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Universidad De Oriente Núcleo De Monagas Escuela De Ingeniería De Petróleo

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS (SOLUCIONES SALINAS Y CRUDO)

Profesora:

Bachilleres:

Grupo Nro. 4

Maturín; Marzo 2014

DESARROLLO

 Propiedades de las soluciones salinas. 1. Densidad y gravedad especifica.

1.1.

Método del picnómetro.

Densidad de la solución (Psol) =

Se preparó una solución salina al 5% para llevar a cabo cada uno de los experimentos.

Tabla 1.1.1 característica del picnómetro

Volumen picnómetro (ml) Peso picn vacio (g) Peso picn lleno (g) T ambiente, C Densidad (g/cm3)

50.5791 38.0954 90.2175 24.7 1,0305

Tabla 1.1.2 Resultados de densidad de la solución salina en función de la temperatura.

C 29 32 35 38

 Cálculos:

Peso picn, g 90,0851 90,0380 89,8943 89,7650

Densidad, (g/cm3) 1,0279 1,0270 1,0241 1,0216

 sol =

= 1,0305 g/ml

 sol =

= 1,0279 g/ml

@ 29 C

@

 sol =

= 1,0270 g/ml

 sol =

= 1,0241 g/ml

 sol =

= 1,0216 g/ml

C

Grafica

Densidad vs Temperatura 1.032 1.03 1.028 1.026 1.024 1.022 1.02 1.018 1.016

Densidad

24.7

29

32

35

38

Análisis El método del picnómetro se aplicó usando una solución salina al 5% de concentración. En la tabla 1.1.2 se observa claramente que con el aumento de la temperatura hay una reducción en la masa y densidad de la solución. Durante el baño termostático al que dicha solución fue sometida, se trabajó con aumentos graduales de temperatura, observándose que a medida que esta aumentaba el peso de la solución en el picnómetro (medido en la balanza analítica) disminuía y puesto que el picnómetro posee un volumen constante, la relación masa/volumen era cada vez menor originando una disminución de la densidad de la solución. En la gráfica se evidencian los resultados obtenidos en la tabla anterior en donde se observa una pequeña variación en la temperatura de 32 esto puede que se deba a que se retiro el picnómetro antes de que alcanzaran los 32 , ó a que no se seco bien el picnómetro antes de pesarlo. Los valores de densidad nunca llegarán a ser cero, porque sólo el agua tiene una densidad igual a uno, entonces es lógico pensar que la solución por poseer un porcentaje de sal debería tener concentraciones mayores a uno.

1.2.1.

Método de la Balanza Hidrostática.

Gravedad especifica de la solución:

G.E. =

Dónde: m1 = masa de la pesa al aire (g). m2 = masa de la pesa sumergida en la solución (g). m3= masa de la pesa sumergida en agua destilada (g).

Densidad del Agua:

 agua = -5,25 x 10-6 T2 + 1,5 x 10-5T + 1 Dónde: Pagua = densidad del agua (g/ml). T = temperatura ( C )

Densidad de la solución:

  GE *  H

2O

Tabla 1.2.1 Datos y resultados obtenidos con la balanza.

Peso Nominal, (g) Peso en el agua destilada, (g) Peso en el Aire, (g) Peso en la muestra, (g) Gravedad Especifica Densidad (g/cm3)

100 88,31 100,05 87,88 1,0366 1,0336

24,8 C 24,3 C



Caculos

Gravedad Específica:

GE =

= 1,0366

Densidad del Agua:

 agua = -5,25x10-6 (24,8)2 + 1,5x10-5 (24,8) + 1  agua = 0,9971 g/ml Densidad de la solución:

sol = 1,0366 x 0,9971 = 1,0336 Análisis En la tabla 1.2.1 se observa claramente que cuando la pesa es sumergida en la solución salina disminuye su masa, esto es debido al principio de Arquímedes, que establece que a mayor densidad hay mayor reducción del peso aparente del objeto. Para el caso del agua destilada se obtiene un valor mayor debido a que su densidad es menor que la de la solución salina. Este método fue el que arrojó los valores de densidad más alejados en comparación a los antes calculados, lo cual se debe al porcentaje de error que posee la balanza sumado a los posibles errores cometidos durante la medición.

2. Resistividad de la solución salina.

2.1.

Método de determinación de cloruro.

