¬¬PROGRAMAÇÃO DE MÓDULOS DE CÁLCULOS DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DO PETRÓLEO

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PROGRAMAÇÃO DE MÓDULOS DE CÁLCULOS DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DO PETRÓLEO1
Iolanda Bezerra Gomes Lins2
Kílvia Mairla Gonçalves Trigueiro3
Herbert Senzano Lopes4
RESUMO
O conhecimento das propriedades físicas do petróleo é de interesse para a indústria petrolífera, desde o reservatório ao refino. Com a análise deste estudo é possível observar quanto de óleo está presente, e pode ser recuperado. Tendo em vista uma necessidade de encontrar resultados destes parâmetros de forma rápida e precisa, a tecnologia é vital para este estudo. Neste sentido, uma ferramenta computacional foi utilizada para prever com precisão as propriedades físicas através de cálculos. O presente trabalho tem como objetivo apresentar um módulo rápido e econômico para realização destes cálculos, empregando uma ferramenta computacional que auxilie o usuário na determinação das propriedades do óleo. Foi utilizada a linguagem de programação Visual Basic Applications (VBA) em Microsoft Excel 2016. A plataforma UniSim® Design foi usada para fazer a caracterização do óleo, que posteriormente alimenta-se a planilha Excel, outrossim, realizando os cálculos e apresentando fins precisos. Os resultados obtidos através da planilha foram validados a partir de dados da literatura, mostrando que esta ferramenta é de grande utilidade em relação à definição de parâmetros das propriedades físicas. Em suma, além de se apresentar confiável em seus cálculos, mostrou ser de fácil manuseio e eficiente, facilitando o trabalho em vários casos. 
Palavras-chaves: Propriedades físicas, VBA, Excel, UniSim® Design.
INTRODUÇÃO 
O avanço vertiginoso da tecnologia durante o último século gerou uma evolução contínua nos planos de estudo da engenharia, incorporando a disciplina de tecnologia computacional (ARMSTRONG, 2006). A produção de petróleo é viabilizada em decorrência de tecnologias aplicadas, onde há necessidade de uma simulação que detecta informações para computadores que distribuem aos mecanismos de ação. É graças ao avanço tecnológico que hoje em dia há equipamentos que buscam informações com precisão para calcular parâmetros necessários para determinar a qualidade do petróleo. Decidir o método de caracterização e os parâmetros de entrada depende muito do conhecimento do usuário e da experiência nesta área (RIAZI, 2005). 
Neste sentido, a previsão de comportamento das fases é essencial para o desenvolvimento e otimização da produção. É uma técnica que através de módulos, permite calcular parâmetros necessários para determinar a qualidade do fluido. A proposta de um módulo rápido e econômico visa fornecer informações para o ajuste dos cálculos das propriedades físicas do petróleo, possibilitando uma otimização no processo, visando reduzir custos com treinamentos e minimizando que os operadores tenham dificuldades operacionais. Os programas computacionais são elaborados na área petrolífera com o objetivo de aprimorar cálculos, acelerando a obtenção de resultados.
A realização deste trabalho necessita de uma boa base em métodos numéricos e linguagem de programação, sendo necessário utilizar uma ferramenta computacional na linguagem de programação Visual Basic Applications (VBA) no aplicativo Microsoft Excel 2016 para prever com precisão as propriedades físicas dos fluidos. Atualmente, o número de programas comerciais que realizam cálculos de propriedades termodinâmicas de fluidos de petróleo é relevante, tais como: PVTsim (Calsep), PVTPro (Schlumberger), HYSYS® (AspenTech) e Wimprop (CMG). No entanto, a disponibilidade dos mesmos depende da compra de licenças caras, sejam acadêmicas ou profissionais, dificultando assim o acesso de softwares (CARMO, 2009). Para isso, é proposta a utilização de um método de fácil manuseio, intuitivo e confiável, onde não há necessidade de gastos com licenças, para o usuário, facilitando o trabalho nas condições investigativas das propriedades físicas do óleo.
2. DENSENVOLVIMENTO
Para a caracterização do óleo utilizou-se como plataforma o simulador comercial de processos químicos UniSim® Design, é um software de simulação de processo, que apresenta um pacote de dados capaz de fornecer as características físicas do óleo em estudo, facilitando a conversão de seu modelo de processo de estado estacionário em um modelo dinâmico de simulações de processos de petróleo e gás. É amplamente utilizado para localização de falhas e melhorias operacionais. 
O Visual Basic Applications (VBA) é uma ferramenta que pode ser utilizada no Microsoft Excel, atuando como uma linguagem de programação, no caso específico do Excel, o VBA permite a realização de cálculos, encontrando a solução dos cálculos de maneira mais significativa e eficaz.
2.1 CORRELAÇÕES PARA O CÁLCULO DAS PROPRIEDADES
As equações que serão abordadas para a realização dos cálculos das propriedades físicas são: 
 
