IBNORCA
ANTEPROYECTO DE NORMA BOLIVIANA
APNB/ISO 13443
Gas natural – Condiciones de referencia normalizadas 0
INTRODUCCIÓN
La multiplicidad de las denominadas "condiciones de referencia normalizadas" de temperatura, presión y humedad (en estado de saturación) utilizadas en la medida de la calidad y cantidad del gas natural, puede originar mucha confusión. Los errores al considerar condiciones de referencia desconocidas pueden ocasionar serias consecuencias, por ejemplo, en aplicaciones de comercialización y transporte. Con bastante frecuencia, incluso una ingeniería del gas experimentada, puede no reconocer las posibilidades de error, puesto que las unidades de medida habitualmente utilizan idéntica terminología, sin considerar las diferencias en las condiciones de referencia. Toda esta ambigüedad y sus indeseables consecuencias pueden ser fácilmente eliminadas, por la adopción de un único conjunto de condiciones de referencia normalizadas. El conjunto elegido en esta norma internacional se conoce como condiciones de referencia normalizadas. 1
OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN APLICA CIÓN
Esta norma internacional define las condiciones de referencia normalizadas de temperatura, presión y humedad, que se utilizarán en las medidas y en los cálculos realizados en los gases naturales, sustitutos de gas natural y fluidos similares. La principal aplicación se supone que será en la comercialización y transporte internacional, donde la reducción a una base común de aquellas características físicas del gas que describen su calidad y cantidad, simplificará la práctica del comercio y mercado internacional. 2
NORMAS PARA CONSULTA CONSULTA
Las normas que a continuación se relacionan contienen disposiciones válidas para esta norma internacional. En el momento de la publicación estaban en vigor las ediciones indicadas. Toda norma está sujeta a revisión por lo que las partes que basen sus acuerdos en esta norma internacional deben estudiar la posibilidad de aplicar la edición más reciente de las normas indicadas a continuación. Los miembros de IEC y de ISO poseen el registro de las normas internacionales en vigor en cada momento. ISO 6976:1995 - Gas Natural. Cálculo del poder calorífico, densidad, densidad relativa e índice de Wobbe a partir de Ia composición. 3
CONDICIONES DE REFERENCIA NORMALIZADA NORMAL IZADAS S
Las condiciones de referencia normalizadas (o base) de temperatura, presión y humedad (en estado de saturación) utilizadas para las medidas y los cálculos realizados en los gases naturales, sustitutos de gases naturales y fluidos similares en estado gaseoso, son 288,15 K y 101,325 kPa para los gases secos s ecos reales. Las propiedades físicas a las que se aplican las condiciones de referencia normalizadas de esta norma ISO incluyen el volumen, la densidad, la densidad relativa, el factor de compresión, el poder calorífico superior, el poder calorífico inferior y el índice de Wobbe. La definición completa de estas cantidades se indica en la norma ISO 6976:1995. En el caso 1
APNB/ISO 13443 del poder calorífico y del Índice de Wobbe, tanto el volumen de gas quemado como la energía emitida por combustión, debe ser referida a las condiciones de referencia normalizadas. No obstante, se sabe, que en determinadas circunstancias puede no ser factible, o incluso ser inadmisible, utilizar las condiciones de referencia normalizadas ISO. Por ejemplo, la legislación nacional o las obligaciones contractuales, pueden requerir la utilización de condiciones de referencia alternativas. Por esta razón, el anexo A incluye factores para la conversión entre varios conjuntos de condiciones de referencia métricas, que se sabe que se pueden utilizar habitualmente, y el anexo B incluye ecuaciones que permiten convertir los valores de las propiedades (relativos a otras condiciones de referencia conocidas) a los valores obtenidos en las condiciones de referencia normalizadas. El anexo D incluye algunos ejemplos de cálculo. El anexo E incluye las condiciones de referencia métricas que, en este momento son conocidas como las más habitualmente utilizadas en los países enumerados. NOTAS 1
Entre otras consideraciones, las condiciones de referencia normalizadas ISO han sido elegidas para cumplir con las normalizadas en la norma ISO 5024[1] para su util ización en la medición de l os gases y líquidos derivados del petróleo.
