bombeo mecanico - termo

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Petrolera “Ciencias de la Tierra” –

Unidad Ticomán

INSTUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

Asignatura:

Termodinámica

Tema:

Profesora:

I.QI. Molina Granados Ana Margarita

Asesores:

González Fernández Jesús

Alumnos

- Fragoso González Brenda Anel- Marroquín Flores Kevin Alejandro

Ingeniería Petrolera Termodinámica Página 1


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ÌNDICE

Introducción

Planteamiento

Definiciones

Funcionamiento del Proyecto

Diseño del proyecto

Ventajas y desventajas

Economía

Impacto Ambiental

Aplicación a la Termodinámica

Aplicación a la Ingeniería Petrolera



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INTRODUCCION

Los procedimientos para el recobro del crudo se han clasificado en tres fases, las cuales son: primaria, secundaria y terciaria o mejorada. La fase primaria es producto del flujo natural del yacimiento, cuando la presión en este, es la necesaria para empujar los fluidos que allí se encuentren. La fase secundaria, se emplea cuando la primera etapa termina o si el yacimiento no produjo naturalmente. Se utilizan la inyección de agua o gas para llevar el crudo hasta los pozos de producción. Por último tenemos la fase terciaria o mejorada, por lo general viene luego de la segunda etapa, se inyectan químicos, energía térmica o gases miscibles para extraer el crudo.Debido a la variedad de los métodos de recuperación existentes, se hace una evaluación del yacimiento para saber cual es el método más adecuado de recobro. Por lo general se examinan las propiedades de los fluidos, continuidad de la formación, mecánica de las rocas, tecnología de perforación, opciones de terminación de pozos, simulación de la producción e instalaciones de superficie. Se debe tener en cuenta que las fases no llevan un orden estricto, ya que se podrían utilizar dependiendo de las necesidades existentes en el pozo, es decir, q podríamos pasar de una fase primaria a una terciaria, si se considera más favorable para la producción del yacimiento.

En la actualidad un 85% de la producción mundial de crudo se extrae por métodos de recuperación primaria y secundaria, con un aproximado del 35% de recobro del petróleo existente en el yacimiento. Como la tasa de recobro se considera baja, se han implementado otros métodos y sistemas de recobro mejorado de petróleo, EOR (Enhanced Oil Recovery).



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PLANTEAMIENTO



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DELIMITACION DEL PROBLEMA

Hemos observado que mediante datos de producción obtenidos de Yacimientos después de un periodo de explotación, naturalmente decae su producción considerablemente y

esto debido a que la energía del Yacimiento disminuye, en la actualidad el 85% del

petróleo se extrae por método de recuperación primaria con un recobro aproximado del

35%

del total existente en el Yacimiento, como el porcentaje que se obtiene del Yacimiento se considera bajo se intenta resolverlo mediante alguna alternativa la cual se plantea la inyección de Gas.

OBJETIVOS

Objetivo General

Conocer la aplicación de la Recuperación secundaria utilizando Gas y como se puede implementar para aumentar la producción en un Yacimiento que esté en decaimiento.

Objetivo Especifico

Se aplicara la recuperación secundaria mediante la inyección de gas(CO2) con la finalidad de aumentar la producción en un pozo petrolero que se ha de caído debido a que los pozos de petróleo pierden presión al paso del tiempo lo cual disminuye su factor de producción, es donde se procede a elegir una de las formas de recuperación secundaria una de las más usuales es la inyección de un gas que provenga del mismo pozo de eta manera este proceso se rentable dado que no se paga por un gas externo y se utiliza una compresora que igualmente podemos hallar ya en el campo, haciendo de este proceso de recuperación uno de los más elegidos por su viabilidad y rentabilidad.

Factores de recuperación

La proporción de petróleo del yacimiento que puede ser producida mediante distintos procedimientos de recuperación, varía ampliamente. Esto se debe a un número de factores, incluyendo la viscosidad del gas y densidad del petróleo; la presencia o ausencia de un casquete de gas; la presencia y fuerza de una base acuosa; la profundidad, presión y grado de complejidad del reservorio; la permeabilidad y porosidad de las rocas.

