Universidad de OrienteNcleo de MonagasEscuela de Ingeniera de PetrleoLaboratorio de Yacimientos I

Informe IPropiedades fsicas de fluidos: Soluciones Salinas y Crudos

Profesora: Ing. Roxana RujanoBachilleres: Lpez, Haynel C.I. 19.446.16 Marcano, Kristopher C.I. 19.446.063Ruz, Liz C.I. 20.248.935Seccin 01Grupo 5Maturn, Junio de 2011.SOLUCIONES SALINAS

ENSAYO 1: DENSIDAD Y GRAVEDAD ESPECFICA

1.1 Mtodo del Picnmetro

Tabla 1. Caractersticas del picnmetro

Volumen del Picnmetro50,4286 ml

Masa del picnmetro vaco 39,2630 g

Tabla 2. Caractersticas de la solucin salina

Concentracin7%

Masa35,00g

Volumen500ml

Muestra de clculo:

Para determinar la densidad de la muestra a temperatura ambiente se utiliz la siguiente frmula:

Sabemos que:

Por lo tanto:

Sustituyendo en la ecuacin:

De la misma manera se realiz para los siguientes valores de masa obtenidos a partir de cada variacin de temperatura. Obtenindose los valores reflejados en la siguiente tabla:

Tabla 3. Datos del picnmetro lleno con la solucin salina preparada

Temperatura CPeso del picnmetro lleno (g)Densidad(g/cm3)

26,6 (T amb)96,01261,0399

30,695,92981,0383

34,695,79471,0356

38,695,65971,0329

Representando estos valores de manera grfica tenemos:

Grfica N 1: Variacin de la densidad con respecto a la temperatura.

En la grfica podemos apreciar que la densidad de la solucin salina disminuye gradualmente con el aumento de temperatura. Con cada aumento de cuatro grados en la temperatura haba un desplazamiento de la solucin a travs del capilar del picnmetro, este proceso de evaporacin produjo una reduccin de la masa contenida en el mismo. Es un hecho conocido que el volumen del picnmetro se mantiene constante a pesar de las variaciones tanto de la temperatura como de la masa. Tericamente, la densidad de los lquidos tiene un comportamiento inversamente proporcional a la temperatura. Este fenmeno qued demostrado en el experimento realizado y se evidencia en la grfica anteriormente mostrada.Se utiliz como lnea de tendencia una recta, porque se puede percatar que la densidad de la sustancia disminuye cuando la temperatura va aumentando. Tambin notamos que cuando la temperatura aumenta la viscosidad disminuye.

1.3 Mtodo de la Balanza Hidrosttica

Tabla 4. Datos del procedimiento experimental

Temperatura (C)Peso en el Agua Destilada: m3(g)Peso en el Aire: m1(g)Peso en la Solucin Salina: m2(g)

26,688,50100,1587,87

Muestra de clculo:

Determinacin de la Gravedad Especfica:

Sustituyendo:

Determinacin de la densidad del agua:

Sustituyendo:

Determinacin de la densidad de la solucin:

Sustituyendo:

Las molculas disueltas en una solucin ofrecen resistencia a la intrusin de un cuerpo. Mientras mayor es la concentracin de la solucin mayor ser el empuje hidrosttico que esta ejercer sobre el cuerpo. En el aire la nica fuerza que opone resistencia a la intrusin del cuerpo es la gravedad, por esto, el peso del cuerpo fue mayor en estas circunstancias. Cuando el cuerpo fue sumergido tanto en la muestra de agua destilada como en la solucin salina concentrada al 7% se evidenci que bajo esta concentracin tiene mayor fuerza molecular, y por lo tanto, mayor empuje efectuado en la pesa. En el agua destilada no hay slidos disueltos, por ello, el empuje fue inferior en comparacin con el peso del cuerpo en la solucin salina. Comparacin de los mtodos 1.1 y 1.3:

Se observa que el valor de densidad y de gravedad especfica obtenidos por este mtodo difieren con los valores de densidad hallados mediante el mtodo del picnmetro (tomado como valor verdadero), posiblemente a causa de los problemas de apreciacin al momento de leer la masa de la pesa utilizada en la balanza de peso simple.

ENSAYO 2: RESISTIVIDAD DE LA SOLUCIN SALINA

2.2 Mtodo del Refractmetro

Tabla 5. Datos del Refractmetro

T C25,625,525,725,725,6

Concentracin (ppm)02000400060008000

ndice de Refraccin (nD)1,33321,33341,33391,33421,3346

ndice de Refraccin de la solucin salina de concentracin desconocida: Muestra A: 1,3335 nD a una temperatura de 26,6 C.

