Comportamiento de Fases en la Industria Petrolera
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Conceptos Fundamentales
En la industria petrolera, el estudio del comportamiento de fases de fluidos es crucial para la descripción y determinación de sus propiedades. Antes de profundizar en temas como las pruebas para estudiar dichos comportamientos, es necesario comprender algunos fundamentos básicos.
Fase
Una fase es cualquier parte homogénea y físicamente diferente del sistema en estudio. Por ejemplo, un sistema con un cubo de hielo, agua líquida y vapor de agua es un sistema trifásico. A continuación, se presenta un diagrama de fases para hidrocarburos.
Puntos Clave en el Diagrama de Fases
- Puntos de Burbujeo: Puntos donde existe fase líquida con una parte infinitesimal de gas.
- Puntos de Rocío: Puntos donde existe fase gaseosa con una parte infinitesimal de líquido.
- Presión Cricondenbárica: Máxima presión en la cual coexisten la fase líquida y gaseosa.
- Temperatura Cricondentérmica: Máxima temperatura en la cual coexisten la fase líquida y gaseosa.
- Condensación Retrógrada: Condensación de líquido durante la expansión de gas a temperatura constante o la condensación de líquido durante el calentamiento de gas a presión constante.
- Punto Crítico: Punto de convergencia de las curvas de rocío y burbujeo.
En el diagrama de fases se reflejan diversos tipos de yacimientos, que se explicarán a continuación.
Fase (Química)
En termodinámica y química, una fase es cada parte macroscópica de composición química y propiedades físicas homogéneas que forman un sistema. Los sistemas monofásicos son homogéneos, mientras que los multifásicos son heterogéneos. Es importante distinguir entre fase y estado de agregación. El grafito y el diamante son fases diferentes del carbono, pero ambos son sólidos. También se debe distinguir entre fase y microconstituyente. En un acero, cada grano de perlita es un microconstituyente formado por dos fases: ferrita y cementita.
Los líquidos de diferentes reacciones pueden contener varias fases que se separan en reposo, como una fase acuosa y otra orgánica. Cada fase tiene características homogéneas y puede constar de uno o varios compuestos. La separación de fases ocurre cuando las propiedades de los compuestos difieren significativamente, como al mezclar agua y aceite.
Sistema Físico
Un sistema físico es un conjunto de entidades materiales con interacción causal. Se caracterizan por:
- Ubicación en el espacio-tiempo.
- Estado físico definido sujeto a evolución temporal.
- Energía asociada.
El lagrangiano define un sistema físico; es una función que resume las interrelaciones de las magnitudes que definen el estado del sistema.
Sistemas Físicos y su Entorno
Los sistemas físicos pueden ser abiertos, cerrados o aislados:
- Sistema abierto: Intercambia energía y materia con el entorno, lo que le permite mantener sus estructuras e incrementar su información. Los seres vivos son sistemas abiertos.
- Sistema cerrado: Intercambia solo energía con el entorno. Su entropía es máxima para su nivel de energía.
- Sistema aislado: No intercambia ni energía ni materia con el entorno.
Propiedades Extensivas e Intensivas
La materia tiene propiedades extensivas e intensivas.
Propiedades extensivas: Dependen de la cantidad de materia, como peso, volumen, longitud, energía potencial y calor.
Propiedades intensivas: Dependen de la estructura interna, como temperatura, punto de fusión, punto de ebullición, calor específico, concentración e índice de refracción. Estas propiedades identifican sustancias puras, como el agua (H₂O) o la sacarosa (C₁₂H₂₂O₁₁).
Sistema Homogéneo
En química, un sistema homogéneo tiene una sola fase con propiedades intensivas iguales en todos sus puntos. Visualmente, no se distinguen sus componentes, como la sal disuelta en agua.
Sistema Heterogéneo
Un sistema heterogéneo tiene dos o más fases, fácilmente distinguibles, como el granito, compuesto de cuarzo, feldespato y mica.
Punto de Rocío
El punto de rocío es la temperatura a la cual el vapor de agua se condensa, formando rocío, neblina o escarcha. La humedad relativa indica la proporción de vapor en relación a la saturación. Al 100% de humedad relativa, se alcanza el punto de rocío.
Punto de Burbujeo
El método del punto de burbujeo determina el tamaño de poro de un filtro. La presión para forzar burbujas de aire a través del poro es inversamente proporcional al tamaño del poro. La altura de una columna de agua en un capilar es inversamente proporcional al tamaño del capilar.
Punto de Ebullición
El punto de ebullición es la temperatura a la cual un líquido pasa a estado gaseoso. La presión de vapor del líquido iguala la presión del medio, permitiendo la formación de vapor en cualquier punto del líquido.