sección a7 propiedades termofísicas

MANUAL TÉCNICO DEL FORMIATO
C A B O T
PROPIEDADES QUÍMICAS Y FÍSICAS
SECCIÓN A7
PROPIEDADES TERMOFÍSICAS
A7.1Introducción ...................................................................................................................................2
A7.2
Importancia práctica ..................................................................................................................2
A7.3
Coeficiente de conductividad térmica ..................................................................................2
A7.3.1 Intervalo de temperaturas medio ..............................................................................3
A7.3.2 Intervalo de temperaturas inferior (<10°C / 50°F) ...............................................3
A7.3.3 Intervalo de temperaturas superior (>70°C / 160°F) ..........................................3
A7.3.4 Dependencia de la presión ..........................................................................................3
A7.4
Capacidad calorífica específica ............................................................................................. 4
A7.4.1 Intervalo de temperaturas medio ..............................................................................4
A7.4.2 Intervalo de temperaturas inferior (<10°C / 50°F) ...............................................4
A7.4.3 Intervalo de temperaturas superior (>70°C / 160°F) ..........................................5
Referencias .................................................................................................................................................. 5
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VERSIÓN 5 – 05/16
MANUAL TÉCNICO DEL FORMIATO
C AB O T
A7.1Introducción
El calor puede transferirse mediante tres mecanismos:
conducción, convección y radiación. La conducción
y la convección son propiedades importantes en las
operaciones de pozos.
• La conducción es el movimiento del calor a través
de una sustancia por la colisión de moléculas. La
transferencia de calor por conducción ocurre cuando
dos objetos a diferentes temperaturas entran en
contacto uno con otro. El calor fluye hacia el objeto
más frío hasta que ambos objetos están a la misma
temperatura.
• La transferencia de calor por convección es
usualmente el método más eficiente de transferencia
de calor en los líquidos y los gases. La convección
ocurre cuando masas más calientes de un líquido o
un gas ascienden hacia zonas más frías del líquido
o gas. A medida que esto ocurre, partes más frías
del líquido o gas toman el lugar de las partes más
calientes que previamente ascendieron. Este ciclo da
como resultado un patrón de circulación continua y el
calor se transfiere hacia las áreas más frías.
Hay varios números adimensionales utilizados en los
cálculos de transferencia de calor en los fluidos:
• El número de Nusselt (Nu) es una función del diámetro
de la tubería, del coeficiente de calor convectivo y de
la conductividad térmica del fluido. Este número se
relaciona con las propiedades de transferencia de calor
de un fluido específico en un sistema específico.
• El número de Prandtl (Pr) es el número utilizado para
describir las propiedades de transferencia de calor de
un fluido y es una función de la capacidad calorífica del
fluido, de la viscosidad y de la conductividad térmica.
m n
•
número
Nu = El
C Re
Pr de Reynolds (Re) es una función de la
densidad, la viscosidad y la velocidad de circulación
de un fluido, así como del diámetro de la tubería. Este
número ayuda en la definición de un régimen de flujo
m n
Nu =para
C RehD
Pr
específico en un sistema específico.
Nu = un fluido
k
Se aplican las siguientes correlaciones:
m n
m n
Nu = Nu
C Re
hD
r
= CP
Re
P
Nu =
r
Cp µ
Cuando se comparan las propiedades de dos fluidos,
los coeficientes de transferencia de calor mayores
indican una mayor capacidad para mover el calor.
A7.2 Importancia práctica
Para aplicaciones de fluidos de perforación, son
favorables la elevada conductividad térmica y la elevada
capacidad calorífica específica, ya que contribuyen a
reducir las temperaturas de circulación del fondo del
pozo. Las bajas temperaturas de circulación del fondo
del pozo proporcionan los beneficios siguientes:
• Evitan la exposición de herramientas de adquisición
de registros y MWD a temperaturas elevadas.
• Protegen a los polímeros contra la degradación
térmica.
• Permite una igualación de temperaturas más rápida
cuando el pozo se deja estático, lo que da como
resultado una estabilización más rápida del mismo.
Esto significa que las verificaciones de flujo se
pueden terminar en un período más corto.
Los fluidos con base de agua, tales como las
salmueras de formiato, tienen una conductividad
térmica y una capacidad calorífica específica
relativamente elevadas. Por lo tanto, son mejores que
los lodos con base de petróleo (OBM) para mantener
una baja temperatura de circulación del fondo del pozo.
