PRACTICA # 1DETERMINACION DE LA GRAVEDAD API Y LA GRAVEDAD ESPECIFICA DE EL

PETROLEO CRUDO Y DERIVADOS DEL PETROLEO CRUDO (METODO DEL TERMOHIDROMETRO)

ASTM D 287-82

ERIKA PATRICIA CORDOBA LEY 20111100992JUAN PABLO TOVAR 20121109103

EDGAR LEONEL PERDOMO 20121107771

INGENIERAHAYDEÉ MORALES

MONITORWILLIAN STIVEN QUIÑONES

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANAFACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA DE PETROLEOSNEIVA 2015-2

OBJETIVOS

GENERALES

Obtener de los crudos y derivados, por medio del hidrómetro; la gravedad °API Hallar la gravedad especifica de una muestra de crudo, utilizando el picnómetro.

ESPECIFICOS

Rectificar por medio de tablas la gravedad °API Asimilar la corrección de la gravedad especifica por medio de fórmulas.

MARCO TEÓRICO

Durante el proceso de producción de un campo petrolero y antes de comercializar su crudo, es necesario realizar una serie de pruebas que permitan determinar su valor comercial y los tratamientos necesarios que se le deben dar en superficie de acuerdo a sus propiedades características. Estas pruebas son realizadas en el laboratorio con muestras representativas de los crudos que se desean comercializar. Entre las más comunes, se destacan la determinación de la gravedad API, el contenido de agua y sedimentos (BSW) y la salinidad del crudo.

La DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD API Y LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL PETRÓLEOS CRUDOS Y DERIVADOS DEL PETRÓLEO (MÉTODO DEL TERMOHIDROMETRO), esta práctica cubre la determinación de la densidad, densidad relativa (gravedad específica) y gravedad API del petróleo, sus productos y otros que no son del petróleo pero que normalmente son manejados como líquidos y tienen presión de vapor Reíd.

Una exacta determinación de la densidad, densidad relativa (gravedad específica) y gravedad API del petróleo crudo y sus productos, es necesaria para la conversión de volúmenes medidos a volúmenes y/o masas a la temperatura de prueba estándar que son los valores con los que está legalmente permitida la venta de productos del petróleo. Cada uno de los productos del petróleo maneja un rango de densidad y gracias a la gravedad API podemos saber de manera rápida y eficaz si el producto está contaminado con otros de mayor o menor densidad, es decir, nos da una primera inspección de la calidad del producto.

La gravedad específica es la relación entre la densidad del líquido con respecto a la densidad del agua medidas a las mismas condiciones de presión y temperatura. La gravedad específica 60/60 se refiere a que las densidades, tanto del líquido como del

agua, fueron tomadas a 60 ºF y a la misma presión. La gravedad específica 100/60 significa que la densidad del líquido fue medida a 100 ºF y la del agua a 60 ºF bajo las mismas condiciones de presión. La prueba de laboratorio más utilizada para la medición de esta propiedad es la D 287 –92, conocida como la prueba del hidrómetro. Es considerada por su simplicidad y rapidez como la prueba estándar para la determinación de gravedad API de crudos y derivados del petróleo normalmente líquidos con presión de vapor de 26 psi o menos. Las gravedades son determinadas a 60 °F (15,86 °C) o convertidas a valores equivalentes a60 °F. Estas no son aplicables a no hidrocarburos o hidrocarburos puros como los aromáticos.

La gravedad API, de sus siglas en inglés American Petroleum Institute, es una medida de densidad que describe cuán pesado o liviano es el petróleo comparándolo con el agua. Si los grados API son mayores a 10, es más liviano que el agua, y por lo tanto flotaría en ésta. 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 (ver la fórmula abajo). Sin embargo siempre al número se le coloca la denominación grado API.

API = [141,5/ (GE 60/60°F)] – 131,5

PROCEDIMIENTO

La forma en que se realizó la experimentación fue similar a la mostrada por la norma ASTM D 287-82 exceptuando algunos puntos que son mostrados a continuación:

La temperatura no se registró directamente del termómetro del termo-hidrómetro, sino que para eso se utilizó un termómetro externo.

