Universidad de Oriente. Ncleo de Anzotegui. Escuela de Ingeniera
y Ciencias Aplicadas. Departamento de Petrleo. Ctedra: Laboratorio
de Procesamiento de Hidrocarburos.
Profesora: Castillo Genny
Bachilleres: Ramrez Jhonny Noriega Andrs Fonten Jhony
CI: 15.288.036 14.077.247 14.163.832
Barcelona, Mayo de 2005.
ndice:
1.Sumario. 2.Marco Terico. 3.Tabla de Datos y Resultados.
4.Discusin de Resultados. 5.Conclusiones. 6.Recomendaciones.
7.Anexos.
Marco Terico:
La viscosidad es probablemente la propiedad fsica ms importante
en un aceite lubricante de petrleo. Esta es la medida de la
caracterstica de flujo del aceite, entre ms espeso sea, mayor es su
viscosidad y mayor su resistencia a fluir. El mecanismo para
establecer la adecuada pelcula de lubricante, depende en gran parte
de la viscosidad. Para el entendimiento del trmino de viscosidad
Cinemtica se hace necesaria definir el concepto de viscosidad o
viscosidad absoluta: por definicin, la viscosidad es la resistencia
que ofrece un fluido a fluir. De ah que a mayor resistencia mayor
viscosidad. Este fenmeno es atribuible a la atraccin de las
molculas y es una medida del razonamiento interno entre las
molculas originadas por cohesin molecular (fuerza de atraccin entre
las molculas). Matemticamente la viscosidad se expresa por la
relacin entre el esfuerzo de corte o cizallamiento y la tasa de
corte o cizallamiento = / , por lo tanto, la viscosidad es
directamente proporcional al esfuerzo de corte, o sea el esfuerzo
tangencial que tiende a deformar el elemento fluyente, e
inversamente proporcional al esfuerzo de corte, que es la velocidad
con la cual las partculas de un fluido de una capa individual se
mueve respecto a las capas vecinas. Para evaluar la viscosidad
absoluta de un aceite, numricamente, cualquiera de las pruebas
estndar puede ser utilizada. Aunque estas pruebas difieren unas de
otras en mayor o menor grado, utilizando bsicamente el mismo
principio. Todas ellas miden el tiempo requerido para que una
cantidad de aceite, a una temperatura dada, para fluir por accin de
gravedad a travs de un orificio o estrangulamiento de dimensiones
especificadas. Entre ms espeso sea el aceite, mayor ser el tiempo
requerido para que pase. Es importante tener un control estricto de
la temperatura. La viscosidad de cualquier aceite aumenta cuando es
enfriado y diminuye cuando es calentado. Por esta mimas razn, el
valor de la viscosidad de un aceite debe ir siempre acompaado por
la temperatura a la cual fue determinado. El valor de la
viscosidad, por si solo, no significa nada.
Algunas definiciones importantes, relacionadas a la viscosidad
de lquidos se describen a continuacin: Viscosidad Cinemtica: La
viscosidad cinemtica se puede interpretar como la relacin entre la
viscosidad absoluta de un lquido y su gravedad especifica a la
temperatura a la cual se mide la viscosidad. Se mide con el
viscosmetro de la Saybolt y sus unidades son en Stokes (st),
cm2/seg o centistoke (cst). Viscosidad Dinmica: La viscosidad
dinmica se define como la relacin entre el esfuerzo de corte
aplicado y la velocidad de corte. Este coeficiente es una medida de
la resistencia a fluir del fluido comnmente llamado la viscosidad
del lquido. Viscosidad Saybolt Universal: Es el tiempo en segundo
para que un flujo de 60 cm3 salga de un recipiente tubular por
medio de un orificio tipo universal debidamente calibrado y
dispuesto en el fondo del recipiente el cual se ha mantenido a una
temperatura constante. Viscosidad Saybolt Furol: Es el tiempo en
segundos que tarda en fluir 60 ml de muestra a travs de un orificio
mayor que el universal calibrado en condiciones especificas. ndice
de Viscosidad: Es un valor que cuantifica como afecta los cambios
de temperatura a la viscosidad de un aceite dado. Este factor, por
tanto, indica la mayor o menor estabilidad de la viscosidad de un
fluido con cambios de temperatura. Mientras menor sea el cambio de
viscosidad con temperatura mayor ser el ndice de fluidez. Su
importancia radica en que a travs de l se pueden establecer las
condiciones de trabajo que deben ser puestas en prctica en los
procesos que involucra altas temperaturas, en donde el conocimiento
de la variacin que experimenta el fluido es vital.
Factores Afectan a la Viscosidad: Temperatura: Un aumento de la
temperatura trae como consecuencia una disminucin de la viscosidad,
dndole al fluido ms movilidad debido a la alta movilidad
intermolecular de las partculas del fluido a estudiar, en resumen,
la temperatura es inversamente proporcional a la viscosidad.
