CONTROL DE CALIDAD DE LOS DERIVADOS DEL PETROLEO

Facilitador: Ing. Raúl Serrano C., MSc

2014

CONTROL DE CALIDAD DE LOS COMBUSTIBLES

�Densidad

�Volatilidad�Volatilidad

�Combustión

�Fluidez

�Corrosividad

DENSIDAD

141,5ºAPI = - 131,5

SG15,6 ºC

GASOLINA: 50 a 62 ºAPI

KEROSEN: 40 a 45 ºAPI

DIESEL: 25 a 40 ºAPI

LUBRICANTES: 20 a 30 ºAPI

COMBUSTIBLES RESIDUALES: 12 a 20 ºAPI

Ejemplo:Un aceite diesel tiene unagravedad API observada iguala 35, siendo la temperatura dela muestra de 85°F.Determine la gravedad API deeste diesel.

La gravedad API del diesel de este ejemplo es de 33.1

VOLATILIDAD

DESTILACION

PRESION DE VAPOR REID

PUNTO DE INFLAMACION

DestilaciónLa destilación es el proceso usadopara la separación del crudo envarias fracciones.En un laboratorio se usa estemétodo, (Destilación ASTM) paradeterminarel margeno amplituddeterminarel margeno amplitudde ebullición de los derivados delpetróleo, así como para determinarlos volúmenes o cantidadesvaporizadas a determinadastemperaturas. Este ensayo serealiza en gasolinas, kerosene,solventes y diesel.

Parámetros de la destilaciónDependerán del combustible a destilar:Punto inicial de destilación: IBP, Temperatura a la que cae laprimera gota de destiladoPunto final de destilación: EBPVolumen de pérdida (P)Volumen de residuos ( r )Volumen de recogido ( R )Si ponemos inicialmente 100 ml, las pérdidas serán 100-(R+r)Si ponemos inicialmente 100 ml, las pérdidas serán 100-(R+r)

Los residuos son los que no son capaces de pasar a la fasevapor.

El ensayo es referido a una presión de 760 mm Hg. Como lapresión del ensayo no va a ser esa, se mide la presión delensayo y después se hacen las correcciones para que lastemperaturas medidas estén referidas a 760 mm Hg.

Punto de inflamación : El punto deinflamación es la mínima temperatura, a lacual los vapores emitidos por un producto, seinflaman cuando se les acerca una llama. Asímismo, nos da una idea de la cantidad decompuestos volátiles. Según el punto deinflamación se puede estimar cuales van a serlas condiciones de almacenamiento de esecombustible .combustible .

El punto de inflamaciónse determinará en vasoabierto Cleveland o envaso cerrado Perski-Maters

Presión de vapor Reid (RVP) Es una medida de la volatilidad de lagasolina. Se define como la presión devapor absoluta ejercida por un líquido a 100° F (37,8 ° C) según lo determinado por elmétodo de ensayo ASTM-D-323. El métodode ensayo se aplica a los compuestosvolátiles del crudo y a los derivadosvolátilesno viscosos,exceptuandolos gasesvolátilesno viscosos,exceptuandolos gaseslicuados del petróleo.La PVR difiere ligeramente de la verdaderapresión de vapor (TVP) de un líquidodebido a la vaporización de la muestra y lapresencia de vapor de agua y aire en elespacio cerrado de los equipos de prueba, esdecir, el RVP es la presión de vapor absolutay la TVP es la presión parcial del vapor.

COMBUSTION

Número de Octano

Punto de humo

Numero de CetanoNumero de Cetano

Indice de diesel

Carbon Residual

Contenido de cenizas

Número de octanoEl número de octano es una prueba de calidad de lasgasolinas, la cual ha representado una gran ayuda enel progreso de los combustibles modernos para motores.

El número de octano de una gasolina indica su relativatendencia a producir detonación bajo condicionesespecificas de la prueba, la cual se realiza en unmotor prototipo.