Se usó un termómetro distinto al termómetro ASTM

TABLA DE DATOS

Calculando la gravedad °API por el método del termo-hidrometro a una T= 88°F

°APITERMO-

HIDRÓMETROCrudo 42,8

Gasolina 62,6Aceite 31

Calculando la gravedad especifica con el gravímetro a T= 88°F

GRAVEDAD ESPECIFICA

(Ge)HIDROMETRO

Crudo 0,881Gasolina ----

Aceite 0,866

Calculando el volumen de la muestra por medio del picnómetro a T=88°F

VOLUMEN PICNOMETRO

Crudo 71,57

Gasolina 67,34

Aceite 74,54

Agua 80,12 Picnómetro

vacío30,02

MUESTRA DE CALCULOS

Densidad del agua

ρAgua=mv=

(80.12−30,02 )g50ml

=1.002 gml

Densidad del crudo

ρcrudo=mv

=(71,57−30,02 )g

50ml=0,831 g

ml

Densidad del aceite

ρaceite=mv=

(74,54−30,02 )g50ml

=0,8904 gml

Densidad de la gasolina

ρgasolina=mv

=(67,34−30,02 ) g

50ml=0,7464 g

ml

CALCULO GRAVEDAD ESPECÍFICA

¿= ρfluidoρh20

Gravedad específica para el crudo

¿=0,8311,002

=0,829

Gravedad específica para el aceite

¿=0,89041,002

=0,889

Gravedad específica para la gasolina

¿=0,74641,002

=0,745

CORRIGIENDO LAS GRAVEDADES ESPECIFICAS A T= 60°F CON LOS DATOS OBTENIDOS EN EL PICNOMETRO

Se aplica la ecuación de Bearce & Peffer despreciando el βya que su valor no influye demasiado para cambios bajos de temperatura.

γ t=γ T−α ( t−T )1.8

+β (t−T )2

(1.8)2

GT α /C * 10-5 β/ C2 * 10-7

0.63 97 -40,78 75 00,85 68 10,95 66 3

Para el crudo a T= 88°F

GT α /C * 10-5 Gtx0,840 0,8290,78 75 0.7680,85 68 0,839

γ t=0.78−75×10−5 (88−60 )

1.8=0.768

γ t=0.85−68×10−5 (88−60 )

1.8=0.839

Interpolando los valores de las gravedades especificas a T= 88°F se obtiene el valor de 0,840 a una T=60°F

Para el aceite a T= 88°F

GT α /C * 10-5 Gtx0,900 0,8890,85 68 0.8390,95 66 0,940

γ t=0.85−68×10−5 (88−60 )

1.8=0.842

γ t=0.95−66×10−5 (88−60 )

1.8=0.940

Interpolando los valores de las gravedades especificas a T= 88°F se obtiene el valor de 0,900 a una T=60°F

Para la gasolina a T= 88°F

GT α /C * 10-5 Gtx0,757 0,7450,63 97 0.6150,78 75 0,768

γ t=0.63−97×10−5 (88−60 )

1.8=0.615

γ t=0.78−75×10−5 (88−60 )

1.8=0.768

Interpolando los valores de las gravedades especificas a T= 88°F se obtiene el valor de 0,757 a una T=60°F

CALCULANDO API POR METODO DEL PICNOMETRO

° API T=141.5

¿ −131.5

Para el crudo

° API crudo, T=141.50,840

−131.5=36,95

Para el aceite

° API aceite ,T=141.50,900

−131.5=25,72

Para la gasolina

° APIgasolinaT=141.50,757

−131.5=55,42

CORRIGIENDO LAS GRAVEDADES ESPECIFICAS A T= 60°F CON LOS DATOS OBTENIDOS EN EL GRAVIMETRO

Se aplica la ecuación de Bearce & Peffer despreciando el βya que su valor no influye demasiado para cambios bajos de temperatura.

