Estimaciones de propiedades relativas a los cambios de fases de los hidrocarburos

Resumen fisicoquímica

Título: Estimaciones de propiedades relativas a los cambios de fases de los hidrocarburos.

1.Equilibrio entre fases para un hidrocarburo puro.

A una temperatura y presión determinada, un cuerpo puro puede existir en uno, dos o tres estados distintos. Esta existencia en tres estados distintos se da en el punto triple, y en dos estados distintos a lo largo de las curvas de vaporización, fusión y sublimación. Las relaciones que permiten expresar los equilibrios, utilizan la energía libre de Gibbs la cual se determina en función de la entalpia y entropía.

(G=H-TS)

Dónde:

G: energía libre de Gibbs.

H: entalpia.

T: temperatura.

S: entropía.

(Grafica)

En el punto triple, las energías libre de cada fase  son iguales: Gg=Gl=Gs.

Mientras que, el equilibrio liquido-vapor a lo largo de la curva de fusión se describe cómo: Gg=Gl menor que Gs.

A su vez el equilibrio liquido-solido a lo largo de la curva anterior mencionada se expresa cómo: Gl=Gs menor que Gg.

Y por último el equilibrio gas-solido se escribo cómo: Gg=Gs menor que Gl.

Dónde:

Gl: energía libre de Gibbs del líquido.

Gg: energía libre de Gibbs del gas.

Gs: energía libre de Gibbs del sólido.

La determinación de los equilibrios pasa teóricamente por el cálculo de las energías libres como se ha descrito anteriormente. En la parte práctica se utiliza con favoritismo por así decirlo el concepto de fugacidad, la cual es el potencial químico para ajustar el valor de una presión. Se relaciona con la tendencia de una sustancia  para mantener la estabilidad de una fase, bien sea liquida, solida, vapor o gas. La ecuación que relaciona la fugacidad con las energías libres es:

 Ecuación 1 y ecuación 2

Dónde:

R= constante de los gases.

T= temperatura.

F= fugacidad.

G= energía libre a T y P.

G con bolita arriba= energía libre del gas ideal a T y P con bolita arriba.

P con bolita arriba= presión de referencia.

Para la relación del equilibrio la fugacidad se detalla cómo:

• Punto triple: Fg=Fl=Fs
• Vaporización: Fl=Fg menor que Fs
• Fusión: Fl=Fs menor que Fg.
• Sublimación: Fg= Fs menor que Fl.

Dónde:

FL= fugacidad del líquido.

Fg= fugacidad del gas.

Fs= fugacidad del sólido.

Algunas definiciones:

Punto triple: punto en el cual coexisten en equilibrio las tres fases líquidas, sólidas y gaseosas de una sustancia.

Curva de vaporización: representa la transición entre un estado líquido y gaseoso.

Curva de fusión: demuestra la transición entre un estado líquido y sólido.

Curva de sublimación: la dual detalla la transición entre un estado gaseoso y sólido.

Hidrocarburo puro: son aquellos que solo están formados por carbonos e hidrógenos.

Energía libre de Gibbs: la energía disponible para que un sistema se realice se denota con la siguiente ecuación:

∆G= ∆H-(T*∆S)

La misma sirve para predecir la espontaneidad de una reacción química.

Entropía: magnitud física que mide la parte de energía que no puede utilizarse para producir trabajo.

Entalpia: cantidad de calor que un sistema termodinámico cede o absorbe del entorno que lo rodea cuando está a una presión constante.

2. Equilibrio entre fase para mezcla de hidrocarburos.

La siguiente grafica representa el diagrama de fases liquidas y vapor de una mezcla de hidrocarburos.

(Grafica)

Explicación de la gráfica.

El medio de existencia de la fase liquida y gas se delimita por tres curvas:

• Curva de burbuja que termina en el punto crítico y demuestra la transición entre el líquido y la bifase liquido-vapor.
• Curva de rocío inferior que finaliza en el cricondentermo y delimita el gas de la bifase liquido-vapor.
• La curva de rocío superior que hace la unión entre el cricondentermo y el punto crítico pasando por el cricondenbar y que separa la región bifásica del gas supercrítico.

Algunas definiciones:

Punto crítico: punto donde la densidad del líquido y el vapor son iguales.  

Punto  de burbuja: son las condiciones de presión y temperatura a las cuales sale la primera burbuja del gas en solución del petróleo.

Punto de rocío: presión a la cual sale el primer líquido condensado de la solución en un condensado de gas.

Curva de burbuja: línea que separa la región de la fase liquida de la región de dos fases.

Curva de rocío: línea que separa la región de la fase de vapor de la región de dos fases.

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