Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química.

Mérida – Venezuela.

Caracterización de Productos Petroleros mediante las normasASTM

Carolina Orcini16.861.587Jelvin Torres18.097.519

Merivette Arellano19.048.719

Resumen

Los productos derivados del petróleo son químicos muy complejos y se requiere de unconsiderable esfuerzo para caracterizar sus propiedades químicas y físicas con un altogrado de precisión y exactitud. El análisis de productos de petróleo es necesario paradeterminar sus propiedades las cuales pueden ayudar a resolver un problema de procesoasí como indicar la función y el rendimiento del producto en el servicio. El InstitutoAmericano del Petróleo (API) y la Sociedad Americana de Ensayos de Materiales (ASTM)han estandarizado los diversos ensayos que permiten evaluar las propiedades ycaracterísticas del crudo y sus productos. Dos de los ensayos más importantes llevados acabo son los establecidos en las normas ASTM D68 y ASTM D1160; a partir de los datosrecogidos siguiendo la destilación D86 se logró determinar que el crudo Pilón posee unatemperatura media de ebullición (MeABP) de 429,87ºF y un TBP promedio de 455,09ºF yse clasifica como un hidrocarburo aromático por tener un factor de caracterización (Kuop)igual a 10,5, de esta destilación también podemos obtener el índice de refracción de cadafracción del crudo destilado. A partir del procedimiento D1160 (llevada a cabo a10mmHg) se obtiene una TBP la cual se lleva destilación atmosférica, registrando unvalor de temperatura de ebullición media para la muestra de crudo Merey de 548,49ºF.Con la destilación D86 de obtuvieron 5 cortes de crudo que fueron estudiados más afondo; se llevaron a cabo los procedimientos ASTM D1298, D445, D2161 y D1218 que dancuenta de la gravedad específica (con la cual se calculó el Kuop), viscosidad cinemáticade Ostwald, viscosidad cinemática de Saybolt e índice de refracción respectivamente.Además se determinó la presión de vapor de Reid del heptano y la gasolina siguiendo lanorma ASTM D323; y empleando el ensayo D611 para calcular el punto de anilina sedemuestra que la gasolina tiene mayor cantidad de aromáticos que el kerosene y elgasoil, siendo estas tres de mayor contenido de aromáticos que el heptano, debido a laafinidad de cada uno de ellos con la anilina. Por último se determina el residuo de carbónpor el método Conradson (ASTM 189) para una muestra de crudo.

Introducción.

El petróleo es una mezcla de hidrocarburosen variadas proporciones, acompañadospor otros compuestos de azufre, oxígeno,

fósforo y nitrógeno. Sin embargo, loscomponentes principales del petróleo ocrudo son los alcanos, naftalenos yaromáticos. De acuerdo a losconstituyentes predominantes en el crudo,

se puede hacer una distinción entre crudosparafinados y crudos nafténicos oasfálticos. [1]

Por décadas el petróleo ha sido utilizadocomo materia prima para la producción decombustibles de motor, lubricantes y fueloil. Debido a la compleja composición delcrudo, la industria química ha desarrolladogran cantidad de procesos en los cuales elpetróleo constituye la base de numerososplásticos. [1]

Para la comercialización del petróleo esimportante el conocimiento de suspropiedades, ya que las mismasdeterminan el desempeño de este comomateria prima así como de sus derivados.Para esto, se realizan ensayos de diversaíndole con el fin de caracterizar el crudo ysus productos, entre estos ensayos seencuentran la destilación, determinaciónde viscosidad, grados API, índice derefracción, entre otros. Para el estudio delas propiedades del petróleo y susderivados, el Instituto Americano delPetróleo (API) y la Sociedad Americana deEnsayos y Materiales (ASTM) hanestandarizado diversos ensayos quepermiten evaluar las propiedades ycaracterísticas del crudo y sus productos.

Aunque la destilación y el análisiselemental de los productos proporcionanuna buena información sobre la calidad deun crudo, estos son insuficientes. Debido alos numerosos usos del petróleo esnecesario un análisis molecular detalladode todas las fracciones obtenidas pordestilación. Así, algunos crudos se valoranfundamentalmente por sus fraccionesligeras usadas como carburantes, otros sonde interés porque proporcionan aceiteslubricantes de calidad y otras porque danexcelentes bases para la formulación deasfaltos de carretera. [4] El punto de ebullición de un hidrocarburoes función del número de átomos decarbono que este posee, por lo tanto en ladestilación de un crudo se presentandiferentes puntos de ebullición en funcióndel tipo de hidrocarburo que estedestilando. [2]

La destilación atmosférica se rige por lanorma ASTM D86, la cual establece el tipode destilación mencionado del crudomediante una unidad de destilación batchde laboratorio para determinarcuantitativamente las características deacuerdo al rango de ebullición deproductos tales como gasolinas naturales,destilados livianos y medianos,combustibles para automóviles deencendido por chispa, gasolinas de avión,combustibles para turbinas de aviación,1-D y 2-D, combustibles diesel de bajo ymediano contenido de azufre, gasolinasespeciales derivadas del petróleo, naftas,kerosenes y combustibles paraquemadores. [3]

Fig 1. Equipo para destilación atmosféricade crudo

La volatilidad de hidrocarburos tiene unefecto importante en cuanto a la seguridady desempeño, especialmente en el caso decombustibles y solventes. El intervalo deebullición proporciona información sobre lacomposición, propiedades, elcomportamiento del combustible durantesu almacenamiento y uso. La volatilidad esel factor más importante a la hora dedeterminar la tendencia de una mezcla dehidrocarburos a producir vaporespotencialmente explosivos. [3]

Con los datos obtenidos en el ensayo sedetermina la temperatura de ebulliciónmedia y con esta se calcula el factor decaracterización (Kuop), definido por esta

ecuación: Ec. (1), el cual esun factor que clasifica al hidrocarburo de lasiguiente manera:

Tabla 1. Clasificación de los hidrocarburossegún el factor de caracterización Kuop.

