Curso Fases 2014

Curso de Comportamiento de Fases - 2014
1
UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA
COMPORTAMIENTO DE
FASES
Ing. Javier Andrés Martínez P.
19/08/2014 11:04
Curso de Comportamiento de
Fases - 2014 1
UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA
1. BASES DEL COMPORTAMIENTO
DE FASES EN SISTEMAS DE
HIDROCARBUROS
ING. JAVIER ANDRÉS MARTÍNEZ P.
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Fases - 2014 2

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INTRODUCCION
El término “fase” es definido como cualquier parte
homogénea de un sistema que es físicamente
distinta y separada de otras partes del sistema por
fronteras definidas.
Ejemplo: El hielo, el agua líquida y el vapor de
agua constituyen tres fases separadas de la
sustancia pura H2O porque cada una es
homogénea y físicamente diferente de las otras;
por otra parte, cada una está claramente definida
por las fronteras existentes entre ellas.
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INTRODUCCION
Si una sustancia existe en una fase sólida,
líquida o gaseosa, se determina por la
temperatura y la presión que actúa sobre la
sustancia.
Se sabe que el hielo (fase sólida) puede
cambiar a agua (fase líquida) incrementando
su temperatura y al aumentar aún más la
temperatura, el agua cambia a vapor (fase
vapor). Este cambio de fases es denominado
“Comportamiento de Fases”.
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INTRODUCCION
Los sistemas de hidrocarburos que se
encuentran en yacimientos de petróleo son
conocidos por mostrar un comportamiento
multifásico sobre un amplio rango de presiones
y temperaturas. Las fases más importantes que
ocurren son:
• Fase Líquida (Petróleo Crudo o Condensados)
• Fase Gaseosa (Gases Naturales)
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INTRODUCCION
Las condiciones bajo las cuales estas fases
existen es un asunto de considerable
importancia práctica. Los cálculos
experimentales o matemáticos de estas
condiciones están expresados en diferentes
tipos de diagramas comúnmente llamados
Diagramas de Fases.
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SISTEMAS DE COMPONENTES
PUROS
El tipo más simple de sistemas de hidrocarburos
considera que contiene un componente. La
palabra “componente” se refiere al número de
especies atómicas o moleculares presentes en la
sustancia. Un sistema de un componente está
compuesto de una sola clase de átomo o
molécula.
La comprensión cualitativa de la relación entre
temperatura (T), presión (P) y volumen (V) de los
componentes puros ofrece una base excelente
para entender el comportamiento de fases de
mezclas complejas.
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PUROS
La relación anterior se presenta convenientemente en
términos de mediciones experimentales realizadas
sobre un componente puro cuando se somete a
cambios de presión y volumen a temperatura
constante.
Suponga que una cantidad fija de un componente
puro se coloca en un cilindro provisto de un émbolo
sin fricción a una temperatura constante T1,
Representado por el Punto E en el siguiente gráfico.
Además considere que la presión inicial ejercida es lo
suficientemente baja que todo el sistema está en
Estado de Vapor.
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PUROS
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PUROS
En el punto crítico tenemos la
Presión Crítica Pc y Volumen
Crítico Vc respectivamente.
La última isoterma de la
figura anterior tiene un punto
de inflexión en el punto
crítico. Esta isoterma es
llamada temperatura crítica Tc
del componente puro. Estas
observaciones se pueden
representar por la siguiente
relación:
En el Punto Crítico
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PUROS
El punto crítico describe el estado crítico del
componente puro y representa el estado limitante
para la existencia de dos fases (Ej. Líquido y gas).
La temperatura Crítica de un componente puro se
define como la temperatura por encima de la cual
el vapor y el líquido no puede coexistir
independientemente de la presión. Del mismo
modo la presión Crítica se define como la presión
por encima de la cual el vapor y el líquido no
pueden coexistir independientemente de la
temperatura.
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PUROS
En otras palabras el punto crítico para un
componente puro es el valor de presión y
temperatura más alto al cual las dos fases
coexisten.
Una definición más generalizada aplicable a
cualquier sistema es: “El punto crítico es el
punto en el cual todas las propiedades
intensivas del gas y líquido son iguales”.
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PUROS
Propiedad Intensiva: Es aquella que
tiene el mismo valor para cualquier
parte de un sistema homogéneo y es
independiente de la cantidad de
materia presente. Ej. Presión,
temperatura, densidad, composición y
viscosidad.
Propiedad Extensiva: Es aquella cuyo
valor es determinado por la cantidad de
materia presente. Ej. Masa y volumen.
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PUROS
Muchas propiedades características de las
sustancias puras han sido compiladas en
tablas, gráficas y correlaciones. Estas
propiedades proporcionan información vital
para calcular las propiedades
termodinámicas tanto de sustancia puras
como de mezclas.
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PUROS
PRESION DE VAPOR
Es la presión que ejerce la fase gaseosa o de
