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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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3 Comportamiento de fases
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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3 Comportamiento de fases
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3 Comportamiento de fases
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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3 Comportamiento de fases
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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3 Comportamiento de fases
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3 Comportamiento de fases
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3 Comportamiento de fases
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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3 Comportamiento de fases
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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3 Comportamiento de fases
Diferenciando e integrando:
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3 Comportamiento de fases
Tarea 6:
Desarrollar de manera completa la ecuacin de
Clausius-Clapeyron.
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3 Comportamiento de fases
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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3 Comportamiento de fases
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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3 Comportamiento de fases
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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3 Comportamiento de fases
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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3 Comportamiento de fases
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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3 Comportamiento de fases
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.