Bienvenidos comunidad científica y en general. En esta oportunidad me place en introducirlos en el mundo de la ingeniería específicamente en el área del petróleo y sus derivados.

OBJETIVO

Realizar la caracterización físico-química de un crudo y de sus derivados (lubricante) con el fin de determinar la gravedad API y su densidad.

INTRODUCCIÓN

Para comprender el contexto del material es importante algunos términos claves:

Densidad

Se define como la masa por unidad de volumen de una sustancia a temperatura y presión determinada. El método más comúnmente utilizado para determinar la densidad del crudo es el método del picnómetro y se emplea la siguiente ecuación:

Donde

ρ: Densidad del crudo a la temperatura deseada (g/cc)
Wop: Peso del picnómetro con el crudo (g)
Vp: Volumen del picnómetro (cc)
Wp: Peso del picnómetro vacío (g)

Gravedad específica

Se conoce también como peso específico o densidad relativa y es la relación del peso del volumen de crudo dado a 60 ºF y el peso de un volumen igual de agua a la misma temperatura. Los datos deben ser referidos a 60 ºF (15.56 ºC) para todos los productos, menos para los asfaltos y aceites para carreteras.

Donde

γo: Gravedad específica
ρo: Densidad del crudo a 60 ºF (g/cc)
ρw: Densidad del agua a 60 ºF (g/cc)

Gravedad API

Es una escala empírica (la más usada en la industria del petróleo), calibrada en grados que relaciona la gravedad específica; los grados API (American Petroleum Institute) denotan la fluidez de los crudos. Se determina a través de la siguiente ecuación:

Como resultado de esta relación, es lógico que mientras mayor sea la gravedad específica de un producto menor será de gravedad API. La gravedad API es determinada por un hidrómetro que flota en el producto, éste indica el punto al cual el nivel del producto intercepta la escala de hidrómetro.

Clasificación del petróleo según la gravedad API

Crudos livianos: Hidrocarburos líquidos que tienen una gravedad comprendida en el rango de 30 a 40 ºAPI. Poseen un alto contenido de componentes volátiles.
	Crudos medianos: Hidrocarburos líquidos que tienen una gravedad comprendida en el rango de 22 a 29,9 ºAPI.
Crudos pesados: Hidrocarburos líquidos que tienen una gravedad comprendida entre 10 a 21,9 ºAPI.
	Crudos extrapesados: Hidrocarburos que tienen una gravedad menor o igual a 9,9 ºAPI. Tienen bajo contenido de componentes volátiles y su correspondiente alto contenido de resinas y asfaltenos.

Materiales, equipos y sustancias

• Hidrómetros
• Termómetros
• Cilindro cuadrado
• Picnómetro de vidrio
• Balanza analítica
• Muestra de crudo a analizar
• Aceite lubricante de motor

Medición de la gravedad API a través del método ASTM D 287

Agregamos la muestra en el cilindro cuadrado. Tomamos la temperatura de la muestra a analizar, este es un parámetro netamente importante en la lectura de la gravedad API, ya que si recordamos los ºAPI es función de la densidad y ésta a su vez es función de la temperatura. Luego sumergimos el hidrómetro en la muestra dejándolo descender suavemente, una vez en reposo lo presionamos hasta que descienda dos divisiones de la escala y lo dejamos flotar libremente. Por último leemos la gravedad API, que es el punto donde el nivel del líquido intercepta la escala de hidrómetro y nuevamente medimos la temperatura de la muestra. Para terminar corregimos la medición de la temperatura estándar de 60 ºF a través de los factores de corrección.

[Imagen propia]

Medición de la densidad a través de método del picnómetro

En primer lugar debemos pesar el picnómetro y después llenarlo con la muestra y colocar su tapa, es importante que el líquido salga por el orificio de la tapa. Luego pesamos el picnómetro lleno y determinamos la densidad del crudo a temperatura ambiente tal como se plantea en la ecuación. Por último colocamos el picnómetro con la muestra en un baño de circulación a la temperatura de 100 ºF y 130 ºF, luego se deja enfriar y se pesa nuevamente.

[Imagen propia]

TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

Tabla 1. Determinación de la gravedad API (Método del Hidrómetro)

Para analizar el efecto de la temperatura sobre la densidad se obuvieron los siguientes resultados, esto se realizó para la muestra de crudo.

