Practica No. 1 (API)

Práctica No. 1 ESPECIFICA

DETERMINACION GRAVEDAD API Y

DETERMINACIÓN DE L GRAVEDAD API Y LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL PETRÓLEOS CRUDOS Y DERIVADOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO (MÉTODO DEL TERMOHIDRÓMETRO) TERMOHIDRÓMETRO) NORMA ASTM (D 287-82)

OSCAR EDUARDO CORREA CERQUERA Cód. 20122115190 HUBER ALEJANDRO PUENTES ROA Cód. 20122114529 SINDY TATIANA DUSSAN QUINTERO Cód. 2005200955

Presentado a: Ing. HAYDEE MORALES MONDRAGÓN

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA INGENIERÍA DE PETRÓLEOS NEIVA, 03 de septiembre de 2013 Norma ASTM D 287-82

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DETERMINACION GRAVEDAD API Y OBJETIVOS

GENERAL Determinar la gravedad API y la gravedad especifica del crudo Tempranillo-02 y derivados para su debida clasificación utilizando los diferentes métodos indicados en la norma. ESPECIFICOS

Norma ASTM D 287-82

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DETERMINACION GRAVEDAD API Y MARCO TEORICO

GRAVEDAD ESPECÍFICA



La gravedad específica es una forma de definir la densidad de una sustancia con respecto a otra sustancia o también llamada de referencia que generalmente es agua. A ésta relación se le llama gravedad específica, definida como el cociente entre la densidad de una sustancia dada, y la densidad del agua (H 2O). Como se muestra a continuación:

    El valor del denominador es la densidad de la referencia, es decir, la densidad del agua cuya magnitud es de ρH2O = 1000 kg/m3 (a 4 °C o 39.2 °F) en unidades del SI. La gravedad específica es una magnitud adimensional que no varía para ningún sistema de unidades.

LA GRAVEDAD API ( °API) La gravedad API ( American Petroleum Institute), es una medida de densidad que describe que tan pesado o liviano es el petróleo comparándolo con el agua, es una medida usada única y exclusivamente para crudos y sus derivados. La gravedad API es también usada para comparar densidades de fracciones extraídas del petróleo. Por ejemplo, si una fracción de petróleo flota en otra, significa que es más liviana, y por lo tanto su gravedad API es mayor. Matemáticamente la gravedad API no tiene unidades. Sin embargo siempre al número se le coloca la denominación grado API. La gravedad API es medida con un instrumento denominado hidrómetro. Como el que se muestra a continuación:

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Fig.1. Hidrómetros de uso común. La fórmula usada para obtener la gravedad API es la siguiente:

           A partir de la fórmula anterior también se puede determinar la gravedad específica si se tiene los grados API de un hidrocarburo o derivado de éste, teniendo en cuenta que se trabaja a 60 F como parte del estándar. Para el agua °API= 10 pues su densidad relativa es 1. En la industria del petróleo un crudo con un mayor valor de gravedad API es un crudo que representa mayor valor comercial. Esto se debe a la facilidad operacional y al menor costo económico para producir destilados valiosos como gasolina, jet fuel y ACPM con alimentaciones de crudos livianos y a los altos rendimientos de los mismos. Esta tendencia se mantiene para crudos que tienen un API de hasta 45 grados, más allá de este valor las cadenas moleculares son tan cortas que hacen que los productos tengan menor valor comercial. El Petróleo es clasificado en liviano, mediano, pesado y extrapesado, de acuerdo a su medición de gravedad API.

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DETERMINACION GRAVEDAD API Y TABLA.1. Clasificación del crudo por la gravedad API. TIPO DE PETRÓLEO

EXTRAPESADO PESADO NEGRO ORDINARIO VOLÁTIL

°API

       API

API

A medida que aumenta la temperatura de un derivado del petróleo, la densidad disminuye, al igual que la gravedad específica, caso contrario a la gravedad API que se eleva ante aumentos de temperatura. A continuación se muestra una tabla que relaciona algunos derivados típicos del petróleo con su gravedad específica a condiciones estándar. Tabla.2. Productos del petróleo y su gravedad específica. PRODUCTOS

Crudo Gasolina Kerosene Aceite lubricante liviano Aceite lubricante pesado Asfaltos

GT

0.8 - 0.72 0.72 - 0.77 0.77 - 0.82 0.82 - 0.92 0.92 - 0.98 0.98 - 1.06

A medida que aumenta la temperatura de las muestras, la densidad de estas disminuye, y de manera proporcional lo hace la gravedad específica, la gravedad API, se comporta de manera inversamente proporcional a la densidad y gravedad especifica.

