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PRACTICA DE LABORATORIO MÉTODO ESTÁNDAR PARA LA DETERMINACIÓN DE PRODUCTOS DEL PETRÓLEO POR DESTILACIÓN ASTM (D86-90)

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OBJETIVOS

GENERAL: o Determinar el porcentaje y el rango de destilación de un crudo refinable.

ESPECIFICOS: o Lograr separar el crudo en mezclas menos complejas por medio de las diferencias de sus puntos de ebullición. o Construir la curva ASTM a partir de las temperaturas de ebullición volumétricas y los volúmenes determinados en el laboratorio y posteriormente corregidos a través de la aplicación de fórmulas y gráficas. o Obtener las temperaturas promedio molar, medio y en peso, los factores de caracterización koup, las pendientes, las gravedades especificas y los calores requeridos para cada una de las fracciones determinadas y en especial para el crudo. o Aprender a realizar el montaje de laboratorio, comprendiendo la importancia de cada uno de los pasos para su elaboración. o Comprender y analizar las medidas de seguridad a tener en cuenta en el laboratorio.

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ASPECTOS TEÓRICOS

Destilación: Es el proceso de separación físico en el que se aprovecha la diferencia de la temperatura de ebullición de los componentes de una mezcla. En este proceso el vapor de una mezcla líquida en ebullición, que será más concentrado en el componente de mayor volatilidad respecto de la concentración original del líquido, se transfiere a una superficie fría donde se condensa. Este método permite la purificación e identificación de líquidos. Todo aumento de temperatura que se provoca sobre el líquido produce un aumento en la energía cinética de sus moléculas y, por lo tanto, de su presión de vapor. Ésta se debe a la tendencia de las moléculas a salir de la superficie y es diferente para líquidos distintos. Cuando la presión de vapor es igual a la presión atmosférica, el líquido hierve. Si se trata de un líquido puro la temperatura se mantendrá constante durante toda le ebullición. Punto de ebullición: Puede referirse como la temperatura a la cual la presión de vapor de éste se equilibra con la presión atmosférica, en el caso de una mezcla la suma de las presiones parciales de los componentes debe igualarse a la presión externa. Punto seco: Es la lectura del termómetro que se observa en el momento que la última gota de líquido es evaporado del punto más bajo del balón de destilación. Cualquier gota en el lado del balón de destilación o en el termómetro, se desechan. El punto seco puede ser reportado en conexión con propósitos especiales de usados en la industria de la pintura. Punto de Descomposición: Es la lectura del termómetro que coincide con las primeras indicaciones (vapores) de la descomposición térmica del líquido en el balón de destilación. Porcentaje Recuperado: Es el volumen en mililitros de condensado observado en el recipiente recibidor graduado, en asocio con una lectura simultánea del termómetro. Porcentaje de recobro: Es el máximo porcentaje recuperado. Porcentaje total recuperado: Es la combinación del porcentaje de recobro y los residuos en el balón de destilación. Porcentaje de Pérdida: 100 menos el porcentaje total recuperado. Porcentaje de Residuo: Es el porcentaje total recuperado menos el porcentaje de recobro, o el volumen de residuo en milímetros si se mide directamente. Porcentaje Evaporado: Es la suma del porcentaje de recobro y el porcentaje de perdida. Destilación del petróleo:

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La refinación del petróleo se inicia con la separación del petróleo crudo en diferentes fracciones de la destilación. Las fracciones se tratan más a fondo para convertirlas en mezclas de productos con los derivados del petróleo netamente comerciables y más útiles por diversos y diferentes métodos, tales como craqueo, reformado, alquilación, polimerización e isomerización. De acuerdo a lo anterior los procesos de refinación del petróleo para tratar y poder transformar los diferentes derivados del petróleo son los siguientes:  Destilación (Fraccionamiento): Consiste en la separación de los componentes de una mezcla de líquidos por vaporización y recolección de las fracciones o cortes, que condensan en diferentes rangos de temperatura.  Reforma: La reforma es un proceso que utiliza calor, presión y un catalizador (por lo general contiene platino) para provocar reacciones químicas con naftas actualizar el alto octanaje de la gasolina y como materia prima petroquímica.  Craqueo (Agrietamiento): En el refino de petróleo los procesos de craqueo descomponen las moléculas de hidrocarburos más pesados (alto punto de ebullición) en productos más ligeros como la gasolina y el gasóleo.  Alquilación: Olefinas (moléculas y compuestos químicos) tales como el propileno y el butileno son producidos por el craqueo catalítico y térmico. Alquilación se refiere a la unión química de estas moléculas de luz con isobutano para formar moléculas más grandes en una cadena ramificada (isoparafinas) que se forma para producir una gasolina de alto octanaje.  Isomerización: La Isomerización se refiere a la reorganización química de los hidrocarburos de cadena lineal (parafinas), por lo que contienen ramificaciones unidas a la cadena principal (isoparafinas).  Polimerización: Bajo la presión y la temperatura, más un catalizador ácido, las moléculas de luz de hidrocarburos insaturados reaccionan y se combinan entre sí para formar moléculas más grandes dehidrocarburos. Este proceso con los suministros de petróleo se puede utilizar para reaccionar butenos con isobutanopara obtener una gasolina de alto octanaje. En la práctica realizamos la prueba de destilación más común en el mundo del petróleo que es la separación de fracciones del petróleo por torres de fraccionamiento. En esta, el petróleo asciende por la torre aumentando su temperatura, obteniéndose los derivados de este en el siguiente orden:

