propiedades de fluido petroleros

5/21/2018 propiedades de fluido petroleros

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOSPETRLEROS

Temtica:

Componentes de los fluidos que estn normalmente en elpetrleo.

Comportamiento de las fases. Ecuaciones de estado.

Ecuaciones de estado para gases ideales.

Integrantes: Hernndez Salomn Diego Armando

Prez Barahona Gema Alejandra

Ramrez Snchez Blanca Josefina


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COMPONENTES DE LOS FLUIDOS QUEESTAN NORMALMENTE EN EL

PETRLEO


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Introduccin

El crudo es un compuesto orgnico, por consiguiente esimportante conocer las propiedades fsicas y qumicas deeste tipo de compuestos para posteriormente

particularizar en las fracciones que lo conforman lo quenos permitir entender el comportamiento de la mezclaen condiciones normales de presin, volumen ytemperatura y como incide en ella el cambio en alguna de

estas.


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Objetivos

Explicar la estructura qumica de los componentes de losfluidos que estn normalmente en el petrleo.

Definir el comportamiento de fases en una mezcla.

Determinar el comportamiento de estos por medio deecuaciones de estado.


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COMPONENTES DE LOS FLUIDOS QUEESTAN NORMALMENTE EN EL

PETRLEO


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Componentes tpicos de los gases delpetrleo

HIDROCARBUROS

Metano 70-98%

Etano 1-10%

Propano trazas 5%Butanos trazas 2%

Pentanos trazas 1%

Hexanos trazas 1/2%

Heptanos trazas 1/2%

NO HIDROCARBUROS

Nitrgeno trazas 15%

Dixido de Carbono trazas 5%

Sulfro de Hidrgeno trazas 3%

Helio hasta 5% trazas o ninguna

GAS NATURAL


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Fracciones tpicas del crudo

FRACCIN DEL CRUDO PUNTO DE EBULLICIN (F) COMPOSICIN QUMICA USOS

Gas hidrocarburo C1-C2 Gas combustible

Hasta 100 c3-c6 Gas licuado, solvente

Gasolina 100-350 C5-C10 Combustible de motor, solventekeroseno 350-450 C11-C12 Combustible de aviones

Gasleo liviano 450-580 C13-C17 Diesel, combustible para hornos

Gasleo Pesado 580-750 C18-C25

Aceite lubricante, combustible parabarcos

Lubricantes y ceras 750-950 C26-C36

aceite lubricante, cera parafnica,gel de petrleo

Residuos 950 C36+

Breas, componentes de techado,pavimento asfltico.


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Anlisis elemental del petrleo crudo

ELEMENTO % PESO

CARBONO 84-87

HIDRGENO 11-14

AZUFRE .06-2.0

NITRGENO .1-2.0OXGENO .1-2.0


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Uniones Qumicas

Enlace inico.


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Uniones qumicas

Enlace covalente


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ngulos de enlace


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Nomenclatura


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Alcanos ( CnH2n+2)

Isomera Estructural


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Grupos alquilo


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Reglas de nomenclatura


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Propiedades fsicas de los alcanosn NOMBRE PTO. EB. F PTO. FUS. F SG

1 Metano -258.7 -296.4

2 Etano -127.5 -297

3 Propano -43.7 -305.7 0.507

4 Butano 31.1 -217.1 0.584

5 Pentano 96.9 -201.5 0.6316 Hexano 155.7 -139.6 0.664

7 Heptano 209.2 -131.1 0.688

8 Octano 258.2 -70.2 0.707

9 Nonano 303.5 -64.3 0.722

10 Decano 345.5 -21.4 0.734

11 Undecano 384.6 -15 0.74112 Dodecano 421.3 14 0.749

15 Pentadecano 519.1 50 0.769

20 Eicosano 648.9 99

30 Triacontano 835.5 151


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Propiedades fsicas de los ismeros delhexano


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Alquenos (CnH2n)


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Isomera cis-trans


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Algunas propiedades fsicas de losalquenos

NOMBRE PTO. EB. F PTO. FUS. F SG

Etileno -154.7 -272.5

Propileno -53.6 -301.4

1-buteno 20.8 -301.6 0.601

1-penteno 85.9 -265.4 0.646

1-hexeno 146 -216 0.675

1-hepteno 199 -182 0.698

1-octeno 252 -155 0.716

1-noneno 295 0.731

1-deceno 340 0.743


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Alcadienos, alcatrienos, alcatetraenos

Diolefinas, triolefinas etc.