La experiencia de campo con fluidos de perforación con
base de formiatos ha demostrado que proporcionan
temperaturas de circulación inferiores en el fondo
del pozo que los OBM y que, cuando el pozo se deja
estático, las temperaturas se igualan mucho más rápido.
(1)
k
ρD υ
donde
Re = µ
hD hD
Nu = Nu = es el número de Nusselt, k k
ρD υ
Re = µ es el número de Reynolds,
Cp µ
Pr =
es el número de Prandtl y k
ρD υ
ρD
υ
Re = Reµ= µ
Cp µ
SECCIÓN A7
Pr = P Á G I N A 2
k = ( Q × L ) ( A × ΔkT )
CPr =µ
Donde:
h
= coeficiente de transferencia de calor
convectivo
D
= diámetro interno de la tubería
k
= coeficiente de conductividad térmica
Cp
= capacidad calorífica
ρ
= densidad del fluido
μ
= viscosidad del fluido
ν
= velocidad del fluido
C, m, n = parámetros de correlación
A7.3 Coeficiente de conductividad térmica
(2)
(3)
(4)
La conductividad térmica se define como la cantidad
de calor, Q, transmitida a través de un espesor, L, en
una dirección normal a una superficie de área A, debido
a una diferencia de temperatura ΔT, en condiciones
de estado estable y cuando la transferencia de calor
depende solamente del gradiente de temperatura.
VER S IÓ N
5
–
05 / 16
Cp µ
Pr =
S E C C I Ó N A : P kR O P I E D A D E S Q U Í M I C A S Y F Í S I C A S
C A B O T
(5)
k = (Q × L ) ( A × Δ T)
Donde:
k = coeficiente de conductividad térmica (Wm-1K-1)
Q = tasa de flujo de calor (W)
L = distancia (m)
A = área (m2)
ΔT = gradiente de temperatura (K)
A7.3.1 Intervalo de temperaturas medio
Los coeficientes de conductividad térmica han
sido medidos en 12 salmueras/mezclas de formiato
por el Thermophysical Research Laboratory (TPRL)
(Gembarovic y Taylor, 2003). Eran salmueras de
formiato de sodio de sales simples en el intervalo de
baja densidad, mezclas de salmueras de formiato
concentradas de sodio y potasio en el intervalo de
media densidad y mezclas de salmueras de formiato
concentradas de cesio y potasio en el intervalo de alta
densidad. En la Tabla 1 se muestran las composiciones
exactas de las salmueras. La Figura 1 muestra los
coeficientes de conductividad térmica en función de la
densidad del fluido a las tres temperaturas de prueba. La
Tabla 2 muestra una lista de conductividades térmicas
a 10°C / 50°F en función de la densidad de fluido con
correcciones lineales de la temperatura. Estos datos se
garantizan dentro de un error experimental de +/- 7%.
A7.3.2 Intervalo de temperaturas
inferior (<10°C / 50°F)
En la literatura, están disponibles algunos datos para
el agua (Manual CRC) y para la salmuera de formiato de
potasio de sal simple diluida que se usa en la industria
de la refrigeración (Addcon, 2007; Addcon, 2014;
Eastman, 2016). Su trazado aparece en la Figura 2 junto
con los datos del TPRL para las salmueras de la misma
densidad. La dispersión de estos datos hace difícil
determinar si la relación lineal es válida en el intervalo de
temperaturas inferior.
A7.3.3 Intervalo de temperaturas
superior (>70°C / 160°F)
No se han encontrado datos confiables para la
conductividad de las salmueras de formiato en el
intervalo de temperaturas superior. Los únicos datos que
se han encontrado son para el agua [5] y para la salmuera
de cloruro de cinc [6]. En la Figura 3, se muestran los
datos disponibles para estos sistemas de fluido. Ambos
fluidos muestran una conductividad térmica máxima
a alrededor de 140°C / 284°F. Datos anteriores de
conductividad térmica para otras soluciones acuosas
salinas han mostrado que las curvas de conductividad
térmica-temperatura a concentración constante son
paralelas a las del agua pura [6]. Es probable que este sea
también el caso para las salmueras de formiato.
A7.3.4 Dependencia de la presión
En la literatura relacionada con la conductividad térmica
de las salmueras de formiato, no hay datos disponibles
relacionados con la dependencia de la presión. Un estudio
del cloruro de cinc (hasta el 25% en peso) (Abdulagatov
y Magomedov, 1998) a presiones de hasta 100 MPa /
14.500 psi ha demostrado que la conductividad térmica
se incrementa linealmente con la presión en todas las
isotermas para cada concentración, típicamente en el
intervalo de 0,0003 a 0,0006 W/m/k/MPa. Basado en
esto, uno podría suponer que la conductividad térmica
también se incrementa con la presión en las salmueras
de formiato.