vapor de una sustancia sobre la fase líquida y
en la que ambas fases se encuentran en
equilibrio termodinámico, para una temperatura
determinada; su valor es independiente de las
cantidades de líquido y vapor presentes
mientras exista este equilibrio. El valor límite de
esta presión es el punto crítico.
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PUROS
CURVA DE PRESIÓN
DE VAPOR (Línea AC)
Si P < Pv El sistema está
en la fase vapor.
Si P > Pv El sistema está
en la fase Líquida.
Si P = Pv El sistema está
en equilibrio Líquido -
Vapor.
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PUROS
Pv = Presión de Vapor, Psia
Pc = Presión crítica, Psia
T = Temperatura, °R
Tc = Temperatura crítica, °R
Tr = Temperatura reducida
 = Factor acéntrico
De acuerdo a Lee and Kesler (1975) la Pv es:
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PUROS
Ejemplo 1: Un propano puro es retenido en una celda
de laboratorio a 80°F y 200 Psia. Calcular la presión
de vapor y determinar el “estado de existencia” de la
sustancia (Gas o Líquido)
Solución.
Obtener las propiedades críticas de tablas
Tc =666.01°R
Pc = 616.3 Psia
 = 0.1522
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PUROS
Calcular la Temperatura Reducida:
Resolver para los parámetros A y B:
Resolver Pv aplicando la ecuación de Lee and
Kesler:
Como P > Pv la celda contiene propano en estado
líquido.
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PUROS
DENSIDAD
La densidad se define como la relación entre la masa de
una sustancia y el volumen total ocupado por esta. En el
equilibrio líquido-vapor, se debe tener en cuenta la
densidad de cada una de las fases presentes.
Las densidades de las fases saturadas de un componente
puro puede ser graficadas como una función de la
temperatura. Al incrementar la temperatura, la densidad
del liquido saturado decrece, mientras que la densidad del
vapor saturado se incrementa. En el punto crítico las
densidades del líquido y del vapor convergen.
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PUROS
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PUROS
El promedio aritmético de las densidades
de líquido y vapor es una función lineal
dependiente de la temperatura. La línea
recta de densidad promedio versus la
temperatura realiza una intersección de
fácil identificación con la curva de
densidades. De esta intersección
obtenemos la temperatura y densidad
crítica.
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PUROS
Matemáticamente, esta relación se expresa como:
En el punto crítico se expresa como:
c = Densidad crítica de la sustancia, Lbm/ft3
L = Densidad del líquido saturado, Lbm/ft3
V = Densidad del vapor saturado, Lbm/ft3
T = Temperatura, °R
a,b = Intercepto y pendiente línea recta
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PUROS
El diagrama de densidad-temperatura es útil
para calcular el volumen crítico a partir de
datos de densidad. La determinación
experimental del volumen crítico a veces es
difícil, ya que requiere la medición precisa de un
volumen a alta presión y temperatura.
Sin embargo, la recta que se obtiene mediante el
trazado de la densidad media se cruza con la
temperatura crítica, en la densidad crítica. El
volumen crítico molar se obtiene dividiendo el
peso molecular por la densidad crítica.
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PUROS
El diagrama densidad-Temperatura también
puede ser usado para determinar el estado
del componente puro. Suponga que se
conoce la densidad total del sistema, ρt, a
una temperatura dada.
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PUROS
Si la densidad total es igual o menor que la
densidad del vapor, ρv, el sistema está
compuesto de vapor. Similarmente si ρt, es
mayor o igual que la densidad del líquido, ρL,
el sistema está compuesto de líquido. Si la
densidad total del sistema está entre ρv y ρL,
el vapor y el líquido están presentes.
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PUROS
Para calcular los pesos de liquido y vapor
presentes, hacemos los siguientes balances de
peso y volumen:
Donde:
mL,mv,mt: masa de líquido, de vapor y total
presente.
VL,Vv,Vt: Volumen de líquido, de vapor y total
presente
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PUROS
Combinando las dos ecuaciones anteriores
e introduciendo la definición de densidad,
la ecuación resultante es:
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PUROS
EJEMPLO 2: Diez libras de un hidrocarburo son
colocados en una vasija de 1 ft3 a 60°F. Las
densidades del líquido y vapor que coexisten son
25 Lb/ft3 y 0.05 Lb/ft3, respectivamente. Calcular
las masas y volúmenes de las fases líquida y
vapor.
Solución:
1. Calcular la densidad total del sistema
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PUROS
Como la densidad total del sistema está entre las
densidades de las fases, el sistema está
compuesto tanto de líquido como de vapor.
2. Calcular el peso de la fase vapor:
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PUROS
3. Calcular los volúmenes de las fases líquida y
vapor:
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PUROS
Rackett (1970) Propuso una ecuación generalizada para
predecir la densidad del líquido saturado de componentes
puros:
MW =Peso Molecular sustancia Pura
R = Constante de los gases, 10.73 ft3Psia/lb-mol °R
Zc = Factor de compresibilidad crítico
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PUROS
Spencer and Danner (1973) modificaron la Ec. De Rackett,