El resultado de la prueba se determina, comparando elEl resultado de la prueba se determina, comparando elrendimiento del combustible que se analiza con el dedos combustibles de referencia, cuyos rendimientos hansido fijados de antemano.

Al iso octano puro se le ha asignado un rendimiento uoctanaje de 100, porque no produce detonación en lamayoría de motores. Al heptano normal de similarpureza, se le ha dado una relación normal de detonaciónigual a cero, porque produce detonación en casi todoslos motores.

OCTANOMETRO

INDICE ANTIDETONANTE IAD

Conocido también como Indice de Octano, es igual a lasemi suma del número de octano obtenido por elmétodoResearchRON y el númerodeoctanoobtenidométodoResearchRON y el númerodeoctanoobtenidopor el método Motor MON.

IAD = (RON + MON) / 2

EQUIPO PORTATIL PARA DETERMINAR RON EN GASOLINAS

Punto de humoLa prueba de Punto de humo indica lacalidad de combustión del kerosene yel Jet fuel. La prueba consiste enmedir la altura de la llama queproduce un combustible sin despedirhumo. Los hidrocarburos parafínicosgeneralmente dan un punto de humomas alto que el correspondiente alos hidrocarburos aromáticos .los hidrocarburos aromáticos .

Se transfiere la muestra en unabotella con una mecha, detrás deesta mecha está una escala graduadapara medir la altura de la llama. Lallama entonces se ajusta hasta queno produzca humo. El punto de humoes la altura de esta llama enmilímetros. La precisión de laprueba es mas o menos 1,0 mm.

Indice de cetano

El Indice de cetano es la principal medidadel poder de ignición de los combustiblesdiesel, u n número de cetano alto indica queel diesel se inflama más fácilmente cuando sepulveriza en el aire comprimido caliente y,corresponde al porcentaje de Cetano contenidoen una mezcla de referencia.

La muestra de referencia, está compuesta porel Cetano(C 16H34) al cual se le ha dado unvalor arbitrario de IC=100 y el metilNaftaleno (C 11H10), al cual se le ha asignadoun IC=0 (cero). Con el Cetano y el metilNaftaleno se prepararan mezclas de diferentescaracterísticas de ignición y con ellas secomparan las muestras a analizar.

La demora de encendido es la causa principal de altas emisiones ybajo rendimiento del motor. Hay una relación directa entre el índicede cetano de un combustible diesel y su punto de encendido. Cuantomás bajo sea el índice, mayor será la espera.

La demora deencendido es el tiempoentre el inicio de lainyección y el momentoinyección y el momentoen que comienza lacombustión (o cuando seproduce la ignición).

El motor de prueba del cetano, se le conoce con el nombrede Unidad de Prueba CFR. Es un motor monocilíndrico conuna cámara de precombustión y un adaptador micrométrico,que permite ajustar el tamaño de la cámara. Estos ajustesalteran la relación de compresión, la cual puede oscilarhasta 14 a 1.

Los mejoradores del Indice de cetano, paracombustibles diesel, están disponibles enel mercado; los cuales incluyen tambiénagentes de limpieza adicionales.

Gravedad API x Punto de AnilinaÍndice de diesel =

100

Índice de dieselEl Índice de diesel es una buena indicación del rendimiento delcombustible diesel en los motores Diesel y su valor guarda unaestrecha relación con el Número de Cetano. Está definido por lasiguiente formula matemática.

(°F)

El Punto de Anilina de un derivado del petróleo es la temperatura critica desolución de una mezcla de volúmenes iguales de anilina y del producto. Estaprueba es muy útil en la evaluación del poder de solvencia de las naftas delpetróleo.

La prueba se realiza calentando una mezcla homogénea de anilina y diesel,enfriándola luego hasta que aparezca la primera nebulosidad permanente,esta temperatura es el Punto de Anilina del diesel analizado.

