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PRACTICA PROPUESTA. CARACTERIZACIÓN DE DERIVADOS
Fecha 04/11/2011
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PRACTICA PROPUESTA. CARACTERIZACIÓN DE DERIVADOS
DANIEL ARAMBURO HAROLD ALDANA
PROFESORA MARIA ISABEL SANABRIA
FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMERICA INGENIERÍA DE PETRÓLEOS
BOGOTÁ 2011
PRACTICA PROPUESTA. CARACTERIZACIÓN DE DERIVADOS
Fecha 04/11/2011
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OBJETIVO GENERAL
Realizar la caracterización de los derivados del petróleo más comunes, utilizados
principalmente en la industria automotriz y comercializados a un gran valor
económico, con el fin de cerciorar que las calidades ofrecidas para dichos
productos son las reales, y buscar soluciones al problema de las ceras
parafinicas en las gasolinas.
DETERMINACION DE LA VISCOSIDAD EN LUBRICANTES PARA MOTOR Y
TRANSMISION.
1. Objetivos específicos
Determinar la viscosidad absoluta de las muestras.
Comprender los efectos de la temperatura sobre la viscosidad de una
muestra.
Determinar el comportamiento de las muestras analizadas realizando
una comparación de la viscosidad calculada a diferentes
temperaturas.
Determinar el índice de viscosidad de las muestras
Determinar la clasificación SAE del lubricante en cuestión..
2. Fundamento Científico
El procedimiento realizado es la medición del tiempo requerido por una
cantidad específica de líquido, a una temperatura dada, para fluir por acción
de la gravedad a través de un orificio o estrangulamiento de dimensiones
especificas.
Los fundamentos científicos que rigen para este procedimiento son:
Ley de Poiseuille: Permite determinar el la tasa de flujo de un líquido
incompresible y uniformemente viscoso (fluido Newtoniano) a través
de un tubo cilíndrico circular de sección transversal constante, de la
siguiente manera:
(
)
Donde ϕ es el flujo (variación del volumen con respecto al tiempo), r es el
radio interno del orificio, n es la viscosidad dinámica, P es la presión y h es la
altura a la que llega el líquido en el viscosímetro.
Presión hidrostática: Es la presión que ejerce un fluido en reposo,
sobre los cuerpos sumergidos en el, o sobre las paredes del
recipiente que lo contiene; se define por la formula:
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Donde ρ es la densidad del fluido, g es la aceleración debida a la fuerza de
gravedad y h es la profundidad a la que se encuentra sumergido el cuerpo
que experimenta la presión.
Lo importante de conocer esta fórmula es que como la altura del liquido en el
viscosímetro Saybolt varia con el tiempo a medida que este pasa por el
orificio, la presión también varia, y mediante esta fórmula se puede conocer
la variación de la presión con respecto a la altura que se necesita en la ley de
Poiseuille.
Luego conociendo esto y reemplazando en la ecuación de Poiseuille para
luego despejar la viscosidad cinemática tenemos que:
3. Fundamento Teórico
Clasificación de los aceites de motor
Actualmente existen 3 tipos de clasificación de aceites para motor según
sea por viscosidad o por servicio. Para el caso de clasificación según
viscosidad, existe una única clasificación denominada SAE Society of
Automotive Engineers. Dicha clasificación permite identificar la viscosidad
de un aceite reportada a 100ºC y expresada en centistokes cSt. También
existen reportes a bajas temperaturas en cuyo caso se expresan con la
letra W. Es de destacar que la clasificación de los aceites es
independiente de la composición química, calidad o contenidos de
aditivos generados por el fabricante.
La siguiente tabla presenta el tipo de clasificación a baja y alta
temperatura.
CLASIFICACION DE VISCOSIDADES EN ACEITES PARA MOTOR SAE J 300 DIC. 99
GRADO VISCOSIDAD SAE
ºC C.C.S. VISCOSIDAD cP Max.
ºC BOMBEO VISCOSIDAD cP Max.
