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Ejercicios resueltos del libro propiedades de hidrocarburos de mccain
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CAPÍTULO 3
EJERCICIOS IMPARES
1. Calcule el volumen molar de un gas ideal a 100 psia y 90°F.
PV=n RT
Vn
=RTP
V M=10.73(90+460)
100=59.02 ft
3
mol
3. Calcule la composición en fracción de peso y la composición en fracción de volumen de un gas con la siguiente composición.
Componente Composición, fracción molMetano 0.870Etano 0.049
Propano 0.036i-Butano 0.025n-Butano 0.020
Total 1.00
Componente Yi PMi Yi PMi
Metano 0.870 16 13.92Etano 0.049 30 1.47
Propano 0.036 40 1.58i-Butano 0.025 58 1.45n-Butano 0.020 58 1.16
Total 1.00 19.58
Fracción Volumen ∑Yi =1
Fracción Peso ∑ Yi PMi = 19.58
5. Un gas ejerce 100 psig en un cilindro a 100 °F, ¿Cuál será la presión si se reduce la temperatura a 32 °F?
P1T1
=P2T 2
P2=P1T 2T1
=(100)(32+460)
(100+460)=87.85 psig
7. Una parte de arenisca con un volumen aparente de 1.3 cc es contenida en una celda de 5 cc llena con helio a 70 mm Hg. La temperatura se mantiene constante y la celda se abre para ser vaciada en otra celda con el mismo volumen. La presión final en los dos envases es de 334.7 mm Hg. ¿Cuál es la porosidad de la arenisca?
V He=V Tanque−V Matriz=5−(1−∅ )Vb=5−1.3+1.3∅
P1V 1=P2V 2
760V He=334.7 (10−V S)
760 (5−1.3+1.3∅ )=334.7(10−V b+∅V B)
760 (3.7+13∅ )=334.7 (10−1.3+1.3∅ )
3800−988−988∅=3347−435.11+435.11
552.89∅=2911.89−2812
∅=0.18
9. Un tanque de40 ft3 es llenado con aire a 14.7 psia y 80 °F. El tanque también contiene un bloque de 15 lb. De hielo seco (CO2 sólido, Peso específico de 1.53 basado en agua). Después que el hielo seco se sublima, la temperatura es 30°F. ¿Cuál es la presión? Asuma un comportamiento de gas ideal.
SG=ρ xρaire
→ρ x=SG. ρaire γ= ρg
V T=V aire+V Bloque
40=V aire+mρHielo
40=V aire+m
ρH 20 . SG
40=V aire+m(g)γH 20 . SG
40=V aire+15(30.2)62.4 (1.53)
40=V aire+5.45→V aire=34.55 ft3
P1V 1T 1
=P2V 2
T 2
(14.7)(34.55)540
=P2(40)490
P2=11.76 psia
13. Calcule la gravedad específica del gas del ejercicio 3-4.
Componente Yi Mi Yi Mi
Metano 0.6904 16 11.04Etano 0.0864 30 2.592
Propano 0.0574 44 2.306i-Butano 0.0115 58 0.667n-Butano 0.0233 58 13.514i-Pentano 0..0093 72 0.667
n- Pentano 0.0085 72 0.612Hexano 0.0173 36 1.4878
Heptano Plus 0.0999 100 9.99Total 1.00 42.88
SG=MT
29=42.88
29=1.478
15. ¿Cuál es la gravedad especifica del gas del ejercicio 3-28?
Composición Yi Pi Yi Pi
H2S 0.1 34 3.4CO2 0.05 44 2.2N 0.021 32 0.672
CH4 0.703 16 11.248C2H6 0.062 30 1.86C3H8 0.037 40 1.63C4H10 0.027 58 1.566
MT = 22.576
SG=MT
29=22.576
29=0.778
17. Determine la composición en fracción molar del siguiente gas:
Componente Composición, fracción peso
Metano 0.880Etano 0.043Propano 0.042n-Butano 0.035Total 1.00
Composición Yi Pi Yi Pi
CH4 0.88 16 14.08C2H6 0.043 30 1.29
C3H8 0.042 40 1.83C4H10 0.035 58 2.03
MT = 19.25
19. ¿Cuál es la gravedad especifica del gas que se muestra en la tabla?
Componente Presión Parcial, psiaMetano 17.8Etano 1.0Propano 0.4i-Butano 0.2n-Butano 0.6Total 20.0
Componente Presión Parcial, psia PM
CH4 17.8 16C2H6 1.0 30C3H8 0.4 44C4H10 0.2 58C4H10 0.6 58
20.0
%C H 4=17.820
=0.89
%C2H 6=120
=0.05
%C3H 8=0.420
=0.02
%C4H 10=0.220
=0.01
%C4H 10=0.620
=0.03
PM=0.89 (16 )+0.05 (30 )+¿
SG=PM
29=18.94
29=0.653
21. El gas del ejercicio 3-3 fue producido en un yacimiento a 4650 psia y a 280 °F. ¿Cuál es la densidad del gas en las condiciones de yacimiento?
PV=n RT
PV= mPM
RT
P PM=mVRT
P PM=ρRT
P PM
RT=ρ
ρ=4650(19.58)10.73 (640)
=13.26 lbft3
23. Un cilindro tiene un volumen de 0.5 ft3 y contiene un gas a una presión de 2000 psia y a 120 °F. La presión desciende a 1000 psia después que 0.0923 lb moles de gas son removidas. La temperatura es constante, el factor z fue de 0.9 a 2000 psia. ¿Cuál es el factor z a 1000 psia?
