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Universidad de Oriente
Núcleo de Monagas
Escuela de Ingeniería de Petróleo.
Laboratorio de Yacimientos.
Sección 09.
Unidad # 1: Propiedades de los fluidos.
Profesora: Bachilleres:
Ing. Roxana Rujano. Bello, Yanina. C.I 19 786196
Conquista, Elimar C.I 20 646721
Rocca, Andrea. C.I 21347888
“Grupo 5”.
Maturín, Enero 2013
Resultados:
1. Soluciones Salinas:
Ensayo # 1: Densidad y Gravedad específica
Se preparó una solución salina al 7%, para la cual se utilizó 35g de sal y agua
destilada, en base a dicha solución se realizó el procedimiento y se obtuvieron los
siguientes resultados:
Tabla # 1 Picnómetro.
Volumen 50,4286Masa 44,0306g
Fuente: datos experimentales de laboratorio.
Tabla # 2: Método del picnómetro.
Temp. (ºC) 29 32 35 38Masa, g 96,1096 96,0153 95,9469 95,9265Densidad (g/ml) 1,0327 1,0308 1,0295 1,0291
Fuente: datos experimentales obtenidos de laboratorio.
Para la realización de los cálculos de densidad, se trabajó se la siguiente manera:
ρ = Masadel picnómetro lleno−Masa del picnómetrovacío
Volumen
ρ = 96,1096 g−44,0306g
50,4286ml
ρ= 1,0329g/ml
Y así sucesivamente para todos los valores de masa obtenidos con las variaciones de
temperatura.
Gráfica#1: Densidad en función de la temperatura.
28 30 32 34 36 38 401.027
1.028
1.029
1.03
1.031
1.032
1.033
f(x) = − 0.000403333333333333 x + 1.04403666666667R² = 0.928114104595898
Densidad vs Temperatura
Temperatura (ºC)
Dens
idad
(g/m
l)
Fuente: Datos de laboratorio.
Para esta gráfica se seleccionó una tendencia lineal, en vista de que el
comportamiento entre densidad y temperatura debe corresponder a una gráfica de este tipo
de tendencia, demostrándose incluso con la obtención del valor de R2, el cual se encuentra
muy cercano a 1, corroborando que el ajuste está muy cercano a la perfección. Pues pese a
la variación debido a errores cometidos durante la realización de la práctica, los puntos
siguen en su mayoría una tendencia lineal.
Tabla # 3: Método de la balanza hidrostática.m1 m2 m3
100,005g 87,77g 88,25gFuente: datos experimentales de laboratorio.
Tabla # 4: Densidad y gravedad específica según el método de la balanza hidróstatica.
Densidad (g/ml) 1,03687Gravedad específica 0,9962
Fuente: datos experimentales de laboratorio.
Para la obtención de estos valores, se calculó inicialmente la densidad del agua a
28,2ºC, de acuerdo a la ecuación:
ρagua=−5,25 x10−6T 2+1,5 x10−5T+1ρagua=−5,25 x10−628,22+1,5 x10−528,2+1
ρagua= 0,9962 g/ml
Luego, para la gravedad específica se tiene:
G.E = m1−m2m1−m3
G.E = 100,005−87,77100,005−88,25
G.E = 1,04083
Entonces, la densidad sería:
ρsol = ρagua * G.E
ρsol = 0,9962 g/ml * 1,04083
ρsol = 1,03687g/ml
Análisis y discusión de resultados.
De la observación con detenimiento de la tabla # 2, puede apreciarse como se inicia
el procedimiento con una temperatura ambiente de 28,2ºC y se obtiene una masa de
96,1188g al pesar el picnómetro, pero este valor de masa comienza a variar al tratar de
estudiar el efecto de la temperatura, puesto que una vez que se colocó el picnómetro sobre
el plato de calentamiento y se llevó su temperatura a 29ºC, la masa registrada en la balanza
analítica bajo a 96,1096g, y continuó en descenso a medida que se incrementaba la
temperatura con el uso del plato de calentamiento, lo que llevaba también y en efecto a un
descenso continuo y progresivo de la densidad de la solución salina al 7%.