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1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Residuos sólidos Aceites y lubricantes Gasóleo y fuel Queroseno Naftas Gasolinas Disolventes GLP (Gases licuados del petróleo)

Tabla de puntos de ebullición algunas sustancias: SUSTANCIA Gasolina Kerosene ACPM Gasolina Liviana Aceite Lubricante Residuos

TEMPERATURA DE EBULLICIÓN (ºF) 160-350 300-400 450-575 375-850 500-1100 >1100

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PROCEDIMIENTO

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Tabla 1. Datos obtenidos en la prueba de destilación del crudo del Campo Dina Terciario. Volumen destilado (ml)

Temperatura ( °C)

1gota 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

78 80 86 92 98 102 108 114 124 128 132 140 144 150 154 160 162 172 188 200 210 210 214 220 224 210 194 178 182 178 158 156 218 178 174

35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62

162 154 140 138 150 114 120 130 135 150 160 175 180 210 220 230 235 240 245 250 255 260 260 255 250 248 245 243

Temperatura de laboratorio = 25 °C Volumen inicial de muestra = 100 ml Volumen destilado = 30 ml Volumen residuo = 67 ml

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CÁLCULOS

Corrección de la temperatura por presión:

La presión del laboratorio se tomó como la presión atmosférica de Neiva, tomando en en cuenta una temperatura promedio de 30°C y una altura de 442 m sobre el nivel del mar. Utilizando la ecuación de la ley de la distribución barométrica se tiene: 𝑃𝑖 = 𝑃𝑜𝑒 (

−𝑀𝑖.𝑔.𝑧 ) 𝑅𝑇

𝑃𝑖 = 96.4 𝐾𝑝𝑎 𝑃𝑖 = 723.06 𝑚𝑚𝐻𝑔 Ya que ⧋P < 150 mmHg con relación a la presión normal, utilizamos la ecuación de Sidney-Young para corregir las temperaturas de ebullición: 𝐶𝑐 = 0.00012(760 − 𝑃)(273 + 𝑡𝑐)

Donde, P es la presión barométrica, mmHg (723.06mmHg) tc es la temperatura de ebullición, °C 𝑡 𝑜 = 𝑡𝑐 ± 𝐶𝑐

Para la temperatura de ebullición tenemos: 𝐶𝑐 = 0.00012(760 − 723,06)(273 + 78) = 1,56 𝑡 𝑜 = 78 + 1,61 = 79,56

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Corrección del volumen por presión:

𝐿𝑖 𝑉𝑐𝑖 = 𝑉𝑑𝑖 + ( ) 𝑉𝑝𝑐 𝐿𝑡

Donde, Vci es el volumen corregido para cada fracción, Li corresponde al número de la lectura, Lt es el número total de lecturas, Vdi es el volumen destilado para cada lectura, Vpc es el volumen de perdida corregido. 𝑉𝑝𝑐 = 𝐴𝐿 + 𝐵 Donde: L es el porcentaje de pérdida calculada de los datos de prueba, A y B corresponden a las constantes usadas para corregir pérdidas en destilación hasta condiciones de presión normal; Presión, mmHg 720 723.06 730

A 0.600 0.620502 0.667 𝐿=

B 0.200 0.189596 0.166

𝑉𝑝 ∗ 100 𝑉𝑡

Donde, Vt es el volumen total de la muestra (100ml) Vp es el volumen de pérdida;

𝑉𝑝 = 𝑉𝑡 − (𝑉𝐷 + 𝑉𝑅 ) Donde, Vt es el volumen total de la muestra (100ml) VD es el volumen de destilado (62ml) 9

VR es el volumen de residuo (25 ml) Siendo así,: 𝑽𝒑 = 100𝑚𝑙 − (62 𝑚𝑙 + 25 𝑚𝑙) = 𝟏𝟑 𝒎𝒍 𝑳=

13 𝑚𝑙 ∗ 100 = 𝟏𝟑 100 𝑚𝑙

𝑽𝒑𝒄 = (0,620502)(13) + 𝐵(0,189596) = 𝟖, 𝟐𝟓𝟔 𝐿𝑖 𝑉𝑐𝑖 = 𝑉𝑑𝑖 + ( ) 8,256 𝑚𝑙 63 Para la temperatura de ebullición, con volumen 0 ml, el volumen corregido: 1 𝑉𝑐𝑒𝑏. = 0 𝑚𝑙 + ( ) 8,256 𝑚𝑙 = 0,131 63

Porcentaje de volumen corregido:

%𝑉𝑐 =

𝑉𝑐𝑖 ∗ 100 𝑉𝑐𝑡

Donde, Vci corresponde al volumen corregido en cada lectura, Vct es el volumen corregido total.

