FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMÈRICA – LABORATORIO DE CRUDOS Y AGUAS- GRUPO 3

Fecha: 24-Abril-2012 | Nota: _____/5.0

Determinación de viscosidad Saybolt

Bernal León Joe 5101447; Espinosa Franco Paula 5111610.Universidad de América, Laboratorio de Crudos y Aguas Grupo 3

En la práctica se determino la viscosidad Saybolt del crudo Castilla y del lubricante Sae 140, lo cual a rasgos industriales es de gran importancia porque da a conocer la calidad del crudo y del lubricante, como también sus diferentes utilidades.

TABLAS

Tabla#1 gravedad API Muestra Temperatura

de pruebaPeso picnómetro vacío

Peso picnómetro + Aguadestilada (g)

Peso picnómetro+ Muestra (g)

Gravedad específica (Calculada)

Gravedad API (Calculada)

Gravedad API (Corregida)

Petróleo Castilla

18° C 24,247 49,730 48,410 0,9482 17,730 17,668

Determinación gravedad API

Peso picnómetro: 24,247 gr

Peso crudo: 24,163 gr/ 25 ml=0,96652 gr/ml

Peso del agua: 24,483 gr/ 25 ml= 1,0193 gr/mlG.E.= (0,96652 gr/ml) / (1,01932 gr/ml)=0,948200761 GE

Fórmula:G. API= (141,5/0,9482 GE) – 131,6=17,730°

Fórmula corregida:

Crudo a 64,4°F= APIobservada –0,0059175(T-60)

1 + 0,00045 (T-60)

=17,73000046- 0,00591751 (64,4-60)

1 + 0,00045 (64,4-60)

=17,66897888° API

Crudo a 95°F= 18,5 - 0,0059175(95-60)

1 + 0,00045 (95-60)

=18,00950037° API

TABLA#2 Gravedad API (método del hidrómetro)

Muestra Temperatura Gravedad API (ObservadaGravedad API (Corregida)

Petróleo Castilla 18° C / 64,4 °F 17,73000046 17,66897888

35°C / 95°F 18,5 18,00950037

Figura 1. Comportamiento de la gravedad API con respecto a la Temperatura.

Se observa que a mayor temperatura, la gravedad API aumenta, pues su densidad disminuye. Determinación de la gravedad especifica

Para convertir la gravedad especifica (GE) en 60°F a una GE en una temperatura T °F.

Gravedad Específica a 60ºF

KGE

0.9 0.000350.85 0.000370.8 0.00040.75 0.00043 0.7 0.00048

KGE: Constante MultiplicadorTabla Nº3. Constante multiplicador para

gravedad específica a XºF.

Tabla#3 gravedad especifica con el cambio de temperatura Temperatura Gravedad Especifica 64,4 °F 0.94820076195°F 0.946660761

Nota: Las gravedades específicas solo se pudieron tomar a dos temperaturas ya que el crudo se enfrió

muy rápido lo cual dificulto su medición.

Calcular la viscosidad cinemática y absoluta para cada una de las muestras a las temperaturas de análisis.

G .E (X° F )=G . E(60 ° F )−KG. E ∙ ( X° F−60 )

16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00 32.00 34.00 36.0017.55

17.60

17.65

17.70

17.75

17.80

17.85

17.90

17.95

18.00

18.05

17.73

18.01

TEMPERATURA

API

v=μρ

v: Viscosidad cinemáticaμ: Viscosidad absolutaρ: Densidad de la muestra

El Viscosímetro Saybolt permite conocer el valor de la viscosidad cinemática de los fluidos a diferentes temperaturas a partir del tiempo en segundos que demora en llenar la copa Saybolt Universal o Furol, según corresponda.

Las siguientes ecuaciones relacionan los SSU y SSF con una constante para hallar el valor en centistoke (cSt) de la viscosidad cinemática. (100cSt= 1 stoke = 0.0001 m2/s)

SSU (Segundos Saybolt Universal)

v= SSU4.6347

SSF (Segundos Saybolt Furol)

v= SSF0.4717

Densidad del crudo Castilla: 0.96652 g/ml Densidad del lubricante Sae 140: 1.077g/ml

Tabla# 4 y Tabla#5 determinación viscosidad Saybolt (universal y Furol)

MUESTRA TEMPERATURA (ideal/real)

SSU SSF Viscosidad cinemática ( cSt)

Viscosidad absoluta (cSt)

