DETERMINAREA DENSITATII PRODUSELOR PETROLIERE

Densitatea (masa specifica) ρ a unui corp este raportul dintre masa lui m si

volumul sau V : ρ = m / V

Greutatea specifica γ este raportul dintre greutatea corpului G si volumul lui V :

γ = G / V

Deoarece greutatea unui corp este egala cu produsul dintre masa m si acceleratia

caderii libere g, greutatea specifica este: γ = mg / V

In timp ce densitatea unui corp este invariabila, greutatea specifica este variabila

in diferite locuri ale globului pamantesc, conditiile de temperatura si de presiune

ramanand aceleasi. Pentru a se evita infuenta acceleratiei se foloseste termenul de

densitate relativa d (masa specifica relativa), care reprezinta raportul dintre greutatea

specifica a corpului la o temperatura data si greutatea specifica a unui corp de referinta

(etalon), determinate in acelasi loc, sau raportul dintre densitatea corpului si densitatea

unui corp de referinta, aflat intr-o stare data.

De cele mai multe ori, in industria petroliera, termenii de greutate specifica si

densitate, sunt luati in sens relativ. In lucrarea de fata prin densitate se intelege densitate

relativa.

Densitatea relativa constituie una dintre caracteristicile de baza ale produselor

petroliere, servind la stabilirea calitatii si dand indicatii asupra acestora.

Densitatea produselor lichide, semisolide si solide

In mod conventional s-a luat drept corp de referinta pentru aceste produse apa

distilata in vid (fara urme de gaz) la temperatura pentru care densitatea ei este maxima

(4oC) si la presiunea de 760 torr (1,01325 bar).

Densitatea apei, in g/cm3, de la 0 - 40oC este data in STAS.

Densitatea corpului la temperatura t, raportata la densitatea apei la 4oC, se noteaza

dt4 care in sistemul CGS se exprima in g/cm3, iar in sistemul MKS in Kg/m3. Pentru a

putea fi comparate, densitatile trebuie exprimate la aceasi temperatura . In tara noastra cat

si in alte tari, temperatura de referinta este 20oC sau 15oC (d154)

Densitatea variaza mult cu temperatura; aceasta variatie se considera ca este

liniara . La temperaturi mai mari aceasta variatie nu mai este liniara, (fig1)

Densitatea la o temperatura t se poate calcula utilizind nomograma din fig 2 sau

relatia:

dt4 = dt’

4 + c(t’ –t)

in care: dt4 si dt’

4 sunt densitatile produsului la temperaturile t si t’;

c este un coeficient de corectie pentru variatia densitatii la o crestere a

temperaturii cu 10C.

Pentru produsele petroliere valoarea coeficientului c este data in tabelul 1.

In lipsa unor tabele cu coeficienti de corectie pentru produsele petroliere,

densitatea la o temperatura t se poate calcula cu relatia urmatoare:

In cazurile in care densitatea se determina cu mare precizie (de exemplu cu

picnometrul) la calcularea acesteia trebuie sa se tina seama si de faptul aparatul pierde o

parte din greutatea sa, intrucat se cantareste in aer.

Tabel 1. Valorile medii ale coeficientilor de corectie a densitatii pentru produse petroliere

Densitatea citita Coeficientul de corectie pentru dilatarea

lichidului la o crestere a temperaturii cu 1 0C

c

Densitatea citita Coeficientul de corectie pentru dilatarea

lichidului la o crestere a temperaturii cu 1 0C

c0,6900 – 0,6999 0,000910 0,8500 – 0,8599 0,0006990,7000 – 0,7099 0,000897 0,8600 – 0,8699 0,0006850,7100 – 0,7199 0,000884 0,8700 – 0,8799 0,0006730,7200 – 0,7299 0,000870 0,8800 – 0,8899 0,0006600,7300 – 0,7399 0,000857 0,8800 – 0,8999 0,0006470,7400 – 0,7499 0,000844 0,9000 – 0,9099 0,0006330,7500 – 0,7599 0,000831 0,9100 – 0,9199 0,0006200,7600 – 0,7699 0,000818 0,9200 – 0,9299 0,0006070,7700 – 0,7799 0,000805 0,9300 – 0,9399 0,0005940,7800 – 0,7899 0,000792 0,9400 – 0,9499 0,0005810,7900 – 0,7999 0,000778 0,9500 – 0,9599 0,0005670,8000 – 0,8099 0,000765 0,9600 – 0,9699 0,0005540,8100 – 0,8199 0,000752 0,9700 – 0,9799 0,0005410,8200 – 0,8299 0,000738 0,9800 – 0,9899 0,0005280,8300 – 0,8399 0,000725 0,9900 – 1,000 0,0005150,8400 – 0,8499 0,000712

Corectia care se face in acest caz valorii densitatii se numeste corectie de vid, iar

valoarea sa se calculeaza cu formula:

in care :

da este densitatea aerului in conditiile de determinare a densitatii, in g/mL;

m – masa probei, in g

V – volumul probei, in mL.

Neaplicarea acestei corectii da o eroare mai mica de 0,1%.

Calculul densitatii unui produs la temperatura toC in raport cu apa la toC se face cu

formula: dtt = dt

4 / dta in care :

dt4 este densitatea produsului la temperatura toC in raport cu apa la 4oC;

dta - densitatea apei la temperatura toC (densitatea apei de la 0 – 30oC este data in STAS

35-58, vezi tab.2)

Pentru determinarea densitatii in cele mai bune conditii si pentru a se obtine valori

reproductibile se impune luarea unor masuri inainte inceperii analizei, printre care cele

mai importante sunt urmatoarele:

- produsele lichide sa fie filtrate si uscate in scopul desidratarii si obtinerii lor cu un

aspect transparent;

- produsele vascoase sa fie omogenizate la o temperatura mai inalta decat aceea la

care se face determinarea;

- intreaga aparatura sa fie intr-o perfecta stare de curatenie (aparatele de sticla vor fi

curatate cu amestec cromic, daca este cazul);

- cand determinarea se face cu picnometrul, cantaririle se vor efectua la balanta

analitica cu o precizie de 0,1 mg. Pentru determinarea densitatii cu precizie foarte

mare si cand se aplica corectia de vid, cantaririle se vor face la microbalanta cu o

precizie de 2.10-3mg ; in cazul utilizarii unei balante analitice cu o precizie la

cantarire de 0,1mg, precizia determinarii densitatii este de ± 0,0002.

-

Determinarea densitatii cu areometrul sau cu termoareometrul

Metoda este folosita pentru titeiuri si produse petroliere lichide a caror vascozitate

nu depaseste 35oE la 50oC; pentru produsele cu vascozitate mai mare se dilueaza cu un

volum egal de petrol rafinat de densitate cunoscuta avand aceeasi temperatura ca si

produsul de cercetat.

Metoda se bazeaza pe determinarea volumului dizlocuit de un areometru sau

termoareometru care se cufunda in lichidul a carui densitate se determina, in momentul in

care pluteste in lichid fara sa oscileze.

Areometrul este un corp plutitor de sticla cu peretii subtiri, de forma cilindrica,

avand capatul inferior ingreunat cu alice de plumb sau cu mercur si partea superioara cu

diametrul mai mic, in interiorul careia este fixata scara densitatii cu diviziuni de 0,001;

0,002 sau 0,005.

Termoareometrul este un areometru prevazut la partea inferioara cu un

termometru montat in interior care masoara temperatura la care se face determinarea.

Pentru determinarea densitatii produselor petroliere se intrebuinteaza o serie de

aerometre sau termoaerometre care sa acopere toata gama densitatilor cuprinse intre

0,610 si 1,000.

Produsul de analizat se toarna intr-un cilindru de sticla sau metal, curat si uscat,

mentinut in pozitie verticala. Areometrul sau termoareometrul perfect curat si uscat tinut

de partea superioara, se introduce in lichid astfel incat sa nu atinga cilindrul. Citirea

densitatii se face dupa stabilirea pozitiei areometrului sau termoareometrului si dupa ce

temperatura produsului devine stationara. Dupa citirea densitatii se citeste si temperatura

produsului la termoareometru, sau termometrul introdus in lichid, cand se utilizeaza

areometru.

Densitatea citita la temperatura produsului este recalculata la temperatura de

referinta.

Atunci cand temperatura la care se executa determinarea este diferita cu minimum 10 oC

de temperatura la care s-a etalonat areometrul sau termoareometrul se aplica corectia

pentru dilatatia cubica a sticlei, conform formulei:

in care:

0,000024 este coeficientul de dilatatie cubica a sticlei;

t - temperatura la care s-a executat determinarea, in oC;

t1 - temperatura la care s-a etalonat aparatul, in oC

Pentru produsele cu vascozitate mai mare de 35oE la 50oC, care se dilueaza cu un

volum egal de petrol, calculul densitatii se face cu formula:

d = 2d1 – d2

in care:

d este densitatea produsului de analizat, la temperatura determinarii;

d1 – densitatea amestecului, la temperatura determinarii;

d2 – densitatea petrolului, folosit pentru diluare, la aceeasi temperatura.

Precizia determinarii este de 0,0005 la repetabilitate si 0,001 la reproductibilitate

pentru produsele cu o vascozitate pana la 35oE la 50oC, de 0,002 la repetabilitate si 0,003

la reproductibilitate pentru cele cu vascozitate de peste 25oE la 50oC.

La gazele lichefiate densitatea se masoara cu ajutorul areometrului introdus intr-

un aparat de sticla in care se afla gazul lichefiat respectiv.

