Cálculos De Cementación Primaria

Cálculos de Cementación Primaria

Unidad C: Cálculos de Peso y Volumen de la Lechada

La densidad de un fluido base se ve afectado por la inclusión de aditivos. Esta densidad debe conocerse para la concentración de aditivos al determinar la presión hidrostática.

Para ayudarle en los cálculos de densidad, esta unidad representará varios términos. Después de concluir esta unidad, usted estará familiarizado con:

• las relaciones entre densidad, peso y volumen

• gravedad API

• gravedad específica

• densidad absoluta en contra de densidad a granel

• volumen absoluto

• cálculos de peso y volumen de la lechada

Densidad

La densidad puede definirse como el peso de una sustancia por volumen de unidad. En el sistema Inglés, un pie cúbico es una unidad de volumen, y una libra es una unidad de peso. En el sistema métrico, una unidad de volumen es un centímetro cúbico (cc) y el peso puede medirse en gramos (g). Si se mide el peso de un volumen específico de hierro, madera, plomo y agua, se encontrará que tienen pesos muy diferentes. Por lo tanto, se requiere de un término para hacer referencia al peso de un volumen de unidad de una sustancia – ese término es la densidad. Por ejemplo, un pie cúbico de agua pesa 62.4 lb, de manera que la densidad de agua es 62.4 lb/ft3.

Si se conoce la densidad y el volumen de un material, es posible calcular su peso:

Peso = Densidad x Volumen

Algunas densidades de los materiales comunes se listan aquí para consultarlos.

Densidad en

Lb/ft3 Densidad en

g/cc

Sólidos

Oro 1206.2 19.6

Mercurio 846.0 13.5

Plomo 712.5 11.4

Hierro 485.0 7.7

Aluminio 165.6 2.6

Madera 50.0 0.8

Hielo 56.9 0.9

Líquidos

Ácido Sulfúrico 125.0 2.00

Agua Salada 64.3 1.03

Agua Dulce 62.5 1.00

Queroseno 50.0 0.80

Gasolina 46.8 0.75

Gases

Aire 0.075 0.0075 0.0012

Oxígeno 0.084 0.00134

Nitrógeno 0.0737 0.00118

Monóxido de Carbono 0.0734 0.00117

Hidrógeno 0.0053 0.000085

Para efectos prácticos, las densidades de los gases se comparan con el aire a presión atmosférica en vez de hacerlo con el agua. Utilizando el aire como una referencia comparativa, a continuación se listan las densidades de vapor de los gases:

Aire 1.00

Oxígeno 1.120

Nitrógeno 0.983

Monóxido de Carbono 0.979

Hidrógeno 2.004

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Cementación 1

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Gravedad Específica

La gravedad específica (abreviada Sp Gr) es el peso de un volumen de material dividido entre el peso del mismo volumen de material tomado como un estándar. Para sólidos y líquidos, el estándar es agua; para gases, el estándar es el aire. Otra definición de gravedad específica es la relación de la densidad de una sustancia a la densidad de agua o aire. La densidad del agua es 8.33 lb/gal. Es sólo simple cuestión convertir la densidad a gravedad específica (o viceversa).

Problema de Muestra

¿Cuál es la gravedad específica de 10 lb/gal de salmuera?

Solución

Densidad de sustancia

Sp Gr = ------------------------------

Densidad del estándar

10 lb/gal

Sp Gr = --------------

8.33 lb/gal

Sp Gr = 1.2

Si se obtiene una gravedad específica de un líquido como 1.2, entonces puede calcularse la densidad:

1.2 x 8.33 lb/gal = 10 lb/gal

Gravedad API

La gravedad de Baume es una escala que utiliza agua salada como una referencia en vez de hacerlo con agua dulce. Se utilizan refinerías para determinar la gravedad sólo de ácidos y alcalinos.

La gravedad API se utiliza en la mayoría de los casos en el campo petrolero. El agua se utiliza como un estándar. La gravedad API del agua es 10 grados.

Conforme incrementa la gravedad específica, disminuye la gravedad API. El petróleo crudo con una gravedad API de 42° tiene una gravedad específica real de 0.82. El crudo Americano comúnmente se corre de 0.768 a 0.966 de gravedad específica, y que fluctuaría de 52.6° a 10.5° en la escala de gravedad API.

Las lecturas API se estandarizan a una temperatura de 60°F. Si se toman a alguna otra temperatura, las lecturas deberán convertirse a 60°F para que sean precisas. Las tablas de esta conversión y de la conversión de gravedad API a gravedad específica se encuentran en el boletín API Estándar 2500 y en diferentes manuales de ingeniería.

Las fórmulas para la conversión son:

141.5

Grados de Gravedad API = --------- - 131.5

Sp Gr

141.5

Gravedad Específica = ----------------

API + 131.5

Densidad Absoluta en contra de Densidad a Granel

La densidad absoluta es la masa por volumen de unidad. La densidad absoluta considera sólo el volumen real ocupado por un material. La densidad a Granel es la masa por unidad de volumen a granel – y que incluye el volumen real del material además del volumen del “aire” atrapado.

Volumen Absoluto

El volumen absoluto es el volumen por masa de unidad. A continuación se brinda un ejemplo de volumen absoluto. Asumamos que se tiene un recipiente (Figura 5.8) que mide sólo un pie cúbico (1 pie de alto, 1 pie de profundo, 1 pie de ancho). Este recipiente se llena con bolas de golf. Hay espacios vacíos entre las bolas de golf que están llenos de aire atrapado. Deseamos saber cuánto volumen en galones están ocupados sólo por las bolas de golf.

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Figura 5.8 – El volumen de bolas de golf es inferior al volumen total debido a los espacios que existen entre ellas.

El volumen ocupado por las pelotas de golf puede ser determinado de mejor

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