tema1-equilibrio de fases
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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
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