gas natural

Visión general

El gas natural es un combustible fósil compuesto principalmente de metano (CH₄) con cantidades menores de hidrocarburos más pesados, dióxido de carbono, nitrógeno y compuestos de azufre traza. Se utiliza ampliamente para calefacción, generación de energía y procesos industriales debido a su alta densidad energética por unidad de masa y su combustión relativamente limpia en comparación con el carbón o el petróleo.

El gas natural de calidad para tubería típicamente contiene 85–98 % de metano en volumen y tiene una gravedad específica de 0.58–0.72 relativa al aire seco. Su Poder Calorífico Inferior (LHV) varía aproximadamente de 34–40 MJ/m³ dependiendo de la composición y las condiciones de medición.

Alcance Original del Glosario

La página fuente se titula Glosario de Gas Natural y describe el gas natural como un combustible utilizado ampliamente en aplicaciones residenciales, comerciales e industriales. Funciona principalmente como una página de entrada de glosario/búsqueda y dirige a los lectores a un glosario externo de gas natural de la American Gas Association. Las secciones de referencia de ingeniería a continuación preservan ese alcance de la fuente mientras añaden el contexto de cálculo necesario para el diseño y el trabajo de combustión.

Texto fuente original preservado: "Engineering ToolBox - Resources, Tools and Basic Information for Engineering and Design of Technical Applications!" Párrafo de glosario original preservado: "A natural gas glossary with search terms." Enlace de glosario externo preservado: American Gas Association Natural Gas Glossary.

Fórmulas Clave

Tasa de Liberación de Calor

$Q = \dot{m} \cdot LHV$

Donde $\dot{m}$ es el caudal másico del combustible y LHV es el poder calorífico inferior en base másica.

Liberación de Calor Volumétrica

$Q_v = \dot{V} \cdot HI_v$

Donde $\dot{V}$ es el caudal volumétrico y $HI_v$ es la intensidad de calentamiento por unidad de volumen en condiciones estándar.

Relación Aire-Combustible Estequiométrica

$AF_{stoich} = \frac{m_{air}}{m_{fuel}}$

Para el metano puro, la relación aire-combustible estequiométrica en masa es aproximadamente 17.2:1.

Exceso de Aire a partir del Oxígeno en los Gases de Escape

$EA = \frac{O_{2,\,flue}}{21 - O_{2,\,flue}} \times 100\%$

Un método de campo común para estimar el exceso de aire a partir de una medición de oxígeno en gases de escape secos.

Índice de Wobbe

$WI = \frac{HI_v}{\sqrt{SG}}$

Los gases con índices de Wobbe iguales pueden intercambiarse en un quemador sin cambiar la tasa de entrada de calor.

Variables

Composición Típica

Propiedades de combustión de componentes clave

Calculadora de liberación de calor

Convertidor de unidades

Tablas de fuente original restauradas

Las siguientes tablas se restauran de la página de fuente original para preservar los datos de referencia completos.

La página original en caché contenía una tabla de búsqueda/navegación porque la fuente es principalmente una entrada de glosario/búsqueda. El contenido de ingeniería de esa tabla es el enlace externo al glosario de la American Gas Association y la descripción "Un glosario de gas natural con términos de búsqueda", ambos preservados en la sección de Alcance del Glosario Original anterior. Los controles de búsqueda no ingenieriles se registran a continuación.

Notas de ingeniería

• La base del valor calorífico importa. HHV incluye el calor latente del vapor de agua en los productos de combustión; LHV lo excluye. Los cálculos de eficiencia de calderas en Norteamérica a menudo usan HHV, mientras que la práctica europea comúnmente usa LHV. Mezclar convenciones lleva a cifras de eficiencia por encima del 100 % para calderas de condensación.
• Humedad y altitud. Los valores caloríficos reportados son para gas seco en condiciones estándar (típicamente 15 °C o 20 °C, 1 atm). El suministro real varía con el contenido de vapor de agua, la presión barométrica y la temperatura ambiente.
• Gravedad específica y medición. Los medidores de orificio y turbina son sensibles a la densidad del gas. Las lecturas no corregidas pueden desviarse 5–10 % si la gravedad específica real difiere del valor asumido.
• Control de aire en exceso. Los quemadores de gas natural típicamente se ajustan a 3–15 % de aire en exceso (1–3 % O₂ en gases de combustión). Demasiado poco aire en exceso arriesga combustión incompleta y formación de CO; demasiado penaliza la eficiencia y aumenta NOₓ.
• Tolerancia del índice de Wobbe. Muchas especificaciones de quemadores aceptan una variación del índice de Wobbe de ±5 % sin reajustar. Los operadores de tuberías monitorean este parámetro para asegurar la compatibilidad de los equipos a través de las fuentes de suministro.
• Mezcla de hidrógeno. La mezcla de hasta 10–20 % de hidrógeno en volumen en tuberías de gas natural está bajo estudio activo. El menor valor calorífico volumétrico y el rango más amplio de inflamabilidad del hidrógeno requieren una evaluación cuidadosa de quemadores y seguridad.
• Supercompresibilidad (factor Z). A presiones por encima de aproximadamente 10 bar, la ley del gas ideal introduce errores de varios por cientos. El factor Z corrige las fuerzas intermoleculares; se calcula a partir de ecuaciones de estado como AGA 8 o GERG-2008.

Referencias

• Engineering ToolBox — Gas Natural
• NFPA 54 / ANSI Z223.1, Código Nacional de Gas Combustible
• ISO 6976, Valores caloríficos, densidad, densidad relativa e índice de Wobbe