Este descenso puede ser analizado de la siguiente manera, se sabe por
conocimientos teóricos previos que la densidad es una propiedad del fluido que permite
relacionar la masa con el volumen, por lo que al aumentar o disminuir el valor de masa o
volumen que se tenga variará el valor final de la densidad, que es lo que ocurría en esta
práctica, al someter la solución salina a cambios de temperatura, se conllevaba a una
dilatación de la muestra, pues los fluidos se encuentran formados por moléculas que ante
variaciones de temperaturas se excitan y comienzan a moverse de una manera más rápida,
esto conlleva entonces a un distanciamiento de moléculas que originaba que parte de ellas
fuera evaporadas, mientras que también se observaba derramamiento del líquido por las
paredes del picnómetro. Es entonces cuando puede decirse que, el incremento de
temperatura, originó que una menor cantidad de moléculas ocupará un mismo volumen
previamente medido, lo que era traducido en la obtención de un menor valor de la masa, en
cada aumento de temperatura.
Esto demuestra de manera práctica lo estudiado teóricamente, pues en efecto la
temperatura y la densidad son inversamente proporcionales, basta con variar una para que
la otra sea afectada en sentido opuesto como ocurrió en este caso, que al incrementar la
temperatura disminuía la densidad de la muestra.
De la misma manera ante la observación de la tabla # 3, puede apreciarse como
varía la masa de la una misma pesa, dependiendo de las condiciones en que sea pesada, se
observa que se registra el mayor valor en la balanza simple cuando se deja la pesa
libremente suspendida en el aire pesando entonces 100,005g, al sumergirse en el agua
destilada disminuye su valor hasta 88,25g y posteriormente lo disminuye aún más al
sumergirse en la solución salina al 7% llegando a pesar 87,77g, cabe resaltar que la pesa
nunca fue cambiada, siempre se uso la misma pesa, marcada de fábrica con 100g; esta
variación en cuanto a su pesada se explica por el efecto de la muestra en la que era
sumergida, pues al pesarse libre en el aire no tenía ningún apoyo que disminuyera la fuerza
de la tierra sobre ella, al ser pesada en agua destilada, se entiende que las moléculas de agua
servían de colchón para la pesa, es decir, la pesa está ligeramente colocada sobre las
moléculas que integran el líquido, haciendo que el efecto de la tierra sobre la misma
disminuyera, lo que se observa de una manera más marcada en la solución salina, puesto
que en este caso además de tenerse las moléculas de agua, existía un soluto que funcionaba
también como colchón, es decir, había una mayor cantidad de moléculas soportando a la
pesa. Lo cual se corrobora al comparar los datos obtenidos con los datos suministrados por
otros grupos que trabajaron con concentraciones inferiores, la pesa registraba un mayor
valor de masa, siendo tales para los casos de 3% y 5% valores de 88,23g y 87,70 g
respectivamente, esto debido a que existía una menor concentración molecular que
disminuyera la fuerza de la tierra sobre la pesa.
Esta variación de peso entre el agua destilada, llevaba a relacionar de manera
matemática las densidades de ambas sustancias, es decir, el agua destilada y la solución
salina, se conocían los valores para determinar la densidad del agua destilada y por relación
de gravedad específica y densidad, pudo entonces obtenerse la densidad de la solución
salina en estudio.
Cabe también entonces hacer mención a que si se observan con detenimiento las
tablas 2 y 4, se observa una distinción entre el valor de densidad obtenido a 28,2ºC con el
picnómetro y con la balanza hidrostática, en cuanto a esta diferencia su puede pensar que
hay una gran intervención de factores, primero puede hablarse de un error en las pesadas
del picnómetro si este era secado inadecuadamente o si pasaban desapercibidas algunas
gotas sobre las paredes del picnómetro al momento de colocarse sobre la balanza analítica,
también puede sumarse a esta diferencia que quizás al momento de tomar el valor de masa
de las pesas ante diversas situaciones la balanza simple no estuviera adecuadamente
calibrada, variando así los valores. Sin embargo puede apreciarse que varía en el rango
entre 1,049774 y 1,03687 g/ml.
