Aplicación de las ecuaciones de estado EDE en la industria petrolera en el caso del gas natural
Beatrizag95Documentos de Investigación21 de Abril de 2023
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Aplicación de las ecuaciones de estado EDE en la industria petrolera en el caso del gas natural: Ecuación de Peng-Robinson y sus modificaciones. - Golindano, Beatriz [2023]
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Aplicación de las ecuaciones de estado EDE en la industria petrolera en el caso del gas natural: Ecuación de Peng-Robinson y sus modificaciones
Ing. Beatriz A. Golindano U.
e-mail: beatrizgolindano.u@gmail.con
Universidad de Oriente, Núcleo Monagas, Escuela de Postgrado, Maestría en Ingeniería de Gas.
Resumen
Las ecuaciones de estado EDE son herramientas fundamentales en la industria petrolera, especialmente en el caso del gas natural. Estas ecuaciones permiten estimar las propiedades termodinámicas de los fluidos, como la densidad, la viscosidad y el factor de compresibilidad, a partir de variables como la temperatura, la presión y la composición química, y son utilizadas en el diseño y operación de sistemas de transporte y almacenamiento, así como en la separación y purificación de gases. La ecuación de Peng-Robinson es una de las ecuaciones de estado más utilizadas en la industria del gas natural debido a su capacidad para proporcionar una buena aproximación para la mayoría de los componentes del gas natural.
Palabras Clave: EDE, gas natural, ecuaciones de estado, Peng-Robinson, factor de compresibilidad, industria petrolera.
Abstract
State equations EDE are fundamental tools in the oil industry, especially in the case of natural gas. These equations make it possible to estimate the thermodynamic properties of fluids, such as density, viscosity, and compressibility factor, based on variables such as temperature, pressure, and chemical composition, and are used in the design and operation of transportation systems. and storage, as well as in the separation and purification of gases. The Peng-Robinson equation is one of the most widely used equations of state in the natural gas industry due to its ability to provide a good approximation for most components of natural gas..
Keywords: EDE, natural gas, equations of state, Peng-Robinson, compressibility factor, oil industry.
INTRODUCCIÓN
Las ecuaciones de estado son herramientas fundamentales en la industria petrolera, especialmente en el caso del gas natural. Estas ecuaciones permiten estimar las propiedades termodinámicas de los fluidos, como la densidad, la viscosidad y el factor de compresibilidad, a partir de variables como la temperatura, la presión y la composición química.
En el caso específico del gas natural, las ecuaciones de estado son utilizadas para estimar la cantidad de gas que puede ser almacenada en un reservorio, así como para predecir su comportamiento durante la producción y transporte.
Una de las ecuaciones de estado más utilizadas en la industria del gas natural es la ecuación de Peng-Robinson, que toma en cuenta las interacciones moleculares y proporciona una buena aproximación para la mayoría de los componentes del gas natural. Esta ecuación permite estimar el factor de compresibilidad del gas, que es una medida de la desviación del comportamiento del gas ideal y es importante para el diseño y operación de los sistemas de transporte y almacenamiento.
Además, las ecuaciones de estado también son utilizadas en la industria petrolera para el diseño y optimización de procesos de separación y purificación de gases. Por ejemplo, se pueden utilizar estas ecuaciones para determinar las condiciones óptimas de temperatura y presión para separar los diferentes componentes del gas natural.
En el siguiente artículo, se profundizará acerca de las ecuaciones de estado en el caso del gas natural y sus aplicaciones en la industria petrolera. También, se mostrarán una de las ecuaciones de estado más utilizadas en este campo, la ecuación de Peng-Robinson y las modificaciones realizadas por algunos investigadores.
ECUACIONES DE ESTADO EDE
Las ecuaciones de estado son herramientas matemáticas que se utilizan para describir el comportamiento de los fluidos y las mezclas de fluidos en términos de sus propiedades termodinámicas, como la presión, la temperatura, el volumen y la composición química. Estas ecuaciones se basan en principios termodinámicos y en la teoría molecular para establecer relaciones entre las variables termodinámicas y proporcionar una descripción cuantitativa del comportamiento de los fluidos. En su forma general, se presenta la ecuación de estado a través de la ecuación 2.1:
[pic 3] (2.1)
Observándose que dicha expresión es función de la presión (P), la temperatura (T) y el volumen (V). También existen otras formas de expresar la forma general de las ecuaciones de estado, las cuales se presentan en la ecuación 2.2 y 2.3:
[pic 4](2.2 y 2.3)
Siendo estas últimas mucho más manejables, ya que sólo dependen de dos variables y no de tres como la forma general.