Presin: La presin influye en el volumen especifico por lo tanto
afecta tambin a la viscosidad. La viscosidad del petrleo disminuye
con un aumento en la presin por debajo del punto de burbuja debido
al efecto del gas que entra en solucin, por encima del punto de
burbujeo, la viscosidad aumenta con presin. En los lquidos con el
aumento de la temperatura disminuye el roce intermolecular
originado por la cohesin molecular (fuerza de atraccin entre las
molculas), mientras que a medida que la temperatura disminuye la
friccin aumenta. Por otro lado, la presin no tiene un efecto mayor
sobre los lquidos, debido al bajo grado de compresibilidad de los
mismos; sin embargo, a mayor presin la viscosidad aumenta ya que el
espaciado intermolecular es menor. La presin a cualquier
temperatura en los gases representa un aumento en la viscosidad. Un
aumento de la temperatura, a bajas presiones significa un
incremento en la viscosidad a causa del aumento de la energa
cintica lo cual produce choque intermolecular. La presin a
cualquier temperatura en los gases representa un aumento en la
viscosidad. A altas presiones ocurre una disminucin de la
viscosidad cuando se incrementa la temperatura; sin embargo, a
bajas presiones aumenta la viscosidad con el incremento de
temperatura, lo cual es debido a los choques moleculares originados
por el aumento de la energa cintica. La Formacin de Espumas: Al
crearse espuma se dificulta el desplazamiento del fluido al
disminuir el espacio de circulacin, ya que la espuma acta como un
slido, quedndose impregnado en las paredes del capilar, aumentando
al mismo tiempo la presin interna trayendo como resultado una mala
medida del tiempo en el Fann, la espuma aumenta las lecturas en un
valor irreal.
Presencia de Impurezas en el Fluido: Al existir presencia de
algn slido este puede alterar los resultados. En sntesis, la
viscosidad es la resistencia interna de un fluido a fluir. De
acuerdo a esto se tienen dos tipos de fluidos: Newtonianos: Son
aquellos que estando en reposo no necesitan ningn esfuerzo para
hacerlos mover, con el agua, glicerina, aceite, etc. No
Newtonianos: Son aquellos que al estar en reposo se gelatinizan y
se requiere un gran esfuerzo para ponerlos en movimientos.
Matemticamente los fluidos Newtonianos satisfacen la ecuacin:
Tensin de corte = m x Velocidad de corte. El grfico tensin de corte
vs. Velocidad de corte en coordenadas rectangulares es una lnea
recta que pasa por el origen, con pendiente m.
Tensin de Corte
m
Para
fluidos
Newtonianos
Como la viscosidad es una relacin de tensin de corte velocidad
de corte; Velocidad de Corte del grfico anterior se deduce que para
un fluido newtoniano la viscosidad es la pendiente m y es
constante, ya que si s grfica m coordenadas rectangulares como
funcin de la velocidad de corte se obtendr una lnea horizontal como
se muestra en el siguiente grfico:
Viscosidad
m
Para fluidos Newtonianos
Velocidad de Corte La grfica de la relacin tensin de corte
velocidad de corte para un fluido recibe el nombre de reograma. En
este reograma la relacin est dada por una curva y no por una lnea
recta, el fluido exhibe una tensin de cedencia, es decir, para que
el fluido se mueva, se necesita vencer un cierto grado de
resistencia interna. En este la viscosidad no es constante, en la
siguiente figura en coordenadas rectangulares la viscosidad en
funcin de la velocidad de corte.
Es evidente que la velocidad de corte de un fluido No Newtoniano
depende de la velocidad de corte al cual ha sido sometido.
Velocidad de Corte Principio Fsico en que se Basan los Mtodos
Utilizados La viscosidad es la medida de la resistencia a la
movilidad a fluir que ofrece cualquier lquido o gas, mientras mayor
viscosidad tenga el fluido, mayor esta resistencia. La viscosidad
se mide en poise y se define como la fuerza necesaria para deslizar
dos capas que se encuentran separadas por un centmetro a la
velocidad de 1 cm/seg. y de 1 cm de superficie.
Viscosidad
La fuerza es tangencial y se expresa matemticamente de la
siguiente forma:F =* dv *A dl
Donde: F: Fuerza tangencial aplicada sobre el rea A. A: rea de
la superficie del elemento en ( cm). d d : Gradiente de velocidad
en funcin de la distancia vertical (l) en v l (cm/seg/cm) :
Viscosidad dinmica cinemtica. A partir de la relacin anterior se
obtiene:F = A dv = Fuerza de corte / Tasa de deformacin. dl
Donde: : expresada en poise l : expresada en cm Tiempo en seg.
masa en gramos. 1 poise = gramos/ cm* seg. La viscosidad cinemtica
se define como la relacin existente entre la viscosidad absoluta
(en cps) y la densidad (en grs/cm), ambas medidas a las mismas
condiciones; su unidad de medida es el centistoke. = / Donde: :
Viscosidad Cinemtica (Stokes, Centistokes). : Viscosidad Absoluta
(Poise, Centipoise). : Densidad (grs/cm). = cm/seg = Stoke 1
Centistoke = 1*10- Stoke A partir del desarrollo antes descrito,
cabe resear la definicin de lo que es la reologa. La reologa es la
ciencia de la fluidez de la materia que describe el comportamiento
del flujo de fluidos. Ella se basa en las relaciones
existentes entre los Esfuerzos de corte cizallamiento ( ) y la
tasa o velocidad de deformacin (v). Esfuerzo de Corte ( ): Tambin
llamado esfuerzo de cizallamiento, es el esfuerzo tangencial que
tiende a deformar el elemento fluyente, o mejor dicho, es la fuerza
de resistencia que una capa de fluido individual ofrece al
deslizamiento de otra capa vecina. Tasa de corte (v): La tasa o
velocidad de corte se define como la velocidad relativa con la cual
una capa individual se mueve con respecto a las otras capas
vecinas.
