FUNDAMENTOS DE COMPORTAMIENTO DE FASES DEL GAS INTEGRATES: GARNICA BARAHONA BETTY HERRERA ESCOBAR DADWIN KICAÑO FLORES SONIA OQUENDO MAURICIO SILVIA QUENTA GONZALES VICTOR VALDA BARRIENTOS B. CAROLINA
1. INTEGRATES: GARNICA BARAHONA BETTY HERRERA ESCOBAR DADWIN
KICAO FLORES SONIA OQUENDO MAURICIO SILVIA QUENTA GONZALES VICTOR
VALDA BARRIENTOS B. CAROLINA
2. Como El Petrleo Y El Gas Natural Son Producidos De Los
Reservorios, Estos Son Susceptibles A Una Serie De Cambios De
Presin, De Temperatura Y De La Composicin. Tales Cambios Afectan El
Comportamiento Volumtrico Y De Transporte De Estos Reservorios Y,
Consecuentemente, Los Volmenes De Petrleo Y Gas Producidos. El
Comportamiento De Fases Es Usado Para Seleccionar
3. DEFINICIONES: FASE Una Parte Homognea De Un Sistema Que Es
Fsicamente Distinta Y Separada De Otras Partes Del Sistema Por
Limites Bien Definidos. Es Una Porcin Del Sistema Que Tiene
Propiedades Intensivas Homogneas Y Estn Rodeados De Una Superficie
Fsica. Las Fases Son Slido, Lquido Y Gas. LAS FASES MAS IMPORTANTES
QUE SE CUBREN EN UN RESERVORIO SON: FASE LIQUIDA: PETRLEOS O
CONDENSADOS FASE GASEOSA :GASES NATURALES Con Cambios De Presin Y
Temperatura Algunos De Estos Hidrocarburos Simples Pasan De Una
Fase A Otra En Forma Parcial O
4. DEFINICIONES Las Fases Tienen Propiedades Que Pueden Ser
Intensivas O Extensivas. LAS PROPIEDADES INTENSIVAS Son
Independientes De La Cantidad De Materia, Como La Densidad, El
Factor De Compresibilidad. LAS PROPIEDADES EXTENSIVAS Son
Dependientes De La Cantidad De Materia, Como El Volumen Y La Masa.
LA TEMPERATURA Representa La Medida Fsica De La Energa Cintica De
La Molculas De Un Determinado Material En Este Caso Los
Hidrocarburos. LA PRESIN Es Una Reflexin Del Nmero De Veces Que Las
Molculas Del Material Colisionan Con Las Paredes Del Recipiente Que
Los Contiene, En Este Caso La Roca Reservorio. LAS FUERZAS
INTERMOLECULARES Son Aqullas Relacionadas Con La Atraccin O
Repulsin Entre Molculas Del Material
5. DIAGRAMA DE FASES Los elementos qumicos y las sustancias
formadas por ellos salvo algunas excepciones, pueden existir en
tres estados diferentes: slido, lquido y gaseoso en dependencia de
las condiciones de presin y temperatura en las que se encuentren y
esto se debe bsicamente a las fuerzas intermoleculares. El diagrama
que representa el trnsito entre estos estados, se conoce como
6. DIAGRAMA DE FASES Definiciones : Punto triple:En este punto
en la sustancia coexisten en equilibrio los tres estados, est
parcialmente solida, parcialmente lquida y parcialmente gaseosa.
Obsrvese que para valores de presin o temperatura mas bajas que el
punto triple la sustancia en cuestin no puede existir en estado
lquido y solo puede pasar desde slido a gaseoso en un proceso
conocido como sublimacin. Punto crtico:El punto C indica el valor
mximo de temperatura en el que pueden coexistir en equilibrio dos
fases, y se denomina punto crtico. Representa la temperatura mxima
a la cual se puede licuar el gas simplemente aumentando la presin.
Gases a temperaturas por encima de la temperatura del punto crtico
no pueden ser licuados por mucho que se aumente las presin. En
otras palabras, por encima del
7. DIAGRAMA DE FASES Definiciones: Punto de ebullicin El punto
de ebullicin de una sustancia, es aquel valor de temperatura para
el cual coexisten en equilibrio, los estados lquido y gaseoso a
determinada presin. Los diferentes puntos de ebullicin para las
diferentes presiones corresponderan a la curva BC. Punto de fusin
El punto de fusin de una sustancia, es aquel valor de temperatura
para el cual coexisten en equilibrio, los estados lquido y slido a
determinada presin. Los diferentes puntos de fusin para las
diferentes presiones corresponderan a la curva BD
8. Definiciones : Puntos de Burbujeo: puntos en los cuales
existe fase lquida con una parte infinitesimal de gas. Puntos de
Roco: puntos en los cuales existe fase gaseosa con una parte
infinitesimal de lquido. Presin Cricondenbrica: mxima presin en la
cual coexisten equilibradamente la fase lquida y la fase gaseosa.