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Tabla 2. Datos corregidos de la prueba de destilación del crudo del Campo Dina Terciario.

Lectura

Temperatura corregida (°C)

Volumen corregido (ml)

% volumen corregido

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

79,56 81,56 87,59 93,62 99,64 103,66 109,69 115,72 125,76 129,78 133,80 141,83 145,85 151,88 155,89 161,92 163,93 173,97 190,04 202,10 212,14 212,14 216,16 222,19 226,20 212,14 196,07 180,00 184,02

0,13 1,26 2,39 3,52 4,66 5,79 6,92 8,05 9,18 10,31 11,44 12,57 13,70 14,83 15,97 17,10 18,23 19,36 20,49 21,62 22,75 23,88 25,01 26,15 27,28 28,41 29,54 30,67 31,80

0,19 1,80 3,41 5,02 6,63 8,24 9,85 11,46 13,07 14,68 16,29 17,90 19,51 21,12 22,73 24,33 25,94 27,55 29,16 30,77 32,38 33,99 35,60 37,21 38,82 40,43 42,04 43,65 45,26

180,00

32,93

46,87

31

159,91

34,06

48,48

32

157,90 220,18

35,19 36,32

50,09 51,70

180,00

37,46

53,31

35

175,98

38,59

54,92

36

163,93

39,72

56,53

33 34

11

37

155,89

40,85

58,14

38

141,83 139,82

41,98 43,11

59,75 61,36

39 40

151,88

44,24

62,97

41

115,72

45,37

64,58

42

121,74

46,50

66,19

43

131,79

47,64

67,80

44

136,81 151,88

48,77 49,90

69,41 71,02

45 46

161,92

51,03

72,63

47

176,99

52,16

74,24

48

182,01

53,29

75,85

49

212,14

54,42

77,46

50

222,19 232,23

55,55 56,68

79,07 80,68

51 52

237,25

57,81

82,29

53

242,27

58,95

83,90

54

247,30

60,08

85,51

55

252,32 257,34

61,21 62,34

87,12 88,73

262,36

63,47

90,34

58

262,36

64,60

91,95

59

257,34

65,73

93,56

60

252,32

66,86

95,17

61

250,31

67,99

96,78

62

247,30

69,13

98,39

63

245,29

70,26

100,00

56 57

12

300.00

Temperatura

250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 -

10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 % Vol. Corregido

Gráfica 1. Temperatura Vs Volumen corregido

Gráfica 2. Curva ASTM del crudo pozo Usco XX

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CRUDO: A continuación haremos los respectivos cálculos para el crudo.

Calculo del punto de ebullición promedio volumetrico del crudo, Tpv: Con los datos obtenidos en la curva ASTM calculamos la temperatura de ebullición promedio volumétrica, utilizando los siguientes metodos: Tabla 4. Rangos para temperaturas del crudo.

% Volumen 10 20 30 40 50 60 70 80 90

𝑇𝑝𝑣 =

Temperatura (°C) 117,3 148,6 173,5 193,3 209,2 222,4 234,0 245,4 257,7

Temperatura (°F) 243,14 299,48 344,30 379,94 408,56 432,32 453,20 473,72 495,86

𝑇10% + 𝑇20% +𝑇30% + 𝑇40% + 𝑇50% + 𝑇60% + 𝑇70% + 𝑇80% + 𝑇90% = 392,28 ° 𝐹 9 𝑇𝑝𝑣 =

𝑇10% +𝑇30% + 𝑇50% + 𝑇70% + 𝑇90% = 389,01 ° 𝐹 5

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =

392,28 − 389,01 × 100 = 0,84 % 392,28

Se opta por tomar el primer valor de temperatura promedio volumétrica, ya que se tomaron en cuenta más datos en su cálculo. Por lo cual pude ser más precisa

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Calculo de otras temperaturas del crudo: A partir de la temperatura de ebullición promedio volumétricas del crudo en unidades inglesas calculamos la pendiente, S, de la curva ASTM; 𝑠=

𝑇90% − 𝑇10% 495,86 − 243,14 = 90 − 10 90 − 10 𝑠 = 3,159

Utilizando la figura 23.25 de la norma ASTM D 86, y teniendo la pendiente de la curva, buscamos los factores de corrección para obtener otras temperaturas: Temperatura de ebullición promedio en peso: 𝑇𝑝𝑤 = 𝑇𝑝𝑣 + 𝐹𝑐1

Temperatura (°F) 200 392 400

Factor de corrección 8 3,97 3,8 𝐹𝑐1 ≈ 4

𝑇𝑝𝑤 = 392 + 4 = 396

Temperatura de ebullición promedio cubica: 𝑇𝑝𝑐 = 𝑇𝑝𝑣 + 𝐹𝑐2 Temperatura (°F) 200 392 400

Factor de corrección -7,5 -6,06 -6

𝐹𝑐2 ≈ −6

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𝑇𝑝𝑐 = 392 − 6 = 386 Temperatura de ebullición promedio medio: 𝑇𝑝𝑚 = 𝑇𝑝𝑣 + 𝐹𝑐3

