Correlaciones para la Conversión entre las presiones de vapor Actual, y Reid (PVA y PVR)

Mediciones acertadas y predicciones para las presiones de vapor de los Crudos y productos de los Líquidos del Gas Natural (LGN) son de importancia para su transporte y almacenamiento seguro, transferencia de custodio, minimizando las pérdidas de vaporización, y protección ambiental. Las especificaciones para la presión de vapor típicamente se estipulan en términos de la Presión de Vapor Reid  (RVP/PVR) y/o la Presión de Vapor Actual (TVP/PVA). En adición a los procedimientos estándar para estas mediciones, existen métodos rigorosos y ajustados para su cómputo y conversión.

Existen figuras y monografías para la conversión de la PVR a la PVA para un LGN y crudos a una temperatura especificada. Este previo presentará un correlación sencilla para lograr esta conversión entre la PVR a la PVA, y viceversa a una temperatura especificada. Las correlaciones son fáciles en su aplicación para los cómputos manuales, así como para los de hojas de cómputo. Figuras aplicando estas correlaciones serán también presentadas.

El Capítulo 5 de la referencia [1] presenta una excelente sobrevista del PVA, y al PVR incluyendo sus definiciones, procedimientos estándar para sus mediciones y diagramas para sus conversiones. Los dos párrafos previos son extraídos de la referencia [1] con revisiones menores.

La PVA es la presión de vapor actual de un producto líquido a una temperatura especificada, y es medida en un cilindro de muestra. Las especificaciones PVA deben siempre ser referenciadas a una temperatura, la cual frecuentemente se ubica entre 30-50°C (86-122°F). La PVA es difícil de medir y es dependiente de la relación entre el vapor a líquido, V/L,  en la bombona (cilindro). Si  V/L = 0, la presión de vapor es esencialmente igual a la presión de burbuja de la muestra, la cual es el mayor valor de la presión de vapor para el líquido. Mientras que V/L aumenta, e.i. pequeñas cantidades de vapor existen en el punto de medición, la presión de vapor medida se ve reducida. La relación entre la PVA medida y el V/L depende de la composición de la mezcla. Para mezclas de componentes “casi puros”, V/L imparte poco efecto sobre la presión de vapor medida. Para las mezclas con amplios rangos en las composiciones, tales como los crudos, o los condensados, el impacto del V/L sobre la presión medida puede ser significativo (Ver ASTM D6377-10 para los detalles). La referencia [1] presenta lista las Bases aplicados para las mediciones de la PVA.

Debido a la dificultad en las acertadas mediciones de la PVA, un método alterno para lograr ésta es aplicado con frecuencia. Éste es la medición de la RVP. La prueba estándar para la RVP se detalla en la ISO3007:1999, “Petroleum products and crude petroleum – Determination of vapour pressure – Reid method”.  Otro estándar que es aplicado al RVP es : ASTM D323-08, “Standard Test Method for Vapor Pressure of Petroleum Products (Reid Method). La prueba PVR es aplicable para los crudos, condensados, y productos del petróleo tales como las mezclas de gasolina (petrol). Una muestra del líquido se colecciona en la cámara inferior 20% (ver la Fig. 5.12 de la referencia [1]). La cámara de 80 %, la cual es repleta de aire (también puede contener pequeñas cantidades de vapor de agua) a presión atmosférica). Ambas cámaras son enfriadas a 0°C (32°F). La cámara de aire de  80% es luego conectada a la del líquido de 20%. La válvula de conexión entre las dos cámaras es abierta y el cilindro es calentado en un baño de agua a 37.8°C (100°F). La presión indicada en el manómetro es la PVR.

La referencia [1] presenta la Figura 5.14 para la conversión entre la PVR y la PVA para gasolinas de motor, y la gasolina natural (C₅⁺ LGN) a varias temperaturas. La Figura 5.15 de la referencia [1] es un nomograma que muestra la relación aproximada entre la PVR y la PVA para un crudo. Ésta es usada comúnmente para convertir la PVR a la PVA en puntos de transferencia de custodios donde la especificación para el crudo es la PVA, pero la medición efectuada es la PVR.