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1. PROCEDIMIENTO











Primero seleccionamos las muestras de crudo, gasolina y aceite lubricante con los cuales íbamos a realizar la respectiva práctica. Se llenaron 3 probetas, con crudo Tempranillo – 02, Aceite lubricante y gasolina respectivamente hasta los 900 ml. Esta parte de la práctica se realizó como lo indica la norma, llenando cada una de las probetas teniéndolas inclinadas y vaciando el líquido dentro de ella suavemente para reducir al máximo la generación de burbujas dentro de ella, burbujas que afectarían los resultados de la prueba. Las pocas burbujas que se generaron en el proceso de llenado, se retiraron con la ayuda de un papel filtro y dejando reposar por 5 minutos aproximadamente para que por sí mismas llegaran a la superficie. Tras seleccionar el hidrómetro idóneo para cada una de las sustancias, se procedió a realizar el procedimiento como lo indica la norma, es decir se introdujo el hidrómetro suavemente en el fluido hasta que éste flotara, momento en el que se tomó lectura de la temperatura del respectivo fluido y de la gravedad API correspondiente, registrando éstos valore en la tabla de datos. Posteriormente se calculó de manera experimental la gravedad específica y se selecciona un gravímetro acorde teniendo en cuenta el resultado hallado con la aproximación realizada con la ecuación de Bearce & Peffer. El procedimiento de toma de datos con el gravímetro se realizó de manera similar al procedimiento descrito para el hidrómetro, como lo indica la norma ANSI/ASTM D287-83.

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Práctica No. 1 ESPECIFICA 






Por último realizamos la prueba para hallar la gravedad especifica de manera indirecta, es decir con el Picnómetro para ésta prueba pesamos el picnómetro solo, luego con agua y finalmente con cada una de las sustancias, datos que se consignaron en las tablas de datos. Con las relaciones de la densidad de la muestra y la del agua; se obtuvo la gravedad específica de la muestra a la temperatura ya antes tomada de la sustancia respectiva. Finalmente, la gravedad API y la gravedad especifica se corrigen con tablas y por medio de las formulas.

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2. RESULTADOS

Se trabajó con las siguientes muestras:   

Crudo. Aceite lubricante. Gasolina corriente.

Gravímetro

Muestra

T °F



Crudo Lubricante Gasolina

89 90,5 88

0,835 0,868 0,742

Termo-Hidrómetro

Muestra

T °F




89 90,5 88

38 31.3 59.4

Picnómetro

               Norma ASTM D 287-82

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                 

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3. MUESTRA DE CALCULOS



MÉTODO DEL GRAVÍMETRO



Muestra Crudo Lubricante Gasolina

0.835 0.868 0.742

Corrección de la gravedad especifica por efectos de temperatura Para realizar la corrección de la gravedad especifica usamos la ecuación de Bearce y Peffer, ecuación en la cual relaciona la gravedad específica a 60°F la temperatura de referencia y la temperatura a la cual se encuentra la sustancia, también unos coeficientes de expansión gravimétrica.

     ()  ()



Sabemos que los valores de β son muy pequeños (del orden de ), despreciamos la segunda parte de la formula, la fórmula que utilizamos para la práctica es:

      ()

Dónde:

 

= Gravedad específica a la temperatura de laboratorio = Gravedad especifica a condiciones estándar

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α = Coeficiente de expansión

        Con las gravedades específicas para los coeficientes de expansión gravimétrica de 0.78 y 0.85, con estos valores calculamos los respectivos , resultados que nos da un rango en el que esta la gravedad especifica del crudo a condiciones de laboratorio , por lo tanto se interpola y se obtiene el valor de , con éste valor usando la ecuación de Bearce y Peffer, así:

  





0,78 0,824 0,85

⁄   75 68,394 68



0,768 0,835 0,839

            ( )   

              Norma ASTM D 287-82

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Se realiza el mismo procedimiento para el lubricante y la gasolina. Los resultados se pueden observar en la siguiente tabla:



Muestra





 


0,835 0.868 0.742

0,824 0.857 0.729

40,22 33,61 62,6

MÉTODO DEL TERMOHIDROMETRO

Por medio del termo hidrómetro nos permitió tomar la lectura de la gravedad API directamente a la temperatura de laboratorio.