PV=z nRT
PVz RT
=n
n1=2000(0.5)
0.9 (10.73)(580)=0.18 lb−mol
n'=n1−nreducida
n'=0.18−0.092=0.086 lb−mol
PV=z nRT
PVnRT
=z
z=1000(0.5)
0.086(10.73)(580)=0.4161
25. Un cilindro con una presión inicial de 14.7 psia y volumen de 75.000 cc es mantenido a una temperatura constante de 200°F. El volumen del cilindro es reducido por inserción de mercurio. Los correspondientes volúmenes (cc) y presiones (psia) del gas dentro del cilindro son registrados como se muestran:
Calcule el volumen ideal del gas para cada presión y úselos para calcular cada factor z. Realice la gráfica factor z vs presión
Presión (psia)
400 800 1200 2000 2500 3000 4000 5000
Volumen (cc)
2448 1080 64806 350.6 295.9 266.4 234.6 206.2
Volumen (ft3)
0.087 0.038 0.0229 0.0124 0.01044 0.940 0.8281 0.7279
PV=n RT
n=14.7 (75000 )(3.53x 10−5)
(10.73)(660)
n=4.49 x10−3lb−mol
PV=z nRT
z= PV
(4.49 x 10−3 )(10.73)(660)
Z= PV31.797
z 10.82 0.956 0.864 0.7799 0.821 0.887 1.042 1.144
400 800 1200 2000 2500 3000 4000 50000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Z vs P
Z vs P
27. El gas del ejercicio 3-4 es un gas retrógrado. Ahora bien, la presión de descubrimiento en yacimiento, 7000 psig, es mayor que la presión del punto de rocío, 6010 psig. La temperatura del yacimiento es 256 °F. El yacimiento se encuentra debajo de 7040 acres, tiene un espesor promedio de 13 ft, una porosidad del 11%, y saturación de agua del 40%. Calcule la masa del gas en el yacimiento en las condiciones iniciales, Exprese sus resultados en lb moles.
7000 psig + 14.7 = 7014.7 psia T= 256+460 = 716 oR
6010 psig + 14.7 = 6024.7 psia PM = 42.9 bl/lb-mol
V=A h∅ (1−SW )=43560 (7040 ) (13 ) (0.11 ) (1−0.4 )
V g=263116.33 ft3
PV=n RT
PV= mMm
RT
m=MmPV
RT
m=42.9 (990)(263116.33)
10.73 (716)=1.45 x106 lb
29. Repita el ejercicio 3-16. No asuma que es un gas ideal.
Con la figura 3-11
Tpc = 412 R
Ppc = 641 psia
PPC=3025641
=4.72
T PC=635412
=1.54
Con la figura 3-7
Z = 0.82
PV=z nRT
PVM=z RT
V M= z RTP
=0.82(10.73)(635)
3025=1.84 ft3
lb−mol
31. El gas de yacimiento es un gas húmedo que tiene una gravedad especifica de 1.295, una concentración de sulfuro de hidrogeno de 20.9 % en moles, y una concentración de dióxido de carbono de 44.7 % en moles. Determinar el valor del factor z para ser usado en condiciones de yacimiento de 5720 psig y 268°F
P = 5734.7 psig
T = 728 R
Con 20.9% H2 S y 44.7 en la figura 3-12, se tiene E= 25.5
Con SG=1.295 en la figura 3-11 TPC = 485 PPC = 590
Obtener T’PC y P’
PC
T 'pc=T pc−E=482.45R
P' pc=PpcT
'pc
T pc+γH 2SE (1−γH 2S)=587.30 psia
Ppc=9.75 psiaT pc=1.509R
Con la figura 3-7 z= 0.825
33. Un gas húmedo tiene la composición que se muestra abajo. Determine el valor del factor z para este gas en condiciones de yacimiento de 5720 psig y 268 °F.
Componente Composición, porcentaje de mol
Sulfuro de Hidrogeno 20.90Dióxido de Carbono 44.69Nitrógeno 1.22Metano 21.80Etano 3.68Propano 2.05
i-Butano 0.58n-Butano 1.09i-Pentano 0.46n- Pentano 0.56Hexano 0.72Heptano Plus 2.25Total 100.00
Propiedades del heptano PlusGravedad Especifica 0.844Peso Molecular 115 lb/lb mol
Compare su respuesta con el factor z de medida de 0.914 a 5720 psig y 268 °F para este gas.
Componente Yi PM Yi PM
Sulfuro de Hidrogeno 20.90 34 710.6Dióxido de Carbono 44.69 44 1966.36Nitrógeno 1.22 32 39.04Metano 21.80 16 348.8Etano 3.68 30 110.4Propano 2.05 44 90.2i-Butano 0.58 58 35.64n-Butano 1.09 58 63.22i-Pentano 0.46 72 35.12n- Pentano 0.56 72 40.32Hexano 0.72 86 61.92Heptano Plus 2.25 100 225Total 100.00 33.781
SG=33.78129
=1.165
Con H2S y CO2 E= 2.55
Con SG= 1.165 PPC = 609 psia TPC = 462 R
Donde T’pc = 469.45 R P’pc = 605.086 psia
Ahora
PPC=5720
605.0865=9.45
T PC=728459.45
=1.58
Según la figura 3-7 z = 0.83