tema1-equilibrio de fases

Tema 1FUNDAMENTOS DEL COMPORTAMIENTO

CUALITATIVO DE FASES

Necesidad de Comprender el Necesidad de Comprender el Comportamiento de FasesComportamiento de Fases

Como el petróleo y el gas natural son producidos de los reservorios, estos son susceptibles a una serie de cambios de presión, de temperatura y de la composición.

Tales cambios afectan el comportamiento volumétrico y de transporte de estos reservorios y, consecuentemente, los volúmenes de petróleo y gas producidos.

El comportamiento de fases es usado para seleccionar el método de recuperación y diseñar los procesos de recuperación

DEFINICIONES IMPORTANTESDEFINICIONES IMPORTANTES

Sistema: Es una cantidad de materia o una región elegida para su estudio con fronteras finitas (física o virtual)

Sistema Cerrado: No existe intercambio de materia con los alrededores, pero puede existir intercambio de energía (calor).

Sistema Abierto: Existe intercambio de materia y energía con los alrededores.

DEFINICIONES IMPORTANTESDEFINICIONES IMPORTANTES

Sistema Homogéneo: Las propiedades intensivas cambian continua y uniformemente

Sistema Heterogéneo: Sistema compuesto por dos ó más fases en el cual las propiedades intensivas cambian abruptamente en contacto entre las superficies de sus fases.

Fase: Es una porción del sistema que tiene propiedades intensivas homogéneas y están rodeados de una superficie física. Las fases son sólido, líquido y gas.

Interfaz: Separa dos o más fases.

DEFINICIONES IMPORTANTESDEFINICIONES IMPORTANTES

Propiedades Intensivas: Son aquellas que son independiente de la cantidad de materia (ej. densidad).

Propiedades Extensivas: Dependen de la cantidad de materia (ej. volumen)

Propiedades: Características de un sistema (fase) que puede ser evaluado cuantitativamente. Ej. Densidad, viscosidad, capacidad calorífica, conductividad térmica, entalpía, etc.

DEFINICIONES IMPORTANTESDEFINICIONES IMPORTANTES

Componente: Es una especia molecular, definida o hipotética

Definida: C1, C2, H2O, etc

Hipotético: Parcialmente definido (ej. C2-C6), o no definido C7

+ , C20+

Estado: Condición de un sistema cuando las

propiedades intensivas están fijadas en

determinado tiempo particular.

DIAGRAMAS DE FASESDIAGRAMAS DE FASES

Los tipos más comunes de diagramas de fases son:

Simples: (PT), (PV), (TV)Binarios: (PT)zi, (PV)zi, (P,x,y)T, (T,x,y)P …

COMPORTAMIENTO PARA UN

COMPONENTE PURO

P1

V1

P

V

EL COMPONENTE PUROEL COMPONENTE PURO

C3 LIQUIDO

T = CONSTANTE

Hg

P1

V1

P2

V2

Hg

P2

V2

Hg

P3 V3

V3Hg

P4 V4

V4

P4

P3

EL COMPONENTE PUROEL COMPONENTE PURO

P

V

T1

T2

T3

T4

T5

v

PP

Punto críticoPunto crítico

T

Isoterma 600 FIsoterma 600 F

Isoterma 2Isoterma 2

Isoterma 212 FIsoterma 212 F

vl vv

1550:1

10:1

∆V

∆V

Fase VaporFase Vapor

Fase LiquidaFase Liquida

MezclaMezcla

EL COMPONENTE PURO: DIAGRAMA P-VEL COMPONENTE PURO: DIAGRAMA P-V

Pre

sión

Pc

Temperatura

Líquido (1 fase)

Vapor (1 fase)

Sólido(1 Fase)

Curva de Sublimación (2 fases)

PuntoTriple (3 fases)

Curva de Presión de vapor (2 fases)

Punto Crítico

Curva de Fusión(2 fases)