Aparatul este format dintr-un vas cilindric de sticla groasa, etansat la ambele

capete cu garnituri speciale si prins intr-o armatura metalica, avand la partea inferioara

doua ventile cu ac pentru intrarea si iesirea gazului lichefiat. La partea superioara a

aparatului, un alt ventil cu ac serveste pentruevacuarea gazului lichefiat. Areometrul se

introduce in aparat numai la montarea acestuia.

Determinarea densitatii cu balanta Mohr-Westphal

Metoda este folosita pentru toate produsele petroliere lichide, cu exceptia eterului

de petrol si a gazolinei.

Balanta Mohr-Westphal este compusa dintr-o parghie cu brate neegale rezemata

pe o prisma de metal. Bratul scurt are fixat la capat o contragreutate prevazuta cu ac, iar

cel lung este impartit in 10 diviziuni egale; dintre acestea noua sunt insemnate prin cate o

crestatura, iar a zecea are un mic carlig de care este agatat, cu o sarma de otel subtire,

plutitorul din sticla, etalonat, prevazut in interior cu un termometru. Parghia este adusa la

echilibru cu ajutorul suruburilor de calare. Corpul plutitorului este introdus apoi intr-un

cilidru de sticla.

Produsul de analizat cu viscozitatea de maximum 35 0E la 50 0C este turnat (prin

scurgere pe o bagheta) in cilindru pina ce corpul plutitor si circa 15 mm din lungimea

sirmei de suspendare sunt cufundate in produs. Se restabileste echilibrul balantei prin

asezarea de greutati pe pirghie, incepind cu cea mai mare si apoi se determina densitatea

prin citirea notatiilor de pe bratul pirghiei, in dreptul greutatilor respective, la temperatura

indicata de termometru.

Densitatea la temperatura determinarii (dt) se calculeaza cu relatia:

dt = dtnda + 0,0012(1 – dt

n)

in care: dtn = densitatea necorectata, citita la temperatura t ( 0C), g/cm3;

da = densitatea apei, citita la temperatura t ( 0C), g/cm3 (conform tabelului 2);

0,0012(1 – dtn) = corectia de vid (0,0012 reprezinta densitatea aerului in g/cm3 la 20 0C si

presiune de 760 mm Hg)

Tabel 2. Densitatea apei la temperaturi cuprinse intre 10 si 30 0C, g/cm3

Temperatura, 0C Densitatea, g/cm3 Temperatura, 0C Densitatea, g/cm3

10 0,99970 21 0,9979911 0,99961 22 0,9977712 0,99950 23 0,9975413 0,99938 24 0,9973014 0,99925 25 0,9970515 0,99910 26 0,9967916 0,99894 27 0,9965217 0,99878 28 0,9962418 0,99860 29 0,9959519 0,99841 30 0,9956520 0,99821

Densitate astfel obtinuta este apoi recalculata la temperatura de referinta.

Determinarea densitatii cu picnometrul

Aceasta metoda este folosita pentru toate produsele petroliere atunci cand se cere

o mare precizie in determinare sau cand celelalte metode nu pot fi aplicate. Ea se bazeaza

pe compararea maselor unor volume egale de produs si apa.

Picnometrele sunt vase calibrate de sticla, prevazute cu dopuri slefuite, de diferite

forme si capacitati, avand un volum precis, marcat pe sticla.

Se utilizeaza mai multe tipuri de picnometre dintre care unele sunt prezentate in

figura 3.

La determinarea densitatii cu picnometrul este necesar sa se verifice cifra de apa a

acestuia cel putin o data la 20 de determinari.

Cifra de apa a picnometrului este masa apei distilate, la 20oC, continuta de

picnometru astupat cu dop si umplut complet, inclusiv canalul capilar, sau la

picnometrele neprevazute cu capilare, pana la reper.

Picnometrul curat si uscat, dupa ce a stat circa 1h in camera de balante pentru a

lua temperatura acesteia, este cantarit, impreuna cu dopul, pe balanta analitica cu precizia

de 0,0002 g. Apoi se umple cu apa distilata de 18-20oC, cu o pipeta, curata si uscata, dupa

care este sters la exterior si introdus, astupat, in termostat sau baia de apa la 20 ± 0,1 oC,

unde se mentine 30 min. Excesul de apa iesit prin tubul capilar este indepartat cu o hartie

de filtru. Dupa aceasta, picnometrul este scos din termostat sau din baie, este sters perfect

la exterior si se cantareste cu aceeasi precizie.

Cifra de apa se calculeaza cu formula: m = m2 – m1, in care:

m este cifra de apa a picnometrului, in g

m1 – masa picnometrului gol, in g

m2 – masa picnometrului cu apa distilata la 20oC, in g

Densitatea la 20oC in raport cu apa la 20oC se calculeaza cu relatia:

in care:

m3 este masa picnometrului cu produs la 20oC, in g

Densitatea astfel obtinuta este recalculata in densitate d204.

Precizia determinarii densitatilor obtinute cu picnometrul este cuprinsa intre 0,004

si 0,0002.