3 comportamiento de fases

7/30/2019 3 Comportamiento de Fases

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25/04/2013 Ing. Octavio Steffani Vargas 1

PROPIEDADES DE LOS

FLUIDOS PETROLEROS

Comportamiento de fases


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3 Comportamiento de fases

Objetivo: El alumno determinar el comportamiento

presin-volumen-temperatura (pvt) de mezclas

gaseosas.

Una fase es cualquier parte de un sistema que contiene una sustanciahomognea que fsicamente es distinta y que esta separada por

superficies fronterizas de otras partes del sistema.

El cambio que existe entre las fases se llama comportamiento de fase,

y describe las condiciones de temperatura y presin para las cuales

pueden existir las diferentes fases. En estudios de comportamientode fase se incluyen el manejo de tres variables: la presin, la

temperatura y el volumen. Las diferentes fases se identifican por su

volumen o densidad.


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Sistemas de un solo componente

(Sistema monocomponente)

Un componente es el nmero molecular o especies

atmicas que se encuentran presentes en unasustancia.

Un sistema de un solo componente est formado

totalmente de una clase de tomos o molculas.


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Lnea de presin de vapor: separa las condiciones de P y T paracuando la sustancia es un lquido de las condiciones para cuandoes un gas (vapor).

Punto crtico: implica el estado crtico de un componente puro yrepresenta el estado lmite, mximos valores de P y T, para la

coexistencia de dos fases. Es el estado de condicin de P y T parael cual las propiedades intensivas de las fases lquida y gaseosason idnticas.

Presin crtica: se define como la presin por arriba de la cual ellquido y el gas no pueden coexistir independientemente de latemperatura que se aplique.

Temperatura crtica: es la temperatura por arriba de la cual el gasno puede ser licuado, independientemente de la presin que seaplique.


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Lnea de presin de sublimacin: separa las condiciones en donde

una sustancia es slida o es gaseosa.

Lnea de punto de fusin: separa las condiciones cuando una

sustancia es slida o lquida.

Punto de roco: punto en el cual se tiene una pequea gota delquido.

Punto de burbuja: punto en el cual aparece la primera cantidad de

molculas de vapor.

Curva de roco: curva hacia la derecha del punto crtico.

Curva de burbujeo: curva hacia la izquierda del punto crtico.

Regin de dos fases: regin encerrada por la curva de burbujeo y la

curva de roco. En esta regin el gas y el lquido coexisten en

equilibrio.(Envolvente de saturacin)


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Presin de vapor (Pv) :

Si la presin ejercida sobre el componente puro es menor

que Pv, el sistema est totalmente en fase vapor.

Contrariamente, si la presin ejercida sobre el componentepuro es mayor que Pv, el sistema est totalmente en

fase lquida.

Si la presin ejercida sobre el componente puro del

sistema es igual a Pv, el sistema est totalmente en

equilibrio.


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Mtodos para calcular la presin devapor de un sistema con una sustancia

pura Mtodo de Clausiuss-Clapeyron

Cartas de Cox

Ecuacin de lee y Kesler


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Mtodo de Clausius-Clapeyron

En donde Lv es el calor de vaporizacin de una mol delquido, T es la temperatura absoluta, VMg es el

volumen de una mol de gas, VML es el volumen de unamol de lquido, y (VMgVML) indica el cambio envolumen de una mol de gas a lquido.


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Diferenciando e integrando:


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Tarea 6:

Desarrollar de manera completa la ecuacin de

Clausius-Clapeyron.


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Cartas de Cox

Las cartas de Cox son un mtodo

particularmente conveniente para

trazar la presin de vapor como

una funcin de la temperatura en

componentes puros.


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Ecuacin de Lee y Kesler


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Y, en donde Tres la temperatura reducida en R, Tes la

temperatura absoluta en R, Tces la temperatura crtica de la

sustancia en R, pces la presin crtica de la sustancia en

lb/pg2abs y w es el factor acntrico de la sustancia.

El factor acntrico, w, fue propuesto por Pitzer (1955), como un

parmetro de correlacin para caracterizar la excentricidad (no-

esfericidad) de una molcula, y se define por la expresin siguiente:

en donde Pves la presin de vapor de la sustancia en lb/pg2abs a una

Tr=0.7 y Pces la presin crtica de la sustancia en lb/pg2abs.


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Diagramas de composicin para una mezcla de doscomponentes


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Lnea de unin: unen la composicin del lquido con la

composicin del gas en equilibrio. Se puede emplear

para calcular las cantidades de gas (vapor) y lquido.

Lnea de puntos de burbuja: representa la localizacin

de las composiciones del lquido cuando las dos fases

estn presentes.

Lnea de puntos de roco: representa la localizacin de

las composiciones del gas cuando el gas y el lquido

estn en equilibrio.


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3 Comportamiento de fasesDiagramas de composicin para una mezcla de tres

componentes

(Diagramas ternarios)


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Procedimiento para emplear el diagrama ternario:

1.-Se traza la composicin de la mezcla sobre el diagramaternario a la P y T proporcionadas. Esta composicin selocaliza en el punto 1.

2.-Se lee la composicin del gas en equilibrio en donde lalnea de unin se conecta desde el punto 1 con la curvade puntos de roco (punto 29 y se lee la composicin dellquido en equilibrio en donde la lnea de unin conectadesde el punto 1 con la curva de puntos de burbuja(punto 3).

3.- Se calculan las fracciones de la mezcla de gas ylquido.

4.- Se calculan las cantidades de gas y lquido.


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Ejercicio 1:

Determinar las composiciones y cantidades de gas

y lquido que se forman con 10 lbm-molde una

mezcla binaria de gases de 30% moldelcomponenteA (metano) y 70% moldel

componente B (etano) a condiciones de

equilibrio de 100 lb/pg2abs y 110Fa partir del

diagrama de fases de temperatura-composicin(isobrica) que se presenta en la figura.


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1. Se traza el punto 1 en 30% moldel componenteA (metano) a 110Fdentro de la envolvente de saturacin de 100 lb/pg2abs en la

figura.

2. Se dibuja la lnea de unin 123 y se lee la composicin del lquido en

equilibrio sobre las curvas depuntos de burbuja y la composicin

del gas en equilibrio sobre las curvas depuntos de roco,

obteniendo los valores de la tabla.


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3 Comportamiento de fasesDiagrama de fase para sistemas multicomponentes de

hidrocarburos


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Curva de puntos de burbuja: lnea que separa la regin de la faselquida de la regin de dos fases.

Curva de puntos de roco: lnea que separa la regin de la fase devapor de la regin de dos fases.

Punto crtico: se refiere al estado de determinada presin y

temperatura en la cual todas las propiedades intensivas de las faseslquido y vapor son idnticos.

Cricondenterma: temperatura mxima por arriba de la cual la faselquida no se puede formar independientemente de la presin quese tenga.

Cricondenbara: presin mxima por arriba de la cual la fase devapor (gas) no se puede formar independientemente de latemperatura que se tenga.

Lneas de calidad: proporcionan las condiciones de P y T paravolmenes equivalentes de lquidos.

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