Principios Fsicos de Los Equipos para la Determinacin de
Viscosidad: El viscosmetro es el instrumento utilizado para medir
la viscosidad de los lquidos. Consiste en una pequea vasija en cuyo
fondo existe un orificio calibrado y de tamao conocido, y en la que
se vierte un volumen conocido de lquido. El tiempo que ste emplea
en fluir por el orificio es una medida de su viscosidad. Los
lquidos no son perfectamente fluidos sino viscosos, es decir,
tienden a oponerse a su flujo cuando se les aplica una fuerza. La
viscosidad viene determinada por la fuerza con la que una capa de
fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes. Con
el viscosmetro se mide la viscosidad relativa del lquido respecto a
la del agua, que se toma como unidad. La viscosidad relativa es
directamente proporcional a la densidad del lquido y al tiempo que
ste tarda en fluir por el orificio, e inversamente proporcional al
tiempo que invierte en fluir el mismo volumen de agua. Como la
temperatura influye mucho en el valor de la viscosidad, las medidas
deben realizarse a la misma temperatura.
Viscosmetro Fann: Se basa en el principio de la fuerza
centrifuga (Newton supone la medicin de una fuerza tangencial que
acta sobre un plano en movimiento). Su medida
bsica es el momento rotacional necesario para rotar un vstago
interno, en un recipiente lleno de fluido. Viscosmetro Saybolt:
Determina experimentalmente la viscosidad cinemtica. Su principio
se basa en el concepto de aforamiento (medir cantidad de un fluido
corriente en una unidad de tiempo), determinndose as la viscosidad
en segundos Saybolt. El viscosmetro Saybolt es l ms representativo
de los instrumentos. Ha sido modificado por la A.S.T.M en forma
apropiada para mediciones en aceites lubricantes y para el ensayo
de aceites combustibles y de carrera y se describe con todo detalle
en el modelo D-86. Importancia de la Viscosidad para la Industria
Petrolera: Es de suma importancia tener conocimiento acerca de la
viscosidad de un crudo, debido a que sta indica el grado de fluidez
y facilita la caracterizacin del crudo. De esta manera se puede
escoger la forma de transporte ms apropiada y determinar el
mecanismo de levantamiento ms adecuado para el crudo con el que se
esta trabajando. Su principal diferencia radica en que el
Viscosmetro Saybolt determina viscosidad cinemtica, mientras que el
viscosmetro Fann determina viscosidad absoluta. Adems el
Viscosmetro Saybolt se utiliza para valores bajos y medios de
viscosidad, en un orificio universal para aceites lubricantes que
tengan un tiempo de flujo mayor de 32 segundos y menor de 1000
segundos. Mientras que para aceites muy viscosos se usa un orificio
Furol, con el cual se reduce el tiempo de flujo. Descubrimientos e
Incertidumbres Relacionados con la Viscosidad de los Lquidos: La
Superfluidez, es el estado de la materia caracterizado por la total
ausencia de viscosidad, es decir, de resistencia al flujo. El
trmino superfluidez se aplica principalmente a los fenmenos
observados en el helio lquido a temperaturas muy bajas, pero tambin
se emplea en ocasiones para referirse al flujo sin rozamiento de
los electrones en ciertos metales y aleaciones a temperaturas muy
bajas. El fenmeno de la superfluidez fue descubierto en 1937 por el
fsico ruso Piotr Kapitsa, y en 1938, de forma independiente, por el
fsico britnico John
Frank Allen y sus colaboradores. Los investigadores observaron
que el helio (4He) lquido, cuando se enfriaba por debajo de 2,17 K
(-270,98 C), poda fluir sin dificultades a travs de orificios
extremadamente pequeos, algo que no puede hacer por encima de dicha
temperatura. Tambin comprobaron que el helio superfluido formaba en
las paredes del recipiente una pelcula delgada (con un espesor
aproximado de 100 tomos) que flua en contra de la gravedad hasta el
borde del recipiente y se desbordaba. La temperatura de 2,17 K se
denomina punto lambda () porque la grfica del calor especfico del
helio lquido presenta a dicha temperatura un mximo en forma de
lambda. A la presin atmosfrica, el helio se licua a una temperatura
de 4,2 K. Entre esta temperatura y el punto lambda, el helio se
comporta como un lquido normal, y se denomina helio I. El helio II
es el estado lquido del helio por debajo del punto lambda. Adems de
la superfluidez, el helio II presenta otros fenmenos poco
frecuentes. Su conductividad trmica es elevada, unos tres millones
de veces superior a la del helio I. El helio superfluido (helio II)
fluye de manera espontnea desde una regin fra a otra de mayor
temperatura; el helio I, en cambio, fluye en sentido opuesto.
Adems, cuando se induce el flujo de helio superfluido, aparecen
espontneamente diferencias de temperatura en el lquido. Se cree que
el helio II est constituido por una mezcla de tomos superfluidos y
tomos normales. La proporcin de tomos superfluidos aumenta cuando
la temperatura se aproxima al cero absoluto. Los tomos superfluidos
se encuentran en su estado de energa ms bajo (el estado
fundamental), por lo que no transportan energa trmica. La ausencia
de rozamiento puede explicarse por el hecho de que estos tomos no
interaccionan con otros tomos intercambiando momento, ya que se
necesita una determinada energa para que estos tomos superfluidos
dejen su estado fundamental. La ausencia de energa trmica en los
tomos superfluidos tambin explica las extraas propiedades trmicas
del helio II. Su elevada conductividad trmica es el resultado del
flujo de los tomos de helio normales, que llevan energa trmica a la
zona de temperatura ms baja, y del flujo sin rozamiento de los
tomos superfluidos a la zona ms caliente, donde se convierten en
tomos normales. En 1972 los estadounidenses David M. Lee, Robert C.