Kuop Tipo dehidrocarburo

>12 Parafínicos

11 – 12 Nafténicos

<11 Aromáticos

Los datos de temperatura y volumen dedestilado son utilizados para laconstrucción de la curva de destilación, apartir de la cual se pueden obtener otraspropiedades de la fracción como suviscosidad, presión de vapor, capacidadcalorífica, peso molecular, entre otras. [2]

Una vez dado el tratamiento adecuado delos datos, la curva de destilación ASTMD86 toma la forma mostrada en la figura 2.

Fig 2: Curva de Destilación ASTM D86.

Otro método utilizado para la destilaciónes el que se rige por la norma ASTMD1160. La destilación al vacío es unmétodo de ensayo que cubre ladeterminación, a presiones reducidas, delos diferentes de puntos de ebullición delas fracciones de petróleo que puede serparcial o completamente vaporizada en unmáximo temperatura del líquido de 400 °C. [3]

Este método de prueba se utiliza para ladeterminación de las características dedestilación de productos derivados delpetróleo y sus fracciones, las cualespueden descomponerse si son destiladas apresión atmosférica. Estos intervalos deebullición, obtenidos en condiciones paraobtener aproximadamente unfraccionamiento plato teórico, se puedenutilizar en cálculos de ingeniería para eldiseño de equipos de destilación, parapreparar las mezclas adecuadas para usoindustrial, para determinar cumplimientode las normas reglamentarias, paradeterminar la adecuación del productocomo alimento a un proceso de refinado,entre otros usos. El intervalo de ebullición está directamenterelacionado con la viscosidad, el vapor depresión, poder calorífico, el peso molecularmedio, y muchas propiedades químicas,físicas y mecánicas. [3]

La gravedad API es el criterio másempleado para clasificar un crudo,además, es un factor que gobierna lacalidad y el precio del petróleo a nivelmundial. El estudio de esta propiedad serige por la norma ASTM D1298. La mismaespecifica la determinación de la densidad,densidad relativa o gravedad API,mediante el uso de un hidrómetro devidrio, de un crudo, productos petroleros,mezclas de estos o incluso de mezclas deproductos no petroleros que se manejencomo líquidos y tengan una presión deVapor Reid de 101.325 Kpa o menor a estevalor. [3], [2]

La gravedad API se calcula a partir delpeso específico o gravedad específica

determinado a una temperatura de 60 °Fmediante la ecuación:

,las unidades son los grados API.

La siguiente tabla, permite hacer unaidentificación del tipo de crudo de acuerdoal valor de su gravedad API.

Tipo deCrudo

Gravedad

Condensado >42Liviano 30 - 42

Mediano 22,0 - 29,9Pesado 10 – 21,9

Extrapesado Hasta 9.9Bitumen promedio 8,2

Tabla 2: Clasificación del tipo de crudo deacuerdo a °API

Es importante tener en cuenta que ladensidad de un hidrocarburo puro estáligada a la relación H/C de dichohidrocarburo, siendo la densidad menor alaumentar la cantidad de hidrógeno.Además, la densidad también varía deacuerdo a la estructura química delhidrocarburo y con su peso molecular en elsentido .[4]

Una determinación acertada de ladensidad, densidad relativa o gravedad APIdel petróleo y sus productos, es necesariapara la conversión de volúmenes medidosa masas a la temperatura de referenciaestándar, sin embargo, el métodoempleado bajo esta norma es másacertado para fluidos de baja viscosidad otransparentes. [2]

La viscosidad, es otro parámetro deimportancia a la hora de caracterizar uncrudo, ya que esta se define como laresistencia que un líquido presenta cuandofluye a través de un ducto. Mientras mayorsea dicha resistencia, más difícil será eltransporte del crudo a la refinería. Elestudio de la viscosidad se hace mediantela norma ASTM D445, la cual establece elprocedimiento para la determinación de la

viscosidad cinemática. Esta viscosidad sedefine como la resistencia de un fluido afluir bajo la acción de la gravedad. Lanorma estipula el estudio de la misma paraun producto petrolero líquido, transparenteu opaco, mediante la medición del tiempoen el que un volumen de líquido fluye bajogravedad a través de un viscosímetrocapilar de vidrio calibrado. El rango deviscosidad cinemática cubierto por esteensayo oscila entre los 0.2 a los 300 000mm2/s a todas las temperaturas.

Para este ensayo se utiliza el viscosímetrode Saybolt y el viscosímetro de Ostwald,(Figuras 3 y 4 respectivamente). Con elprimero se mide el tiempo en que 60 ml demuestra caen en un recipiente.

Fig 3: Viscosímetro Saybolt.

El viscosímetro de Ostwald se basa en laley de Poisseuille que permite conocer lavelocidad de flujo de un líquido a través deun tubo, en función de la diferencia depresiones bajo las que se establece eldesplazamiento.

Fig 4: Viscosímetro Ostwald.

Muchos productos petroleros, y algunos nopetroleros, se utilizan como lubricantes, yla correcta operación del equipo dependede la viscosidad apropiada del líquido queestá siendo utilizado. Además, laviscosidad de muchos combustiblesderivados del petróleo es importante parala estimación de un almacenamientoóptimo, manejo de los mismos y lascondiciones operacionales.

Mediante la norma ASTM D2161, es posiblehacer una conversión de la viscosidadcinemática a viscosidad Saybolt Universala la misma temperatura. A través de talprocedimiento, se logra la conversión deunidades para cada viscosidad, es decir,de centistokes a Segundos SayboltUniversales y Segundos Saybolt Furol (SUSy SFS por sus siglas en inglés).

En algún momento la industria del petróleose basó en la medición de la viscosidadcinemática mediante un viscosímetroSaybolt expresando la viscosidadcinemática en unidades de SUS. Sinembargo esta práctica es ya obsoleta.

