DETERMINAREA VISCOZITATII PRODUSELOR PETROLIERE

Viscozitatea unui fluid reprezinta frecarea interna a acestuia, adica frecarea care ia

nastere cand moleculele fluidului se deplaseaza unele in raport cu celelalte, sub influenta unei

forte exterioare.

Marimea viscozitatii poate fi exprimata in unitati dinamice, cinematice sau

conventionale.

Viscozitatea cinematica se poate calcula impartind viscozitatea dinamica a fluidului la

densitatea lui, ambele determinate la aceleasi temperatura si presiune.

Viscozitatile dinamica si cinematica reprezinta caracteristici fizice bine determinate, care,

ca si alte marimi fizice, pot fi folosite in diferite formule de calcul. In cazul in care viscozitatea

se foloseste pentru caracterizarea practica a unor produse petroliere, aceasta se exprima deseori

in unitati conventionale.

In functie de aparatele care se utilizeaza pentru determinarea ei, viscozitatea

conventionala se rxprima in diferite unitati. Dintre acestea, cele mai raspandite sunt: gradul

Engler, scunde Redwood, scunde Saybolt, Barbey etc.

Viscozitatea exprimata in grade Engler (oE) se foloseste in special in Europa, si reprexinta

raportul dintre timpul de scurgere a 200 ml produs, la temperatura de lucru, si timpul de scurgere

a 200 ml apa distilata, la temperatura de 20oC.

In cazul uleiurilor minerale, viscozitatea reprezinta una dintre cele mai importante

proprietati, deoarece de ea dipinde procesul de ungere a masinilor si motoarelor, randamentul lor,

intensitatea uzurii, durata de utilizare etc.

O mare importanta in realizarea normala a procesului de ungere alegerea corecta a

viscozitatii uleiului folosit, in functie de conditiile de functionare a masinii sau a motorului

respectiv. De expemplu, in cazul motoarelor cu turatie mare, daca se foloseste un ulei cu

viscozitatea mai mare decat cea necesara, randamentul motorului va scadea din cauza cresterii

pierderilor prin frecare.

Calculul viscozitatii amestecurilor de ulei

Deoarece viscozitatea produselor petroliere nu este o proprietate aditiva ea nu se poate

calcula ca o medie aritmetica. Din aceasta cauza au fost elaborate o serie de formule si grafice,

care insa nu dau decat rezultate aproximative si sunt valabile in special pentru amestecuri

alcatiute din componente apropiate ca proprietati sau care se iau in amestec in proportii

aproximativ egale.

O metoda utilizata foarte mult este cea care foloseste graficul logartmic, in care variatia

viscozitatii cu temperatura este reprezentata printr-o dreapta. Cu ajutorul acestui grafic se pot

rezolva doua feluri de probleme care se pun in practica:

- calculul viscozitatii uleiului care rezulta prin amestecarea a doua uleiuri A si B in anumite

proportii, cele doua uleiuri avand vascozitatii diferite la aceiasi temperatura;

- calculul proportiei in care trebuie amestecate doua uleiuri A si B cu viscozitati cunoscute,

pentru a obtine un ulei cu o viscozitate dorita.

Se va nota totdeauna uleiul cu viscozitatea mai mica cu A iar cel cu viscozitatea mai mare

cu B.

Metode pentru determinarea viscozitatii

Pentru determinarea viscozitatii lichidelor se folosesc viscozimetre care, dupa principiul

de functionare, se impart in trei grupe.

Viscozimetre capilare, bazate pe curgerea fluidelor, care masoara viscozitatea prin tuburi

capilare. La baza determinarii viscozitatii cu aceste aparate sta legea lui Poiseuille, dupa care

valoarea viscozitatii absolute a unui lichid este data de relatia:

η = π r4 p τ / 8V l

In care: η este viscozitatea dinamica, in P

p – presiunea sub care curge fluidul, in dyn/cm2

r – raza tubului capilar, in cm

V – volumul de lichid care a curs prin tubul capilar, in cm2

l – lungimea tubului capilar, in cm

τ - timpul de curgere, in s

Trebuie mentionat ca la aceste viscozimetre, curgerea prin tubul capilar trebuie sa fie o

curgere laminara, deoarece numai in acest caz este valabila legea lui Poiseuille, si pentru acest

motiv, in functie de viscizitatea fluidului caruia i se masoara viscozitatea trebuie sa se aleaga

capilara corespunzatoare.

Dintre aparatele care functioneaza pe acest principiu se mentioneaza viscozimetrele

Ubbelohde-Holde, Fenske, Vogel-Ossag, Ostvald-Pinchevici etc.

DETERMINAREA VÂSCOZITĂŢII RELATIVE CU AJUTORUL

VÂSCOZIMETRULUI OSTWALD

Principiul metodei consta in masurarea timpului de scurgere a lichidului de cercetat si a

lichidului etalon intre doua repere ale capilarei, la o anumita temperatura, mentinuta riguros

constanta.