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Alquinos (CnH2n-2)

2- butino Propiedades fsicas y qumicas

NOMBRE PTO. EB. F PTO. FUS. F SG

Acetileno -120 -114

Propino -9 -151

1-butino 48 188

1-pentino 104 -144 0.695

1-hexino 162 -191 0.719

1-heptino 212 -112 0.733

1-octino 259 -94 0.747

1-nonino 304 -85 0.763

1-decino 360 -33 0.77


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Compuestos cclicos

Cicloalcanos

Naftenos, cicloparafinas o hidrocarburos alicclicos


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Nomenclatura, propiedadesNOMBRE PTO. EB. F PTO. FUS. F SG

Ciclopropano -27 -197

Ciclobutano 55 -112

Ciclopentano 121 -137 0.75

Ciclohexano 177 44 0.783

Cicloheptano 244 10 0.81

Ciclooctano 300 57 0.83

Metilciclopentano 161 -224 0.753

Cis-1,2-dimetilciclopentano 210 -80 0.772

Trans-1,2-dimetilciclopentano 198 -184 0.75

Metilciclohexano 214 -196 0.774

Ciclopenteno 115 -135 0.774

1,3-ciclopentadieno 108 -121 0.798


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Anillos Condensados(Biciclos)

Decaln


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Aromticos


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Propiedades fsicas de los hidrocarburosaromticos

NOMBRE P. EB (F) P.FUS (F) SG

Benceno 176 42 0.884

Tolueno 231 -139 0.872

o-xileno 292 -14 0.885

m-xileno 282 -54 0.869

p-xileno 281 56 0.866Dureno 383 -13 0.895

Pentametilbenceno 448 127

Hexametilbenceno 507 329

Etilbenceno 277 -139 0.872

n-propilbenceno 318 -146 0.862

Cumeno 306 -141 0.866n-butilbenceno 361 -114 0.66

isobutilbenceno 340 0.867

sec-butilbenceno 344 0.864

ter-butilbenceno 336 -72 0.867

Bifenil 491 158


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Otros compuestos orgnicos


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Componentes no hidrocarburos delpetrleo

N, CO2, H2S

Resinas, Asfaltenos

Compuestos Sulfurosos: Sulfuro de Hidrgeno

Mercaptanos (tioles)


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Compuestos de O y N

Puede ser parte del anillo o tomar la forma de aldehdos,cetonas o cidos.

Etilpiridina


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Resinas y Asfltenos

Molculas largas primariamente de H y C con uno o trestomos de S, O o N por molcula.

Anillos aromticos 3, +10.

RESINAS ASFALTENOS

Solubles en petrleo Insolubles en petrleo

Polvo seco liquidos viscosos oslidos pegajosos

No voltiles muy voltiles

Negro Coloracion roja

CARACTERISTICAS


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Clasificacin del petrleo crudo

SG

Contenido de gasolina y keroseno

Contenido de sulfuros

Contenido de asfaltos Punto de fluidez

Punto de Opacidad


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COMPORTAMIENTO DE

LAS FASES


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Definicin

El trmino phase define cualquier parte homognea yfsicamente distinto de un sistema que est separada deotras partes del sistema por las superficies dedelimitacin definidas.


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Propiedades Fsicas

Propiedades intensivas: son independientes de lacantidad de material presente.

Propiedades extensivas: son determinadas por lacantidad total de materia presente.


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Comportamiento de las MolculasIndividuales

Presin: un reflejo del nmero de molculaspresente y su movimiento,

Temperatura: una reflexin de la energa cinticade las molculas

Fuerza intermolecular: la atraccin y la repulsinmolecular tienden a separar las molculas.


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Sustancias Puras

Estos sistemas se comportan de manera diferente de lossistemas compuestos de dos o ms componentes.

En particular, vamos a estar interesado en elcomportamiento de fase, es decir, para los que puedenexistir diferentes fases de las condiciones de temperaturay presin.


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Diagrama de Fase


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Ecuacin Clausius-Clapeyron

La ecuacin de Clausius-Clapeyron expresa la relacin entre la presinde vapor y la temperatura.

=

Donde:

: :

:

: =


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Punto de Burbuja El punto en el que las primeras molculas dejan el

lquido y forman una pequea burbuja de gas se

denomina el punto de burbuja.