VISCOSIDAD DINAMICA cSt a 100 ºC
HT/HS AT/AC VISC. cP a 150 ºC
VISCOSIDAD A BAJA TEMPERATURA
0W 5W 10W 15W 20W 25W
6200 a -35 6600 a -30 7000 a -25 7000 a -20 9500 a -15 13000 a -10
60000 a -40 60000 a -35 60000 a -30 60000 a -25 60000 a -20 60000 a -15
3.8 -- 3.8 -- 4.1 -- 5.6 -- 5.6 -- 9.3 --
-- -- -- -- -- --
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VISCOSIDAD A ALTA TEMPERATURA
20 30 40 40 50 60
-- -- -- -- -- --
-- -- -- -- -- --
5.6 a 9.3 9.3 a 12.5 12.5 a 16.3 12.5 a 16.3 16.3 a 21.9 21.9 a 16.1
2.6 2.9 2.9* 3.7** 3.7 3.7
Ref.: (*) Para los grados 0W-40, 5W-40 y 10W-40 (**)Para los grados 15W-40, 20W-40, 25W-40 y 40
Con respecto al grado del aceite, se pueden clasificar como aceites
monogrados o multigrados. Se dice que un aceite es monogrado, cuando
solo cubre un rango de temperatura en la clasificación SAE es decir, en
condiciones de verano o condiciones de invierno. Un aceite multigrado
cubre estos rangos de operación. A manera de ejemplo se tiene la
clasificación SAE para un aceite SAE 80W-90. Este es un aceite
multigrado, el cual se comporta como un SAE 80W a bajas temperaturas
y por otro lado, se comporta como un SAE 90 en altas temperaturas.
4. Equipos y material requerido
Viscosímetro Saybolt
2 Copas Saybolt
2 Termómetros (escala -10°C a 110°C)
2 Cronómetros
2 Beakers graduados de vidrio de 250 mL
2 Beakers de plástico de 250 mL
2 jeringas hipodérmicas de 5 o 10 mL
1 soporte plástico para termómetro
Diferentes muestras de lubricantes.
5. Procedimiento
Tomar la muestra (Lubricante) para determinación sin agitarla, para evitar que capte aire dentro del fluido.
Determinar la gravedad específica de la muestra utilizada por medio del método del picnómetro, y calcular la gravedad API a cada una de las temperaturas de medición.
Con el termostato que se encuentra en la tapa del equipo, calibrar la temperatura del baño (ºC ó ºF) a la temperatura aproximada de la prueba.
Encender la fuente de calentamiento del baño de aceite, por medio de los interruptores de calentamiento continuo y calentamiento intermitente, los pilotos respectivos deben encenderse.
Ajustar la tasa de calentamiento con el botón del dial, escala 1 a 10.
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Estabilizar la temperatura del baño, máximo 0.5ºC por encima de la temperatura de la prueba.
Precalentar la muestra en un calentador eléctrico, máximo 1 ºC por encima de la temperatura de la prueba.
Tapar el orificio de salida de la celda y llenarla con la muestra precalentada, permitiendo que el líquido sobrepase la capacidad de la celda y derrame en el anular.
Introducir el otro termómetro en la muestra y agitar nuevamente hasta alcanzar exactamente la temperatura deseada.
Colocar la Copa Saybolt en dirección del orificio de salida de la celda y quitar el corcho que tapa dicho orificio. En el mismo instante de retirar el corcho, empezar a cronometrar el tiempo que transcurre para que la copa se llene hasta el aforo (60 ml).
Se reporta el número de segundos que tarda en llenarse la Copa Saybolt hasta el aforo.
Se harán determinaciones a Temperatura ambiente, 104ºF, 140ºF, 176ºF y 212ºF.
DETERMINACION DE CONTENIDO DE CERAS PARAFINICAS EN LAS GASOLINAS
1. Objetivos específicos
Determinar el contenido de parafinas en una muestra de gasolina
mediante el proceso de centrifugación.
Observar y analizar los problemas que pueden ser generados por la
precipitación de compuestos orgánicos.
Establecer posibles alternativas de tratamiento a los precipitados y/o
problemas orgánicos.
2. Fundamento Científico
El método utilizado para este procedimiento incluye varios fundamentos que
se explicaran por cada uno de los procesos realizados:
Pesado de tubos de centrifuga vacios: el principio es la segunda ley
de Newton; la sumatoria de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo
en una misma dirección debe ser igual a la masa del cuerpo por la
aceleración que este experimenta.
∑
La balanza electrónica mide una fuerza (peso) que actúa sobre ella, y
mediante el valor conocido de la gravedad nos arroja el valor de la
masa de cada uno de los tubos vacios, el objetivo es compararlo
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después con el peso de los tubos con asfáltenos y sedimentos
respectivamente y así deducir la masa de cada uno de estos.