Al igual que la densidad, el índice derefracción varía de acuerdo a la estructuraquímica y el peso molecular delhidrocarburo. Se han establecidocorrelaciones entre el índice de refracción,densidad y peso molecular por una parte ylos porcentajes de carbono parafínico,nafténico y aromático por otra. El índice derefracción es uno de los ensayos más

precisos que se pueden realizar en unafracción de petróleo. El método ASTMD1218 tiene una reproducibilidadexcepcional del 0,00006, por lo cual esmuy utilizado, porque permite conocerpequeñas diferencias en la calidad de losproductos, que no se podrían detectar porotros métodos.

El método ASTM D 1218 cubre la medicióndel índice de refracción para muestras decolor claro en el rango de 1.3300 a 1.5000a temperaturas entre 20 y 30 °C medianteprocedimientos manuales o automáticos.El índice de refracción es una propiedadfísica fundamental que puede ser utilizadaen conjunto con otras propiedades paracaracterizar hidrocarburos puros y susmezclas.

El punto de anilina es la temperaturamínima a la cual una mezcla a igualesvolúmenes de anilina y producto a analizarforman un sistema monofásico. Este esmedido por la norma ASTM D611. Esteprocedimiento se lleva a cabo en un tuboen el cual se vierte la mezcla de sustanciaa estudiar con la anilina, el tubo sesumerge en un baño de liquidotransparente lo que permite la observaciónde los cambios experimentados por lamezcla sumergida, el liquido del baño nodebe ser volátil ya que si el compuesto aanalizar es altamente parafínico y su puntode anilina es muy alto se corre el riesgo deque el líquido del baño se pierda porvaporización. [8]

El punto de anilina (o punto mixto deanilina) es útil como ayuda en lacaracterización de los hidrocarburos purosy mezclas de hidrocarburos. Loshidrocarburos aromáticos presentan losvalores más bajos, y las parafinas losvalores más altos. Cicloparafinas y olefinasexhiben valores que se encuentran entrelos de parafinas y aromáticos. Los puntosde anilina también incrementan con elaumento de peso molecular. A pesar deque en ocasiones se utiliza en combinacióncon otras propiedades físicas en losmétodos de análisis de correlación para loshidrocarburos, el punto de anilina es más a

menudo se utiliza para proporcionar unaestimación de la contenido dehidrocarburos aromáticos de las mezclas.[3]

Fig 5 Equipo manual para determinar el Puntode Anilina de una sustancia. [10]

La determinación del carbón residual delos combustibles se basa en el métodoregido por la norma ASTM D189, la cualcubre la determinación de la cantidad deresiduos de carbono dejada después de laevaporación y pirólisis de un aceite, y tienepor objeto proporcionar una idea de lapropensión de formación de coque. Estemétodo de ensayo es de aplicación generala los productos derivados del petróleorelativamente no volátil que parcialmentese descomponen en la destilación apresión atmosférica. [3]

Una cantidad pesada de la muestra secoloca en un crisol y es sometida adestilación destructiva. El residuo sesomete a craqueo y reaccionescarbonización durante un período decalefacción. Al final del periodo decalentamiento especificado, la pruebacrisol que contiene el residuo carbonoso seenfría en un desecador y se pesa. Elresiduo que queda se calcula como unporcentaje de la muestra original, y sereporta como residuos de carbonoConradson. [3]

El valor de esta propiedad es muy útil en laindustria ya que permite conocer latendencia del combustible y de los aceiteslubricantes a depositar algún residuocarbónico en el fondo de recipientescontentivos, información necesaria en eldiseño de unidades de operación, debido aque el carbón depositado en la cámara decombustión de un motor es proporcional alresiduo de carbón del combustible y delaceite, por lo que la cantidad depositadadepende de las condiciones de operación yde otros factores tales como la viscosidaddel aceite y desempeño del motor;también es un indicativo de la cantidad demateriales de alta temperatura deebullición presente en los combustibles.[8]

La presión de vapor de un crudo no volátilse puede determinar empleandocorrelaciones que se basan en la presiónde vapor de Reid, que da una idea de quetan volátil es determinada muestra, y esdescrito en la norma ASTM D323. LaPresión de vapor Reid tiene pequeñasvariaciones respecto a la presión de vaporverdadera de una muestra debido a que elequipo utilizado contiene trazas de vaporde agua y aire confinados en el depósito.[8]

Este método de ensayo cubre losprocedimientos para la determinación lapresión de vapor de la gasolina, crudosvolátiles y otros productos derivados delpetróleo volátiles. [3]

La presión de vapor es una propiedad físicaimportante de líquidos volátiles. Estemétodo de prueba se utiliza paradeterminar el vapor presión a 37.8 ° C(100 ° F) de los productos petrolíferos ycrudo aceites con el punto inicial deebullición por encima de 0 ° C (32 ° F). [3]

La volatilidad de algunos solventestambién se puede asociar indirectamentecon una medida de la presión de vaporReid. La presión de vapor es un parámetroimportante cuando de combustibles setrata, ya que tiene efectos en la ignición,

calentamiento y vaporización en losmotores de automóviles y aviones, efectosgenerados por los cambios de temperaturay presión que los motores experimentan.[9]

Fig 6 Bomba para medir la presión de vaporReid. [8]

Parte Experimental.

Materiales y equipos.

Sustancias:

• Anilina: fabricante BGH, patenteAnalak, pureza 99.9%.

• Crudo Merey: productor PDVSA,procedencia Cuenca de Maturín,gravedad específica: 16.18 °API a60ºF.

• Crudo Cerro Negro: productorPDVSA, procedencia Cuenca deMaturín, Crudo extrapesado.

• Crujo Pilón: productor PDVSA,procedencia Cuenca de Maturín,Estado Monagas. Este crudo fueusado en los siguientes cortes:

Tabla 3. Rangos de temperatura de cortes decrudo Pilon

Cortes dePilón T (ºC)

1er Corte140-17

0

2do corte170-24

0

3er corte240-28

0

4to corte280-35

0

• n_heptano: fabricante IQE, pureza100%.

• Kerosene: comercial, pureza 100%.

• Gasolina: comercial, pureza 100%.

