aula 4 densidade e viscosidade

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Disciplina : Química do Petróleo
Propriedades Físicas:
Densidade, Viscosidade e Ponto de Fluidez
Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Ciências e Tecnologia
Unidade Acadêmica de Engenharia Química
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Os óleos pesados são compostos por hidrocarbonetos de grande peso molecular, consequentemente têm alta densidade relativa.
A densidade também correlaciona-se com a presença de conteúdos de produtos indesejados como asfaltenos, componentes metálicos como níquel e vanádio, além de enxofre.
As moléculas mais complexas produzem impactos no refino, os processos são também mais complexos e requerem maior quantidade de energia, para a obtenção dos produtos de maior consumo, GLP, gasolina, querosene e diesel.
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Métodos de determinação:
Densímetro  usado para toda faixa de densidade de líquidos. Consiste em um flutuador de vidro, com uma haste. A leitura é feita na haste, no ponto de tangência do densímetro no líquido. Este método é limitado a medir a densidade a um valor fixo de temperatura. As unidades mais usadas são o kg/m3, g/cm3 e kg/L. 
 Densímetro-Flutuador.
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Picnômetro  A determinação da densidade pelo picnômetro consiste em pesar determinado volume de amostra à temperatura constante. Pesa-se, em seguida, igual volume de um padrão, por exemplo, a água, nas mesmas condições. A relação entre as massas obtidas representa a densidade da amostra. O picnômetro permite determinar também a densidade de sólidos.
 Exemplos de Picnômetros
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Densímetro digital  usado para sólidos e líquidos. Este equipamento utiliza o método comparativo, assim como o picnômetro. A principal vantagem é a larga faixa de temperatura, bem como a rapidez na determinação da densidade.
Exemplos de Densímetros Digitais
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Densidade relativa e grau API:
A densidade relativa de um produto é definida como a relação entre a massa específica desse produto a uma dada temperatura e a massa específica de um padrão a mesma temperatura.
Com o intuito de padronizar a medida de densidade, a temperatura para determinação da densidade é fixada em 60ºF (15,6ºC).
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Grau API: é uma forma de expressar a densidade do petróleo, através de um índice adimensional. 
Quanto maior for a densidade do petróleo, menor será o seu grau API, ou mais pesado será o petróleo.
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o API = densidade do petróleo
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A classificação mais adotada, atualmente, é a do American Petroleum Institute – API, que classifica os óleos de acordo com a sua densidade volumétrica ou com seu grau API, de acordo com a Tabela 1.
Tabela 1: Classificação de petróleo segundo o grau API.
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Características de alguns petróleos
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Processar misturas de petróleo é uma situação usual no refino e a densidade da mistura de petróleos pode ser calculada a partir do conhecimento da densidade dos componentes da mistura, pela consideração de que a densidade seja aditiva em base volumétrica, considerando a mistura como ideal.
Sendo:
ρi: densidade do componente i e vi: fração volumétrica do constituinte i.
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Quanto maior a viscosidade, menor a velocidade em que o fluido se movimenta.
Pela Lei de Newton da viscosidade,
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A viscosidade dos líquidos vem do atrito interno, isto é, das forças de coesão entre moléculas relativamente juntas. 
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Os óleos pesados são bastante viscosos.
A viscosidade dos hidrocarbonetos líquidos sofre uma variação indireta exponencial com a temperatura.
Assim, é baixa a mobilidade do óleo no seu escoamento dentro da rocha reservatório.
E o transporte em dutos requer maior nível de pressão, impondo maior consumo de energia.
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Variação da viscosidade com a temperatura
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Além das maiores dificuldades
de produção, o óleo pesado
tem menor valor de mercado,
se comparado a um óleo
leve, porque gera menos derivados nobres. A extração 
do óleo extra pesado é extremamente complexa e mais cara do que o do óleo leve, por isso, em muitos reservatórios é considerada comercialmente inviável.
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Um dos métodos mais utilizados para a avaliação desta característica é o ASTM D 445.
Consiste em cronometrar o tempo necessário ao escoamento da amostra por gravidade através de um capilar de um volume conhecido, sob controle preciso de temperatura e de desnível da amostra no viscosímetro. A viscosidade é então calculada a partir do tempo de escoamento e do fator de calibração do viscosímetro.
Equação de Hagen-Poiseuile
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Aparelhagem para determinação da viscosidade cinemática.
 Viscosímetro de Cannon-Fenske
Termostato (à esquerda) e uma bomba de pressão (à direita).
Fonte : Laboratório de Físico-química - UFCG
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Óleo extrapesado (ou ultrapesado) 
Viscosidade maior de 10 milcP e API abaixo de 10º, ou seja, mais pesado que a água. 
Uma mistura viscosa que ocorre naturalmente, rica em hidrocarbonetos não recuperáveis em uma taxa econômica através do poço produtor.
A extração do óleo extra pesado é extremamente complexa e mais cara do que o do óleo leve, por isso, em muitos reservatórios é considerada comercialmente inviável.
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Segundo a Sociedade de Engenheiros de Petróleo (SPE), 
A estimativa de petróleo extra pesado no mundo pode atingir o equivalente aos recursos atuais de petróleo convencional (6 trilhões de barris). 
Por mais que se ensejem esforços para a produção de petróleo a mais de 2.000m de profundidade, as empresas também precisam encontrar formas de aproveitar o óleo não convencional encontrado.
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TABELA 4.2: Propriedades físico-químicas dos óleos 
densidade óleo a 20ºC em relação à água pura a 4ºC
** óleo de transformador usado 
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Figura 4.2 Densidades relativas dos óleos comparadas aos limites estabelecidos pela NBR 15422 
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Figura 4.3 Viscosidade dos óleos a 20, 40 e 100°C comparadas aos limites estabelecidos pela NBR 15422 
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As viscosidades dos óleos vegetais são, mais que três vezes, superiores àquelas apresentadas pelo óleo mineral. 
As densidades também são superiores a do óleo mineral.
 