Crudo castilla

Ambiente/ (64,4) - 645.017 1367.43057 1321.648995

104°F - 213.746 453.1408623 437.9697062140°F 423.077 - 91.28465704 88.22844673176°F 185.053 - 39.92771916 38.59093912

MUESTRA TEMPERATURA SSU SSF Viscosidad cinemática ( cSt)

Viscosidad absoluta (cSt)

Lubricante Sae 140

Ambiente/ (64,4) - 866.077 1836.075896 1977.45374104°F - -140°F - 41.038 87.000212 93.69922832176°F - 21.037 44.59826161 48.03232775212°F

Con las ecuaciones ya dichas podemos hallar las viscosidades cinemáticas y así también poder hallar la viscosidad absoluta así:

Para temperatura ambiente:

v=645.0170.4717

=¿1367,43057 cSt

v=μρ

v*ρ=μ

645.017*0,4717¿ μ

1321,648995¿ μ

Determinación del índice de viscosidad para el lubricante a una temperatura de 210ºF

Procedimiento de Deanny-Davis:

El Índice de Viscosidad se define como la tasa de cambio que experimenta la viscosidad cinemática con la temperatura e indica la calidad de los LUBRICANTES para mantener su viscosidad a la temperatura de trabajo.

En función de los parámetros SSU - SSF y mediante la utilización de la tabla de Deanny-Davis se puede calcular el Índice de Viscosidad para la muestra empleando la siguiente ecuación:

IV= L−UL−H

∗100

Donde “L” y “H” se obtienen de la tabla de Deanny-Davis con el valor de los SSU a 210ºF y “U” corresponde al tiempo SSU a 100ºF.

SSU=SSF∗9.8255SSU=41.038∗9.8255SSU=403.219882

SSU=SSF∗9.8255SSU=21.037∗9.8255SSU=206.6990435

Tabla #5 Valores de L y H para la ecuación de Deanny-Davis

Índice de viscosidad a temperatura ambiente

IV= L−UL−H

∗100

135 140 145 150 155 160 165 170 175 1800

102030405060708090

100

87.000212

44.59826161

f(x) = − 1.17783195527778 x + 251.896685738889

TEMPERATURA

cS

t

Ya que no se pudo realizar el cálculo de la Viscosidad cinemática (cSt) a los 210° F para el lubricante, hicimos uso de la gráfica de los puntos hallados para así determinar su respectiva ecuación (y = -1.177x + 251.9) la cual nos permitió hallar los SSU a dicha temperatura.

210°F = 16.43

100°F= 140.2

Observamos que la tabla nos relaciona la Viscosidad Cinemática con los valores de la ecuación propuesta por Deanny-Davis:

IV= L−UL−H

∗100

Índice de Viscosidad

IV= 386.68−140.2386.68−185.21

∗100=122.3407952

Análisis de resultados

El crudo Castilla es el hidrocarburo extraído del campo que lleva su mismo nombre, localizado en el departamento del Meta, operado directamente por Ecopetrol, este es el principal campo de dicha región es Castilla, mayor productor de crudo pesado en Colombia La extracción de crudos pesados es una actividad que está tomando cada vez más importancia para las compañías petroleras debido, principalmente, a los altos precios del crudo y a la disminución de las reservas de crudos livianos a nivel mundial.  Debido a la alta viscosidad del crudo éste debe diluirse con Nafta para poderlo transportar. Una vez mezclado, el crudo debe transportarse desde Castilla hasta la estación de El Porvenir, para luego conducirlo a su destino final en Coveñas ó Barrancabermeja.

40 60 80 100 120 140 160 180 2000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

f(x) = 15073.4452580893 exp( − 0.0343929503235881 x )

f(x) = 11707.835429762 exp( − 0.0328945273554368 x )

cSt vs. temperatura

Series2Exponential (Series2)Series4Exponential (Series4)

40 60 80 100 120 140 160 180 2000

500

1000

1500

2000

2500

f(x) = 16234.1005438548 exp( − 0.0343929503243405 x )

f(x) = 11315.8571047604 exp( − 0.0328945273585636 x )

Viscosidad absoluta VS. temperatura Castilla

Exponential (Castilla)

Sae 140

Exponential (Sae 140)

La viscosidad es una medida de la resistencia interna al flujo, resultante de los efectos combinados de la cohesión y la adherencia. ; También puede definirse como la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal, en realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad es una característica de todos los fluidos, tanto líquidos como gases, si bien, en este último caso su efecto suele ser despreciable, están más cerca de ser fluidos ideales. Cabe señalar que la viscosidad sólo se manifiesta en fluidos en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas tangenciales que no puede resistir. La unidad en el sistema cgs para la viscosidad dinámica es el poise (p), cuyo nombre homenajea a Jean Louis Marie Poiseuille. Se suele usar más su submúltiplo el centipoise (cp). El centipoise es más usado debido a que el agua tiene una viscosidad de 1,0020 cp a 20 °C.