El siguiente cuadro indica el rango de factores de recuperación que se puede esperar para varios tipos de petróleo.

TIPO DE CRUDO Primaria (% de Secundaria (% extra de



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crudo in-situ) crudo in-situ)

Extra Pesado 1 - 5 -

Pesado 1 - 10 5 - 10

Medio 5 - 30 5 - 15

Liviano 10 - 40 10 - 25

Los valores bajos, para cada tipo de petróleo, se asocian mayormente con petróleo de bajo contenido de gas disuelto en reservorios desfavorables.

Los valores altos se refieren a petróleos con alto contenido de gas disuelto en reservorios favorables. La recuperación primaria puede ser mayor que la indicada cuando se está en presencia de un fuerte acuífero; en tales circunstancias una operación de recuperación secundaria no es atractiva.

Diferentes tipos de Recuperación de Petróleo

Con frecuencia se utilizarán los términos "recuperación primaria, secundaria y terciaria", que significan lo siguiente:

Primaria: Cuando el petróleo surge naturalmente, impulsado por la presión del gas o el agua de la formación, o bien por la succión de una bomba.

Secundaria: Cuando se inyecta gas y/o agua para restablecer las condiciones originales del reservorio o para aumentar la presión de un reservorio poco activo.

Terciaria:Cuando se utilizan otros métodos que no sean los antes descriptos, como por ejemplo, inyección de vapor, combustión inicial, inyección de jabones, C02, etc. En los procesos por miscibilidad se agregan detergentes que permiten un mejor contacto agua/petróleo al bajar la tensión superficial.

Recuperación secundaria

A través de los años, los ingenieros en petróleo han aprendido que la aplicación de técnicas para el mantenimiento depresión en el reservorio puede producir más petróleo que el que se extrae por recuperación primaria únicamente. Mediante tales técnicas (conocidas como recuperación secundaría), la energía y el mecanismo de desplazamiento naturales del reservorio, responsables por la producción primaria, son suplementales por la inyección de gas o agua. El fluido inyectado no desplaza todo el petróleo. Una cantidad apreciable queda atrapada



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por fuerzas capilares en los poros de la roca reservorio y es pasada de largo. A esto se llama petróleo residual y puede ocupar de un 20 a un 50 por ciento del volumen del pozo. Además por las variaciones de permeabilidad, el agua inyectada puede saltear ciertas regiones portadoras de petróleo.

Recuperación Secundaria. Planta de Inyección de Agua.

La eficiencia total de un procedimiento de desplazamiento depende no sólo del número y la ubicación de los pozos de inyección y productores y de las características del reservorio (permeabilidad y petróleo residual), sino también de la relativa inmovilidad de los fluidos desplazantes y del petróleo desplazado. Sí la relación de movilidad es menor que uno (es decir, cuando el fluido desplazante tiene menor inmovilidad que el desplazado) la eficiencia del arrastre o desplazamiento será alta y se removerá una gran cantidad de petróleo.

La recuperación secundaria resulta del aumento de la energía natural, al inyectar agua o gas para desplazar el petróleo hacia los pozos productores. El objetivo principal de la inyección de gas es mantener la presión a cierto valor o suplementar la energía natural del yacimiento. El gas, al ser más liviano que el petróleo, tiende a formar una capa artificial de gas bien definida, aun en formaciones de poco buzamiento. Si la producción se extrae por la parte más baja de la capa, dará como resultado una forma de conservación de energía y la posibilidad de mantener las tasa de producción relativamente elevada, produciendo en un menor tiempo lo que por medio natural requeriría un período más largo. Además el gas disuelto en el petróleo disminuye su viscosidad y mantiene la presión alta, y en consecuencia, los pozos productores pueden mantener la tasa de producción a un nivel más elevado durante la vida del campo.

A diferencia de la inyección de agua donde solamente ocurre un desplazamiento inmiscible, en el proceso de inyección de gas puede darse, tanto un desplazamiento inmiscible como un desplazamiento miscible. En este proyecto solo trataremos la inyección inmiscible.

