I. 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. Por 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.

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”.

Los sistemas de hidrocarburos encontrados 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)

Las condiciones bajo las cuales estas fases existen es un asunto de considerable importancia práctica. Las determinaciones experimentales o matemáticas de estas condiciones están convenientemente expresadas en diferentes tipos de diagramas comúnmente llamados Diagramas de Fases

II. OBJETIVOS:

Objetivo general:

Estudiar el diagrama de presión-temperatura para un solo componente.

Objetivos específicos:

Presentar principios básicos del comportamiento de fase de hidrocarburos e ilustrar el uso de diagramas de fase para describir y caracterizar el comportamiento de una sustancia pura (un solo componente).

El objetivo del estudio de fases, es llegar a predecir, cuando se conoce la composición y las cantidades de las fases en equilibrio del sistema, a cualquier presión y temperatura.

III. MARCO TEÓRICO

Conceptos básicos:

Sistema: cuerpo de materia con límites finitos (definidos) que puede considerarse, si se desea, aislado del medio que lo rodea. Representa el material bajo consideración para un proceso dado. Ejemplo: hidrocarburos en un yacimiento.

Tipos de sistemas:

a) Sistema homogéneo: es aquel cuyas propiedades intensivas varían continua y uniformemente de punto a punto en el sistema entre planos perpendiculares a la fuerza de gravedad. Ejemplos: un balón que contiene helio; un yacimiento por encima de su punto de saturación (burbujeo).

b) Sistema heterogéneo: está compuesto por dos o más sistemas homogéneos y cuyas propiedades intensivas cambian bruscamente en las superficies de contacto.Ejemplo: un yacimiento por debajo de la presión de saturación; petróleo más agua.

Propiedades: características de unsistema que pueden evaluarse cuantitativamente como resultado de un experimento. Describe la condición a un tiempo particular. Se miden en función de: fuerza (F), longitud (L), tiempo (t) y temperatura (T).

Tipos de propiedades:

a) Propiedades extensivas: dependen de la cantidad de materia, es decir, extensión del sistema. Ejemplos: volumen, masa.

b) propiedades intensivas: son independientes de la extensión o cantidad de materia del sistema. Ejemplos: temperatura, presión, densidad.

Fase: cuerpo de material homogéneo diferente en sus propiedades a los demás que le rodean. Las zonas homogéneas, discutidas en sistemas heterogéneos, se refieren a fases. Existe sólo una fase gaseosa, pero en líquidos y sólidos se suelen llamar fases a los estratos diferenciados. Por ejemplo, en separadores se habla de tres fases para referirse algas, petróleo y agua.

Interfase: se refiere a la superficie de contacto entre dos fases.

Fluido: se refiere agas, líquido o mezcla de éstos.

Componente: ya que aquí no se considera reacciones químicas, bajo estas circunstancias un componente se define como una sustancia que comprende un solo tipo de moléculas. Ejemplos: dióxido de carbono, hayadestilada, propano. Petróleo crudo es unamezcla de componentes.

Estado: condición de unsistema a un tiempo particular. Se determina cuando todas sus propiedades intensivas son fijas, El número mínimo de cualidades que deben describirse para fijar las propiedades dependen del número de componentes y fases presentes en el sistema.

Equilibrio: se considera que existe equilibrio, cuando las propiedades intensivas permanecen constantes con el tiempo, bajo las condiciones a las que existe el sistema.

Condiciones críticas: condiciones a las cuales las propiedades intensivas las fases líquido y vapor coexistentes, y llegan a ser idénticas.

Presión y temperatura críticas: presión y temperatura a las condiciones críticas.

Líneas iso-volumétricas: también se denomina curvas de calidad. Es el lugar geométrico de los puntos de igual porcentaje de volumen líquido (o vapor) en la región de dos fases, en un diagrama presión-temperatura de un sistema dado.

Cricondembárico: presión máxima a la cual las fases líquido y vapor pueden coexistir. Para componentes puros, el cricondembárico es igual a la presión crítica del componente.

Cricondentérmico: temperatura máxima a la cual las fases líquidas y el vapor pueden coexistir. Para componentes puros, el Cricondentérmico es igual a la temperatura crítica.

Punto triple: condiciones a las cuales coexisten: sólido, líquido y vapor. Es un punto único para un componente puro.

Estado crítico: es eltérmino usado para identificar condiciones únicas de presión, temperatura y composición de un sistema, donde todas las propiedades del vapor y líquido coexistentes llegan a ser idénticas.