Puede ser considerado como valor más cercano a la realidad el obtenido con el
picnómetro, puesto que el cálculo que se realiza para llegar a la densidad por medio de la
balanza hidrostática, es más indirecto, pues se involucra otra propiedad como lo es la
gravedad específica y la densidad del agua, para poder relacionar entonces la densidad de la
solución salina, conllevando a un posible arrastre de errores que crece a medida que
aumenta la cantidad de cálculo, además de que se desconfía de la correcta calibración de la
balanza simple para el momento del ensayo. El mejor método para determinar densidades
es con el uso del aerómetro pero este se encuentra fuera de operación en el laboratorio.
La variación de estos datos también puede afectarse por el hecho de que no pudo
usarse el baño termostático por la carencia del instrumento en el laboratorio y porque el
único presente tiene el termostato dañado, pues esto conllevaba a que las medidas tuvieran
que hacerse sobre un palto de calentamiento usando un termómetro digital; esto afecta los
cálculos debido a que si se dejaba pasar un rato por muy pequeño que fuera no había un
control de temperatura, esta variaba constantemente por lo que dependía de la atención
absoluta de quien realizaba la práctica; aún pese a eso la práctica se llevo a cabo y se
observa que aun con sus dificultades la variación que presenta la densidad con el cambio de
temperatura es progresiva y representativa para el estudio de la influencia de la temperatura
sobre la densidad.
Ensayo #2: Resistividad:
Se nos asignó la muestra C para el desarrollo de este ensayo y en base a su estudio y
al sometimiento de la misma a diversos métodos se obtuvo lo siguiente:
Tabla#5: Índices de refracción de muestra con distintas ppm de sal.
ppm 0 2000 4000 6000 8000 10000
nD 1,3327 1,3330 1,3332 1,3338 1,3341 1,3345
Temp, ºC 32,2 32,2 32,2 32,2 32,2 32,2
Fuente: Experimento realizado en laboratorio.
Tabla#6: Índice de refracción para la muestra de ppm incógnita (muestra problema).
Fuente: Experimento realizado en laboratorio.
nD 1,3339
Temp, ºC 32,2
Gráfica#2: nD en función de ppm.
0 2000 4000 6000 8000 10000 120001.3315
1.332
1.3325
1.333
1.3335
1.334
1.3345
1.335
f(x) = 1.84285714285723E-07 x + 1.33262857142857R² = 0.984383318544781
nD vs ppm
ppm
nD
Fuente: Datos experimentales de laboratorio.
A partir del ajuste de la gráfica de acuerdo a la tendencia lineal de los puntos
obtenidos por los índices de refracción y concentraciones de las muestras patrón, se obtiene
la ecuación que define el comportamiento de la misma, siendo esta:
nD = 0,0000002(ppm) + 1,3326
En la cual se sustituye el valor de índice de refracción obtenido para la muestra de
concentración desconocida, obteniéndose:
nD = 0,0000002(ppm) + 1,3326
ppm= nD – 1,3326 / 0,0000002
ppm= 1,3339 – 1,3326 / 0,0000002
ppm= 6500
Con este valor y la sustitución adecuada en la fórmula de resistividad de obtiene:
R= 0,74319 Ohm.m
Tabla#7: Método de la titulación.
Vmuestra 1 ml.
NAgNO3 0,0835 N
VI AgNO3 1,73 ml.
VF AgNO3 0,32 ml.
T 32,2 ºC
Fuente: Datos obtenidos en laboratorio.
Tabla#8: ppm obtenidas por el método de titulación y valor de resistividad.
Concent. 2855,087 ppm
R 1,59136 Ohm.m
Fuente: Datos experimentales de laboratorio.
Para el cálculo de la concentración en el método de la titulación se usó la siguiente
ecuación:
ppmsal = NAgN O3 x VAgNO3
Vsoluciónx58442,77
ppmsal = 0,083x 1,73mlVsolución1ml
x 58442,77
ppmsal = 2855,087
Análisis y discusión de resultados.
