Yacimiento

INGENIERIA DE YACIMIENTOS III

INGENIERIA DE PETROLEO

UNEFA TUCUPIDO MUNICIPIO RIBAS ESTADO GUARICO

UNIDAD II PROPIEDADES TERMICAS DEL AGUA Y DEL VAPOR. PERDIDAS DE CALOR DURANTE LA TRANSMISION DE FLUIDOS.

2.1 Calor sensible, calor latente y entalpía del vapor seco y saturado. Calidad del vapor. Vapor sobrecalentado. Determinación de la calidad del vapor. Edición del flujo de vapor. Distribución del vapor. Mecanismos de transferencia de calor. Pérdidas de calor en las líneas de superficie. Caída de presión en las líneas de superficie. . pérdidas de calor en el pozo. Calidad de vapor en el pozo. Caída de presión en el pozo.

PROPIEDADES DEL AGUA Y DEL VAPOR El gran interés en la inyección de agua caliente y de vapor como procesos de recuperación de petróleo, radica en las excelentes propiedades térmicas del agua, bien sea en estado líquido o de vapor; y de la abundancia de ella sobre la tierra. Un cabal entendimiento de las propiedades térmicas del agua, es básico para la eficiente utilización de la energía calorífica en tales operaciones.

1 TEMPERATURA DE SATURACION DEL AGUA

Es la temperatura a la cual se produce la ebullición (vaporización) del agua a una determinada presión, Aumenta al aumentar la presión.

Al igual que otras propiedades térmicas del agua, la temperatura de saturación puede obtenerse de valores tabulados pero se puede estimar a partir de

Ts = 115,1 * P ^(0,225) Ts: ºF P: lpca

2 CALOR ESPECIFICO DEL AGUA Y DEL VAPOR

Es la capacidad que tiene una sustancia para absorber calor y se mide como el número de BTU necesarios para aumentar la temperatura de1 libra de una sustancia en 1 ºF. Es evidente que entre mayor sea el calor específico de una sustancia, mayor será la cantidad de calor que debe absorber para que se produzca un determinado aumento de temperatura y por lo tanto mayor será la cantidad de calor liberado al enfriarse. En general, el calor específico de una sustancia no es constante, al contrario depende de la temperatura a la cual se mide.

Excepto por el amoníaco líquido, el agua es el líquido con mayor calor específico (1 BTU / lb-ºF a 14,7 lpca y 60 ºF) y así el agua es capaz de contener y transportar mas calor que ningún otro líquido a la misma temperatura.

Para el vapor, el calor específico es mucho menor, del orden de 0,56 BTU /lb-ºF, y al igual que el del agua varían muy poco con la temperatura, por lo que para propósitos prácticos pueden considerarse constantes.

3 CALOR SENSIBLE

Si se mantiene la presión constante y se le agrega en forma continua calor a un líquido, da como resultado un aumento en la temperatura, hasta que se alcanza la temperatura de saturación correspondiente a esa presión constante. Este calor utilizado en

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aumentar la temperatura hasta la de saturación, se denomina calor sensible y aumenta al aumentar la presión.

Considerando la entalpía (contenido de calor) del agua igual a cero a 32 ºF (0 ºC) y suponiendo que el calor específico del agua no varía con temperatura, el calor sensible, puede calcularse por

hw = Cw * (Ts – 32)

Donde hw: entalpía del agua saturada o calor sensible a 0 ºC o 32 ºF

Ts: temperatura de saturación, ºF

Cw: calor específico del agua, BTU/lb-ºF.

Puesto que la Temperatura de Saturación, Ts, es función de la presión es evidente que el calor sensible también lo será. Si recordamos que Cw agua = 1 BTU/lb-ºF el calor sensible se puede estimar por

hw = 91,0 * P ^ (0,2574)

4 CALOR LATENTE DE VAPORIZACION

Es la cantidad de calor que debe suministrarse a 1 lb de un líquido a la temperatura de saturación para pasar al estado de vapor. Depende de la presión, disminuyendo a medida que la presión aumenta y puede determinarse mediante una correlación desarrollada por Farouk Alí

Lv = 1.318 * P ^ (-0,08774)

Lv: Calor Latente de Vaporización, BTU/lb o entalpía de vaporización

P: Presion, lpca

O bien por

Ln(Lv) = 1,41641053 + 1,84057272 * [Ln (Ps)] + 0,16041608 * [ln(Ps)] ^(2)

mBTU/lbm o sea Lv = Lv/1000 BTU/lbm

Ps: Presión de saturación, lpca

5 ENTALPIA DEL VAPOR SECO Y SATURADO

La suma del calor sensible del agua saturada y del calor latente de vaporización del agua, constituye la entalpía del vapor seco y saturado; por ejemplo, la cantidad de calor contenido en 1 lb de vapor seco a la temperatura de saturación. Dado que depende del calor sensible y del calor latente, la entalpía del vapor seco y saturado depende de la presión. La entalpía del vapor seco y saturado puede estimarse mediante la ecuación.

hs = 1.119 * P ^ (0,01267) , BTU/lb

6 CALIDAD DEL VAPOR – VAPOR HUMEDO

A la temperatura de saturación el agua puede coexistir en estado líquido y en estado de vapor, dependiendo de su contenido de calor; por ejemplo, de su entalpía. La mezcla de vapor y agua coexistente a la temperatura de saturación, se le

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denomina vapor húmedo y se caracteriza por el contenido de vapor en la mezcla, expresado como fracción del peso total, por ejemplo por su calidad. Así el vapor seco y saturado tiene una calidad de 100% puesto que no existe agua en estado líquido; mientras que el agua saturada puede considerarse como vapor húmedo con 0% de calidad. Vapor con calidades entre estos extremos se le denomina simplemente “vapor húmedo”.

La entalpía o contenido de calor del vapor húmedo depende fuertemente de la calidad, específicamente a bajas presiones, donde la entalpía del agua saturada es baja. Dado que la entalpía del vapor húmedo es intermedia entre la del agua saturada y la del vapor seco y saturado, esta viene dada por H = hw + x * Lv

6.1 ENTALPIA DEL LIQUIDO

hw = 91 * Ps ^(0,2574) – Cw * ( Tr – 32)

Donde hw: Entalpía, BTU/lb

Cw: calor específico del agua, BTU/(lb - ºF)

Tr: Temperatura de referencia, ºF

6.2 ENTALPIA DE VAPOR HUMEDO

H = hw + X * Lv

Donde H: Entalpía del vapor húmedo

X: Calidad del vapor, expresado en fracción de masa del vapor seco por libra de mezcla vapor – agua (Vapor húmedo).

Con la reducción de la calidad, la contribución del calor latente al contenido de calor del vapor húmedo se reduce. Normalmente el vapor que se utiliza en inyección de vapor es húmedo, ya que puede transportar más calor que el agua caliente y además es capaz de mantener en solución las impurezas, que de otra manera se depositan en las calderas o en cualquier otro equipo del sistema de generación de vapor, reduciendo así su eficiencia y vida útil.

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