γ t=γ T−α ( t−T )1.8

+β (t−T )2

(1.8)2

GT α /C * 10-5 β/ C2 * 10-7

0.63 97 -40,78 75 00,85 68 10,95 66 3

Para el crudo a T= 88°F

GT α /C * 10-5 Gtx0,890 0,8810,85 68 08420,95 66 0,940

γ t=0.85−68×10−5 (88−60 )

1.8=0.842

γ t=0.95−66×10−5 (88−60 )

1.8=0.940

Interpolando los valores de las gravedades especificas a T= 88°F se obtiene el valor de 0,890 a una T=60°F

para el aceite a T = 88°F

GT α /C * 10-5 Gtx0,877 0,8660,85 68 0,8390,95 66 0,940

γ t=0.85−68×10−5 (88−60 )

1.8=0.839

γ t=0.95−66×10−5 (88−60 )

1.8=0.940

Interpolando los valores de las gravedades especificas a T= 88°F se obtiene el valor de 0,877 a una T=60°F

CALCULANDO GRAVEDAD °API POR METODO DEL HIDROMETRO (FORMULA)

° API T=141.5

¿ −131.5 Para el crudo

° API crudo, T=141.50,890

−131.5=27.49

Para el aceite

° API aceite ,T=141.50.877

−131.5=29,85

CORRIGIENDO LA GRAVEDAD °API POR TABLAS 5 ASTM

Para el crudo T = 88°F

°APITX °APIT

42,8 40,5242 39,8

43 40,7

Interpolando los valores de la tabla a una temperatura de 60°F se obtiene el valor de 40,52

Para la gasolina a T = 88°F

°APITX °APIT

62,6 59,3462 58,8

63 59,7

Interpolando los valores de la tabla a una temperatura de 60°F se obtiene el valor de 59,34

Para el aceite a T = 88°F

°APITX °APIT

31 29,1

CALCULANDO GRAVEDAD ESPECIFICA A 60°F CON LA °API CORREGIDA DE LA TABLA 5 ASTM

Para el crudo

° API crudo, T=40,52

γ crudo ,T=141.5

40,52+131.5=0.823

Para la gasolina

° API gasolina ,T=59,34

γ gasolina ,T=141.5

59,34+131.5=0.741

Para el aceite

° API acite ,T=29,1

γ aceite , T=141.5

29,1+131.5=0.881

1.1 Porcentaje de error.

Para sacar un porcentaje de error, utilizamos como valor real el valor obtenido del método directo, es decir, el método del termo hidrómetro pues este nos da directamente los grados API de la muestra.

%error=|valor teorico−valor real|

valor real∗100%

Para el crudo

%error crudotermo−hidrometro=

|42,8−40,5|42,8

∗100%=0,05%

%error crudohidrometro=|42,8−27,49|

42,8∗100%=0.35%

%error crudoPicnometro=|42,8−36,95|

42,8∗100%=0.14%

Para el aceite

%error aceitetermo−hidrometro=

|31−29,1|31

∗100%=0,06%

%error aceitehidrometro=|31−29,85|

31∗100%=0.03%

%error aceitePicnometro=|31−25,72|

31∗100%=0.17%

Para la gasolina

%error gasoinatermo−hidrometro=

|62.6−59,34|62,6

∗100%=0,05%

%error gasolinaPicnometro=|62,6−55,42|

62,6∗100%=0.11%

TABLA DE RESULTADOS

MuestraPicnómetro

GeT °APIT

Crudo 0,840 36,95Aceite 0,900 25,72

Gasolina 0,757 55,42

ANALISIS DE RESULTADOS

El procedimiento de esta prueba no se realizó a total cabalidad debido a que el hidrómetro en la muestra de la gasolina, no se encontró una escala moderara para que se sumergiera y sostuviera completamente el hidrómetro, en la determinación del peso del picnómetro como observamos se encuentra una margen de error debido a que no estaba completamente el equipo, es decir, le faltaba la tapa que lo acompaña en la superficie del orificio, para determinar su volumen. La temperatura de esta muestra se tomó con un termómetro ASTM, independiente del termo hidrómetro, pero su temperatura con respecto a esta variaba muy poco.

Observamos que se cumplen los concentos de las gravedades especificas con respecto a la temperatura, es decir, a mayor temperatura, menor gravedad específica, como se observa en los cálculos obtenidos en las gravedades especificas a corregir.

Esta práctica fue realizada con el CRUDO PAUTO, el cual es considerado un crudo liviano debido a su contenido de °API = 42,8 el cual presenta rangos mayores a 26 °API.