Residuo de carbónEl término carbón residual se utilizapara designar al material sólidocarbonoso, que queda después deque el combustible ha sido sometidoa evaporación completa, seguida deun proceso moderado de pirólisis oquemado.quemado.El contenido de carbón residual delos combustibles se determinamediante dos métodos de pruebaconvencionales: el métodoConradson y el método Ramsbottom.

http://labtekno.com

Contenido de CenizasEl contenido de cenizas de un derivado de petróleo, es la cantidadde material no combustible, tales como la sílice y residuosmetálicos, contenidos en el producto. La determinación delcontenido de ceniza es importante para aceites combustibles ylubricantes, nuevos y usados, incluyendo aquellos que contienenaditivos.

Parala realizaciónde estaprueba,sedepositanunos20 gramosdeParala realizaciónde estaprueba,sedepositanunos20 gramosdela muestra en un crisol de porcelana, previamente calcinado ypesado, luego se determina el peso exacto de la muestra.

El crisol se va calentando poco a poco hasta que los vaporesemanados de la muestra se enciendan al acercarles una llama; secontinúa calentando hasta que la muestra se queme completamente,luego se calcina el crisol, se enfría y se pesa. El peso del residuo,expresado en porcentaje del peso original de la muestra, es elcontenido de ceniza.

FLUIDEZ

VISCOSIDADVISCOSIDAD

PUNTO DE FLUIDEZ

ViscosidadMide la resistencia interna que presenta un fluido al desplazamiento de sus moléculas. Esta resistencia viene del rozamiento de unas moléculas con otras. La unidad de la viscosidad absoluta o dinámica es el Poise = g/(cm.s)

Viscosidad cinemática =

Viscosidad relativa =

La medida de la viscosidad es importante porque nos permite evaluar la fluidez del combustible y determinar el requerimiento de la capacidad de bombeo de un producto a través de un ducto.

La viscosidad es muy importante en el caso de los combustiblesresiduales tipo fuel-oil, ya que éstos se clasifican siguiendo criterios deviscosidad a una determinada temperaturas.

Viscosímetro Saybolt Furol

PUNTO DE FLUIDEZEl punto de turbidez es latemperatura a la que una nube decristales de cera aparece porprimera vez en una muestra decombustible que se enfría en lascondiciones descritas por la normaASTM D2500.ASTM D2500.El punto de fluidez, se determinamediante la inspección visual deuna neblina en el combustible quenormalmente es transparente.El aparato utilizado para estaprueba (y el punto de congelación)se muestra en la Figura 1. Aparato para determinar punto de

fluidez y punto de congelación

Punto de enturbiamiento y congelación: El punto deenturbiamiento sólo se aplica a los gasóleos (diesel), y es latemperatura mínima a la que sometiendo el combustible a unenfriamiento controlado se forman en el seno del mismo losprimeros cristales de parafina (de cadenas carbonadaslineales, alcanos; son los de mayor punto de congelación y losmás pesados.

Los componentes más pesados son los que cristalizan ysolidifican antes, son los de más alto punto de congelación (lohacen con “más calor”). Esto va a dificultar el fluir delcombustible

CORROSIVIDADEl contenido de azufre en los combustibles ligeros (gasolinas ycombustibles diesel) es particularmente crítico debido al efectodel azufre en la corrosión y la formación de depósitos en lamáquina. El azufre conduce también a la formación de gomasen la gasolina en tanques y carburadores.

PRUEBA DOCTOR

CORROSION LAMINA DE COBRE

CONTENIDO DE AZUFRE

Prueba DoctorEsta prueba se aplica a los productos livianos, principalmente paradeterminar o descubrir la presencia de mercaptanos en gasolinas.La prueba Doctor no da una indicación de la cantidad de azufre librepresente en el derivado del petróleo.Se vierten en un tubo de ensayo 5 cc de solución Doctor, con unapequeña cantidad de flor de azufre. Se tapa el tubo y se lo agitavigorosamente, dejándolo en posición vertical durante quinceminutos, verificando luego si se producen un cambio.•Si la muestra y la solución Doctor permanecen inalterables y elazufre conserva su color amarillo claro, es una indicación de que elproducto no contiene mercaptanos o que tiene cantidades limitadas.•Si la muestra o la solución Doctor están ligeramente coloreada, o si lapelícula de azufre ha variado ligeramente; el producto todavía esaceptable en cuanto a su contenido de mercaptanos.Si la muestra o la solución Doctor están fuertemente coloreadas, o sila película de azufre está notoriamente cambiada; esto indica que hayuna excesiva cantidad de mercaptanos y el producto es rechazado

Corrosión a la lámina de cobre

Esta prueba se realiza para descubrir la presencia del azufre libre y de los compuestos corrosivos de azufre en los crudos y derivados.

Para la realización de esta prueba se pone suficiente cantidad de muestra en una botella patrón y en ella se introduce una barrita de cobre pulida, libre de toda coloración.

Esta barrita de cobre debe quedar totalmente sumergida en la muestra y permanecer en un baño a una temperatura constante de 100 ºC, durante tres horas. Transcurrido este tiempo, se saca la barrita de obre y se compara su coloración con un patrón de colores.

Los resultados se reportan de la siguiente manera:No. 1 Cobre Color ClaroNo. 2 Coloración roja o color latónNo. 3 Coloración negra o parda

METODODE LA LAMPARA

La prueba ASTMD 1266, permitedeterminar el contenido de azufre enproductos de petróleo por el métodode la lámpara.

Es un método utilizado en lainvestigación de la gasolina,kerosene, nafta, hidrocarburoskerosene, nafta, hidrocarburosaromáticos industriales, etc.,productos que se pueden quemardirectamente en una mecha,recogiendo en una solución básicalos productos de la combustión yanalizando dicha solución portitulación

Método del horno de alta temperaturaComprende la combustión completa a 1050 -1100°C, de una muestra del producto colocada enun pequeño crisol de cerámica y, a través delcual se hace pasar una corriente de oxigeno.

Los óxidos de azufre formados durante lacombustión, son absorbidos en una solución deyodato de potasio, el punto de equilibrio seyodato de potasio, el punto de equilibrio seobserva utilizando el yodo como indicador.

El yodo libre da una coloración violeta ensolución, en presencia del almidón comoindicador; las reacciones que tienen lugar sonlas siguientes:

S + O 2 = SO 2

2SO2 + O 2 = 2SO 3

KIO3 + SO3 = KSO 4 + I 2

OTRAS PRUEBAS

Gomas actualesEsta función se encuentra relacionada en la medida de la estabilidadde un combustible. Esta corresponde a una oxidación acelerada queproduce la formación de barnices y polímeros, formando depósitosen el sistema de combustión. Para eso en el producto los valorestomados son relativamente bajos con respecto al requerimientoespecificado.especificado.

ESPECIFICACIONES DE CALIDAD DE LOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO

NORMAS | INENNORMAS | INEN

Gas Licuado de petróleo: Norma INEN 675

REQUISITO UNIDAD PROPANOCOMERCIAL

MEZLAPROPANO-BUTANO

BUTANOCOMERCIAL

METODO DE

ENSAYO

Presión de vapor a37,8 ºC (100 ºF)

Pascal*psi

14,47 x 105

(210)13,78 x 105

(200)4,82 x 105

(70)INEN 676

Temperatura de Evaporación del 95 % delvolumen a 1,033 x 105 Pa

ºC(ºF)

- 38,3(-37,0)

2,2(36)

2,2(36)

INEN 677

volumen a 1,033 x 10Pa

Corrosión sobre laLámina de cobre

No. 1 No. 1 No. 1 INEN 678

Contenido de azufre mg/m3 343 343 343 INEN 679

Residuo de vaporación de 100 cm3

cm3 0,05 0,05 0,05 INEN 681

Pentanos y pesados (C5+) % -- 2,0 2,0 INEN 683

Butanos y pesados (C4+) % 2,5 INEN 683

* 105 Pa = 1 kgf/cm2

REQUISITOS DE LA GASOLINA EXTRA:87 OCTANOS, Norma INEN 935:2012

REQUISITOS UNIDAD Minimo Maximo Método de ensayo

Número de octano Research RON 87 INEN 2102

Ensayo de destilación INEN 926

10 % ºC 70

50 % ºC 77 121

90 % ºC 189

Punto Final ºC 220

Residuo % en V 2 INEN 926

Presion de vapor Reid KPa **(psi) 60 (8,7) INEN 928

Corrosion a la lamina de cobre No. 1 INEN 927

Contenido de gomas mg/100 cc 3 INEN 933

Contenido de azufre ppm 650 INEN 929

Contenido de aromaticos % en V 30,0 INEN 2252

Contenido de benceno % 1.0 ASTM D 3606

** 1 kPa = 0,145 kgf/pul2

REQUISITOS DE LA GASOLINA SUPER: 92 OCTANOS, Norma INEN 935:2012

REQUISITOS UNIDAD Minimo Maximo Método de ensayo

Numero de octano Research RON 92 INEN 2102

Ensayo de destilación INEN 926

10 % ºC 70

50 % ºC 77 121

90 % ºC 190

Punto Final ºC 220

Residuo % en V 2 INEN 926Residuo % en V 2 INEN 926

Presión de vapor Reid KPa**(psi) 60(8,7) INEN 928

Corrosión a la lámina de cobre

No. 1 INEN 927

Contenido de gomas mg/100 cc 4 INEN 933

Contenido de azufre ppm 650 INEN 929

Contenido de aromáticos % en V 35,0 INEN 2220

Contenido de benceno % 2 ASTM D 3606

** 1 kPa = 0,0145 kgf/pul 2

Especificaciones medioambientales de los combustibles co mercializados parauso en vehículos equipados con motor de encendido

Tipo: Gasolina Parámetro [1] | Unidad | Límites [2] | Mínimo | MáximoAnálisis de los hidrocarburos: olefinas |% v / v | - | 18,0 aromáticos |% v / v | - | 35,0 |

Directiva 2009/30/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23/04/2009 que modifica la Directiva 98/70/CE en relación con las

especificaciones de la gasolina, el diésel y el gasóleo.

http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:32009L0030:en:NOT

olefinas |% v / v | - | 18,0 aromáticos |% v / v | - | 35,0 | benceno |% v / v | - | 1,0 |

El contenido de oxígeno |% m / m | | 3,7 | Oxigenados:Metanol |% v / v | | 3,0 | Alcohol iso propílico |% v / v | - | 12,0 | Etanol (agentes estabilizantes puede ser necesario) |% v / v | | 10,0 | Terc-butil alcohol |% v / v | - | 15,0 | Iso-buti l alcohol |% v / v | - | 15,0 | Los éteres que contienen cinco o más átomos de carb ono por molécula |% v / v | - | 22,0 | Otros compuestos oxigenados [6] |% v / v | - | 15,0 | Contenido de azufre | mg / kg | - | 10,0 |

