trabajo 3 ley de dalton, etc, etc

Unidad: Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos

Edición Fecha de Edición No. 1 AGO/2015

Departamento: Ingeniería Petrolera

Materia: Propiedades de Los Fluidos Petroleros

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

Ley de Boyle, Charles, Avogadro, Amagat

MATERIA: PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS PETROLEROS

CARRERA: INGENIERÍA PETROLERA.

SEMESTRE: QUINTO

GRUPO: C

DOCENTE: ING. KARINA SASTRÉ ANTONIO

ELABORADO POR:

Romero Jacobo Christhian Alondra. 13082272





ÍNDICE

INTRODUCCIÓN......................................................................................................2

LEY DE BOYLE................................................………………………………………..3

LEY DE CHARLES...................................................................................................4

LEY DE AVOGADRO...............................................................................................5

LEY DE AMAGAT………..........................................................................................6

APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA PETROLERA...................................................12

CONCLUSIÓN........................................................................................................17

REFERENCIAS......................................................................................................18

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INTRODUCCIÓN

El petróleo y el gas natural se han formado por la transformación de la materia

orgánica vegetal y animal, cuya estructura molecular ha sufrido alteraciones por

efecto de altas temperaturas, acción de bacterias y microorganismos, altas presiones

en el subsuelo y otros agentes a lo largo de millones de años. Esta teoría es la más

aceptada actualmente.

La Teoría Inorgánica explica el origen de estos hidrocarburos gracias a la

combinación de elementos químicos como el carbono y el hidrogeno sometidos a

altas temperaturas y presiones, ubicados en capas muy profundas de la tierra.

La materia orgánica se fue transformando muy lentamente, no solo por la

presión y temperatura sino también por la actividad química de microorganismos y

quizás, por otras acciones y reacciones, naturales que la ciencia no ha logrado

identificar. Luego toda esa mezcla antes mencionada fue expulsada de su espacio

original por las presiones existentes en el subsuelo y se desplazaron hacia arriba. Se

mezclaron, formaron pequeños caudales que se movían constantemente. Había

gases y líquidos que a veces seguían una misma ruta; otras veces ascendían en

direcciones diferentes. El interior de la tierra presentaba espacios intercomunicados

de poros microscópicos, grietas, resquebrajamientos que daban paso a los pequeños

caudales de burbujas y gotas que en millones de años se convirtieron en grandes

volúmenes de energía fósil en movimiento. Algunos hidrocarburos encontraron el

camino libre hasta la superficie y aparecieron en forma de menes de petróleo o

emanaciones de gas. Otros quedaron atrapados en estructuras de rocas que por su

forma y compactación les impedían el paso. Son los depósitos naturales que se

conocen en la industria petrolera como yacimientos.

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1. LEY DE BOYLE (Relación Temperatura - Volumen)

La ley de Boyle-Mariotte expresa que: "El volumen de un gas, a temperatura

constante, es inversamente proporcional a la presión". Por lo tanto, si K es una

constante de proporcionalidad:

V= KPo PV=K

En forma experimental, Robert Boyle (1662) encontró que el volumen de un

gas encerrado disminuye conforme la presión aumenta si la temperatura y la masa

del gas permanecen constantes.

Gráfica 1. El gas es constante

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…………………. Ec. 1





El volumen de un gas varía en forma inversamente proporcional a la presión, si se

mantiene constante la temperatura y la masa del gas.

P1V 1=P2V 2=P3V 3=K

La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es

inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es

constante.

Fig. 1. Presión inversamente proporcional

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…………………. Ec. 2





2. LEY DE CHARLES (Relación entre la temperatura y el volumen de un gas

cuando la presión es constante)

En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la

temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se

aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el

volumen disminuía.

Fig. 2. Gas a presión constante

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El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas:

Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.

Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye.





¿Por qué ocurre esto?

Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con

más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto

quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se

producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y

aumentará el volumen (el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se

iguale con la exterior).

Lo que Charles descubrió es que si la cantidad de gas y la presión permanecen

constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo

valor.

