociado en yacimientos de petróleo y de condensado.

Clasificación del gas natural

Podemos clasificar al gas natural de la siguiente manera:

  • Gas dulce: Este tipo de gas contiene cantidades menores de 4 ppm de sulfuro de hidrógeno, siendo un gas apto para ser transportado a través de tuberías.
  • Gas ácido: El gas ácido contiene cantidades apreciables de sulfuro de hidrógeno, así como, de CO2 y componentes ácidos como el CO, el CS2 y mercaptanos, siendo corrosivo en presencia de agua libre.
  • Gas rico (húmedo): Este tipo de gas contiene cantidades apreciables de hidrocarburos líquidos (C3+) de aproximadamente 3 GPM (galones por 1000 pies cúbicos en condiciones normales). Estos líquidos no tienen relación alguna con el vapor de agua que pueda contener el gas.
  • Gas pobre (seco): Está conformado prácticamente por metano y etano, sin embargo, en sistemas de compresión de gas se habla de gas húmedo (wet gas) al que contiene vapor de agua, y gas seco (dry gas) al que no contiene vapor de agua. Es importante tener siempre presente la semántica que, por lo general, se observa en estos casos para evitar errores al utilizar un concepto.

Características del gas natural

COmbustión completa del gas natural
Combustión del gas natural. Imagen de enerstas

Entre las principales características que presenta el gas natural, tenemos:

  • Está compuesto principalmente por metano.
  • Es más liviano que el aire, entre un 30% y un 45%, lo que le permite dispersarse rápidamente en la atmósfera en caso de alguna fuga.
  • Es incoloro e inodoro, es por esta razón que suele agregársele mercaptano para que pueda ser captado por el olfato del ser humano y así poder detectar rápidamente alguna fuga.
  • No es tóxico, por lo tanto, no produce envenenamiento al ser inhalado.
  • Posee un rango de inflamabilidad limitado.
  • Tiene un gran poder calórico de aproximadamente 9300 Kcal por m3 de gas natural.




Comportamiento del gas natural

En su forma más simple un gas puede estar conformado por partículas con volumen despreciable, entre las cuales no existen fuerzas de atracción o repulsión. Podemos decir entonces, que se trata de un fluido homogéneo que generalmente presenta una densidad y una viscosidad bajas, no posee volumen definido y ocupa todo el espacio disponible en el cual se encuentra.

Esta definición anterior se ajusta a un gas ideal o gas perfecto, llegándose a cumplir este concepto a presiones y temperaturas bajas. En condiciones reales, un gas se va apartando progresivamente de esta idealidad a medida que la presión y la temperatura aumentan. Cuando esto ocurre, se debe tener en cuenta no solo las fuerzas de repulsión y atracción entre las partículas que conforman al gas, sino también el volumen de las moléculas, siendo este el concepto de un gas real.

Conceptos relacionados con el gas natural

Transporte de gas natural. Imagen de energiahoy

A continuación, describiremos algunos conceptos básicos relacionados con el gas natural, los cuales, son de gran ayuda para la mayoría de los cálculos relacionados con el gas natural y otros hidrocarburos.

Concepto de mol

El mol es un concepto que relaciona la cantidad de una sustancia respecto a otra. Para ello, se fijó de manera arbitraria al peso del oxígeno en 16, determinando las masas relativas de los otros elementos de acuerdo a sus pesos atómicos o moleculares, siendo el peso molecular el peso relativo de una molécula en una sustancia. Para obtener el peso molecular, se suman los pesos atómicos que forman a dicha molécula.

Podemos decir entonces, que un mol de sustancia es la cantidad de dicha sustancia (según el sistema de métrico a utilizar) cuya masa es numéricamente igual a su peso molecular. Según la Ley de Avogadro, los volúmenes iguales de gases ideales a la misma presión y temperatura contienen el mismo número de moléculas, el cual es 6,02x1023 moléculas para un gramo-mol.

Ley de gases ideales

Otro concepto importante para el estudio del gas natural es la ley de gas ideal, la cual, permite relacionar la presión, la temperatura y el volumen para los gases en condiciones de idealidad. Esta ley de gases ideales, no es otra cosa que una combinación de la Ley de Boyle y la Ley de Charles.




Densidad, volumen específico y gravedad específica

Otros conceptos de uso común para los cálculos de gas natural, son la densidad, el volumen específico y la gravedad específica, los cuales pueden ser estimados de la siguiente manera:

Densidad

La densidad viene a ser una relación matemática entre la masa de una sustancia y el volumen que esta ocupa. En el caso de un gas, puede estimarse haciendo uso de la ley de gases ideales o reales, según sea el caso, de la siguiente manera:

Densidad

Donde:

  • P: Presión
  • T: Temperatura
  • R: Constante general de los gases
  • M: Peso molecular

Volumen específico

El volumen específico viene siendo el inverso de la densidad, es decir, el volumen que ocupa el gas entre su masa, y se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

Volumen específico

Donde:

  • P: Presión
  • T: Temperatura
  • R: Constante general de los gases
  • M: Peso molecular


Gravedad específica

Se trata de una relación entre la densidad del gas y la densidad de la sustancia base en las mismas condiciones de presión y temperatura. Cuando se trabaja con gases se toma como sustancia base el aire, quedando la siguiente relación matemática:

Gravedad específica

Reemplazando la densidad del gas y del aire por sus expresiones matemáticas respectivas, tenemos:


La gravedad específica es independiente de la presión y la temperatura. En un próximo artículo, hablaremos sobre la mezcla de gases y algunas leyes que rigen estas mezclas. Como siempre, quedo atento a sus comentarios para establecer intercambio de ideas y complementar conceptos.

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