Punto de Roci

El punto en el que slo una pequea gota delquido permanece se conoce como el punto deroco.


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Diagrama Densidad-Temperatura

La lnea muestralas densidades dellquido y del gas

que coexisten en laregin de dosfases. A menudo,estos se llaman lasdensidadessaturadas.


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Mezclas de Dos Componentes

Esta regin es llamada la envolvente de saturacin,envolvente de fases, o regin de dos fases.

La regin de dos fases del diagrama de fases estdelimitada por un lado por una lnea punto de burbuja y elotro lado por una lnea de punto de roco.

Las dos lneas se unen en el punto crtico.


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Punto Critico

En una mezcla de dos componentes, lquido y gaspueden coexistir a temperaturas y presiones por encimadel punto crtico.

Una definicin ms rigurosa del punto crtico es que es elpunto en el que todas las propiedades del lquido y el gasse vuelven idnticos.


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Cricondentherm y Cricondenbrica

La temperatura ms altaen el sobre de

saturacin se llama laCricondentherm.

La presin ms alta en

el sobre de saturacinse llama lacricondenbrica.


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Condensacin Retrgrada

En el caso de un sistema de dos componentes unadisminucin en la presin produce un cambio de fase delquido a gas a temperaturas por debajo de latemperatura crtica.


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Diagrama de Composicin

Una serie de experimentos de laboratorio con un sistemade dos componentes dar lugar a los datos para lasvariables adicionales.

La composicin de la mezcla total, la composicin dellquido de equilibrio, y la composicin del gas en equilibrioson todos importantes.


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Diagrama de Fase de Tres Componentes

En el caso de lasmezclas con trescomponentes lasinterconexiones sedeben determinarexperimentalmentey se les da eldiagrama.


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Mezcla de Multicomponentes

Los diagramasde fases devarias mezclasde petrleo,

tienen unaamplia variedadde presiones ytemperaturascriticas ,ascomo lasdiferentesposiciones quetoman lospuntos crticos.


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Ecuaciones de estado y

ecuaciones de estado paragases reales.

(G hi tti )


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El gas idealEl volumen

ocupado por lasmolculas esinsignificante

con respecto alvolumen

ocupado por elgas. Hay dos fuerzas

repulsivas entre

las molculas oentre las

molculas y lasparedes de elcontenedor.

Todas lascolisiones de

molculas sonperfectamente

elsticas, eso esque no hayperdida de

energa internatras la colisin.

Desarrollo deecuacin de

estado de un gas.

Evidenciaexperimental

Teoracintica

(Gas hipottico)

Ecuacin de Boyle


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Ecuacin de Boyle

Ecuacin de Charles

~ o =

~ o =

=

=

Ley de Avogadro

La ley de Avogadro establece que, bajo las mismas condiciones de

temperatura y presin, volmenes iguales de todos los gases idealescontienen el mismo peso molecular.

Esto es equivalente a la afirmacin de que a una determinada

temperatura y presin de un peso molecular de cualquier gas ideal ocupa

el mismo volumen que un peso molecular de cualquier otro gas ideal.

Ecuacin Ecuacin Ecuacin


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, Paso 1 ( , ) =

= Paso 2 ( , )

Ecuacinde Boyle

Ecuacinde

Charles

Ecuacinde

Avogadro

de estadopara un

gas ideal

Ecuacinde Boyle

Ecuacinde

Charles

Comportamientode un gas idealcuando ambastemperaturas ypresiones son

cambiadas.

El cambio en el

volumen del gasdurante el primer paso

= o =

V = volumen a una presin y una temperatura .

Ecuacinde Boyle

Masacte.

Temperatura,cte.

M P i


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El cambio de unvolumen de gas durante

el segunda paso Ecuacinde

Charles

Masacte.

Presin,cte.

=

o V=

=

O

=

Asi para una dada masa de gas, es constante

R Cantidad de gas es equivalente a un peso molecular.

= RLey de Avogadro R = Todos los gases

=

volumen de un peso molecular de gas A, ambos a la presin P y temperatura T. = = , Y = =


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, Las ultimas 3 ecuaciones revelan que:

= = Todos

los gases=

p =

Ecuacin de estado para un peso molecular de cualquier gas

=

Para nmoles de un gas ideal

, volumen de unpeso molecular de ungas, (volumen molar)

V,volumen de nmoles

de gas a la temperaturaTy presin p.

