Petróleo

CAPÍTULO 3 - EL VAPOR COMO MEDIO DE CALENTAMIENTO DE CRUDO

CAPÍTULO 3
EL VAPOR COMO MEDIO
DE CALENTAMIENTO DE CRUDO
En este capítulo se presentan aspectos relacionados con el uso del vapor de agua
como medio de calentamiento en operaciones de extracción térmica de crudo. Se
comienza describiendo la naturaleza del vapor de agua y sus propiedades
termodinámicas, haciendo énfasis en elcomportamiento de fases, el concepto de
calidad de vapor, el cálculo de las densidades de líquido y vapor en estado de
saturación y el concepto de entalpía como una medida del contenido calórico del
vapor.
Se introduce el uso de tablas de vapor y ecuaciones de estado como herramientas
para estimar propiedades termodinámicas del vapor, así como también el uso de
formulaciones matemáticas para elcálculo de otras propiedades como la
conductividad térmica y la viscosidad. Seguidamente, se describen los sistemas de
generación y distribución de vapor de uso común en campos petroleros y luego, se
presentan las teorías y procedimientos básicos para determinar cambios de estado y
pérdidas de calor, tanto en líneas de vapor en superficie como en pozos para
inyección de vapor. Por último, seexplica la importancia que tiene la calidad del
vapor para los procesos de extracción térmica.
Este capítulo pretende servir como punto de referencia para Ingenieros y Técnicos
que necesiten entender el comportamiento del vapor de agua, predecir sus
propiedades termodinámicas y realizar cálculos para diseñar y evaluar el proceso de
transporte de vapor desde las plantas generadoras, pasandopor las líneas de
superficie y pozos para inyección de vapor, hasta llegar a la formación objetivo. Se
incluyen recomendaciones acerca de las ecuaciones, algoritmos de cálculo y métodos
de análisis numérico que se pueden implementar para modelar los fenómenos
estudiados.
3.2 PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DEL VAPOR
Una propiedad termodinámica se puede definir como una variable que permitecuantificar el estado de un sistema. Las propiedades termodinámicas se pueden
clasificar en intensivas y extensivas. Una propiedad extensiva es dependiente de la
masa del sistema, mientras que una propiedad intensiva no lo es. Temperatura y
presión son ejemplos de propiedades intensivas, el volumen y el peso de un sistema
son propiedades extensivas. Cuando se dividen dos propiedades extensivas setiene
como resultado una propiedad intensiva, un ejemplo es la densidad que resulta de
dividir la masa de un sistema por su volumen. Por convención, las propiedades
termodinámicas intensivas se representan con letras minúsculas y las extensivas con
letras mayúsculas [1].
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CAPÍTULO 3 - EL VAPOR COMO MEDIO DE CALENTAMIENTO DE CRUDO

En esta sección se estudian algunas propiedadestermodinámicas del vapor de agua.
El agua es uno de los mejores ejemplos de una sustancia pura, a diario se tiene la
oportunidad de estar en contacto con ella en sus fases líquida, sólida y gaseosa. El
vapor de agua o simplemente vapor, como se le denominará de aquí en adelante, no
es otra cosa que agua en estado gaseoso, que se obtiene cuando el agua en fase
líquida cambia a fase gaseosa mediante elproceso de vaporización.
El comportamiento de una sustancia pura y sus cambios de fase pueden definirse a
través de sus propiedades termodinámicas, estás suelen representarse en
diagramas termodinámicos, que son gráficos donde se muestra la relación entre
las propiedades: presión (P), temperatura (T), volumen específico (v), entalpía (h) y
entropía (s). No es necesario que un diagramatermodinámico muestre la relación
entre todas estas variables, lo usual es construir gráficos de dos coordenadas, donde
cada una representa una propiedad termodinámica [2].
Los diagramas termodinámicos más comunes son: presión-temperatura o diagrama
de fase (P-T), presión-volumen (P-v), presión-entalpía (P-h), temperatura-entropía
(T-s) y entalpía-entropía o diagrama de Mollier (h-s). El diagrama...