Instituto Universitario De Tecnología de Administración industrial.Extensión Puerto La CruzAmpliación Puerto Píritu

Laboratorio de Petróleo y Gas.

Medición de viscosidad de crudos y productos derivados.(Practica #3)

Integrantes: Profesora:Benítez Jorbyn C.I. 24.828.686 Moya KeniaRiquezes Osemil C.I. 17.701.531Tomas Rigmary C.I. 26.000.060Trofa Gabriel C.I. 24.480.048

Puerto Píritu, 25 de Junio de 2013

Sumario.

El presente documento contiene la información relevante al trabajo realizado en laboratorio, donde se llevo a cabo análisis a una muestra de un fluido a base de petróleo para medir su viscosidad por dos métodos diferentes y comprobar la precisión de estos (el método ASTM D-88 viscosidad Saybolt universal o furol y método ASTM D-445/IP 71.).

En el método viscosidad Saybolt universal o furol método ASTM D-88, usando un viscosímetro Saybolt con orificio universal y furol, se midieron los tiempos en que se llenaron los frascos recolectores en temperatura de ensayo de 99ºF, 120ºF y 140ºF. Estos cambios de parámetros fue consecuencias que el equipo se encontraba a una alta temperatura y el tiempo para enfriarse era largo. Con esos resultados y empleando la grafica de equivalencia para viscosidades. Se obtuvieron los valores de viscosidad cinemática y dinámica de la muestra a las diferentes temperaturas. Con los valores de viscosidad dinámica y temperaturas se construyo una grafica de comportamiento de la viscosidad en relación a la temperatura. Que luego se compararía con el método siguiente

En el método ASTM D-445/IP. Se selecciono el tubo viscosímetro Cannon-fenske, de acuerdo a la viscosidad de la muestra el cual fue un talla 300. Con este instrumento se obtuvieron la viscosidad cinemáticas de la misma muestra empleada en el método anterior a la temperatura de ensayo de 99ºF, 120ºF y 140ºF para poder hacer la comparación posterior. De igual manera calcularon las viscosidades dinámicas y se construyo una grafica de viscosidad dinámica Vs temperatura, para ver el comportamiento de la viscosidad en función de la temperatura y comprobar la precisión de este método con respecto al anterior. Cabe destacar que la viscosidad dinámica tuvo que calcularse con los valores de densidad de la práctica anterior a las temperaturas de 79ºF 100ºF y 130ºF.

A partir de los resultados obtenidos se puede concluir que la muestra tiene un alto índice de viscosidad debido a que la viscosidad vario muy poco con el cambio de temperatura. Y que entre los ambos métodos empleados en método ASTM D-445/IP resulto ser el más preciso debido a que el porcentaje de error derivado del método ASTM D-88 fue de un 45.5%.

Introducción

La viscosidad es una de las características más importantes de los hidrocarburos en los aspectos operacionales de producción, transporte, refinación y petroquímica. La viscosidad, que indica la resistencia que opone el crudo al flujo interno, se obtiene por varios métodos y se le designa por varios valores de medición. El poise o centipoise (0,01 poise) se define como la fuerza requerida en dinas para mover un plano de un centímetro cuadrado de área, sobre otro de igual área y separado un centímetro de distancia entre sí y con el espacio relleno del líquido investigado, para obtener un desplazamiento de un centímetro en un segundo. La viscosidad de los crudos en el yacimiento puede tener 0,2 hasta más de 1.000 centipoise. Es muy importante el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de los crudos, en el yacimiento o en la superficie, especialmente concerniente a crudos pesados y extrapesados.

Por lo tanto el Objetivo que persigue alcanzar la práctica son los siguientes:

Objetivo General:

Medir la viscosidad de una muestra derivada de crudo.

Objetivos específicos:

Aplicar el método ASTM D-88 para medir viscosidad Saybolt universal o furol. Aplicar método ASTM D-445/IP 71. Determinar el porcentaje de error entre ambos métodos.

