Disminución de la viscosidad del residual de petróleos con el incremento de la temperatura (página 2)

Figura 1: Residual petrolizado depositado en el fondo del tanque de almacenamiento.

Elaboración de un modelo matemático en función de la temperatura

Se quiere elaborar un modelo físico – matemático que corrobore la simulación del proceso de los datos experimentales obtenidos a las temperaturas de fluidización hasta que sea extraído todo el volumen del líquido (residual) depositado en el fondo del tanque, con el fin de determinar la viscosidad del residual petrolizado.

La viscosidad se puede expresarse a través de un modelo matemático del tipo exponencial denotado por la expresión Bronshtein, 1971). Aajustando el comportamiento de estos parámetros físicos a la ecuación tendremos donde A y B son constante. Si los valores de A estarán en el intervalo de (0 = ? < + 8) y los valores de B estarán en el intervalo de (- 8 < B < + 8).

El efecto de la temperatura en los petróleos altamente viscoso, cuando la estructura de los hidrocarburos es muy compleja, pueden ser cambiada debido a las descomposición térmicas de las moléculas desarrolladas por las reacciones de síntesis y, en parte, de isomerización. El factor principal que influye en el sentido, la velocidad y transformación de los hidrocarburos es la temperatura, según (Rásina, 1985).

Entonces podemos expresar la viscosidad en función de la temperatura a diferencias de la ecuación de (Guzmán-Andrade) como sigue.

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Donde.

es la viscosidad del modelo matemático en función de la temperatura.

es la viscosidad experimental en función de la temperatura.

es el coeficiente que caracteriza la variación de la viscosidad en función de la temperatura, donde B va tomando valores negativos según aumente o disminuya la temperatura.

T.- es la temperatura de fluidización ó calentamiento del residual de petróleo.

También podemos expresar la densidad en función de la temperatura como sigue.

Todos los parámetros de densidad, son idéntico a los de la viscosidad.

De donde se requiere conocer de dos o más valores experimentales de viscosidad ó

densidad para la evaluación de las expresionesen función de la temperatura equivalente al uso de una ecuación exponencial, ploteando viscosidad (&µ) y densidad contra temperatura (1/T).

Resultados del efecto de la temperatura sobre la viscosidad del residual.

Es de suma importancia, como se observa en la tabla 1 y figura 2, se determinó de forma experimental la viscosidad dinámica a partir de la temperatura de (41 a 70 oC) de fluidización en el residual petrolizado almacenado.

Tabla 1.- Resultados analíticos de viscosidad y temperatura.

Estos resultados que se muestran en la tabla 1, ponen de manifiesto la disminución de la viscosidad del residual petrolizado almacenado, con un incremento de temperatura.

La figura 2. Representa la dependencia entre la viscosidad y temperatura.

Como se muestra en la figura 2, la curva de viscosidad y temperatura del residual petrolizado almacenado es característica de un proceso térmico, donde la viscosidad disminuye a medida en que se incrementa la temperatura, mejorando el proceso de fluidización del mismo.

A continuación relacionamos el efecto de la temperatura con relación a la disminución de la viscosidad de este líquido altamente viscoso, pudiendo ser correlacionado la mayoría de los datos experimentales en el modelo físico – matemático planteado en nuestra investigación.

En las tablas (2), (3) y (4). Se relacionan los valores de viscosidad contra temperaturas a partir del modelo matemático obtenidos para las pruebas realizadas al residual petrolizado almacenado a diferentes temperaturas desde (41 a 70 0C), los

cuales se basarán en el análisis de las pruebas que se realizarán a partir de los resultados experimentales obtenidos.

Tabla 2.- Resultados analíticos de los parámetros reológicos (41 a 50 0C).

Para el análisis de los resultados de la viscosidad con relación a las diferentes temperaturas, se comparan los resultados experimentales con los resultados del modelo obtenido, mediante el empleo de la (ecuación 2), del modelo propuesto que estima la disminución de la viscosidad en función de la temperatura µ = f (T), representado en la figura 3.