Volumen Inicial, ml Normalidad

1,95 0,0835

Concentración, mg/l

Volumen Final, ml

3,14

Volumen Gastado, ml

1,19

B

ppm 5807,1658



Cálculos:

C NaCl 

N AgNO3  V AgNO3 Vsolución

 58442.77

Dónde: C NaCl : Concentración de sal (ppm) V AgNO3 : Volumen del nitrato de plata gastado (ml)

Vsolución : Volumen de solución titulada (ml) N AgNO3 : Normalidad del nitrato de plata

C NaCl

= Análisis

Un mililitro de la muestra problema “B” fue titulada usando cromato de potasio como indicador, se introdujo un agitador magnético y se fue agregando nitrato de plata hasta obtener un color rosa pálido. Una vez obtenido el volumen gastado de nitrato se procedió a aplicar la correlación, usando un valor de temperatura medida en un beaker que contenía cierta cantidad de la muestra problema. A través de este método se mide sólo la conductividad de los iones cloruro, por lo tanto, esta debería tener un valor pequeño lo que traería como resultado un valor alto de resistividad puesto que la resistividad es inversamente proporcional a la conductividad. En este caso no se cumplió esa condición teórica, puesto que sumado a los errores de medición, hubo repetidas interrupciones durante el desarrollo de la práctica.

2.2.

Método Directo (conductimetro)

Tabla 2.2.1 conductividad y resistividad a diferentes temperaturas Temperatura C Conductividad, ms/cm Resistividad, ohm.m 25,3

5,20

1,9231

27,3

5,38

1,8587

29,3

5,59

1,7889

31,3

5,77

1,7331

33,3

5,97

1,6750

35,3

6,24

1,6026

37,3

6,43

1,5552

39,3

6,62

1,5106

Graficas

Conductividad vs Temperatura 7 6 5 4 Conductividad

3 2 1 0 25.3

27.3

29.3

31.3

33.3

35.3

37.3

39.3

Resistividad vs Temperatura 2.5 2 1.5 Resistividad

1 0.5 0 25.3

27.3

29.3

31.3

33.3

35.3

37.3

39.3

Análisis En la tabla 2.2.1 se muestran los valores de conductividad obtenidos mediante el conductìmetro a diferentes temperaturas y los respectivos valores de resistividad (inverso de la conductividad). En la grafica se puede observar claramente que a medida que aumenta la temperatura también se produce un aumento en la conductividad de la solución, esto ocurre debido a que los iones contenidos en ésta se excitan ocasionando una mayor energía cinética entre las

moléculas existentes en la solución salina. Debido a que la resistividad es el inverso de la conductividad esta disminuye a medida que aumenta la temperatura como se muestra en la grafica de resistividad. Ya que ningún material puede llegar a ser totalmente conductivo la resistividad no podrá ser nunca cero.

2.3.

Método del refractómetro. Concentración, mg/ml

B

nD, adim

B:1,3342

TC

25,3

Tabla 2.3.1 Curva de calibración (método de refracción) ppm nD, adim 0 1,3332 2000 1,3338 4000 1,3339 6000 1,3341 8000 1,3346 10000 1,3351

Grafica

Curva de Calibracion 1.3355 1.335 1.3345 Curva de Calibración

1.334

nD, adim

Polinómica

1.3335 1.333

y = 2E-05x2 + 0.0002x + 1.3331 R² = 0.9624

1.3325 1.332 0

2000

4000

6000

ppm

8000

10000

Análisis En esta gráfica se observa como el índice de refracción aumenta con la concentración, esto se debe a que él esta en función de la velocidad de propagación de la luz en el vacío, y de la velocidad de propagación en el medio. La velocidad de propagación en el medio se ve afectada con la concentración, puesto que a menor concentración existirá una propagación de luz más rápida trayendo como consecuencia un índice de refracción menor.

 Propiedades Del Crudo Para los cálculos de las propiedades del crudo usamos los datos de muestras pre-establecidas por la profesora para cada grupo, ya que por cuestiones ajenas a nuestras intenciones, no pudimos completar las mediciones del método del picnómetro; aun teniendo completado los cálculos de los métodos del hidrómetro y de la balanza hidrostática, esto es para que a la hora de comparar los métodos no tener una variación excesiva de los cálculos debido a la diferencia de muestras.