BASES TEORICAS

La viscosidad: Se define como la resistencia interna de los líquidos al flujo, la cual se mide en Segundos Universal Saybolt (SSU), en Poise y centipoise o grados Engler. La viscosidad es afectada por tres factores fundamentales: la temperatura, el gas que pueda retener en solución y la presión.

Viscosidad Cinemática: Es la viscosidad en centipoise divida por la densidad a la misma temperatura y se designa en unidades Stokes o centiStokes.

Viscosidad Furol Saybolt (SSF): Es el tiempo en segundo que tarda en fluir 60cc de muestra a través de un orificio mayor que el Universal, calibrado en condiciones especificas, utilizando un viscosímetro Saybolt.

Viscosidad Universal Saybolt (SSU): Es el tiempo en segundos para que un flujo de 60 cc 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 temperatura constante.

Importancia de esta práctica para la industria.La viscosidad aumenta con el peso específico. La viscosidad de los aceites del mismo peso específico pero de diferente origen, no es la misma. Esto se debe a su diferente composición química. De esta propiedad depende la calidad de los aceites lubricantes que contiene. La lubricidad de estos aceites está relacionada con la capacidad para ser bombeados y pasar a través de la tubería, tubos, actuadores y otros dispositivos de control que se encuentran en los sistemas de fluidos de potencia.

Diferencia entre los métodos Viscosidad Saybolt Universal o furol ASTM D-88 y el ASTM D-445

El uso del viscosímetro de Saybolt fue cubierto por la norma ASTM D88, pero no está basada en la definición fundamental de viscosidad, los resultados son solamente relativos, sirven para comparar las viscosidades de diferentes fluidos. Se le da preferencia ahora al uso de los viscosímetros capilares de vidrio descritos en las normas ASTM D445 que son los métodos estándar de prueba para viscosidad cinemática de líquidos transparentes y opacos, y las especificaciones estándar e instrucciones de operación para viscosímetros cinemáticas capilares de vidrio, respectivamente.

FACTORES QUE AFECTAN LA VISCOSIDAD.

Efecto de la temperatura. Correlación de Slotte.

El propósito de aumentar la temperatura del crudo es disminuir su viscosidad mediante el incremento de la velocidad de las moléculas y, por ende, tanto la disminución de sus fuerzas de cohesión como también la disminución de la resistencia molecular interna al desplazamiento.

Efecto de la presión sobre la viscosidad.

El aumento de presión mecánica aumenta la viscosidad. Si el incremento de la presión se efectúa por medios mecánicos, sin adición de gas, el aumento de presión resulta en un aumento de viscosidad. Este comportamiento obedece a que esta disminuyendo las distancias entre las moléculas y en consecuencia se esta aumentando la resistencia de las moléculas a desplazarse. Es

evidente que cualquier que cualquier aumento mecánico de presión para un crudo saturado de gas lo situara en una condición de sub-saturación.

Indice de viscosidad

El indice de viscosidad de un fluido nos indica cuanto cambia esta con la temperatura. Es especialmente util cuando se trabaja con aceites lubricantes y fluidos hidraulicos utilizados en equipos que deben operar a extremos amplios de temperatura.Un fluido con indice de viscosidad alto muestra un cambio pequeño en su viscosidad con la temperatura. Un fluido con indice de viscosidad bajo muestra un cambio grande en su viscosidad con la temperatura.

Métodos

Parte A: Viscosidad Saybolt Universal o furol según método ASTM D-88

1. Seleccionar el tipo del orificio según la muestra.

2. Asegurar que el tapón este colocado en el viscosímetro y llenarlo hasta que se desborde un poco.

3. Colocar el termómetro para medir la temperatura de ensayo, mientras se agita circularmente hasta que la muestra tome la temperatura de ensayo.