Temperatura Cricondentrmica: mxima temperatura en la cual coexisten
equilibradamente la fase lquida y la gaseosa. Condensacin
Retrgrada: puede ser expresada desde dos pticas, la condensacin de
lquido durante expansin de gas a temperatura constante o bien la
condensacin de lquido durante calentamiento de gas a presin
constante.
9. EL OBJETIVO DEL ESTUDIO DE FASES ES LLEGAR A PREDECIR,
CUANDO SE CONOCE LA COMPOSICIN CONOCES LAS CANTIDADES DE LAS FASES
EN EQUILIBRIO DEL SISTEMA, A CUALQUIER PRESIN Y TEMPERATURA. EL
ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE FASES SE DIVIDE EN DOS PARTES
GENERALES: CUALITATIVO Y CUANTITATIVO. EN EL PRIMER CASO, SE
ANALIZAN LOS DIFERENTES DIAGRAMAS DE PRESIN-TEMPERATURA, P-T,
PRESIN-VOLUMEN, P-V, COMPOSICIN, ETC. EN EL SEGUNDO CASO, SE
DESARROLLAN FRMULAS Y MTODOS PARA CALCULAR LA COMPOSICIN Y
CANTIDADES DE LAS FASES DE UN SISTEMA, A PRESIN Y TEMPERATURAS
DADAS
10. EL OBJETIVO DEL ESTUDIO DE FASES EL COMPORTAMIENTO DE FASE
DE LOS HIDROCARBUROS DEL RESERVORIO PETRLEO-GAS NATURAL DEPENDE DE
LA PRESIN, DEL VOLUMEN OCUPADO Y DE LA TEMPERATURA. ESTE
COMPORTAMIENTO DE FASE SE DESCRIBE MEDIANTE MEDICIONES DE
LABORATORIO COMO ANALISIS PVT. PARA COMPRENDER MEJOR EL
COMPORTAMIENTO DE FASE DEL PETRLEO (MEZCLA COMPLEJA DE
HIDROCARBUROS), SE COMENZAR POR DESCRIBIR EL EQUILIBRIO DE FASE DE
UN HIDROCARBURO PURO, DE UNA MEZCLA BICOMPONENTE Y DE MEZCLAS
MULTICOMPONENTES.
11. HIDROCARBURO PURO SI EL VOLUMEN OCUPADO POR ETANO SE
AUMENTA, DESLIZANDO EL PISTN, LA PRESIN DISMINUYE HASTA QUE APARECE
LA PRIMERA BURBUJA DE GAS (ESTE ES EL PUNTO DE BURBUJA) AUMENTOS
POSTERIORES EN EL VOLUMEN NO ORIGINAN CAMBIOS EN LA PRESIN, SOLO SE
VAPORIZA MS LIQUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE. ESTA SITUACIN SE
MANTIENE HASTA LA TOTAL VAPORIZACIN DEL LQUIDO (ESTE ES EL PUNTO DE
ROCI). SI SE SIGUE AUMENTANDO EL VOLUMEN LA PRESIN DISMINUYE
HIPERBLICAMENTE.
12. EL COMPONENTE PURO
13. EL COMPONENTE PURO: DIAGRAMA P-V
14. HIDROCARBURO PURO SE MUESTRA UNA SERIE DE EXPANSIONES
SIMILARES A LA DESCRITA, PERO A DIFERENTES TEMPERATURAS, LA FIGURA
REPRESENTA EL DIAGRAMA TRIDIMENSIONAL PVT DEL ETANO. La figura
muestra las condiciones PVT, en las que el etano forma una fase
liquida, gaseosa o ambas. El conjunto de los puntos de burbuja a
distintas temperaturas forma la lnea de burbuja, de igual forma la
lnea de roco. Ambas se usen en el punto crtico, donde las
propiedades de las fases liquida y gaseosa se asemejan. Las dos
lneas, la de puntos de burbuja y la de puntos de rocio, se
proyectan en el plano PT como una nica curva denominada presin de
vapor, que termina en el punto crtico
15. EL COMPONENTE PURO: CARACTERISTICAS A TEMPERATURA FIJA, DOS
FASES COEXISTEN A LA PRESION DE VAPOR CURVA DE PUNTOS DE ROCO Y
BURBUJAS COINCIDENTES EN DIAGRAMA P-T MXIMA TEMPERATURA PARA DOS
FASES: TC MXIMA PRESIN PARA DOS FASES: PC Punto critico
16. DIAGRAMA DE FASES-PARA SISTEMA BINARIO CUANDO APARECEN
VARIAS SUSTANCIAS, LA REPRESENTACIN DE LOS CAMBIOS DE FASE PUEDE
SER MS COMPLEJA. UN CASO PARTICULAR, EL MS SENCILLO, CORRESPONDE A
LOS DIAGRAMAS DE FASE BINARIOS. AHORA LAS VARIABLES A TENER EN
CUENTA SON LA TEMPERATURA Y LA CONCENTRACIN, NORMALMENTE EN MASA.