REQUISITOS DEL DIESEL No. 1: Kerosene, Norma INEN 1489:99

REQUISITOS UNIDAD Mínimo Máximo Método de ensayo

Punto de inflamación ºC 40 INEN 1047

Agua y sedimento % en V 0,05 INEN 1494

Residuo carbonoso sobre el 10 %

del residuo de la destilación

% en peso

0,15 INEN 1491

Cenizas % en 0,01 INEN 1492Cenizas % en peso

0,01 INEN 1492

Temperatura de destilación del 90%

ºC 288 INEN 926

Viscosidad cinemática a 37,8 ºC

cSt 1,3 3,0 INEN 1490

Corrosión a la lamina de cobre

No. 2 INEN 927

Contenido de azufre % peso 0,30 INEN 1490

Indice de cetano calculado 40 20,0 INEN 1495

ESPECIFICACIONES MEDIOAMBIENTALES DE LOS COMBUSTIBLESCOMERCIALIZADOS PARA SU USO EN VEHÍCULOS EQUIPADOS CON MOTO RDE COMBUSTIÓNTipo: Diesel Parámetro [1] | Unidad | Límites [2] | Mínimo | Máximo | Índice cetano | | 51,0 | - | Densidad a 15 ° C | kg / m [3] | - | 845,0 |

Directiva 2009/30/CE del Parlamento Europeo y del Consejo,de 23/04/2009que modifica la Directiva 98/70/CE en relación con las especificaciones de lagasolina, el diésel y el gasóleo.

http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:32009L0030:en:NOT

Densidad a 15 ° C | kg / m [3] | - | 845,0 | Destilación: | 95% v / v se recuperó en: | ° C | - | 360,0 | Hidrocarburos aromáticos policíclicos |% m / m | - | 8,0 | Contenido de azufre | mg / kg | - | 10,0 | Contenido de FAME - EN 14078 |% v / v | - | 7,0 [3] |

Solvente No. 1

Requisitos Unidad Mínimo* Máximo Método Ensayo

Punto de Inflamación °C 38 -- D-56Punto de Congelamiento °C -- 47 D-23

Punto de Humo mm. 20 -- D-1322

Ensayo de destilación 10%50%

°C°C

----

204323

D-86D-86

Punto Final °C -- 300 D-86Residuo % en V -- 1.5 D-86Pérdidas % en V -- 1.5 D-86

Acidez Total mgKOH/gr. -- 0.1 UOP-565/D-974

Corrosión Lámina de Cobre % en V -- 22 D-1319Wsim 85 -- D-3948

Color Saybolt -- 21 NTE INEN 1048

Presión de Vapor REID a 37.8°C

g/cm3 0.775 0.840 ASTM D-1298

Rubber Solvent

Requisitos Unidad Mínimo* MáximoMétodo Ensayo

Punto de Inflamación °C 49 -- --

Punto de Congelamiento °C 123

Ensayo de destilación10%95%

°C°C

2101

Punto Final °C 25Punto Final °C 25

Residuo % en V 96.55

Color Saybolt

Presión de Vapor REID a 37.8°C

kPa 0.891

Gravedad Específica a 15.6°C

* Valores Típicos** 1kPa = 0.01 kgf/cm2 = 0.10 N/cm2 = 0.145 lbf/pulg2

Mineral Turpentine

Requisitos Unidad Mínimo* Máximo Método Ensayo

Punto de Inflamación °C 38.9 -- --

Punto de Congelamiento °C --

Ensayo de destilación10%50%

°C°C

16417950% °C 179

Punto Final °C 210

Residuo % en V 1.5

Color Saybolt

Gravedad Específica a 15.6°C

0.7949

* Valores Típicos** 1kPa = 0.01 kgf/cm2 = 0.10 N/cm2 = 0.145 lbf/pulg2

Requisitos UnidadMínimo

*Máximo

Método Ensayo

Punto de Inflamación °C 137.8 -- --

Punto de Congelamiento °C 12.8

Ensayo de destilación10%50%

°C°C

265323

Spray Oil

50% °C 323

Punto Final °C 364

Residuo % en V 2

Acidez Total mgKOH/gr. 0.019

Viscosidad Saybolt a 37.8°C SSF 60

Gravedad Específica a 15.6°C 0.873

* Valores Típicos** 1kPa = 0.01 kgf/cm2 = 0.10 N/cm2 = 0.145 lbf/pulg2