Richardson y Douglas D. Osheroff descubrieron que el istopo estable
helio 3 tambin presentaba caractersticas de superfluidez a
temperaturas inferiores a 0,00093 K; por este descubrimiento
recibieron el Premio Nbel de Fsica en 1996. Sin embargo, an no hay
una teora plenamente satisfactoria para este comportamiento.
La refinacin es una actividad bsica de la industria petrolera,
donde se realiza un conjunto de operaciones para convertir el
petrleo en una gran variedad de productos. La compleja composicin
qumica del petrleo indica en cada caso los procesos a los que se
debe someter par obtener el rendimiento ptimo. La refinacin se
realiza en mltiples procesos, unos de naturaleza fsica, otros
qumicos y otros fsico-qumicos. La separacin es un proceso fsico de
destilacin fraccionada que se puede hacer a presin atmosfrica o al
vaco. La conversin son procesos qumicos de desintegracin trmica
cataltica o de reduccin de viscosidad, polimerizacin, alquilacin,
isomerizacin, formacin de alcanos e hidroformacin. La eliminacin de
impureza como el sulfuro de hidrgeno y los mercaptanos se realiza
por purificacin lavado con agua o con hidrxido de sodio. Algunos
Procesos de Refinacin del Petrleo: Destilacin: Es un proceso fsico
en el cual una mezcla liquida multicomponente, al aplicrsele
calentamiento hasta ebullicin, es separada en sus componentes
constituyentes debido a la diferencia en sus puntos de ebullicin y
de volatilidad relativa. Para ello se coloca la emulsin cuyos
componentes se quieren separar en un matraz hasta alcanzar la
temperatura de ebullicin del componente ms voltil. El vapor de
dicho componente se vuelve lquido en el condensador y es recogido
en un recipiente. El componente menos voltil se queda en el matraz
inicial. Destilacin Atmosfrica: Proceso bsico en la refinacin. El
petrleo se hace circular en un horno calentado a unos 460 C; gases
y lquidos pasan a una torre fraccionadora y mientras lquidos caen
al fondo como residual, los gases suben y se separan en cortes ,
segn su punto de ebullicin como gasolina, nafta kerosn, gasleo y
residuo largo, tambin se obtiene una mezcla de gases (metanos a
butanos). La operacin se realeza a presin atmosfrica. Destilacin al
Vaco: Proceso de refinacin que permite la utilizacin de
temperaturas moderadas en el fraccionamiento del residual de la
destilacin atmosfrica, para obtener
destilados ligeros, medios y pesados. La torre para destilacin
al vaco tiene condensadores y eyectores de vapor, que permiten
mantener presiones bajas. Principio en que se basa la destilacin
como mtodo de separacin: Se basa en la diferencia de los puntos de
ebullicin de los diferentes cortes o fracciones presentes en el
crudo. Ventajas de la destilacin respecto a otras operaciones
unitarias que pueden ser usadas para separar fracciones de
hidrocarburos: El mtodo de destilacin resulta ms econmico que otras
operaciones unitarias debido a que este puede fraccionar los
componentes del crudo siguiendo un proceso de condensacin y
evaporacin simple, mientras que en otros procesos es necesario la
utilizacin de solventes (proceso de extraccin lquido-lquido) para
crear una nueva fase y se puede realizar el fraccionamiento. Por
otro lado, comparndolo con el ensayo de Bureau of Mines es ms
preciso, ya que uno de los defectos de este ensayo es la falta de
informacin acerca de los componentes de bajo punto de ebullicin.
Comportamiento del Crudo y su Composicin: El punto de ebullicin de
los distintos hidrocarburos juega un papel importante en la
destilacin fraccionada y el uso de dichas fracciones esta regido
por sus rangos de ebullicin. Esto quiere decir que existe una
relacin entre la composicin qumica y las propiedades fsicas de una
fraccin del petrleo y su valor como componente de productos
comerciales. Fracciones del Petrleo: Fracciones o cortes de
Hidrocarburos: Porcin de un crudo que hierve dentro de unos ciertos
lmites de temperatura. Normalmente los lmites se toman en base a
los puntos de ebullicin verdaderos del ensayo del crudo. Entre las
fracciones del petrleo tenemos: Fracciones de nafta: Desde el punto
de vista de la volatilidad, las fracciones hierven hasta casi 200C
(naftas) pueden ser adecuadas como combustibles en motores de
combustin interna de encendido por chispa (gasolina).