reemplazando el factor de compresibilidad crítico, con un
parámetro llamado Factor de Compresibilidad de Rackett,
ZRA, el cual es único para cada componente:
Los valores de ZRA están dados en tablas. Si el valor no está
disponible Yamada and Gunn (1973) sugirieron la siguiente
correlación:
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PUROS
Ejemplo 3: Calcular la densidad saturada de
líquido del propano a 160°F usando:
a. La ecuación de Rackett
b. La ecuación modificada de Rackett
Solución
Obtener las propiedades críticas de tablas:
Tc =666.01°R
Pc 616.3 Psia
MW = 44.097
Vc = 0.0727 ft3/Lbm
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PUROS
Calcula Zc y Tr:
a. La ecuación de Rackett:
b. La ecuación modificada de Rackett. ZRA = 0.2766
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SISTEMAS BINARIOS
Una característica particular de un sistema de
componentes puros, es que a una
temperatura fija, las dos fases (Líquido y
Vapor) pueden existir en equilibrio a una sola
presión; la presión de Vapor. Para un sistema
binario, las dos fases pueden existir en
equilibrio a varias presiones a la misma
temperatura y su comportamiento se hace
más complejo debido a la introducción de una
nueva variable: la composición.
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SISTEMAS BINARIOS
Una de las características más importantes
en un sistema binario es la variación de las
propiedades termodinámicas y físicas con la
composición. Por lo tanto, es importante
especificar la composición de la mezcla en
fracción molar o fracción por peso.
Se designa uno de los componentes como el
componente más volátil y el otro como el
menos volátil, dependiendo de su presión de
vapor relativa a una temperatura dada.
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SISTEMAS BINARIOS
Suponga que el experimento descrito para
componentes puros es repetido, pero esta
vez introducimos en el cilindro una mezcla
binaria de composición conocida.
Considere que la presión inicial, P1
ejercida sobre el sistema a una
temperatura fija T1, es lo suficientemente
baja que la mezcla está en Estado de
Vapor.
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SISTEMAS BINARIOS
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SISTEMAS BINARIOS
El punto 1 representa la
presión inicial que actúa
sobre el sistema. Luego
la presión se incrementa
isotérmicamente, hasta
alcanzar el punto 2. Aquí
una cantidad infinitesimal
de líquido se condensa
(Pd de la mezcla).
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SISTEMAS BINARIOS
El proceso de
condensación continua
hasta alcanzar el punto 3
donde sólo quedan
trazas del gas (Pb de la
mezcla). Luego, la
presión se eleva
abruptamente hasta el
punto 4 con leve un
descenso del volumen
(Fluido incompresible)
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SISTEMAS BINARIOS
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SISTEMAS BINARIOS
Ahora observamos la repetición del
experimento con un progresivo
aumento de la temperatura. Se
observan varias isotermas.
AC. Curva de Puntos de Burbuja
BC. Curva de Puntos de rocío
C. Punto Crítico.
ABC. Envolvente de dos Fases
Fuera de la Envolvente una sola fase
puede existir.
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SISTEMAS BINARIOS
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SISTEMAS BINARIOS
En el gráfico se observa que la
relación presión-Temperatura no
se representa con una simple
curva de presión de vapor. Las
líneas punteadas dentro de la
envolvente de fases ABC son
llamadas “líneas de calidad” y
describen las condiciones de
presión y temperatura bajo las
cuales se presentan iguales
volúmenes de líquido. Las curvas
de puntos de burbuja y rocío,
representan 100% y 0% de líquido
respectivamente.
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SISTEMAS BINARIOS
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SISTEMAS BINARIOS
En el gráfico anterior se muestra el efecto del cambio de la
composición del sistema binario sobre la forma y la
localización de la envolvente de fases. Dos de las líneas
representan las curvas de presión de vapor del metano y
etano respectivamente, las cuales terminan en el punto crítico.
Cinco de las curvas representan la envolvente de fases para
diferentes mezclas de metano y etano.
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SISTEMAS BINARIOS
Cuando uno de los componentes se vuelve
predominante, la mezcla binaria tiende a
exhibir una envolvente de fases relativamente
estrecha y muestra propiedades críticas
cercanas al componente dominante. El
tamaño de la envolvente de fases se amplía
notablemente ya que la composición de la
mezcla se distribuye uniformemente entre los
dos componentes
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SISTEMAS BINARIOS
DIAGRAMA PRESION/COMPOSICION
El diagrama de presión/composición, comúnmente llamado
el diagrama p/x, es otro medio de describir el
comportamiento de fases de un sistema binario, así como
su cambio en la composición, a una temperatura constante.
Se construye mediante el trazado de las presiones del
punto de rocío y del punto de burbuja como una función de
la composición.
Las líneas de punto de burbuja y punto de rocío de un
sistema binario se extraen a través de los puntos que
representan estas presiones cuando la composición del
sistema se cambia a una temperatura constante.
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SISTEMAS BINARIOS