El método que se utiliza y se recomienda en la industria según la ASTM es el método del termo hidrómetro el cual es el método directo que posee menor margen de error como se observa en los resultados obtenidos, estos métodos varían en cada uno de ellos, observemos que el menor margen de error se presentó en el método del gravímetro, a pesar de que dejo de ser utilizado en la industria hace mucho tiempo para algunos crudos, debido a las diferentes características que presentaron estos mismo. El método del picnómetro es en este caso uno de los que presenta un margen de error pequeño, pero como se dijo anteriormente estos datos obtenidos no son de gran confianza, debido a que el

MuestraHidrómetro

Corrección Bearce & Peffer

Termo-hidrómetroCorrección Tabla 5

ASTM

°APIT GeT °APIT GeT

Crudo 27,49 0.890 40,52 0.823Aceite

lubricante 29,85 0.877 29,1 0.881Gasolina ------- ------ 59,34 0.741

equipo no estaba completo. Ya que los resultados del hidrómetro son un método directo y preciso.

Se observa una variación de los cálculos obtenidos en las muestras a una misma temperatura, pues recordemos que los métodos directos son los que se realizan con el termo hidrómetro y el hidrómetro en la industria del petróleo, mientras que el método del picnómetro es un método indirecto y es de baja confiabilidad.

CONCLUSIONES

Se logró determinar la gravedad específica de muestras de crudo, aceite y gasolina con la utilización del picnómetro como herramienta indirecta, así como del termo hidrómetro e hidrómetro excepto para la gasolina, debido a que no se encontró la escala adecuada.

Se logró corregir mediante tablas de gravedad API el valor exacto de este parámetro a una temperatura determinada en comparación con la estándar (60 ºF).

Se logró corregir la gravedad específica de una muestra mediante el uso de fórmulas.

RESPUESTA AL CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es la repetibilidad y la reproducibilidad en esta determinación?

La repetibilidad debe cumplir que al realizar la prueba por la misma persona, con los mismos equipos y con la misma muestra a condiciones constantes de temperatura, el resultado obtenido no puede variar en ±0.2 °API en una de cada 20 pruebas. La reproducibilidad debe cumplir que al efectuar la prueba por dos personas diferentes el resultado obtenido no puede variar en ±0.5 °API en una de cada 20 pruebas.

2. ¿Qué se entiende por gravedad especifica 60/60 y 100/60?

En el primer caso indica que la lectura se tomó a 60°F y por tanto no es necesario realizar la corrección, mientras que en el segundo caso indica que la gravedad fue obtenida a 100°F y se debe realizar la corrección mediante las tablas de la ASTM (Tabla 5).

3. ¿Qué efectos tienen las burbujas de aire que se mezclan con el liquido alllenar la probeta para determinar la gravedad API?

Al tener burbujas en el crudo se tendrá un aumento del volumen de la muestra y por tanto en el termohidrómetro se leerá una gravedad mayor a la que se debería obtener realmente.

4. ¿Cómo varía la gravedad especifica con la temperatura y el peso molecular?

La gravedad específica es inversamente proporcional a la temperatura, es decir, al aumentar la temperatura disminuye la gravedad específica y viceversa. En cuanto a la variación con respecto al peso molecular es directamente proporcional, ya que a medida que aumenta el número de átomos de carbono en la molécula aumenta la gravedad específica.

5. ¿Explique cómo se calcula la gravedad API seca de un crudo a partir del

conocimiento de la gravedad específica de una mezcla de agua y crudo γm y sus

fracciones volumétricas individuales X i ?

Mediante el concepto de gravedad específica para mezclas, se despeja la gravedad especifica del crudo seco, sabiendo que la gravedad especifica del agua no varia considerablemente con la temperatura. Si la temperatura difiere de la temperatura estándar se realiza la corrección de Bearce & Peffer y luego se aplica la ecuación para hallar gravedad API a 60°F y de ser necesario hallarla a una temperatura diferente se hace la corrección mediante las tablas ASTM.

6. Si tenemos un crudo A de gravedad especifica de 0.764 a una temperatura de 75 °F, un crudo B de gravedad especifica de 0.851 a una T = 93°F y un crudo C de gravedad especifica de 0.943 a una T = 90°F. Determinar:

a. La gravedad especifica de la mezcla y la gravedad API de la mezcla a condiciones estándar.

b. Cuanto crudo de A y B se necesita para obtener 500000 barriles de un crudo de gravedad especifica de 0.84 a partir de 12000 barriles de un crudo C.

