PRACTICA N°4 METODO ESTANDAR PARA DETERMINAR LA PRESION PRESION DE VAPOR DE LOS DERIVADOS DEL PETROLEO (METODO REID) ASTM (D 323-90)
GERALDINE HERNANDEZ AVILA CÓD. 20121111098 FELIPE PERDOMO BARRERA CÓD. 2010296085
TRABAJO PRESENTADO EN LA ASIGNATURA CRUDOS Y DERIVADOS CODIGO BEINPE10-123056 GRUPO 03 PROFESOR: HAYDEE MORALES
UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE PETROLEOS NEIVA, SEPTIEMBRE 2014
INTRODUCCIÓN El petróleo como sus derivados son muy importantes a nivel Industrial y doméstico. Entre los derivados más importantes se encuentra las gasolinas y el A.C.P.M., pues su uso está ligado principalmente al funcionamiento de motores, razón por la cual es indispensable conocer las propiedades intensivas y extensivas que nos permitan conocer su comportamiento. Para que se dé La reacción de combustión interna en los motores, además de contar con un combustible, necesitamos que este posea propiedades específicas (alto contenido de volátiles) que a condiciones del motor puedan crear una mezcla con el aire presente, para el encendido del motor. La presión de vapor Reid es el factor principal en la determinación, tanto del taponamiento por vapor como de las características de encendido en frío de la gasolina, aunque no es el único combustible empleado. La aplicabilidad industrial más importante de esta prueba es en cuanto a almacenaje y transporte, pues la gasolina tiene dentro de su composición grandes fracciones de butanos, pentanos entre otros compuestos y sustancias que presentan una alta volatilidad y desde luego una alta presión de vapor lo que afecta el buen encendido en frio, y además si no existieran dichas fracciones volátiles sería difícil vaporizar las gasolinas en la suficiente concentración para producir una mezcla combustible de aire y la misma a bajas temperaturas. En las refinerías, principalmente, la prueba de presión de vapor sirve para establecer y mantener la calidad de la gasolina.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar la presión REID de los derivados del petróleo, volátiles y no viscosos. Excepto gases licuados y combustibles oxigenados.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer la manera sencilla y esencial la aplicabilidad industrial de esta experiencia, debido a que las gasolinas en general, han sido sometidas a diversos procesos para su refinamiento, que le brindan una mejor calidad elevando su costo y haciendo su uso un poco exclusivo. Identificar algunas características características relacionadas con el posible efecto que posee una determinada sustancia con el medio ambiente, y así mismo tener cuidado con el manejo que se le vaya a dar dependiendo de qué tan importante sea esta sustancia a nivel industrial y comercial.
Manejar
los
conceptos
de
presión
de
vapor
de
las
mezclas.
MARCO TEÓRICO Si se coloca cierta cantidad de un líquido puro en un recipiente cerrado, con volumen mayor que el del líquido, una porción de él, se evaporara hasta llenar con vapor todo el volumen restante y alcanzar el equilibrio entre la fase liquida y gaseosa (equilibrio dinámico). Esta fase gaseosa ejerce una presión sobre las paredes del recipiente y nos muestra una presión de vapor a las condiciones de temperatura que se encuentra el sistema. Existen diversos métodos para calcular la presión de vapor entre ellos tenemos: Ley de Raoult: la PV puede calcularse por la suma de los productos de la fracción molar de cada componente en la muestra por la presión de vapor del componente puro.
Cartas de Cox: estas cartas son simplemente una gráfica de presión de vapor contra temperatura y muestra líneas que corresponden a sustancias puras determinadas, principalmente hidrocarburos; describe el comportamiento de la presión de vapor a medida que cambian las condiciones de temperatura.
Ecuación de Van Hoff: esta ecuación relaciona las constantes de equilibrio, el ∆Hm de la reacción de dos componentes en una mezcla. Se expresa:
( ) Ecuación de Claussius –Klapeyron: expresada por
( ) La presión de vapor Reid (PVR) es una medida de la tendencia de los componentes más volátiles del crudo a evaporarse; su análisis y medición se lleva a cabo a una temperatura de 100°F (37.8°C)+/- 1°C y sus unidades son psi.
PROCEDIMIENTO
Enfriar las muestras en recipientes, llenados hasta 103ml de capacidad a una temperatura de 32-34 °F. Agitar las muestras e introducirlas en un congelador, pasados 2 minutos repetir el procedimiento descrito y dejar las muestras enfriar hasta que comience la prueba, en este caso la segunda prueba se realiza con 70% varsol 30% gasolina Colocar la cámara de gasolina abierta y la conexión de transferencia en el congelador por más de 10 minutos. Calentar el baño a una temperatura de 100°F. Purgar el manómetro y la cámara de aire Tomar la muestra depositada en la cámara de gasolina y conectarla con la cámara de aire en el menor tiempo posible Tomar lecturas transcurrido 10 minutos Agitar por un minuto y toma toma nueva lectura, repetir el proceso con intervalos de tiempo cada vez menores, hasta que sea constante. Repetir el proceso para la segunda muestra.