Vazquez-Esparragoza et. al. [2] presentan un algoritmo para el cómputo de la PVR si tener que realizar la prueba. Éste, se basa en un modelo de aire-y-agua libre, y aplica la ecuación de estado Soave-Redlich-Kwong [3] de la “Gas Processors Association” y asume que los volúmenes de gas y  agua son aditivos. Como los cómputos son iterativos, deben incorporarse en el procedimiento general de un simulador de procesos.  Vazquez-Esparragoza et. al. [2] reportaron buena coincidencia entre los valores medidos y los pronosticados.

Riazi et. al [4] presentaron una nueva correlación para la predicción de la PVR de gasolina y nafta basada en otra de la PVA. Los parámetros de alimentación para esta correlación son el punto de ebullición mediano, gravedad específica, temperatura crítica y presión crítica, donde éstas pueden ser aproximadas de los métodos que emplean la temperatura de ebullición, y la gravedad específica. Ellos evaluaron su correlación propuesta con data coleccionada de 50 muestras de gasolina tomadas de crudos  representativos de varias fuentes en el mundo  con rango de gravedad API de 41 hasta 87, y punto mediano de ebullición entre 43 hasta 221 °C (110 to 430 °F) y RVP de 0.7 hasta 115 kPa (0.1–17 lpc). El error ponderado de su correlación propuesta fue de unos 6 kPa (0.88 lpc) [4].

 Desarrollo del Modelo para Gasolina de Motores, y Gasolina Natural

 Para poder desarrollar las correlaciones deseadas en la conversión de las PVR  a la PVA y vice-versa de la gasolina de motores y la gasolina natural, este previo generó 127 puntos de data de la Figura 5.14 tomada de la referencia [1]. Esta data resumió los rangos completos de temperatura, las PVR, y PVA de la citada Figura.

PVR a PVA: Este previo aplicó esta data para determinar los parámetros de las ecuaciones 1 hasta 3. El API 2517 originalmente reportó las mismas formas de las ecuaciones para un crudo.

PVA a PVR: Similarmente este previo propone las siguientes ecuaciones para convertir la PVA a la PVR.

donde:

T         = Temperatura, °C (°F)

RVP    = Presión de Vapor Reid, kPa (lpc)

TVP    = Presión de Vapor Actual, kPaa (lpca)

Nótese que los valores de A₁, A₂, B₁, y B₂ son distintos para el conjunto de las dos ecuaciones. El valor de “C” es función de las unidades seleccionadas (SI vs. FPS) y es consistente.

La Tabla 1 presenta los valores optimizados de A₁, A₂, B₁, and B₂ , mas C para los tres juegos de data en FPS (Unidades Inglesas) pie-lib-seg. Mas SI (Sistema Internacional). La data consignada “TODO” incluye 127 puntos con cobertura de toda la información combinada de gasolina de motor, y la gasolina natural. El juego titulado “Gasolina de Motor”, y Gasolina Natural” cubren 76, y 51 puntos de información para las gasolinas de motor y la gasolina natural respectivamente.

La Tabla 1 igual presenta la el Porcentaje de Desviación Absoluta Ponderada (PDAP), más el Porcentaje de Desviación Absoluto Máximo (PDAM),   Desviación Absoluta Ponderada (DAP), y los números de puntos de data (PD) para cada juego de información. El análisis de error de la Tabla 1 indica que la certeza de la correlación propuesta es buena. Su confiabilidad es tan buena como la data generada de la Figura 5.14.

Tabla 1. Los parámetros optimizados para la gasolina de motor y la gasolina natural

¹AAPD           = Porcentaje de Desviación Absoluta Ponderada

²MAPD           = Porcentaje de Desviación Absoluta Máxima

³AAD              = Desviación Ponderada Absoluta

⁴NP                 = Número de Puntos de data (NP)

 Las Figuras 1a (SI), y 1b (FPS) presentan la información tabular (generada de la Figura 5.14 de la referencia [1]) en la forma de “leyendas”. Esta igual presenta la PVA pronosticada para la correlación propuesta (Ecuaciones 1 al 3 y los parámetros correspondientes alistados en la Tabla 1 como función de la temperatura y la PVR en la forma de “líneas continuas” y “líneas intermitentes” para las gasolinas de motor, la gasolina natural respectivamente.

Preparación del Modelo para Crudos

        Para desarrollar la correlación deseada de la conversión de la RVP de un crudo a su PVA y vice versa, este previo generó 196 puntos de la Figura 5.15 de la referencia [1] aplicando las correlaciones en el API 2517. Las ecuaciones del API 2517 son las mismas indicadas en las ecuaciones 1 al 3. Esta data reconoció los rangos completos de temperatura, PVR, y PVA de la Figura 5.15.