Esta nafta destilada esta compuesta casi en si totalidad por
hidrocarburos de cuatro a diez tomos de carbono por molcula. Los
componentes de diferentes de punto de ebullicin deben estar
uniformemente distribuidos, es decir, no deben existir cantidades
excesivas de componentes muy voltiles, ni tampoco una gran cantidad
de componentes muy pesados o de alto punto de ebullicin. De esta
fraccin se puede obtener: Combustible para aviacin Combustibles
para combustin interna (automviles) Solventes Fraccin de kerosn: La
fraccin que ebulle entre los 180 y 300 C cumple con los
requerimientos generales de los combustibles para iluminacin y se
conoce como Kerosn . Los destilados del Kerosn estn constituidos
principalmente por hidrocarburos de con 9 a 17 tomos de carbono por
molcula. Se encuentran parafinas a si como tambin estructuras
naftnicas y aromticas a veces combinadas en una molcula. De esta
fraccin se puede obtener: a) Puede ser utilizada como combustible
para tractores y debe poseer un buen nmero de octano. b) Como
turbocombustible de aviacin debe poseer un bajo contenido de
aromticos. Fraccin de Gasleo: Los destilados del gasleo tienen un
rango de ebullicin de 275 a 350 C, en estas fracciones se
encuentran hidrocarburos con 16-22 tomos de carbono por molcula. Su
composicin qumica es an ms complicada que la de las fracciones
anteriores debido a que se hace mayor la diversidad estructural al
aumentar el tamao molecular. Estas fracciones contienen tambin ms
compuestos de azufre y/o nitrgeno que las fracciones ms livianas.
Estas fracciones son utilizadas como combustibles para motores
diesel de alta velocidad. Residuo Largo: La parte del crudo que
queda despus de destilar las fracciones de nafta, Kerosn y gasleo
se llama residuo largo o residuo atmosfrico. En cuanto a
su composicin este residuo puede ser parafnico o asflticos. Los
residuos parafnicos preferiblemente isoparafnicos normalmente se
utilizan como materia prima para la elaboracin de aceites
lubricantes de alto ndice de viscosidad.
Fracciones o cortes de una muestra de crudo: Fracciones Livianas
Naftas Pesadas Kerosn Gasoleo Residuo largo Temperatura (C) 340
Punto inicial de ebullicin: Se refiere a la lectura del
termmetro que es observada en el instante en que la primera gota de
condensado se desprende del mas bajo punto final del condensador.
Es la temperatura a la cual se condensa la primera gota de
destilado. Punto final de ebullicin: Indica la mxima temperatura
que se registra durante el proceso de destilacin; a esta
temperatura comienzan a volatilizarse los componentes mas pesados
de la mezcla liquida. Punto seco: Es la lectura del termmetro que
es observada en el instante que la ltima gota de lquido evapora en
el fondo del frasco. Cualquier gota o pelcula de lquido en los
lados del frasco son despreciados en el termmetro.
Punto de descomposicin: Es la temperatura registrada con los
primeros indicios de descomposicin trmica de la mezcla. Las
caractersticas de la descomposicin trmica son la
evaluacin de humos y la caiga drstica de la temperatura de la
mezcla aun cuando se le suministre ms calor. Volatilidad: Es la
propiedad del lquido para pasar al lado gaseoso, nos da idea de la
facilidad con que el combustible se evapora en condiciones
ambientales. Guarda estrecha relacin con la facilidad de encendido.
Se mide mediante pruebas de destilacin, pinto de inflamacin y
presin de vapor. Volatilidad Relativa: Se define como la razn de
reflujo mnimo que describe la condicin trmica de la alimentacin
(1.0 para una alimentacin en su punto de burbuja y 0.0 para una
alimentacin de vapor saturado). Los valores se obtienen a partir de
la composicin de alimentacin dada. Posibles fracciones o cortes de
una muestra de hidrocarburos segn sus puntos o intervalos de
ebullicin. Fraccin Gases de Refinera Naftas livianas medianas
pesadas Kerosn Composicin C1-C3 Rango de Ebullicin 340 C
- Aceites lubricantes - Aceites pesados - Ceras - Asfaltos -
Destilacin al vaco
Un hidrocarburo qumicamente puro, igual que otro compuesto
lquido puro, ebulle a cierta temperatura cuando la presin
atmosfrica se mantiene constante. Sin embargo, casi todos los
combustibles y solventes comerciales, contienen mucho hidrocarburos
comerciales diferentes, cada uno con diferente punto de ebullicin.
Si el producto del petrleo es calentado gradualmente, altas
porciones de componentes con bajo punto de ebullicin, son las que
primero se convierten en vapor y sucesivamente los de alto punto de
ebullicin, a medida de que aumenta la temperatura. De este modo
para cualquier producto del petrleo, la ebullicin se lleva a cabo
en un rango de temperatura en lugar de una temperatura constante.
Este rango es importante en las aplicaciones de combustible y
solvente, la cual es la medida de las pruebas de destilacin.
Mediante la realizacin del proceso de destilacin, se obtiene un
parmetro denominado: Factor de caracterizacin de un crudos (K), el
cual es una alternativa para la gravedad API, aunque no tan comn.
En la clasificacin de las mezclas de hidrocarburo segn su
composicin base. Esta composicin base o composicin fundamental
depende de la naturaleza de la muestra y se encuentra relacionada
con el punto de ebullicin de las distintas fracciones que conforman
un crudo. El factor de caracterizacin se obtiene mediante la
siguiente ecuacin: K = Tb / Ge Donde: Tb: Temperatura de ebullicin
promedio molar (T absoluta). Ge: Gravedad especfica e T = 60 oF.
Diferentes rangos de (K): Tabla Representativa De Los Valores Del
Factor De Caracterizacin De Los Crudos Y Sus Respectivas Bases.