• Gasoil: comercial, pureza 100%.

Procedimiento Experimental.

En esta práctica se llevaron cabo variosexperimentos siguiendo las normas ASTMcorrespondientes a cada procedimiento.

La destilación atmosférica ASTM D86se lleva a cabo en un destilador a escalaexperimental tipo batch. 100ml de lamuestra se vertieron en un balón dedestilación de 500ml el cual fueintroducirlo en el equipo de destilación,luego se le aplicó calor al balón de formamoderada. Se procede a tomar latemperatura a la que cae la primera gotade destilado y se va registrando ésta paracada 1 ml hasta que la temperaturaalcanza 350ºC. Con estos datos seconstruye una curva TBP. Los productosdestilados son luego sometidos a otroensayo, el del índice de refracciónASTM D1218, se toman muestras de cadadestilado y estas se llevan al refractómetrodonde debe realizarse la medición a 20ºC.

La destilación al vacío ASTM D1160 serealiza con los residuos de destilaciónatmosférica. Se pesa un balón dedestilación y 100ml de residuoaproximadamente, se conecta el balón alequipo de destilación que ya estáensamblado en el laboratorio y se colocaun termómetro para medir la temperaturadel fondo, luego de ajustada la presiónmenor a 50mmHg se suministra calormediante una manta de calentamiento, seleen los datos de temperatura de tope yfondo cada 2ml de recolectado y con ellosdibuja la curva de Temperatura deebullición vs. %Volumen destilado,llevando las temperaturas de destilación alvacío a una TBP a presión atmosféricasegún las normas API.Para la determinación de la presión devapor de Reid se sigue la norma ASTMD323. Se miden 100ml de n-heptano ygasolina que luego se colocan endiferentes cámaras de presión de vapor,estas cámaras se introducen en un equipotermostatizado a 100ºF se deja reposar elsistema por 10 minutos y se registra lapresión que se observa en la parte superiordel aparato (manómetro), cuando lalectura de presión se mantiene constantese dice que es la presión de vapor de Reid.La medida de presión se registra cada 2 o3 minutos, agitando vigorosamente elcilindro después de cada anotación, laagitación se lleva a cabo para inducir elequilibrio liquido-vapor dentro del aparato.

El punto de anilina corresponde a lanorma ASTM D611. Primero se miden 5mlde muestra problema y de anilina, loscuales son mezclados e introducidos en unrecipiente que permita la transferencia decalor, la mezcla se calienta con agitaciónconstante hasta conseguir esta se vuelvahomogénea, se toma la temperatura a laque la mezcla se diluye completamente yluego se deja enfriar y se registra latemperatura cuando se presente turbidezen el sistema, la cual es conocida como elpunto de anilina. En este experimento sepresenta el cambio de sistema monofásicoa bifásico.

En la determinación de las viscosidades dediferentes cortes de crudo se emplearondos métodos distintos. Uno de los métodosusa el viscosímetro de Ostwald que serige según la norma ASTM D445, yconsiste en agregar la muestra a un capilarpreviamente seleccionado y aplicandovacío se hace que la muestra llegue hastael aforo superior, se introduce en un bañotermostatizado, y se mide el tiempo en elque tarda la muestra en bajar desde elprimer aforo hasta el segundo. El segundométodo usa un viscosímetro de Sayboltcorrespondiente a la norma ASTM D2161,se toman 60 ml de muestra y se vierten enel contenedor del viscosímetro, luego secoloca otro recipiente en la parte inferiordel viscosímetro y se quita el tapónmidiendo el tiempo transcurrido para quetoda la muestra caiga de nuevo en elrecipiente de la parte inferior.

Para la determinación de la gravedadespecífica ASTM D1298 se utilizaron 4cortes de crudo Pilón, y esta medición sellevo a cabo por 2 métodos. En el primermétodo se usa un hidrómetro, que consisteen agregar las muestras problemas encilindros graduados, luego se introduce elhidrómetro en el líquido hasta el fondo delcilindro y se espera hasta que el empujeocasionado por el líquido se iguale a la delhidrómetro para leer la densidad delliquido. El otro método utilizado es el de labalanza de Westphal, la muestra se colocaen cilindros graduados, se introduce elflotador de la balanza en el cilindro y seempiezan a agregar pesos en el brazo dela balanza hasta que esta alcanza elequilibrio, se calcula la densidad de lamuestra a partir del tamaño de las pesas yde la distancia a un punto de referencia delas pesas.

El método de residuo de carbónConradson que cumple con la normaASTM D189 consiste en pesar 1 muestrade cada uno de los 4 cortes de crudo Pilónen un crisol, éste se coloca en la mufla yse empieza a calentar variando de 100°Cen 100°C cada 5 minutos hasta alcanzar500C y se deja reposar por 45 minutos,

después se enfría y se pesa el residuoobtenido.

Resultados Obtenidos.

Destilación ASTM D86:

Fig 7. Curva de destilación ASTM D86

Tabla 4. Temperaturas características de ladestilación ASTM D86

T ºF ASTM D86

tw= 434,0293491

tm= 429,3830281

tcu= 430,9305917

tMe= 429,866288

Donde:

twABP: weight average boiling point

tmABP: Molal average boiling point

tcuABP: Cubic average boiling point

tMeABP: Mean average boiling point

La destilación atmosférica se realizó conuna muestra de crudo Pilón, donde serecogieron 5 cortes de 5 ml cada uno,obteniendo la gráfica de la curva dedestilación ASTM D86 representada en lafigura 7, a partir de esto se obtuvo latemperatura promedio del punto deebullición MeABP para ASTM D86resultando igual a 429,87°F arrojando unfactor de caracterización Kuop de 10,51 loque determina que el crudo destilado es uncrudo aromático ya que el Kuop es menora 11, rango perteneciente a loshidrocarburos aromáticos. La destilaciónse llevo a cabo siguiendo la norma ASTMD86 donde la temperatura inicial dedestilación fue de 323,6°F y alcanzó unmáximo de 545°F en el último corte.Además se pudo calcular el peso moleculardel crudo Pilón mediante la ecuación dadapor el manual API la cual es función de latemperatura promedio de ebullición de ladestilación ASTM D86 y de la gravedadespecífica del crudo resultando un pesomolecular ajustado al tipo de crudo. Acontinuación se presentan los valorescaracterísticos del crudo Pilón.