El gasque se inyecta es, generalmente, un hidrocarburo. Inyectar aire conlleva los siguientes incovenientes: corrosión de pozos, oxidación de petróleo y riesgo de explosión.



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También se inyecta nitrógeno en lugar de gas natural por resultado mas económico, aun siendo esto menos eficiente.

La inyección de gas en un yacimiento de petróleo se realiza bien dentro de la capa de gas si ésta existe o, directamente, dentro de la zona de petróleo. Cuando originalmente existe una capa de gas en el yacimiento, o cuando se ha ido formando una capa por segregación durante la etapa de producción primaria, el gas inyectado ayuda a mantener la presión del yacimiento y hace que el gas de la capa entre en la zona de petróleo y lo empuje hacia los pozos productores. Si la inyección se realiza en un yacimiento sin capa de gas, el gas inyectado fluye radialmente desde los pozos inyectores y empuja el petróleo hacia los pozos productores.



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DEFINICIONES



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Calor

El calor es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo.

Cuando el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo.

Temperatura

La temperatura es la medida del calor de un cuerpo (y no la calor que este contiene o puede rendir).

Combustión

La combustión es un proceso de transformación de la materia que se inicia con un aporte de energía y que, en presencia de oxígeno, da lugar a la formación de nuevas sustancias y a la liberación de energía en forma de calor y luz.

Transferencia de Calor

La transferencia de calor se produce normalmente desde un objeto con alta temperatura, a otro objeto con temperatura más baja. La transferencia de calor cambia la energía interna de ambos sistemas implicados, de acuerdo con la primera ley de la Termodinámica.

Trabajo

Se entiende por trabajo a la cantidad de fuerza multiplicada por la distancia que recorre dicha fuerza. Esta puede ser aplicada a un punto imaginario o a un cuerpo para moverlo.

Pistón

Se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos. Efectúa un movimiento alternativo, obligando al fluido que ocupa el cilindro a modificar su presión y volumen o transformando en movimiento el cambio de presión y volumen del fluido. En todas las aplicaciones en que se emplea, el pistón recibe o transmite fuerzas en forma de presión de a un líquido o de a un gas.


http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/firlaw.html#c1

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/inteng.html#c2

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/heat.html#c1


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Transmisión de potencia:

Una fuerza mecánica, trabajo o potencia es aplicada en el pistón A. La presión interna desarrollada en el fluido por su la densidad ejerciendo una fuerza de empuje en el pistón B. Según la ley de Pascal la presión desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos por la que la fuerza desarrollada en el pistón B es igual a la fuerza ejercida en el fluido por el pistón A, asumiendo que los diámetros de A y B son iguales y sin importar el ancho o largo de la distancia entre los pistones, es decir por donde transitará el fluido desde el pistón A hasta llegar al pistón B.

Gases

Se denomina gas al estado de agregación de la materia en el que las sustancias no tienen forma ni volumen propio, adoptando el de los recipientes que las contienen. Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades:

Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. Las fuerzas gravitatorias y de atracción entre las moléculas son despreciables, en comparación con la velocidad a que se mueven las moléculas.



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Los gases ocupan completamente el volumen del recipiente que los contiene.

Los gases no tienen forma definida, adoptando la de los recipientes que las contiene.

Pueden comprimirse fácilmente, debido a que existen enormes espacios vacíos entre unas moléculas y otras.

Presión

La presión se define como fuerza por unidad de área. Para describir la influencia sobre el comportamiento de un fluido, usualmente es más conveniente usar la presión que la fuerza. La unidad estándar de presión es el Pascal, el cual es un Newton por metro cuadrado.

Primera Ley de la Termodinámica

La primera ley de la termodinámica, es la aplicación del principio de conservación, a los procesos de calor y termodinámico:

La primera ley hace uso de los conceptos claves de energía interna, calor, y trabajo sobre un sistema. Usa extensamente el estudio de los motores térmicos. La unidad estándar de todas estas cantidades es el julio, aunque algunas veces se expresan en calorías o BTU.