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SISTEMAS BINARIOS
El punto A en la figura representa
la presión de vapor (punto de rocío,
punto de burbuja) del componente
más volátil, mientras que el punto
B representa la del componente
menos volátil. Suponiendo una
composición de 75% en peso del
componente 1 (es decir, el
componente más volátil) y 25% del
componente 2, esta mezcla se
caracteriza por una presión del
punto de rocío representada como
el punto C y una presión del punto
de burbuja por la letra D.
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SISTEMAS BINARIOS
Las diferentes combinaciones
de los dos componentes
producen valores diferentes
para las presiones del punto de
burbuja y del punto de rocío. La
curva ADYB representa la curva
de presión de burbujeo para el
sistema binario como una
función de la composición,
mientras que la línea ACXB
describe los cambios en la
presión del punto de rocío con
los cambios en la composición
del sistema a una temperatura
constante.
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SISTEMAS BINARIOS
El área de debajo de la línea
del punto de rocío representa
vapor, el área por encima de
la línea del punto de burbuja
representa líquido, y el área
entre estas dos curvas
representa la región de dos
fases, donde el líquido y
vapor coexisten.
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SISTEMAS BINARIOS
En el diagrama, la composición
se expresa en porcentaje en
peso del componente menos
volátil, aunque la composición
también se puede expresar
términos de porcentaje en peso
del componente más volátil, en
cuyo caso el punto de burbuja y
las líneas de punto de rocío
tienen la pendiente opuesta.
Además, la composición puede
ser expresada en términos de
porcentaje en moles o fracción
molar.
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SISTEMAS BINARIOS
Los puntos X y Y en los extremos
de la línea horizontal XY
representa la composición de la
coexistencia de la fase vapor
(punto X) y la fase líquida (punto Y)
que existen en equilibrio a la
misma presión. En otras palabras,
las composiciones del vapor y
líquido que coexisten en la región
de dos fases están dadas por wV y
wL, y representan los porcentajes
en peso del componente menos
volátil en el vapor y el líquido,
respectivamente.
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SISTEMAS BINARIOS
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SISTEMAS BINARIOS
En el diagrama p/x que se
muestra en la figura, la
composición se expresa en
términos de la fracción molar
del componente más volátil.
Supongamos que una
mezcla binaria con una
composición z existe en el
estado de vapor y se
representa por el punto A.
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SISTEMAS BINARIOS
Si la presión en el sistema
se incrementa, sin cambio
de fase hasta la presión P1
se alcanza el punto de rocío,
B. A esta presión del punto
de rocío, una cantidad
infinitesimal de líquido se
forma y su composición se
da por x1. La composición
del vapor todavía es igual a
la composición original z.
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SISTEMAS BINARIOS
A medida que la presión se
incrementa, se forma más
líquido y las composiciones
del líquido y vapor
coexistentes se dan mediante
la proyección de los extremos
de la línea recta, horizontal a
través de la región de dos
fases del eje composición.
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Fases - 2014 59
SISTEMAS BINARIOS
Por ejemplo, en P2, el líquido y
el vapor están presentes y las
composiciones están dadas por
x2 e y2. En la presión P3, el
punto de burbuja, C, es
alcanzado. La composición del
líquido es igual a la composición
original z con una cantidad
infinitesimal de vapor todavía
presente en el punto de burbuja
con una composición dada por
Y3.
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SISTEMAS BINARIOS
Ejemplo:
El siguiente es un diagrama P-X a una
temperatura de 260°F para una mezcla de C4 y
C6. A 200 Psi con una composición del sistema
de C4 de 60%, cual es la composición de cada
una de las fases?
Repetir para una presión de 100 Psi y una
composición de C4 de 25%.
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SISTEMAS BINARIOS
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REGLA DE FASES DE GIBBS (1876)
Es una relación entre el número de fases en equilibrio, el
número de componentes, y el número de variables
independientes que se deben especificar para describir
completamente el estado del sistema. Los “diagramas de
fases” son una representación gráfica de la “regla de fases”
y se define como:
F= Número de grados de libertad o número de variables
requeridas para determinar el estado de un sistema en
equilibrio.
P= Número de fases
C= Número de componentes constitutivos del sistema.
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Fases - 2014 63
REGLA DE FASES DE GIBBS (1876)
Los grados de libertad para un sistema incluyen
las propiedades intensivas, tales como la
temperatura, la presión, la densidad y la
composición de las fases. Estas variables
independientes deben especificarse para definir
el sistema completamente. En un sistema de
componentes puros (C=1), dos fases (P=2),
hay solamente un grado de libertad. Por lo
tanto, solamente la presión o la temperatura
necesita ser especificada para determinar el
estado termodinámico del sistema.
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Fases - 2014 64