4. Colocar el frasco recolector en la parte de abajo del orificio del viscosímetro, de tal forma que el fluido caiga tocando la pared interna del recipiente.

5. Quitar el tapón del viscosímetro, mientras se toma el tiempo simultáneamente, deteniendo el tiempo cuando la muestra alcance la línea de aforo del frasco.

6. Repetir los procedimientos anteriores a temperaturas de 100ºF y 130ºF.

Parte B: Viscosidad cinemática por el método ASTM D-445/IP 71

1. Colocar una jeringa en el tubo G del viscosímetro, colocarlo en el soporte universal e invirtiendo el viscosímetro y sumergiendo el tubo A un poco en la muestra, aplicar succión con la jeringa hasta que la muestra llegue a la marca E.

2. Colocar el viscosímetro en posición normal, y librando la presión tomar el tiempo en que la muestra desciende desde la marca C hasta la marca E.

3. Luego sumergir el viscosímetro en el baño por 10 minutos a una temperatura de 100º F.

4. Aplicar presión con la jeringa de tal forma que la muestra llegue un poco más arriba de la marca C.

5. Librar la presión, para que el fluido descienda. Tomar el tiempo nuevamente que la muestra fluya desde la marca C hasta la E.

6. Repetir el procedimiento 3, 4, 5 con una temperatura de 130ºF

Materiales, equipos e instrumentos.

Parte A: Viscosidad Saybolt Universal o furol según método ASTM D-88

Materiales y equipos: Viscosímetro Saybolt con Universal y furol. Tampón con cadena para orificio. Termómetro. Frasco recolector de 60ml. Cronometro. Pipetas y pro-pipeta

Sustancias:

Aceite para transmisiones automáticas. Ultra Lub.

Parte B: Viscosidad cinemática por el método ASTM D-445/IP 71

Materiales y equipos:

Viscosímetro Cannon-Fenske para liquidos transparentes. Soporte universal. Jeringa de succión Beaker de 100ml. Cronometro Baño termostático.

Sustancias:

Aceite para transmisiones automáticas. Ultra Lub.

Datos

Parte A: Viscosidad Saybolt Universal o furol según método ASTM D-88

Tabla#1 Mediciones.

Temperatura de ensayo(ºF) SSU

99º 141

120º 129

140º 96

Parte B: Viscosidad cinemática por el método ASTM D-445/IP 71

Tabla#2 Mediciones.

Viscosímetro talla 300

Temperatura de ensayo(ºF) T/F (SCF) F.C. Densidadgr/ml

99º 295 0.25 0,8742

120º 166,87 0.25 0,8698

140º 129,62 0.25 0,8586

Muestra de cálculo

Calculo de Ѵ (CST) y μ (CPS) Viscosidad Saybolt Universal o furol según método ASTM D-88

Calculo de Ѵ (CST) y μ (CPS) método ASTM D-445/IP 71

ν=t / f ( scf )xF .C .

Viscosidades a 99ºF

Viscosidades 120ºF

Viscosidades 140ºF

% de error

Resultados y discusión

μ=ν∗ρ

μ=73 ,75∗0 ,8742=64 ,47ν=295⋅0 ,25=73 ,75

ν=166 ,87⋅0 ,25=64 ,47 μ=64 ,47∗0 ,8698=36 ,29

μ=32,4∗0 ,8586=27 ,82ν=129 ,62⋅0 ,25=32 ,4

% error=( vis cos imetrocannonfenske−vis cos imetroSaybolt )