1. Densidad y Gravedad API 1.1.

Método del Picnómetro

Muestra de Cálculos Volumen del Picnómetro (ml)

49,5191

Masa del Picnómetro vacio (g)

36,0941

Densidad del fluido: –

ρsol =

@ T = 22,5 °C ρ=

= 0,9279

@ T = 29 °C ρ=

= 0,9250

ρ=

= 0,9225

ρ=

= 0,9205

@ T = 32 °C

@ T = 35 °C

@ T = 38 °C ρ=

= 0,9185

Gravedad especifica: ρf = G.E

ρagua = ρagua = ρagua =

@ T = 22,5 °C G.E = @ T = 29 °C G.E = @ T = 32 °C G.E = @ T = 35 °C G.E =

ρagua

G.E =

@ T = 38 °C G.E =

Grados API: °API = @ T = 22,5 °C °API = @ T = 29 °C °API = @ T = 32 °C °API = @ T = 35 °C °API = @ T = 38 °C °API =

Tabla de Datos

Temperatura (°c) Masa (g) Densidad (g/ml) G.E °API@ T Clasificación

22,5 82,0414 0,9279 0,9305 20,6

29 81,8984 0,9250 0,9276 21,0

32 81,7770 0,9225 0,9251 21,5 Mediano

35 81,6789 0,9205 0,9231 21,8

38 81,5764 0,9185 0,9211 22,1

Grafica

Densidad vs Temperatura 0.93 0.928 0.926 0.924 0.922 0.92 0.918 0.916 0.914 0.912

Densidad

22.5

29

32

35

38

Análisis En la tabla de datos se observan los valores de densidad obtenidos a temperatura ambiente y a cuatro temperaturas diferentes las cuales se obtuvieron luego de que el picnómetro fuera sometido a un baño termostático y luego pesado en la balanza analítica. Se observa claramente una disminución en la densidad. Esto ocurre debido a que a medida que aumenta la temperatura provoca que las moléculas, que se encuentran totalmente unidas o arregladas en las cadenas carbonadas del petróleo, se comiencen a separar o alterar, logrando que este fluido se expanda y aumente su volumen. El aumento en el volumen provoca que la muestra se derrame por el capilar ocasionando pérdida de masa y por consiguiente una reducción en la densidad. Tomando en cuenta la definición de densidad, se puede explicar lo ocurrido; la densidad y la masa son directamente proporcionales, por lo que al disminuir una al igual lo hará la otra. En el gráfico de la densidad en función de la temperatura, se puede apreciar la proporcionalidad inversa de estas propiedades, como fue expuesto anteriormente.

1.2.

Método de la Balanza Hidrostática

Muestra de Cálculos Gravedad Específica: G.E. = Dónde: m1 = masa de la pesa al aire (g). m2 = masa de la pesa sumergida en la solución (g). m3= masa de la pesa sumergida en agua destilada (g).

G.E =

Densidad del Agua:

 agua = -5,25 x 10-6 T2 + 1,5 x 10-5T + 1 Dónde: Pagua = densidad del agua (g/ml). T = temperatura ( C )

ρagua =

Densidad del fluido:

  GE *  H ρf = Gravedad API: °API =

2O

°API =

Tabla de datos Pesa nominal (g) 100,0 Densidad (g/ml) Clasificación

Temperatura (°C) 24,5 0,8827

m1 (g) m2 (g) 100,07 89,66 °API@T Mediano

m3 (g) 88,31

G.E 0,8852 28,4

Análisis En la tabla de datos se encuentran reflejados los resultados obtenidos mediante el método de la balanza hidrostática. Según el principio de Arquímedes a mayor densidad hay mayor reducción en el peso aparente del objeto, por lo tanto, el peso del objeto sumergido en el crudo (m2) va a ser mayor que el obtenido cuando es sumergido en el agua (m3). Esto se debe a que el agua es más densa que la muestra de crudo, consecuentemente provoca una mayor disminución en el peso aparente del objeto. La masa de la pesa en el aire es un poco superior que la real debido a errores de calibración del instrumento o de la apreciación humana al realizar la medición.

1.3.

