Propiedades De Los Hidrocarburos

Propiedades de los Hidrocarburos

La mayor parte de los productos de origen petrolífero son mezclas más o menos sencillas en el caso de los gases, pero muy complejas al tratarse de fracciones líquidas. Además, los productos comerciales, los cuales deben responder a determinadas especificaciones, son generalmente mezclas de fracciones complejas: naftas, carburantes para reactores, fueloils y aceites

Las principales características son:

A- Tensión de vapor de los hidrocarburos puros, de las fracciones del petróleo y de sus mezclas.

B- Propiedades críticas. Temperatura y presión críticas.

C- Densidad

D- Propiedades térmicas: calor específico; coeficiente de compresión adiabática; calor latente de vaporización; entalpía y conductividad térmica.

E- Viscosidad

F- Potencia calorífica o poder calorífico

G- Número de octano

H- Indice de cetano

I- Puntos de congelación

J- Límites de explosividad y punto de inflamación

K- Tensión superficial

L- Solubilidad de los hidrocarburos y de los hidrocarburos en el agua.

M- Penetración y reblandecimiento de los asfaltos

N- Curvas de destilación

A continuación se detallan los principales parámetros que afectan mayormente el impacto ambiental; en primer lugar resaltamos el factor de caracterización Kuop, usado para la clasificación de los crudos de petróleo.

Factor de Caracterización

Para la clasificación de los crudos, resulta útil la utilización de un índice como el método desarrollado por UOP (Universal Oil Product), el cual se basa en un factor de caracterización (K) según la relación K=TB/S donde TB es el punto de ebullición molar promedio en grados Ranking (°F absoluto) y S es el peso específico a 60°F.

Un valor K de 12.1 estará representado por un crudo de base parafínico, mientras que un valor menor de 11.5 determinará que se trata de un nafténico. Siendo los valores intermedios representados por crudos mixtos.

Siendo: T la temperatura de ebullición expresada en grados Rankine

Mezclas de hidrocarburos: Temperatura media ponderada

Un petróleo crudo o una fracción de petróleo, mezclas de numerosos hidrocarburos puros, poseen características físicas claramente definidas, como densidad, peso molecular medio, viscosidad, número de octano, etc., posibles de conocer por un análisis de laboratorio.

Únicamente la densidad es accesible, ya sea por medio del laboratorio o bien ponderando las densidades de los constituyentes según la ley:

Los crudos se pueden clasificar según lo señalado anteriormente en:

De acuerdo a esta clasificación los crudos nacionales mayormente presentan valores de factor Kuop que los ubican como mezclas de hidrocarburos con ciclos y cadenas equivalentes.

El siguiente cuadro resume los valores de factor Kuop para crudo considerado:

Tensión de vapor

La tensión de vapor mide la tendencia de las moléculas a dispersarse de una fase líquida para generar una fase vapor en equilibrio termodinámico. Es una función creciente de la temperatura y específica de cada cuerpo puro. Esta característica es muy significativa ya que de una manera indirecta indica el contenido en productos livianos que determinan la seguridad durante el transporte; las pérdidas en el almacenamiento, en el transporte y la volatilidad de las naftas.

Representa el factor clave en la emisión de compuestos Volátiles, COV.

Además, los elementos volátiles benefician el arranque del motor en frío durante el invierno, pero podrían provocar la formación de escarcha en el carburador como resultado de la humedad atmosférica, mientras el motor logra su temperatura de régimen. Dicho inconveniente se soluciona limitando la presión de vapor y adicionando aditivos anti-escarcha a la nafta. Igualmente, en verano, una exagerada proporción de hidrocarburos livianos puede generar la parada del motor por formación de una bolsa de vapor o “vapor- lock”

En épocas cálidas y específicamente en la montaña, la elevación de temperatura y la disminución de presión favorecen la vaporización de la nafta en el conducto de aspiración localizado entre la bomba y el depósito. Se ha registrado que el desprendimiento de gases puede iniciarse en el depósito y llegar a ser muy importante junto a la bomba, que puede descebarse. El motor se detiene y se debe esperar a que el enfriamiento sea suficiente para volver a ponerlo en marcha.

Se considera la conveniencia de no sobrepasar los máximos siguientes: 900 g/cm2 absolutos para una temperatura ambiente de 15°C, y 350 g/cm2 absolutos para 50°C. Estas cifras justifican los valores de la especificación para el invierno y para el verano.

Las especificaciones de las naftas ubican la presión de vapor en un rango entre 800 g/cm2 absolutos en invierno y 650 g/cm2 absolutos en verano.

En termodinámica, la ecuación de Clapeyron aplicada a un gas perfecto se escribe:

En donde:

P, es la presión del gas saturado o la tensión de calor ת del líquido;

r, el calor de vaporización molecular;

R, la constante de los gases perfectos;

T, la temperatura absoluta °K

La integración de esta ecuación diferencial conduce a:

Esta ecuación señala la posibilidad de obtener una representación lineal de la tensión de vapor utilizando una escala logarítmica de presión en ordenadas y una escala hiperbólica de temperatura en abscisas

Ha sido establecida esta representación universal para los hidrocarburos parafínicos K=12 cuyas curvas de tensión de vapor se encuentran limitadas por los puntos críticos.

La fórmula propuesta por Maxwell para hidrocarburos con Kuop diferente de 12 es:

Muestra que, en el caso más desfavorable, la corrección de temperatura que afecta a los parafínicos no es superior a 10°C para K = 10 y P2/P1 = 10.000

Diverso diagramas si bien permiten la estimación aproximada de las tensiones de vapor de los hidrocarburos puros, encuentran mayormente su justificación al tratar de convertir una curva de destilación T.P.B a vacío, en curva atmosférica, así como en los desplazamientos de las curvas de vaporización en función de la presión.

Fracciones del Petróleo

La tensión de vapor de una fracción del petróleo puede medirse como la de un cuerpo puro. El estudio de los equilibrios líquido-vapor determina la tensión de vapor en una mezcla compleja como la presión de burbuja de dicha mezcla a una temperatura dada. Esta tendencia de las moléculas es medida al escaparse por un ensayo más sensible, que arroja la presión de vapor Reid o P.V.R. El valor de la P.V.R a 37.8°C (100°F) es la suma de la tensión de vapor parcial de los hidrocarburos y de la presión parcial del aire. Dado que el volumen de la cámara de aire se encuentra normalizado, es factible establecer una correlación entre la presión de vapor Reid y la presión de vapor verdadera de la mezcla.

Propiedades Críticas

La temperatura y la presión críticas son características físicas de los hidrocarburos. Estos parámetros determinan el punto límite superior de la curva de tensión de vapor más allá del cual no se advierte el cambio de fase; este punto crítico corresponde a la identidad perfecta de las propiedades del líquido y del vapor: densidad, índice de refracción, etc. Particularmente, el calor de vaporización se hace nulo en dicho punto.

Densidad

La densidad es la relación entre el peso de un determinado volumen de muestra a una temperatura t y el peso del mismo volumen de agua a una temperatura determinada.

Los americanos para medir la densidad utilizan el grado A.P.I., definido como una función hiperbólica de la densidad.

Esta unidad corresponde al antiguo grado Baumé, aún utilizado para caracterizar la concentración en ácido de soluciones acuosas:

Los coeficientes 141,5 y 131,5 de la fórmula del grado A.P.I han sido introducidos para compensar el error de calibrado de los primeros areómetros utilizados, que estaban graduados en escala Baumé.

La medida de la densidad a través de un areómetro involucra la lectura simultánea de la temperatura de la muestra. El valor obtenido se corrige por medio de tablas, fórmulas o ábacos para alcanzar el valor de la densidad d204 o la de la sp.gr. 60/60

F. Las aduanas aceptan la siguiente fórmula de corrección:

en donde K es un coeficiente que depende de la densidad del producto, según la tabla siguiente:

Cuanto más ligero es un crudo, mayor es su número de °API. Los valores del peso específico relativo en °API para los crudos normales oscila entre 5 a 60 °API. En general, los crudos ligeros poseen un peso específico elevado en °API, pequeña viscosidad, escasa tendencia aditiva y alta tendencia a emulsificarse. Lo inverso ocurre para los crudos pesados.

Al agua (en donde se inicia la escala de valores de la densidad expresada en grados API), le pertenece un valor de 10 °API.

Los grados API se utilizan asimismo para determinar el precio de un crudo determinado, dado que cuanto mayor sea el valor en °API, mayor es la proporción de crudo utilizable, principalmente en fracciones ligeras (nafta, nafta ligera, etc).

Según la densidad, los crudos pueden ser clasificados en:

Según la clasificación precedente,

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