= o =

nes la masa de gas dividida por el peso molecular

m es masa y v es elvolumen de una unidad

de masa, (volumenespecifico)


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Ejemplo


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Ejemplo Calcula la masa del gas metano contenida a 1000 psi y

68F en un cilindro con volumen de 3.20 .Asume queel metano es un gas ideal.

Solucin:

=

= ( )(.

)(. )

(.

)()

= 9.1

= o = = + 4 5 9 . 6 7


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Temperaturas

Presiones

Densidad masa de gas por unidad de volumen

= = =

Calcula la densidad del gas metano contenida a 1000 psi y 68F en un cilindrocon volumen de 3.20 .Asume que el metano es un gas ideal.

Solucin: =

= (1000 )(1604 )

(10.732 )(528)

=2.83

Teora cinticaVel. media


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Teora cinticade gases

IncrementaT

Velocidad o energa cintica delas molculas

medida

PresinCombinacin de los efectos de las colisiones de las molculas con

las paredes del recipiente

> 0

n molculas

Masa m

= . L

LL

=

Gas

ideal

=

Volumen ocupado por lasmolculas debe ser insignificantecon respecto al volumen decontenedor.

molculas viajan en lneasrectas entre colisiones.

Colisiones perfectamenteelsticas.

Impulso mv mv -mvFuerza


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Impulso m v m v m v

2mv

Cambio/

Colisin

Cambio/

1t

2

Cambio en el impulso

por molcula porunidad de tiempo

Cambio total/

1t 3

Impulso porunidad de tiempo

fuerza en cada pared del cubo

3

Presin = =3

=

3 Volumen es =

Temperatura

Media de la energa cintica

2

~

= = 23 T y n

Constantes

p y n

Constantes =

Ecuacin de Boyle.

=

Ecuacin de Charles.

A B Energa Temperatura


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= ,

=

3 =

3

3 =

3

gcintica Temperatura

2 =

2

=

A = nmero demolculas por peso

molecular.

= 23 =

: = =

C y A son constantes no propias de un gasideal en particular

R constante independiente de un gas idealparticular

L d D lt d l i i l


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La presin parcial de cada componente en una mezcla de gases es igual a la presinque el componente puede ejercer si este estuviera solo presente en el volumen

ocupado por la mezcla de gas.Considera a una mezcla que contiene moles de un componente A, moles de uncomponente B, moles de un componente C, etc.

= , =

, =

,

= + + +

= +

+

, =

=

La relacin de las presiones parcialesdel componente j, para el total de

la presin de la mezcla p es:

=

= =

La presin parcial es elproducto de sus fraccionesmolares por la presin total.

= , Fraccin molar del -simo com onente.

Ley de Dalton de las presiones parciales

Ejemplo:


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Calcula la presin parcial ejercida por el metano en los siguientes gases cuando el gasest a una presin de 750 psi. Asume que el gas es una mezcla de gases ideales.

Solucin:

Ejemplo:

Ley deAmagats de los volmenes parciales


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=

, =

, =

,

= + + +

=

+ +

, =

=

La relacin del volumen parcial del componente j, para el volumen total de la mezcla pes:

para un gas ideal la fraccin de volumen de un componente es igual a la fraccin molar

de ese componente.

=

= =

Peso molecular aparente de una mezcla de gas


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Peso molecular aparente y es definido como:

=

El aire seco es una mezcla de gas que consiste esencialmente de nitrgeno, oxgenoy pequeas cantidades de otros gases. Calcua el peso moleccular aparente del aire

dado, aproxima su composicin.

Solucin:

Ejemplo:

Gravedad especfica de un gas


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Densidad del gas Densidad del aireseco =Presin

Temperatura

=

gravedad

especfica del gas.

= = =

29

Mezcla

=

=

29

emp o:


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Calcula la gravedad especfica de un gas de la siguiente composicin

Solucin:

Primero se calcula el peso molecular aparente:

Despus se calcula la gravedad especfica:

=29 =

19.2629 =0.664

emp o:


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Comprensibilidad de la ecuacin de estado

= , = , =

, =

ecuacin de compresibilidad o la ecuacin de los gases reales.

z

Relacin del volumen actual ocupado por un gas a unapresin y temperatura dada, con el volumen que el gaspodra ocupar a la misma presin y temperatura a como

si estuviera comportndose como un gas ideal.