CrudoGravedad específica (γ t)

Tempera tura (º f)

Gravedad específica (γ T)

ºAPIT

A 0.764 75B 0.851 93

C 0.943 90

Para el crudo A se hace la corrección de la gravedad especifica mediante la ecuación de Beafer & Peaffer.

γ t=γ T−α ( t−T )1.8

+β (t−T )2

(1.8)2

Utilizando también los coeficientes de expansión para la gravedad especifica que se encuentran en la tabla que se observa en la muestra de cálculo.

Para el crudo A se tiene:

γ A, 75° F=0.764

Se toman los valores de γ T=0.63 y γ T=0.78 respectivamente para calcular un γ t para ambos y luego realizar la interpolación lineal.

γ t=0.63−97×10−5 (75−60 )

1.8=0.622

γ t=0.78−75×10−5 (75−60 )

1.8=0.774

Luego de interpolar entre los valore se obtiene que:

γ A, T=0.770

° API A ,T=141.50.770

−131.5=52.27

Para el crudo B obtenemos:γB ,93 °F=0.851

Se toma los valores de γ T=0.85 y γ T=0.95 respectivamente para calcular un γ t para ambos y luego realizar la interpolación lineal.

γ t=0.85−68×10−5 (93−60 )

1.8=0.838

γ t=0.95−66×10−5 (93−60 )

1.8=0.938

Luego de interpolar entre los valore se obtiene que:

γB ,T=0.863

° API B,T=141.50.863

−131.5=32.46

Para el crudo C obtenemos:

γC , 90° F=0.943

Se toma los valores de γ T=0.85 y γ T=0.95 respectivamente para calcular un γ t para ambos y luego realizar la interpolación lineal.

γ t=0.85−68×10−5 (90−60 )

1.8=0.839

γ t=0.95−66×10−5 (90−60 )

1.8=0.939

Luego de interpolar entre los valore se obtiene que:

γC ,T=0.961

° API C ,T=141.50.961

−131.5=15,74

RESPUESTA

CrudoGravedad específica (γ t)

Tempera tura (º f)

Gravedad específica (γ T)

ºAPIT

A 0.764 75 0.770 52.27B 0.851 93 0.863 32.46C 0.943 90 0.961 15,74

B) cuanto crudo de A y B se necesita para obtener 500000 barriles de un crudo con gravedad especifica de 0.84 a partir de 12000 barriles de crudo C.

Determinamos la fracción volumétrica del crudo C.

12000500000

=0,024=XC

Seguidamente determinamos las fracciones volumétricas de los otros crudos. Como no sabemos el volumen de los otros crudos hacemos una ecuación donde dejemos indicada una fracción en función de la otra.

X A+X B=1−0,024=0,976

X A=0,976−X B

Aplicamos la ecuación:

GTmez=∑i=1

n

( X i∗GTi )

GTmez=(X A∗GTa )+(X B∗GTb)+( XC∗GTc )

GTmez=( (X A−0.976 )∗0.8872)+(X B∗0.7952 )+ (0.9261∗0.024 )

Despejamos a ecuación y concluimos calculando las fracciones restantes:

X B=0.5228

X A=0,976−X B

X A=0,976−0.5228

X A=0.4532

Ya calculadas las fracciones volumétricas, se calcula el volumen necesario ampra obtener un crudo con las características solicitadas.

V A=0.4532∗500000bbl

V A=226600bbl

V B=0.5228∗500000bbl

V A=261400bbl

BIBLIOGRAFÍA

FRANCO MUÑOZ, Julián Andrés. Guías de Laboratorio de propiedades del petróleo. Prueba 1. Págs. 1-12.

CARRILLO BURGOS, Juan. Determinación de la gravedad API y densidad[En línea] [Maturín, Noviembre 2004] Disponible en [http://www.monografias.com/trabajos37/gravedad-api-densidad/gravedad-api-densidad2.shtml]

PARRA PINZÓN Ricardo. Comportamiento de la gravedad API y el volumen del petróleo y sus derivados. Editorial Universidad Surcolombiana, Noviembre del 2008. Primera edición. Neiva-Huila. Págs. 41-42;61.