Termodinámica Aplicada

Análisis Cualitativo del Comportamiento de Fases en Sistemas de Hidrocarburos:
La mejor forma de estudiar el comportamiento cualitativo de sistemas de hidrocarburos es a través de diagramas de fases. Por medio de estos diagramas, puede conocerse el estado a determinadas condiciones de presión y temperatura, es decir, si existe 1,2 o 3 fases (gas, líquido, sólido) en equilibrio a lascondiciones impuestas.
Aunque sabemos que en los yacimientos no existen sistemas de un solo componente sino de una mezcla de ellos, es conveniente comenzar por entender el comportamiento de los componentes puros. Esto ayuda a comprender las propiedades de sistemas de una sola fase y más complejos (hidrocarburos), tal como ocurren en los yacimientos.
Sistemas de un solo componente:
Un sistemacompuesto por un solo componente (una sustancia pura) puede presentarse como vapor, líquido o sólido, dependiendo de las condiciones de presión y temperatura. La Fig. 2-1 ilustra un diagrama típico de presión-temperatura, P-T, para un sistema de hidrocarburos de un solo componente. A la izquierda de la línea DHF, el sistema es sólido y a la derecha de la línea FHC, el sistema es todo gas o vapor.En la parte comprendida por DHC, el sistema es todo líquido. A las condiciones de presión y temperatura que caen exactamente sobre las líneas, ocurren sistemas de equilibrio. Por ejemplo, los puntos de línea FH representan condiciones de sistemas sólidos-gas (vapor) en equilibrio; los puntos sobre la línea DH representan condiciones de sistemas sólido-líquido en equilibrio y finalmente, los puntossobre la línea HC representan condiciones del sistema líquido-gas (vapor) en equilibrio. El punto C es el punto crítico. Por encima de la presión y temperatura críticas solo existe una fase y en esta zona se habla de un “fluido”. Tal como antes se mencionó, las propiedades intensivas del vapor y líquido son idénticas en este punto. El punto H es conocido como punto triple, el cual indica lapresión y temperatura a la que las tres fases: sólido, líquido y vapor, coexisten bajo condiciones de equilibrio.












Aplicando la Regla de Fases de Gibbs a sistemas de un solo componente, C=1 y por tanto F+P=3. A lo largo de la línea HC se presentan dos fases en equilibrio o sea P=2 y por lo tanto F=1, es decir, el sistema tiene un grado de libertad, la varianza es igual a unoy se dice que es univariante. Para determinar el estado del sistema, es suficiente especificar bien sea presión o temperatura. Al mismo tiempo todas las propiedades intensivas, tanto del líquido como del vapor, pueden ser definidas. En el punto “h”, solo existe una fase o sea P=1 y por tanto F=2, es decir, el sistema tiene dos grados de libertad, la varianza es igual a dos y se dice que esbivariante. En este caso, se requiere tanto la presión como la temperatura para fijar el estado del sistema y determinar las propiedades intensivas. En el punto triple, existen tres fases en equilibrio y por tanto F=0. En este caso, el sistema tiene cero grados de liberta, la varianza es igual a cero y se dice que es invariante ya que todas las propiedades intensivas están definidas.
En resumen,para un sistema de un solo componente, cuando existe una sola fase, el sistema aes bivariante; cuando existen dos en equilibrio, el sistema es univariante y cuando existen tres fases en equilibrio el sistema es invariante.
En ingeniería de Petróleo raras veces se trabaja con hidrocarburos en estado sólido. Por consiguiente, la parte correspondiente al estado sólido del diagrama de la Fig. No2-1, generalmente no aparece en la literatura petrolera. Sólo vale la pena mencionar que la curva Hf representa la presión de sublimación con temperatura, o sea que un componente en estado sólido pasa directamente a vapor sin pasar por el estado líquido. La línea HD representa la temperatura de fusión con presión. Para hidrocarburos puros, generalmente la temperatura de fusión aumenta con la...