PVR a la PVA: La Tabla 2 presenta los parámetros A₁, A₂, B₁, B₂, y C para las Ecuaciones 1a, 2a, y 3a (T, °F, PVR, lpc y PVA, lpca) del API 2517 en FPS.

Tabla 2. Parámetros para el cómputo de la PVA del API 2517

(A ser aplicados con las ecuaciones 1a, 2a, y 3a)

Las Figuras 2a (SI) y 2b (FPS) presentan los valores de la PVA pronosticados de las ecuaciones 1a, 2a, y 3a, más los parámetros correspondientes alistados en la Tabla 2 como función de la temperatura y PVR de los crudos.

PVA a PVR: Para cubrir los rangos completos de la Figura 5.15 de la referencia [1], este previo propone las siguientes ecuaciones de conversión entre la PVA, y la PVR.

donde:

T         = Temperatura, °C (°F)

RVP    = Presión de Vapor Reid,  kPa (lpc)

TVP    = Presión de Vapor Actual,  kPaa (lpca)

       La Tabla 3 presenta los valores optimizados de A₁, A₂, A₃, B₁, B₂, B₃, y C para el cómputo de la  PVR en FPS y SI relacionadas con las ecuaciones propuestas 1c, hasta la 3c. La Tabla 3 igual presenta el Porcentaje de Desviación Absoluta Ponderada (PDAP), más el Porcentaje de Desviación Absoluta Máxima (PDAM), y los números de puntos.

Tabla 3. Los parámetros optimizados para la PVA de crudos convertida a la PVR

( a ser aplicada con las Ecuaciones 1c, 2c, & 3c)

¹AAPD  = Porcentaje de Desviación Absoluta Ponderada

²MAPD = Porcentaje de Desviación Absoluta Máxima

³AAD= Desviación Ponderada Absoluta

⁴NP   = Número de Puntos de data (NP)

Conclusiones:

Para convertir la PVR a la PVA de las gasolinas de motor y las gasolinas naturales, este previo ha presentado correlaciones similares las reportadas en el API 2517 para la PVR y PVA de los crudos. Este previo determinó los parámetros de correlación efectuando una regresión de la data disponible de varias fuentes disponibles. Estas correlaciones también fueron ampliadas para arrojar una correlación sencilla entre la PVR, y la PVA. Las Tablas 1,2, y 3 presentan los parámetros de correlación en unidades SI, y FPS. Las Tablas 1 y 3 indican la certeza de estas correlaciones propuestas contra la información obtenida de los diagramas. Las Tablas 1 y 3 muestran que la certeza de estas correlaciones es comparable con la calidad de la data en los diagramas originales y pueden ser aplicadas para la conversión de la PVR a la PVA o viceversa. Estas correlaciones son fácilmente adaptables en los cómputos manuales, o los de hojas de cálculo, y deben aplicarse para los propósitos de estimados. Para las mediciones más acertadas, los procedimientos detallados en el ASTM D 6377-10 y otras guías deben ser consultadas. Varias organizaciones trabajan actualmente en mejorar la certeza de la estimación de la PVA partiendo de la PVR y/o las técnicas detalladas en el “VPCR(x)  (ASTM D6377). En todas las instancias las Regulaciones y Leyes Federales y Estatales deben respetarse para velar sobre la seguridad y la protección ambiental.

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By: Dr. Mahmood Moshfeghian

Traducido al Español por: Dr. Frank E. Ashford

References:

1. Campbell, J.M., Gas Conditioning and Processing, Volume 1: The Basic Principles, 9^th Edition, 2^nd Printing, Editors Hubbard, R. and Snow–McGregor, K., Campbell Petroleum Series, Norman, Oklahoma, 2014.
2. Vazquez-Esparragoza, J.J., et al, “How to Estimate Reid Vapor Pressure (RVP) of Blends”, Bryan Research and Engineering, Inc, Bryan, Texas, 2015.

3. Soave, Chem. Eng. Sci. 27, 1197-1203, 1972.
4. Riazi, M.R., Albahri, T.A. and Alqattan, A.H., “Prediction of Reid Vapor Pressure of Petroleum Fuels”, Petroleum Science and Technology, 23: 75–86, 2005.