Matemáticamente podemos expresarlo así:

VT

=K

(el cociente entre el volumen y la temperatura es constante)

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una

temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un

nuevo valor V2, entonces la temperatura cambiará a T2, y se cumplirá:

V 1T 1

=V 2T2

que es otra manera de expresar la ley de Charles.

Esta ley se descubre casi ciento cuarenta años después de la de Boyle debido a que

cuando Charles la enunció se encontró con el inconveniente de tener que relacionar

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…………………. Ec. 3

…………………. Ec. 4





el volumen con la temperatura Celsius ya que aún no existía la escala absoluta de

temperatura.

Ejemplo:

Un gas tiene un volumen de 2.5 L a 25 °C. ¿Cuál será su nuevo volumen si bajamos

la temperatura a 10 °C?

Recuerda que en estos ejercicios siempre hay que usar la escala Kelvin.

Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:

T 1=(25+273)K=298K

T 2=(10+273)K=283K

Ahora sustituimos los datos en la ecuación:

V 1T 1

=V 2T2

2.5 L298K

=V 2283 K

Si despejas V 2 obtendrás un valor para el nuevo volumen de 2.37 L .

3. LEY DE AVOGADRO (Relación entre la cantidad de gas y su volumen)

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…………………. Ec. 3

…………………. Ec. 1

…………………. Ec. 2

http://www.educaplus.org/gases/intro.htm





Esta ley, descubierta por Avogadro a principios del siglo XIX, establece la

relación entre la cantidad de gas y su volumen cuando se mantienen constantes la

temperatura y la presión. Recuerda que la cantidad de gas la medimos en moles.

Fig. 3. Gas y volumen, se mantienen cte. la temperatura y la presión

¿Por qué ocurre esto?

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El volumen es directamente proporcional a la cantidad de gas: Si aumentamos la cantidad de gas, aumentará el volumen. Si disminuimos la cantidad de gas, el volumen disminuye.





Vamos a suponer que aumentamos la cantidad de gas. Esto quiere decir que

al haber mayor número de moléculas aumentará la frecuencia de los choques con las

paredes del recipiente lo que implica (por un instante) que la presión dentro del

recipiente es mayor que la exterior y esto provoca que el émbolo se desplace hacia

arriba inmediatamente. Al haber ahora mayor distancia entre las paredes (es decir,

mayor volumen del recipiente) el número de choques de las moléculas contra las

paredes disminuye y la presión vuelve a su valor original.

Según hemos visto en la animación anterior, también podemos expresar la ley de

Avogadro así:

Vn

=K

(el cociente entre el volumen y la cantidad de gas es constante)

Supongamos que tenemos una cierta cantidad de gas n1 que ocupa un volumen V1 al

comienzo del experimento. Si variamos la cantidad de gas hasta un nuevo valor n2,

entonces el volumen cambiará a V2, y se cumplirá:

V 1n1

=V 2n2

que es otra manera de expresar la ley de Avogadro.

Ejemplo:

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…………………. Ec. 1

…………………. Ec. 2





Sabemos que 3.50 L de un gas contienen 0.875 mol. Si aumentamos la cantidad de

gas hasta 1.40 mol, ¿cuál será el nuevo volumen del gas? (a temperatura y presión

constantes)

Solución: Usamos la ecuación de la ley de Avogadro:

V 1n2=V 2n1

(3.50 L)(1.40mol )=(V 2)(0.875mol)

Comprueba que si despejamos V 2 obtenemos un valor de 5.60 L

4. LEY DE AMAGAT

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…………………. Ec. 1





Una ley similar a la de Dalton es la Ley de Amagat de los volúmenes parciales. Dice

que en una mezcla de gases, el volumen total puede ser considerado como la suma

de los volúmenes parciales de los constituyentes de la mezcla:

V T=V 1+V 2+…V i

El volumen parcial de cada constituyente es el volumen que ocuparía el gas si

estuviera presente solo a una temperatura dada y a la presión total de la mezcla. Se

puede calcular mediante:

V i=X iV T

en donde Xi es la fracción mol del i-ésimo componente y esta dado por el cociente

entre el número de moles de " i " (ni) respecto al número total de moles (nT):

X i=ninT

APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA PETROLERA

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…………………. Ec. 1

…………………. Ec. 2

…………………. Ec. 3





La predicción del comportamiento real de los gases y sobre todo de una

mezcla de ellos, como lo es el gas natural, resulta sumamente compleja en la

práctica cuando se trata de considerar cada caso en particular, es por esto que se ha

acudido al concepto de un fluido imaginario y perfecto el cual se le ha denominado

GAS IDEAL. Este concepto servirá en nuestro estudio del comportamiento,

perfectamente predecible analíticamente, será medida del grado de desviación que

presentan los gases reales en su comportamiento y por lo tanto medida de cuanto

habrá que ajustar las ecuaciones que describen el comportamiento del gas ideal a fin

de que sean capaces de poder predecir el comportamiento de los gases reales.

Según la teoría cinética molecular, un gas ideal es un fluido formado por moléculas

que son partículas sin volumen de geometría puntual y que no presentan fuerzas de

interacción entre sí. El fluido es completamente homogéneo de baja densidad y

viscosidad despreciable y sin forma propia adoptando la del recipiente que lo

contiene. En forma más específica, un gas ideal es un gas imaginario que obedece

estrictamente ciertas leyes simples como las de Boyle, Charles, Dalton y Amagat. La

definición que acabamos de dar, solo se cumple aproximadamente en la práctica

cuando un gas real se encuentra sometido a bajas presiones y temperaturas

moderadamente bajas cercanas a las ambientales, pero al incrementarse tanto la

presión como la temperatura, los gases abandonan este comportamiento ideal a

causa de que en la práctica existen fuerzas de interacción entre las moléculas que lo

constituyen, el volumen de dichas partículas no es despreciable y presentan cierta

viscosidad. Con el objeto de poder comparar las propiedades volumétricas de los

diversos gases, se han seleccionado, por costumbre, varios estados estándar de

temperaturas y presiones especificadas arbitrariamente, que se conocen como

condiciones estándar y se abrevian como CE o CN. Las condiciones estándar de

temperatura y presión más comunes son: La científica universal que utiliza como

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temperatura 32ºF y como presión 760 mmHg (o sus equivalentes en otras unidades)

y la industria del gas natural, que usa 60ºF y 14.7 Lpca.

En la mayoría de los casos, el ingeniero tendrá que trabajar con mezclas de

gases más que con un solo gas. Existen dos leyes de los gases ideales que pueden

aplicarse satisfactoriamente a las mezclas gaseosas: La Ley de Dalton de la Presión

Total y de las Presiones Parciales y la Ley de Amagat de los volúmenes Parciales.

Dalton postuló que se puede considerar hipotéticamente que cada gas individual de

una mezcla gaseosa ejerce una presión parcial, la cual es la presión que se

obtendría si la misma masa del gas individual se encontrara sola en el mismo

volumen total a la misma temperatura. Igualmente Dalton Propuso que la presión

total de un gas es igual a la suma de las presiones ejercidas por las moléculas

individuales de dicho gas. La suma de las presiones parciales de cada componente

en la mezcla gaseosa es igual a la presión total y representa la ley de Dalton de la

suma de las presiones parciales.

Como se apuntó en la sección anterior, a medida que la presión y la

temperatura aumentan, los gases comienzan a presentar un comportamiento PVT

diferente al que predice la ecuación general, “PV = nRT”, por lo cual esta deja de

tener aplicación y se hace necesario buscar una nueva forma de interpretar

analíticamente el comportamiento PVT de los gases y mezclas gaseosas. Para lograr

esto se han desarrollado varios métodos, el primero ha sido el de las ecuaciones de

estado: Van Der Waals, Beattie-Bridgeman, Benedict-Webb-Rubin, Martin-Hou, etc.