Rendimiento térmico:

Muestra la eficiencia con que un motor térmico transforma el calor en trabajo mecánico. Un motor térmico transforma la energía térmica en trabajo (energía mecánica) de modo continuo. El motor describe ciclos termodinámicos entre dos focos a diferente temperatura. Del foco caliente (T1), absorbe una cantidad de calor (Q1). Parte de este calor lo transforma en trabajo (W) y el resto (Q2) es cedido al foco a frío o de menor temperatura (T2).



http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/heatengcon.html#c1

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/firlaw.html#c3




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El rendimiento térmico es por lo tanto la relación existente entre el trabajo producido y el calor absorbido.

Proceso Adiabático

Un proceso adiabático es aquel en que el sistema no pierde ni gana calor. La primera con Q=0 muestra que todos los cambios en la energía interna están en forma de trabajo realizado. Esto pone una limitación al proceso del motor térmico que le lleva a la condición adiabática mostrada abajo. Esta condición se puede usar para derivar expresiones del trabajo realizado durante un proceso adiabático.

La relación entre los calores específicos γ = CP/CV, es un factor en la determinación de la velocidad del sonido en un gas y otros procesos adiabáticos, así como esta aplicación a los motores térmicos. Esta proporción γ = 1,66 para un gas monoatómico ideal y γ = 1,4 para el aire, el cual es predominantemente un gas diatómico.

Compresibilidad


http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/sound/souspe3.html#c1

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/adiabc.html#c1




http://www.ecured.cu/index.php/Archivo:RendTermico.JPG


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Tomando como referencia el tamaño de las partículas de un gas, existe una gran distancia de espacio vació entre ellas, lo que hace posible su comprensión o compresibilidad, es decir, la reducción o disminución de los espacios vacíos entre sus moléculas; lo cual se logra aumentando la presión y/o disminuyendo la temperatura.

Expansión

Cuando se calienta una muestra de gas, aumenta la velocidad promedio de sus partículas, las cuales se mueven en un espacio mayor, dando como resultado que todo el gas aumenta su volumen se han expandido.



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FUNCIÒN DEL PROYECTO



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Fig. Representación de una perforadora Petrolera (Aceite)

Desarrollar la recreación de una perforadora Petrolera que penetra un yacimiento

Petrolífero, impulsado por un motor que funcione con Diesel, a cierta escala para

que nuestra perforadora pueda comenzar a desprender material y así poder llegar

al yacimiento para poder comenzar a producir el yacimiento.



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Este proceso se realiza dentro de la industria petrolera una vez que ya se encontró

un yacimiento petrolífero bastante rentable, (Pozo exploratorio) y se delimito el

perímetro del mismo (Pozo delimitador), una vez obteniendo estos datos, se

manda realiza un plan de producción y se elige los puntos donde se va comenzar

a producir el pozo, entonces en cada uno de aquellos puntos se va comenzar a

perforar los metros que sean necesarios para poder llegar al hidrocarburo y

extraerlo. En la industria Petrolera las perforadoras funcionan principalmente con

combustible Diesel, por lo que simularemos este proceso.



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DISEÑO DEL

PROYECTO



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VENTEJAS Y

DESVENTAJAS



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EN CUANTO A MOTORES

VENTAJAS Y DEVENTAJAS:

- El motor de combustión interna de tipo alternativo (motor Otto y motor Diesel) ha sido el principal motor térmico del Siglo XX.

- Sin embargo es más que probable que su relevancia sea mucho menor en el Siglo XXI por varios motivos. En particular:

Altos niveles de contaminantes producidos por una combustión poco controlada.

Niveles de eficiencia relativamente pobres. Problemas crecientes en cuanto a disponibilidad de hidrocarburos.

Por ejemplo, en aviación el motor alternativo (a pistón) ha sido prácticamente sustituido por la turbina a gas. Esta última presenta hoy ventajas considerables en cuanto a eficiencia, confiabilidad y niveles de emisión con respecto al motor a pistón.

- Sabemos ventajas de estos motores, como:

Es eficiente a pesar de ser económico y tener un peso mediano, lo que permite una sencilla movilidad y sin gastar una fortuna en el precio.