Grfica N 2: Curva de Calibracin

Muestra de Clculo:

Conversin de C a F:

Despejando la concentracin de la ecuacin de calibracin, se tiene que:

Sustituyendo el valor de ndice de Refraccin de la solucin de concentracin desconocida se tiene que:

Ppm = 2000,00

Determinacin de la Resistividad de la Solucin:

Despejando la resistividad:

2,479555 Ohm.m

En la grfica N 2 se puede apreciar el comportamiento del ndice de refraccin como una funcin de la concentracin de la solucin patrn. A medida que la solucin es ms concentrada, aumenta el valor de ndice de refraccin. Cuando una solucin contiene mayor cantidad de slidos disueltos, el ndice de refraccin tiende a ser mayor al de una solucin de menor concentracin, esto se debe a que en una solucin ms concentrada, el haz de luz que la atraviesa se encuentra con una mayor cantidad de molculas disueltas, choca contra ellas y esto provoca un aumento en la refraccin de la luz.Es de esperar que dado un soluto en una solucin transparente, el ndice de refraccin de dicha solucin est relacionado linealmente con la concentracin del soluto, al basarnos en el hecho de que a mayor concentracin mayor ser el ndice de refraccin, es decir, son directamente proporcionales, por tal razn asumimos una lnea recta para describir la grfica N2.

2.3 Mtodo de Titulacin

Tabla 8. Datos de la solucin titulante (nitrato de plata)

Volumen inicial (ml)3,74

Volumen final (ml)4,32

Volumen Gastado (ml)0,58

Normalidad AgNO30,083

Sustituyendo:

Determinacin de la resistividad:

Sustituyendo la temperatura ambiente y la concentracin de la solucin:

Despejando la Resistividad

Ohm.m

CONCLUSIONES

Por efecto de la evaporacin, la masa de la solucin salina contenida en el picnmetro fue disminuyendo gradualmente con cada incremento de temperatura. Como el volumen del picnmetro se mantiene constante, la prdida de la masa de la solucin produce una disminucin en los valores de densidad de la misma. El peso que tiene un cuerpo suspendido en el aire no es el mismo que tiene si se encuentra sumergido en una solucin. A medida que dicha solucin es ms concentrada, la fuerza que ejerce sobre el fluido ser mayor; y en consecuencia el peso del cuerpo es menor. Las molculas disueltas actan como una barrera que ofrece resistencia a la intrusin del cuerpo. Es muy importante que la lectura del ndice de refraccin sea realizada por una sola persona, esto para evitar variaciones extras ya que la apreciacin vara de persona a persona. La forma como refracta el rayo de luz que atraviesa la muestra se ve afectada por la concentracin de la solucin, a mayor cantidad de molculas disueltas mayor ser la refraccin de la luz y por tanto mayor ser su ndice de refraccin. Las pequea discrepancia entre el valor de concentracin de la muestra problema obtenido por el mtodo del refractmetro y por el mtodo de la titulacin pueden atribuirse tanto a errores humanos como a deficiencias del equipo de laboratorio. Estos errores afectan, igualmente al clculo de la resistividad de la solucin, an y cuando se trate de la misma muestra. La densidad es una propiedad que se ve afectada por la temperatura, evidencindose en el mtodo del picnmetro, al aumentar la temperatura de la solucin disminuye el valor de densidad, originado por disminucin en la masa. El peso de un slido en medio acuoso es afectado por la densidad de dicho medio, a mayor densidad de la solucin menor peso del slido. A mayor densidad y concentracin del medio tiene ms capacidad de absorber fotones y esto aumentar el ndice de refraccin, siendo ste mayor que en el medio vaco. En general la disminucin del ndice de refraccin con el aumento de temperatura se debe a que vara la densidad del lquido y por tanto la velocidad de la luz en el medio. El ndice de refraccin depende principalmente del medio en que un haz de luz incida, basado en esto puede variar la direccin y velocidad de dicho haz. La presencia de la precipitacin de cloruro de plata (AgCl) indica que se ha alcanzado el punto de equivalencia (igual moles de cido que de base). El % masa/volumen usado al momento de hacer la solucin salina influye en las concentraciones obtenidas, debido a la cantidad de soluto usada para su preparacin.

CRUDOS

ENSAYO 4: DENSIDAD Y GRAVEDAD API

4.1 Mtodo del Picnmetro

Tabla N 1. Datos del Procedimiento Experimental por el Mtodo del Picnmetro.Volumen del Picnmetro45,0067 ml

Masa del picnmetro vaco 40,8025 g

Muestra de clculo:

Para determinar la densidad de la muestra a temperatura ambiente se utiliz la siguiente frmula:

Sabemos que:

Por lo tanto:

Sustituyendo en la ecuacin:

De la misma manera se realiz para los siguientes valores de masa obtenidos a partir de cada variacin de temperatura. Obtenindose los valores reflejados en la siguiente tabla:

Tabla N 2. Densidad de la muestra de crudo a diferentes temperaturas.