Tabla 5. Valores característico del crudo.

PARA EL CRUDO TOTAL

°API 23

Kuop 10,50090075

tMeABP 889,87°R

SG 0,915857605

PM 156,6202672

I 0,302591144

n 1,517114819

V 0,040850591

W 0,018110156

%CA 40,93437716

RA 0,791891674

%CR 75,95145218

RT 1,639404391

%CN 35,01707503

%CP 24,04854782

RN 0,847512717

Con las fracciones obtenidas de ladestilación ASTM D86 se determinó elíndice de refracción para los 5 cortesmediante un refractómetro y mediantecálculos según el manual API:

Tabla 6. Índice de Refracción medido ycalculado.

Corte IR medidoIR

calculado

1er corte 1,435571,39799

9

2do Corte 1,444461 1,424411

3er Corte 1,452648 1,44499

4to Corte 1,4576085 1,468133

7

5to Corte 1,4769585 1,486269

3

Resultando el primer corte con el menoríndice de refracción y el último con elmayor índice de refracción, tanto para elmedido como el calculado. El hecho deque el índice de refracción sea mayor alaumentar el número del corte es debido ala mayor cantidad de átomos de carbonoque posee mientras mayor es latemperatura del corte, lo que se traduceen que el corte es de menor gravedad APIo es más pesado.

Curva TBP Para ASTM D86

Fig 8. Curva de destilación TBP para ASTMD86

A partir de la ASTMD86 (50) y según loscálculos realizados siguiendo el manualAPI se procedió a la construcción de lacurva TBP obteniendo el valor de laTBP(50)=455,09°F

Destilación al vacio ASTM D1160

Tabla 7. Características de crudo utilizado.

Destilación alvacio

Crudo Merey

Masa gr 125,2

ºAPI 16,18

Densidad 0,958152763

Volumen 130,6680989

Fig 9. Curva de destilación al vacio ASTMD1160

Tabla 8. Temperaturas de destilación ASTMD1160, y conversión a TBP 10mmHg y760mmHg

%DT°F ASTM

D116010mmHg

TBP10mm

Hg

TBP760

mmHg

10 299,842 162,2 380

30 360,322 286,2 535

50 399,2 354,2 612

70 435,56 390,56 658

90 475,16 397,56 664

Curva TBP para Destilación al Vacío

Fig 10. Curva de destilación al vacio ASTMD1160 llevado a TBP.

Tabla 9. Temperaturas características de ladestilación ASTM D1160 convertidas enTBP a 760mmHg, Kuop y PM.

T (ºF) TBP a 760 mmHg

WABP 575,91

MABP 534,80

CABP 562,75

MeABP 548,49

Koup 8,54319642

PM 199,74

En la destilación al vacio se empleó unamuestra de crudo Merey, tomando latemperatura cada 2 ml de destiladomanteniendo a 10 mmHg, obteniendo lacurva de la destilación al vaciorepresentada en la figura 9, obtenido pormedio de conversiones según manual APIlas TBP a los porcentajes de destiladosrequeridos para obtener la temperaturapromedio de ebullición y obteniendo elKuop igual a 8,3, definiendo el crudo comoun hidrocarburo aromático, ya que esmenor que 11, rango de los aromáticos.Además el PM calculado=199,74 resultológico con respecto al crudo destilado yaque era un crudo pesado de alto pesomolecular, por su gran cantidad de átomosde carbono, azufre entre otros

Gravedad API

Tabla 10. Gravedades especificas decortes de pilón según la balanza Westphaly el hidrómetro.

Gravedades especificas (g/cc)

Cortes pilón WESTPHALHIDRÓMETR

O

1ER CORTE 0,8649 0,87

2DO CORTE 0,9078 0,91

3ER CORTE 0,93 0,93

4TO CORTE 0,9605 0,96

Tabla 11. Gravedad API de cortes de pilónsegún la balanza Westphal y elhidrómetro.

°API

WESTPHAL HIDRÓMETRO

32,10272864 31,14367816

24,3713373 23,99450549

20,65053763 20,65053763

15,81910463 15,89583333

En la experiencia de la gravedad API, seutilizaron 4 cortes de crudo pilón comosustancias de estudio, obteniendo la

gravedad API según la balanza deWestphal y según el hidrómetro, Se puedenotar que a medida que aumenta elnúmero del corte en el caso del hidrómetroel cual es el más exacto, su gravedad APIdisminuye, lo que quiere decir que a mayorgravedad API el corte es más liviano, deigual manera a mayor gravedad especificael corte es más pesado, por lo tanto loscortes se pueden clasificar como livianopara el 1er corte, mediano para el 2docorte, y pesado para el 3er y 4to corte. Sedice que el hidrómetro es más exactoporque para el uso de la balanza Westphalse requiere un volumen exacto de muestraya que la balanza se diseña calibrada paradicho volumen, mientras que el hidrómetrono requiere un volumen establecido solorequiere de quedar suspendido sobre lamuestra para dar así un resultadoapropiado.

Viscosidad Cinemática y dinámica

Tablas 12 y 13. Viscosidad de Ostwaldpara distintos cortes de crudo pilón.

Tabla 14 y 15. Viscosidad de Saybolt para distintoscortes de pilón.

T = 28°C 82,4°F

μ=v*ρ

SUS(s)

v(cst)ec.