2
288,15 K= 15º C=59º F 101,325 kPa = 1,013 25 bar = 14,695 9 psia = 1 atmósfera normal (atm)
3
En la norma ISO 6976:1 995, un gas seco se define como aquél en el que la fracción molar del vapor de agua es inferior a 0,000 05, pero este criterio es innecesariamente restrictivo en el contexto de esta norma internacional, en la que se puede admitir una fracción molar superior a 0,001.
4
Las condiciones 273,15 K 101,325 kPa, y 288,15 K 101,325 kPa se identifican habitualmente como condiciones "normales" y "(métricas) de referencia", respectivamente, en la práctica de la medición del gas (véanse IGU/G-64 [4], IGU/G-73[5], e IGU/G-76[6]. Este uso no debería confundirse con 'NTP" (presión y temperatura normales) y 'STP" (presión y temperatura de referencia), ambos- convencionalmente referidos a las condiciones anteriores. Las definiciones de “normal" y "de referencia", incluidas en la norma ISO 7504 [2] están en conflicto con el uso indicado anteriormente, y son incorrectas.
5
La buena práctica requiere que las condiciones de referencia apropiadas se incorporen como parte de los símbolos (y no de la unidad) para la cantidad física representada, donde sea posible la ambigüedad. Por ejemplo: - se utiliza Z (273,15 K, 101,325 kPa) ó Z (t/º C= 0, p/ atm = 1) en lugar de Z n, para el factor de compresión en las condiciones “normales"; - se utiliza V (273,15 K, 101,325 kPa) m³ para el volumen de gas en metros cúbicos en las condiciones "normales", en l ugar de m³n, m³(n), nm³, ó Nm 3, y desde luego no únicamente m³; - se utiliza V (tº / C = 15, p/ kPa = 101,325) m³ para el volumen de gas en metros cúbicos en las condiciones "de referencia", no m³ (st), sm³, ó m³ S.
Se admiten versiones abreviadas como Z(0), V(0)/m³ y V (15)/m³, respectivamente, cuando no es posible una mala interpretación. En el último caso V (ISO)/m3 es probablemente la mejor denominación.
2
APNB/ISO 13443 Anexo A (Normativo) Factores p ara la conversión entre co ndicio nes de referencia Para obtener el valor de una propiedad en las condiciones de referencia indicadas en la fila [b] de la tabla A.1 a partir de un valor conocido en las mismas unidades en las condiciones de referencia de la fila [a], se multiplica por el factor indicado. Para realizar la conversión inversa, se divide por el factor indicado. Las conversiones para las propiedades de un gas ideal se supone que tienen una exactitud dentro del -0,01% para todos los gases naturales. Para las propiedades volumétricas de un gas real (volumen molar, densidad, densidad relativa, factor de compresión), la exactitud se supone que es de -0,02 %, y para las propiedades de combustión del gas real (poderes caloríficos, índices de Wobbe) de -0,05 %. Los factores de conversión para las condiciones de referencia no métricas (por ejemplo: Imperial) no están previstos, ya que su uso continuado - especialmente en el comercio internacional - no está recomendado. La mayoría de las condiciones de referencia no métricas utilizan la temperatura base de 6º F, pero pueden utilizarse varios valores de presión base distintos. El anexo B incluye ecuaciones que permitirán convertir los valores de las propiedades, a partir de condiciones de referencia no expuestas en la tabla A.1, a los valores equivalentes en las condiciones de referencia normalizadas ISO. En la tabla A.1, la presión base, tanto para la combustión como para la medición de volumen, es siempre 101,325 kpa, y el gas se considera seco.