Temperatura (°F) 200 392 400

Factor de corrección -24 -16,8 -16,5

𝐹𝑐3 ≈ −17

𝑇𝑝𝑚 = 392 − 17 = 375

Temperatura de ebullición promedio molar: 𝑇𝑝𝑀 = 𝑇𝑝𝑣 + 𝐹𝑐4

Temperatura (°F) 200 392 400

Factor de corrección -36,5 -32,18 -32

𝐹𝑐4 ≈ −32

𝑇𝑝𝑚 = 392 − 32 = 360

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Tabla 4. Temperaturas promedio del crudo de campo Dina Terciario. Temperaturas Tpv Tpw Tpc Tpm TpM

(°F) 392 396 386 375 360

(°R) 852 856 846 835 820

Calculo del factor de caracterización del crudo, Koup: 3

𝐾𝑜𝑢𝑝 =

√𝑇𝑝𝑚 𝐺𝑇

La gravedad específica del crudo la determinamos en la prueba que corresponde a la norma ASTM D287-82 “Determinación de la gravedad API y la gravedad especifica del petróleo crudo y los derivados del petróleo” en donde encontramos que la muestra posee una gravedad API de 24.34° y por lo tanto una gravedad especifica de 0.908; por lo tanto:

𝐺𝑇 = 0.908 3

𝐾𝑜𝑢𝑝 =

√835 = 10,37 0,908

Calculo del peso molecular del crudo, M: 𝑀 = 204.38 ∗ 𝑇𝑝𝑚0.118 ∗ 𝐺𝑇 1.88 ∗ 𝑒 (0.00288𝑇𝑝𝑚−3.075𝐺𝑇 ) 𝑀 = 204.38 ∗ (835)0.118 (0,918)1.88 ∗ 𝑒 (0.00288(835)−3.075 (0,918)

𝑀 = 292,86 𝑙𝑏/𝑙𝑏𝑚 Calculo de la Presión seudocrítica del crudo: Utilizando la figura 23-29 de la norma ASTM D 86 y conociendo la gravedad API de la muestra (24.34°API) y la temperatura promedio medio (375°F) buscamos la Presión seudocrítica: 17

𝐴𝑃𝐼 =

141,5 − 131,5 = 24,34 𝐺𝑇

°API 20 24.34 25

Presión seudocrítica, psia 495 414.62 470

𝑠𝑃𝑐 = 473,3 𝑝𝑠𝑖𝑎 Calculo de la Presión pseudorreducida del crudo: La presión del laboratorio la tomamos como 723.06 mmHg 723,06 𝑚𝑚𝐻𝑔 ×

14,697 𝑝𝑠𝑖𝑎 = 13,98 𝑝𝑠𝑖𝑎 760 𝑚𝑚𝐻𝑔

𝑠𝑃𝑟 = 𝑠𝑃𝑟 =

𝑃 𝑠𝑃𝑐

13,98 = 0,034 414,62

Calculo de la temperatura seudocrítica del crudo: Utilizando la figura 23-27 de la norma ASTM D 86 y conociendo la gravedad API de la muestra (24.34°API) y la temperatura promedio molar (360°F) buscamos la Temperatura seudocrítica: °API 20 24.34 25

Temperatura seudocrítica, °F 755 741,98 740 𝑠𝑇𝑐 = 1200 °𝑅

18

Calculo de la temperatura seudorreducida del crudo: La presión del laboratorio la tomamos como 30°C, es decir, 545.67°R, temperatura a la cual se calculo la presión del laboratorio; 𝑠𝑇𝑟 =

𝑇 𝑠𝑇𝑐

𝑠𝑇𝑟 = 0.455

Calculo del calor especifico del crudo: 𝐶𝑝 =

0.388 + 0.0045 ∗ 𝑇𝑝𝑤 √𝐺𝑇

Con el valor de la temperatura promedio en peso calculada anteriormente (396°F) y registrada en la tabla 4. tenemos: 𝐶𝑝 =

0.388 + 0.0045 ∗ 396 √0,908

= 2,277 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏𝑚°𝐹

Cálculo del calor latente de vaporización del crudo: 110.9 − 0.09 ∗ 𝑇𝑝𝑤 𝐺𝑇 Con el valor de la temperatura promedio en peso calculada anteriormente (396°F) y registrada en la tabla 4. tenemos: 𝜆𝑣 =

𝜆𝑣 =

110.9 − 0.09 ∗ 396 0,908

𝜆𝑣 = 82,885 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏𝑚 Calculo de la entalpia liquida del crudo, HL: Utilizando la figura 5-3 “Heat content of petroleum fractions”, y conociendo la temperatura del laboratorio (86°F) y la gravedad API (24.34°API), buscamos la entalpia liquida del crudo: 𝐻𝐿 = 40 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏 19

Corrección del la entalpia liquida por el Koup: 𝐻𝑙´ = 𝐻𝑙 ∗ 𝐹𝑐 En la misma grafica buscamos el factor de corrección ya que el Koup es diferente a 12; Koup 10.57