Tabla 1 Composiciones para 12 salmueras de formiatos usadas para las pruebas de las propiedades termofísicas en el
Thermophysical Properties Research Laboratory (TPRL).
Salmuera
Agua
Formiato de Na
Formiato de Na
Formiato de Na
Formiato de Na/K
Formiato de K/Na
Formiato de K/Cs
Formiato de K/Cs
Formiato de K/Cs
Formiato de Cs/K
Formiato de Cs/K
Formiato de Cs/K
Formiato de Cs/K
V ERSIÓN
5
–
[g/cm3]
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
1,50
1,60
1,70
1,80
1,90
2,00
2,10
2,20
0 5/ 16
Agua dulce
[lb/gal]
8,3
9,2
10,0
10,8
11,7
12,5
13,4
14,2
15,0
15,9
16,7
17,5
18,4
Formiato de sodio
[1,33 g/cm3 /
11,25 lb/gal]
[mL]
[g]
[mL]
71,43
42,86
14,29
-
71,43
42,86
14,29
-
28,57
57,14
85,71
77,27
31,82
-
[g]
38,57
77,14
115,71
104,32
42,95
-
Formiato de
potasio
[1,57 g/cm3 /
13,08 lb/gal]
[mL]
22,73
68,18
95,24
79,37
63,49
47,62
31,75
15,87
-
Formiato de cesio
[2,20 g/cm3 /
18,33 lb/gal]
[g]
[mL]
[g]
35,68
107,05
149,52
124,60
99,68
74,76
49,84
24,92
-
4,76
20,64
36,51
52,38
68,25
84,13
100,00
10,48
45,40
80,32
115,24
150,16
185,08
220,00
SECCIÓN A7
PÁGINA 3
MANUAL TÉCNICO DEL FORMIATO
C AB O T
Tabla 2 Coeficiente de conductividad térmica con una función de la densidad de las salmueras de formiato. Las
correlaciones de temperatura son válidas en el intervalo de temperaturas de 10 a 70°C / 50 a 160°F. Los datos están
basados en mediciones de formiato de sodio de sal única en el intervalo de baja densidad, mezclas de formiatos
de sodio y potasio concentrados en el intervalo de densidad media y mezclas de formiatos de cesio y potasio
concentrados en el intervalo de alta densidad.
UNIDADES
MÉTRICAS
Densidad
[g/cm3]
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
1,50
1,60
1,70
1,80
1,90
2,00
2,10
2,20
UNIDADES
DE CAMPO
Corrección de temperatura
K a 10°C
por 10°C
[W/(m·K)] Válido Incremento
en el intervalo de 10 a 70°C
0,584
0,014
0,555
0,013
0,524
0,013
0,492
0,011
0,462
0,010
0,434
0,009
0,410
0,008
0,389
0,007
0,373
0,007
0,361
0,006
0,351
0,006
0,344
0,006
0,338
0,005
a 50°F
Corrección de temperatura
Densidad K [BTU/
incremento por 10°F
[lb/gal] (hr·pie·°F)] Válido en
el intervalo de 50 a 160°F
8,34
1,011
0,013
8,5
1,002
0,013
9,0
0,971
0,013
9,5
0,940
0,012
10,0
0,907
0,012
10,5
0,874
0,011
11,0
0,841
0,011
11,5
0,809
0,010
12,0
0,779
0,009
12,5
0,751
0,009
13,0
0,725
0,008
13,5
0,702
0,008
14,0
0,681
0,007
14,5
0,662
0,007
15,0
0,646
0,007
15,5
0,632
0,006
16,0
0,621
0,006
16,5
0,610
0,006
17,0
0,602
0,006
17,5
0,595
0,005
18,0
0,589
0,005
18,35
0,585
0,005
La capacidad calorífica específica (Cp) de una
sustancia se define como la capacidad calorífica por
unidad de masa, la cual es la cantidad de energía
requerida para elevar la temperatura de un kilogramo
de sustancia en un grado Kelvin. El agua tiene la mayor
capacidad calorífica de todas las sustancias comunes.