3
APNB/ISO 13443 Tabla A.1 - Factores para la conversión entre condiciones de referencia Medición 2/ º C [a]
[b]
fi
fi
Combustin t 1/º C
20
20
15
25
25
25
20
20
15
a
a
a
a
a
a
a
a
a
15
00
00
20
15
00
15
00
00
1
Volumen ideal……………….......0,9829
0,9318
0,9479
2
Densidad ideal……………….......1,0174
1,0732
1,0549
3
Densidad relativa ideal………….1,0000
1,0000
1,0000
4
Factor de compresión……………..0,9999
0,9995
0,9996
5
Volumen real…………………........0,9828
0,9313
0,9476
6
Densidad real………………………1,0175
1,0738
1,0553
7
Densidad relativa real……………..1,0001
1,0003
1,0002
8 9 10 11 12 13 14 15
Poder calorífico superior ideal en base molar…1,0005 Poder calorífico superior ideal en base molar…1,0001 Poder calorífico superior ideal en base molar…1,0005 Poder calorífico superior ideal en base molar…1,0001 Poder calorífico superior ideal en base molar…1,0005 Poder calorífico superior ideal en base molar…1,0001 Poder calorífico superior ideal en base molar…1,0005 Poder calorífico superior ideal en base molar…1,0001
1,0010 1,0001 1,0010 1,0001 1,0010 1,0001 1,0010 1,0001
Combustión t 1/º C:
16 17 18 19 20 21
1,0026 1,0003 1,0026 1,0003 1,0026 1,0003 1,0026 1,0003
1,0005 1,0000 1,0005 1,0000 1,0005 1,0000 1,0005 1,0000
1,0021 1,0002 1,0021 1,0002 1,0021 1,0002 1,0021 1,0002
Medición t 2/º C
[a]
fi
25:20
25:20
25:20
25:00
25:00
15:15
[b]
fi
a
a
a
a
a
a
25:00
15:15
00:00
15:15
00:00
00:00
1,0005 1,0001 Índice de Wobbe ideal………………………... 1,0005 Poder calorífico superior ideal en base volumétrica…… 1,0005 Poder calorífico superior ideal en base volumétrica…… 1,0001 Índice de Wobbe real………………………… 1,0001
1,0010 1,0001 1,0010 1,0010 1,0001 1,0001
Poder calorífico superior ideal en base volumétrica…… Poder calorífico superior ideal en base volumétrica……
4
1,0016 1,0002 1,0016 1,0002 1,0016 1,0002 1,0016 1,0002
1,0026 1,0003 1,0026 1,0026 1,0003 1,0003
1,0005 1,0000 1,0005 1,0005 1,0000 1,0000
1,0021 1,0002 1,0021 1,0021 1,0002 1,0002
1,0016 1,0002 1,0016 1,0016 1,0002 1,0002
APNB/ISO 13443 Anexo B (Informativo) Ecuaciones para conversión entre co ndicio nes de referencia Las ecuaciones B.1 a B.21 permiten convertir los valores de las propiedades enumeradas a partir de las condiciones de referencia T 1/K, T2/K, p1/kPa, y p2/kPa a los valores equivalentes obtenidos, en las mismas unidades de medida, en las condiciones de referencia normalizadas ISO. Las ecuaciones indicadas son válidas para los rangos: 270 < T/K < 300 y 95< p/kPa<105. Las ecuaciones utilizan funciones lineales simples de temperatura y presión. Estas han sido ⁄ 1⁄ ⁄ derivadas por aproximación ⁄ , ⁄ , ⁄ , 1⁄⎯ como constantes, los valores respectivos han sido determinados por cálculos experimentales para un amplio rango de gases naturales. Los valores utilizados son: / 0,000020/ / 0,000025/K / 0,000011/K ⁄ 0,00010/K 1⁄ ⁄ 0,00001/K 1⁄
Los valores de ⁄ ⁄ se toman como cero. A pesar de la simplicidad de estas aproximaciones, se supone que la exactitud de la conversión seguirá estando habitualmente dentro de los límites citados en el anexo A. Las ecuaciones no pueden utilizarse para incrementar el número de dígitos de los factores de conversión indicados en el anexo A. Se observa que si las condiciones de referencia para los datos de partida no se dan en K y kPa (por ejemplo en ºC ó ºF, y en atm, mbar, psia, o psig, respectivamente), éstos deben convertirse adecuadamente antes de aplicar las ecuaciones (véase la norma BS 350:Parte 1:1974[3]) Volumen ideal V º ISO , 288,15 ⁄ 101,325
...B.1
ISO , 101,325 ⁄ 288,15
...B.2
Densidad ideal ρº
Densidad relativa ideal d º ISO ,
...B.3
Factor de compresión Z ISO , 1 0,000 020 101,325⁄1 0,000 025 288,15
5
…B.4
APNB/ISO 13443 Volumen real V , 288,15⁄ 101,325 1 0,000 020 101,325⁄1 0,000025 288,15 ..B.5
Densidad real ρ , 101,325⁄ 288,15 1 0,000 025 288,15⁄1 0,000 020 101,325 ..B.6
Densidad relativa real
d
, 1 0,000 014 288,15⁄1 0,000 020 101,325
..B.7
Poder calorífico superior i deal en base molar ISO , 1 0,000 10 288,15
...B.8