EN UN DIAGRAMA BINARIO PUEDEN APARECER LAS SIGUIENTES REGIONES:
SLIDO PURO O SOLUCIN SLIDA MEZCLA DE SOLUCIONES SLIDAS MEZCLA SLIDO
- LQUIDO NICAMENTE LQUIDO, YA SEA MEZCLA DE LQUIDOS INMISCIBLES
(EMULSIN), YA SEA UN LQUIDO COMPLETAMENTE HOMOGNEO. MEZCLA LQUIDO -
GAS GAS (LO CONSIDERAREMOS SIEMPRE HOMOGNEO, TRABAJANDO CON POCAS
VARIACIONES DA ALTITUD).
17. SISTEMA BINARIO: DIAGRAMA P-T Y P-X-Y
18. SISTEMAS DE DOS COMPONENTES LA PARTE CORRESPONDIENTE A LA
ZONA DE VAPOR Y DE LQUIDO SON SIMILARES A LAS DE UN SOLO
COMPONENTE. SIN EMBARGO, LA PARTE CORRESPONDIENTE A LA ZONA DE DOS
FASES DIFIERE DE LA DE UN SOLO COMPONENTE EN EL SENTIDO QUE LA
PRESIN VARIA CON EL VOLUMEN, AUMENTANDO SU VALOR A MEDIDA QUE EL
SISTEMA PASA DEL PUNTO DE ROCO AL PUNTO DE BURBUJA. Temperatura
Presin 2 fases x1, y1 Pa Pa PC1 PC2 T1 s T2 s T2 s T1 s 0 1
19. SISTEMAS DE DOS COMPONENTES ESTO ES DEBIDO A QUE LA
COMPOSICIN DEL LQUIDO Y DEL VAPOR VARA CONTINUAMENTE AL PASAR EL
SISTEMA A TRAVS DE LA REGIN DE DOS FASES. EN EL PUNTO DE ROCO, LA
COMPOSICIN DEL VAPOR ES PRCTICAMENTE LA COMPOSICIN DEL SISTEMA,
SOLO QUE EXISTE UNA CANTIDAD INFINITESIMAL DE LQUIDO, RICO EN EL
VOLTIL A MEDIDA QUE SE CONDENSA MS LQUIDO, SU COMPOSICIN CAMBIA
AUMENTANDO EL COMPONENTE MS VOLTIL (Y POR CONSIGUIENTE AUMENTANDO
LA PRESIN DE VAPOR) HASTA QUE LA COMPOSICIN DEL LQUIDO ES IGUAL A
LA DEL SISTEMA EN EL PUNTO DE BURBUJA.
20. SISTEMAS DE DOS COMPONENTES ESTUDIEMOS EL COMPORTAMIENTO DE
UNA MEZCLA TAL COMO LA DE METANO Y PENTANO AL 50%. EN LA FIGURA SE
MUESTRAN LAS CURVAS DE PRESIN DE VAPOR DE LOS COMPONENTES PUROS EN
EL PLANO P-T
21. SISTEMAS DE DOS COMPONENTES SE PARTE DE UN ESTADO LQUIDO
POR ENCIMA DE LA ENVOLVENTE PUNTO A, Y SE DISMINUYE LA PRESIN. AL
ALCANZAR LA CURVA DE PUNTOS DE BURBUJA, EL PUNTO A, TIENE TODAVA
UNA COMPOSICIN 50 % ETANO Y 50 % PENTANO, PERO SI CONTINUA HACIA
ABAJO, LAS PRIMERAS BURBUJAS DE GAS ESTARN MAS ENRIQUECIDAS EN
ETANO, EL COMPONENTE MS VOLTIL. A MEDIDA QUE LA PRESIN DESCIENDA Y
EL GAS SE LIBERE, EL GAS AUMENTAR SU PORCENTAJE EN PENTANO HASTA
QUE SOBRE LA CURVA DE PUNTOS DE ROCIO SE RECONSTITUYA UN GAS CUYA
MEZCLA ES AL 50 %. LA FORMA DE LA ENVOLVENTE VARA SI EL PORCENTAJE
DE ETANO Y PENTANO NO ES DEL 50 %. Diagrama de fases para una
mezcla 50 % metano y 50 % pentano.