Con esta práctica buscaba determinarse la resistividad de una solución salina la cual
define la resistencia eléctrica de un material, esta describe el comportamiento de un
material ante el paso de la corriente eléctrica, con lo que se puede determinar lo buen o mal
conductor que este puede llegar así, teniendo una relación inversa, pues mientras mejor
conductor sea menor resistividad tendrá, y mientras pero conductor sea mayor resistividad
tendrá. Esto puede analizarse por diversos medios, en el caso de esta práctica se contó
primero con el uso de un refractómetro, en el cual se colocaron diversas muestras
aumentando consecutivamente su concentración hallándose tal como se observa en la tabla
# 5 que a medida que la concentración aumentaba se incrementaba también el índice de
refracción, esto explicado por el hecho de que al incrementan la concentración se disminuía
también en medida la velocidad con la que la luz atravesaba la solución, pues esta debía
esquivar las molécula de sal presentes en la muestra y para esto se disminuía la velocidad,
pues es sencillo de apreciar, es mucho más fácil caminar o desplazarse en un lugar libre de
obstáculos que en un medio impregnado con obstáculos, que es lo que las moléculas de sal
representaban para la luz.
De la muestra asignada para el estudio no se conocía la concentración de sal, pero se
sometió al refractómetro obteniendo un índice de refracción de 1,3339; el cual se sustituyó
en la ecuación que relacionaba el nD con la concentración obtenida de las muestras patrón
y se hallo el valor, siendo este de 6500ppm, este valor se usó para determinar la resistividad
de nuestra muestra, obteniéndose un valor de 0,74319 Ohm.m.
El mismo valor de resistividad se buscó por el medio de titulación durante el cual se
observo la formación de un sólido blanco insoluble producto de la reacción originada entre
el cloruro de potasio y el nitrato de plata; para este método la diferencia con el del
refractómetro radica principalmente en la manera como se consigue el valor de la
concentración de la solución, pues uno se basa en la comparación de su índice de refracción
con unas muestras patrón y el otro lo determina mediante una relación de acuerdo a
titulación y volumen gastado de titulante, para este caso el valor obtenido de ppm fue de
2855,09ppm como se observa en la tabla # 8, esto a simple vista enmarca una gran
disparidad en los valores que arrojaría por ende un valor para la resistividad muy por
debajo, pues al entenderse una mayor concentración la muestra sería menos resistiva
porque presentaría mayor cantidad de iones disponibles para la conductividad, tal como fue
el caso al elaborar los cálculos se muestra que la resistividad para dicho valor de
concentración fue de 1,59136 Ohm.m.
Esta disparidad de valores puede presentarse porque al momento de titular algunas
gotas cayeron en las paredes del matraz y no directamente sobre la solución, así mismo
también quizás se uso una mayor cantidad de titulante que la requerida; trayendo esto como
consecuencia una disparidad de los valores, cabe hacer mención que el valor obtenido por
ambos métodos debe ser similar, pues se usaba la misma muestra. Aún así la intención de la
práctica era demostrar como al haber una mayor concentración de iones de favorecía la
conductividad disminuyendo el valor de la resistividad del material, pues el material se
resiste menos a la transferencia de electricidad, lo que quedo evidenciado con la práctica,
así como en las muestra patrón se observaba el aumento del índice de refracción al
aumentar la concentración se sabía que eso indicaba una disminución de la resistividad,
mostrándose como más resistivas las muestras de menos concentración, indicándose una
relación inversa, pues a mayor concentración menor resistividad y viceversa.
Cabe entonces también hacer mención que el método más confiable es el del
conductímetro, pues este es más directo que el método de titulación y del refractómetro y
pudiera dar una idea más clara de los valores, pero este se encuentra fuera de
funcionamiento en el laboratorio.
2. Crudo:
Ensayo # 4: Viscosidad.