Modul de lucru

In aparatul perfect curat su uscat se iuntroduce lichidul de cercetat. Lichidul se introduce

in bula rezervor, cu ajutorul unei pipete, astfel incit la toate determinarile sa se ia exact acelasi

volum.

Se introduce aparatul intr-un termostat, si dupa ce s-a obtinut temperatura constanta la

care se face determinarea, se aspira lichidul in ramura cu capilara, pina deasupra reperului

circular si se masoara timpul de scurgerea lichidului intre cele doua repere.

Se fac citeva citiri si se repeta determinarea masurind timpul de scurgere pentru un lichid

etalon cu viscozitatea si densitatea cunoscute.

In timpul determinarilor, aparatul trebuie sa fie asezat perfect vertical. Pentru a nu obtine

rezultate eronate, determinarile pentru lichidul etalon si pentru lichidul de cercetat trebuie

executate in conditii identice.

Viscozitatea relativa a lichidului se calculeaza cu relatia:

μl = ηl/ηe = tl*ρl/(te* ρe)

in care:

μl este viscozitatea relativa a lichidului cercetat;

ηl, ηe sunt viscozitatea dinamica a lichidului si a etalonului;

tl, te – timpul de scurgere pentru lichid, respectiv pentru etalon;

ρl, ρe – densitatea lichidulkui cercetat si alichidului etalon la temperatura de lucru.

Vâscozimetru Ostwald

(1- capilară; 2 – bulă rezervor; 3 – prelungirea tubulară a bulei rezervor; 4 – gâtuitura; 5 – reper

circular; 6 – ramura largă; 7 – bulă rezervor; 8 – porţiunea curbată a tubului vâscozimetric)

Viscozimetre cu curgerea prin orificii, la care viscozitatea se exprima in mod conventional prin

raportul dintre timpul de scurgere a unei anumite cantitati de lichid la o temperatura oarecare si

timpul de scurgere a aceluiasi cantitati de apa la 20oC (cazul viscozimetrului Engler) sau numai

prin masurarea timpului de scurgere a unei anumite cantitati de lichd prin orificiul aparatului

respectiv (ca in cazul viscozimetrelor Redwood si Saybolt).

Deoarece viscozitatile determinate cu aceste aparate sunt marimi conventionale, ele nu au

un sens fizic, si nu pot fi folosite in calculele de proiectare putand fi folosite numai pentru

caracterizarea practica a anumitor produse.

La determinarea viscozitatii conventionale cu aceste aparate pot aparea o serie de erori

din urmatoarele cauze:

- la viscozitati mici, curgerea prin orificiu este turbulenta;

- in timpul curgerii lichidului din aparat, acesta trebuie sa invinga tensiunea superficiala,

care fiind diferita pentru diferite lichide va duce la o rezistenta suplimentara, care micsoreaza

presiunea coloanei de lichid sub actiunea careia are loc curgerea, fapt care nu este luat in

consideratie in calculul viscozitatii;

- aparatele conventionale nu permit determinarea viscozitatilor la temperaturi foarte joase

sau foarte inalte;

- intre viscozitatea exprimata in unitati conventionale si unitati absolute exista numai

corelatii aproximative, care in cazul viscozitatilor mici dau erori foarte mari;

- majoritatea metodelor pentru caracterizarea variatiei viscozitatii in functie de

temperatura se bazeaza pe unitati absolute de viscozitate, iar in cazul in care se dispune de valori

ale viscozitatii in unitati conventionale este necesara transformarea acesteia in unitati de

viscozitate absoluta, introducand astfel erori mari in calcule.

In cazul determinarii viscozitatii cu aparate bazate pe curgerea prin tuburi capilare trebuie

sa se tina seama de o serie de factori care pot introduce erori daca nu se fac corectiile

corespunzatoare si anume:

- corectia constantei viscozimetrului (K) in functie de temperatura se face in cazul in care

aparatul este folosit pentru determinarea viscozitatii la alta temperatura decat aceea la care a fost

determinata constanta K la etalonarea aparatului. Relatiile pentru calculul variatiei constantei cu

temperatura sunt indicate la fiecare tip de viscozimetru.

- corelatia constantei viscozimetrului in functie de acceleratia caderii libere, se face

atunci cand viscozimetrul este folosit intr-o localitate in care acceleratia caderii libere este

diferita de locul unde a fost etalonat.

Corectia se face cu relatia:

K2 = K1 g2 / g1

In care : K1 este constanta viscozimetrului in conditiile de calibrare;

K2 – constanta viscozimetrului in conditiile de utilizare;

g1 – acceleratia caderii libere in conditiile de calibrare;

g2 – acceleratia caderii libere in conditiile de utilizare.