11A1.1-2

v(st) ge μ(poise)

μ(centipois

e)

Viscosidad Oswald

Tamaño(CAPILA

R)

c(cSt/

s)

t (s,T=40°

C)

v(cSt)

geμ

(centipoise)

μ(pois

e)

1ERCORT

E100 0,01

5283,02

54,24

50,87 3,6935 0,036

9

2DOCORT

E350 0,5 79,915 39,9

60,91 36,361 0,363

6

3ERCORT

E350 0,5 43,53 21,7

70,93 20,241 0,202

4

Viscosidad Oswald

Tamaño(CAPILA

R)

c(cSt/

s)

t (s,T=23°

C)

v(cSt)

geμ

(centipoise)

μ(poise

)

1ERCORTE 100

0,015

482,055

7,231 0,87 6,29082 0,063

2DOCORTE 350 0,5

115,435

57,72 0,91 52,5229 0,525

3ERCORTE 350 0,5

409,315

204,7 0,93 190,331 1,903

1ERCORTE

118,343

25,5725

0,25573 0,87

0,22248

22,248099

2DOCORTE 125,83

27,1905

0,2719 0,91

0,24743

24,743351

3ERCORTE

223,195 48,23

0,4823 0,93

0,44854

44,853913

4TOCORTE 994

214,793

2,14793 0,96

2,06201

206,20089

T = 40°C 104°F μ=v*ρ

SUS(s)

v (cst)ec.

11A1.1-2

v(st) geμ

(poise)

μ(centipois

e)

1ERCORTE 40,6

8,76284

0,08763 0,87

0,07624

7,6236726

2DOCORTE 80,41

17,3552

0,17355 0,91

0,15793 15,79321

3ERCORTE 132,33

28,5613

0,28561 0,93

0,26562

26,561966

4TOCORTE 522,16 112,7 1,127 0,96

1,08192

108,19166

En la determinación de la viscosidadcinemática y dinámica, se emplearon losmismos 4 cortes de la experiencia de lagravedad API, utilizando el método deOstwald y el de Saybolt, como se puedeobservar en las tablas que resulta paraambos el corte mas viscoso el numero 4,mientras que el corte 1 resultó ser elmenos viscoso en ambos métodos, sepuede relacionar entonces la viscosidad delos cortes con la gravedad APIdeterminándose que a medida que el cortees más pesado es mas viscoso y que amedida que se aumente la temperatura laviscosidad disminuye.

Caracterización de fracciones de petróleo por su índice de refracción, densidad ypeso molecular

Tabla 17. Valores característicos de las fracciones del crudo destilado.

Pozoilustrad

oCalculo de la Composición del HC por el Método nMd a 20°C

%S Corte n d V W %CA RA %CR RT %CN %CP RN

0,0161

1,43557 0,708

0,044031

-0,09923

44,605951

0,785245

68,59

1,21851

23,98436

31,40968

2,003753

0,1 21,444

46 0,7620,0123

47-0,055

131,3296

470,5477

9712,86

90,2586

818,460

5387,130

88 0,80648

0,1 31,452

65 0,801-0,006

1-0,025

1916,8661

270,3547

1924,11

820,5223

797,2520

675,881

81 0,16766

1,11 41,457

61 0,843-0,035

650,0113

05-4,9630

910,11163

57,6452

1,492491

52,6821

42,35481

1,380864

1,11 51,476

96 0,875-0,019

080,0218

264,70312

270,1205

0362,35

291,8272

8557,649

8137,647

071,70678

2

Donde:

%CA: porcentaje en peso de carbonosaromáticos%CN: porcentaje en peso de carbonosNafténicos. %CP: porcentaje en peso de carbonosParafínicos.%CR: porcentaje en peso de carbonos enanillosRA: numero de anillos aromáticos en unamolécula media.RN: numero de anillos Nafténicos en unamolécula mediaRT: número total de anillos en unamolécula media%S: porcentaje en peso de azufre.

A partir de los resultados de índice derefracción, peso molecular y densidad fueposible calcular cada composición ynumero de anillos aromáticos, Nafténicos yanillos totales en una molécula media decada fracción del crudo Pilón destiladomostrado en la tabla 17, obteniendo así lacalidad de cada fracción según el uso quese le desee dar a la fracción, por lo tantopor este método podemos caracterizarcualquier hidrocarburo que se deseeconocer su composición en peso dearomáticos, Parafínicos y Nafténicos.

Presión de Vapor de Reid

Tabla 18. Presión de Vapor de Reid paradiferentes muestras

Presión de vapor de Reid

Compuesto

Volumen(ml)

PVR(psig)

PVR(psia)

n_Heptano

100 1,5 16,2

gasolina 100 6,85 21,55

En la determinación de la presión de vaporde Reid, se emplearon como muestran_heptano y gasolina, cada ciertos minutosde la experiencia se anotaban la presiónmanométrica, dando como resultado finaluna presión de equilibrio mostrada en la

tabla 18 para cada muestra, donde sepuede observar que la presión de vaporReid para la gasolina es mayor que la delheptano, indicando que la gasolina es másvolátil. En Mérida funciona bien laexperiencia, ya que fue realizada a 100ºF yla temperatura ambiental es menor por lotanto la PVR es menor.

Punto de anilina

Tabla 19. Punto de Anilina.

Punto deanilina

PA(°C)Experimenta

l a 640mmhg

PA exp a760mmgh

n_Heptano 70 83,125

Gasoil 63 74,8125

Kerosen 56 66,5

Gasolina Temp. Amb. (22) 26,125

Para la experiencia del punto de anilina serealizaron 4 experimentos para determinardicho punto, realizados con mezclas deanilina y cada una de las muestras, dondese encontró que para el n_heptano unpunto de anilina alto con respecto a lasotras muestras, lo que indica que es unaparafina, ya que la anilina es uncompuesto aromático y no se diluye atemperatura ambiente con el n_heptano,con respecto al Gasoil y kerosene se diluyoa una temperatura menor lo que indica qposee una cierta cantidad de aromáticos, adiferencia de la gasolina que posee unagran cantidad de aromáticos ya que sediluyó a temperatura ambiente, la cualpara ese día era de 22°C. Mediante esteexperimento podemos determinar el índicediesel de los gasóleos, observando siposee mayor cantidad de aromáticos oparafinas, y mientras este punto seamayor, mayor será el índice diesel ya queposeerá mayor cantidad de parafinas por

lo que tendrá mayor poder de arranque porcombustión.