Muestra






38 31,3 59,4

89 90,5 88

Corrección de la gravedad API por efectos de temperatura. Lo primero que debemos hacer es corregir la gravedad API por efectos de temperatura haciendo uso de la tabla No. 5 de la ASTM. Para el aceite lubricante tenemos,



Es necesario interpolar datos de temperatura y gravedad API para obtener la gravedad API estándar a 60 °F con los datos de tabla como se observa a continuación:

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TEMPERATURA OBSERVADA (°F)

GRAVEDAD API A 60°F API 31 API 31,3 API 32

90 90,5 91

29 29 29

29,3 29,285 29,27

30 29,95 29,9

   El procedimiento descrito anteriormente para el lubricante también se llevó a cabo para el crudo Tempranillo-02 y para la gasolina, estos resultados se muestran a continuación:




  35,9 29,285 59.3

MÉTODO DEL PICNÓMETRO

Inicialmente es necesario calcular la densidad del agua y posteriormente hallar la gravedad especifica de las muestras.

         Norma ASTM D 287-82

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                           De la misma forma se halla las gravedades específicas para el crudo y para el lubricante.


 0.935 0.871 0.735





Para de 0.63 y 0.78 se calculan los respectivos , valores que nos da un rango en el que se encuentra la gravedad especifica de la gasolina a condiciones de laboratorio , por lo tanto se extrapola y se obtiene el valor de .

    ⁄   0.63 0.743 0.78

97 80.48 75



0.618 0.735 0.771

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      ()                 Se realiza el mismo procedimiento para el lubricante y la gasolina. Los resultados se pueden observar en la siguiente tabla:

Muestra





 


0.935 0.871 0.735

0.943 0.879 0.743

18.55 29.48 58.94

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4. RESULTADOS A continuación se muestran los valores de la gravedad API corregida a 60 °F para los 3 métodos.

  Método Muestra

Termo Gravímetro hidrómetro

Picnómetro

   Lubricante     Gasolina    |  |    Crudo

0

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Donde, el método directo es el del termo hidrómetro, ya que se obtuvo una medida directa de la propiedad.

5. ANALISIS DE RESULTADOS Se esperaba que los datos obtenidos con el método del picnómetro presentaran un error muy superior que el método del gravímetro debido a la manipulación del picnómetro, pues este era muy probable que no quedara del todo libre de rastros de la muestra analizada en el exterior; es decir, se limpió el picnómetro por fuera de la mejor manera posible, mas sin embargo esto no es razón suficiente para asegurar que el peso tomado era únicamente el del picnómetro y la muestra contenida en él.

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Se corrigió la gravedad API en el método del termo hidrómetro con la tabla No. 5 y en el método del gravímetro y picnómetro con la fórmula de Bearce y Peffer, Realizamos la corrección de la gravedad API para las 3 muestras y en los 3 métodos con la tabla No. 5 y con la fórmula de Bearce y Peffer, No presentamos los cálculos de todas esta correcciones debido a la extensión de los respectivos procedimientos, pero podemos afirmar que los datos obtenidos no fueron mayores al 1 % comparados con los datos presentados en el informe.

6. IMPORTANCIA La presente práctica es de vital importancia para:

1)

Clasificar los hidrocarburos de acuerdo a su gravedad API; Existen varias escalas para clasificar los crudos de acuerdo a su gravedad API, esto con el fin de determinar su composición y su base. De acuerdo a la base, se puede obtener el tipo de derivado y su calidad en el mercado.

2)

Identificar y conocer los hidrocarburos, tanto en su fluidez, viscosidad, como en su gravedad específica y gravedad API.

3)

Por otra parte, siendo ingenieros en formación es fundamental conocer no sólo en la teoría sino también en la práctica cómo se evalúa la calidad y por tanto el precio del crudo.

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7. RECOMENDACIONES













En el momento que se transfiere la muestra a la probeta, es necesario evitar la formación de burbujas de aire, para así reducir a un mínimo la evaporación de los constituyentes más livianos de las muestras más volátiles y en consecuencia se incremente el valor medido de ºAPI. Supervisar que la muestra se mantenga en posición vertical y no tenga contacto con las paredes del cilindro. Verificar que la muestra esté ubicada en un lugar libre de corrientes de aire. Garantizar que la temperatura de la muestra no cambie considerablemente durante el tiempo necesario para terminar la prueba. No debe cambiar más de 5ºF. En el momento de realizar las mediciones, tener cuidado al no sacar totalmente el termo hidrómetro de la muestra procurando dejar el bulbo dentro de ella. Leer e interpolar (si es necesario) correctamente la tabla 5 Norma ASTM 287-82 correspondiente a la Gravedad API.