Factor de corrección 0.79 𝐹𝑐 = 0,79

De esta forma tenemos: 𝐻𝑙´ = 31,6 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏 Calculo de la entalpia de vapor del crudo, Hv: Utilizando la figura 5-3 “Heat content of petroleum fractions”, y conociendo la temperatura promedio medio del crudo (396°F) y la gravedad API (24.34°API), buscamos la entalpia liquida del crudo: °API 20 24.34 30

Entalpia de vapor, Btu/lb 325 329,34 335

𝐻𝑣 = 329,34 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏 Corrección de la entalpia de vapor por Koup: 𝐻𝑣´ = 𝐻𝑣 − 𝐹𝑐 En la misma grafica encontramos que el factor de corrección para la entalpia de vapor correspondiente a un factor de caracterización de 10.37 y a una temperatura de 396°F de es de: 𝐹𝑐 = −1 Por lo tanto tendríamos: 𝐻𝑣´ = 330,34 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏

20

Corrección de la entalpia de vapor por presión: 𝐻𝑣´´ = 𝐻𝑣´ − 𝐹𝑐 En la figura superior izquierda del mismo grafico buscamos el factor de correccion para una presión de 13.98 psia que corresponde a la presión del laboratoio, ya que la menor presión que aparece en la grafica es de 50 psia con Excel hacemos una extrapolación obteniendo el siguiente factor de corrección: 𝐹𝑐 = 1,12 De esta forma tenemos:

𝐻𝑣´´ = 329,22 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏 Calculo de la masa de crudo destilado: Para hallar la masa del crudo destilado calculamos la gravedad específica del crudo a la temperatura del laboratorio y a continuación hallamos la densidad del crudo de donde podemos despejar la masa ya que conocemos el volumen de crudo destilado: 𝐺86°𝐹 = 𝐺𝑇 −

𝛼 (86 − 60) 1.8

Conociendo la gravedad específica del crudo a 60°F (0.908), calculamos el factor α:

GT 0.85 0.908 0.95

α * 10-5 68 66.84 66

De esta forma tenemos: 𝐺86°𝐹 = 0.898 𝜌𝑜𝑖𝑙 86°𝐹 = 𝜌𝑤 86°𝐹 ∗ 𝐺86°𝐹 La densidad del agua 86°F es 0.9957 gr/ml; por lo tanto: 𝜌𝑜𝑖𝑙 86°𝐹 = 0.894 𝑔𝑟/𝑚𝑙 21

Ya que el volumen total destilado de crudo corregido en la práctica fue de 70,26 ml, la masa destilada estaría dada por:

𝑚 = 𝜌𝑜𝑖𝑙 86°𝐹 ∗ 𝑣𝑜𝑖𝑙 86°𝐹 𝑚 = 0,894

𝑔𝑟 × 70,26 𝑚𝑙

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑎 = 62,81 𝑔𝑟

Calor requerido: 𝑄𝑜𝑖𝑙 = 𝑚 ∗ (𝐻𝑣´´ − 𝐻𝑙´ ) 𝑄𝑜𝑖𝑙 = 62,81 𝑔𝑟 (329,22 − 31,6

𝐵𝑇𝑈 1 𝑙𝑏 )∗ 𝑙𝑏 453,6

𝑄𝑜𝑖𝑙 = 41,211 𝐵𝑡𝑢 Calor de combustión: 𝑄𝑐 = 22320 − 3870 ∗ 𝐺𝑇2 La gravedad especifica del crudo a condiciones estándar es de 0.908, por lo tanto; 𝑄𝑐 = 19129.32 𝐵𝑡𝑢

Conductividad térmica: 𝐾=

0.813 [1 − 3 ∗ 10−5 (𝑇𝑝𝑤 − 32)] 𝐺𝑇

La temperatura promedio peso del crudo es 396°F, de donde tenemos; 0.813 [1 − 3 ∗ 10−5 (396 − 32)] 𝐾= 0,908 𝐾 = 0.886

𝐵𝑡𝑢 °𝐹 ℎ𝑟𝑓𝑡 2 𝑖𝑛

22

Curva ASTM de la Primera Fracción

250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 -

5.00

10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00

Calculo del punto de ebullición promedio volumetrico de la Primera fracción, Tpv: Con los datos obtenidos en la curva ASTM calculamos la temperatura de ebullición promedio volumétrica, utilizando el siguiente método: 𝑇𝑝𝑣 =

𝑇10% + 𝑇20% +𝑇30% + 𝑇40% + 𝑇50% + 𝑇60% + 𝑇70% + 𝑇80% + 𝑇90% 9

Tabla 5. Datos de la curva ASTM de la Primera fracción destilada del crudo del campo Dina Terciario.