Conclusiones.

• La destilación ASTM D86 sirve paraconocer el comportamiento delcrudo y realizar una posteriorcaracterización de los cortesdestilados y obtener valores deMeABP, Koup, densidad, pesomolecular, densidad API y conocer lacantidad relativa de los tipos decarbono en cada corte.

• Los cortes de crudo más livianos sonaquellos con mayor gravedad APIpresentando menor viscosidad, alcontrario de cortes pesados conmenor gravedad API presentandomayor viscosidad

• El kerosene tiene un alto contenidode aromáticos lo cual la hace másafín con la Anilina.

• Se comprobó la dependencia delíndice de refracción con la densidaddel petróleo, es decir, cuanto másliviano son los petróleos, los índicesresultan más elevados.

• Con la norma ASTM D323 sedetermina que los componentes quetienen mayor presión de vapor deReid son los más volátiles, tal comose comprueba que la gasolina esmás volátil que el n-heptano.

• Los crudos livianos presenta menor% de carbón que los crudospesados.

Bibliografía.

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[2]. N., M. A. (2002). El Petróleo.Mérida:Publicaciones ULA.

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[6] Imagen Extraída dehttp://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/ap/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/ap-fisquim-farm12/c18.html el 27/01/2011

[7]Imagen extraída de:http://www.scribd.com/doc/20874115/viscosimetro-de-oswalt el 03/02/2011

[8] DELGADO, J. G. “Caracterización decrudos y productos petroleros.” Mérida.2004.

[9] Imagen extraída de:http://es.wikipedia.org/wiki/Destilaci%B3n#Destilaci.C3.B3n_a_vac.C3.ADo el04/02/2011

[10] Imagen extraída de:http://www.laqq.com.ar/equipamiento_listado.asp?rubro_id=2&categoria=ANALIZADORES%20DE%20PETR%D3LEO%20Y%20DERIVADOS&categoria_ID=25&SUBCATEGORIA=PUNTO%20DE%20ANILINA&SUBCATEGORIA_ID=261 el03/02/2011

Anexos

DestilaciónAtmosférica

ml T (°C) T(F) %

0 154 309,2 0

1ercorte

1 162 323,6 4

2 168 334,4 8

3 172 341,6 12

4 176 348,8 16

5 181 357,8 20

2docorte

6 186 366,8 24

7 192 377,6 28

8 196 384,8 32

9 200 392 36

10 206 402,8 40

3er 11 212 413,6 44

corte

12 220 428 48

13 222 431,6 52

14 225 437 56

15 230 446 60

4tocorte

16 243 469,4 64

17 244 471,2 68

18 252 485,6 72

19 254 489,2 76

20 258 496,4 80

5tocorte

21 265 509 84

22 279 534,2 88

23 280 536 92

24 281 537,8 96

25 285 545 100

PARA EL CRUDO TOTAL

°API 23

Kuop 10,50090075

tMeABP 889,87°R

SG 0,915857605

PM 156,6202672

I 0,302591144

n 1,517114819

V 0,040850591

W 0,018110156

%CA 40,93437716

RA 0,791891674

%CR 75,95145218

RT 1,639404391

%CN 35,01707503

%CP 24,04854782

RN 0,847512717

Según el manual API

Transformación T°C T°F

T10 170 338

T30 194 381,2

T50 221 429,8

VABP= 432,5°F T70 248 478,4

T90 279,5 535,1

Slope:

SL= 2,46375 °F/%destilado

Por el procedimiento 2.B.1 se calcula el MeABP

tv= 432,5 FT ºF ASTM D86

Δ1= 1,5293491 tw=434,029349

1

Δ2=3,1169718

84 tm=429,383028

1

Δ3=1,5694082

87 tcu=430,930591

7

Δ4= 2,63371203 tMe= 429,866288

59070503010 TTTTT

VABP++++

=

Índice de Refracción y características de las fracciones:

Pozoilustra

doCalculo de la Composicion del HC por el Mètodo nMd a 20°C

%S Cort

en d V W %CA RA %CR RT %CN %CP RN

0,0161

1,4356 0,708

0,04403

-0,0992

44,606

0,78524

68,59

1,2185

23,9844

31,4097

2,00375

0,12

1,4445 0,762

0,01235

-0,0551

31,3296

0,5478

12,87

0,2587

18,4605

87,1309

0,80648

0,13

1,4526 0,801

-0,0061

-0,0252

16,8661

0,35472

24,118

0,52238

7,25206

75,8818

0,16766

1,114

1,4576 0,843

-0,0357

0,0113

4,96309

0,1116

57,645

1,49249

52,6821

42,3548

1,38086

1,115

1,477 0,875

-0,0191

0,02183

4,70312

0,1205

62,353

1,82729

57,6498

37,6471

1,70678

ASTM D86 a TBP

Calculo de la Curva TBP para ASTMD86

TBP(50)= 455,0976°F

Tabla Obtenida delManual API

CutPoint

iRang

e A B(Xi)ma

x Xi Yi

1100-9

00,117

98 1,6606 - 3,6 0,98993

2 90-70 3,041 0,7549 100 50, 58,67173

9 7 4

3 70-502,528

20,8200

2 15075,6 87,74793

4 50-303,030

50,8007

6 250 36 53,42433

5 30-104,900

40,7164

4 25050,4 81,26824

6 10%-07,401

20,6024

4 10032,4 60,16098

%Destilado TBP(ºF)

0 260,2441

10 320,405

30 401,6733

50 436,2665

70 542,8455

90 601,5173

100 602,5072

Destilación al vacio ASTM D1160

Crudo: Merey

destilación al vacio

Masa gr 125,2

ºAPI 16,18

Densidad0,9581527

63

Volumen130,66809

89

m= 125.20 gr

Tfondo (°C)Ttope(°

C)Ttope(°F)

VolDestilado

(ml)