Magomedov, 1998). Eran salmueras de formiato de
sodio de sales simples en el intervalo de baja densidad,
mezclas de salmueras de formiato concentradas de
sodio y potasio en el intervalo de media densidad y
mezclas de salmueras de formiato concentradas de
cesio y potasio en el intervalo de alta densidad. En la
Tabla 1 se muestran las composiciones exactas de las
salmueras. Los datos, los cuales se midieron con un
instrumento Perkin-Elmer DSC-2, tienen una validez
garantizada dentro de un error experimental de +/- 7%
en el intervalo de temperaturas de 10 a 70°C / 50 a
160°F. Dentro de este intervalo de temperaturas, se
encontró que la dependencia de la temperatura era
insignificante en comparación con la dependencia de la
composición de la salmuera.
A7.4.1 Intervalo de temperaturas medio
En la Tabla 3 y la Figura 4, se muestra la capacidad
calorífica específica como una función de la densidad
de la salmuera de formiato. Los datos están basados en
mediciones efectuadas por el Thermophysical Research
Laboratory (TPRL) en salmueras que cubren todo el
intervalo de densidad de los formiatos (Abdulagatov y
A7.4.2 Intervalo de temperaturas inferior
(<10°C / 50°F)
En la literatura, están disponibles algunos datos
de capacidad calorífica específica para salmueras
de formiato de potasio de sal simple diluidas que
se usan en la industria de la refrigeración (Addcon,
2007; Addcon, 2014; Eastman, 2016). Estos datos se
A7.4 Capacidad calorífica específica
La capacidad calorífica es una cantidad física que
caracteriza la capacidad de un cuerpo para almacenar
calor. Se define como la cantidad de calor requerida en
las condiciones y el estado del cuerpo (principalmente,
la temperatura) dados para aumentar la temperatura en
un grado.
PÁGINA 4
SECCIÓN A7
VER S IÓ N
5
–
05 / 16
SECCIÓN A: PROPIEDADES QUÍMICAS Y FÍSICAS
C A B O T
Tabla 3 Capacidad calorífica como una función de la densidad de la salmuera para salmueras de formiato. Los datos
están basados en los datos de capacidad calorífica medidos en formiato de sodio de sal simple diluida en el intervalo
de baja densidad, mezclas de salmueras de formiatos de sodio y potasio concentradas en el intervalo de densidad
media y mezclas de salmueras de formiatos de cesio y potasio concentradas en el intervalo de alta densidad. La
dependencia de la temperatura es insignificante en el intervalo de temperaturas en el que se realizaron las mediciones,
es decir, de 10 a 70°C / 50 a 160°F.
UNIDADES
MÉTRICAS
Densidad
[g/cm3]
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
2,1
2,2
Cp
[J/(g·K)]
4,18
3,84
3,42
2,99
2,60
2,27
2,02
1,82
1,68
1,57
1,49
1,43
1,38
UNIDADES
DE CAMPO
Densidad
[lb/gal]
8,34
8,50
9,00
9,50
10,00
10,50
11,00
11,50
12,00
12,50
13,00
13,50
14,00
14,50
15,00
15,50
16,00
16,50
17,00
17,50
18,00
18.35
Cp
[BTU/(lb·°F)]
0,999
0,985
0,936
0,879
0,818
0,755
0,695
0,638
0,588
0,543
0,505
0,472
0,444
0,421
0,401
0,385
0,371
0,360
0,350
0,342
0,335
0.331
muestran en la Figura 5 junto con los datos medidos
por el TPRL. Ambos conjuntos de datos, que indican
una ligera disminución en la capacidad calorífica con
la disminución de la temperatura, parecen mostrar
algo más de dependencia de la temperatura, también
en el intervalo de temperaturas medio. Esto no es
consistente con las mediciones realizadas por el TPRL
ni con los datos de referencia acerca del agua. Por lo
tanto, la confiabilidad de estos conjuntos de datos es
dudosa. Sin embargo, los datos indican que la salmuera
de formiato de potasio diluida tiene una capacidad
calorífica inferior a la salmuera de formiato de sodio
diluida de la misma densidad.
A7.4.3 Intervalo de temperaturas superior
(>70°C / 160°F)
No hay datos disponibles de la capacidad calorífica
específica de los formiatos en el intervalo de
temperaturas superior. En el gráfico de la Figura 5, se
reflejan los datos de referencia disponibles para el agua
hasta 100°C / 212°F (Gembarovic y Taylor, 2003) junto
con los datos de la capacidad calorífica provenientes
del TPRL. A partir de esto, uno podría esperar que,
V ERSIÓN
5
–
0 5/ 16
al menos para las salmueras de formiato de baja
densidad, también en el intervalo de temperaturas
superior, la dependencia de la temperatura sea
despreciable en comparación con la dependencia de la
composición/densidad de la salmuera.