Adición de Eter a cada uno de los tubos con muestra: El principio que
actúa es el de la disolución; el éter, que es un solvente de las ceras
parafínicas, mas no de los demás componentes de las gasolinas, por
lo que al agregarlo en gran proporción a estas, en el se van a disolver
la totalidad de estas ceras, quedando los demás componentes fuera
de solución. Lo anterior se realiza para después realizar el análisis de
ceras parafínicas mediante el enfriamiento de la solución parafinas-
éter.
Centrifugación: Mediante la centrifugación se asegura que los
componentes no solubles en éter sean decantados para su
separación.
Baño de hielo al beaker con solución Eter- ceras parafínicas: En este
proceso actúan varios principios:
o Descenso en el punto de congelación del agua: Es una
propiedad coligativa de la materia, es decir, una propiedad
que cambia en un solvente (agua) debido a la presencia de un
soluto (NaCl), el descenso del punto de fusión esta dado por:
Donde kf es la constante molal de descenso del punto de congelación, que
para el agua tiene un valor de 1,86 °C·kg/mol y m es la molalidad de la
solución.
El objetivo de bajarle el punto de congelación al agua es que exista mayor
transferencia de calor desde la solución parafinas-éter hacia la solución
NaCl-agua. Ya que el agua va a estar liquida a una temperatura menor a los
0°C lo que nos produce una mayor área de contacto entre el beaker y el
agua. Lo anterior tiene su fundamento científico en:
Transferencia de calor por conducción: Esta
determinada por la ley de Fourier:
es la tasa de flujo de calor que atraviesa el área A en la dirección x
K es una constante de proporcionalidad llamada conductividad térmica
T es la temperatura.
t es el tiempo
y A es el área de contacto entre los cuerpos que se están transfiriendo calor.
De la ecuación anterior podemos deducir que existe una proporcionalidad
directa entre el área de contacto y la tasa de flujo de calor, por lo que al
aumentar el área de contacto, la transferencia de calor desde el beaker hacia
el agua se realizara con mayor rapidez.
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o Cristalización de las ceras parafínicas: El principio que actúa
es el de la solidificación, al llegar al punto de fusión todo
cuerpo pasa del estado líquido al solido. Lo que nos indica
que las ceras parafinicas tienen un punto de fusión menor a la
temperatura ambiente trabajada (17°C).
3. Equipos y material requerido
1 centrifuga
2 Tubos de vidrio para centrífuga de 25 mL sin graduación
3 Beaker graduados de vidrio de 250 ml
1 Recipiente plástico para baño de hielo.
Eter
4. Procedimiento
Tomar una pequeña cantidad de muestra (gasolina corriente) en uno de los Beakers plásticos (± 30 ml.)
Repetir el procedimiento anterior en el otro beaker con gasolina extra.
Llenar un tubo de centrifuga hasta la mitad con la muestra de gasolina corriente.
Repetir el procedimiento anterior en otro tubo de centrifuga por gasolina extra.
En otro beaker plástico, tomar una pequeña cantidad de Eter y llenar cada tubo con éste solvente hasta la altura de las letras horizontales o hasta la estrella.
Colocar los tapones de caucho a los tubos, agitar fuertemente hasta que la muestra se mezcle con el solvente (éter).
Retirar los tapones, llevar los tubos a la centrífuga y centrifugar durante seis (6) minutos. Mientras se centrifuga, preparar el baño de hielo. El hielo debe estar bien picado y debe rodear los beaker de vidrio de 250 ml, colocados en el recipiente plástico destinado para tal fin.
Transcurridos los seis (6) minutos apagar la centrífuga, dejarla que pare por sí misma.
Retirar los tubos de la centrífuga y recolectar el líquido sobrenadante en los beaker que se encuentran en el baño. Vaciar cuidadosamente con el fin de evitar que pase precipitado al beaker.
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Mantener los beaker con el líquido sobrenadante en el hielo el
mayor tiempo posible, esto con el fin de permitir la mayor precipitación de
las ceras parafínicas.
Observar la cantidad de ceras parafinicas en cada uno de los beakers y
reportar la diferencia.
BIBLIOGRAFIA
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Disponible en: http://www.cal.org.ar/system/contenido.php?id_cat=8
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KSB. Centro de entrenamiento de productos. Manual de entrenamiento selección
y aplicación de bombas centrifugas