23. LOS SISTEMAS DE HIDROCARBUROS QUE SE PRESENTAN NATURALMENTE
EN YACIMIENTOS DE PETRLEO Y GAS, ESTN COMPUESTOS DE UNA GRAN
VARIEDAD DE COMPONENTES, QUE INCLUYEN NO SLO HIDROCARBUROS DE LA
SERIE PARAFINADA, SINO MUCHOS OTROS COMPONENTES DE OTRAS SERIES. EL
COMPORTAMIENTO DE ESTOS SISTEMAS EN LA REGIN DE VAPOR-LQUIDO, ES
MUY SIMILAR A LOS SISTEMAS BINARIOS. POR SUPUESTO, LOS DIAGRAMAS
BIDIMENSIONALES DE PRESIN-COMPOSICIN Y TEMPERATURA-COMPOSICIN, YA
NO SE APLICAN EN ESTOS CASOS. EL COMPORTAMIENTO DE FASES DE
SISTEMAS MULTICOMPONENTES DE HIDROCARBUROS, DEPENDE DE LA
COMPOSICIN Y DE LAS PROPIEDADES DE LOS COMPONENTES INDIVIDUALES.
LAS CARACTERSTICAS DE LOS DIAGRAMAS P-V Y P-T, SON SIMILARES A LOS
DE LOS SISTEMAS DE DOS COMPONENTES.
24. EN LA FIGURA SE MUESTRA EL DIAGRAMA P-T PARA UNA MEZCLA
MULTICOMPONENTE CON UNA COMPOSICIN ESPECIFICA EN GENERAL. ESTOS
DIAGRAMAS P-T DE MEZCLA MULTICOMPONENTE SIRVEN PARA: 1.- CLASIFICAR
LOS RESERVORIOS 2.- CLASIFICAR LA PRODUCCIN NATURAL DE LOS SISTEMAS
DE HIDROCARBUROS 3.- DESCRIBIR EL COMPORTAMIENTO DE FASE DE LOS
SISTEMAS DE HIDROCARBUROS.
25. EN GENERAL, LOS RESERVORIOS SON CONVENIENTEMENTE
CLASIFICADOS EN LAS BASES DE LA UBICACIN DEL PUNTO QUE REPRESENTA
LA PRESIN INICIAL DE RESERVORIO PI, Y LA TEMPERATURA T CON RESPECTO
AL DIAGRAMA DE PRESIN- TEMPERATURA DEL FLUIDO DE RESERVORIO. POR LO
TANTO, LOS RESERVORIOS PUEDEN SER CLASIFICADOS DENTRO DE BSICAMENTE
DOS TIPOS QUE SON: RESERVORIOS DE PETRLEO. SI LA TEMPERATURA DEL
RESERVORIO TR, ES MENOR QUE LA TEMPERATURA CRTICA TC, DEL FLUIDO
DEL RESERVORIO. RESERVORIOS DE GAS. SI LA TEMPERATURA DEL
RESERVORIO TR, ES MAYOR QUE LA TEMPERATURA CRTICA TC, DEL FLUIDO
DEL RESERVORIO.
26. En general si la temperatura del reservorio Tr, es mayor
que la temperatura crtica Tc, del sistema de hidrocarburos, el
reservorio es clasificado como un reservorio de gas natural. Sobre
las bases de sus diagramas de fases y las condiciones de
reservorio, los gases naturales pueden ser clasificado en Gas
Condensado Retrogrado Gas Condensado Cerca al Punto Critico Gas
Hmedo Gas Seco
27. Considere las condiciones iniciales del reservorio de gas
retrgrado, el punto 1 (fase vapor, presin encima del punto de rocio
Sup.) A medida que la presin de reservorio disminuye
isotrmicamente, debido a la produccin, desde el punto 1 al punto 2.
Esto provoca que la atraccin entre las molculas de los componentes
livianos y pesados se vayan distanciando. A medida que ocurre esto,
la atraccin entre las molculas de componentes ms pesados sea ms
efectiva y asi el lquido empiece a condensarse.