El poise o centipoise (0,01 poise) se define como la fuerza requerida en dinas para mover un plano de un centímetro cuadrado de área, sobre otro de igual área y separado un centímetro de distancia entre sí y con el espacio relleno del líquido investigado, para obtener un desplazamiento de un centímetro en un segundo.

1 poise = 100 centipoise = 1 g/(cm·s) = 0,1 Pa·s.1 centipoise = 1 LmPa·s.

La viscosidad de los crudos en el yacimiento puede tener 0,2 hasta más de 1.000 centipoise.La viscosidad es una de las características más importantes de los hidrocarburos en los aspectos operacionales de producción, transporte, refinación y petroquímica. La viscosidad, se obtiene por varios métodos y se le designa por varios valores de medición. Es muy importante el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de los crudos, en el yacimiento o en la superficie, especialmente concerniente a crudos pesados y extrapesados.

Efecto de la temperatura sobre la viscosidad: el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de un líquido es notablemente diferente del efecto sobre un gas; en el caso de los gases la viscosidad aumenta con la temperatura, mientras que en caso de los líquidos, esta disminuye invariablemente de manera marcada al elevarse la temperatura. Al aumentar la temperatura del crudo se disminuye su viscosidad debido al incremento de la velocidad de las moléculas y, por ende, tanto la disminución de su fuerza de cohesión como también la disminución de la resistencia molecular interna al desplazamiento.

Efecto de la presión sobre la viscosidad: el efecto de la presión mecánica aumenta la viscosidad. Si el incremento de presión se efectúa por medios mecánicos, sin adición de gas, el aumento de presión resulta en un aumento de la viscosidad. Este comportamiento obedece a que está disminuyendo la distancia entre moléculas y, en consecuencia, se está aumentando la resistencia de las moléculas a desplazarse.

Efecto de la densidad sobre la viscosidad: Se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. La densidad de un cuerpo está relacionado con su flotabilidad, una sustancia flotara sobre otra si su densidad es menor. Mientras más denso sea el fluido, mayor será su viscosidad.

Se pueden mencionar los siguientes tipos de viscosidades:

Viscosidad aparente: viscosidad que puede tener una sustancia en un momento dado, la cual se mide por medio de un instrumento que determina la tasa de cizallamiento. Es una función de la viscosidad plástica con respecto al punto cedente.

Viscosidad cinemática: viscosidad en centipoise dividida por la densidad a la misma temperatura y se designa en unidades Stokes o centiStokes.

Viscosidad Universal Saybolt (SSU): representa el tiempo en segundos para que un flujo de 60 centímetros cúbicos salga de un recipiente tubular por medio de un orificio, debidamente calibrado y dispuesto en el fondo del recipiente, el cual se ha mantenido a temperatura constante.

Viscosidad relativa: relación de la viscosidad de un fluido con respecto a la del agua.

Viscosidad Engler: medida de viscosidad que expresa el tiempo de flujo de un volumen dado a través de un viscosímetro de Engler en relación con el tiempo requerido para el flujo del mismo volumen de agua, en cuyo caso la relación se expresa en grado Engler.

Viscosidad Furol Saybolt (SSF): tiempo en segundos que tarda en fluir 60 cc de muestra a través de un orificio mayor que el Universal, calibrado en condiciones especificadas, utilizando un viscosímetro Saybolt.

Viscosidad Redwood: Método de ensayo británico para determinar la viscosidad. Se expresa como el número de segundos necesarios para que 50 cc de la muestra fluyan en un viscosímetro Redwood, bajo condiciones específicas de ensayo.

En la practica se puede apreciar que el lubricante es mas viscoso que el crudo, lo cual nos dice que Sae 140 es un lubricante mono grado (debido a su índice de viscosidad) esto significa que puede ser para invierno o para verano e indica las márgenes de temperatura que este lubricante tiene u buen comportamiento. Recomiendan su uso en parte donde no halla tanto cambio de clima.