%Vol. (en la fracción) 10 20 30 40 50 60 70 80 90

%Vol. (en el crudo)

Temperatura (°C)

Temperatura (°F)

3,882 7,764 11,646 15,528 19,41 23,392 27,174 31,056 34,938

77,70 102,83 116,48 130,83 145,91 161,69 178,19 195,40 231,98

171,86 217,09 242,31 267,49 294,64 323,04 352,74 383,72 449,54

De esta forma tendríamos: 23

𝑇𝑝𝑣 = 300,27 °𝐹

Ya que la temperatura de ebullición volumétrica se encuentra entre 100°F y 350°F podemos decir que se trata de GASOLINA. Calculo de otras temperaturas de la gasolina: A partir de la temperatura de ebullición promedio volumétricas del crudo en unidades inglesas calculamos la pendiente, S, de la curva ASTM; 𝑠=

𝑇90% − 𝑇10% 38,82(0,9) − 38,82(0,1) 𝑠 = 6,8

Utilizando la figura 23.25 de la norma ASTM D 86, y teniendo la pendiente de la curva, buscamos los factores de corrección para obtener otras temperaturas: Temperatura de ebullición promedio en peso: 𝑇𝑝𝑤 = 𝑇𝑝𝑣 + 𝐹𝑐1

Temperatura (°F) 200 300,27 400

Factor de corrección 33 21,47 10

𝐹𝑐1 = 21,47 𝑇𝑝𝑤 = 321,74 °𝐹 Temperatura de ebullición promedio cubica: 𝑇𝑝𝑐 = 𝑇𝑝𝑣 + 𝐹𝑐2 Temperatura (°F) 200 300,27 400

Factor de corrección -39 -32,98 -27

24

𝐹𝑐2 = −32,98 𝑇𝑝𝑐 = 267,29 °𝐹 Temperatura de ebullición promedio medio: 𝑇𝑝𝑚 = 𝑇𝑝𝑣 + 𝐹𝑐3 Temperatura (°F) 200 300,27 400

Factor de corrección -79 -75,99 -73

𝐹𝑐3 = −75,99 𝑇𝑝𝑚 = 224,28 °𝐹

Temperatura de ebullición promedio molar: 𝑇𝑝𝑀 = 𝑇𝑝𝑣 + 𝐹𝑐4 Temperatura (°F) 200 300,27 400

Factor de corrección -120 -116,49 -113

𝐹𝑐4 = −116,49 𝑇𝑝𝑀 = 183,78 °𝐹 Tabla 6. Temperaturas promedio del la gasolina Temperaturas (°F) Tpv 300,27 Tpw 321,74 Tpc 267,29 Tpm 224,28 TpM 183,78

(°R) 759,94 781,14 726,96 683,95 643,45

25

Calculo del factor de caracterización de la gasolina, Koup: 3

𝐾𝑜𝑢𝑝 =

√𝑇𝑝𝑚 𝐺𝑇

La gravedad específica de la gasolina se encuentra entre 0.7 y 0.77, para estos cálculos la suponemos como 0.77; 𝐺𝑇 = 0.77 𝐾𝑜𝑢𝑝 = 11,44 Calculo del peso molecular de la gasolina, M: 𝑀 = 204.38 ∗ 𝑇𝑝𝑚0.118 ∗ 𝐺𝑇 1.88 ∗ 𝑒 (0.00288𝑇𝑝𝑚−3.075𝐺𝑇 )

𝑀 = 181,44 𝑙𝑏/𝑙𝑏𝑚

Calculo de la Presión seudocrítica de la gasolina: Utilizando la figura 23-29 de la norma ASTM D 86 y conociendo la gravedad API de la muestra (52.27°API, calculada a partir de la gravedad especifica supuesta) y la temperatura promedio medio (321,74°F) buscamos la Presión seudocrítica: °API 50 52.27 55

Presión seudocrítica, psia 390 388,65 365 𝑠𝑃𝑐 = 388,65 𝑝𝑠𝑖𝑎

Calculo de la Presión seudorreducida de la gasolina: La presión del laboratorio la tomamos como 723.06 mmHg (13.98 psia) 𝑠𝑃𝑟 =

𝑃 𝑠𝑃𝑐

𝑠𝑃𝑟 = 0,036 26

Calculo de la temperatura seudocrítica de la gasolina: Utilizando la figura 23-27 de la norma ASTM D 86 y conociendo la gravedad API de la muestra (52,27°API) y la temperatura promedio molar (183,78°F) buscamos la Temperatura seudocrítica: °API 50 52.27 55

Temperatura seudocrítica, °F 535 521,38 505 𝑠𝑇𝑐 = 981,05 °𝑅

Calculo de la temperatura seudorreducida de la gasolina: La presión del laboratorio la tomamos como 30°C, es decir, 545.67°R, temperatura a la cual se calculo la presión del laboratorio; 𝑇 𝑠𝑇𝑐

𝑠𝑇𝑟 =

𝑠𝑇𝑟 = 0,379 Calculo del calor especifico de la gasolina: 𝐶𝑝 =

0.388 + 0.0045 ∗ 𝑇𝑝𝑤 2

√𝐺𝑇

Con el valor de la temperatura promedio en peso calculada anteriormente (321,74°F) y registrada en la tabla 5. tenemos: 𝐶𝑝 = 2,092 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏𝑚°𝐹 Cálculo del calor latente de vaporización de la gasolina:

27

𝜆𝑣 =

110.9 − 0.09 ∗ 𝑇𝑝𝑤 𝐺𝑇

Con el valor de la temperatura promedio en peso calculada anteriormente (321,74°F) y registrada en la tabla 5. tenemos: 𝜆𝑣 = 106,42 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏𝑚 Calculo de la entalpia liquida de la gasolina, HL: Utilizando la figura 5-3 “Heat content of petroleum fractions”, y conociendo la temperatura del laboratorio (86°F) y la gravedad API de la gasolina (52.27°API), buscamos la entalpia liquida del crudo: 𝐻𝐿 = 44 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏 Corrección del la entalpia liquida por el Koup: 𝐻𝑙´ = 𝐻𝑙 ∗ 𝐹𝑐 En la misma grafica buscamos el factor de corrección ya que el Koup es diferente a 12;

𝐹𝑐 = 0.91

De esta forma tenemos: 𝐻𝑙´ = 40,04 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏 Calculo de la entalpia de vapor de la gasolina, Hv: Utilizando la figura 5-3 “Heat content of petroleum fractions”, y conociendo la temperatura promedio nedio del crudo (224,28°F) y la gravedad API (52.27°API), buscamos la entalpia liquida del crudo: °API 50 52.27 60

Entalpia de vapor, Btu/lb 270 271,135 275

𝐻𝑣 = 271,135 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏 28

Corrección de la entalpia de vapor por Koup: 𝐻𝑣´ = 𝐻𝑣 − 𝐹𝑐 En la misma grafica encontramos que el factor de corrección para la entalpia de vapor correspondiente a un factor de caracterización de 11,44 y a una temperatura de 224,28°F de es de: 𝐹𝑐 = - 3 Por lo tanto tendríamos: 𝐻𝑣´ = 274,135 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏 Corrección de la entalpia de vapor por presión: 𝐻𝑣´´ = 𝐻𝑣´ − 𝐹𝑐 En la figura superior izquierda del mismo grafico buscamos el factor de correccion para una presión de 13.98 psia que corresponde a la presión del laboratoio, ya que la menor presión que aparece en la grafica es de 50 psia con Excel hacemos una extrapolación obteniendo el siguiente factor de corrección: 𝐹𝑐 = 2,617 De esta forma tenemos:

𝐻𝑣´´ = 272,969 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏 Calculo de la masa de gasolina destilado: Para hallar la masa de la gasolina destilada calculamos la gravedad específica de la gasolina a la temperatura del laboratorio y a continuación hallamos la densidad de la gasolina de donde podemos despejar la masa ya que conocemos el volumen total de gasolina destilada: 𝐺86°𝐹 = 𝐺𝑇 −

𝛼 (86 − 60) 1.8

29

Conociendo la gravedad específica del crudo a 60°F (0.908), calculamos el factor α:

GT 0.63 0.77 0.78

α * 10-5 97 76.467 75

De esta forma tenemos: 𝐺86°𝐹 = 0.759 𝜌𝐺 86°𝐹 = 𝜌𝑤 86°𝐹 ∗ 𝐺86°𝐹 La densidad del agua 86°F es de 0.9957 gr/ml; por lo tanto: 𝜌𝑜𝑖𝑙 86°𝐹 = 0.756 𝑔𝑟/𝑚𝑙 Ya que el volumen total destilado de gasolina corresponde al 39% del volumen total corregido de crudo destilado, es decir a 27,4 ml, la masa destilada estaría dada por: 𝑚 = 𝜌𝑜𝑖𝑙 86°𝐹 ∗ 𝑣𝑜𝑖𝑙 86°𝐹 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑎 = 20,7144 𝑔𝑟

Calor requerido: 𝑄𝑜𝑖𝑙 = 𝑚 ∗ (𝐻𝑣´´ − 𝐻𝑙´ ) Con los datos de masa (0.0487lb) y entalpias liquidas y de vaporización (43.745 Btu/lb y 298.918 Btu/lb, respectivamente) hallados anteriormente tenemos:

𝑄𝑜𝑖𝑙 = 20,7144 𝑔𝑟 ∗ (274,135 − 40,04) ∗

1 𝑙𝑏 453,6

𝑄𝑜𝑖𝑙 = 10,69 𝐵𝑡𝑢 Calor de combustión: 𝑄𝑐 = 22320 − 3870 ∗ 𝐺𝑇2 La gravedad especifica de la gasolina a condiciones estándar es de 0.77, por lo tanto; 𝑄𝑐 = 20025.477 𝐵𝑡𝑢 30

Conductividad térmica: 𝐾=

0.813 [1 − 3 ∗ 10−5 (𝑇𝑝𝑤 − 32)] 𝐺𝑇

La temperatura promedio peso del crudo es de 321,74°F, de donde tenemos; 𝐾 = 1.047