28. Si la temperatura del reservorio Tr est cerca de la
Temperatura Crtica Tc. El comportamiento volumtrico de esta
categora de gas natural es descrita a travs de la declinacin de
presin isotrmica (lnea 1-3). Debido a que las lneas de calidad
convergen en el punto crtico, una rpida restitucin de lquidos
ocurrir inmediatamente debajo del punto de roco mientras la presin
es reducida al punto 2. Este comportamiento puede ser justificado
por el hecho de que varias lneas de calidad son cruzadas muy
rpidamente por una reduccin de presin isotrmica.
29. Se muestra la curva de encogimiento de liquido para
reservorios de gas condensado cerca al punto critico. En el punto
donde los lquidos cesan de restituir y empieza a encogerse otra
vez, el reservorio va de la regin retrgrada a la regin normal de
vaporizacin.
30. La temperatura del reservorio Tr, est por encima de la
cricondenterma Tct de la mezcla de HC.. El fluido de reservorio
permanecer siempre en la regin de fase vapor a medida que el
reservorio es depletado isotrmicamente, a lo largo de la lnea
vertical A-B. Mientras el gas producido fluye hacia la superficie,
sin embargo, la presin y la temperatura del gas declinar. Si el gas
entra a la regin de dos fases, una fase lquida condensar fuera del
gas y es producido en los separadores de superficie. Por tal razn
nunca se integran las dos fases en reservorio (solo gas)
31. Los reservorios de gas hmedo son caracterizados por las
siguientes propiedades Relacin gas petrleo entre 60000 y 100000
scf/STB Gravedad del petrleo en tanque, mayor 60 oAPI El lquido es
color blanco agua. A condiciones de separador caen en la regin de
las dos fases Metano entre 75 y 90 % mol
32. La mezcla de HC existe como gas en el reservorio y en las
facilidades de superficie. El nico lquido asociado con el gas de un
reservorio de gas seco es el agua.. Usualmente un sistema que tiene
una relacin gas-petrleo mayor que 100000 scf/STB es considerado un
gas seco. El gas es mayoritariamente metano (% C1 >95 %)
33. ALGUNAS MEZCLAS DE HIDROCARBUROS EXISTEN NATURALMENTE A UNA
TEMPERATURA ENTRE LA CRTICA Y LA CRICONDERTRMICA COMO SE OBSERVA EN
LA FIG. 1 (ISOTERMA ABD). A LA PRESIN DEL PUNTO A, LA MEZCLA SE
ENCUENTRA EN FASE GASEOSA Y AL DISMINUIR LA PRESIN ISOTRMICAMENTE
SE ALCANZA EL PUNTO DE ROCO. DENTRO DEL REA RAYADA LA DISMINUCIN DE
PRESIN PRODUCE CONDENSACIN EN PARTE DE LA MEZCLA. A ESTE FENMENO SE
LE LLAMA CONDENSACIN RETROGRADA ISOTRMICA, PARA DIFERENCIARLO DEL
FENMENO NORMAL DONDE LA CONDENSACIN OCURRE POR COMPRESIN DEL GAS.
LA ZONA DE CONDENSACIN RETRGRADA EST DELIMITADA POR LOS PUNTOS DE
MXIMA TEMPERATURA DE LAS LNEAS DE ISOCALIDAD. A TEMPERATURAS ENTRE
LA CRTICA Y LA CRICONDERTRMICA SE OBSERVAN (FIG. 1) DOS PRESIONES
DE ROCO: RETRGRADA Y NORMAL. SIGUIENDO LA LNEA DE AGOTAMIENTO DE LA
PRESIN ABD, A LA PRESIN DE ROCO RETRGRADO (B) LA CANTIDAD
INFINITESIMAL DE LQUIDO SE FORMA POR UN
34. Los fluidos obtenidos en superficie de estos yacimientos,
son el resultado de cambios termodinmicos que sufre la mezcla
original de hidrocarburos en su trayectoria desde el yacimiento
hasta el sistema de separacin en la superficie. Cuatro factores
fsicos controlan el comportamiento de fases de mezclas de
hidrocarburos: PRESIN TEMPERATURA ATRACCIN MOLECULAR REPULSIN
MOLECULAR
35. La presin y la atraccin molecular tienden a mantener las
molculas juntas, de esta manera, mientras mayor sean estas fuerzas
mayor es la tendencia de los hidrocarburos a aumentar su densidad.
Las fuerzas de atraccin molecular son directamente proporcionales a
la masa de las molculas e inversamente proporcionales a la
distancia entre las mismas. Temperatura y la repulsin molecular
tienden a dispersar las molculas. El comportamiento regular de los
hidrocarburos es el de pasar de fase gaseosa a lquida por aumento
de presin y/o disminucin de temperatura y el de pasar de fase
lquida a gaseosa por disminucin de presin y/o aumento de
temperatura.