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Las cuales son ecuaciones del tipo polinómica de 2, 5, 8 y hasta 10 términos. Estas

relaciones son un poco difíciles de utilizar en la práctica debido a su complejidad

aritmética, pero encuentran utilización cuando se emplean computadores digitales. El

segundo método desarrollado es el Factor de Compresibilidad (Z). Este es de fácil

aplicación práctica y se basa en el principio de los estados correspondientes. El

factor Z, por definición, es la razón el volumen que realmente ocupa un gas a

determinada presión y temperatura con respecto al volumen que ocuparía ese mismo

gas si se comportara como ideal.

Propiedades de los Fluidos del Yacimiento.

El estudio del comportamiento de los yacimientos requiere el conocimiento de

sus propiedades físicas. Estas propiedades se determinan en el laboratorio mediante

el análisis de muestras de fondo o de superficie. Las propiedades de los fluidos

dependen de: 9 Composición de las mezclas de hidrocarburos. 9 Presión. 9

Temperatura. Durante años los ingenieros de campo han utilizado correlaciones

empíricas cuando no se dispone de los análisis de laboratorio para determinar las

propiedades físicas de los fluidos, necesarias para el análisis del comportamiento de

yacimientos, cálculo de reservas y diseño de equipos. PVT en Yacimientos de

Petróleo. Tres parámetros básicos: Presión, Volumen y Temperatura (PVT) son los

que gobiernan en gran parte el comportamiento de producción de un yacimiento de

petróleo. Se llama análisis PVT al conjunto de pruebas que se hacen en el

laboratorio para determinar las propiedades, y su variación con presión, de los fluidos

de un yacimiento petrolífero. Para que un análisis PVT simule correctamente el

comportamiento de un yacimiento es necesario que la muestra sea representativa del

fluido (mezcla de hidrocarburos) original en el yacimiento. Cuando el yacimiento es

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pequeño, una muestra es representativa del fluido almacenado en la formación; lo

contrario sucede en los yacimientos grandes, donde se requiere de varias muestras.

Estos análisis de laboratorio simulan los tipos de liberación gas-petróleo que ocurren

durante el flujo de petróleo desde el yacimiento hasta los separadores, las cuales se

basan en dos procesos termodinámicos

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CONCLUSIÓN

El estudio del comportamiento de los yacimientos requiere el conocimiento de

sus propiedades físicas. Estas propiedades se determinan en el laboratorio mediante

el análisis de muestras de fondo o de superficie. Las propiedades de los fluidos

dependen de: 9 Composición de las mezclas de hidrocarburos. 9 Presión. 9

Temperatura. Durante años los ingenieros de campo han utilizado correlaciones

empíricas cuando no se dispone de los análisis de laboratorio para determinar las

propiedades físicas de los fluidos, necesarias para el análisis del comportamiento de

yacimientos, cálculo de reservas y diseño de equipos.

Se relaciona con el método de Standing-Katz, donde se aprecia el factor

volumétrico, es el volumen de gas a condiciones de yacimiento requerido para

producir una unidad volumétrica de gas a condiciones normales. Puede calcularse

como el cociente entre el volumen ocupado por el gas a temperatura y presión del

yacimiento y el volumen ocupado por el mismo peso del gas a condiciones de

superficie. Estos procesos se basan en procesos termodinámicos.

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BIBLIOGRAFÍA

Apuntes Cientificos. (2007). Obtenido de Apuntes Cientificos Ley de Amagat: http://apuntescientificos.org/avogadro-dalton-ibq.html

Educaplus.org. (2009-2013). leyes de los gases. Obtenido de leyes de los gases: http://www.educaplus.org/gases/ley_boyle.html

Ley de Avogadro . (2009). Obtenido de Ley de Avogadro : http://www.educaplus.org/gases/ley_avogadro.html

porqué el comportamiento de los gases. Ley de Charles. (2008). Obtenido de porqué el comportamiento de los gases. Ley de Charles: http://www.educaplus.org/gases/ley_charles.html

RODRIGUEZ, I. J. (Mayo 2007). Msc, Ph, D. Universida de Oriente: Núcleo de Anzoátegui.

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