 
2.2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
	Inicialmente foi feita toda uma revisão bibliográfica na literatura através de livros, artigos e sites. Sendo possível a partir do estudo, selecionar as equações para determinar as propriedades do óleo com a utilização da ferramenta computacional utilizada. 
2.3 CARACTERIZAÇÕES DO ÓLEO
	A caracterização do óleo foi realizada através de dados da Empresa Oil and Gas , utilizando a plataforma de simulação UniSim® Design, adicionando dados preliminares do óleo, da tabela 1 aplicados na figura 1, tabela 2 aplicados na figura 2 e tabela 3 aplicados na figura 3. As tabelas 1, 2 e 3 mostram, respectivamente, os valores da densidade, composição dos componentes mais leves e curva de destilação:
Tabela 1 – Densidade API
Fonte: Autores
	Item
	Quantidade
	Etano
	 0,0243
	Metano
	 0,1890
	i-butano
	 0,1240
	n-butano
	 0,5082
	
	
	
Tabela 2 – Composição dos componentes
Fonte: Autores
 
	Item
	Quantidade
	Percentual
	Teoria social
	22
	7,9%
	Método
	34
	12,3%
	Questão
	54
	19,5%
	Raciocínio
	124
	44,8%
	Método de amostragem
	33
	11,9%
	Força
	10
	3,6%
Tabela 3 – Curva de destilação
Fonte: Autores
Figura 1 – Utilização do simulador UniSim® Design para aplicar Densidade API
Fonte: Autores
Figura 2 – Aplicação da composição dos componentes mais voláteis
Fonte: Autores
Figura 3 – Aplicação dos elementos da curva de destilação
Fonte: Autores
2.4 DESENVOLVIMENTOS NA PLANILHA EXCEL
A partir das informações gerados no UniSim® Design, como mostra a figura 4, foi possível desenvolver uma planilha no Excel, na figura 5, para calcular todas as propriedades físicas do óleo.
Figura 4 – Componentes das propriedades físicas
Fonte: Autores
Figura 5 – Banco de dados das propriedades físicas do óleo
Fonte: Autores
2.5 VBA
	Os cálculos das propriedades físicas foram adicionados em uma rotina de programação no VBA, a partir dos dados gerados na planilha Excel pela caracterização do óleo, com o intuito de se criar um código que irá executar uma determinada ação, sem retomar nada como resultado. Essa unidade do código é basicamente um macro, onde um conjunto de instruções devem ser executadas de forma lógica para se obter um determinado resultado. Como mostrado na figura 6, o início do código deve ser definido começando com “SUB”, que é redigido quando se deseja que a aplicação efetue uma determinada tarefa. O próximo passo é declarar as variáveis através do seu escopo e do seu tipo de dados. Escopo é o espaço onde as variáveis poderiam ser empregadas. O escopo usado é o “DIM”, que fundamentalmente tem a função de declarar as variáveis que vão ser utilizadas, junto ao tipo de dados que esse escopo aceitará, no caso, “AS VARIANT”, permitindo o armazenamento de qualquer tipo de dado. Em seguida, na figura 7, utilizamos a estrutura “FOR” para repetir um trecho de código por um determinado número de vezes, por meio das variáveis, que de acordo com a lógica estabelecida no código,servirá de contador variando de um valor inicial definido até um valor final. Depois foi captado alguns