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Dar el correcto uso a los instrumentos de medición, particularmente en el momento de las mediciones.

8. CUESTIONARIO 8.1. ¿Cuál es la repetibilidad y reproducibilidad en esta determinación? Si entendemos como repetibilidad como la cantidad de veces que se realizó la prueba en este caso fue de una vez. 8.2. ¿Qué se entiende por gravedad especifica 60/60 y 100/60? Por gravedad específica 60/60 se entiende como gravedad específica estándar donde el numerador indica la temperatura de la muestra y el denominador indica la temperatura estándar que se maneja en la industria ambas en °F.

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Por otro lado la gravedad específica 100/60 indica con el numerador que la temperatura de la muestra es de 100 °F donde se debe llevar la temperatura de la muestra a la temperatura estándar de laboratorio por medio de tablas ya establecidas por la industria, y el denominador indica igualmente la temperatura estándar de laboratorio de la muestra.

8.3. ¿Qué efectos tienen las burbujas de aire que se mezclan con el líquido al llenar la probeta para determinar la gravedad API? Al contener burbujas el líquido, el volumen va aumentar y con respecto a esto la gravedad especifica disminuirá progresivamente, y con la disminución de la gravedad especifica la gravedad API del líquido será mayor lo cual puede generar muchas pérdidas al tomar una muestra de crudo con burbujas de aire para la compra de determinado crudo puesto que la gravedad API que muestre no va ser real ya que va a ser mayor de la que realmente contiene el crudo.

8.4. ¿Cómo varía la gravedad especifica con la temperatura y el peso molecular? Al aumentar la temperatura de una muestra y con peso constante la gravedad específica se mirará disminuida debido a que si recordamos la gravedad igual al peso de la muestra sobre el volumen de la muestra y al aumentar la temperatura aumenta el volumen.

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Al aumentar el peso molecular pasa el caso contrario ya que si nos encontramos con un volumen constante la gravedad especifica aumentaría.

8.5. ¿Explique cómo se calcula la gravedad API seca de un crudo, a partir de la gravedad específica de una mezcla de agua y crudo si se conocen las fracciones volumétricas de ambos? Lo primero que se debe hacer es separar la muestra de crudo de la del agua. Después se determina el peso y el volumen de cada uno de ellos (crudo y agua), esto con el fin de determinar la densidad por medio de la relación

  

   

para posteriormente hallar la gravedad específica

.

Luego mediante la fórmula de Bearce & Peffer se corrige la GE por ensayo y error para llevarla a condiciones estándar. Finalmente ya teniendo GE a condiciones estándar se halla la gravedad API por medio de la fórmula:

     

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9. CONCLUSIONES 







Tomando como media de mayor confiabilidad la estimada por el método del termo hidrómetro se puede apreciar que el crudo DT03 está en el rango de los crudos llamados como pesados ya que tiene gravedad API menor que 22.7. La gravedad API es uno de los factores que nos permite inferir la calidad de crudo con el que se trabaja en la industria. Al corregir la °API por tablas o por fórmulas no se encuentra una diferencia significativa. La gravedad API se comporta de una manera inversamente proporcional a la gravedad específica.

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






El método del picnómetro no es tan confiable como los demás pues, genera grandes porcentajes de error. Un método directo como el termo hidrómetro es más efectivo en cuanto a la medición de la gravedad API. La presencia del crudo en forma de mezcla (petróleo + agua) incrementa el valor de la gravedad API. La gravedad API es una propiedad exclusiva de los crudos y sus derivados y a diferencia de la gravedad específica no es aditiva. Además incrementa ante un aumento de temperatura y viceversa.

10. ANEXOS

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Prueba del gravímetro realizada a las 3 muestras

Crudo DT03

Aceite Lubricante

Gasolina Corriente

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BIBLIOGRAFIA

Densidad y Gravedad Especifica, “Introducción al comportamiento de fluidos”; Programa de entrenamiento para operaciones de ducto.

FRANCO MUÑOZ, Julián Andrés. Guías de Laboratorio de propiedades del petróleo. Mc CAIN, William D. The propierties of Petroleum fluids. 2da edición. Penn Well Books. 1990. Cap 8. Pág 224-226.

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