Estas duas propriedades são muito importantes do ponto de vista da transferência de calor. Valores de densidade e viscosidade altos podem inibir a capacidade de dissipação de calor levando o equipamento a sobrecargas de temperatura. 
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	O ponto de fluidez é definido como a menor temperatura, na qual a amostra ainda flui quando sujeita a resfriamento sob condições determinada. 
	É uma característica de grande importância prática e que geralmente está presente nas especificações desses produtos. 
	Tem influência sobre a temperatura limite de bombeamento.
Ponto de fluidez (pour point):
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É bom indicativo das condições de cristalização do óleo na temperatura de sua utilização e transporte, de forma a garantir o seu transporte e estocagem.
Indica a parafinicidade da substância, pois maiores teores de parafínicos conduzem a maiores valores de ponto de fluidez. 
Esta é uma consideração útil no transporte de combustíveis por oleodutos.
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Métodos ASTM D 97. Consiste no resfriamento (11°C) controlado da amostra, após um aquecimento preliminar (46°C), e observação da mesma em intervalos de 3ºC para avaliar o escoamento. 
Se após 5 segundos não houver movimentação, nessa temperatura teremos atingido o ponto de congelamento, e a uma temperatura de 3ºC acima desta estará a temperatura do ponto de mínima fluidez.
 
Por exemplo, se um óleo apresentar um ponto de congelamento de -10ºC, seu ponto de mínima fluidez será -7ºC. 
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Aparelhagem para determinação
do ponto de fluidez.
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Pode-se Classificar o cru, a partir do ponto de fluidez em dois tipos:
 APF (alto ponto de fluidez) petróleos com ponto de fluidez superiores à temperatura ambiente;
 BPF (baixo ponto de fluidez) petróleos com ponto de fluidez inferiores à temperatura ambiente.
1 – Espírito Santo
2 – Espírito Santo
3 – Campos 
4 – Rio Grande do Norte
5 – Bahia
6 - Amazônia
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