dados da planilha através do “WORKSHEETS” que em conjunto com “CELLS” refere-se, respectivamente, a uma determinada planilha ou objeto particular no Excel, e a referência de uma célula pelos índices numéricos (linha, coluna). Feito isso, foi incrementado todas as propriedades físicas do petróleo e suas respectivas fórmulas. Logo após, na figura 8, usou-se novamente os objetos “WORKSHEETS” e “CELLS” para referenciar qual seria a planilha, a linha e a coluna em que os resultados dos cálculos apareceriam. Posteriormente, utilizou-se o “NEXT” que é necessário parar finalizar a definição do for. Seguidamente, finalizou-se o código com “END SUB”, para o fim da tarefa. E por fim, adicionaram-se dois botões de acesso, um para calcular/executar e outro para limpar o código.
Figura 6 – Início do código / Declaração das variáveis
Fonte: Autores
Figura 7 - Aplicação das fórmulas das propriedades físicas do óleo
Fonte: Autores
Figura 8 – Referencial da planilha, linhas e colunas / Finalização do código
Fonte: Autores
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Nas tabelas 4, 5 e 6, serão expostos e abordados os resultados da caracterização das propriedades físicas do óleo, examinadas no sentido de expor um módulo rápido e econômico para realização de cálculos, bem como uma ferramenta que auxilie o usuário na caracterização deste óleo.
	Pseudo-componente
	TCq (K)
	lnPCq
	PCq (bar)
	PCq (psia)
	TVABPrq
	PVABPrq
	Kw
	ωq
	Vmq (cm3/mol)
	hν
	βν
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	a
	850,13
	2,68
	14,65
	212,48
	0,79
	0,07
	11,33
	0,88
	380,71
	9,82
	-3,92
	b
	890,54
	2,53
	12,51
	181,41
	0,81
	0,08
	11,41
	1,00
	442,92
	10,40
	-3,76
	c
	925,78
	2,34
	10,39
	150,72
	0,83
	0,10
	11,59
	1,12
	523,07
	11,07
	-3,55
	d
	959,10
	2,18
	8,89
	128,90
	0,84
	0,11
	11,69
	1,23
	603,13
	11,68
	-3,35
Tabela 4 – Propriedades físicas do óleo 
Fonte: Autores
	Pseudo-componente
	mν
	a
	b
	γν
	lnPvaporq
	Prqvapor
	∆Hvapq (J/mol)
	Acond
	λq
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	a
	1,88
	0,33
	0,70
	0,53
	-2,67
	0,07
	6,43E+04
	0,62
	0,36
	b
	1,98
	0,31
	0,69
	0,64
	-2,51
	0,08
	7,04E+04
	0,58
	0,32
	c
	2,11
	0,29
	0,67
	0,77
	-2,33
	0,10
	7,67E+04
	0,54
	0,29
	d
	2,22
	0,27
	0,66
	0,90
	-2,17
	0,11
	8,25E+04
	0,51
	0,26
Tabela 5 – Propriedades físicas do óleo
Fonte: Autores
	Pseudo-componente
	Dqmis (cm2/s)
	Dqmis (m2/s)
	
	
	
	a
	3,09E-08
	3,09E-12
	b
	2,82E-08
	2,82E-12
	c
	2,55E-08
	2,55E-12
	d
	2,34E-08
	2,34E-12
Tabela 6 – Propriedades físicas do óleo
Fonte: Autores
Após a realização deste processo elaboramos um comparativo, mostrado na tabela 7, entre algumas propriedades físicas do óleo e do DIPPR, que é a principal colaboração de pesquisa em dados de propriedades físicas (DIPPR, 2018). Como foi mostrado na tabela 1, o presente trabalho realiza uma análise para óleo ele, assim, o DIPPR necessita de uma quantidade de carbono para realização do comparativo. Aplicando no programa a concentração ideal para óleos leve, utilizando C10, obtivemos os seguintes resultados satisfatórios: 
	