36. ES DIFCIL IMAGINAR LA "DISOLUCIN" DE UN LQUIDO EN UN GAS A
PRESIN ATMOSFRICA PUES EN EL MISMO VOLUMEN EN QUE EL GAS TIENE
APENAS 1 MOLCULA, UNA FASE LQUIDA PUEDE CONTENER CIENTOS DE
MOLCULAS. SIN EMBARGO EN LOS GASES A MUY ALTA PRESIN (200 MS
KG/CM2) LAS DISTANCIAS MOLECULARES SON TAN PEQUEAS QUE EL GAS Y EL
LIQUIDO PASAN A TENER CANTIDADES SIMILARES DE MOLCULAS POR UNIDAD
DE VOLUMEN Y ES PERFECTAMENTE RAZONABLE ACEPTAR QUE UNA FASE
GASEOSA EN ESAS CONDICIONES PUEDE DISOLVER MOLCULAS MS PESADAS. POR
ESTO CUANDO LA PRESIN DISMINUYE POR DEBAJO DE LA PRESIN DE ROCO,
LAS FUERZAS DE ATRACCIN ENTRE LAS MOLCULAS LIVIANAS Y PESADAS
DISMINUYE DEBIDO A QUE LAS MOLCULAS LIVIANAS SE APARTAN MUCHO DE
LAS PESADAS. YA QUE LA ATRACCIN ENTRE LAS MOLCULAS DE LOS
COMPONENTES PESADOS SE HACE MS EFECTIVA PRODUCIENDO SU
CONDENSACIN.
37. GAS CONDENSADO - RETROGRADO Si la temperatura del
reservorio Tr est entre la Temperatura Crtica Tc y la
cricondenterma Tct del fluido. Considere las condiciones iniciales
del reservorio de gas retrgrado, el punto 1 (fase vapor, presin
encima del punto de rocio) A medida que la presin de reservorio
disminuye isotrmicamente, debido a la produccin, desde el punto 1
al punto 2. Esto provoca que la atraccin entre las molculas de los
componentes livianos y pesados se vayan distanciando. A medida que
ocurre esto, la atraccin entre las molculas de componentes ms
pesados sea ms efectiva y asi el lquido empiece a condensarse.
38. GAS CONDENSADO - RETROGRADO Este proceso de condensin
retrograda continua con la disminucin de presin hasta que la
condensacin de liquido alcanza su mximo en el punto 3. Futura
reduccin en la presin, permite que las molculas pesadas comiencen
el proceso normal de vaporizacin, en el punto 4. El proceso de
vaporizacin contina hasta que la presin de reservorio alcance la
presin de curva de roco inferior. Esto significa que todo el lquido
que se form debe vaporizarse porque el sistema es esencialmente
todo vapor en el punto de roco ms bajo.
39. GAS CONDENSADO - RETROGRADO Las caractersticas fsicas
asociadas a este categora son: Relacin gas-petrleo entre 8000 a
70000 scf/STB. Gravedad del condensado mayor a 50 API El lquido en
el tanque es usualmente es blanco agua ligeramente coloreado. La
figura muestra una curva de encogimiento de lquido tpico para un
sistema de condensado. En la mayora de los reservorios de gas
condensado, el volumen de lquido de condensado rara vez excede ms
del 15 al 19% del volumen poral.
40. DE ACUERDO CON LA TEORA CINTICA, HAY UN CONTINUO PASO DE
MOLCULAS DE LA SUPERFICIE DEL LQUIDO AL ESPACIO LIBRE QUE SE
ENCUENTRA SOBRE L. AL MISMO TIEMPO MOLCULAS DE VAPOR REGRESAN A LA
SUPERFICIE DEL LQUIDO A UNA RATA QUE DEPENDE DE LA CONCENTRACIN DEL
VAPOR. A MEDIDA QUE LA CONCENTRACIN DE MOLCULAS DE VAPOR SE
INCREMENTA, SE VA ESTABLECIENDO UNA CONDICIN DE EQUILIBRIO ENTRE EL
LQUIDO Y EL VAPOR Y SE LLEGA A L CUANDO LA RATA DE EVAPORACIN ES
EXACTAMENTE IGUAL A LA RATA DE CONDENSACIN. LA PRESIN EJERCIDA POR
LA FASE VAPOR EN EQUILIBRIO CON LA FASE LIQUIDA SE CONOCE COMO LA
PRESIN DE VAPOR. LA PRESIN DE VAPOR DE EQUILIBRIO DEPENDE NO SOLO
DE LA TEMPERATURA SINO TAMBIN DE LA NATURALEZA DE LOS COMPONENTES Y
LA COMPOSICIN EN CADA UNA DE LAS FASES.