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DIAGRAMAS TERNARIOS
Son diagramas que representan el equilibrio
entre las distintas fases que se forman
mediante tres componentes, como función de la
temperatura.
Se representa mediante un triangulo equilátero,
en el que cada uno de los vértices representa el
100% de un componente puro y cada lado
representa la composición (en fracción en peso
o molar) del correspondiente componente.
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Fases - 2014 65
DIAGRAMAS TERNARIOS
Un punto interno del triángulo representa una
mezcla cuya composición se obtiene trazando
líneas paralelas a los lados del triángulo. La suma
de las proporciones de los componentes es
siempre una constante e igual a 1 (Fracción
molar).
Normalmente, la presión no es una variable
indispensable en la construcción de diagramas
ternarios, y por lo tanto se mantiene constante.
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Fases - 2014 66

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DIAGRAMAS TERNARIOS
nC5 C3
C1
Gas
p=14.7 Psia
C1
nC5
2-phase
Liquid
p=380 Psia
C3 nC5
C1
C3
2-phase
Liquid
p=500 Psia
C1
2-phase
Liquid
nC5
p=1500 Psia
2-phase
Liquid
C1
nC5
p=2000 Psia
C1
nC5 C3
Liquid
p=2350 Psia
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DIAGRAMAS TERNARIOS
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DIAGRAMAS TERNARIOS
El equilibrio de fases se representa en un
diagrama ternario mediante las “Líneas Tie”, que
unen las composiciones de la fase líquida y vapor
que están en equilibrio a una presión y
temperatura dada. Cualquier mezcla con una
composición dada a lo largo de la “Línea Tie” tiene
la misma composición en equilibrio en el líquido y
el gas (xi y yi), pero las cantidades relativas sobre
una base molar de gas y líquido (ng y nL) cambian
linealmente.
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Fases - 2014 69
DIAGRAMAS TERNARIOS
Composición de la
fase gaseosa, yi
Composición de
la Mezcla zi
Composición de la
fase Líquida, xi
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DIAGRAMAS TERNARIOS
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Fases - 2014 71
SISTEMAS MULTICOMPONENTES
El comportamiento de fases en sistemas de
hidrocarburos multicomponentes es muy
similar al de sistemas binarios. Sin
embargo, el sistema se vuelve más
complejo debido al gran número de
diferentes componentes, y los rangos de
presión y temperatura en los cuales existen
dos fases se incrementan
significativamente.
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37
Los diagramas P-T de sistemas
multicomponentes se usan esencialmente
para:
 Clasificar Yacimientos
 Clasificar los Sistemas de Hidrocarburos
 Describir el comportamiento de fases del
fluido de yacimiento
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Fases - 2014 73
Para entender completamente el significado de los
diagramas P-T, es necesario definir los siguientes
puntos clave:
 Cricondentérmico (TCT): Es definido como la
máxima temperatura por encima de la cual el
líquido no puede ser formado
independientemente de la presión.
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Fases - 2014 74

