PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO JULIO CÉSAR PÉREZ ANGULO 1.

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1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO JULIO CÉSAR PÉREZ ANGULO 1

2 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO PRIMERA UNIDAD/TERMINOLOGÍA BÁSICA 2 1.EQUILIBRIO 2.PRESIÓN DE VAPOR DE UN LÍQUIDO 3.SOLUCIONES IDEALES 4.CÁLCULO DE LA PRESIÓN DEL PUNTO DE BURBUJA DE UNA SOLUCIÓN LÍQUIDA IDEAL 5.CÁLCULO DE LA PRESIÓN DEL PUNTO DE ROCIO DE UNA SOLUCIÓN DE GAS IDEAL 6.SOLUCIONES NO IDEALES 7.CÁLCULO DE LA PRESIÓN DEL PUNTO DE BURBUJA DE UN LÍQUIDO REAL

3 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO PRIMERA UNIDAD/TERMINOLOGÍA BÁSICA 3 8.CÁLCULO DE LA PRESIÓN DEL PUNTO DE ROCIO DE UN GAS REAL 9.CÁLCULO DE EQUILIBRIO FLASH 10.CÁLCULO DE VAPORIZACIÓN DIFERENCIAL 11.RELACIÓN DE EQUILIBRIO CORRELACIONES 12.PRESIÓN DE CONVERGENCIA 13.RELACIÓN DE EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR PARA LOS COMPONENTES, CON UNA PRESIÓN DE CONVERGENCIA DE 5000 PSI

4 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 4 El equilibrio refiere a un estado de estabilidad, o de balanceo/ compensación entre los atributos o características de dos cuerpos o de dos situaciones. Fuente: http://nos1512.foroactivo.com/t988p600-equilibrio

5 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 5 EQUILIBRIO DE FASES Situación que se da en un sistema físico Es decir, un sistema al que podemos atribuir una energía interna No hay cambios de P, T, u otras variables macroscópicas. Fuente: http://apuntescientificos.org/liofilizacion-qfi.html

6 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 6 EQUILIBRIO DE FASES SISTEMA HOMOGENEO Sistema a lo largo del cual cada propiedad macroscópica intensiva es constante. Fuente: http://definicion.de/sistema-homogeneo/

7 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 7 EQUILIBRIO DE FASES FASE Porción homogénea de un sistema, físicamente diferenciable y mecánicamente separable Fuente: http://www.sacome.com/portfolio- view/intercambiadores-tubulares-para-fundir-y-reprocesar- margarina/

8 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 8 SISTEMA HETEROGENEO Sistema formado por dos o más fases. EQUILIBRIO DE FASES Fuente: http://es.123rf.com/clipart- vectorizado/agua_fria.html

9 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 9 TRANSICIÓN DE FASES: CONVERSIÓN DE UNA FASE EN OTRA SUBLIMACION FUSION CONDENSACION VAPORIZACION CONGELACION DEPOSICION GAS LIQUIDO SOLIDO

10 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 10 EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR CURVA DE PRESIÓN DE VAPOR La velocidad de evaporación iguala la velocidad de condensación Equilibrio entre las fases líquido y gaseoso Presión del gas constante equilibrio dinámico http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/quimica-de-los-materiales/Material-de- clase/tema-5.-cinetica-quimica-termodinamica-y-equilibrio-ii/skinless_view. Modificado SISTEMA CERRADO Intercambio solo energía SISTEMA ABIERTO Intercambio de masa y energía Vaso abierto Vaso tapado SISTEMA ABIERTO SISTEMA CERRADO

11 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 11 Presión ejercida por su vapor cuando los estados líquido y gaseoso están en equilibrio dinámico. SUSTANCIAS VOLATILES P VAPOR ALTA A T AMB NO VOLATILES P VAPOR BAJA A T AMB Fuente:http://www.vectorizados.co m/vector/5517_la-formula/ Fuente:http://pagodeloscentenarios.com/es/content/20-preguntas- sobre-el-aove

12 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 12 VARIACIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR CON LA TEMPERATURA TEMPERATURA,°C PRESIÓN, mmHg a) Éter dietílico, b) Benceno, c) Agua, d) Tolueno, e) Anilina 760 CURVAS DE PRESION DE VAPOR Fuente:http://coloquioliquidos.blogspot.com/2014_04_01_archive.html (a) (b) (c) (d) (e) 800 700 600 500 400 300 200 100 20406080100120140

13 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 13 Una solución ideal es una solución para la cual: Existe una solubilidad total cuando los componentes son mezclados. No ocurre interacción química durante la mezcla. Los diámetros moleculares de los componentes son similares. Las fuerzas intermoleculares de atracción y repulsión son las mismas entre moléculas semejantes, así como entre moléculas no semejantes.

14 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 14 ECUACIÓN DE RAOULT Afirma que la presión parcial de un componente en el gas, es igual a la fracción molar de ese mismo componente en el líquido, multiplicado por la presión de vapor del componente puro. En esta ecuación el gas debe estar en equilibrio con el líquido.

15 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 15 ECUACIÓN DE DALTON La presión de Dalton puede ser usada para calcular la presión parcial ejercida por un componente de una mezcla de gas ideal.

16 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 16 COMPOSICIONES Y CANTIDADES DE LAS FASES GAS Y LÍQUIDO EN EQUILIBRIO DE UNA SOLUCIÓN IDEAL

17 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 17 Las ecuaciones de Dalton y Raoult representan la presión parcial de un componente en una mezcla gaseosa. Al combinar las ecuaciones, se obtiene una nueva expresión que relaciona las composiciones de las fases gaseosa y líquida en equilibrio con la P y la T a la cual existe el equilibrio gas-líquido. PROCESO

18 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 18 Tal expresión debe ser desarrollada considerando un balance de materia sobre el j-ésimo término de la mezcla. PROCESO

19 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 19 PROCESO

20 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 20 DONDE PROCESO

21 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 21 Un balance de materia sobre el j-ésimo componente, se obtiene: PROCESO

22 22 Usadas para calcular las composiciones líquida y gaseosa de una mezcla en equilibrio Por definicón, la ecuación se convierte en : PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO PROCESO

23 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 23 El cálculo es simplificado si una mol de mezcla total es tomado como base, de tal forma que: Basados en éstas definiciones, las ecuaciones quedan de la siguiente manera: PROCESO

24 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 24 Calcular las composiciones y cantidades de gas y de liquido cuando 1,0 lb-mol de la siguiente mezcla es llevada al equilibrio a 150°F y 200 psia. Suponga comportamiento de solución ideal. EJEMPLO

25 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 25 SOLUCIÓN Por prueba y error, determine un valor de ñ L que satisfaga la ecuación. ñ L = 0,487

26 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 26 Comp.Composición de la mezcla, fracción molar z j Presión de vapor a 150 °F P vj Composición del gas, fracción molar Composición del líquido, fracción molar C3C3 0,6103500,7710,441 n-C 4 0,2801050,1940,370 n-C 5 0,110370,0350,189 SOLUCIÓN

27 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 27 La sumatoria es igual a 1,0 para ñ L = 0,487; de esta manera hay 0,487 moles de líquido y 0,513 moles de vapor por cada mol de mezcla total y las composiciones del gas y del líquido en equilibrio están dadas en las columnas 4 y 5 de la tabla. SOLUCIÓN

28 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 28

29 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 29 Calcular la presión del punto de burbuja a una temperatura de 150 °F para la mezcla presentada en el ejemplo anterior. Asuma comportamiento de solución ideal. EJEMPLO

30 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 30 SOLUCIÓN Resolver la ecuación ComponenteComposición fracción molar z j Presión de vapor a 150 °F P vj C3C3 0,610350213,5 n-C 4 0,28010529,4 n-C 5 0,110374,1 = 1,000

31 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 31

32 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 32 Calcular la presión del punto de rocío a 150°F para la mezcla dada en el ejemplo anterior, Suponga comportamiento de solución ideal. EJEMPLO SOLUCIÓN Resolver la ecuación

33 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 33 Comp. Composición fracción molar z j Presión de vapor a 150 °F P vj C3C3 0,6103500,00174 n-C 4 0,2801050,00267 n-C 5 0,110370,00297 = 1,000 SOLUCIÓN

34 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 34 El único camino exacto para predecir el equilibrio gas - líquido, es a través de correlaciones basadas en observaciones experimentales del comporta­miento del equilibrio gas - líquido. Estas correlaciones involucran la razón de equilibrio K, la cual es definida como:

35 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 35 La ecuación para gas ideal, puede ser modificada teniendo en cuenta el comportamiento de una solución real, reemplazando las relaciones de presión por las relaciones de equilibrio. Se obtiene: COMPOSICIONES Y CANTIDADES DE LAS FASES GAS Y LÍQUIDO EN EQUILIBRIO DE UNA SOLUCIÓN REAL

36 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 36 Si se toma como base una mol, se obtiene: COMPOSICIONES Y CANTIDADES DE LAS FASES GAS Y LÍQUIDO EN EQUILIBRIO DE UNA SOLUCIÓN REAL

37 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 37 EJEMPLO Repita el ejemplo sin suponer comportamiento de solución ideal. Suponga que las cartas de relación de equilibrio dadas en el capítulo 25 del libro de la GPSA pueden usarse para esta mezcla. (Nota: utilice las cartas que tiene una presión de convergencia de 5.000 psia)

38 38 SOLUCIÓN Por prueba y error, determine un valor de ñ L que satisfaga la ecuación PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO Fuente:http://es.dreamstime.com/im agen-de-archivo-emoticon-pensando- image8727821

39 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 39 Comp. Composición fracción molar z j Razón de equilibrio K j C3C3 0,6101,550,7420,7750,00174 n-C 4 0,2800,5920,2800,1980,00267 n-C 5 0,1100,2360,0420,0370,00297 = 1,0000,9921,010 SOLUCIÓN

40 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 40 Por lo tanto, hay 0,547 moles de liquido por cada mol de mezcla total, y las composiciones de las fases gas y líquido son: Componente C3C3 0,7570,488 n-C 4 0,2030,344 n-C 5 0,0400,168 = 1,000 SOLUCIÓN

41 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 41 El análisis de la forma como las ecuaciones anteriormente usadas son afectadas por los valores incorrectos de prueba de ñ g o ñ l proporciona una guía de para determinar rápidamente la convergencia a los valores correctos. SOLUCIÓN

42 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 42 GUÍA DE PARA DETERMINAR RÁPIDAMENTE LA CONVERGENCIA A LOS VALORES CORRECTOS. Valor resultante de Valor de prueba de ñ g 12 0,0 0,20,4 0,6 0,8 1,0 0,7 10 11 P<Pr ó T>Tr Todo gas Pr <P<Pb y Tb<T<Tr Dos fases P>Pb ó T<Tb Todo líquido Muestra los resultados de los cálculos realizados con la ecuación: Fuente: The Properties of Petroleum Fluids. MacCain William D. Second Edition. Modificado.

43 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 43 Esta expresión calcula la presión en el punto de burbuja o la temperatura del punto de burbuja a una presión dada.

44 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 44 EJEMPLO Estimar la presión de punto de burbuja de la mezcla dada en el ejemplo 5,4 a una temperatura de 150°F. Use las cartas del capítulo 25 del libro de la GPSA. Fuente:http://es.dreamstime.com/fotos-de-archivo-libres-de- regal%C3%ADas-el-car%C3%A1cter-masculino-de-toon-del- icono-3d-est%C3%A1-pensando-algo-image15386408

45 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 45 SOLUCIÓN Por prueba y error, determine una P que satisfaga la ecuación: 1. El valor de prueba inicial para el cálculo de la presión de punto de burbuja es 247 psia (valor calculado bajo la suposición de comportamiento de solución ideal). Determine los valores de K j. a 150°F y 247 psia.

46 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 46 Componente Composición fracción molar z j Relación de equilibrio a 150 °F y 247 psia K j C3C3 0,6101,3200,805 n-C 4 0,2800,5070,142 n-C 5 0,1100,2040,022 = 1,000= 0,969 2. Intente con un nuevo valor de prueba de P de punto de burbuja de 220 psia. Determine valores de K j a 150°F y 220 psia. SOLUCIÓN

47 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 47 Componente Composición fracción molar z j Relación de equilibrio a 150°F y 220 psia K j C3C3 0,6101,4440,878 n-C 4 0,2800,5530,155 n-C 5 0,1100,2180,024 = 1,000= 1,057 3. Graficar los valores de prueba contra la suma resultante, e interpolar para determinar un tercer valor de prueba de presión de punto de burbuja de 237 psia. SOLUCIÓN

48 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 48 Componente Composición fracción molar z j Relación de equilibrio a 150 °F y 237 psia K j C3C3 0,6101,3600,830 n-C 4 0,2800,5230,146 n-C 5 0,1100,2080,023 = 1,000= 0,999 así SOLUCIÓN z j K j = 1,0 P b = 237 psia

49 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 49 VALOR DE PRUEBA DE PRESIÓN DE PUNTO DE BURBUJA, psia VALOR RESULTANTE DE 260 210 220 240 230 250 0.95 1.10 1.05 1.00 SOLUCIÓN Fuente: The Properties of Petroleum Fluids. MacCain William D. Second Edition. Modificado.

50 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 50 La P de punto de rocio es la P a una temperatura dada para la cual la ecuación se satisface.

51 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 51 EJEMPLO Estime la presión de punto de rocío de la mezcla dada en el ejemplo anterior, a una temperatura de 150°F. Asuma que las cartas de relación de equilibrio dadas en el capítulo 25 del libro de la GPSA pueden usarse para esta mezcla.

52 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 52 SOLUCIÓN Por prueba y error, determine una presión que satisfaga la ecuación Determinar los valores de K j a 141 psia y 150°F a partir de las cartas de relación de equilibrio dadas en el capítulo 25 del libro de la GPSA

53 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 53 Componente Composición fracción molar z j Relación de equilibrio a 150 °F y 141 psia K j C3C3 0,6101,4440,289 n-C 4 0,2800,5530,357 n-C 5 0,1100,2180354 = 1,000 ENTONCES P d = 141 psia SOLUCIÓN

54 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 54 El objetivo es encontrar la cantidad fraccional de vapor en una mezcla vapor-líquido a una presión y temperatura específica, de tal forma que la siguiente ecuación sea satisfecha 1

55 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 55 Una de las expresiones matemáticas alternativas que pueden ser usadas por su buen comportamiento en un algoritmo Newton–Raphson. Esta expresión es también llamada función de Rachford – Rice y es derivada de:

56 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 56 Los criterios para un equilibrio de dos fases, es que ambas funciones (rocío y burbuja) deben ser mayores que uno (1).

57 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 57 Las composiciones del gas en equilibrio son evaluadas por: Y las composiciones del líquido son evaluadas con:

58 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 58 PROCEDIMIENTO

59 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 59 PROCEDIMIENTO

60 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 60 PROCEDIMIENTO

61 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 61 PROCEDIMIENTO

62 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 62 PROCEDIMIENTO

63 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 63 PROCEDIMIENTO

64 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 64 Paso 4. CALCULO DE X i Calcule la composición de la fase gaseosa aplicando la ecuación: PROCEDIMIENTO

65 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 65 EJEMPLO Una mezcla de hidrocarburos con la siguiente composición es flasheada en un separador a 50 psia y 100°F. Asumiendo comportamiento ideal, realizar los cálculos flash.

66 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 66 SOLUCIÓN Paso 1. Determine la presión de vapor de las cartas de COX y calcule las constantes de equilibrio:

67 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 67 SOLUCIÓN

68 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 68 SOLUCIÓN

69 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 69 SOLUCIÓN

70 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 70 SOLUCIÓN

71 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 71 Los cálculos del equilibrio gas-liquido usando ya sea cualquiera de las ecuaciones mostradas, son a menudo llamados cálculos de vaporización flash (libra-mol). Las composiciones del gas y del liquido en equilibrio, son usadas para calcular los pesos moleculares y densidades.

72 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 72 A B C Gas Hg Pb Líquido Hg Vaporización diferencial a temperatura constante Fuente: The Properties of Petroleum Fluids. MacCain William D. Second Edition. Modificado.

73 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 73 Cuando se conoce la P final de la vaporización diferencial, las presiones iniciales y finales se promedian para obtener un valor de P para las cuales se tienen las relaciones de equilibrio. Fuente:http://www.tenvinilo.com/vinilos- decorativos/vinilo-decorativo-hombre- pensando-2178. Modificado

74 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 74

75 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 75 Cualquier caso requiere una solución por prueba y error. En ambos casos la vaporización diferencial es a T constante, y la composición del líquido inicial es conocida. La P inicial y final son conocidas, y el número de moles que se vaporizan es calculado. Las condiciones iniciales y el número de moles que se vaporizan están dadas y la P final se calcula. TIPOS DE CÁLCULOS

76 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 76 EJEMPLO La siguiente mezcla de hidrocarburos tiene un punto de burbuja de 600 psia a 80°F. Determine la fracción del gas que se vaporizará cuando este liquido sea diferencialmente vaporizado a 500 psia y 80°F. Use los valores de K del capítulo 25 del libro GPSA. Componente Composición fracción molar Metano0,160 Propano0,380 n-Pentano0,460 = 1,000

77 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 77 SOLUCIÓN Determine por prueba y error, un valor de n Lf /n Li, que satisfaga las ecuaciones Comience con un valor de n Lf / n Li = 0,90

78 Comp.Composición fracción molar Relación de equilibrio a 80°F y 500 psia 1° prueba x jf para n Lf /n L i = 0,9 2° prueba x jf para n Lf /n L i = 0,95 3° prueba x jf para n Lf /n L i = 0,93 0,1606,1700,09280,12270,1099 0,3800,3880,40530,39210,3973 0,4600,0520,50830,48290,4928 =1,000=1,0064=0,9977 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 78 Como n Lf /n Li = 0,93 es el valor correcto. Entonces el 7% en mol de liquido se ha vaporizado, y la composición del líquido que queda, está dada en la última columna de la tabla anterior. SOLUCIÓN

79 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 79 EJEMPLO Determine la presión final requerida para vaporizar diferencialmente 10 % en mol de la mezcla dada en el ejemplo anterior a 80°F. Use valores de K del capítulo 25 del libro de la GPSA.

80 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 80 SOLUCIÓN Determine por prueba y error un valor de P f el cual dará valores de K j que satisfaga las ecuaciones Comience con un valor de prueba de P f =300 psia es decir P promedio = 450 psia.

81 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 81 ComponenteComposición fracción molar 0,1606,810,08686,740,0874 0,3800,4130,40420,4100,4044 0,4600,05360,50830,0500,5082 =1,000=0,9992 SOLUCIÓN

82 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 82 La ecuación que define el factor K es: Ecuación resultante de la combinación de las ecuaciones de Raoult y Dalton

83 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 83 Esta ecuación puede ser combinada, obteniéndose una ecuación para calcular el factor K de un componente, j, en una mezcla la cual se comporta como una solución ideal. La presión de vapor del componente j, P vj, es solamente una función de la temperatura, el factor K de cada componente depende simplemente de la presión y la temperatura.

84 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 84 La ecuación puede ser combinada, obteniéndose una ecuación para calcular el factor K de un componente, j, en una mezcla la cual se comporta como una solución ideal.

85 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 85 Los factores K determinados experimentalmente, son normalmente graficados contra la presión en una escala log-log.

86 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 86 RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA GASES RETRÓGRADOS A VARIAS PRESIONES Y TEMPERATURAS Fuente: The Properties of Petroleum Fluids. MacCain William D. Second Edition. Equilibrium ratio, K Pressure, psia

87 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 87 RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA GASES RETRÓGRADOS A VARIAS PRESIONES Y TEMPERATURAS Fuente: The Properties of Petroleum Fluids. MacCain William D. Second Edition. Equilibrium ratio, K Pressure, psia

88 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 88 RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA GASES RETRÓGRADOS A VARIAS PRESIONES Y TEMPERATURAS Fuente: The Properties of Petroleum Fluids. MacCain William D. Second Edition. Pressure, psia Equilibrium ratio, K

89 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 89 RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA MEZCLAS DE GAS Y ACEITE NATURAL A VARIAS PRESIONES Y TEMPERATURAS Equilibrium ratio, K Fuente: The Properties of Petroleum Fluids. MacCain William D. Second Edition. Pressure, psia 10 100100010000

90 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 90 RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA MEZCLAS DE GAS Y ACEITE NATURAL A VARIAS PRESIONES Y TEMPERATURAS Fuente: The Properties of Petroleum Fluids. MacCain William D. Second Edition. Pressure, psia Equilibrium ratio, K 10100100010000

91 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 91 RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA MEZCLAS DE GAS Y ACEITE NATURAL A VARIAS PRESIONES Y TEMPERATURAS Fuente: The Properties of Petroleum Fluids. MacCain William D. Second Edition. Pressure, psia 101001000 10000 Equilibrium ratio, K

92 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 92 La presión de convergencia de mezclas binarias de hidrocarburos, puede ser estimada a partir de las curvas dadas en la siguiente figura ESTIMACIÓN DE LA PRESIÓN DE CONERGENCIA

93 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 93 UBICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS DE HIDROCARBUROS PARAFÍNICOS Fuente: AHMED, Tarek. “Hydrocarbon Phase Behavior”. 1

94 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 94 PRESIONES DE CONVERGENCIA PARA HIDROCARBUROS Fuente: AHMED, Tarek. “Hydrocarbon Phase Behavior”. 2

95 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 95 Las composiciones del gas y del liquido de un aceite negro a 1.300 psia y 160°F son dadas en la siguiente tabla. Una presión de convergencia de 5.000 psia fue usada para obtener el factor K. Qué valor de presión de convergencia debería usarse para esta mezcla a 160°F? EJEMPLO

96 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 96 Componente Composición del líquido en el equilibrio x j Composición del gas en el equilibrio y j Metano0,27520,8705 Etano0,07300,0806 Propano0,03900,0217 i-Butano0,01510,0052 n-Butano0,044200122 i-Pentano0,01780,0029 n-Pentano0,02470,0033 Hexano0,02590,0018 Heptano plus0,48510,0018 =1,0000 Propiedades del heptano plus Gravedad específica 0,8600 Peso molecular 225 lb/lb mol EJEMPLO

97 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 97 SOLUCIÓN Comp. Composición, Fracción molar x j Peso molecular M j xjMjxjMj Composición, Fracción en peso C1C1 0,275216,0434,4150,0350 C2C2 0,073030,0702,1950,0174 C3C3 0,039044,0971,7200,0136 i-C 4 0,015158,1230,8780,0069 n-C 4 0,044258,1232,5690,0204 i-C 5 0,017872,1501,2840,0102 n-C 5 0,024772,1501,7820,0141 C6C6 0,025986,1172,2300,0177 C 7+ 0,4851225109,1480,8647 1,0000 La composición del líquido debe ser expresada en fracción de peso

98 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 98 Comp. C2C2 0,0180549,509,9706,512,7 C3C3 0,0141665,649,4616,08,7 i-C 4 0,0072734,045,3527,93,8 n-C 4 0,0211765,2016,1550,611,6 i-C 5 0,0106828,688,7409,45,2 n-C 5 0,0146845,3812,4488,67,1 C6C6 0,0183913,1816,7436,98,0 C7C7 0,89611.360*1.218,7242*216,9 =1,000 SOLUCIÓN Elimine el metano y ajuste la fracción en peso del componente pesado hipotético. Luego calcule las propiedades críticas del peso promedio.

99 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 99 Grafique el punto crítico del peso promedio, en la figura 1, interpolando un domo de presión de convergencia, y lea P K a 160°F. Una presión de convergencia de 10.000 psia debería haber sido usada para esta mezcla. Ver figura 2. SOLUCIÓN

100 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 100 Fuente:http://gifsanimados.de/estudiantes

101 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 101 RELACIONES DE EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR PARA EL METANO CON UNA PRESIÓN DE CONVERGENCIA DE 5000 PSI Fuente: AHMED, Tarek. “Hydrocarbon Phase Behavior”.

102 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 102 RELACIONES DE EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR PARA EL ETANO CON UNA PRESIÓN DE CONVERGENCIA DE 5000 PSI Fuente: AHMED, Tarek. “Hydrocarbon Phase Behavior”.

103 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 103 RELACIONES DE EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR PARA EL PROPANO CON UNA PRESIÓN DE CONVERGENCIA DE 5000 PSI Fuente: AHMED, Tarek. “Hydrocarbon Phase Behavior”.

104 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 104 RELACIONES DE EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR PARA EL I-BUTANO CON UNA PRESIÓN DE CONVERGENCIA DE 5000 PSI Fuente: AHMED, Tarek. “Hydrocarbon Phase Behavior”.

105 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 105 RELACIONES DE EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR PARA EL N-BUTANO CON UNA PRESIÓN DE CONVERGENCIA DE 5000 PSI Fuente: AHMED, Tarek. “Hydrocarbon Phase Behavior”.

106 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 106 RELACIONES DE EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR PARA EL I-PENTANO CON UNA PRESIÓN DE CONVERGENCIA DE 5000 PSI Fuente: AHMED, Tarek. “Hydrocarbon Phase Behavior”.

107 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 107 RELACIONES DE EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR PARA EL N-PENTANO CON UNA PRESIÓN DE CONVERGENCIA DE 5000 PSI Fuente: AHMED, Tarek. “Hydrocarbon Phase Behavior”.

108 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 108 RELACIONES DE EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR PARA EL HEXANO CON UNA PRESIÓN DE CONVERGENCIA DE 5000 PSI Fuente: AHMED, Tarek. “Hydrocarbon Phase Behavior”.

109 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 109 RELACIONES DE EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR PARA EL HEPTANO CON UNA PRESIÓN DE CONVERGENCIA DE 5000 PSI Fuente: AHMED, Tarek. “Hydrocarbon Phase Behavior”.

110 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO 110 AHMED, Tarek. Hydrocarbon Phase Behavior. Houston, Texas: Gulf Publishing Company, 1989. AHMED, Tarek. Reservoir Engineering Hanbook. Houston, Texas: Gulf Publishing Company, Second edition.2001. McCAIN, W.D. jr, “The Properties of Petroleum Fluids”, Segunda edición, PennWellBooks, Tulsa-Oklahoma, 1990. Daniel Dubant Canziani. Recuperado el 20 de abril del 2015 de: http://www.pipe.ufpr.br/portal/defesas/dissertacao/148.pdf TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO

111 111 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO Fuente:http://gifsanimados.de/estudiantes

112 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DEL YACIMIENTO TERCERA UNIDAD/EQUILIBRIO DE FASES GAS-LÍQUIDO 112