- corectia datorita energiei cinetice se aplica viscozitatii calculata dupa relatia lui

Poiseuille, datorita faptului ca la iesirea din capilara in care se determina viscozitatea, lichidul

respectiv are inca o anumita viteza, deci contine inca energie cinetica;

- se alege un viscozimetru curat, in care timpul de scurgere a produsului sa fie mai mare

decat 200 s si maximum 30 min, si se umple cu produs in modul indicat in instructiunile de

folosire a viscozimetrului;

- se fixeaza viscozimetrul in baie in pozitie perfect verticala astfel incat nivelul

produsului din viscozimetru, in cazul in care se gaseste la inaltimea maxima, sa fie cu circa 20

mm sub nivelul lichidului din baie; se mentine viscozimetrul in baie pana ce produsul din el ia

aceiasi temperatura ca lichidul din baie (de obicei 10-20 min, fiind functie de temperatura

determinarii);

- se aspira cu ajutorul unei pompe produsul in bula de masurare, astfel incat nivelul

produsului sa fie cu circa 5 mm mai sus de reperul de masurare. Dupa ce se indeparteaza sursa de

aspiratie se masoara timpul necesar (cu o precizie de 0,1 s ) pentru ca meniscul produsului sa

treaca de la primul reper pana la cel de al doilea reper.

Se repeta operatia de cel putin trei ori, iar diferentele intre timpii obtinuti nu depasesc

valorile indicate in prospectul aparatului, pentru calculul viscozitatii cinematice se ia media

aritmetica a timpilor obtinuti.

Rezultatele obtinute la doua probe paralele efectuate de acelasi operatoe nu trebuie sa

difere cu mai mult decat 0,35 % fata de media rezultatelor, iar in cazul in care determinarile sunt

facute de doua laboratoare diferite, diferenta admisa nu trebuie sa fie mai mare decat 0,7%.

DETERMINAREA VISCOZITATII CINEMATICE (CONFORM SR ISO 3104/2002)

Principiu

Determinarea timpului de curgere libera aunui volum de lichid dat prin capilara calibrata a unui

viscozimetru sub o presiune a lichidului reproductibila si la o temperatura controlata ciu precizie.

Viscozitatea cinematica este produsul dintre timpul de curgere masurat si constanta de etalonare

a viscozimetrului.

Domeniu de aplicare

Cu viscozimetrul cu nivel suspendat se determina viscozitatii cinematice cuprinse intre 1 –

10000 cSt, pentru substante lichide chimice pure sau pentru solutii sau produse petroliere.

Aparatura

- viscozimetrul capilar confectionat din sticla Jena speciala pentru instrumente de precizie.

Se compune din urmatoarele parti: tuburile A, B, C, rezervorul D cu doua repere de nivel

E1 si E2, bula calibrata cu doua repere F1 si F2, aceste doua repere determina cantitatea

de lichid care urmeaza a fi scursa, precum si nivelul hidrostatic mijlociu (h), bula G,

capilara H, legata cu capatul inferior de partea superioara a bulei I in forma de calota. Pe

aceasta calota se scurge lichidul din capilara sub forma unei pelicule subtiuri. Capilara

trebuie sa aiba diametrul interior egal pe toata lungimea ei cu o toleranta de 0,05 mm si

fara asperitati interioare.

Pentru acoperirea intregului domeniu de viscozitati sunt necesare capilare de diferite

dimensiuni.

- Stativ pentru fixarea capilarelor;

- Baie termostatata ;

- Termometre;

- Cronometru cu diviziuni de 0,2 s.

Pregatirea determinarii

Produsul de cercetat se filtreaza printr-o sita cu ochiuri de 0,3 mm. Intreaga aparatura va fi bine

curatata cu solventi, iar acestia indepartati prin suflare cu aer liber de praf.

Se aduce baia la temperatura la care trebuie facuta determinarea. Se alege capilara pentru

executarea determinarii dupa viscozitatea asteptata, astfel ca scurgerea sa nu dureze mai mult de

1000 s.

Efectuarea determinarii

Produsul se introduce in bula D pina la un nivel cuprins intre reperele E1, E2. Se introduce

viscozimetrul in pozitie verticala iar in tubul C se introduce un termometru. De indata ce acesta

arata aceeasi tempoeratura ca si termometrul din baie, ceea ce se intimpla in generala dupa 15-20

min, si se mentine aceasta valoare constanta timp de 5 min, se incepe determinarea. Folosind un

tub de cauciuc montat la capatul tubului B si astupind cu degetul tubul A, se umple prin aspiratie

tubul B cu proba pina ce nivelul lichidului a ajuns la reperul superior al bulei F. Se desface

legatura tubului de cauciuc cu viscozimetrul si dupa aceasta se destupa tubul A. In bula I

patrunde aer; se rupe coloana de lichid la capatul inferior al capilarei, formandu-se nivelul

suspendat totdeauna in acelasi loc, oricare ar fi lichidul introdus, cu conditia ca lichidul sa ude

sticla, iar lichidul sa curga. Se masoara timpul, in secunde, in care meniscul lichidului coboara de

la reperul F1 la reperul F2.

Calcul

Viscozitatea cinematica se determina cu formula:

υ = k*t

Pentru cazul in care timpul de scurgere a fost mai mic de 300 s, se repeta determinarea cu o alta

capilara mai fina.

Valoarea constantei k trebuie verificata periodic, prin masurarea timpului de curgere a apei

distilate, a carei viscozitate (la temperatura respectiva) se poate citi din tabelele de constante

fizice.