Temperatura (C) (g/ml)

26,60,9640

280,9612

330,9598

380,9572

Los resultados mostrados en la tabla N2 reflejan que a mayor temperatura la densidad disminuye, esto se debe a que al aumentar la temperatura se produce una disminucin en la fuerza de cohesin entre las molculas lo que origina una expansin o incremento en el volumen de la solucin ocurriendo, en este caso, el rebosamiento de la muestra contenido en el picnmetro, ocasionando la prdida de masa aunque el volumen se mantendr constante. Como la masa es directamente proporcional a la densidad, al disminuir la masa, la densidad tambin disminuye.

El comportamiento de la densidad con respecto a la temperatura se observa mediante la siguiente grfica:

Grfica N 3: Variacin de la densidad con respecto a la temperatura.

La grfica indica que a medida que aumenta la temperatura disminuye la densidad del crudo, esto se debe a que cuando el crudo se calienta cambia su consistencia y se hace menos viscoso y por ende menos denso, ya que las molculas se expanden originndose una mayor distancia entre ellas, pues el calentamiento aumenta el volumen del crudo y disminuye la fuerza de cohesin molecular. Este grfico nos muestra una curva exponencial pues en algn momento dejar de descender la densidad del crudo aunque siga aumentando la temperatura, porque ya habr alcanzado su lmite.Se utiliz como lnea de tendencia una recta, porque se puede percatar que la densidad de la sustancia disminuye cuando la temperatura va aumentando. Tambin notamos que cuando la temperatura aumenta la viscosidad disminuye.4.2 Mtodo de la Balanza Hidrosttica

Tabla N 3. Datos del procedimiento experimental

Temperatura (C)Peso en el Agua Destilada: m3 (g)Peso en el Aire: m1(g)Peso en el crudo: m2(g)

26,688,40100,1589,10

Muestra de clculo:

Determinacin de la Gravedad Especfica:

Sustituyendo:

Determinacin de la densidad del crudo:

Sustituyendo:

Determinacin de la densidad de la solucin:

Sustituyendo:

Se observa que el valor de densidad y de gravedad especfica obtenidos por este mtodo difieren con los valores de densidad hallados mediante el mtodo del picnmetro (tomado como valor verdadero), posiblemente a causa de los problemas de apreciacin al momento de leer la masa de la pesa utilizada en la balanza de peso simple. El valor de m1 es el mayor debido a la fuerza de gravedad que atrae a los cuerpos hacia el centro de la Tierra. Con respecto a las dos masas obtenidas sumergiendo la pesa en el crudo y el agua destilada, el cuerpo pes ms en el crudo por ser menos denso que el agua. La fuerza que ejerce el crudo sobre la pesa es mayor a la que ejerce el agua, a causa de que en el agua las molculas estn en mayor movimiento y tienen mayor empuje.

4.3 Mtodo del Hidrmetro

Muestra de clculo:Capacidad del Hidrmetro0,940

G.E leda0,955

Clculo de la Gravedad API sin corregir (Pseudo API):

Correccin de la Gravedad API:

Donde:T: Temperatura ambiente (F); rango: 50 a 100F.API)sc: Gravedad API sin corregir (API); rango: 10 a 49

Luego:

Para T = 25,7 C

Conversin de C a F:

Sustituyendo T = 78,26 F

0,04600,13360,93490,0224

Para API)sc =

Tabla N 4. Resultados de la gravedad especfica, API)sc y API)c de una muestra de crudo por medio del Hidrmetro.

Datos obtenidosResultados

Temperatura (C)Gravedad Especfica (G.E)Gravedad API)scGravedad API)c

25,70,95516,715,7

En esta correlacin, T representa la temperatura ambiente en F y API)sc la gravedad API para esa temperatura. La correlacin es aplicable slo en un rango de T entre 50 F y 100 F y de API)sc entre 10 y 49, con un error relativo de 0,1%. Fuera de estos rangos no es aplicable.