38
 Cricondenbárico (PCb): Es la máxima
presión por encima de la cual el gas no
puede ser formado independientemente
de la temperatura.
 Punto Crítico (PC): Para una mezcla
multicomponente es referida como el
estado de presión y temperatura al cual
todas las propiedades intensivas del líquido
y del gas son iguales.
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 Envolvente de Fases: Es la región
encerrada por la curva de puntos de
burbuja y de rocío, donde el gas y el
líquido existen en equilibrio.
 Líneas de Calidad: Describen las
condiciones de presión y temperatura para
iguales volúmenes de líquido.
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Fases - 2014 76

39
 Curva de Puntos de Burbuja: Es definida
como la línea que separa la región de fase
líquida de la región de dos fases.
 Curva de Puntos de Rocío: Es definida
como la línea que separa la región de la
fase gas de la región de dos fases.
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40
Los diagramas Ternarios también pueden
aproximarse a un Comportamiento de Fases
Multicomponente agrupándolos en 3
pseudocomponentes.
 Pesados (C7
+)
 Intermedios (C2-C6, CO2,...)
 livianos (C1, N2)
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41
CLASIFICACION DE LOS YACIMIENTOS Y
FLUIDOS DEL YACIMIENTO
La apropiada clasificación de un fluido de
yacimiento requiere el conocimiento del
comportamiento termodinámico de las fases
presentes y las fuerzas responsables del
mecanismo de producción. El comportamiento de
un fluido de yacimiento se determina por la
localización del punto que representa la
Temperatura, Ti y Presión inicial, Pi, la forma de su
diagrama de fases y la posición de su punto
crítico.
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De acuerdo a lo anterior los yacimientos se
clasifican en dos tipos:
1. Yacimientos de Petróleo
Si la Temperatura del yacimiento, Ty, es menor
que la Temperatura crítica Tc.
2. Yacimientos de Gas
Si la Temperatura del yacimiento Ty es mayor que
la Temperatura crítica Tc.
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Fases - 2014 82

