evaluación de los métodos analíticos para la determinación...
TRANSCRIPT
ECOCHEMICAL 2000 C.A.
UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE QUIMICA
BARBULA- CARABOBO
Evaluación de los métodos analíticos para la determinación
del porcentaje de humedad en aceites de una compañía
ecológica.
Pasante: Oscar González
Tutor Académico: José Jiménez
Tutor Empresarial: Heilyn Morquez
MAYO, 2014
Introducción
Ecochemical 2000 C.A. Es una industria ecológica que se encarga de la recolección a nivel
nacional de aceites usados del tipo mineral y vegetal, con el propósito de conservar el
ambiente y darle un buen uso a tan contaminantes sustancias. El aceite automotriz usado
es la principal materia prima que se maneja en la compañía, dado a su abundancia al ser
un país petrolero, asi como también de su uso continuo debido al aumento progresivo de
vehículos en el país. Por otro lado también se maneja la recepción de aceites industriales
y vegetales.
Dado a que cada aceite presenta características físicas y químicas diferentes debido a su
constitución química estos presentan un tratamiento específico para cada uno, es por ello
que se desea optimizar las técnicas analíticas en la determinación del porcentaje de agua
en los diferentes tipos de aceites.
Misión
Ecochemical 2000 C.A. al ser una compañía ecológica tiene como objetivo la recolección,
transporte, almacenamiento y disposición final de aceites usados de origen mineral
(industrial y automotriz) e incursionando en la recolección de aceite vegetal (comestible).
Visión
Debido a que en la actualidad se desecha el aceite por las tuberías, la empresa
Ecochemical 2000 C.A. nace como una opción eficiente para el reciclaje de los aceites
evitando la contaminación con lo cual esta propuesta se debe sea expandir a través de
todo el territorio. Ademas ser pioneros en la obtención de Biodisel a partir de aceites
usados, con el fin de establecer una alternativa útil y viable para el reciclaje del aceite.
Justificación
La fuente principal de energía proviene del vapor de agua de alta presión generado en las
calderas, las cuales generan una cantidad apreciable de calor por medio de la
combustión, suficiente para producir un cambio de fase del agua líquida a gaseosa dentro
de los tubos y el armazón de la caldera. Por lo general uno de los combustibles más usado
es el gas natural, sin embargo, en la actualidad se ha optado por el uso de aceites que
producen gran cantidad de energía al ser quemados.
El aceite automotriz usado es uno de los tipos de aceites que posee alto contenido
calórico, que lo hace ideal para el calentamiento de las calderas. Sin embargo, este aceite
posee también un elevado porcentaje de humedad. El cual es un parámetro estándar de
vital importancia para la salida de producción de los aceites reciclados. Debido a que alto
contenido de humedad ocasiona corrosión y baja transferencia calórica.
Por otro lado el para el aceite industrial se deben controlar otros parámetros importante
tales como cantidad de sólidos, metales y características físicas, dado a que este tipo de
aceite se emplea como base para aceite lubricantes. Mientras que para el aceite de tipo
vegetal se controla la cantidad de grasa, sólidos y humedad.
Con lo cual resulta de gran importancia para poder controlar el porcentaje de humedad
de forma analítica y bajo la supervisión de las normas establecidas, con fin de garantizar
valores reales y fehacientes del contenido de agua presente en cada uno de los aceites
reciclados por la compañía Ecochemical 2000 C.A.
Objetivo General
Optimizar los métodos de análisis del laboratorio de control de calidad para la
determinación del porcentaje de agua presente en aceite reciclado, por lo norma ASTM D-
95 y la crepitación.
ACTIVIDADES
Cronograma Semana Actividad a ejecutar:
Semanas 1-2
Realizar un recorrido de la planta por los diferentes departamentos de producción
y recepción de aceites.
Introducción al proceso de des humidificación y extracción de solidos para los
aceites vegetales, industriales y automotrices.
Semanas 3-4
Realizar un diagnóstico general de los procedimientos y/o instrucciones de análisis
que contemplen los reactivos, instrumentos, el tratamiento de los resultados,
medidas de seguridad y bases teóricas.
