CAP_2_PROP_FLUI_PET_25_01_2012

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

CAPITULO I

CONCEPTOS GENERALES

M. en I. Alfredo León García

Ciudad Universitaria., a 8 de febrero de 2012.

Introducción

2.1 Introducción.

2.2 Sistemas de unidades. 2.2.1 Unidades comunes de masa.

2.2.2 Sistema consistente de unidades.

2.2.3 Sistemas de ingeniería inglés.

2.2.4 Otras fórmulas afectadas por inconsistencias en unidades.

2.2.5 Sistema métrico de unidades.

2.3 Conceptos generales. 2.3.1 Propiedades intensivas y extensivas.

Dimensiones y Unidades Cualquier cantidad física se puede caracterizar por dimensiones

Las magnitudes arbitrarias asignadas a las dimensiones son llamadas unidades.

Por ejemplo:

Dimensiones: Masa, longitud, tiempo.

Unidades: Kilogramos, metros, segundos.

Unidades (fundamentales) primarias

Unidades básicas.

Por ejemplo: masa, longitud, tiempo.

Unidades (derivadas) secundarias

Expresadas en términos de dimensiones primarias.

Por ejemplo: velocidad, energía, volumen específico.

Conjuntos de unidades: Sistema inglés, Sistema métrico

En este curso se usarán ambos sistemas.

Fuente: PVT and Phase Behavior..-Clase 01, Agosto 18,2005

Dimensiones y Unidades

Diferencia entre peso y masa

Las magnitudes arbitrarias asignadas a las dimensiones son llamadas unidades.

Masa es una cantidad fundamental

Peso es la fuerza gravitacional aplicada a un cuerpo:

W= mg

Homogeneidad Dimensional

Idea básica: no se puedan sumas cosas diferentes : peras y manzanas

Cada término en una expresión debe tener las mismas unidades

Es una herramienta valiosa para detectar errores

Cual es la inconsistencia con esta expresión:

E= 25 kJ+ 7 kJ/kg


Dimensiones y Unidades

En el sistema petrolero se manejan las siguientes unidades

Gasto de aceite: bl/d, m3/d, MMbl.

Gasto de gas: MMp3/d, m3/d, MMMp3.

Presión: lb/pg2, kg/cm2.

Densidad gas o aceite: gr/cm3, lb/p3.

Relación gas aceite: m3/m3, lb/p3.

Viscosidad: cp (centipoises).

Compresibilidad: 1/kg/cm2, 1/lb/pg2

Parámetros PVT:

Factor de volumen del aceite: m3/m3, bl/bl.

Relación gas disuelto aceite: m3/m3, bl/bl.

Volumen de líquido: fracción, (% mol)

Composición: % mol, % peso

Temperatura: oC, oF

Conceptos Fundamentales

Termodinámica

Es la ciencia de la energía.

En un sentido amplio la Termodinámica incluye todos los aspectos de la energía y su transformación.

Como por ejemplo: generación de potencia, transformación, relaciones entre las propiedades de la materia.

.Conservación de la energía

Una de las mas importantes leyes de la naturaleza.

La energía puede cambiar pero la cantidad total de energía será la misma.

La energía no puede ser creada o destruida solo se transforma.

Fuente: PVT and Phase Behavior.-Clase 01, Agosto 18,2005

r

Definición de Sistema

Sistema Abierto o Cerrado

Sistema Termodinámico

Una cantidad de materia o región en un espacio seleccionada para el estudio.

Región que rodea al sistema.

Masa o región circundante del sistema

Frontera

Superficie real o imaginaría que separa el sistema desde la región circundante.

SISTEMA

REGION CIRCUNDANTE DEL SISTEMA

FONTERA



Sistema Abierto

Cualquier región arbitraria en el espacio,

Generalmente involucra un equipo el fluye la masa.

Masa y energía pueden atravesar la frontera.

El volumen de control puede cambiar con el tiempo.

Control superficial

Las fronteras de un volumen de control.

Puede ser real o imaginario.

Frontera Real

Frontera Imaginaria

Volumen de control con frontera real e imaginaria

Volumen de control (Una boquilla)



Volumen de control con fronteras fijas y en movimiento

REGION QUE RODEA AL SISTEMA

FONTERA


Frontera en movimiento

Frontera fija

Volumen de control

r

r

r

Propiedades de un Sistema Propiedad

Es cualquier característica de un sistema.

Temperatura, presión, densidad.

Propiedades Intensivas.

Independiente de las propiedades del sistema

Temperatura, presión, densidad.

Propiedades Extensivas

Valor que depende del tamaño (extensión del sistema.

Masa , volumen, energía total.

Propiedades especificas

Propiedades específicas por unidad de masa o de volumen.

Volumen especifico, densidad especifica.

Masa Volumen Temperatura Presión Densidad

FONTERA


Temperatura Presión Densidad

Propiedades

Propiedades Intensivas

Masa Volumen Energía

Propiedades I Extensivas

Estado y Equilibrio Estado

Todas las propiedades de un sistema tienen valores fijos

Describe completamente la condición de un sistema.

Equilibrio.

Balance del estado

Potencial de empuje balanceado (fuerzas de empuje).