Poder calorífico inferior ideal en base molar, ISO , 1 0,000 01 288,15
...B.9
Poder calorífico superior ideal en b ase másica ISO , 1 0,000 10 288,15 H
...B.10
Poder calorífico inferior ideal en base másica ISO , 1 0,00001 288,15 H
...B.11
Poder calorífico superior real en base molar ISO , 1 0,000 10 288,15 H
...B.12
Poder calorífico inferior real en b ase molar ISO , 1 0,000 01 288,15 H
...B.13
Poder calorífico superior real en base másica Ĥ Ĥ ISO Ĥ , 1 0,000 10 288,15
...B.14
Poder calorífico inferior real en b ase másica Ĥ ĤISO Ĥ , 1 0,000 01 288,15
...B.15
Poder calorífico superior i deal en base volumétric a ISO , , , 101,325 ⁄ 288,15 1 0,000 10 288,15
…B.16
Poder calorífico inferior i deal en base volumétrica ISO , , , 101,325 ⁄ 288,15 1 0,00001 288,15
6
…B.17
APNB/ISO 13443
Índice de Wobbe ideal
W º
ISO , , , 101,325 ⁄ 288,15 1 0,000 10 288,15
…B.18
Poder calorífico superior real en base volumétrica H ISO H , , , 101,325 ⁄ 288,15 1 0,000 10 288,15 H 1 0,000 025 288,15⁄1 0,000020 101,325
… B. 19
Poder calorífico inferior real en base volumétrica H ISO H , , , 101,325 ⁄ 288,15 1 0,00001 288,15 H 1 0,000 025 288,15⁄1 0,000 020 101,325
Índice de Wobbe real
…B.20
W
ISO , , , 101,325 ⁄ 288,15 1 0,000 10 288,15 1 0,000 020 101,325⁄1 0,000 036 288,15⁄
7
…B.21
APNB/ISO 13443
Anexo C (Normativo) SÍMBOLOS
d
Densidad relativa
Unidades SI (o múltiplos) -
Poder calorífico inferior en base molar
kJ mol -1
Poder calorífico inferior en base másica
MJ kg-1
Poder calorífico inferior en base volumétrica
MJ m -3
Poder calorífico superior en base molar
kJ mol -1
Poder calorífico superior en base másica
MJ kg-1
Poder calorífico superior en base volumétrica
MJ m -3
p
Presión (absoluta)
kPa
T
Temperatura (absoluta)
K
t
Temperatura centígrada (Celsius)=T-273,15
ºC
V
Volumen
m3
W
Índice de Wobbe
M Jm -3
Z
Factor de compresión
-
ρ
densidad
k gm-3
Símbolo
Significado
Subíndices
1
Para las condiciones de referencia de combustión
2
Para las condiciones de referencia volumétricas o de medida
Superíndices 0
Para gases ideales (sin superíndice indica los gases reales) 8
APNB/ISO 13443 Anexo D (Informativ o) Ejemplo de cálculo Los ejemplos incluidos a continuación son todos ellos para gases naturales reales secos, compuestos mayoritariamente de metano (contenido superior al 70% molar). EJEMPLO 1: ¿Cuál es el factor de compresión en condiciones de referencia normalizadas ISO, de un gas natural que tiene un factor de compresión de 0,997 1, a una temperatura de 273,15 K y una presión de 101,325 kPa? De la tabla A.1, línea 4, columna 3 (utilizando su valor inverso): Z(ISO) = 0,997 1 x (1/0,999 6)= 0,997 5 Este mismo valor (para cuatro dígitos significativos) se obtiene a partir de la ecuación (B.4). EJEMPLO 2: ¿Cuál es el volumen que ocupa un gas natural en condiciones de referencia normalizadas ISO, que ocupa 1 000 m 3 en condiciones normales? El término "condiciones normales" corresponde a 273,15 K (0º C) a 101,325 kPa. De la tabla A.1, línea 5, columna 3 (utilizando su valor inverso): V(ISO) = 1 000 x (1/0,947 6) = I 055,3 m³ Este mismo valor (para cinco dígitos significativos) se obtiene a partir de la ecuación (B.5). EJEMPLO 3: ¿Cuál es el poder calorífico superior en base másica, en las condiciones de referencia normalizadas ISO, de un gas natural que tiene un poder calorífico de 54,21 MJ-kg -¹ a 25º C y a la presión de 100 kPa? Los poderes caloríficos en base molar y en base másica se toman, independientemente de la presión dentro del rango de presión indicado en el anexo B (que cubre el rango de la variación atmosférica normal); la presión asignada es por lo tanto, en este caso, irrelevante. De la tabla A.1, línea 14, columna 2: Ĥ ISO 54,21 1,001 0 54,26 MJ g
Este mismo valor (exactamente) se obtiene a partir de la ecuación (B.14). EJEMPLO 4: ¿Cuál es el poder calorífico superior en base volumétrica, en las condiciones de referencia normalizadas ISO, de un gas natural que tiene un poder calorífico de 38,57 MJ·m -³ a 60º F y a la presión de 101,560 kPa?
