Hola comunidad de científica de Steemit y Steemians en general. En continuación a los estudios realizados en la industria petrolera, específicamente en el área del procesamiento de hidrocarburo, hoy estaremos tratando sobre la viscosidad del crudo y un producto derivado (aceite lubricante), una de la propiedad más importante del petróleo en relación a su transportación.
OBJETIVO
Realizar la caracterización físico-química de un crudo y de sus derivados (lubricante) con el fin de determinar la viscosidad por el método ASTM D 88.
Pero antes de adentrarnos a este mundo petrolero es importante conocer algunos términos básicos:
¿qué es la viscosidad?
Esto no es más que la resistencia a fluir que presentan los fluidos cuando se le aplica una fuerza, entonces esto quiere decir que, a mayor resistencia mayor viscosidad. Matemáticamente se expresa de la siguiente manera:
De acuerdo a esto se tienen dos tipos de fluidos:
| Son aquellos que estando en reposo no necesitan ningún esfuerzo para hacerlos mover. Ejemplo universal es el agua | Son aquellos que al estar en reposo se gelatinizan y se requiere un gran esfuerzo para ponerlos en movimientos. Un crudo pesado es un ejemplo de esto. |
Desde el punto de vista matemático, los fluidos newtonianos se rigen por la ecuación de la recta según se muestra en el gráfico, es decir:
tensión de corte = m * velocidad de corte
En vista de que la viscosidad es una relación entre la tensión de corte y la velocidad de corte, entonces del gráfico anterior se puede deducir que la viscosidad (la pendiente, m) será constante en un gráfica tensión de corte vs. velocidad de corte.
Sin embargo, para fluidos no newtonianos se observa que la relación está dada por una curva y no por una recta como en el caso de los fluidos newtonianos. Aquí la viscosidad se rige en función de la velocidad de corte, es decir, para que el fluido se mueva se necesita vencer cierto grado de resistencia interna.
Tensión de corte
Es la fuerza de resistencia que una capa de fluido individual ofrece al deslizamiento de otra capa vecina.
Velocidad de corte
Es la velocidad relativa con la cual una capa de fluido individual se mueve con respecto a las otras capas vecinas.
Tipos de viscosidad
En esta experiencia será determinado estos 4 tipos de viscosidad tanto para la muestra de crudo como para la muestra de aceite combustible:
| Es la resistencia que ofrece un fluido al movimiento de sus partículas cuando son sometidos a un esfuerzo cortante. Para esto hacemos uso de la siguiente ecuación: Viscosidadabs = Viscosidadcinem * Densidad | Es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad a la misma temperatura. Se designa en unidades Stokes o centiStokes. Para esto se hace uso del monograma de la viscosidad cinemática a partir de los datos obtenidos del viscosímetro Saybolt para obtener un resultado. |
| Representa el tiempo en segundos para que 60 mL de una muestra salga de un recipiente tubular por medio de un orificio debidamente calibrado a temperatura constante. | Representa el tiempo en segundos que tarda en fluir 60 mL de una muestra a través de un orificio con un diámetro un poco mayor que el Universal, calibrado en condiciones específicas. |
Monograma de la viscosidad cinemática a partir de los datos obtenidos del viscosímetro Saybolt [Foto tomada de la guía de Acosta, R. (2000)]
¿Cómo se determina la viscosidad?
La viscosidad es medida a través de un equipo que lleva por nombre viscosímetro, el cual se trata de un recipiente que tiene un orificio de tamaño conocido, la velocidad con la que el fluido sale por el orificio es una medida de su viscosidad.
Según el producto a medir se puede emplear un viscosímetro Saybolt Universal para productos de bajas y medias y el viscosímetro Saybolt Furol para productos muy viscosos.
Para determinar la viscosidad del crudo y el aceite lubricante se empleó los siguientes materiales:
- Viscosímetro Saybolt con orificios Saybolt Universal y Furol
- Un corcho con un pequeño cordón
- Baño de circulación con agitador y calentadores controlados por un termorregulador
- Termómetro
- Un fraco recolector de 60 mL
- Cronómetro graduado en centésimas de segundos
- Una muestra de crudo
- Una muestra de aceite lubricante
Pasos a seguir para determinar la viscosidad a través del método ASTM D 88
Para empezar con el procedimiento para determinar la viscosidad del crudo y el aceite lubricante primero se debe fijar la temperatura al baño de circulación mediante el regurador (temperatura ambiente, 100ºF y 130ºF).
Luego se debe seleccionar el tipo de orificio de acuerdo a la muestra a analizar. Llenamos el tubo con la muestra hasta que sobrepase el borde interior del tubo y agitamos la muestra con el termómetro con movimiento circular hasta que adquiera la temperatura del ensayo.