𝐵𝑡𝑢 °𝐹 ℎ𝑟𝑓𝑡 2 𝑖𝑛

RESULTADOS Crudo Pozo Usco Tabla . Propiedades del crudo del capo Dina Terciario. Propiedad Valor Gravedad especifica (GT) 0,908 Gravedad API (°API) 24,34 Pendiente (S) 3,159 Tpv, °F 438,03 Tpw, °F 441,64 Tpc, °F 433,27 Tpm, °F 423,41 TpM, °F 413.60 Koup 10,37 Peso molecular, lb/lm 292,86 sPc, psia 414,62 sPr 0,034 sTc, °F 74,48 sTr 0,455 Calor especifico (Cp), Btu/lbm°R 2,277 Calor latente de vaporizacion (𝜆v), Btu/lbm 82,885 Entalpia liquida (HL), Btu/lb 31,6 Entalpia de vapor (Hv), Btu/lb 329,22 Densidad(86°F), gr/ml 0,844 Masa destilada, gr 62,81 Calor requerido (Q), Btu 41,211 Calor de combustión (Qc), Btu 19129,32 Conductividad, (K) 0,0886 31

Primera fracción destilada, Gasolina: Tabla . Propiedades de la gasolina destilada del crudo del campo Dina Terciario. Propiedad Valor Gravedad especifica (GT) 0,77 Gravedad API (°API) 52,27 Pendiente (S) 6,8 Tpv, °F 300.27 Tpw, °F 321,74 Tpc, °F 267,29 Tpm, °F 224,28 TpM, °F 183,78 Koup 11,44 Peso molecular, lb/lm 181,44 sPc, psia 388,65 sPr 0,036 sTc, °F 521,38 sTr 0,379 Calor especifico (Cp), Btu/lbm°R 2,092 Calor latente de vaporizacion (𝜆v), Btu/lbm 106,42 Entalpia liquida (HL), Btu/lb 40,04 Entalpia de vapor (Hv), Btu/lb 272,969 Densidad(86°F), gr/ml 0,756 Masa destilada, gr 20,7144 Calor requerido (Q), Btu 10,69 Calor de combustión (Qc), Btu 20025,477 Conductividad, (K) 1,047

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ANALISIS DE RESULTADOS Por medio del método para la destilación de los productos nos permitió observar cada una de las fracciones en que se separa la mezcla del crudo USCO XXX, las cuales fueron gasolina, Kerosene, ACPM y sus residuos. El koup de la mezcla(crudo), es de 10,37, por lo cual pude decirse que corresponde a un crudo de base mixta. En la elaboración de la práctica se pueden presentar errores por evaporización de volátiles, por la medición de volumen del destilado o en el momento de medir las temperaturas; estos errores inducen a que la práctica no sea el cien por ciento segura; sin embargo en la prueba se trato de evitar el margen de error trabajando de una manera muy equilibrada para que los errores fueran mínimos. Basándonos en tablas en donde se relacionaba la Temperatura de Ebullición con la correspondiente sustancia, logramos comprobar que efectivamente ese era el punto de ebullición de dicha sustancia y por lo tanto a partir de esto determinamos la sustancia que correspondía a cada fracción. Otro factor importante que conlleva de margen de error es el impreciso equipo de destilación, el cual está sujeto a perdidas de volátiles por que el sellamiento de cada una de las partes que lo conforman es imperfecto, pues se sella con cinta de papel y esta no es tan resistente comparando con tan altas temperaturas a las que se trabaja en el laboratorio.

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CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es la precisión de esta determinación?

El siguiente criterio debe ser usado para juzgar la aceptabilidad de los resultados: Resultados similares obtenidos por el mismo operador y el mismo aparato no deben ser considerados como sospechosos a menos que ellos difieran por más del valor de repetibi1idad. Los resultados obtenidos por cada uno de los dos laboratorios no debe ser considerados errados a menos que ambos resultados difieran del valor de reproducibilidad. 2. ¿Cuál es la repetibilidad y reproducibilidad de esta determinación?

Punto evaporado

Repetibilidad (r)

Reproducibilidad (R)

IBP

6

10

5%

ro + 1.2

Ro + 2.0

10% - 80%

ro

Ro

90%

ro

Ro – 2.2

95%

ro

Ro – 4.7

FBP

7

13

NOTA: Las preguntas 3, 4, 5 y 6 se encuentran resueltas en los cálculos de las hojas anteriores.

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CONCLUSIONES

La destilación del petróleo es el mecanismo preliminar y uno de los más importantes realizodos den el laboratorio para la transformación de este hidrocarburo en productos útiles. A partir de la diferencia de puntos de ebullición de cada uno de los componentes del crudo se obtienen sustancias con propiedades definidas que las distan de otras y permiten su desarrollo y aplicación.

La destilación, como característica de volatilidad de un hidrocarburo, tiene un muy importante efecto en su seguridad y desarrollo, especialmente en el caso de combustibles y solventes. La volatilidad es la mayor determinante de la tendencia de un hidrocarburo a producir vapores potencialmente explosivos. La presencia de componentes de alto punto de ebullición en combustibles puede incidir significativamente en el grado de formación de depósitos de residuos sólidos de combustión. Un factor muy importante de margen de error es el impreciso equipo de destilación, el cual está bastantesujeto a perdidas de volátiles por que el sellamiento de cada una de las partes que lo conforman es imperfecto, pues se sella con cinta de papel y esta no es tan resistente comparando con tan altas temperaturas a las que se trabaja en el laboratorio.

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