9
APNB/ISO 13443 Este ejemplo no se puede resolver utilizando la tabla A.1, porque dicha tabla es válida únicamente para una presión de 101,325 kPa, y no incluye la temperatura Fahrenheit antes mencionada. En primer lugar se convierten los 60º F en grados Kelvin: 60º F = [(60 - 32) x 5/9]+ 273,15 = 288,706 K A continuación, mediante la ecuación (B.19): ISO 38,57 101,325 288,706 1 0,000 10288,706 288,15 1 0,000 025288,706 288,15 ⁄ 288,15 101,560 1 0,000 020101,560 101,325
= 38,56 MJ·m-³ para cuatro dígitos significativos. EJEMPLO 5: ¿Cuál es el poder calorífico inferior en base volumétrica, en las condiciones de referencia normalizadas ISO, de un gas natural que tiene un poder calorífico de 37,35 MJ.m -³, cuando el volumen del gas quemado se mide a 0º C, la combustión tiene lugar a 25º C y la presión de referencia, en ambos casos, es de una atmósfera normalizada? El término "una atmósfera normalizada” se considera que significa 101,325 kPa. De la tabla A.1, línea 20, columna 4: Ĥ (ISO) = 37,35 x 0,947 7 = 35,40 MJ·m -³
Este mismo valor (para cuatro dígitos significativos) se obtiene a partir de la ecuación (B.20).
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APNB/ISO 13443 Anexo E (Informativo) Condiciones de referencia utilizadas en cada país Para aquellos países en los que todavía se utilizan unidades de medida y condiciones de referencia no métricas (por ejemplo: Imperial) junto con las condiciones de referencia y unidades métricas, únicamente se enumeran las condiciones de referencia métricas: En la tabla E.1, incluida a continuación: t 1/º C= temperatura de referencia de combustión t 2/ º C = temperatura de referencia volumétrica o de medida
En todos los casos, la presión de referencia es 101,325 kPa. Tabla E.1 - Condic iones d e referencia uti lizadas en cada país
t 1/º
C
Argentina
t 1/º
C
t 1/º
C
t 2/º
C
15
Indonesia
0 15
Australia
15
15
Irán
Austria
25
0
Irlanda
15
15
Bélgica
25
0
Italia
25
0
0
Japón
0
0
25
0
Brasil Canadá
15
15
Holanda
China
20
20
Nueva Zelanda
15
Checoslovaquia
25
20 y 10
Noruega
15
Dinamarca
25
0
Pakistán
15
Egipto
15
Rumanía
25
15 y 0
Finlandia
15
Rusia
25
20 y 0
0
0
Francia
0
0
España
Alemania
25
0
Suecia
Hong Kong
15
Reino Unido
15
15
Hungría
0
EEUU
15
15
India
0
Yugoslavia
0
0
11
0
APNB/ISO 13443 Anexo F (Informativ o) Bibliografía ISO 5024:1976 - Gases y líquidos derivados del petróleo. Medidas. Condiciones de referencia normalizadas. ISO 7504:1984 - Análisis del gas natural. Vocabulario. BS 350:Parte l:1974 - Tablas y factores de conversión. Parte l: Bases de las tablas. Factores de conversión. IGU/G-64 (1964) - Informe del comité sobre documentación y cuestiones varias. Informe del subcomité sobre unidades, Págs. 24-38. IGU/G-73 (1973) - Informe del comité sobre documentación y cuestiones varias. Informe del subcomité sobre unidades, Págs. 83- 101 IGU/G-76 (1976) - Informe del comité sobre estadísticas, documentación y cuestiones varias. Informe del subcomité sobre unidades, Págs. 36-43.
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