Referencias
Abdulagatov, I.M. y Magomedov, U.B. 1998. “Thermal
Conductivity of Aqueous ZnCl2 Solutions at High
Temperatures and High Pressures”, Ind. Eng. Chem.
Res., 37, 4883 – 4888.
Addcon 2007. “HYCOOL 50 Especificación del Producto”.
Addcon 2014. “HYCOOL 20 Especificación del Producto”.
CRC Press 1980. “Handbook of Chemistry and Physics”,
60va edición.
Eastman 2016. “Freezium™ -60°C Hoja de datos del
Material”.
Gembarovic, J. y Taylor, R.E.: “Thermophysical
Properties of Twelve Water Solutions”, informe # 2965,
Thermophysical Research Laboratory Inc., Abril 2003.
JacobCHR: Referencia para el agua (de jjj.JacobCHR.com
acceso en Septiembre 2013).
SECCIÓN A7
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MANUAL TÉCNICO DEL FORMIATO
C AB O T
UNIDADES MÉTRICAS
Conductividad térmica versus densidad
0,70
Conductividad térmica versus densidad
k [W/(m·K)]
térmicatérmica
Conductividad
k [W/(m·K)]
Conductividad
0,70
0,65
NaFo
0,65
0,60
NaFo
NaKFo
0,60
0,55
0,55
0,50
10°C
0,50
0,45
10°C
22°C
NaKFo
66°C
22°C
66°C
KCsFo
KCsFo
0,45
0,40
0,40
0,35
0,35
0,30
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,7
1,8
1,9
2,0
2,1
2,2
1,4
Densidad [g/cm3]
1,7
1,6
1,5
1,8
1,9
2,0
2,1
2,2
0,30
1,0
1,1
1,2
1,3
1,6
Densidad [g/cm ]
3
Conductividad térmica versus densidad
UNIDADES
1,2 DE CAMPO
k [BTU/(hr·pie·°F)]
térmicatérmica
Conductividad
k [BTU/(hr·pie·°F)]
Conductividad
Conductividad térmica versus densidad
NaFo
1,2
1,1
NaFo
1,1
1,0
NaKFo
1,0
0,9
50°F
0,9
0,8
50°F
72°F
NaKFo
151°F
72°F
KCsFo
151°F
0,8
0,7
KCsFo
0,7
0,6
0,6
0,5
8
9
10
11
12
0,5
8
9
10
11
12
13
14
Densidad [lb/gal]
14
13
15
16
17
18
19
15
16
17
18
19
Densidad [lb/gal]
Figura 1 Coeficiente de conductividad térmica (unidades métricas y unidades de campo) como una función de la
densidad del formiato. Los datos están basados en formiato de sodio de sal única en el intervalo de baja densidad,
mezclas de formiato de sodio y potasio concentrados en el intervalo de densidad media y mezclas de formiato de cesio
y potasio concentradas en el intervalo de alta densidad.
PÁGINA 6
SECCIÓN A7
VER S IÓ N
5
–
05 / 16
SECCIÓN A: PROPIEDADES QUÍMICAS Y FÍSICAS
UNIDADES MÉTRICAS
C A B O T
Dependencia de la conductividad térmica con la temperatura
(bajas temperaturas, salmueras de baja densidad)
0,70
Dependencia de la conductividad térmica con la temperatura
(bajas temperaturas, salmueras de baja densidad)
Conductividad
Conductividad
térmicatérmica
k [W/(m·K)]
k [W/(m·K)]
0,70
0,65
Agua – Manual CRC
Agua 1,00g/cm3
Agua – Manual CRC
NaFo 1,10 g/cm33
Agua 1,00g/cm
0,65
0,60
NaFo 1,20 g/cm33
NaFo 1,10 g/cm
0,60
0,55
NaFo 1,30 g/cm33
NaFo 1,20 g/cm
0,55
0,50
K/NaFo 1,50 g/cm33
Na/KFo 1,40 g/cm
3
Na/KFo 1,40 g/cm
NaFo 1,30 g/cm3