	PROPRIEDADES
	VALOR DIPPR
	MÉDIA VALOR AUTORES
	Massa Molar (kg/kmol)
	130,189
	243
	Temperatura Crítica (K)
	703
	754,26
	Fator Acêntrico
	0,33
	0,72
	Volume Líquido Molar (m³/kmol)
	0,13
	0,18
Tabela 7 - Comparativo das propriedades físicas do óleo com DIPPR
Fonte: Autores
4. CONCLUSÃO
A utilização do software UniSim® Design para atingir resultados da caracterização do óleo, foram de suma importância, dado que os pseudo-componentes estão criados em grupos (A, B, C, D), possibilitando desta forma os cálculos das propriedades físicas do óleo. 
O uso da ferramenta Microsoft Excel 2016 foi indispensável e de grande relevância na construção das funções desenvolvidas com algumas correlações propostas na literatura, por meio da incrementação de hábitos que solucionaram as equações das propriedades físicas, facilitando a otimização do processo.
O objetivo geral desse trabalho atingiu um resultado satisfatório, no qual a ferramenta computacional da linguagem de programação VBA no Excel é avaliado como desfecho final, visto que a simulação pressupõe com exatidão o cálculo das propriedades físicas do óleo, acelerando a obtenção dos resultados, sendo um método acessível, transparente e seguro. O programa pode ser usado por qualquer pessoa, porém tornando-se mais interessante para alunos, pesquisadores e pessoas que trabalham na área de Engenharia do Petróleo.
ABSTRACT
Knowledge of the physical properties of petroleum is of interest to the oil industry, from reservoir to refining. With the analysis of this study it is possible to observe how much oil is present, and can be recovered. In view of a need to find results of these parameters quickly and accurately, technology is vital to this study. In this sense, a computational tool was used to accurately predict physical properties through calculations. The present work aims to present a fast and economical module to perform these calculations, using a computational tool that helps the user to determine the properties of the oil. The Visual Basic Applications (VBA) programming language was used in Microsoft Excel 2016. The UniSim® Design platform was used to characterize the oil, which is then fed to the Excel spreadsheet, also performing the calculations and presenting precise purposes. The results obtained through the spreadsheet were validated from literature data, showing that this tool is very useful in relation to the definition of physical properties parameters. In short, besides being reliable in its calculations, it proved to be easy to handle and efficient, facilitating the work in several cases.
Keywords: Physical properties: VBA, Excel, UniSim® Design
	
REFERÊNCIAS
AICHE, DIPPR. Design Institute for Physical Properties. Disponível em: < https://www.aiche.org/dippr>. Acesso em: 7 de nov. de 2018.
AMIN, M. B.; MADDOX, R. N. Estimating Viscosity versus Temperature. Hydrocarbon Process, v. 59, p. 131, 1980.
ARMSTRONG, R. A., Vision of the Chemical Engineering Curriculum of the Future, J. Chem. Educ., 40 (2), 104–109, 2006.
CARMO, Frederico Ribeiro do. Desenvolvimento de ambiente computacional para cálculos termodinâmicos de substâncias puras e misturas e modelagem de equilíbrio líquido-vapor a pressões baixas e moderadas utilizando equações de estado cúbicas. 2009. 89p. Monografia (Graduação) – Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza.
O´DONNELL, R. J. Predict thermal expansion of petroleum. Hydrocarbon Processing, California, v. 59, p.229-231, 1980.
PERRY, R.H.; CHILTON, C.H. 1980, Manual de Engenharia Química, Seção 13. Ed. Guanabara dois. Rio de Janeiro, 1980.
POLING, B. E.; PRAUSNITZ, J. M.; O’CONNELL, J. P. The Properties of Gases and Liquids. McGraw-Hill, 2004.
RIAZI, M. R., “Characterization and Properties of Petroleum Fractions,” MNL50, ASTM International, Conshohocken, U.S.A., 2005, pp. 435. 
WAUQUIER, J. P. 1 Pétrole brut Produits pétroliers Schémas de fabrication. Le Raffinage du Pétrole. Éditions Technip, Paris, 1994.
1 Artigo apresentado à Universidade Potiguar – UnP, como parte dos requisitos para obtenção do título de Bacharel em Engenharia de petróleo e gás.
2 Graduanda em Engenharia de petróleo e gás pela Universidade Potiguar – iolandabezerragomeslins@hotmail.com
3 Graduanda em Engenharia de petróleo e gás pela Universidade Potiguar – kmayrlag@gmail.com
4 Orientador. Mestre em Engenharia Química. Professor da Universidade Potiguar – herbert.lopes@unp.br