EL COMPONENTE PURO: DIAGRAMA P-TEL COMPONENTE PURO: DIAGRAMA P-T

Tc

EL COMPONENTE PURO: EL COMPONENTE PURO: CARACTERISTICASCARACTERISTICAS

A TEMPERATURA FIJA, DOS FASES COEXISTEN A LA PRESION DE VAPOR

CURVA DE PUNTOS DE ROCÍO Y BURBUJAS COINCIDENTES EN DIAGRAMA P-T

MÁXIMA TEMPERATURA PARA DOS FASES: TC

MÁXIMA PRESIÓN PARA DOS FASES: PC

PUNTO CRITICOPUNTO CRITICO

CURVAS DE PRESION DE VAPORCURVAS DE PRESION DE VAPOR

COMPORTAMIENTO PARA UN SISTEMA

BINARIO

Temperatura x1, y1

Pre

sió

n

P2v

Ta

PC1

Curva Pto.Burb

uja

Curva

Pto. R

ocío2 fases

Líquido

Vapor

P1v P1

v

PC2

P2v

Ta0 1

SISTEMA BINARIO: DIAGRAMA P-T Y P-x-ySISTEMA BINARIO: DIAGRAMA P-T Y P-x-y

Temperatura

Pre

sió

n

Curva Pto. Burbuja

Curva pto. Rocío2 fases

x1, y1

Pa

Pa

PC1

PC2

T1s T2

s

T2s

T1s

0 1

SISTEMA BINARIO: DIAGRAMA P-T Y T-x-ySISTEMA BINARIO: DIAGRAMA P-T Y T-x-y

(P,x)T

(T,x)P

SISTEMA BINARIO: DIAGRAMA EN 3DSISTEMA BINARIO: DIAGRAMA EN 3D

COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA

TERNARIO

.9

.8

.7

.6

.5

.4

.3

.2

.1

.1

.2

.3

.4

.5

.6

.7

.8

.9

1.1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .90

01

L

H I

SISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASESSISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASES

EFECTO DE LA PRESION

C3 C3

nC5 C3

C1

Gas

p=14.7 psia

C1

nC5

Gas

2-phase

Liquid

p=380 psiaC3 nC5

C1

C3

Gas

2-phase

Liquid

p=500 psia

C1

Gas

2-phase

Liquid

nC5 p=1500 psia

2-phase

Liquid

C1

nC5

Gas

p=2000 psia

C1

nC5 C3

Liquid

p=2350 psia

SISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASESSISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASES

EFECTO DE LA TEMPERATURA

T=100FP=2000 psia

O

T=150FP=2000 psia

O

T=200FP=2000 psia

O

T=300FP=2000 psia

O

SISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASESSISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASES

LINEAS DE DILUCION

.9

.8

.7

.6

.5

.4

.3

.2

.1

.1

.2

.3

.4

.5

.6

.7

.8

.9

1.1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .90

01

C1

C10 n-C4

x

SISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASESSISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASES

LINEAS DE EQUILIBRIO

.9

.8

.7

.6

.5

.4

.3

.2

.1

.1

.2

.3

.4

.5

.6

.7

.8

.9

1.1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .90

01

C1

C10 n-C4

CP

SISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASESSISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASES

Las líneas de equilibrio unen

las condiciones de equilibrio

del gas y del líquido a una

temperatura y presión

determinada

USOS DE LOS DIAGRAMAS TERNARIOS

• Representación del Comportamiento de fases multicomponente con un Diagrama Ternario.

Por ejemplo: la agrupación en pseudocomponentes la composición de un gas natural

Pesados (C7+)

Intermedios (C2-C6)

Livianos (C1, CO2 , N2- C1, CO2-C2, ...)

• Comportamiento de fases como solvente en los reservorios de petróleo y gas natural

• Prediseño de Procesos Miscibles

SISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASESSISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASES

USOS DE LOS DIAGRAMAS TERNARIOS

SISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASESSISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASES

.9

.8

.7

.6

.5

.4

.3

.2

.1

.1

.2

.3

.4

.5

.6

.7

.8

.9

1.1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .90

01

C1

C2-C6C7+

A

O

El solvente se mezcla

completamente con el

petróleo del reservorio en

todas las proporciones

USOS DE LOS DIAGRAMAS TERNARIOS

SISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASESSISTEMA TERNARIO: DIAGRAMA DE FASES

COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA

MULTICOMPONENTE

P1

V1

P

V

MEZCLAS MULTICOMPONENTESMEZCLAS MULTICOMPONENTES

C3, C4

T = CONSTANTE

Hg

P1

V1

P2

V2

Hg

P2

V2

Hg

P3 V3

V3Hg

P4 V4

V4

P4

P3

P

V

P

TT1

T2

T3

T4

T5

T5T4T3T2T1

Curva P v

componente A

Curva P v

componente B

MEZCLAS MULTICOMPONENTESMEZCLAS MULTICOMPONENTES

A una misma temperatura se observan dos Pv

T

PP

MEZCLAS MULTICOMPONENTESMEZCLAS MULTICOMPONENTES

Curva P v

componente A

Curva P v

componente B

Punto critico Componente A Punto critico

Componente B

Punto critico Mezcla

Rango de P para dos

fasesRango de T

para dos fases

A TEMPERATURA FIJA, DOS FASES COEXISTEN A VARIAS PRESIONES

CURVA DE PUNTOS DE ROCÍO Y BURBUJAS DIFERENTES EN DIAGRAMA P-T

MÁXIMA TEMPERATURA PARA DOS FASES: DIFERENTE DE TC

MÁXIMA PRESIÓN PARA DOS FASES: DIFERENTE DE PC

PUNTO CRITICO DE MEZCLA >> Pca y Pcb

MEZCLAS MULTICOMPONENTESMEZCLAS MULTICOMPONENTES

MEZCLAS MULTICOMPONENTESMEZCLAS MULTICOMPONENTES

T

•

TR

Gas

Punto critico

Liquido

Curva p

untos d

e

burbuja: 0

% vapor

PP

20%20%

40%40%60%60% 80%80%

Curva p

untos d

e

rocio

: 100%

vapor

MEZCLAS MULTICOMPONENTESMEZCLAS MULTICOMPONENTES

T

•

Dos fases

Curva puntos de rocío

Gas

Punto critico

Liquido

Curva p

untos d

e

burbuja

PP

90 %

80 %

Zona retrograda

Liquido

Vapor

PP

TT

100 %

a

b

c

d

e

f

MEZCLAS MULTICOMPONENTESMEZCLAS MULTICOMPONENTES

Cri

con

den

term

ico

Cricondenbarico

MEZCLAS MULTICOMPONENTESMEZCLAS MULTICOMPONENTES

CURVA DE PTOS DE BURBUJA: LUGAR GEOMETRICO DE LOS PUNTOS DONDE UNA BURBUJA INFINITESIMAL DE VAPOR COEXISTE CON EL LIQUIDO

CURVA DE PTOS DE ROCÍO: LUGAR GEOMETRICO DE LOS PUNTOS DONDE UNA GOTA INFINITESIMAL DE LIQUIDO COEXISTE CON EL VAPOR

MEZCLAS MULTICOMPONENTESMEZCLAS MULTICOMPONENTES

PUNTO CRITICO:

LUGAR DONDE CONVERGEN LAS CURVAS DE BURBUJA Y ROCIO

LAS PROPIEDADES INTENSIVAS DE LAS FASES SON IDENTICAS: ρ, μ, h, s

CAMBIO DE FASES SIN CALOR LATENTE

T

Punto critico

PP

PPBB

Gas Gas CondensadoCondensado

PPRR

maxmax

T = TT = T cc

TT

Dos presiones de rocíoDos presiones de rocíoTemperatura constanteTemperatura constante

PPRR

•

Dos temperaturas de Dos temperaturas de burbuja a burbuja a

presión constantepresión constante

MEZCLAS MULTICOMPONENTESMEZCLAS MULTICOMPONENTES

T

PP

•

•

Gas condensado

•

Gas Seco

•

Petróleo liviano

Petróleo pesado

APLICACIÓN DE DIAGRAMAS DE APLICACIÓN DE DIAGRAMAS DE FASES: YACIMIENTOSFASES: YACIMIENTOS

Cambios en el Diagrama de Fases durante la Producción y la Inyección de Gas natural

Temperatura

Pre

sió

n

t1

Inyección de gas

Producción

APLICACIÓN DE DIAGRAMAS DE APLICACIÓN DE DIAGRAMAS DE FASES: YACIMIENTOSFASES: YACIMIENTOS

t2

t3

APLICACIÓN DE DIAGRAMAS DE APLICACIÓN DE DIAGRAMAS DE FASES: SEPARADORESFASES: SEPARADORES

F

V

L

P,T

T

PP

F

L

V

•

T

PP

PPBB

PPRR

CC

PPentradaentrada

TTentradaentrada

PPsalidasalida

TTsalidasalida

•

• • •• •

••

Gas procesadoGas procesado

APLICACIÓN DE DIAGRAMAS DE APLICACIÓN DE DIAGRAMAS DE FASES: TRANSMISION DE GASFASES: TRANSMISION DE GAS

T

PPPPentradaentrada

TTentradaentrada

PPsalidasalida

TTsalidasalida

•

Bombeo de etano o propanoBombeo de etano o propano

•••

a

bcd

APLICACIÓN DE DIAGRAMAS DE APLICACIÓN DE DIAGRAMAS DE FASES: POLIDUCTOSFASES: POLIDUCTOS

LiquidoLiquido

VaporVapor