Cambios en la composicin del gas,temperatura y presin

Vara

Ejemplo


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Ejemplo

Calcula la masa del metano contenida a 1000 psi y 68F en un cilindro con unvolumen de 3.20 .No asuma que el metano es un gas ideal.

=

=0.890

= 10.2

Ley de los estados correspondientes


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y p

La ley de los estados correspondientes y la definicin de los trminos detemperatura reducida y presin reducida, y es definida como:

= =

Esta ley establece que todos los gases puros tienen el mismo factor z y losmismos valores de presin t temperatura reducida.

La compresibilidad de la ecuacin de estado para gases reales

Temperatura y presinpseudocrtica:

=

=


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Ejemplo:

Calcule la presin y temperatura pseudocrtica del gas dado.

=

=

= =

Ecuacin de estado de Van der Wall


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Ecuacin de estado de Van der Wall

correccin de la presin para las fuerzas de traccinentre las molculas

La presin actual ejercidaen las paredes delcontenedor por gasesreales es menor que la

cantidad

, que la presin

ejercida por unas ideal.

bCorreccin al volumen molar

debido al volumen ocupado porlas molculas

a,b Caractersticas deun gas particular

Otras ecuaciones de estado, inspiradas en van der Waals


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Atraccin molecular inversamente proporcional a la temperatura

Otras ecuaciones de estado, inspiradas en van der Waals

Elimino la constante C

Temperatura depende de la atraccin molecular

Se abord el trmino, volumen molecular

Considero el efecto de la temperatura en los trminos de la atraccin molecular

Ecuaciones de estado para el punto crtico


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Para una sustancia pura, en el punto crtico

Ecuaciones de estado para el punto crtico

derivar ecuaciones para a y b en trminos de la presin y temperaturacrtica de una sustancia pura.


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Ejemplo

Calcula las constantes van der Waals, para el metil-hexano.

cuac n e esta o v r a


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Van der Waals

2do. Coeficiente

Ecuacin de estado de Beattie-Bridgeman


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constante a constante b constante R

Sustituyeron todo en la ecuacin de Lorenz

a, b, c,

constantes para un gas dado

Modificacin de Beattie


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Donde:

En volumen

Mezcla de gases

Ejemplo


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j p Calcule el volumen molar del gas dado a continuacin a 100 F

y 250 psi. Usa modificacin de Beattie a partir de la ecuacin

de Beattie-Bridgeman.

Se usa la ecuacin para calcular constantes, para mezcla de gases

Calcular los coeficientes modificados de Beattie


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Calcular el volumen molar usando la modificacin de Beattie, de la ecuacinBeattie-Bridgeman.

Ecuacin de estado de Bennedict-Webb-Rubin


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Reorganizo la ecuacin de Beattie-Bridgeman.

d densidad molar

Relacin con Temperatura Valoresconstantes, d


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=

Ecuacin de estado de Redlich-KwongDesarrollo reciente en las ecuaciones de estado


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Ecuacin de estado de Redlich Kwong

valora la temperatura crtica, temperatura dependiente adimensionalcon valor de 1.0 a la temperatura crtica

Donde:

Y

Donde:

reduccin de presin de vaporEvaluado en

Dependencia de latemperatura con lostrminos de laatraccin molecular

dependen del valorseleccionado de R

Ecuacin de estado de Peng-Robinson


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g

Temperatura dependiente

Donde:

ligera diferencia de los trminos de atraccin molecular.

Reglas mezcladas


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g

Donde:

Ecuaciones de estado de Soave-Redlich-Kwong y Peng-Robinson

= Interaccin binaria de coeficientes


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Conclusin

El comportamiento natural del petrleo as como el desus fracciones derivadas de procesos post-extractivos(refinacin), dependen principalmente de situacionesestructurales fsico-qumicas, asociadas a

propiedades intensivas y extensivas y a condicionesde equilibrio PVT que intervienen e incluso modifican elcomportamientode las fases en la mezcla de petrleo,estos comportamientos se determinan por ecuacionesde estado para gases reales obtenidas de ecuaciones deestado para gases ideales, obtenidas de formaexperimental o a travs de la energa cintica las cualeshan sido modificadas para aplicarlas como las primeras.

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