KFo 1,19 g/cm3 (HYCOOL 20)
K/NaFo 1,50 g/cm3
0,50
0,45
KFo 1,35 g/cm33 (HYCOOL 50)
KFo 1,19 g/cm (HYCOOL 20)
KFo 1,34 g/cm33 (Freezium)
KFo 1,35 g/cm (HYCOOL 50)
0,45
0,40
-50
-40
-30
-20
-10
0
0,40
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Temperatura [°C]
10
20
30
40
50
60
70
80
KFo 1,34 g/cm3 (Freezium)
Temperatura [°C]
Dependencia de la conductividad térmica con la temperatura
(bajas temperaturas, salmueras de baja densidad)
UNIDADES DE CAMPO
Dependencia de la conductividad térmica con la temperatura
(bajas temperaturas, salmueras de baja densidad)
1,20
Conductividad
Conductividad
térmicatérmica
k [BTU/(hr·ft·°F)]
k [BTU/(hr·ft·°F)]
1,15
1,20
Agua – Manual CRC
1,10
1,15
Agua 8,3 lb/gal
Agua – Manual CRC
1,05
1,10
NaFo
Agua 9,2
8,3lb/gal
lb/gal
1,00
1,05
NaFo 10,0 lb/gal
NaFo 9,2 lb/gal
0,95
1,00
NaFo 10,8 lb/gal
NaFo 10,0 lb/gal
0,90
0,95
Na/KFo 11,7 lb/gal
NaFo 10,8 lb/gal
0,85
0,90
K/NaFo 12,5 lb/gal
Na/KFo 11,7 lb/gal
0,80
0,85
KFo 10,0 lb/gal (HYCOOL 20)
K/NaFo 12,5 lb/gal
0,75
0,80
KFo 11,3 lb/gal (HYCOOL 50)
KFo 10,0 lb/gal (HYCOOL 20)
0,70
0,75
KFo 11,1 lb/gal (Freezium)
KFo 11,3 lb/gal (HYCOOL 50)
0,65
0,70
-60
-40
-20
0
20
-60
-40
-20
0
20
0,65
40
60
80
100
120
140
160
Temperatura [°F]
40
60
80
100
120
140
160
KFo 11,1 lb/gal (Freezium)
Temperatura [°F]
Figura 2 Comparación de datos de conductividad térmica para salmueras de formiatos de baja densidad
(1,0 a 1,35 g/cm3 / 8,34 a 11,3 lb/gal) en los intervalos de temperaturas bajo y medio.
V ERSIÓN
5
–
0 5/ 16
SECCIÓN A7
PÁGINA 7
MANUAL TÉCNICO DEL FORMIATO
C AB O T
UNIDADES MÉTRICAS
M E T R IC
M E T R IC
Dependencia de la temperatura con la
conductividad
(altas temperaturas)
Dependenciatérmica
de la temperatura
con la
conductividad térmica (altas temperaturas)
0,70
0,70
Conductividad
térmica
k [W/(m·K)]
Conductividad
térmica
k [W/(m·K)]
0,65
0,65
0,60
0,60
0,55
0,55
0,50
0,50
0,45
0,45
0,40
0,40
0,35
0,35
0,30
0,30 0
0
20
20
40
40
60
60
80
100
120
1 40
80 Temperatura
100
120[°C] 1 40
Temperatura [°C]
1 80
1 80
200
200
220
220
Dependencia de la temperatura con la
conductividad
(altas temperaturas)
Dependenciatérmica
de la temperatura
con la
conductividad térmica (altas temperaturas)
UNIDADES DE CAMPO
1,2
1,2
Conductividad
térmica
k [BTU/(hr·ft·°F)]
Conductividad
térmica
k [BTU/(hr·ft·°F)]
160
160
Agua – Manual CRC
Referencia
del agua
Agua
– Manual
CRC
Agua 8,3 lb/gal
Referencia
del agua
NaFo 8,3
9,2 lb/gal
Agua
10,0lb/gal
lb/gal
NaFo 9,2
10,8 lb/gal
NaFo 10,0
Na/KFo
11,7lb/gal
lb/gal
NaFo
10,8
K/NaFo 11,7
12,5lb/gal
lb/gal
Na/KFo
K/CsFo 12,5
13,4 lb/gal
lb/gal
K/NaFo
14,2 lb/gal
K/CsFo 13,4
15,0 lb/gal
lb/gal
K/CsFo 14,2
Cs/KFo 15,0
15,9 lb/gal
K/CsFo
16,7 lb/gal
Cs/KFo 15,9
17,5 lb/gal
Cs/KFo 16,7