Método del Hidrómetro

Muestra de cálculos

G.E medida con el Hidrómetro Temperatura (°C) Temperatura (°F)

Gravedad API: °API =

°API =

0,927 22,4 72,3

Densidad del fluido:

  GE *  H

2O

ρagua = ρagua = ρagua =

Grados API corregidos: 4

4

API 60 º F    a ij V j ( API sc )U i (T º F ) i 1 j 1

Donde: API 60 º F  : Gravedad API corregida a 60ºF V j : Polinomio j de Grado 3 en función de la Gravedad API

U i : Polinomio i de Grado 3 en función de la temperatura en ºF a ij : Coeficientes de la ecuación cúbica en función de la temperatura y la ºAPIsc

a11=10,5

a21=10,0

a31=9,0

a41=8,1

a12=29,7

a22=29,0

a32=27,7

a42=26,5

a13=39,8

a23=39,0

a33=37,5

a43=36,0

a14=50,0

a24=49,0

a34=47,2

a44=45,4

U 1 T   T  60 T  80 T  100  /  15000

U 2 T   T  50 T  80 T  100  / 8000

U 3 T   T  50 T  60 T  100  /  12000

U 4 T   T  50 T  60 T  80  / 40000

V1   API SC  29  API SC  39  API SC  49  /  21489

V2   API SC  10  API SC  39  API SC  49  / 3800

V3   API SC  10  API SC  29  API SC  49  /  2900

V4   API SC  10  API SC  29  API SC  39  / 7800

4

1

5

2

6

3

7

4

8

9

13

10

14

11

15

12

16

4

API 60 º F    aij V j ( API sc )U i (T º F )  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16 i 1 j 1

Análisis Para este método, se sumergió el hidrómetro en un cilindro graduado que contenía cierto volumen de la muestra de crudo y se observó la flotación del instrumento. Una vez más se evidenció el principio de Arquímedes el cual establece que el empuje, que es la fuerza que actúa hacia arriba, reduce el peso aparente del instrumento cuando este se encuentra en el fluido estudiado. A mayor peso del fluido menor será el empuje, por lo tanto se obtienen valores de gravedad específica mayores a medida que el crudo es más pesado.

La variación entre los valores de los grados API sin corregir y corregidos se debe a que en el primer caso se trabaja a temperatura ambiente (del laboratorio) igual a 72,3ºF y al momento de corregir se usa una temperatura de 60ºF, por lo tanto, al disminuir el valor de la temperatura disminuye el valor de los grados API. Según la clasificación de los crudos de acuerdo a su gravedad API, se trata de un crudo mediano.

Método más Confiable y Porcentajes de Error

Métodos

Densidad (g/ml)

Error (%)

Picnómetro

0,9279

0

Balanza Hidrostática

4,8712

Hidrómetro

0,3772

Consideramos el picnómetro como el método más confiable , debido a que este utiliza la balanza analítica , la cual es un instrumento muy preciso, debido a que permite reportar valores de 4 decimales, a la hora de medir los pesos de las muestras y además es de tipo digital. En relación al porcentaje de error se puede acotar que en este método el porcentaje de error es del 0% debido a que este fue el tomado como referencia para calcular el error., sin embargo ,el hidrómetro permite realizar mediciones de la gravedad especifica con 3 decimales, y es al igual que el picnómetro sumamente preciso, pero con la diferencia que el valor reportado con el hidrómetro, si se quiere, va a depender de la vista y de la posición que adopte cada persona a la hora de realizar la medición, razón por la cual solo se obtuvo un error del 0,3772%. Con un error del 4,8712% el método de la balanza hidrostática es el menos confiable ya que es un método artificial, porque pone en juego varias fuerzas como: el peso de la pesa, tensión de la cuerda y la fuerza de la solución(fuerza generada por la interacción molecular), la cual representa la normal, además de esto este método depende de la buena calibración que tenga el instrumento, y solo nos ofrece valores con 2 decimales, por todo esto no consideramos que dicho método sea el más preciso para determinar la densidad de nuestra muestra.

Conclusiones

 Alfredo Fajardo: o Como la resistividad es el inverso de la conductividad y ningún material puede llegar a ser totalmente conductivo la resistividad no podrá ser nunca cero. o A mayor concentración de una solución salina mayor será su densidad y menor será su temperatura o A medida que se incrementa la temperatura de una solución salina aumentara la conductividad y por ende disminuirá la resistividad. o A mayor gravedad específica de un crudo menor será su gravedad API. o El valor de los grados API obtenido mediante el método del hidrómetro resultó mayor al corregido, debido a la diferencia en las temperaturas de medición y corrección respectivamente. o A medida que se aumenta la temperatura del crudo en el método del picnómetro, la masa del mismo disminuye debido a la volatilidad del crudo y a la excitación de sus moléculas.

 Jorge Niño: o