42
YACIMIENTOS DE PETRÓLEO
Un yacimiento que se encuentre en estado
líquido, en condiciones de yacimiento,
comúnmente se conoce como petróleo
crudo. Dependiendo de la presión inicial Pi,
estos a su vez se subclasifican las
siguientes categorías:
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Fases - 2014 83
Yacimiento Subsaturado
Si la presión inicial del yacimiento, Pi, es más grande que
la presión del punto de burbuja, Pb del fluido de
yacimiento. Inicialmente solo se presenta la fase líquida.
Las burbujas de gas se desprenden del crudo una vez el
punto de burbuja se alcanza.
Yacimiento Saturado
Si la presión inicial del yacimiento es menor o igual que
de la presión del punto de burbuja del fluido de
yacimiento. Tiene un comportamiento bifásico con una
zona gaseosa suprayaciendo una zona líquida.
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Fases - 2014 84

43
Los aceites crudos cubren un amplio rango en
propiedades físicas y composiciones químicas y
comúnmente se clasifican en los siguientes tipos, de
acuerdo al líquido producido en superficie:
 Petróleo Negro (Black Oil)
 Petróleo Volátil
Los yacimientos de aceite poseen una amplia variedad
de moléculas intermedias y muy grandes por lo que
sus diagramas de fase son extremadamente grandes y
cubren un amplio rango de temperatura.
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Fases - 2014 85
CLASIFICACION DE LOS YACIMIENTOS
Y FLUIDOS DEL YACIMIENTO
PETRÓLEO NEGRO
 Consta de una amplia variedad de especies químicas
incluyendo moléculas grandes, pesadas y no
volátiles.
 Su diagrama de fase cubre un amplio rango de
presión y temperatura.
 El punto crítico está bien por encima de la pendiente
de la envolvente de fases.
 Este tipo de fluido de yacimiento también se conoce
como petróleo crudo de baja reducción o petróleo
normal.
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DIAGRAMA DE FASE PETRÓLEO
NEGRO
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CARACTERÍSTICAS DE CAMPO Y
LABORATORIO:
 GOR menor de 2000 SCF/STB
 API menor de 45
 La temperatura del yacimiento generalmente es
menor a 250°F.
 Factor volumétrico menor de 2.0 (crudos de
merma baja)
 Color verde oscuro a negro
 Composición de C7
+ > 30%
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45
PETRÓLEO VOLATIL
 Contienen relativamente menos moléculas pesadas y
más intermedias que los Black Oils.
 El rango de temperatura es más pequeño.
 La temperatura crítica está cercana a la temperatura del
yacimiento. La presión de yacimiento está cercana a la
presión de saturación.
 Las líneas de calidad no están igualmente espaciadas y
están desplazadas hacia arriba hacia el punto de
burbuja.
 Los petróleos volátiles también se conocen como
petróleos crudos con alta reducción, y petróleos
casi-críticos.
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DIAGRAMA DE FASE
PETROLEO VOLATIL
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LABORATORIO:
 GOR entre 2000 y 8000 SCF/STB
 API entre 45 y 60
 Factor volumétrico mayor a 2.0 (crudos de
merma grande)
 Color café claro a verde
+ > 12.5%
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YACIMIENTOS DE GAS
Los yacimientos de gas, en los cuales predomina
el metano, tienen diagramas de fase relativamente
pequeños. A su vez de acuerdo al diagrama de
fases y las condicione de yacimiento se
subclasifican en tres categorías:
 Gas Retrógrado
 Gas Húmedo
 Gas Seco
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Fases - 2014 92

47
GAS RETROGRADO
 Diagrama de fase es algo más pequeño que para los
petróleos.
 El punto crítico está más por debajo en el lado
izquierdo de la envolvente por tener menos
hidrocarburos pesados que los petróleos.
 La temperatura crítica menor que la temperatura del
yacimiento.
 La temperatura cricondentérmica es mucho mayor que
la temperatura del yacimiento.
 Los gases retrógrados se conocen también como
gases condensados retrógrados, gases
condensados o condensados.
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Fases - 2014 93
DIAGRAMA DE FASE GAS
RETROGRADO
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Fases - 2014 94