Para este ensayo se consideraron 2 muestras diferentes de crudo, identificadas por
las letras E y B, a las cuales primero se les determino su gravedad API con el hidrómetro de
la misma manera que se realizó en el ensayo # 3, mostrándose de la siguiente manera:
Tabla # 09: Gravedad específica según método del hidrómetro
Muestra B: Muestra E:
Temp. (ºF) 75,3
G.E 0,920
Teniéndose entonces los siguientes valores de API:
Tabla # 10: Gravedad APISC:
Temp. (ºF) 75
G.E 0,911
Muestra B 22,3043º
Muestra E 23,8238º
Fuente: cálculos en base a datos de laboratorio.
Así mismo se tienen para la viscosidad los siguientes valores:
Tabla # 11: Constantes y valores de viscosidad para la muestra B:
Temp. (ºC) Nro. Tubo Kc (cSt/s) Kj (cSt/s) vc (cSt) vj (cSt) vprom, (cSt)
24,2 350 0,5141 0,9057 82,256 217,368 149,812
55 350 0,5159 0,3863 30,1405 42,8368 36,4887
75 300 0,2814 0,2057 18,0659 29,3740 23,7199
Fuente: Datos experimentales de laboratorio.
Tabla # 12: Constantes y valores de viscosidad para la muestra E:
Temp. (ºC) Nro. Tubo Kc (cSt/s) Kj (cSt/s) vc (cSt) vj (cSt) vprom, (cSt)
24,2 400 1,2039 0,0876 89,5702 9,8112 49,6907
55 300 0,2807 0,2052 70,0627 64,8824 67,4726
75 200 0,1175 0,0882 53,8150 89,0820 71,4485
Fuente: Datos experimentales de laboratorio.
Análisis y discusión de resultados.
Por conocimientos teóricos se sabe que la viscosidad es la medida representativa de
la resistencia que posee un fluido para fluir o lo que lo mismo la oponencia del flujo de un
fluido; esto como es de entenderse se ve afectado por gran cantidad de factores entre los
cuales se pueden nombrar el tipo del fluido en estudio y la temperatura; para el caso en
particular de este ensayo se trabajó con dos muestras de crudos, ambos catalogados dentro
de la clasificación API como crudos medianamente pesados, pero sin embargo con una
diferencia entre su gravedad, lo que convierte a la muestra E en un crudo más pesado que el
de la muestra B, lo que se reflejaría marcadamente en su viscosidad; pues un crudo pesado
está formado por una mayor cantidad de componentes pesados que se oponen en mayor
medida al movimiento que los componentes livianos, presentes en mayor abundancia en
crudos livianos. Cabe destacar que ocurrió un pequeño error de medición de tiempo en la
muestra B, ya que la viscosidad que esta refleja es mucho mayor que la de la muestra E, lo
cual resulta un dato erróneo, ya que al momento de la determinación de la gravedad API, la
muestra E es un tanto más pesada que la muestra B.
Otro factor de importante estudio dentro de este ensayo fue la variación que se
reflejaba en la viscosidad frente a alteraciones en la temperatura, la manera ideal de mostrar
estos resultados sería con una gráfica, que por conocimientos previo se deduce debería
reflejar una tendencia lineal.
Cabe recordar también que los cálculos que se llevan a cabo con datos obtenidos en
laboratorio dependen mucho de la precisión de dichos datos, pues aún cuando los cálculos
son bien realizados se arrastra el error de medidas mal tomadas por errores de
manipulación. De igual manera, se muestra a continuación la gráfica obtenida con los
valores calculados, en la cual se muestra el error:
Gráfica # 3: Viscosidad vs Temperatura, Muestra B:
20 30 40 50 60 70 800
20406080
100120140160
f(x) = − 2.58347898851698 x + 202.797686676439R² = 0.907315712571943
Viscosidad vs Temperatura
TemperaturaLinear (Temperatura)
Temperatura (ºC)
Visc
osid
ad (c
St)
Fuente: Datos del laboratorio.
Gráfica #4: Viscosidad vs Temperatura, Muestra E:
20 30 40 50 60 70 800
1020304050607080
f(x) = 0.440919649401417 x + 40.2073300207672R² = 0.94845610115647
Viscosidad vs Temperatura
ViscosidadLinear (Viscosidad)
Temperatura (ºC)
Visc
osid
ad (c
St)
Fuente: Datos del laboratorio.