Tabla 2. Determinación de la densidad a temperatura ambiente (Método del Picnómetro)

Muestra	Masa del pic vacío (g)	Masa del pic lleno (g)	Volumen del pic (cc)		ºAPI
Crudo	22,6085	45,0952	25	0,8995	25,81

Tabla 3. Determinación de la densidad a Temperatura 100 °F (Método del Picnómetro)

Muestra	Masa del pic vacío (g)	Masa del pic lleno (g)	Volumen del pic (cc)		ºAPI
Crudo	22,6085	44,9963	25	0,8955	26,51

Tabla 4. Determinación de la densidad a Temperatura 130 °F (Método del Picnómetro)

Muestra	Masa del pic vacío (g)	Masa del pic lleno (g)	Volumen del pic (cc)		ºAPI
Crudo	22,6085	44,6425	25	0,8814	29,04

Pic: Picnómetro

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Gravedad ºAPI

Se observó que la muestra de crudo presentó una gravedad de 27,95º API, por lo tanto se clasifica como un crudo mediano según escala internacional, mientras que el lubricante es un producto liviano con 32,5º API. El lubricante por tratarse de un producto parafínico, resultado del procesamiento y destilación de crudos obtuvo mayor grado API (en vista que el lubricante no es un crudo no debe ser clasificado como crudo liviano, sin embargo su valor es indicativo de densidad y composición química). La gravedad API que se observa en la tabla 1 se obtuvo directamente con la lectura del hidrómetro, el cual se basa en el principio de Arquímides, que explica que mientras mayor densidad tenga el fluido el instrumento se hundirá menos, por lo tanto el valor API obtenido por intersección del fluido y escala graduada será menor.

En el gráfico 1 se muestra la gravedad API del crudo y el lubricante para una temperatura antes y después de introducir el hidrómetro en la muestra. Dado que los hidrómetros son calibrados por su fabricante a la temperatura estándar (60 ºF), cuando se mide el valor de la gravedad API a una temperatura diferente el valor calculado debe ser corregido. Cuando la temperatura de la muestra es menor a la temperatura estándar (60ºF), el incremento de temperatura de corrección provocará un aumento en la gravedad API. Pero cuando la temperatura de la muestra es mayor a la estándar, el decremento de la temperatura de corrección provocará una disminución en la gravedad API.

Para las correcciones se usa la siguiente gráfica

Fuente

Densidad

Se pudo observar que a medida que se incrementaba la temperatura al crudo menor era la densidad obtenida (gráfico 2). Al incrementar la temperatura las moléculas del crudo se separan porque se debilita la fuerza intermolecular, por lo que el desorden molecular es mayor, es decir mayor entropía, por lo tanto hay una expansión en volumen donde se mantiene constante la masa y, por consiguiente, basándose en la ecuación ρ= m/v donde se demuestra que el volumen es inversamente proporcional a densidad, ocurre una disminución de esta propiedad, lo que acaece una variación composicional del crudo. La relación densidad y gravedad API también es inversamente proporcional, por ello se observa un aumento progresivo de los ºAPI a medida que aumenta la temperatura.

Gráfico 2. Comportamiento de la densidad de un crudo con respecto a la temperatura [Fuente propia]

CONCLUSIONES

1. La muestra de crudo analizada se clasifica según escala internacional como mediano y el lubricante liviano, por su gravedad API.
2. La gravedad API preestablece la calidad de los crudos, determinando su clasificación y precio en el mercado.
3. El aumento de la temperatura provoca la expansión del volumen del crudo y disminución de su densidad, por consiguiente el aumento de su gravedad API.
4. Al aumentar la temperatura en un crudo ocurrirá una variación en su composición haciéndose más liviano.

IMPORTANCIA DEL TEMA A LA INDUSTRIA

Conocer la densidad o gravedad API del crudo y sus derivados es de suma importancia para la conversión de volúmenes medidos a temperatura estándar para la comercialización de los productos, además que radica sobre el punto de vista de la calidad. Se puede saber la composición del crudo y determinar si es necesario enviarlo a una refinería o considerarlo un producto en particular, ya que los productos parafínicos tienen gravedad API altas en comparación con los productos nafténicos. Los resultados son trascendentales para fines de marketing ya que potenciales compradores suelen buscar crudo de calidad para satisfacer sus propósitos.

REFERENCIAS

• ACOSTA, R. (2000). Propiedades de los Hidrocarburos. Ingeniería de Petróleo. Guía teórico/practica.

• PDVSA, Petróleo de Venezuela S.A. Tipos de Crudo. [Documento en línea].Disponible: http://www.pdvsa.com/PESP/Pages_pesp/aspectostecnicos/produccion/tipos_crudos.html

• LEE, M. (2011). Métodos de determinación de la calidad del petróleo. [Documento en línea]. Disponible: http://www.ehowenespanol.com/metodos-determinacion-calidad-del-petroleo-info/

"Saber y saberlo demostrar es valer dos veces"

Baltasar Gracián