- Otras desventajas son:

Que es complejo. Necesita combustible altamente refinado.



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EN CUANTO A EL BOMBEO MECÁNICO

Este tipo de levantamiento gracias a su simplicidad es posible usarlo en casi cualquier tipo de pozo que requiera de levantamiento, sin embargo tiene límites físicos como la profundidad y volumen a levantar.

El bombeo mecánico es un procedimiento simple de succión y transferencia casi continua del petróleo hasta la superficie, el cual tiene su principal aplicación en la extracción de crudos pesados y extra pesados, pero también se llega a utilizar en la producción de crudos medianos y livianos.

Este como cualquier otro método de levantamiento tiene sus ventajas y desventajas.

Ventajas:

El diseño es poco complejo. El sistema es eficiente, simple y fácil de operar por el personal de campo. Es aplicado en crudo pesado y altamente viscoso. Puede utilizar combustible o electricidad como fuente de energía. El equipo puede ser operar a temperatura elevadas. Permite variar la velocidad de embolada y longitud de carrera para el

control de la taza de producción.

Desventajas:



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La efectividad del sistema puede verse afectada severamente por la presencia del gas.

La presencia de arenas ocasionan el desgaste severo del equipo. Requiere altos costos y mantenimiento. Posee profundidades limitadas. El equipo es pesado y ocupa mucho espacio. La taza de producción declinan rápidamente.

El método de bombeo mecánico convencional, es una herramienta muy simple y efectiva en las condiciones apropiadas para su funcionamiento y ha sido un fiel aliado del ser humano en su búsqueda y extracción por el muy preciado petróleo.

Sin embargo, los retos que se presentan en la industria con yacimientos más

profundos o con características diferentes, nos obligan a utilizar otros métodos de

levantamiento para poder obtener el mayor beneficio



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ECONOMMIA



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IMPACTO AMBIENTAL



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En la industria petrolera es de vital importancia conocer y evaluar el deterioro actual y potencial en los ecosistemas y en algunos recursos naturales en particular, que se deriven de sus actividades, con el objeto de diseñar políticas que tiendan hacia una industria cada vez más limpia, sin descuidar al mismo tiempo el crecimiento y desarrollo de este sector estratégico de la economía nacional.

Hacer disponible este recurso para el consumo interno o para la exportación requiere que en el país funcione toda una industria de exploración, explotación, transformación, distribución y comercialización, la cual por su magnitud, complejidad, dinamismo y encadenamiento con el resto de la economía, es capaz de generar, por un lado, efectos multiplicadores muy significativos tanto a escala regional como nacional en el empleo, el avance tecnológico, la formación de capital humano y el desarrollo de otras actividades productivas. Y por otro lado, involucra acciones de tal dimensión e intensidad, que ha afectado drásticamente al ambiente de zonas que, como las tropicales, son sistemas naturales sumamente frágiles.

El impacto ambiental producido por los energéticos comprende los efectos de todas y cada una de las fases de su ciclo de producción.

De todas estas etapas, los procesos de refinación y de petroquímica son generalmente los que más llaman la atención en su impacto al entorno natural, debido a la magnitud y variedad de sustancias que maneja en sus procesos industriales. Sin embargo hay que resaltar el hecho de que las plantas refinadoras y los complejos petroquímicos se convierten además en importantes polos de desarrollo industrial que transforman intensamente las actividades económicas regionales y ponen en marcha complejos procesos socioeconómicos que modifican la relación hombre - ambiente. Asimismo el efecto que desencadena sobre otras áreas económicas como el transporte, la industria automovilística y química, y la construcción, por mencionar algunas de las más relevantes, permite



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visualizar la importancia que esta industria tiene dentro de la estrategia nacional para el desarrollo sustentable.

El impacto ambiental del MCI está estrechamente relacionado con un problema social surgido por la utilización creciente del mismo: la reducción de los niveles de emisión de sustancias tóxicas y de los llamados "gases de invernadero", y la reducción de los niveles de ruido. El mayor número de MCI está asociado a los vehículos. Es allí donde se hace necesario realizar los cambios más substanciales, ya que por su simple número, el impacto en cuanto a emisiones y consumo global de hidrocarburos es muy significativo.