18,3lb/gal
lb/gal
Cs/KFo 17,5
ZnCl2 1518,3
wt%lb/gal
Cs/KFo
ZnCl
ZnCl2 15
25wt%
wt%
1,1
1,1
1,0
1,0
0,9
0,9
0,8
0,8
0,7
0,7
Thermal
0,6 Conductivity, k [BTU/hr/ft/F]
Thermal
0,6 Conductivity, k [BTU/hr/ft/F]
0,5
0,5 0
0
Agua – Manual CRC
Referencia
del agua
Agua
– Manual
CRC
3
Referencia
del agua
Agua 1,00 g/cm
NaFo 1,00
1,10 g/cm
Agua
g/cm33
NaFo 1,10
1,20g/cm
g/cm33
1,30 g/cm33
NaFo 1,20
3 3
NaFo
g/cm
Na/KFo1,30
1,40
g/cm
Na/KFo
K/NaFo 1,40
1,50 g/cm3
K/CsFo
1,60
K/NaFo 1,50 g/cm3
K/CsFo 1,60
1,70 g/cm3
K/CsFo 1,80
1,70 g/cm3
Cs/KFo 1,80
1,90 g/cm
g/cm33
K/CsFo
Cs/KFo 1,90
2,00g/cm
g/cm33
Cs/KFo 2,00
2,10 g/cm
g/cm33
2,20g/cm
g/cm33
Cs/KFo 2,10
Cs/KFo
wt%g/cm3
ZnCl 2 152,20
ZnCl 22 15
25wt%
wt%
ZnCl 2 25 wt%
2
50
50
100
100
150
150
200
250
200
250
Temperatura
[°F]
Temperatura [°F]
300
300
350
350
400
400
450
450
ZnCl2 25 wt%
Figura 3 Conductividad térmica para varios sistemas de agua y salmuera como una función de la temperatura en el
intervalo de temperaturas superior. Los datos del agua y del cloruro de cinc están tomados de la literatura.
PÁGINA 8
SECCIÓN A7
VER S IÓ N
5
–
05 / 16
SECCIÓN A: PROPIEDADES QUÍMICAS Y FÍSICAS
C A B O T
UNIDADES MÉTRICAS
Cp versus densidad 10 a 70°C
Capacidad
Capacidad
de calordeespecífica
calor específica
Cp [J/(g·K)]
Cp [J/(g·K)]
4,5
Cp versus densidad 10 a 70°C
4,5
4,0
NaFo
4,0
3,5
NaFo
3,5
3,0
NaKFo
3,0
2,5
NaKFo
2,5
2,0
KCsFo
2,0
1,5
KCsFo
1,5
1,0
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
1,0
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
1,80
1,90
2,00
2,10
2,20
1,80
1,90
2,00
2,10
2,20
Cp versus densidad 50 a 100°F
UNIDADES DE CAMPO
1 ,1
Capacidad
Capacidad
de calordeespecífica
calor específica
Cp [BTU/(lb·°F)]
Cp [BTU/(lb·°F)]
1,50
1,60
1,70
Densidad [g/cm3]
1,50
1,60
1,70
Densidad [g/cm3]
Cp versus densidad 50 a 100°F
,1
11 ,0
1 ,0
0,9
NaFo
0,9
0,8
NaFo
0,8
0,7
NaKFo
0,7
0,6
NaKFo
0,6
0,5
KCsFo
0,5
0,4
KCsFo
0,4
0,3
8
9
10
11
12
0,3
8
9
10
11
12
13
14
Densidad [lb/gal]
13
14
15
16
17
18
19
15
16
17
18
19
Densidad [lb/gal]
Figura 4 Capacidad calorífica como una función de la densidad de salmueras de formiato típicas. Las salmueras son
de formiato de sodio de sal simple diluidas en el intervalo de densidades más bajo (curva roja), mezclas de formiato
de sodio saturadas y formiato de potasio saturadas en el intervalo de densidades medio (curva púrpura) y mezclas de
formiatos de potasio saturadas y formiato de cesio saturadas en el intervalo de densidades superior (curva negra) y son
válidas solamente para estas salmueras y mezclas exactamente. La dependencia de la temperatura es insignificante
dentro del intervalo de temperaturas en el que se realizaron las mediciones, es decir, de 10 a 70°C / 50 a 160°F.