Es de gran importancia decir que la ecuación de David y Davis es mucho mas exacta tomando la viscosidad cinemática para extrapolar la temperatura y así hallar la viscosidad cinemática en 210°F, esto se debe a que la tabla nos relaciona directamente este tipo de viscosidad con el índice de viscosidad

Se le recomienda a los futuros estudiantes tener buen uso de la maquina Saybolt, ya que esta suele calentar progresivamente y si se quiere mantener la temperatura, es apropiado que la apague o siga las instrucciones, ya que por experiencia nos dimos cuenta que, la maquina se calienta muy fácil pero es muy difícil bajarle la temperatura, lo cual demora la practica. Por esa razón no se puedo hallar los ssf del lubricante a 104 ° F.

Es de gran importancia saber la dimensión de los tubos para hallar la relación que tienen y así poder pasar de ssu a ssf, lo cual facilito los cálculos. La relación entre los diámetros de los tubos ssf y ssu es de 1.433530906. Donde el Furol es ligeramente mas grande que el universal, eso se pedo observar a la hora de hallar la viscosidad del lubricante en temperatura ambiente, ya que, este a ser tan espeso toco pasarlo a Furol por que demoraba mas de 200s (que es lo recomendable).

ANEXOS

Valores de Índice de Viscosidad por encima de 140 nos informan que ese aceite tiene características de multigrado. Y cuando mayor es este valor la caída de la viscosidad con la temperatura será menor. Justamente eso es que estamos buscando. Un aceite del tipo monogrado tiene un índice de viscosidad de 95 aproximadamente. Ahora bien, recordemos que hay muchos aceites que son multigrados y no son precisamente aceites de motor. ¿Por qué? En el momento del arranque de cualquier sistema se produce el

mayor desgaste, ya que en ese instante se debe formar la película en forma rápida. Pensemos en un cojinete y la formación de la película. Los aceites de mayor índice de viscosidad proporcionan menos fricción fluida durante el arranque y proveen películas lubricantes con un lambda (l) adecuado que asegura un mejor efecto sellante y de protección contra el desgaste a la temperatura de trabajo. Hay muchos equipos que están sometidos a arranques en forma sistemática, y para evitar el desgaste en ese momento tenemos varios aceites con característica multigrado, esto es alto Índice de Viscosidad, como ejemplo podemos citar; hidráulicos Mobil DTE Serie 10 M, aceites de compresores sintéticos Mobil Rarus SHC Serie 1000 y aceites para engranajes Mobilgear SHC XMP Serie ISO, entre otros. Estos aceites permiten, asimismo, brindar mayor protección a altas temperaturas y son la solución ideal cuando sus equipos están sometidos a condiciones extremas. Recordemos también que los aceites sintéticos a base de Poli Alfa Olefina (sigla SHC), ya "nacen" con esa característica de multigrado, ya que son elaborados por síntesis química con esa cualidad. En cambio en los aceites minerales es necesario agregar aditivos para poder lograr la característica de multigrado. Como información complementaria el tipo de compuestos químicos que se agregan a los aceites minerales son los siguientes: Poli Iso Butenos (PIB); Copolímeros de alquil metacrilato; Copolímeros de alquil acrilato; Copolímeros de vinil acetato – alquil fumaratos; Poliestireno alquilados. Estos aditivos son los llamados Mejoradores de Índice de Viscosidad y en algunas ocasiones se agregan a las formulaciones mezclas de algunos de ellos En ExxonMobil poseemos aceites y grasas de alto índice de viscosidad para distintas aplicaciones industriales: sistemas hidráulicos, cajas de engranajes, compresores, turbinas, motores estacionarios, sistemas de circulación, etc., diseñados para ser la solución en condiciones extremas. No dude en consultarnos sobre sus usos, aplicaciones y beneficios.

BIBLIOGRAFIA

Esteban Echeventa, exón mobil lubricants and specialties, [online] ,23/10/2006 Avaliable from world wide web: http://www.viselubricantes.cl/PDF_Mobil/Indice_de_Viscosidad.pdf

American society for testing and materials. ANNUAL BOOK OF ASTM STANDARDS. Petroleum products fuels;solvents;burner fuel oils; lubricating greases; hydraulic fluis.Philadelphia,1971. Parte 17. P 21-27 .