4.2: Fenómeno retrógrado
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En cuanto a las mezclas multicomponentes (donde el sistema binario es el caso más sencillo), algunos fenómenos interesantes diferencian profundamente su comportamiento del comportamiento de los sistemas de un solo componente. Ahora estamos hablando de fenómenos retrógrados.
En la sección anterior, aprendimos cómo el “punto crítico” para un sistema de un solo componente significaba todo: la presión y temperatura más altas a las que pueden existir dos fases y el punto para el que las fases líquida y vapor son indistinguibles. Entonces aprendimos que este no es el caso de los sistemas multicomponentes. Si bien el punto crítico para estos sistemas es el punto común entre las curvas de punto de rocío y burbuja (el punto para el que las fases líquida y vapor son indistinguibles), en general, este punto no representa la presión máxima ni la temperatura máxima para la coexistencia vapor-líquido. De hecho, le dimos nuevos nombres a estos máximos: cricondenbar (para la presión máxima) y cricondentherm (para la temperatura máxima). Veamos esto nuevamente en la Figura 4.2.5, donde se resaltan el punto crítico (P c, T c), cricondentherm (T cc) y cricondenbar (P cc).
Por favor recuerde que la curva de punto de burbuja representa la línea de líquido saturado (100% de líquido con una cantidad infinitesimal de vapor) y la curva de punto de rocío representa la línea de vapor saturado (100% de vapor con una cantidad infinitesimal de líquido). Todas estas condiciones se muestran en la Figura 4.2.5.
Consideremos ahora los procesos isotérmicos que tienen lugar en T = T 1 y T = T 2, representados en la Figura 4.2.6.
La Figura 4.2.6 nos muestra dos casos de compresión isotérmica para dos temperaturas diferentes T1 y T2. Observe que estas temperaturas son tales que T 1 < T c y T c < T 2 < T cc.
Es de conocimiento común que una compresión isotérmica (aumentando la presión mientras la temperatura se mantiene constante) provoca la condensación de un vapor (vapor, en el caso del agua). Ese es el comportamiento normal o esperado de un vapor bajo compresión: cuanto más lo comprima, más líquido saldrá de él después de que se hayan alcanzado las condiciones de saturación. Esto siempre es cierto para un sistema de componentes puros, como el agua.
Bueno, eso es exactamente lo que está sucediendo para nuestro primer caso, la compresión isotérmica a T = T 1. En el punto A, estamos en una condición ALL VAPOR (0% líquido) y estamos empezando a cruzar hacia la región bifásica. A medida que comprimimos del punto A al B, se forma cada vez más líquido hasta que se haya condensado todo el sistema (punto B). Pasamos de 0% líquido a 100% líquido, como esperábamos, comprimiendo el vapor. En la Figura 4.2.7 se muestra cómo progresa el rendimiento líquido con la presión.
Nuevamente, aquí no hay nada contrario a las expectativas, y obtendríamos el mismo resultado siempre y cuando T < T c. Sin embargo, hay algo muy interesante sucediendo dentro de la región T c < T < T cc.
En el segundo caso (T c < T 2 < T cc), tenemos un comportamiento diferente. En el punto C (Figura 4.2.6), estamos iniciando en una condición ALL VAPOR (0% líquido); al aumentar la presión, obligamos al sistema a ingresar a la región bifásica. Así, algo de líquido tiene que caer; esperamos que a medida que la presión siga aumentando, vamos a producir cada vez más líquido. Eso es cierto hasta cierto punto... PERO, miren el punto final de nuestro viaje, punto D: aunque estamos produciendo líquido, nuestra condición final (punto de rocío) requiere que volvamos a tener 0% de líquido en el sistema.
¿Cómo es así?? Esto nos está diciendo que, al entrar en la región bifásica, comenzaremos a producir algo de líquido; pero, habrá un punto (de rendimiento máximo de líquido) donde ese líquido comenzará a vaporizarse (punto C'). Es decir, aunque estemos comprimiendo el sistema, el líquido se vaporizará y no se condensará. ¿No es esto contrario a las expectativas? Sí, y por eso llamamos a esto un comportamiento retrógrado (contrario a lo esperado).
La Figura 4.2.8 muestra una curva típica para la variación del porcentaje de volumen de líquido con la presión. Esta curva también se puede denominar curva de caída de líquido.
El incremento en la fracción líquida con presión decreciente entre los puntos C y D es exactamente lo contrario de la tendencia normal. Este comportamiento, sin embargo, es típico de los sistemas de condensado de gas. Se pueden encontrar condiciones retrógradas en la producción de gas de pozos profundos, así como en condiciones de yacimientos.
Para las operaciones de producción, generalmente el objetivo es mantener la presión para lograr la máxima caída de líquido. Las condiciones iniciales de PVT del pozo pueden corresponder a un punto por encima del punto D. Si las condiciones en la boca del pozo se mantienen cerca del punto C', la recuperación de líquido se maximiza en la superficie. Sin embargo, no siempre se busca la máxima deserción de líquidos. En condiciones de yacimiento, la presencia de líquido no es deseable en un reservorio de gas, porque los líquidos tienen una movilidad insignificante (a bajas saturaciones) y así, el hidrocarburo se perdería para siempre —para fines prácticos—. El líquido también perjudica la movilidad del gas; por lo tanto, la producción de líquido en condiciones de yacimiento debe evitarse en todo momento en un reservorio de gas. Esto a menudo se logra mediante represurización o inyección de gas pobre.
También es importante ver que se espera un comportamiento similar dentro de la región P c < P < P cc. En este caso, se habla de vaporización retrógrada ya que estaremos pasando de una condición 100% líquida a otra condición 100% líquida (ambas en la curva de punto de burbuja) en un calentamiento isobárico.