Compresores

TEMPERATURA DE MESCLA DE HIDROCARBUROS.

La mayor forma de observar los cambios de fase de las mesclas de hidrocarburos

Que se presenten naturalmente en yacimientos de gas y petróleo o condensado es atreves de un diagrama presión versus temperatura, en los puntos de burbujeo el sistema se encuentra en fase liquida en equilibrio con una cantidad de infinito decimal de gas.

En el punto de roció el sistema se encuentra en fase gaseosa en equilibrio con una cantidad de infinito decimal de liquido.

Las curvas de burbujeo y de roció se unen en el punto crítico, en la que las propiedades intensivas (aquellas que no dependen de la masa, densidad, viscosidad. Etc.) Del gas y líquido son idénticos.

La envolvente de fases divide el diagrama en tres partes: La del liquido que está situado fuera del envolvente y a la izquierda de la temperatura critica, la del gas que también está fuera del envolvente pero a la derecha de la temperatura critica y la de las fases que se encuentran dentro del envolvente donde se hallan en equilibrio gas y liquido, dentro de esta región se encuentran las curvas de isocalidad que son líneas que unen puntos de igual % volumétrico de liquido de mescla liquido-gas. Así en las curvas de burbujeo y roció son líneas de 100% y 0 % de líquidos respectivamente y todas las líneas de isocalidad convergen en el punto crítico.

• Comportamiento de fase de los fluidos .-

 Concepto básicos.

 Fase.-

Una fase se define como un estado de la materia completamente homogéneo y uniforme, diferente en sus propiedades a los demás componentes que la rodean.

 Interface -

Una interface se refiere a la superficie de contacto entre dos fases, una interface es también una línea fronteriza entre dos fases, y la interface está representada por una línea envolvente.

 Equilibrio.-

Se considera que un sistema está en equilibrio, cuando las propiedades intensivas permanecen constantes con el tiempo y debe suceder bajo las condiciones a las que existe dicho sistema.

 Fluido.-

Se llamará fluido a cualquier sustancia que se pueda hacer escurrir mediante una aplicación apropiada de fuerzas. En términos generales, se pueden clasificar en líquidos y gases.

 Líquido.-

El líquido es un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente incompresible (lo que significa que su volumen es, muy aproximadamente, constante en condiciones de temperatura y presión moderadas).

 Gas.-

Se denomina gas al estado de agregación de la materia en el que las sustancias no tienen forma ni volumen propio, adoptando el de los

recipientes que las contiene. Las moléculas que constituyen a un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacio a gran velocidad y muy separadas unas de otras.

 Sistema .-

Cuerpo de materia con límites finitos (definidos) que puede considerarse, si se desea, aislado del medio que lo rodea. Representa el material bajo la consideración para un proceso dado.

 Diagrama de fase.-

Estos diagramas son de gran importancia para estudiar el comportamiento cualitativo y cuantitativo de los sistemas de hidrocarburos, ya que a través de ellos es posible conocer el estado de un fluido a determinadas condiciones de presión y temperatura. Los diagramas de fases permiten deducir si hay una o más fases en equilibrio a determinada condiciones operacionales.

Por definición se dice que los diagramas de fases son representaciones graficas de las fases que están presentes en un sistema a varias temperaturas, presiones y composiciones.

 Sistema de un 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.

Figura 2.1. Diagrama de fases Monocomponente.

En la figura 2.1. Se observa la presencia del estado sólido, líquido y gas. Al analizar la gráfica se puede deducir que entre la fase sólida y líquida se encuentra la curva de fusión, mientras que entre la fase líquido y gas (vapor) se encuentra la curva de vaporización. Por lo tanto sería lógico encontrar entre la fase sólido y vapor la curva de sublimación. Pero al aplicar los diagramas de fases a hidrocarburos, difícilmente se encontrará la fase sólida. En la figura 2.2, se muestra un diagrama de fases típico para equilibrios líquido – vapor de un sistema monocomponente puro, en base a

las variables de presión y temperatura. Estos diagramas muy rara vez se utilizan en petróleo, son aplicables en hidrocarburos puros.

Figura 2.2. Diagrama de fase presión – temperatura.

La curva que termina en el punto 1, es la que une los puntos de presión y temperatura en los que pueden coexistir la fase líquida y la fase gaseosa. Este punto corresponde al punto crítico del sistema. La zona de la gráfica identificada por L, representa el área, donde el componente se encuentra en fase líquida. Mientras que G, representa el área, donde el componente se encuentra en fase gaseosa. La línea representa un estado donde termina o comienza el cambio de fase, denominada estado de saturación. El término temperatura de saturación designa la temperatura a la que el cambio de fase tiene lugar para una presión determinada, llamada presión de saturación a dicha temperatura. Como resulta evidente en un diagrama de fase, para cada presión de saturación hay una única temperatura de saturación, y viceversa.

 Sistemas de multicomponentes .-

Estos diagramas son los que realmente representan las condiciones de los hidrocarburos, tanto de petróleo como de gas. El comportamiento de estos sistemas dependerá fundamentalmente de la composición y de las propiedades de los componentes en forma individual. La mejor forma de observar los cambio de fases de las mezclas de hidrocarburos que se presentan en los yacimientos de petróleo y gas o condensado es a través de un diagrama de fase de presión y temperatura. Estos son válidos, en vista que los sistemas de hidrocarburos encontrados en los yacimientos de petróleo y gas, están compuestos por una gran variedad de componentes, que incluyen no sólo una gran variedad de hidrocarburos, sino que hay otros elementos, que reciben el nombre de impurezas. Además, hay que tener en cuenta, que el comportamiento de fases de los sistemas multicomponentes de hidrocarburos, dependen fundamentalmente de la composición y las propiedades físicas y químicas, y del comportamiento individual. En la figura 2.5, se presenta un diagrama P-T para una mezcla multicomponente de hidrocarburos.

Figura 2.5. Diagrama P-T para un sistema

En la figura 2.5, se observa la curva envolvente de la región de dos fases, donde se presentan valores máximos de presión y temperatura, no coincidente con el punto crítico. La presión máxima ocurre en Pm llamada presión cricondembárica y la temperatura máxima ocurre en Tm llamada temperatura cricondentérmica. Esta región de dos fases está encerrada por una curva envolvente LPm-C-TmV, formada por la curva de puntos de burbujeo, LPm-C y la curva de puntos de rocío, C-TmV, unidas en el punto crítico, C.

Considérese líneas a igual presión (isobáricos) o de igual temperatura (isotérmica) que cruzan el diagrama. Para el caso I, la línea isobárica entre los puntos 1 y 2, cruza la curva de puntos de burbujeo en A y la curva de puntos de rocío en B. Esta línea ilustra vaporización o condensación a presión constante. Entre 1 y A la mezcla no cambia de estado, solo la densidad disminuye al aumentar la temperatura. En A comienza la vaporización (punto de burbujeo) y al aumentar la temperatura, el líquido disminuye y el vapor aumenta hasta llegar a B donde todo el sistema es vapor. Entre B y 2, el vapor se sobrecalienta. Si se considera el sistema en sentido inverso entre el punto 2 y B, el vapor no cambia de estado y permanece homogéneo, excepto que la densidad aumenta al disminuir la temperatura. En B comienza la condensación (punto de rocío). A medida que disminuye la temperatura, aumenta la condensación hasta llegar donde el sistema es todo líquido.

En el caso II, entre los puntos 3 y 4, indica una línea isotérmica. Entre 3 y D, el sistema es vapor homogéneo y solo aumenta la densidad con aumento de presión. Por aumento posterior de presión, entre D y E, ocurre la condensación del sistema. Entre E y 4, el sistema es líquido homogéneo y solo aumenta la densidad con aumento de presión.

En el caso III, la línea entre los puntos 5 y 6, que cruza dos veces la curva de puntos de burbujeo, sin cruzar la curva de puntos de rocío describe una línea isobárica (cricondembárico) a presión mayor que la crítica. Esta línea esta a una presión intermedia entre Pc y Pm y cruza la curva de punto de burbujeo en F y G. Por tanto, bien sea que la temperatura aumente o disminuya, en el punto inicial de intercepción con la curva de puntos de burbujeo (F o G) del sistema, es líquido homogéneo y coincide con el comienzo de la vaporización, no importa el camino seguido. Tan pronto como la temperatura aumente o disminuya y corte el segundo punto en la curva de burbujeo (G o F) sin cruzar la curva de rocío,

...