41. SE HA TOMADO UN COMPUESTO A CUYO PUNTO DE EBULLICIN, CONSTA
DE DOS CURVAS QUE TERMINAN EN PUNTOS IGUALES TA O TB . LA CURVA
INFERIOR CORRESPONDE A LA TEMPERATURA DE EBULLICIN DE LA MEZCLA
LQUIDA EN FUNCIN DE LA COMPOSICIN DE LA FASE LQUIDA Y LA CURVA
SUPERIOR A LA TEMPERATURA DE CONDENSACIN DE LA MEZCLA GASEOSA EN
FUNCIN DE LA COMPOSICIN DE LA FASE GASEOSA O DE VAPOR. A LA PRIMERA
SE LE CONOCE COMO LNEA DE PUNTOS DE BURBUJA MIENTRAS A LA SEGUNDA
LNEA DE PUNTOS DE ROCO. EL MANEJO DE LAS CURVAS ES EL SIGUIENTE:
ESTANDO EL SISTEMA LQUIDO - VAPOR EN EQUILIBRIO PARA UNA
TEMPERATURA DADA T , LA COMPOSICIN DE LA FASE LQUIDA ES XA FRACCIN
MOLA DEL COMPUESTO A, LA COMPOSICIN DE LA FASE GASEOSA O FASE VAPOR
ES YA FRACCIN MOLAR DEL COMPUESTO A. LAS COMPOSICIONES TANTO DEL
LQUIDO COMO DEL VAPOR ESTN DEFINIDAS PARA LOS PUNTOS C Y D. EL
SIGNIFICADO FSICO DE ESTOS PUNTOS ES QUE LA FASE LQUIDA DE UNA
COMPOSICIN XA, TIENE UNA TEMPERATURA DE EBULLICIN QUE CORRESPONDE A
LA DEL PUNTO C Y EL VAPOR QUE SE EST DESPRENDIENDO EN ESE MOMENTO
TIENEN UNA COMPOSICIN DADA POR EL PUNTO D O SEA YA .
42. LOS DIAGRAMAS DE PUNTO DE EBULLICIN SON ESPECFICOS PARA UNA
PRESIN TOTAL DEFINIDA. A MAYORES PRESIONES LA REGIN ENTRE LAS
CURVAS DE LAS DOS FASES SE ESTRECHAN, COMO SE APRECIA EN LA FIGURA
6-2 PARA LA MEZCLA BINARIA BUTANO - HEPTANO. LA DETERMINACIN
EXPERIMENTAL DE LAS CURVAS IMPLICA PROCESOS FSICO - QUMICOS
BASTANTE COMPLICADOS; PARA ALGUNOS CASOS, DENTRO DE CIERTOS RANGOS
Y CONSIDERANDO UN COMPORTAMIENTO IDEAL DE LAS SOLUCIONES SE PUEDEN
DETERMINAR POR APLICACIN DE LA LEY DE RAOULT. LA LEY DE RAOULT
ESTABLECE QUE PARA UNA TEMPERATURA DADA, LA PRESIN PARCIAL DE UN
COMPONENTE DE UNA MEZCLA IDEAL ES IGUAL A LA FRACCIN MOLAR DE ESE
COMPONENTE MULTIPLICADA POR LA PRESIN DE VAPOR EN SU ESTADO PURO A
LA TEMPERATURA DADA. TOMANDO LA SOLUCIN O MEZCLA BINARIA DE LOS
COMPUESTO A Y B, LAS PRESIONES PARCIALES PUEDEN
43. CUALQUIER MEZCLA IDEAL O NO IDEAL, EN CADA UNA DE LAS DOS
FASES PARA QUE EST EN EQUILIBRIO ES NECESARIO: TV = TL PV = PL I V
= I L L i V i ff i L i L i L i i V i V i V i xff yff En resumen:
Relacin fundamental Donde:
44. RELACIONES DE EQUILIBRIO LQUIDO - VAPOR FUNDAMENTALES i i V
i V i L i L i i x y f f K ( , , , ) L i i i i iV i K f P T x y P P
K o ii i ( , ) o i i P K f P T P ( , , , ) L i i i iV i K f P T x y
Relacin Fundamental: 1 Relacin General: Presiones bajas y Mezclas
Reales: Presiones bajas y Mezclas Ideales: 2 Relacin General:
45. 3 RELACIONES SEMIEMPRICAS: KI = F(P, T) CORRELACIN DE