TABLA DE DATOS Y MUESTRA DE CALCULOS Algunos valores teóricos encontrados para la presión de vapor Reid fueron: Presión de vapor REID (Psi) a 37,8 C Derivados Gasolina Corriente
Métodos
Máxima Presión (Psi)
ASTM (D 323)
9.0
Presiones manométricas registradas:
No. De Lectura
Temperatura 0F
Presión manométrica (Psi)
Tiempo para la lectura
100 3,9 10 100 5,1 5 100 5,1 3 Tabla No. 1 Datos de presión de vapor Reid para la gasolina corriente 1 2 3
No. De Lectura
0
Temperatura F
Presión Manométrica (Psi)
Tiempo para la lectura
100 1,3 10 100 1.9 5 100 1.9 3 Tabla No. 2 Datos de presión de vapor Reid para una mezcla de gasolina corriente y varsol al 70% 1 2 3
Los valores de presión de vapor reportado en campo deben tenérseles en cuenta la presión de lugar, la cual es de 722 mmHg
Cada presión registrada en el laboratorio corresponde a presiones manométricas
Para la gasolina corriente:
Para la mezcla de gasolina y varsol al 70% de cada una:
Porcentaje de error:
| | Gasolina corriente (dato tomado de la tabla de especificaciones para la gasolinaEcopetrol)
| | Para hallar la presión del vapor del xileno se utiliza la correlación de Raoult
Para hallar
se debe hallar la fracción en volumen
Sustancia Gasolina corriente Varsol
Volumen(ml) 30,9 72,1
Fracción(x) 0,3 0,7
Como en la primera prueba se obtiene la presión de vapor de la gasolina corriente y luego se hizo lo mismo para la mezcla, despejamos de la formula quedando:
Entonces
Muestra
Pv (psi)
Pv(psia)
Gasolina Corriente
5,1
19,06
Gasolina corriente + Varsol Varsol
1,9
15,86
0,528
14,488
RESULTADOS
Los resultados obtenidos durante el desarrollo de la prueba, muestra un comportamiento cambiante entre la presión de vapor arrojada para la gasolina corriente y la presión de vapor de la mezcla entre 70-30% de varsol y gasolina corriente respectivamente. Podemos deducir que la variación de estas presiones se debe a que al ser esta una propiedad aditiva se obtendrá la suma de las las presiones de vapor ejercidas por cada sustancia. Al verificarse los porcentajes de error erro r en comparación con los datos generales de la presión de vapor de la gasolina corriente y mezcla de gasolina-varsol hallado en la internet se puede determinar que: Es de gran importancia la acción de agitación en la prueba, ya que esta agitación de las sustancias dentro del ensamblaje de las cámaras de aire y gasolina debido a que según la intensidad de la agitación se podía obtener una mayor o menor presión de vapor, es decir que se presenta una relación directa entre estas. En la mezcla de gasolina corriente y varsol se reportó una menor presión de vapor, que sería lo ideal, ya que es bien sabido que por la cantidad de volátiles que se encuentran presentes en ellas y además con el conocimiento del valor general encontrado de la presión de vapor del varsol se puede concluir que este tiene una menor presión de vapor. Los valores obtenidos de presión de vapor difieren un poco con los obtenidos en la práctica porque se encuentra muy presente el error en la agitación de las muestras además de obtener pequeñas diferencias de temperaturas en el baño de agua. Se puede apreciar notablemente las diferencias entre los valores reales y los valores obtenidos en el laboratorio, esto puede deberse a errores en el procedimiento, errores de medición a las condiciones de almacenamiento de las sustancias en el laboratorio, así como la presencia de contaminantes en ellos.
CUESTIONARIO
1. ¿Cuál ¿Cuá l es la repetibilidad y reproducibilidad de esta determinación? Repetibilidad: La diferencia en los resultados entre dos pruebas consecutivas, por el mismo operador, con los mismos parámetros, bajo condiciones de operación constantes, en idénticos materiales de prueba. No debe exceder los siguientes valores en un caso entre un número determinado de pruebas. -(0-15 psi / 0-100 kpa), % error 0.25 (1.7Kpa) -(0-45 psi / 0-200 kpa), % error 0.5 (3.4Kpa) Reproducibilidad: la diferencia entre dos resultados independientes, obtenidos por diferentes operadores, trabajando en laboratorios distintos, no deben exceder en los siguientes valores en un caso entre determinado número de pruebas. -(0-15 psi / 0-100 kpa), % error 0.55 (3.8Kpa) -(0-45 psi / 0-200 kpa), % error 0.8 (5.5Kpa) 2. ¿defina ¿def ina presión de vapor y presión de vapor REID? La presión de vapor es la presión de un sistema cuando el sólido o líquido se hallan en equilibrio con su vapor. Los vapores y los gases, tienden a ocupar el mayor volumen posible y ejercen así sobre las paredes de los recintos que los contienen, una presión también llamada, fuerza elástica o tensión. Para determinar un valor sobre esta presión se divide la fuerza total por la superficie en contacto. Presión de vapor REID: Es igual que la presión de vapor pero su diferencia radica en que no es a una temperatura cualquiera sino a 100 ªF (37.8 ºC) y que evalúa la presión de gasolinas y otros productos del petróleo volátiles. 3. ¿Qué modificaciones deben hacer al método para gasolinas de aviación con PVR próximo a 7 psi? Las modificaciones que se deben hacer, es realizar la prueba a las condiciones de vuelo, es decir, improvisar un laboratorio en un avión a la presión y temperatura a esa altura para evaluar el comportamiento de la sustancia.
