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.

2

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