MCWILLIAMS: PARA HIDROCARBUROS P, EN PSIAS; T, EN R; CONSTANTES AT
Y AP EN TABLA 2-4 (WANKAT) VLIDA PARA: -70 C
46. 3 RELACIONES SEMIEMPRICAS: KI = F(P, T) CORRELACIN DE
WHITSON Y TORP: CRITERIO DE PRESIN DE CONVERGENCIA DONDE: P =
PRESIN DEL SISTEMA, PSIG (MANOMTRICA) PK = PRESIN DE CONVERGENCIA,
PSIG (MANOMTRICA) T = TEMPERATURA DEL SISTEMA, R I = FACTOR
ACNTRICO DEL COMPONENTE I TCI= TEMPERATURA CRTICA DEL COMPONENTE I,
R PCI= PRESIN CRTICA DEL COMPONENTE I, PSIA MC7+ = PESO MOLECULAR
DEL C7 + C7+ = GRAVEDAD ESPECFICA DEL C7 + A1 = 6124.3049 A2 =
2753.2538 A3 = 415.42049 Relaciones de Equilibrio Lquido - Vapor
Fundamentales
47. 4 MTODOS GRFICOS: GRFICOS AGA, CAMPBELL Relaciones de
Equilibrio Lquido - Vapor Fundamentales ( , , )i kK f P T P
48. POR ECUACIONES DE ESTADO: SEGN: SE CALCULA POR LAS EC.:
REDLICH - KWONG SOAVE PENG - ROBINSON BENEDIC- WEB- RUBBIN LEE
KESLER Estimacin de la Constante de Equilibrio: Ki ( , , , ) L i i
i iV i K f P T x y
49. COEFICIENTE DE FUGACIDAD, PARA LAS DOS FASES: REGLA DE
MEZCLADO: Ki, por Ec. de Redlich - Kwong Z B A A B B B A BZZ B B
iii i 1ln2)ln()1(ln ci ci i ci ci i C i ii C i ii TT PP B TT PP A
BxB AxA ABZBBAZZ / / 08664.0 / / 42748.0 0)( 5.2 1 2 1 223 Mezclas
que forman soluciones ideales
50. SEGN LAS RELACIONES: RELACIN GENERAL: EC. CHAO- SEADER PARA
P BAJAS: COEFICIENTE DE ACTIVIDAD : SE EVALA CON LAS ECS.:
HILDEBRAND, PARA LA EC. DE CHAO-SEADER NRTL, PARA MEZCLAS
PARCIALMENTE POLARES VAN LAAR, PARA MEZCLAS PARCIALMENTE POLARES
WILSON, PARA MEZCLAS POLARES UNIFAC, PARA MEZCLAS POLARES Y NO
POLARES (C. GRUPOS) UNIQUAC, PARA MEZCLAS POLARES Y NO POLARES (C.
GRUPOS) Ki, para mezclas no ideales V i L ii iK P P K o ii i
51. Diagrama de Fases Lquido - Vapor Mezcla Lquido - Vapor
52. EJEMPLO 6-1 PARA UNA SERIE DE TEMPERATURAS, LAS PRESIONES
DE VAPOR DEL BENCENO Y DEL TOLUENO SE DAN EN LA TABLA
SIGUIENTE..SUPONIENDO QUE ESTOS COMPUESTOS OBEDECEN A LA LEY DE
RAOULT Y QUE LA PRESIN TOTAL PARA ESTOS LQUIDOS ES DE UNA ATMSFERA
ELABORAR EL DIAGRAMA DE TEMPERATURA -COMPOSICIN PARA ESTE
SISTEMA.
53. EQULIBRIO VAPOR-LIQUIDO SOLUCIN: SE APLICAN LAS ECUACIONES
(6-4) Y (6-7) PARA DETERMINAR LAS FRACCIONES MOLARES TANTO EN LA
FASE LQUIDA COMO LA FASE VAPOR. SE PARTE DE LA TEMPERATURA A LA
CUAL SE REPORTAN LOS VALORES DE LOS DOS COMPUESTOS PARA 180F, PA =
811 Y PB = 314 APLICANDO LA ECUACIN ( 4-4 ) : XA PO A + (1 - XA )
PO B XA 811 + ( 1- XA ) 314 = 760 === X = 0,897 CON LA ECUACIN
(6-7) :
54. CALCULANDO EN FORMA SIMILAR PARA LAS DEMS TEMPERATURA
OBTENEMOS LA SIGUIENTE TABLA: