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Docente: María Carolina Ruiz Cañas TERMODINÁMICA DE HIDROCARBUROS DOCENTE: ING. María Carolina Ruiz Cañas ING. QUÍMICA, MSc (C)

Introducción a La Termodinámica de Hidrocarburos

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Termodinámica de hidrocarburos.

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  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    TERMODINMICA DE HIDROCARBUROS

    DOCENTE:

    ING. Mara Carolina Ruiz Caas ING. QUMICA, MSc (C)

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    PROPSITO DEL CURSO

    Exponer los conceptos bsicos de la Termodinmica.

    Estudiar el comportamiento de una sustancia pura y de mezclas de hidrocarburos.

    Aplicar los principios de la primera y segunda ley de la termodinmica a la solucin de problemas propios de la industria de los hidrocarburos.

    Asimilar los conceptos termodinmicos mediante el uso de software comercial.

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    TERMODINMICA DE HIDROCARBUROS

    Docente: Ing. Mara Carolina Ruiz Caas

    E-mail: [email protected],

    [email protected]

    Oficina: 131 Edif. Jorge Bautista

    Horario de Consulta:

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    MODULO I: Comportamiento de fases

    MODULO II: Ecuaciones de Estado (EOS)

    MODULO III: Primera Ley de la Termodinmica

    MODULO IV: Segunda Ley de la Termodinmica

    CONTENIDO DE LA ASIGNATURA

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Clases magistrales.

    Talleres

    Revisiones bibliogrficas

    Manejo de software de simulacin de procesos: Aspen Hysys

    Lectura de textos y artculos tcnicos en ingls

    METODOLOGA DE LA ASIGNATURA

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Primer parcial = 20%

    Segundo parcial = 20%

    Tercer parcial = 20%

    Cuarto parcial = 20%

    Quices y talleres = 15%

    Asistencia = 5%

    EVALUACIN DE LA ASIGNATURA

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Sustancias Puras

    Diagramas de fase para una sustancia pura

    Sistemas binarios

    Sistemas ternarios y multicomponentes

    MDULO I: COMPORTAMIENTO DE FASES

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Gas ideal

    Mezcla de Gases Ideales

    Comportamiento de Gases Reales

    Ecuaciones de estado

    MDULO II: ECUACIONES DE ESTADO (EOS)

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Postulados

    Tipo de Sistemas

    Variables de estado

    Calor Trabajo

    Cambios de energa en sistemas abiertos y cerrados

    Propiedades termodinmicas

    MDULO III: PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Postulados

    Entropa

    Ciclos termodinmicos

    Mquina trmica, refrigeradores, bombas

    Procesos reversibles

    Aplicaciones

    MDULO IV: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINMICA

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    CONTENIDO DEL CURSO

    MDULOS ACTIVIDADES FECHAS HORAS

    Comportamiento de fases

    Sustancias puras

    Diagramas de Fase para una sustancia pura

    Sistemas binarios

    Sistemas ternarios y multicomponentes Mircoles 20 de Junio 2

    Clase 1: Repaso Jueves: 21 de Junio 2

    Tercer Previo 2

    Ecuaciones de Estado - EOS

    Gas Ideal Miercoles: 27 de Junio 2

    Mezcla de Gases Ideales Miercoles: 25 de Julio 2

    Comportamiento de Gases Reales Jueves: 26 de Julio 2

    Ejercicios Miercoles: 1 de Agosto 2

    Segundo Previo Jueves: 2 de Agosto 2

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    CONTENIDO DEL CURSO MDULOS ACTIVIDADES FECHAS HORAS

    Primera Ley de la Termodinmica

    Sistemas (abiertos - cerrados) Miercoles: 8 de Agosto 2

    Variables de estado Jueves: 9 de Agosto 2

    Calor - Trabajo Miercoles: 15 de Agosto 2

    Cambios de energa en sistemas abiertos y cerrados

    Jueves: 16 de Agosto 2

    Manejo de tablas y propiedades termodinmicas

    Miercoles: 22 de Agosto 2

    Ejercicios Primera Ley de la termodinmica Jueves: 23 de Agosto 2

    Tercer Previo Miercoles: 29 de Agosto 2

    Segunda Ley de la Termodinmica

    Segunda Ley de la termodinmica Jueves:30 de Agosto 2

    Entropa Miercoles: 5 de Septiembre 2

    Ciclos termodinmicos Jueves: 6 de Septiembre 2

    Mquina trmica, refrigeradores, bombas Miercoles: 12 de Septiembre 2

    Procesos Reversibles Jueves: 13 de Septiembre 2

    Aplicaciones Miercoles: 19 de Septiembre 2

    Ejercicios Jueves: 20 de Septiembre 2

    Cuarto Previo Lunes: 1 de Octubre 2

    TOTAL 46

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    TERMODINMICA DE HIDROCARBUROS

    MODULO I:COMPORTAMIENTO DE FASES

    (SUSTANCIA PURA)

    Docente:

    Ing. Mara Carolina Ruiz Caas

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    DEFINICIN TERMODINMICA

    La termodinmica es la ciencia que estudia los cambios en los sistemas fsicos en los que interviene el calor, el intercambio de energa en sus diversas formas, su interaccin con los equipos, las propiedades de la materia y el uso racional de la energa.

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    El principal inters en el estudio del comportamiento de fases, es determinar las condiciones de temperatura y presin para las cuales las diferentes fases pueden existir.

    COMPORTAMIENTO DE FASES

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    FASE Es un arreglo molecular distinto, homogneo en todas partes y que se

    separa de las dems por medio de superficies de frontera fcilmente identificables (lmites).

    Hay tres fases principales: slida, lquida y gaseosa.

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Sustancia Pura

    Sustancia que tiene una composicin qumica fija.

    No puede separarse en otras sustancias por ningn medio fsico.

    La mezcla de diferentes elementos o compuestos qumicos tambin es una sustancia pura, siempre que la mezcla sea homognea.

    La mezcla de dos o ms fases de una sustancia pura sigue siendo una sustancia pura, siempre que la composicin qumica de las fases sea la misma.

    N2 Aire

    El nitrgeno y el aire gaseoso son sustancias puras

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Clasificacin de las propiedades Fsicas

    PROPIEDADES FSICAS

    INTENSIVAS

    Independientes de la cantidad de materia

    Volumen especfico

    Punto de Fusin

    Punto de ebullicin Densidad

    Factor de compresibilidad

    EXTENSIVAS

    Dependen de la cantidad de materia

    Masa Volumen Inercia

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Fase de Una Sustancia Pura

    Gas Total desorden; mucho espacio vacio; las molculas tienen completa libertad de movimiento.

    Slido Arreglo ordenado; Las molculas estn en posiciones fijas; las molculas ests cerca la una de la otra.

    Lquido Desorden; los grupos de molculas o cluster presentan movimiento libre con relacin a otros grupos, las molculas estn cerca.

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    DIAGRAMA DE FASE P-T

    Temperatura

    P

    r

    e

    s

    i

    n

    Pc

    Tc

    Curva de sublimacin

    Curva de fusin

    Curva de presin de vapor

    Punto crtico

    Fluido supercrtico

    Slido Lquido

    Vapor

    A temperatura constante: P > Pv, fase lquida sola. P = Pv, empieza a liberarse gas. P< Pv, solo existe la fase gaseosa

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    DIAGRAMA DE FASE P-T

    Equilibrio: Se presenta cuando las propiedades permanecen uniformes y constantes, situacin que se da en un sistema fsico cuando todos los factores exteriores y/o procesos internos no producen cambios de presin, temperatura u otras variables macroscpicas. Presin de vapor (Psat): Es la presin, para una temperatura dada, en la que la fase lquida y el vapor se encuentran en equilibrio termodinmico. Punto triple: En este punto del diagrama coexisten los estados slido, lquido y gaseoso. Agua: 273.1598 K (0.0098 C) y P = 611,73 pascales (6,1173 milibares, 0,0060373057 atm). Punto crtico: Presin y temperatura en las cuales las propiedades del gas y liquido son idnticas. Agua = 218 atm y 374C.

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    DIAGRAMA P-V

    Punto de burbuja

    Punto de roco

    L

    q

    u

    i

    d

    o

    Gases

    Lquido y gas

    Diagrama tpico presin volumen para una sustancia pura, mostrando dos lneas isotermas

    Punto de roco: Estado de un sistema completamente gaseoso que esta en equilibrio con una cantidad infinitesimal de lquido.

    Punto de burbuja: Estado de un sistema (P y T) completamente lquido que est en equilibrio con una cantidad infinitesimal de gas.

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    DIAGRAMA T-V

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    DEFINICIONES Lquido saturado: Lquido en equilibrio con vapor a una presin y temperatura dadas. En el caso de sustancias puras, es el estado del lquido correspondiente al punto de burbujeo.

    Vapor saturado: Vapor en equilibrio con un lquido, a una presin y temperatura dadas. En el caso de sustancias puras, es el estado de vapor correspondientes al punto de roco. Mezcla saturada lquido- vapor: Es aquella en la cual las fases lquida y vapor coexisten en equilibrio en estos estados.

    Vapor sobrecalentado: Es aquel que no est a punto de condensarse. Lquido comprimido o lquido subenfriado: Lquido que est alejado del punto de saturacin, es decir no est a punto de evaporarse (subsaturado).

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    TABLA DE PROPIEDADES FSICAS Por debajo de la T Saturacin ser solo lquido Por encima de la T de Saturacin ser vapor

    Por debajo de la P de vapor ser Gas Por encima de la P de Vapor ser Liquido

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    TEMPERATURA VS VOLUMEN

    Punto Crtico

    Liquido saturado

    Vapor saturado

    T C

    374.14

    0.003155 v, m3/kg

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    DEFINICIONES Presin de vapor: Es la presin que ejerce la fase de vapor en el

    recipiente que lo contiene, cuando el lquido y el vapor de un componente puro se encuentran en equilibrio a determinadas condiciones de presin y temperatura.

    Curva de punto de roco: Lugar geomtrico de los puntos de presin

    y temperatura al cual se forma la primera gota de lquido, al pasar un sistema del estado de vapor al estado de dos fases. Comnmente se denomina Curva de Roco.

    Curva del punto de Burbujeo: Lugar geomtrico de los puntos de

    presin y temperatura al cual se forma la primera burbuja, al pasar un sistema del estado lquido, al estado de dos fases. Comnmente se denomina Curva de Burbujeo.

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Aparecen las lneas de burbuja y de roco.

    Punto crtico: donde el lquido y el gas tienen las mismas propiedades.

    El rea dentro del domo indica las condiciones en las cuales las dos fases coexisten

    DOMO DE SATURACION

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    CALIDAD

    Lg

    g

    nn

    nx

    +=

    ( ) Lg vxxvv += 1

    x es la fraccin molar de la fase gas (conocida como calidad)

    Para un punto de saturacin dado por las coordenadas (Psat , Tsat) se cumple:

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    DOMO DE SATURACIN

    Punto Crtico

    Regin de vapor sobrecalentado

    Regin saturada de lquido

    vapor

    Regin de lquido

    comprimido

    P

    v

    Regin de lquido

    comprimido

    Punto Crtico

    Regin de vapor sobrecalentado

    Regin saturada de lquido

    vapor

    T

    v

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    EFECTOS DE CALOR QUE ACOMPAAN LOS CAMBIOS DE FASES DE SUSTANCIAS PURAS

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    DIAGRAMA DENSIDAD - TEMPERATURA

    A una T de saturacin dada un lquido saturado presentar una mayor densidad que un vapor saturado por lo tanto un volumen especfico menor.

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    DIAGRAMA DENSIDAD - TEMPERATURA

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    ECUACIN DE CLAUSIUS-CLAPEYRON

    )( MLMgv

    VVTLv

    dTdP

    = RTVPgMV

    =)( Mgv

    VTLv

    dTdP

    =

    2RTLvP

    dTdP vv

    =

    = 2TdT

    RLv

    dTdPv

    11ln CTR

    LvPv +

    =

    0.0010

    0.0012

    0.0014

    0.0016

    0.0018

    10

    20

    50

    100

    200

    500

    1000

    T1

    Temperatura-

    ,R-1

    P

    r

    e

    s

    i

    n

    d

    e

    V

    a

    p

    o

    r

    ,

    p

    s

    i

    a

    1-Ecuacin Clapeyron 2-Suponiendo 3-Ley Gas Ideal

    4- Combinando 3 y 1

    5-Integrando 6-Solucion

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    GRFICOS DE COX

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    DIAGRAMA P-V-T

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    TABLAS TERMODINMICAS

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    TABLAS TERMODINMICAS

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    TABLAS TERMODINMICAS

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Un recipiente que tiene un volumen de 5 ft contiene 30 lbm de una mezcla de agua lquida y vapor en equilibrio a una presin de 1600 psi.

    Calcule:

    - El volumen y la masa del liquido

    - El volumen y la masa del vapor

    EJEMPLO

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Thermodinamics of Hydrocarbon Reservoir. Abbad Firrozabadi. 1990

    Fundamentos de Termodinmica. Van Wylen

    Introduccin a la termodinmica en ingeniera Qumica. Smith, Van ness, Abbot.

    Introduccin a la termodinmica con algunas aplicaciones en ingeniera. Jorge A Rodrguez

    McCain. Properties of Petroleum Fluids

    GPSA

    BIBLIOGRAFA

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    TERMODINMICA DE HIDROCARBUROS

    MODULO I:COMPORTAMIENTO DE FASES

    (MEZCLAS DE DOS COMPONENTES)

    Docente:

    Ing. Mara Carolina Ruiz Caas

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    MEZCLA DE DOS COMPONENTES

    DIAGRAMAS DE FASE

    Clasificar los yacimientos.

    Describir el comportamiento de fases de los fluidos

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    DIAGRAMA P-T

    Tct

    Pcb

    Envolvente de fases (BCA): Regin en la que coexisten las dos fases.

    Lnea de puntos de burbuja (AC): Separa la regin lquida de la regin de dos fases.

    Lnea de puntos de roco (BC): Separa la regin gaseosa de la regin de dos fases.

    Lneas de calidad: Representan porcentajes iguales de volumen de lquido.

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Diagrama Metano - Etano DIAGRAMA DE FASES DE MEZCLAS DE METANO Y ETANO

    0

    100

    300

    400

    500

    600

    800

    200

    700

    900

    1000

    P

    r

    e

    s

    i

    n

    ,

    p

    s

    i

    a

    -260

    -220

    -180

    -140

    -100

    -60

    -20

    20

    60

    100

    Temperatura, F

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Determine la temperatura crtica y la presin crtica de una mezcla de 50.02% de metano y 49.98% de etano (porcentajes molares). Tambin determine la presin de burbuja y la presin de roco de esta mezcla a -20F

    EJEMPLO

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    SOLUCIN DIAGRAMA DE FASES DE MEZCLAS DE METANO Y ETANO

    0

    100

    300

    400

    500

    600

    800

    200

    700

    900

    1000

    P

    r

    e

    s

    i

    n

    ,

    p

    s

    i

    a

    -260

    -220

    -180

    -140

    -100

    -60

    -20

    20

    60

    100

    Temperatura, F

    Condiciones Crticas:

    Tc = 15 F

    Pc = 957psia

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    SOLUCIN DIAGRAMA DE FASES DE MEZCLAS DE METANO Y ETANO

    0

    100

    300

    400

    500

    600

    800

    200

    700

    900

    1000

    P

    r

    e

    s

    i

    n

    ,

    p

    s

    i

    a

    -260

    -220

    -180

    -140

    -100

    -60

    -20

    20

    60

    100

    Temperatura, F

    Presiones @ -20F:

    Pb = 842 psia

    Pr = 339 psia

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    MEZCLAS BINARIAS

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Condensacin Retrograda

    Una reduccin de presin isotrmica para T Tc, zona de condensacin retrograda, esta reduccin de presin isotrmica provocar el paso de gas a lquido.

    Esta regin se da entre la Tc y la cricondentrmica.

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    P

    r

    e

    s

    i

    n

    Temperatura

    Gas

    Lquido

    1

    2

    3

    100

    50

    75

    25

    0

    % Vol. liquido

    C Pd

    Pd

    P1

    P2

    P3

    La regin de condensacin retrgrada ocurre a temperaturas entre la crtica y la cricondentrmica. Una situacin retrgrada similar ocurre cuando la temperatura es cambiada a presin constante entre la presin crtica y la presin cricondenbrica.

    Condensacin Retrograda

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Determine el rango de temperatura en el cual la condensacin retrograda puede ocurrir para una mezcla de 50.02% de metano y 49.98% de etano (porcentajes molares).

    DETERMINACIN DEL RANGO DE CONDENSACIN RETROGRADA

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    SOLUCIN DIAGRAMA DE FASES DE MEZCLAS DE METANO Y ETANO

    0

    100

    300

    400

    500

    600

    800

    200

    700

    900

    1000

    P

    r

    e

    s

    i

    n

    ,

    p

    s

    i

    a

    -260

    -220

    -180

    -140

    -100

    -60

    -20

    20

    60

    100

    Temperatura, F

    La condensacin retrograda ocurrir entre la temperatura crtica, 15F y la cricondentrmica, 24 F.

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Diagrama P-V

    Presin desciende a medida que el proceso va desde el punto de burbuja al punto de roco.

    Isotermas no son horizontales

    Descenso de presin causado por variacin en la composicin del liquido y el gas Volumen especfico

    Pto. burbuja

    Pto. roco

    P

    r

    e

    s

    i

    n

    Gas

    Lquido y gas

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Punto crtico

    Mezcla 47.6 % peso de n-C5 y 52.4 % peso de n-C7.

    P

    r

    e

    s

    i

    n

    ,

    p

    s

    i

    P

    u

    n

    t

    o

    d

    e

    B

    u

    r

    b

    u

    j

    a

    Volumen, pie3/lbm

    DIAGRAMA P-V

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Considere una mezcla de 47,6 porcentaje en peso de n-pentano y 52,4 porcentaje en peso de n-heptano y calcule:

    Volumen especfico del lquido en el punto de burbuja a 400F.

    Volumen especfico del gas en su punto de roco a 400F.

    ESTIMACIN DE VOLMENES ESPECFICOS

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Solucin

    De la figura se lee el volumen del lquido en el punto de burbuja a 400F y 332 psia. V. Lquido = 0.036 pc/Lb

    Punto critico

    P

    u

    n

    t

    o

    d

    e

    b

    u

    r

    b

    u

    j

    a

    400

    300

    200 P

    r

    e

    s

    i

    n

    ,

    p

    s

    i

    Volumen, pc/lb

    0,1 0,2 0,3 0,4

    332

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    De la figura se lee el volumen del gas en el punto de roco a 400F y 275 psia. V. Gas = 0.249 pc/Lb

    Punto critico

    P

    u

    n

    t

    o

    d

    e

    b

    u

    r

    b

    u

    j

    a

    400

    300

    200

    P

    r

    e

    s

    i

    n

    ,

    p

    s

    i

    Volumen, pc/lb

    0,1 0,2 0,3 0,4

    275

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Diagrama Presin Composicin

    Por debajo del domo se encuentra en fase gaseosa.

    Por encima se ubica la fase lquida

    Zona de mezclas, condiciones de P y composicin para las que coexisten las fases gas y lquido

    COMPOSICIN P

    R

    E

    S

    I

    N

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Temperatura

    P

    r

    e

    s

    i

    n

    Vapor

    Lquido

    2 Fases

    P1V

    T = Ta CP1

    CP2

    P1V

    P2V P2

    V

    X1 , Y1 Ta

    DIAGRAMA PRESIN - COMPOSICIN

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    COMPOSICIN DE HIDROCARBUROS

    icomponentedelmolecularPesoicomponentedelMasaicomponentedeMoles =

    i

    ii Mw

    mn =

    La composicin puede ser expresada en base en peso o en base molar.

    Para el modelamiento composicional se usa la base molar.

    Los pesos moleculares de componentes puros se encuentran en tablas, y para productos qumicos no definidos el peso molecular se determina a partir de correlaciones.

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

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    Diagrama P - T

    Temperature

    P

    r

    e

    s

    s

    u

    r

    e

    2-phases

    x1, y1

    Pa

    Pa

    CP1

    CP2

    T1s T2s

    T2s

    T1s

    0 1

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    The Properties of Petroleum Fluids. William D. MacCain

    Thermodinamics of Hydrocarbon Reservoir. Abbad Firrozabadi. 1990

    Principios de termodinmica para ingenieros John R. Howell & Richard 0. Buckius. McGraw Hill

    Fundamentos de Termodinmica. Van Wylen Introduccin a la termodinmica en ingeniera

    Qumica. Smith, Van ness, Abbot. Introduccin a la termodinmica con algunas

    aplicaciones en ingeniera. Jorge A Rodrguez

    BIBLIOGRAFA

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    TERMODINMICA DE HIDROCARBUROS

    MODULO I:COMPORTAMIENTO DE FASES

    (DIAGRAMAS TERNARIOS)

    Docente:

    Ing. Mara Carolina Ruiz Caas

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Cada vrtice representa el 100% de cada componente.

    Componente ms liviano va al vrtice superior, el ms pesado va al inferior izquierdo.

    Graficar en trminos de porcentaje molar.

    El lado opuesto al vrtice de cada componente, representa el 0%.

    DIAGRAMAS TERNARIOS Livianos

    Pesados Intermedios

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Ubicar en el diagrama ternario, el punto para el que una mezcla tiene la siguiente composicin molar:

    A : 30 %

    B : 20 %

    C : 50 %

    DIAGRAMAS TERNARIOS

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    A

    C B

    A: 30 %

    B: 20 %

    C: 50 %

    DIAGRAMAS TERNARIOS

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Diagrama Ternario Mezcla

    Lnea Punto Burbuja

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Diagramas Ternarios

    2313

    =

    =

    ii

    iiv

    xyxzf

    viliti nnn +=

    vilii fyfxz +=321

    321

    ttt

    vvvv

    nnn

    nnnf++

    ++=

    ( ) vivii fyfxz += 1

    Representacin cuantitativa del equilibrio de fases

    molesdetotalNmerovapordemolesdeNmero

    n

    nft

    vv ==

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Lnea Punto Burbuja

    Diagrama Ternario Mezcla

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Diagramas Ternarios

    C1 C1 C1 C1

    C3 C3 C3 C3 nC5 nC5 nC5 nC5 P= 1040 psia P= 1500 psia P= 2000 psia P= 2350 psia

    Lquido Lquido

    Lquido

    Lquido

    2-Fases 2-Fases

    2-Fases

    C1 C1 C1 C1

    C3 C3 C3 C3 nC5 nC5 nC5 nC5 P= 200 psia P= 380 psia P= 500 psia P= 14.7 psia

    Gas

    Lquido Lquido Lquido

    2-Fases 2-Fases 2-Fases

    Evolucin de una mezcla de metano (C1), propano (C3) y n-pentano (C5) a 160 F para diferentes presiones

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Determine la composicin y la cantidad de gas/liquido formado cuando 6 lb mol de una mezcla de metano, propano y n-pentano se llevan al equilibrio a 160F y 500 psi. La mezcla contiene 50% de metano, 15% de propano y 35 % de n-pentano.

    Ejercicio

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    Solucin

    1.Grafique la composicin en un diagrama ternario para la temperatura y presin dadas (punto 1).

    Metano

    Propano n-Pentano 0,2 0,4 0,6 0,8

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8 0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    Gas

    P = 500 psi T = 160 F

    Liquido

    1

    2

    2. Lea la composicin del gas en equilibrio en el punto de burbuja (punto 2):

    74 moles de metano

    14 moles de propano

    12 moles de n-pentano

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Solucin

    Metano

    Propano n-Pentano 0,2 0,4 0,6 0,8

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8 0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    Gas

    P = 500 psi T = 160 F

    Liquido

    1

    2

    3. Lea la composicin del equilibrio liquido en el punto de burbuja (punto 3):

    13 moles de metano

    17 moles de propano

    70 moles de n-pentano

    3

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Solucin

    4.Calcule la fraccin de mezcla que es gas:

    Metano

    Propano n-Pentano 0,2 0,4 0,6 0,8

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8 0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    Gas

    P = 500 psi T = 160 F

    Liquido

    1

    2

    3

    pulg1,07

    pulg0,65gasdeFraccion =

    totaleslbmol

    gasdelbmol 0,607gasdeFraccion =

    lbmol) (0,607)(6gasdeCantidad =

    lbmol 3,6gasdeCantidad =

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Solucin

    5.Calcule la fraccin de mezcla que es liquido.

    plg1,07

    plg0,42lquidodeFraccion =

    totaleslbmol

    lquidodelbmol0,393lquidodeFraccion =

    ( )( )lbmol60,393lquidodeCantidad =lbmol2,4lquidodeCantidad =

    Metano

    Propano n-Pentano 0,2 0,4 0,6 0,8

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8 0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    Gas

    P = 500 psi T = 160 F

    Liquido

    1

    2

    3

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Composicin de los fluidos de yacimiento

    CCCC7777++++

    CCCC2 2 2 2 CCCC6666

    70%70%70%70%

    70%70%70%70%

    40%40%40%40%

    40%40%40%40%

    12,5%12,5%12,5%12,5%

    12,5%12,5%12,5%12,5%

    90%90%90%90%

    AAAA

    DDDD

    CCCC

    BBBB

    EEEE

    AAAA:::: GASCONDENSADO

    BBBB:::: ACEITE VOLTIL

    CCCC:::: ACEITE NEGRO

    DDDD:::: ACEITE DE BAJA MERMA

    EEEE:::: GAS SECO

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Estructura Qumica de los Hidrocarburos

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Cambell

    Propiedades de los fluidos. McCain

    Ingeniera de Yacimientos. Craft

    GPSA

    Tarek Amhed.

    Bibliografa

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    TERMODINMICA DE HIDROCARBUROS

    MODULO I:COMPORTAMIENTO DE FASES

    (DIAGRAMAS TERNARIOS)

    Profesora:

    Ing. Mara Carolina Ruiz Caas

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    Efecto de la composicin;

    Efecto de la fraccin pesada C7+;

    efecto de las impurezas.

    Aplicacin de los envolventes de fase:

    Comportamiento del yacimiento,

    CONTENIDO

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    MEZCLAS MULTICOMPONENTES

    Temperatura

    P

    r

    e

    s

    i

    n

    Punto Cricondenbrico

    Lneas de Calidad

    Punto Cricondentrmico

    Curva de puntos de burbuja

    Curva de puntos de rocio

    Punto crtico

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    CONDENSACIN RETROGRADA

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    PUNTO CRITICO

    El punto critico tambin puede estar a la derecha del cricondenbarico,

    La mayora de mezclas gaseosas presentan el punto critico a la izquierda del punto CB.

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    PUNTO CRITICO

    Temperatura

    P

    r

    e

    s

    i

    n

    (

    p

    s

    i

    a

    )

    Gas seco

    Gas hmedo

    Condensado

    Voltil I

    Voltil II

    Aceite negro

    Puntos crticos

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    APLICACIONES

    COMPORTAMIENTO DE YACIMIENTO

    BOMBEO DE LIQUIDOS

    TUBERIA A ALTAS PRESIONES

    REFRIGERACION

  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    COMPONENTES TPICOS DE FLUIDOS DE YACIMIENTO GAS NATURAL

    HIDROCARBURO Metano Etano

    Propano Butanos Pentanos Hexanos

    Heptanos+ NO HIDROCARBUROS

    Nitrgeno Dixido de Carbono

    Sulfuro de Hidrgeno Helio

    70-98 % 1-10%

    Trazas-5 % Trazas - 2% Trazas -1 % Trazas - % Trazas - %

    Trazas -15 % Trazas -5 % Trazas -3 %

    ms de 5 %, usualmente Trazas o nada

    GAS DE UN POZO QUE PRODUCE TAMBIEN PETROLEO LIQUIDO HIDROCARBURO

    Metano Etano

    Propano Butanos Pentanos Hexanos

    Heptanos+ NO HIDROCARBUROS

    Nitrgeno Dixido de Carbono

    Sulfuro de Hidrgeno Helio

    45-92 % 4-21 % 1-15 % -7 %

    Trazas -3 % Trazas -2 %

    0-1 %

    Trazas -ms de 10 % Trazas -4 %

    0- Trazas-6 % Nada

    Comentarios

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  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    IDENTIFICACIN DE LOS FLUIDOS DE YACIMIENTO EN EL CAMPO

    ACEITE NEGRO

    ACEITE VOLTIL

    GAS RETROGRADO

    GAS RICO GAS SECO

    Produccin inicial relacin gas-lquido

    < 1.750 1.750- 3.200 > 3.200 > 15.000

    Gravedad API de lquido inicial en el tanque

    < 45 > 40 > 40 Por encima de 70

    No hay lquidos

    Color de lquido en el tanque

    Oscuro Colores claros Colores ms claros

    Transparente No hay lquidos

    ANLISIS DE LABORATORIO

    ACEITE NEGRO

    ACEITE VOLTIL

    GAS RETROGRAD

    O

    GAS RICO GAS SECO

    Cambio de fase en el yacimiento

    Punto de burbuja

    Punto de burbuja

    Punto de Roco No hay cambio de

    fase

    No hay cambio de fase

    % molar del heptano plus

    > 20 % 20-12,5 < 12,5 < 4 < 0,7

    Factor volumtrico de formacin del aceite en el punto de burbuja

    < 20 % > 20 -- -- --

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  • Docente: Mara Carolina Ruiz Caas

    COMPONENTE ACEITE NEGRO

    ACEITE VOLTIL

    GAS CONDENSADO

    GAS RICO GAS SECO

    C1 48,83 64,36 87,07 95,85 86,67 C2 2,75 7,52 4,39 2,67 7,77 C3 1,93 4,74 2,29 0,34 2,95 C4 1,60 4,12 1,74 0,52 1,73 C5 1,15 3,97 0,83 0,08 0,88 C6 1,59 3,38 0,60 0,12

    C7+ 42,15 11,91 3,80 0,42

    MWC7+ 225 181 112 157

    GOR 625 2000 18200 105000 - API DE TANQUE 34.3 50,1 60,8 54,7 -

    LQUIDO COLOR

    Pesado Negro

    Medio Naranja

    Liviano Agua Blanco

    -

    COMENTARIOS

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    Cambell

    Propiedades de los fluidos. McCain

    Ingeniera de Yacimientos. Craft

    GPSA

    Tarek Amhed.

    Bibliografa