K 13 12 11 10 < 10
Base del Crudo Parafnica Normal e Iso Mixto Con Ciclos Y Cadena
Parafnica Base Naftnica Pura O Aromtica Ligeramente Sustituible
Base Aromtica Pura Base Asfltica
Recomendaciones:
En cuanto a la medicin de las viscosidades: Verificar que las
temperaturas al bao sean las deseadas para obtener valores
fidedignos. Seleccionar el tipo de orificio de acuerdo en el caso
del mtodo Saybolt, con el fin de cuantificar correctamente el
tiempo en que circula los 60 ml de la muestra a travs de dicho
orificio. Para obtener la temperatura del ensayo se debe agitar la
muestra en forma circular con el termmetro. Se debe tratar que
coincida el tiempo al activar el cronmetro cuando se vaya a retirar
el tapn. Evitar la formacin de espumas cuando se determine la
viscosidad Fann, puesto que se altera la medicin debido a la presin
que ejercen las burbujas dentro de la muestra.
En cuanto al rango de destilacin: Efectuar el proceso de
destilacin hasta una temperatura final ptima, de tal forma que se
fraccione suficientemente la muestra y se reduzca al mximo las
perdidas de lquido o residuos que quedan en el baln.< Calentar
el baln de destilacin, as como el cilindro recolector para remover
los residuos que quedan en el fondo, una vez culminado el proceso y
as evitar la formacin de coque. Para hacer las mediciones de los
distintos volmenes, se deben esperar que las muestras se enfren y
adopten una temperatura aproximada a la del ambiente, con el fin de
medir el valor real de loso volmenes.
En cuanto a nivel del laboratorio: El laboratorio debera poseer
campanas de extraccin para evitar problemas de intoxicacin. No
debera de haber tantos obstculos (papelera, bancos, cajones de
madera) atravesados en el piso para no tropezarse por que, se esta
trabajando con materiales y equipos muy delicados. Bebera mostrarse
un plan de contingencia a los alumnos en caso de suceder alguna
eventualidad por un mal manejo de cualquier sustancia toxica, para
evitar accidentes graves. El laboratorio debera de poseer tanques
que almacenen suficiente agua, con el fin de estar preparados en
caso de que se vaya esta, para hacerle una adecuada y mejor
limpieza a los instrumentos de trabajo.
Tablas de Datos y resultados: Tablas de Datos: Tiempo Muestra
Crudo Lubricante 100 F 56.7 SSU 201 SSF 130F 43.65 SSU 90.8 SSF
TABLA N 1
Viscosidad Saybolt y/o Furol
TABLA N 2 Valores de densidad
TABLA N 3
Viscosidad Fann del crudo T@Ambiente(70 F) 100 F Lecturas del
dial, 10 1 Densidad 4(gr/ml) 100 F 0.8734 0.8832 18 2 7 130F 0.8485
0.8732 130 F Lecturas del dial, 7 2 4 13 3 6
Rpm 300 Low 3 100 600 High 6
Lecturas del dial, 15 1 6 Muestra Crudo 29 1 11
200 Lubricante
TABLA N4 Dimensiones del viscosmetro Fann Fc 0.8891
Radio del vstago Radio del rotor Combinacin
1.7 cm 1.83 cm R1-B1
TABLA N 5 Datos obtenidos de la destilacin atmosfrica Para una
muestra de crudo 100 ml VOL (ml) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
60 65 70 T (F) 380 450 470 480 490 515 530 550 570 580 600 620 640
655 665
Tabla No 6 Datos resultantes de la medicin del volumen de
destilado. Punto inicial de ebullicin Vol. De residuo Destilado(ml)
Vol. de Residuo del Crudo (ml) Vol. Total de Residuo (ml) Volumen
de Perdida (ml) Tablas de resultados: Tabla No 7-a RPM 300 3 100
600 6 200 511.2 5.112 170.4 1022.4 10.224 340.8 @ 70 F 67.70 4.51
27.08 130.90 4.513 49.653 @ 100 F 45.139 4.513 18.055 81.251 9.027
31.597 @ 130F 31.597 9.027 18.055 58.681 13.541 27.083 380F 1.9 28
29.9 0.1
Tabla No 7-b Viscosidad Absoluta Temperatura (F) 70 100 130
Viscosidad Absoluta (Cps) 1.1 0.8 0.6
Tabla No 8 Temperaturas corregidas por desintegracin
Cataltica.
Vol. Recup.(ml) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 -
D
Tcor (F) 380 450 470 484,82 495,36 522,06 538,32 560,34 582,86
594,34 617,82 642,16 667,55 687,45 701,18
4,82 5,38 7,06 8,32 10,34 12,86 14,34 17,82 22,16 27,55 32,45
36,18
Tabla No 9 Volmenes corregidos por prdidas. Vol. Recup. 0 5 10
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Tcor (F) 380 450 470 484,82
495,36 522,06 538,32 560,34 582,86 594,34 617,82 642,16 667,55
687,45 701,18 Vcpi (ml) 0 0,03849115 0,07698229 0,11547344
0,15396459 0,19245574 0,23094688 0,26943803 0,30792918 0,34642032
0,38491147 0,42340262 0,46189376 0,50038491 0,53887606 Vcp (ml) 0
5,03849115 10,0769823 15,1154734 20,1539646 25,1924557 30,2309469
35,269438 40,3079292 45,3464203 50,3849115 55,4234026 60,4618938
65,5003849 70,5388761
Tabla N 10
Clculos para determinar factor de caracterizacin
Gravedad Tc (F) T (C) VABP (F) VABP (C) Vcp (90%) (ml) Vcp (10%)
(ml) T (90%) (F) T (10%) (F) M VABP (C/%) F (F) MeABP (F) MeABP (R)
K
0,88 8394.28 4183,48 524.64 259,466667 63.48 7.04 331.81 198.56
2,006 2,595 5 529,64 989,31 11,323
Tabla N 11 Factor de caracterizacin del Crudo. K 11,323= Base
Naftnica Pura O Aromtica Ligeramente Sustituible
Tabla N 12 Clasificacin de los crudos de acuerdo al factor de
caracterizacin
K 13 12 11 10 < 10
Base del Crudo Parafnica Normal e Iso Mixto Con Ciclos Y Cadena
Parafnica Base Naftnica Pura O Aromtica Ligeramente Sustituible
Base Aromtica Pura Base Asfltica
Anexos Muestra de clculos: Para el crudo @ 100F Y 130 F A)
Viscosmetro Saybolt y/o Furol
Viscosidad cinemtica: se lee de la figura C (Ver apndice C),
entrando con el t = 56.7 SSU del crudo. El valor obtenido fue de
9.4 centistokes.