ENSAYO 5: VISCOSIDAD

5.1 Mtodo de tubos capilares calibrados de vidrio

Muestra de clculo:

Partiendo de las ecuaciones:

Donde:

= Viscosidad cinemtica en el bulbo C, cSt

=Viscosidad cinemtica en el bulbo J, cSt

= Constante de calibracin para el bulbo C, cSt/s

= Constante de calibracin para el bulbo J, cSt/s

= Tiempo de flujo en el bulbo C, cSt/s

= tiempo de flujo en el bulbo J, cSt/s

Constantes de los bulbos (Kc, cS t/s): Muestra H. T= 31C

Nro. TuboT(C)kct(s)

300400,28021538

3001000,28221538

30031Extrapolando: 0,27991538

Sustituyendo los valores extrapolados en las ecuaciones de viscosidad cinemtica, tenemos:

cSt

Nro. TuboT(C)kjt(s)

300400,20481715

3001000,20641715

30031Extrapolando: 0,20461715

cStViscosidad cinemtica promedio:

Constantes de los bulbos (Kc, cS t/s): Muestra H. T= 70C

Nro. TuboT(C)kct(s)

300400,2802280

3001000,2822280

30070Interpolando: 0,2812280

cSt

Nro. TuboT(C)kjt(s)

300400,2048489

3001000,2064489

30070Interpolando: 0,2056489

cSt

Viscosidad cinemtica promedio:

Grfica N 4: Variacin de la viscosidad con respecto a la temperatura.

El desplazamiento del crudo por el capilar se ve afectado por la gravedad API, debido a que cuanto mayor sea la gravedad API ms dificultad presentar el fluido en su recorrido y por ende el tiempo aumentar.En la grfica se evidencia que al incrementar la temperature disminuye la viscosidad del crudo, esto por el hecho de la alteracin que sufren las molculas y los choques que presentan produciendo mayor facilidad para que el fluido se desplace de bulbo a bulbo. La lnea de tendencia utilizada es una lnea recta de acuerdo a, que cuando mayor es la temperatura el valor de la viscosidad va a disminuir de forma lineal, es decir, la ecuacin de esta grfica tendra la forma y = aX + b.

CONCLUSIONES

La densidad, la gravedad especfica y la viscosidad son propiedades dependientes de la temperatura, puesto que disminuyen a medida que sta aumenta, debido a que a altas temperaturas la fuerza de cohesin entre las partculas en los lquidos disminuyen. Dichas propiedades son usadas en la industria petrolera para clasificar los crudos y con el conocimiento de las mismas poder identificar la distribucin de los fluidos en el yacimiento. La densidad, gravedad especfica y gravedad API son propiedades caractersticas del petrleo que estn ntimamente relacionadas. Se estudiaron estas propiedades a una muestra de crudo utilizando diferentes mtodos experimentales.

La densidad se determin por el Mtodo del Picnmetro, que es un matraz con termmetro o capilar que permite observar como vara la masa del fluido en funcin de la temperatura y as determinar la densidad donde se mantuvo constante el volumen y se midi el valor de la masa a distintas temperaturas.

El Mtodo de la Balanza Hidrosttica, que usa una balanza simple para observar las variaciones de masa del fluido en cada pesada, el cual consisti en pesar una masa al aire y luego pesarla sumergida tanto en agua destilada como en el crudo, fue empleado para determinar de manera indirecta la gravedad especfica de la muestra.

Tambin para determinar la gravedad especfica se obtuvo de manera directa a travs del Mtodo del Hidrmetro, que consiste en que un tubo contrapesado flotar en un lquido al que se le desee medir la gravedad especfica, cuyo valor coincide en donde la superficie del lquido corte la escala del hidrmetro sumergido, en cuya implementacin se sumergi este instrumento en la muestra, dicho valor se utiliz para determinar mediante una correlacin la gravedad API del crudo a las condiciones de laboratorio. Se observ que tanto la densidad y la gravedad especfica son propiedades inversamente proporcionales a la temperatura (disminuyen cuando sta aumenta). La gravedad API del crudo es mayor mientras ste sea menos denso.

En el experimento de los capilares para determinar la viscosidad slo se utiliz una muestra de crudo (muestra H) porque la otra muestra que se haba seleccionado representaba un crudo pesado y tard mucho tiempo en desplazarse por el capilar.

La viscosidad cinemtica es una propiedad que fue estudiada con dos muestras de crudo con diferentes API, utilizando para los clculos slo una porque el otro crudo al ser muy pesado tuvo mayor dificultad para lavar el capilar, impidiendo as el cumplimiento de la prctica que se bas en sumergir el capilar con crudo en el bao trmico a una temperatura especfica y midiendo el tiempo que tarda el fluido en desplazarse a travs de los dos bulbos. Se observ que la viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura, es decir, a medida que aumenta la temperatura disminuye la viscosidad del fluido, esto debido a que el movimiento de las molculas se acelera y la muestra se hace menos viscosa.