Figura 3. Curva de flujo para la muestra de Residual Petrolizado desde (41 a 50 oC)

Al examinar el comportamiento del grafico mostrado en la figura 3, se revela la tendencia de la disminución de la viscosidad a medida que la temperatura aumenta con respecto al tiempo de fluidización en todo el sistema, cabe destacar que la diferencias entre la viscosidad experimental y la del modelo se encuentran en una zona de transición del régimen turbulento ajustando estos valores a un valor promedio y un R2 =0.998.

Tabla 3.- Resultados analíticos de los parámetros reológicos desde (51 a 60 0C).

Los resultados de la viscosidad con relación a las diferentes temperaturas, se comparan los resultados experimentales con los resultados del modelo obtenido, mediante el empleo de la (ecuación 2), del modelo propuesto, que estima la disminución de la viscosidad en función de la temperatura µ = f (T, representado en la figura 4

Figura 4.- Curva de flujo para la muestra de Residual Petrolizado desde (51 a 60 oC).

Al examinar el comportamiento del grafico mostrado en la figura 4, se revela la tendencia de la disminución de la viscosidad a medida que la temperatura aumenta con respecto al tiempo de fluidización en todo el sistema, cabe destacar que la diferencias entre la viscosidad experimental y la del modelo se encuentran en una zona de transición del régimen turbulento, ajustando estos valores a un valor promedio y un R2=0.998

Tabla 4- Resultados analíticos de los parámetros reológicos desde (61 a 70 0C).

Los resultados de viscosidad con relación a las diferentes temperaturas, se comparan los resultados experimentales con los resultados del modelo obtenido, mediante el empleo de la (ecuación 2), del modelo que estima la disminución de la viscosidad en función de la temperatura µ = f (T), representado en la figura 5.

Figura 5. Curva de flujo para la muestra de Residual Petrolizado desde (61 a 70 oC)

Al examinar el comportamiento del grafico mostrado en la figura 5. Se revela la tendencia de la disminución de la viscosidad a medida que la temperatura aumenta con respecto al tiempo de fluidización en todo el sistema, cabe destacar que la diferencias entre la viscosidad experimental y la del modelo se encuentran en una zona de transición del régimen turbulento, ajustando estos valores a un valor promedio y un R2=0.996, resumiendo cada modelo en la tabla 5.

Tabla 5.- Modelos matemáticos obtenidos en función de la temperatura.

Estos resultados demuestran que el valor mas bajo de viscosidad, se encuentran en el rango de temperatura de 70 OC, corroborando que los mejores parámetros de fluidización del residual con relación al tiempo se encuentran en este rango, según la tabla 6.

Tabla 6.- Parámetro de los modelos obtenidos en función de la temperatura a 70 oC.

Se comprueba que a la temperatura de 70 oC, se obtuvo la menor viscosidad del residual petrolizado en comparación con las demás temperaturas, demostrando que el mejor parámetro de trabajo a establecer en el proceso de fluidización del residual en el estado dinámico se encuentra en este rango de temperatura.

Es bueno destacar que los resultados de los cálculos y las curvas obtenidas han sido ajustadas mediante el programa profesional excel 2007.

Conclusiones

1.- Se pudo comprobar que a temperatura ambiente el residual petrolizado, no puede fluir.

2.- Se determinó que la viscosidad del residual petrolizado disminuye con un incremento de la temperatura.

3.- Con el modelo físico – matemático se comprobó que los resultados experimentales de viscosidad y los modelados matemáticamente, se encuentran en valores similares de exactitud y validez.

Bibliografía

• 1. Guzmán – Andrade, (Perry, 1979). Efecto de la temperatura sobre la viscosidad de los líquidos.

• 2. Garcell, (1993). Efectos que influyen en la disminución de la viscosidad con el aumento de la temperatura.

• 3. (Brown y Erickson, 1995). Measurement and Prediction of the Kinetics of Paraffin Deposition.

• 4. (Rodríguez y Aray., 1995). Reconocimiento Molecular en Micelas Formadas por Modelos de los Asfaltenos y las Resinas Presentes en Crudos Venezolanos.

• 5. (Morais, 1995), La descomposición térmica de los asfáltenos y sus heteroelementos.

Autor:

Ing. Andrés Durán Reyes

Msc. Rafael Castillo Díaz