Viscosidad absoluta: abs
=
c
*
abs
= 9.4* 0.8734 = 8.209 cps 0.08209 poise
abs
Viscosidad cinemtica: se lee de la figura C (Ver apndice C),
entrando con el t = 43.65 SSU del crudo. El valor obtenido fue de
5.5 centistokes.
Viscosidad absoluta: abs
=
c
*
abs
= 5.5 * 0.8485 = 4.667 cps 0.04667 poise
abs
Para el lubricante @ 100F Y 130 F:
Viscosidad cinemtica: se lee de la figura C (Ver apndice C),
entrando con el t = 201 SSU del crudo. El valor obtenido fue de 150
centistokes.
Viscosidad absoluta: abs
=
c
*
abs
= 150 * 0.8832 = 132.48 cps 1.3248 poise
abs
Viscosidad cinemtica: se lee de la figura C (Ver apndice C),
entrando con el t = 90.8 SSU del crudo. El valor obtenido fue de
210 centistokes.
Viscosidad absoluta: abs
=
c
*
abs
= 210 * 0.8732
abs
= 183.372 cps 1.83372 poise
A)Viscosmetro Fann Tasa de corte = rpm * 1.704 = 600* 1.704 =
1022.4 seg-1 Esfuerzo de corte: = 5.077 * Fc * = 5.077 * 0.8891 *
80 = 361.11 Dinas/cm2
Muestra de Calculo de la Pendiente (m) @ 70 F
m = absoluta =
m=
(6 7.7 0 9 4 9.6 5 ) (5 1 .1 3 4 .0 ) 2 8 m = 1.1 c p s absoluta
= 1.1 Cps
Nota: para el clculo de la pendiente m se tomaron dos puntos de
la parte ms recta de la curva en la grfica Esfuerzo de Corte vs
Tasa de Corte.
Destilacin
A partir de los datos de la tabla N 6 se obtiene a) Clculo del %
de las prdidas de destilacin: % de Perdidas = 100 - %destilado -
%residuo % de Perdidas = 100 - 70 29.9 % de Perdidas = 0,1
Con los datos de la tabla N 8 se obtiene
a) Correccin de Temperatura cuando T cataltica: Tcorregida =
Tobservada + D (F) D = 10 (-1.587+0.00473*Tobservada) Tcorregida =
480 + 10 (-1.587+0.00473*480)
475 F por desintegracin
Tcorregida = 480 + 4,82 = 484,82F
b) Correccin del volumen por prdidas:
VCPI =
Vol leido vol ( residual total inicial )
VPCI =
5 = 0,0384 ml 29 .9 +100
VCP = Vol leido +VCPI
VCP = 5 + 0.0384 =5.0384 m l
c) Determinacin del porcentaje recuperado: 70 ml 5 ml 100 % X =
7.14
d) Calculo de la temperatura media de ebullicin:
VABP =
T (F ) N
VABP =
8394 .26 = 554 .64 F 16
e) Calculo de la pendientem= T ( 90%) T (10%) 90 % 10%
m=
331 .91 198 .56 = 2.006 63 .48 7.04
f) Temperatura de ebullicin promedio MEABP = 524.64 + 5 =529.64
F MEABP = 529.64 + 460 = 989.31R
g) Calculo del factor de caracterizacin K =((MeABP(R))1/3)/ K
=((989.31)1/3)/0.88 K =11.3260/60
GRAFICO DE DESTILACIN % VCP Vs TEMP
98 91 84 77 70 63 56 49 42 35 28 21 14 7 0 0 50 100 150 200 250
T(C) 300 350 400 450 500
Grafico de viscosidad a temperatura ambiente (70F)
Vcp
140 120 100 80
t
60 40 20 0 0 200 400 600 800 1000 1200
Grafico de viscosidad a temperatura (100F)
90 80 70 60 50 40
t
30 20 10 0 0 200 400 600 800 1000 1200
Grafico de viscosidad a temperatura (130F)70 60 50 40
t
30 20 10 0 0 200 400 600 800 1000 1200
Jhonny Ramrez C.I.:15.288.030
Sumario:
Las prcticas(3 y 4) se hicieron con la finalidad de determinar
la Viscosidad, la cual nos da una idea de la resistencia que opone
el fluido(crudo y lubricante) a fluir y el rango de destilacin de
los cortes de la muestra de crudo, as como la base del mismo
dependiendo de la clasificacin del factor de caracterizacin (K).