Formas de acción del motor de combustión interna sobre el medio ambiente.Las formas más importantes de acción del motor sobre el medio ambiente son:

Agotamiento de materias primas no renovables consumidas durante el funcionamiento de los MCI.

Consumo de oxígeno que contiene el aire atmosférico. Emisión y contaminación de la atmósfera con gases tóxicos que perjudican

al hombre, la flora y la fauna. Emisión de sustancias que provocan el llamado efecto invernadero

contribuyendo a la elevación de la temperatura de nuestro planeta. Consumo de agua potable. Emisión de altos niveles de ruido a la atmósfera que disminuye el

rendimiento de los trabajadores y ocasiona molestias en sentido general. Los motores de combustión interna que mayor contaminación del medio

ambiente provocan son los motores a gasolina a pesar de ser menos visible sus emisiones a la atmósfera.

En nuestro país no se controla los niveles de emisión de sustancias tóxicas por los MCI existiendo reservas de tipo explotativas para la disminución de los mismos.

En Cuba no se realizan controles de los niveles de ruido que emiten los MCI durante su funcionamiento, existiendo un gran número de vehículos que circulan por nuestras vías con altos niveles de ruido.

En el aspecto de la toxicidad de los gases de escape de los motores de combustión interna y formas para reducirla. Se llaman sustancias tóxicas a las que ejercen influencia nociva sobre el organismo humano y el medio ambiente. Durante el trabajo de los MCI de émbolo se desprenden las siguientes sustancias tóxicas principales: óxidos de nitrógeno, hollín, monóxido de carbono, hidrocarburos, aldehídos, sustancias cancerígenas compuestos de azufre y plomo. Además de los gases de escape de los MCI, otras fuentes de toxicidad son



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también los gases del cárter y la evaporación del combustible a la atmósfera. Incluso en un motor bien regulado la cantidad de componentes tóxicos que se expulsan durante su funcionamiento puede alcanzar los siguientes valores.

De este modo, la toxicidad de los motores Diesel depende en lo principal del contenido de los óxidos de nitrógeno y el hollín. La toxicidad de los motores de encendido por chispa y carburador depende en gran medida de la concentración del monóxido de carbono y de los óxidos de nitrógeno

Recomendaciones:

1. Elevar las exigencias del personal responsabilizado con la asistencia técnica para lograr la elevación de la calidad en la realización de los mantenimientos técnicos y reparaciones como fuente de disminución de las emisiones de sustancias tóxicas y de ruido a la atmósfera.2. Tomar conciencia de los problemas que se le están causando a nuestro planeta por la emisión indiscriminada de sustancias tóxicas y provocantes del llamado efecto invernadero.3. Aplicar con rigor las disposiciones sobre el cuidado y conservación del medio ambiente en nuestro país.



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APLICACIÓN A LA TERMODINAMICA



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Primero se explicara la definición más básica de termodinámica así, como sus

bases más esenciales.

La termodinámica surgió como una generalización de los estudios realizados entre

la energía mecánica y el calor intercambiados por las máquinas térmicas, y de ahí

el nombre de la disciplina. Sin embargo, poco a poco su campo de aplicación se

fue ampliando hasta abarcar todos los procesos en los que exista alguna

transformación de energía, sea esta del tipo que sea.

Como casi toda la física, esta disciplina es fenomenológicia, se basa en unos

principios que no son matemáticamente demostrables, pero que sin embargo son

generalizaciones de los estudios experimentales y nunca se ha visto que fallasen.

Para estudiar, pues, la termodinámica, es imprescindible empezar dando algunas

definiciones, como por ejemplo cuáles y cómo son los sistemas con los que vamos

a tratar y las variables de los que depende.