Comportamiento retrógrado: formación de una fase de mayor densidad (Condensación), al someter un sistema a una reducci6n isotérmica de presión o a unincremento isobárico de temperatura. También puede definirse como: formación de una fase de menor densidad (vaporización), al someter un sistema a un aumento isotérmico de presión o a una reducción isobárica de temperatura.

Región retrógrada: cualquier región, en el diagrama presión-temperatura de un sistema, donde se produce condensación o vaporización en sentido inverso a lo que normalmente ocurre, es decir, donde existe comportamiento retrógrado.

IV. COMPORTAMIENTO DE LA FASE CUALITATIVA DE SISTEMAS DE HIDROCARBUROS

La mejor forma de estudiar el comportamiento cualitativo de sistemas de hidrocarburos es a través de diagramas de fases. Por medio de estos diagramas, puede conocerse el estado del fluido a determinadas condiciones de presión y temperatura, es decir, si existe 1, 2 o 3 fases (gas, liquido, sólido) en equilibrio a las condiciones impuestas.

Aunque sabemos que en los yacimientos no existen sistemas de un solo componente sino una mezcla de ella. Es conveniente comenzar por entender el comportamiento de los componentes puros. Esto ayuda a comprender las propiedades de sistemas de una sola fase y más complejos (hidrocarburos), tal como ocurren en los yacimientos.

Las propiedades de una fase son ya sea intensiva o extensiva. Una propiedad intensiva es aquella independiente de la cantidad total de materia en el sistema. Como ejemplos tenemos la densidad, gravedad específica, y el calor específico. Las propiedades tales como la masa y el volumen de un sistema son llamadas propiedades extensivas dado que sus valores son determinados por la cantidad de materia contenida en el sistema.

Se mostrara que el comportamiento de los sistemas heterogéneos es influenciado por el número de componentes que contiene. Un sistema que consiste; de una sustancia pura simple, se comportara diferentemente de otra consistente de dos o máscomponentes Cuando la presión y la temperatura son tales que permiten que una fase líquida y una fase gaseosa estén presentes al mismo tiempo. Consecuentemente, la discusión del comportamiento de fases comenzará con una descripción de los sistemas de un solo componente.

V. SISTEMAS DE UN SOLO COMPONENTE

Estos son sistemas conformados por un solo componente, lo que vendría ser una sustancia pura, y la cual dependiendo de los valores de temperatura y presión puede estar en estado sólido, líquido o gas..

DIAGRAMA PRESION-TEMPERATURA

La Fig. Ilustra un diagrama típico de presión-temperatura, P-T, para un sistema de hidrocarburos de un solo componente.

A la izquierda de la línea DHF, el sistema es sólido y a la derecha de la línea FHC, el sistema es todo gas o vapor

En la parte comprendida por DHC, el sistema es todo líquido. A las condiciones de presión y temperatura que caen exactamente sobre las líneas, ocurren sistemas de equilibrio.

Por ejemplo, los puntos de línea FH representan condiciones de sistemas sólido-gas (vapor) en equilibrio; los puntos sobre la línea DH representan condiciones de sistemas sólidos-líquidos en equilibrio.

Finalmente, los puntos cobre la línea HC representan condiciones del sistemas líquido-gas (vapor) en equilibrio. A estas condiciones de equilibrio, existen dos fases en el sistema.

El punto C es el punto crítico. Por encima de la presión y temperatura críticas solo existe una fase y en esta zona se habla de un "fluido". Tal como antes se menciono, las propiedades intensivas del vapor y líquido son idénticas en este punto.

El punto H es conocido como punto triple, el cual indica la presión y -

temperatura a la que las tres fases: sólido, líquido y vapor, coexisten bajo condiciones de equilibrio.

VI. CONCLUSIONES:

En resumen, para un sistema de un sólo componente, cuando existe sólo una fase, el sistema es bivariante; cuando existen dos fases en equilibrio, el sistema es univariante y cuando existen tres fases en equilibrio el sistema es invariante.

Bibliografía:

INGENIERIA DE GAS NATURAL: Características y comportamiento de los hidrocarburos de :

Ramiro Pérez Palacioklarcías J. Martínez

COMPORTAMIENTO DE FASES - Ing. Javier Andrés Martínez P.

PROPIEDADES DE RESERVORIOS PETROLIFEROS - AUTOR: EMIL J. BURCIK