Para la determinacin de la viscosidad Saybolt y Cinemtica se uso
una muestra de crudo, para la cual se emple el Mtodo de Saybolt
Universal cuyo mtodo consiste en la medicin del tiempo que tarda en
fluir 60 ml de una muestra a temperaturas de 100 y 130F, a travs de
un orificio estndar Universal, Mientras que el mtodo Saybolt Furol
consiste en hacer la misma medicin a travs de un orificio Furol
pero con una muestra de lubricante, con este tiempo se conoce la
Viscosidad Cinemtica en centipoises usando las tablas
correspondientes. Por consiguiente se determin la Viscosidad Fann a
las temperaturas (amb 70, 100 y 130), tomando las lecturas del dial
en el Viscosmetro Fann a 3, 6, 100, 200, 300 y 600 Rpm, con estas
lecturas de dial y las ecuaciones se pudo calcular y graficar vs. ,
donde la viscosidad absoluta est representada por la pendiente de
la parte mas recta. Para la
practica de Destilacin Atmosfrica se us 100 ml de crudo, el cual
fue colocado en el equipo de destilacin y se procedi a calentar el
baln, mediante este procedimiento se pudo determinar el punto
inicial de ebullicin de la muestra, recogiendo el destilado cada 10
ml y tomando la temperatura en el termmetro cada 5 ml. De esta
forma, se destilo un volumen total de 70 ml y 16 lecturas de
temperaturas tomadas. Por ultimo, con los resultados obtenidos
adems de caracterizar la muestra, se puede tener una idea de las
temperaturas o rango de ebullicin ptimo para obtener las distintas
fracciones del crudo en un proceso de refinacin. La viscosidad
tambin es muy importante tanto para el transporte como para la
refinacin del crudo, ya que sta da un estimado de la estabilidad
que presenta dicha viscosidad con respecto a posibles cambios de
temperatura. En la prctica se puedo demostrar que la viscosidad de
los lquidos disminuye cuando se aumenta la temperatura.
:
Discusiones
Para determinar la viscosidad, se realizaron dos mtodos, estos
son el mtodo de viscosidad Saybolt Universal y/o Furol. Esta se
hall tanto para el crudo como para el lubricante, a 100 y 130 F, en
ambos casos se observaron la disminucin de viscosidad con el
incremento de la temperatura. Siguiendo con las instrucciones del
procedimiento se determino la viscosidad absoluta por medio del
viscosmetro Fann a T amb, 100 y 130 F, con el fin de comparar como
se comporta la propiedad de la muestra del crudo entre el
viscosmetro Saybolt y el viscosmetro Fann, en la cual se observo
que en ambos casos la viscosidad disminuyo al aumentar la
temperatura. Al comparar los resultados de la viscosidad absoluta
obtenida por el viscosmetro Saybolt con los del viscosmetro Fann,
se observa que estos tienen diferencia uno de los otros, por lo
cual se considera que los valores de ambos mtodos son ligeramente
representativos. La destilacin es separacin de los componentes ms
livianos (voltiles) de una sustancia mediante el calentamiento y la
condensacin dependiendo de sus
diferentes puntos de ebullicin, al colocar la mezcla a
calentamiento, despus de haber transcurrido cierto tiempo, se pudo
observar la primera gota de destilado a una temperatura de 380 F,
la cual por teora es la temperatura inicial de ebullicin. Desde
este punto en adelante el destilado fue continuo y retirado en
porciones de 10 ml tomando la temperatura cada 5 ml. La manera como
se pueden clasificar la muestra depende del punto de ebullicin de
los componentes de la mezcla y al tipo del crudo el cual se le
realiza la destilacin atmosfrica para crudos livianos y la
destilacin al vaci para crudos medianos a pesados, es por ello que
es importante conocer estos valores de K, y punto de ebullicin
inicial, para lograr determinar los cortes o fracciones de un crudo
eficientemente y as poder fijar las condiciones de venta de estos.
El valor de K resulto de 11.32 y se podra decir que este crudo es
de base Naftnica Pura O Aromtica Ligeramente Sustituible.
Jhonny Ramrez C.I.:15.288.030 Conclusiones: 1. La viscosidad es
unos de los factores de suma importancia no solo para la
clasificacin del crudo sino tambin para la produccin, extraccin,
transporte y refinacin del crudo.
2. La viscosidad indica la facilidad de fluir un fluido. 3. La
viscosidad es en funcin de temperatura a mayor temperatura menor
viscosidad, es decir mayor fluidez. 4. La viscosidad es aplicable a
todos los productos. 5. El mtodo del viscosmetro Fann es para
determinar la viscosidad absoluta, est basado en el principio de la
fuerza centrfuga. 6. El resultado de la destilacin del crudo da una
idea de la calidad de un crudo, en funcin de la cantidad de
componentes que contenga y la facilidad con que puedan
extrarselas.
7. Para separar los componentes de una mezcla hirviendo, stos
deben tener temperatura de ebullicin distinta. 8. Los componentes
mas livianos se evaporizan y tienden a subir hacia el tope,
mientras que los mas pesados se quedan en el fondo. 9. Las perdidas
por destilacin estn ntimamente ligadas con la volatilidad de los
hidrocarburos El factor de caracterizacin es importante para la
identificar el crudo