Constituye una teoría fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que

estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método experimental. Los

estados de equilibrio son estudiados y definidos por medio de magnitudes



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extensivas tales como la energía interna, la entropía, el volumen o la composición

molar del sistema, o por medio de magnitudes no-extensivas derivadas de las

anteriores como la temperatura, presión y el potencial químico; otras magnitudes

tales como la imanación, la fuerza electromotriz y las asociadas con la mecánica

de los medios continuos en general también pueden ser tratadas por medio de la

termodinámica

Variables termodinámicas

Las variables que tienen relación con el estado interno de un sistema, se llaman

variables termodinámicas o coordenadas termodinámicas, y entre ellas las más

importantes en el estudio de la termodinámica son:

La masa

El volumen

La densidad

La presión

La temperatura

Decimos que un sistema termodinámico sufre un proceso termodinámico cuando

pasa de un estado inicial de equilibrio a otro estado final (también de equilibrio).

Los diferentes estados por los que pasa el sistema durante el proceso se

llaman camino o trayectoria del proceso.

Para que se dé este proceso es necesario que haya interacción entre el sistema y

el entorno, y esto sólo puede ocurrir a través de la pared. Básicamente hay tres

tipos de interacción: mecánica, másica y térmica.

La interacción mecánica se debe a una variación en las variables extrínsecas (por

ejemplo el volumen) y se producirá hasta que las variables intrínsecas asociadas

(en el caso del volumen sería la presión) se igualen en el entorno y el medio. En

este caso decimos que la pared es adiabática.



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La interacción másica se debe al intercambio de materia a través de una

pared permeable. Una interacción térmica es cualquier otro tipo de intercambio de

energía. En este caso la pared se denomina diatérmica.

Decimos que el sistema es abierto si pueden existir los tres tipos de interacción,

decimos que es cerrado si no se permite el intercambio de materia y decimos que

es aislado si no se permite ningún intercambio de energía.

APLICACIÓN EN EL MOTOR DIESEL EN LA TERMODINAMICA

El moto Diesel que es el impulsor con el cual es posible que funcionen las

perforadoras petroleras tiene bastante relación con cierta parte de la

termodinámica, con la cual, nos referimos a ciclos termodinámicos, pero nos

enfocaremos a un ciclo en paticular que es “Ciclo Diesel”.

El ciclo del motor diésel lento (en contraposición al ciclo rápido, más aproximado a

la realidad) ideal de cuatro tiempos es una idealización del diagrama del indicador

de un motor Diesel, en el que se omiten las fases de renovación de la carga., y se

asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto, en general

aire.

Se representa en un diagrama p-V como en la figura adjunta. Siendo sus

fases las siguientes:


http://es.wikipedia.org/wiki/Renovaci%C3%B3n_de_la_carga.

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_di%C3%A9sel


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Admisión E-A. El pistón desciende mientras la válvula de admisión permanece

abierta, absorbiendo aire a presión constante de la atmósfera. Se representa

como una línea horizontal.

Compresión A-B. Asciende el pistón estando cerradas las válvulas de

admisión y de escape, se produce la comprensión del aire sin intercambio de

calor, es decir es una transformación adiabática.

Combustión B-C. Un instante antes de que el pistón alcance el PMS y hasta

un poco después de que comience la carrera descendente, el inyector

introduce gasoil en el cilindro produciéndose la combustión a presión

constante durante un instante de tiempo mayor que en el motor de encendido

por chispa (es la diferencia más notable con el ciclo de Otto, estudiado

anteriormente). Ambas válvulas se mantienen cerradas.



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Expansión C-D. La reacción química exotérmica producida en la combustión

genera energía que impulsa el pistón hacia abajo, aportando trabajo al ciclo,

correspondiendo esta transformación a una curva adiabática, las válvulas de

admisión y de escape permanecen cerradas.

Escape D-A y A-E. La válvula de escape se

abre, el pistón prosigue su movimiento

ascendente y va barriendo y expulsando los

gases de la combustión, cerrándose el ciclo al

producirse una nueva admisión de aire cuando

se cierra la válvula de escape, a continuación

se abre la de admisión y el pistón continúa su

carrera descendente.

FIG. Ciclo Diesel



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APLICACIÓN A LA INGENIERIA

PETROLERA


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