Una vez alcanzada la temperatura ponemos el envase recolector debajo del orificio del viscosímetro, quitamos el corcho y ponemos en marcha el cronómetro, de manera simultánea. Debemos parar el cronómetro en el momento en que en el fondo del menisco alcance los 60 mL. El tiempo medido se registra dependiendo del tipo de orificio usado, es decir si usamos Saybolt Universal será SSU y si usamos Saybolt Furol, será SSF.
Luego hacemos uso del monograma de la viscosidad cinemática a partir de los datos obtenidos del viscosímetro Saybolt para obtener el valor de la viscosidad cinemática y posteriormente la viscosidad absoluta mediante la formula indicada. (La densidades utilizadas fueron las determinadas en la experiencia anterior
TABLAS DE DATOS Y RESULTADOS
Tabla 1. Valores obtenidos del viscosímetro Saybolt Universal para muestra de aceite lubricante
Tabla 2. Valores obtenidos del viscosímetro Saybolt Universal y Furol para muestra de crudo
Una vez obtenido estos datos procedemos a determinar la viscosidad absoluta con las ecuaciones y gráfico correspondiente
Tabla 3. Determinación de la viscosidad Saybolt, cinemática y absoluta de una muestra de aceite lubricante
Tabla 4. Determinación de la viscosidad Saybolt, cinemática y absoluta de una muestra de crudo
DISCUSION DE RESULTADOS
Se usó del viscosímetro Saybolt Universal para la muestra de aceite lubricante. Se observó que a una temperatura ambiente, la muestra de lubricante fluyó a 108 SSU, a medida que la temperatura incrementó a 100ºF y 130ºF, el tiempo de fluido a través del orificio fue disminuyendo a 50,5 SSU y 30 SSU respectivamente. Se pone en evidencia la relación indirectamente proporcional entre la temperatura y la viscosidad, a medida que la temperatura aumenta, la viscosidad del fluido disminuye.
Gráfico 1. Comportamiento de la viscosidad cinemática y absoluta con respecto a la temperatura de una muestra de lubricante
Del mismo modo, se llevó a cabo la experiencia para un crudo mediano a través del viscosímetro Saybolt Furol. Por ser el orificio Furol de un diámetro mayor al Universal, se espera que los tiempos de flujo sean menor. Por esta razón se emplea el viscosímetro Saybolt Furol para muestras de hidrocarburos de bajas gravedades API, para que su desplazamiento a través del orificio no sea tan tortuosa. Para la temperatura 100ºF de esta experiencia, se empleó el orificio Universal (por problemas presentados durante el experimento) por esta razón la discrepancia en el gráfico 1.
Gráfico 2. Comportamiento de la viscosidad cinemática y absoluta con respecto a la temperatura de una muestra de crudo
En esta tendencia, en la determinación de la viscosidad cinemática y, consecuentemente, la absoluta, se observa en la tabla 3 y tabla 4, que la temperatura es el factor primordial que incide en estas viscosidades. Se detalla que a medida que la temperatura va aumentando, la viscosidad disminuye. Este fenómeno químico radica principalmente en el comportamiento de la constitución molecular, la viscosidad se origina por la fricción interna de las moléculas cuando el fluido se pone en movimiento, cuando este fluido se encuentra a temperatura ambiente, las moléculas están más unidas, ocurriendo mayor choque intermolecular, lo cual se traduce en mayor resistencia al fluir.
CONCLUSIONES
A medida que la temperatura incrementa, el tiempo requerido para que los 60 mL del fluido saliera por el orificio Universal o Furol era menor. Por esta razón a medida que aumenta la temperatura disminuía la viscosidad del crudo y lubricante.
El crudo presenta mayor resistencia a fluir que el lubricante.
La viscosidad es un factor de suma importancia no solo para la clasificación del crudo sino también para la producción, extracción, transporte y refinación del crudo.
IMPORTANCIA PARA LA INDUSTRIA
la viscosidad es un parámetro importante y determinante para la industria petrolera dentro del marco operacional. Esta indica el grado de fluidez y facilita la caracterización del crudo de esta manera se puede escoger la forma de transporte más apropiado y determinar el mecanismo de levantamiento más adecuado para el crudo con el que se está trabajando.
REFERENCIAS
MARFISI, S.y MENESES, N. (1999) Manual de Practicas del Laboratorio Propiedades de los Hidrocarburos. Departamento de Ingeniería de Petróleo.
ROJAS, O. (1999). Introducción a la reología. [Documento en línea]. Disponible: http://www.firp.ula.ve/archivos/cuadernos/S520B.pdf.
ACOSTA, R. (2000). Propiedades de los Hidrocarburos.Ingeniería de Petróleo. Guía teórico/practica.
NORMA VENEZOLANA COVENIN 1534:1996. Petróleo crudo y sus derivados. Definiciones. [Documento en línea]. Disponible:http://www.sencamer.gob.ve/sencamer/normas/1534-96.pdf .
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Baltasar Gracián