183 86 186,8 0

199 140 284 2

207 151 303,8 4

213 160 320 6

220 166 330,8 8

232 180 356 10

235 186 366,8 12

241 193 379,4 14

246 198 388,4 16

253 204 399,2 18

258 210 410 20

262 214 417,2 22

268 220 428 24

276 227 440,6 26

282 234 453,2 28

288 238 460,4 30

295 245 473 32

301 251 483,8 34

309 257 494,6 36

%DTºF ASTM D1160

10mmHgTBP

10mmHgTBP 760mmHg

10 299,842 162,2 380

30 360,322 286,2 535

50 399,2 354,2 612

70 435,56 390,56 658

90 475,16 397,56 663

Tv 569,60 Slope 3,5375

Ln Δ1=1,842451

38 Δ1=6,311992

42

Ln Δ2=3,549621

9 Δ2=34,80015

69

Ln Δ3=1,924520

48 Δ3=6,851862

26

Ln Δ4=3,049942

55 Δ4=21,11413

14

TºF TBP a 760 mmHg

WABP 575,91

MABP 534,80

CABP 562,75

MeABP 1008,49°R

Koup 8,54319642

PM 199,74

Punto de Anilina

Punto deanilina

Tb(°R)

SG Kuop PA PA °CPA

(°C)Experimental a 640mmhg

PA exp a760mmgh

n_Heptano668,

40,684

12,7827

625,559

74,38 70 83,125

Kerosén (204a300)

945,6

0,82511,89

73614,0

6867,99

956 66,5

Gasolina

22 26,125

Gasoil 63 74,8125

Presión de Vapor Reid

Presión de vapor de reíd final

Compuesto Volumen (ml)PVR

(psig)PVR

(psia)

n_Heptano 100 1,5 16,2

gasolina 100 6,85 21,55

Viscosidad Oswald

ViscosidadOswald

Crudo pilón a23°C t1 (min) t2 (min)

1er corte 08:02:10.08:02:01

.

2do corte 01:55:17.01:55:70

.

3er corte 06:51:70.06:46:93

.

Crudo pilón a40°C t1 (min) t2 (min)

1er corte 04:47:00.04:39:05

.

2do corte 01:00:43.01:39:40

.

3er corte 00:43:00

.00:44:0

6.segundo

s

Viscosidad Oswald

Tamaño(CAPILAR)

c(cSt/s

)

t (s,T=40°C)

v(cSt)

densidad

μ(centipois

e)

μ(poise)

1ERCORTE

100 0,015 283,0254,2454 0,87

3,69347625

0,036935

2DOCORTE

350 0,5 79,91539,958 0,91

36,361325

0,363613

3ERCORTE

350 0,5 43,5321,765 0,93

20,241450,2024

15

Viscosidad Oswald

Tamaño(CAPILAR)

c(cSt/s

)

t (s,T=23°C)

v(cSt)

densidad

μ(centipois

e)

μ(poise)

1ERCORTE

100 0,015 482,0557,2308 0,87

6,29081775

0,062908

2DOCORTE

350 0,5 115,43557,718 0,91

52,522925

0,525229

3ERCORTE

350 0,5 409,315204,66 0,93

190,331475

1,903315

Viscosidad Saybol

Viscosidad Saybol V:60ml Viscosidad

Saybol V:60ml

Tempcortes

Crudo pilón a 28°C(82,4 °F)

t1(seg)

t2(seg)

Tempcortes

Crudo pilóna 40°C (104

°F) t1 (seg)

140-170°C 1er corte 53,24 49,16

140-170°C 1er corte 40,6

170-240°C 2do corte 125,83

110,855

170-240°C 2do corte 80,41

240-280°C 3er corte 222,06

224,33

240-280°C 3er corte 132,33

280-320°C 4to corte 994 -

280-320°C 4to corte 522,16

T = 28°C82,4°F

μ=v*ρ

B tabla 11A1.3 SUS (s)

v(cst)ec.

11A1.1-2

v(st) densidad μ (poise)μ

(centipoise)

1ERCORTE

4,62772118,34

2525,57

250,255725

282 0,870,22248099

522,248099

2DOCORTE

4,62772 125,8327,19

050,271904

955 0,910,24743350

924,743351

3ERCORTE

4,62772223,19

548,23

0,482300139 0,93

0,448539129

44,853913

4TOCORTE

4,62772 994214,7

932,147925

977 0,962,06200893

7206,20089

T = 40°C 104°F μ=v*ρ

B tabla 11A1.3 SUS (s)

v (cst)ec.

11A1.1-2

v(st) densidad μ (poise)μ

(centipoise)

1ERCORTE

4,6332 40,68,762

840,087628

4210,87

0,076236726

7,6236726

2DOCORTE

4,6332 80,4117,35

520,173551

7570,91

0,157932099

15,79321

3ERCORTE

4,6332 132,3328,56

130,285612

5360,93

0,265619658

26,561966

4TOCORTE

4,6332 522,16 112,71,126996

460,96

1,081916602

108,19166

Densidad

DENSIDADES (g/cc) °API

WESTPHAL HIDRÓMETRO WESTPHALHIDRÓMETR

O

1ER CORTE 0,8649 0,8732,102728

6431,1436781

6

2DO CORTE 0,9078 0,9124,371337

323,9945054

9

3ER CORTE 0,93 0,9320,650537

6320,6505376

3

4TO CORTE 0,9605 0,9615,819104

6315,8958333

3

Carbón Conradson

CarbónConradson

Muestra Nº

PesoCrisol(

g)

muestra+crisol

muestra

crisol+ceniza

ceniza

%carbón

Ceniza

prom.

Muestra

prom.

%carbón prom.

CerroNegro

1 16,35 17,53 1,18 16,44 0,097,6271

190,08

51,155

7,359307

2 16,38 17,51 1,13 16,46 0,087,0796

46

CrudoCarabo

bo

3 12 13,56 1,56 12,8 0,851,282

050,43

51,53

28,43137

4 21,1 22,6 1,5 21,17 0,074,6666

67