Existen varias ecuaciones de estado que se utilizan en la industria petrolera para estimar las propiedades termodinámicas del gas natural. Algunas de las ecuaciones de estado más comunes para el gas natural son:
2.1. Ecuación de Peng-Robinson: Esta ecuación de estado es una de las más utilizadas en la industria del gas natural debido a su capacidad para proporcionar una buena aproximación para la mayoría de los componentes del gas natural. La ecuación de Peng-Robinson toma en cuenta las interacciones moleculares y proporciona una buena aproximación para el factor de compresibilidad del gas.
2.2. Ecuación de Soave-Redlich-Kwong (SRK): Esta ecuación de estado es similar a la ecuación de Peng-Robinson y también toma en cuenta las interacciones moleculares. La ecuación SRK proporciona una buena aproximación para la mayoría de los componentes del gas natural y se utiliza comúnmente en la industria petrolera.
2.3. Ecuación de Lee-Kesler: Esta ecuación de estado también toma en cuenta las interacciones moleculares y proporciona una buena aproximación para el factor de compresibilidad del gas. La ecuación de Lee-Kesler se utiliza comúnmente en la industria petrolera para estimar las propiedades termodinámicas del gas natural.
ECUACIÓN DE PENG-ROBINSON Y SUS MODIFICACIONES
La ecuación de Peng-Robinson es una ecuación de estado utilizada para estimar las propiedades termodinámicas de los fluidos, especialmente en la industria del gas natural. Esta ecuación toma en cuenta las interacciones moleculares y proporciona una buena aproximación para la mayoría de los componentes del gas natural.
La ecuación de Peng-Robinson requiere el uso de tres propiedades por compuesto puro: Tc, Pc y el factor acéntrico ω. Se expresa a través de la ecuación 3.1:
[pic 5](3.1)
donde:
[pic 6](3.2)
[pic 7](3.3)
[pic 8](3.4)
[pic 9](3.5)
El coeficiente de fugacidad parcial del modelo viene definido por la ecuación 3.6:
[pic 10](3.6)
[pic 11](3.7)
[pic 12](3.8)
Los parámetros de mezcla utilizados en la expresión de fugacidad parcial corresponden con las reglas de mezclado indicadas por las ecuaciones 3.9, 3.10 y 3.11:
[pic 13](3.9)
[pic 14](3.10)
[pic 15](3.11)
3.1. Ecuación de Peng-Robinson modificada: La ecuación de Peng-Robinson (Peng y Robinson, 1976) has sido modificada por una gran cantidad de investigadores. Peneloux et al. (1982) sugirieron una transformación del volumen que no afectaba el cálculo de las presiones de vapor. Muchos investigadores han propuesto nuevas funciones alfa, presentando una nueva dependencia de la temperatura en el parámetro (T). Todas las ecuaciones modificadas de PR presentadas incluyen la posibilidad de la transformación de volumen de acuerdo a Peneloux et al. (1982).
[pic 16](3.12)
con:
[pic 17](3.13)
[pic 18](3.14)
Parámetros del componente puro para la EDE modificada, ecuación 3.15:
[pic 19](3.15)
con:
[pic 20](3.16)
[pic 21](3.17)
3.2. PR-VT, Peneloux:
La correlación se presenta en las ecuaciones 3.18 y 3.19:
[pic 22](3.18 y 3.19)
3.3. PR-VT, Mathias:
La correlación se presenta en la ecuación 3.20, incluyendo algunas consideraciones:
[pic 23](3.20)
Si Tr < 1:
[pic 24](3.21)
Si Tr > 1:
[pic 25](3.22)
donde:
[pic 26](3.23)
[pic 27](3.24)
...