Por otro lado es obvio que la gasolina de avión tiene una mayor combustión por lo tanto para no tener problemas agregar gasolina con una presión de vapor más baja para equilibrar un poco la combustión y no tener complicaciones en el vuelo.
4. ¿Cuál es la aplicabilidad industrial de esta determinación en cuanto al almacenaje y transporte? El crudo es frecuentemente almacenado en tanques expuestos al calor del sol. La presión de vapor del crudo a la entrada del tanque puede ser menos que la atmosférica, de esta manera inicialmente no ocurre la evaporación; pero como el tanque absorbe el calor del medio ambiente, la presión de vapor del aceite se incrementa y puede llegar a ser mayor que la atmosférica, comenzando la evaporación. Como se ha observado, la presión de vapor se incrementa cuando la temperatura se eleva, una mezcla de hidrocarburos que tiene una presión de vapor menor que la presión atmosférica, puede entrar a un tanque atmosférico sin que ocurra la vaporización, sin embargo si los liquidos absorben el suficiente calor del medio para incrementar su temperatura durante su transporte transporte llevaran una fracción de gas a su almacenamiento. En cuanto se mayor su presión tendremos mayor cantidad de pérdidas por evaporación y por consiguiente mayor será el peligro para producirse un incendio.
5. ¿Cuál es la relación entre la presión parcial de los gases y la solubilidad del gas? Es una relación directamente proporcional, puesto que a medida que incrementa la presión parcial de los componentes de un derivado del petróleo o incluso de este mismo, los gases se liberan con mayor facilidad y su velocidad en los choques intermoleculares aumenta, produciendo un gran desbordamiento de este. 6. ¿Cuáles ¿Cuá les son las modificaciones para presiones mayores de 26 psi? Lo único que debemos variar es la cámara de gasolina por una cámara de dos aberturas. La muestra se debe mantener a una temperatura suficientemente alta para superar la presión atmosférica pero no muy por encima de 100°F.
7. ¿Qué modificaciones deben hacerle al procedimiento de prueba, si la bañera es horizontal? Mientras se tiene el aparato verticalmente, de inmediato se reconecta la tubería espiral. Incline el aparato a 30° hacia abajo por 6 segundos para permitir que la la muestra fluya dentro de la cámara de vapor. Ponga el aparato armado en el baño de agua que se se mantuvo mantuvo a 100°F de tal manera que el fondo de la cámara de gasolina toque el suelo y el otro lado lado del aparato se mantenga sostenido.
CONCLUSIONES
Se observó que al realizar las distintas agitaciones de la muestra la presión de vapor aumentaba en cierta medida hasta que llegaba a un valor en que permanecía constante, en ese momento se puede decir que hemos llegado al equilibrio liquido-vapor de la muestra. Se determinó experimentalmente le presión de vapor Reid para la gasolina corriente y para una mezcla de esta con varsol, lo que demostró que, el efecto del solvente y la temperatura afectan la presión de la sustancia al compararla con la obtenida en estado puro, ratificando así la naturaleza coligativa de la presión de vapor En la prueba se tomaron conceptos como la ley de Raoult para determinar la presión de vapor de la mezcla, así como de cada uno de los componentes puros dependiendo de que se quiera hallar, se debe tener en cuenta la fracción molar que es calculada fácilmente al medir los volúmenes iniciales de las sustancias en la mezcla. Con la realización de esta práctica se pudo constatar que todos los los derivados del petróleo tienen diferentes propiedades, en este caso la presión de vapor REID, que no es más que la tendencia de los líquidos a vaporizarse, las moléculas buscan escapar hacia la atmósfera ejerciendo así una presión sobre las paredes del recipiente (manómetro) permitiéndonos así medir esta presión.
BIBLIOGRAFIA
HIMMELBLAU. DAVID M. Principios Básicos y Cálculos en la Ingeniería Química. 6ta edición. 2002. Capítulo 4: Gases, Vapores, Líquidos y Sólidos pag. 313 Petroleum Engineers Handbook, Howard.B. Bradley. Richardson, Richardson, Texas: Society of Petroleum Engineers. Presiones parciales, ecuación de Raoult, McCain properties of fluids, Pág. 348. ASTM, Standards petroleum petroleum Products and Lubricants (ASTM D 323-90)