V ERSIÓN
5
–
0 5/ 16
SECCIÓN A7
PÁGINA 9
MANUAL TÉCNICO DEL FORMIATO
C AB O T
UNIDADES MÉTRICAS
Capacidad calorífica específica versus temperatura
Capacidad calorífica específica versus temperatura
Capacidad
de calor
Cp [J/(g·K)]
Capacidad
deespecífica
calor específica
Cp [J/(g·K)]
4,2
4,0
4,2
3,8
4,0
3,6
3,8
3,4
3,6
3,2
3,4
3,0
3,2
2,8
3,0
2,6
2,8
2,4
2,6
2,2
2,4
2,0
2,2
1,8
2,0
1,6
1,8
1,4
1,6
1,2
1,4 - 50 -40 -30 -20 -10
1,2
- 50 -40 -30 -20 -10
0
10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Temperatura [°C]
20 30 40
50
60
70
80
90
100
Capacidad calorífica específica versus temperatura
UNIDADES DE CAMPO
1 ,1
Capacidad calorífica específica versus temperatura
11,0
,1
Capacidad
de calor
Cp [BTU/(lb·°F)]
Capacidad
deespecífica
calor específica
Cp [BTU/(lb·°F)]
Agua 1,00 g/cm3
Agua – Manual3CRC
NaFo 1,10 g/cm
Agua 1,00 g/cm33
NaFo 1,20 g/cm
NaFo 1,10 g/cm3 3
NaFo 1,30 g/cm
NaFo 1,20 g/cm3 3
Na/KFo 1,40 g/cm
NaFo 1,30 g/cm3 3
K/NaFo 1,50 g/cm
Na/KFo 1,40 g/cm33
K/CsFo 1,60 g/cm
K/NaFo 1,50 g/cm33
K/CsFo 1,70 g/cm
K/CsFo 1,60 g/cm33
K/CsFo 1,80 g/cm
K/CsFo 1,70 g/cm33
Cs/KFo 1,90 g/cm
K/CsFo 1,80 g/cm3 3
Cs/KFo 2,00 g/cm
Cs/KFo 1,90 g/cm33
Cs/KFo 2,10 g/cm
Cs/KFo 2,00 g/cm33
Cs/KFo 2,20 g/cm
3
Cs/KFo 2,10 g/cm
KFo1,19 g/cm3 (HYCOOL 20)
Cs/KFo 2,20 g/cm3
KFo1,35 g/cm3 (HYCOOL 50)
KFo1,19 g/cm3 (HYCOOL 20)
KFo1,34 g/cm3 (Freezium)
KFo1,35 g/cm3 (HYCOOL 50)
KFo1,34 g/cm3 (Freezium)
Temperatura [°C]
1,0
0,9
0,9
0,8
0,8
0,7
0,7
0,6
0,6
0,5
0,5
0,4
0,4
0,3
0,3
0,2
- 60 - 40 - 20
0,2
- 60 - 40 - 20
Agua – Manual CRC
0
0
20
40
100
120
140
160
180
200
20
Temperatura [°F]
40
60
80
100
60
80
120
140
160
180
200
Temperatura [°F]
Agua – Manual CRC
Agua 8,3 lb/gal
Agua – Manual CRC
NaFo 9,2 lb/gal
Agua 8,3 lb/gal
NaFo 10,0 lb/gal
NaFo 9,2 lb/gal
NaFo 10,8 lb/gal
NaFo 10,0 lb/gal
Na/KFo1 1,7 lb/gal
NaFo 10,8 lb/gal
K/NaFo12,5 lb/gal
Na/KFo1 1,7 lb/gal
K/CsFo13,4 lb/gal
K/NaFo12,5 lb/gal
K/CsFo14,2 lb/gal
K/CsFo13,4 lb/gal
K/CsFo15,0 lb/gal
K/CsFo14,2 lb/gal
Cs/KFo15,9 lb/gal
K/CsFo15,0 lb/gal
Cs/KFo16,7 lb/gal
Cs/KFo15,9 lb/gal
Cs/KFo17,5 lb/gal
Cs/KFo16,7 lb/gal
Cs/KFo 18,3 lb/gal
Cs/KFo17,5 lb/gal
KFo 1 0,0 lb/gal (HYCOOL 20)
Cs/KFo 18,3 lb/gal
KFo 1 1,3 lb/gal (HYCOOL 50)
KFo 1 0,0 lb/gal (HYCOOL 20)
KFo 1 1,2 lb/gal (Freezium)
KFo 1 1,3 lb/gal (HYCOOL 50)
KFo 1 1,2 lb/gal (Freezium)
Figura 5 Comparación de datos de capacidad calorífica específica del Manual CRC (referencia del agua), del TPRL y de otros
datos de capacidad calorífica disponibles en relación con salmueras de formiato como una función de la temperatura.
PÁGINA 10
SECCIÓN A7
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