Tipos de Equilibrio

Térmico: Temperatura uniforme a través del sistema.

Mecánico: Presión uniforme no existe tendencia para un cambio de presión con el tiempo a lo largo del sistema el cual está aislado desde la región que lo rodea.

Fase: La masa de cada fase alcanza un equilibrio y permanece así.

Químico: No existe tendencia para cambios en la composición química.

Termodinámico: Equilibrio con respecto a los cambios de estado

Propiedades


Proceso Proceso

Cualquier cambio que se aplica a un sistema para pasar de un estado de equilibrio a otro.

Trayectoria.

La serie de estados que pasa un sistema para pasar a través de un sistema.

Descripción del Proceso.

Para describir completamente un proceso, se debe de conocer los estados inicial y final también la trayectoria que sufre el proceso.


Propiedad B

Pro

pie

dad

A

Estado 2

Estado 1

Trayectoria del proceso

Proceso Iso-procesos

Ciertos propiedades pueden permanecer constantes durante un proceso.

Se utiliza el prefijo iso para describir tales procesos.

Ejemplos:

Isotérmico.- Temperatura constante.

Isopresión.- Presión constante

Isodensidad.-Densidad constante


Volumen

Pre

sió

n

1

Proceso B

Trayectoria del proceso

Proceso A

2

Formas de Energía Energía Macroscópica

Estas formas de energía que un sistema posee como un todo con respecto a alguna estructura de referencia externa, como por ejemplo energía cinética y potencial.

Energía Microscópica

Estas formas de energía son relacionadas de acuerdo a la estructura de un sistema y al grado de actividad molecular.

Estas formas de energía son independientes de las estructuras de referencia externas

Energía Interna

Suma de todas las formas de energía microscópica

Se le denota como U

Fuente: PVT and Phase Behavior.-Clase 01, Agosto 18,2005.

Traslación molecular

Rotación molecular

Traslación del electrón

Vibración molecular

Giro del electrón

Giro nuclear

Tipos de Energía Energía Cinética

La energía que un sistema posee como un resultado de su movimiento relativo de acuerdo a un marco de referencia.

EC=1

2 m𝑣2

Energía Potencial

La energía que un sistema posee como resultado de su elevación en un campo gravitacional.

EP=𝑚𝑔𝑧

Energía Total

En la ausencia de energía magnética, eléctrica y efectos de tensión superficial, la energía total de un sistema se puede expresar de la siguiente manera.


E=U+EC+EP=U +1

2m𝑣2+mgz

Temperatura Absoluta Escala de Temperatura

La escala de temperatura es independiente de las propiedades de un sistema.

Generalmente cuando se utiliza el sistema inglés la temperatura se mide en grados Farenheit y como temperatura absoluta se utilizan grados Rankine.

En cambio cuando se utiliza el sistema métrico generalmente la temperatura se mide en grados Celsius y como temperatura absoluta se utilizan grados Rankine.

Escalas de temperatura

OC - Grados Celsius, basados sobre el punto de congelamiento y de ebullición del agua.

OK - Kelvin, escala de temperatura absoluta.


Hierro 150 OC

Cobre 60 OC

Hierro 60 OC

Cobre 60 OC

T (OK)=T(OC)+273.15

T (OR)=T(OF)+459

Equilibrio Térmico Equilibrio Térmico

Cuando un cuerpo es puesto en contacto con otro cuerpo que esta a diferente temperatura., el calor es transferido del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura hasta que ambos cuerpos se encuentran a la misma temperatura

Ley Cero de la Termodinámica

Si dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercer cuerpo, estos están en equilibrio.

Esto no puede ser concluido desde otras leyes de la termodinámica,

Se utiliza como una validación de la medición de la temperatura.

Dos cuerpos que están en equilibrio térmico tendrán la misma lectura de temperatura, aunque no estén en contacto.


Hierro 150 OC

Cobre 60 OC

Hierro 60 OC

Cobre 60 OC

Presión Presión

La fuerza ejercida por un fluido por unidad de área

Presión Absoluta

Presión de un sistema al cual se le agrega la presión atmosférica.

Medición relativa de acuerdo a un vacío absoluto.

Pabs = Pman + Patm

Presión manométrica

Presión medida en un sistema

Diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica local

𝑃𝑚𝑎𝑛 = 𝑃𝑎𝑏𝑠 − 𝑃𝑎𝑡𝑚

Presión de vació

Presiones debajo de la presión atmosférica.

Pvac = Patm - Pabs


Presión


Pabs Pman

Patm

Pabs

Pvac Patm

Vacío absoluto

Presión Variación de la Presión con la Profundidad

Mediante un balance de fuerzas se obtiene:

∆𝑃 = 𝑃2-𝑃1=ρ𝑔𝑍

Se supone que el fluido es incompresible, es decir ρf 𝑍

En forma diferencial se tiene:

𝑑𝑃

𝑑𝑍=-ρg

Si el fluido es compresible

P = P2 – P1= ρ𝑔𝑑𝑍2

1

Se puede establecer generalmente que la variación de la presión con la profundidad es mayor en líquidos y menor en gases.


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