vis cos imetroCannonFenskex 100

% error (99 ºF )=(64 ,47−25)64 ,47

x 100=61 ,22%

% error (120 ºF )=(36 ,29−23 )36 ,29

x 100=36 ,62%

% error (140 ºF )=(27 ,82−17 )27 ,82

x 100=38 ,89%

% errorpromedio=61 ,22+36 ,62+38 ,883

=45 ,47%

Debido a que el viscosímetro Saybolt había sido usado anteriormente no se pudo tomar como temperatura de ensayo la del ambiente que era de 79ºF. Tuvo que tomarse como temperatura de ensayo 99ºF; lo que conlleva a un alto porcentaje de error en el cálculo de las viscosidades, debido a que tuvo que variar los parámetros de ensayos de 100ºF a 120ºF, de 130ºF a 140ºF, para poder obtener un mayor rango y observar las variaciones. Y los datos de densidades necesarias para el cálculo fueron medidos a temperaturas de 79ºF, 100ºF y 130ºF. Resaltando que los resultados de viscosidad dinámicas obtenidos no son fiables.

Parte A: Viscosidad Saybolt Universal o furol según método ASTM D-88

Tabla#3 viscosidades cinemática y dinámica método ASTM D-88.

Temperatura de ensayo(ºF) SSU Ѵ(cst) μ(cps)

99º 141 30 25

120º 129 27 23

140º 96 20 17

Podemos observar por los datos tabulados las viscosidades tanto cinemática como dinámica, van disminuyendo a medida aumenta la temperatura. Cabe destacar que con el cambio de temperatura no hubo gran cambio en su viscosidad, lo que nos da a entender que la muestra tiene un alto índice de viscosidad.

Parte B: Viscosidad cinemática por el método ASTM D-445/IP 71

Tabla#4 viscosidades cinemática y dinámica método ASTM D-445/IP 71.

Temperatura de ensayo(ºF) T/F (SCF) F.C. Ѵ(cst) μ(cps)

99º 295 0.25 73,75 64,47

120º 166,87 0.25 64,47 36,29

140º 129,62 0.25 32,4 27,82

Al igual que el método anterior podemos observar que la viscosidad disminuye a medida aumenta la temperatura y que el índice de viscosidad es alto. Es vital destacar que existe amplia diferencia entre los valores de viscosidad calculados. Lo que demuestra que el método ASTM D-445/IP 71 es mucho más preciso.

Grafica μ(cps) Vs temperatura.

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50

10

20

30

40

50

60

70

Temperatura

μ(cp

s)

Por medio de la grafica podemos observar que la tendencia de la viscosidad con la temperatura está en una escala logarítmica, que tuvo que ser corregida.

La línea superior es la tendencia calculado por el método ASTM D-445/IP 71 y la inferior el método ASTM D-88. Podemos observar una gran diferencia entre ambos métodos comprobando la precisión del método ASTM D-445/IP 71 y en comparación con el método ASTM D-88 existe un porcentaje de error promedio de 45,5%

CONCLUSIONES

La muestra de aceite tiene un alto índice de viscosidad.

La viscosidad varía con respecto a la temperatura en una escala logarítmica.

Los datos obtenidos en el método ASTM D-445/IP 71, tuvo que realizarse con otros parámetros de temperatura lo que resulto en datos poco fiables en el cálculo de la viscosidad dinámica debido a que las densidades empleadas fueron calculados en temperaturas diferentes.

El método ASTM D-88 no es tan preciso para cálculos de viscosidad se recomienda el uso del tubo capilar para datos más precisos.

El método Saybolt es empleado mayormente para hacer comparaciones de viscosidad entre diferentes tipos de fluidos.

Recomendaciones

Realizar el experimento en un lugar donde el aire frio del aire acondicionado no incida directamente en el lugar del experimento.

Bibliografía

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HIMMELBLAU, D. (1973). “Principios y Cálculos Básicos de la Ingeniería química”. Editorial Continental, S.A.. México.

Lopez G. (2008). El petróleo. [Articulo en línea]. Disponible: http://www.monografias.com/trabajos76/el-petroleo/el-petroleo2.shtml#ixzz2WCg3m95z. [Consulta: 2013, Junio 18].

Mott Robert. Mecánica de fluidos. Sexta edición. Editorial Pearson prentice hall.