Resumen de Determinación de la Densidad de Hidrocarburos

## Introducción La densidad de hidrocarburos es una propiedad física fundamental en la industria petrolera y química que relaciona la masa de una sustancia con su volumen. Conocer la densidad permite diseñar procesos de separación, transporte, almacenamiento y control de calidad de productos petrolíferos en fases líquida y gaseosa. > Definición: La **densidad** es la masa por unidad de volumen de una sustancia, generalmente expresada en kg/m^3 o g/cm^3. ## Conceptos básicos y fórmulas ### Densidad absoluta y relativa (gases) - La **densidad absoluta** de un gas se refiere a su masa volumétrica considerada a 0 °C y 760 mmHg. > Definición: La **densidad relativa** de un gas es la relación entre la densidad del gas y la densidad del aire tomadas ambas a la misma condición de referencia (0 °C y 760 mmHg). Por ejemplo, si la densidad del aire es $1.293\ \mathrm{kg/m^3}$, entonces la densidad relativa $d_{rel}$ se calcula como $d_{rel} = d / 1.293$. ### Gases ideales y reales - Para gases ideales: $$d = \frac{PM}{RT}$$ donde $P$ es presión, $M$ masa molar, $R$ constante de los gases y $T$ temperatura absoluta. - Para gases reales se introduce el factor de compresibilidad $z$: $$d = \frac{PM}{zRT}$$ > Definición: El **factor de compresibilidad** $z$ corrige el comportamiento no ideal de un gas; $z=1$ para gas ideal. ### Mezclas de composición conocida - Si se conoce la composición por fracciones de masa $w_i$ y densidades de cada componente $d_i$: $$d_{mezcla} = \left(\sum_{i=1}^{n} \frac{w_i}{d_i}\right)^{-1}$$ - Otra expresión usando masa molar media $M_m$ y $z$: $$d = \frac{P M_m}{z R T}$$ ### Mezclas de composición desconocida - Se emplea una expresión práctica que involucra parámetros parciales y el factor acéntrico $\omega$ (u en el material original). Un formato representativo es: $$d = \frac{P M}{z R T}$$ y donde $z$ se obtiene a partir de correlaciones y gráficas que dependen de $P_r$ y $T_r$. > Definición: El **factor acéntrico** $\omega$ caracteriza la no esfericidad molecular y se usa en correlaciones para $z$ y otras propiedades. ## Efecto de temperatura y presión - A presión fija, un aumento de temperatura disminuye la densidad: $T\uparrow \Rightarrow d\downarrow$. - A temperatura fija, un aumento de presión aumenta la densidad: $P\uparrow \Rightarrow d\uparrow$. - Para líquidos a altas presiones se usa el **factor de expansibilidad** $e$ para corregir la densidad con la presión: $$d(P,T) = d(P_{ref},T) \cdot e(P_r,T_r)$$ - Cuando $T_r \le 0.65$ y $P<10\ \mathrm{atm}$, una correlación útil es: $$e = 0.0838\,T_r^2 + 0.1745\,T_r$$ (forma ejemplar tomada del material) > Definición: La **temperatura reducida** es $T_r = T/T_c$ y la **presión reducida** es $P_r = P/P_c$, con $T_c$ y $P_c$ las propiedades críticas. ## Métodos experimentales para medir densidad - Gases: - Método de Bunsen-Shilling - Método de Dumas con picnómetro de Chancel - Líquidos: - Picnómetro (productos del petróleo) - Densímetro o hidrómetro (excepto éter del petróleo) - Balanza Mohr-Westphal (excepto éter del petróleo) ## Correlaciones y gráficas usadas (procedimiento práctico) - Se usan gráficas para obtener $z(0)$ y $z(1)$ a partir de $P_c$ y $T_c$. - El factor acéntrico $\omega$ se obtiene en función de $T_c$, $M_{ABP}$ (temperatura media de ebullición) y $P_c$. - El factor de expansibilidad $e$ se obtiene de gráficas en función de $P_r$ y $T_r$ (gráfica 12 en el material). Tabla comparativa: métodos experimentales | Fase | Método | Ventaja | Limitación | | --- | ---: | --- | --- | | Gas | Bunsen-Shilling | Rápido para gases puros | Precisión limitada en mezclas | | Gas | Dumas (Chancel) | Mejor para vapores | Requiere equipo y control térmico | | Líquido | Picnómetro | Alta precisión | Requiere manejo cuidadoso | | Líquido | Densímetro | Fácil y rápido | Menos preciso que picnómetro | ## Procedimiento ejemplo (resuelto a modo esquemático) Enunciado: una mezcla gaseosa tiene densidad $0.735\ \mathrm{(a 15.15\ ^\circ C)}$