48
LABORATORIO:
 API mayor de 60
 Color claro o ligeramente coloreado
+ < 12.5%
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Fases - 2014 95
GAS HUMEDO
 Todo el diagrama de fases de la mezcla de hidrocarburos
con moléculas predominantemente pequeñas yacen
debajo de la temperatura del yacimiento.
 La temperatura inicial del yacimiento excede el punto
cricondentérmico, de modo que durante su explotación,
el fluido en el yacimiento permanecerá en estado de gas.
 Un gas húmedo no significa que el gas es humedecido
con el agua; se refiere a los hidrocarburos líquidos que
se condensan a condiciones de superficie.
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49
HUMEDO
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Fases - 2014 97
LABORATORIO:
 API mayor de 60 en superficie
 Color claro en superficie
 No hay formación de líquido en el yacimiento
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Fases - 2014 98

50
GAS SECO
 Si se produce con una relación gas-petróleo mayor a
100000 SCF/STB al fluido se le denomina
comúnmente gas seco o gas natural.
 El gas seco es principalmente metano, con poca cantidad
de etano y algunas moléculas intermedias.
 El gas seco indica que el gas no contiene suficientes
moléculas pesadas para formar hidrocarburos líquidos en
la superficie.
 La mezcla de hidrocarburos es solamente gas en el
yacimiento y a condiciones normales del separador en
superficie caen por fuera de la envolvente de fase.
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Fases - 2014 99
SECO
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Fases - 2014 100

51
LABORATORIO
 No hay producción de líquido en superficie
 Su composición es esencialmente de metano
 Puede contener vapor de agua que se
condensará cuando las condiciones lo
determinen.
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Fases - 2014 101
COMPOSICIONES
TIPICAS
Componente
Black
Oil
Volátil Retrógrado Húmedo Seco
CO2 0.02 0.93 2.37 1.41 0.10
N2 0.34 0.21 0.31 0.25 2.07
C1 34.62 58.77 73.19 92.46 86.12
C2 4.11 7.57 7.80 3.18 5.91
C3 1.01 4.09 3.55 1.01 3.58
C4 1.25 3.00 2.16 0.52 1.72
C5 0.64 1.92 1.32 0.21 0.50
C6 1.61 1.75 1.09 0.14 -
C7
+ 56.40 21.76 8.21 0.82 -
MW C7
+ 274 228 184 130 -
GOR 300 1490 5450 105000 -
º API 24 38 49 57 -
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Fases - 2014 102

52
Envolventes para diferentes mezclas con
proporciones distintas de los mismos
componentes hidrocarburos
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Fases - 2014 103
EJEMPLO
 Asuma que ha descubierto un yacimiento que
contiene una mezcla de etano y n-heptano.
 Las condiciones iniciales de yacimiento son de
1300 Psia y 300ºF.
 Las condiciones finales de yacimiento son de 400
Psia y 300ºF.
 Condiciones de separador de 100 Psia y 150ºF.
 Como clasificaría los fluidos del yacimiento bajo
las siguientes condiciones cambiantes de la
mezcla: 100% etano, 90–10, 70-30, 50-50, 30-70
y 100% n-heptano.
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Fases - 2014 104

53
EJEMPLO
19/08/2014 11:04
Fases - 2014 105
EJEMPLO
Separador
Presión Ycto
19/08/2014 11:04
Fases - 2014 106

54
EJEMPLO
Presión Ycto
Separador
19/08/2014 11:04
Fases - 2014 107
EJEMPLO
Presión Ycto
Separador
19/08/2014 11:04
Fases - 2014 108

55
EJEMPLO
Presión Ycto
Separador
19/08/2014 11:04
Fases - 2014 109
FIN DE LA
UNIDAD 1
19/08/2014 11:04
Fases - 2014 110

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