Introducción a los análisis de rutina para los aceites procesados y no procesados
Semanas 5-6
Analisis de rutina en el área de control de calidad.
Introducción al muestreo de aceites en tambores ,totes y cisternas para la
recepción de aceites.
Investigación de las bases teóricas de la norma ASTM D-95
Semanas 7-8
Aplicación y optimización de la norma ASTM D-95 en análisis de soluciones
patrones de aceite y agua.
Propagación de los errores y desviaciones a partir de una curva de calibración con
soluciones patrones de aceite.
Semanas 9-10
Analisis de humedad de aceite automotriz reciclado bajo la norma ASTM D-95
Experimentación de la técnica de crepitación en aceite automotriz para soluciones
patrones.
Semanas 11-12
Realizar el protocolo de la aplicación de la norma ASTM D-95 y factor de
corrección.
Realizar el protocolo de la técnica de crepitación para aceite automotriz.
La empresa ecochemical 2000 C.A. cuenta con dos departamentos importantes en la
planta, el de recepción y el producción. Con los cuales se permite garantizar el reciclaje de
los aceites residuales para su posterior uso en el área de energía, y como base de aceites
lubricantes. La planta en general cuento con mas de 25 tanques, 3 Mezcladores y 2
reactores. Los cuales se encuentran distribuidos entre los dos departamentos, y
empleados para el almacenamiento y tratamiento de diferentes tipos de aceites.
RECEPCION y ALMACENAMIENTO:
En la recepción se dispone de 19 tanques, 15 de aceite automotriz y 4 de aceite vegetal,
todos empleados para almacenamiento del aceite que ingresa a la planta, asi como
también para el almacenamiento del aceite reciclado y ya tratado.
Adicionalmente en el área de recepción a la planta se dispone de un espacio específico
para realizar el muestreo del aceite que ingresa y poder clasificarlo, según los estándares
de calidad que se manejan en la empresa.
PRODUCCION:
En el área de producción se dispone de 6 tanques, 2 reactores y 3 mezcladores, que hacen
posible el tratamiento del aceite industrial, asi como también el almacenamiento y
tratamiento del aceite automotor.
Por otro parte los mezcladores permiten almacenar el aceite recuperado de tipo industrial
y automotor, para su análisis y seguimiento de los porcentajes de humedad y solidos
presentes en los aceites.
PROCESOS
En la empresa se manejan dos tipos de procesos para el reciclaje de aceites automotrices,
vegetales e industriales, tales como: La decantación y la evaporación.
La decantación: permite la separación de dos sustancias diferentes, por diferencia
de densidades, generándose dos fases una acuosa y una orgánica dependiendo de
una constantes de partición; en este caso no es más que la separación del agua y
del aceite en las dos fases una acuosa (de alta densidad) y una oleosa ( de baja
densidad). Debido a que el agua es más densa que el agua esta tiende a alojarse
en la parte inferior de los tanques, permitiendo de esta manera su fácil
separación.
La evaporación: La evaporación consiste en la separación del agua de otra
sustancia, por medio de la aplicación de calor, hasta alcanzar la temperatura de
ebullición del agua, y de esta manera separar los vapores generados, en esta
técnica de separación es importante no llegar a elevadas temperaturas que se
encuentren alrededor del punto de inflamación de los aceites (por lo general se
llegn a temperaturas no mayores a 120 °C).
ANALISIS PARA LA DETERMINACION DE HUMEDAD PRESENTE EN ACEITES
En la compañía se realizan diferentes métodos para la determinación del contenido agua
presente en aceites derivados del petróleo. Adicionalmente cada método se aplica
dependiendo del tipo de aceite que se quiera analizar, es por ello que se decidio separar
por tipo de aceite los métodos que se aplican.
ACEITES VEGETALES
Para los aceites vegetales debido a que se conoce que su porcentaje de humedad es
bastante bajo se emplea un solo método para la determiación, el cual es la centrifugación.
CENTRIFUGACION
(A) REACTIVOS Y MATERIALES
En este caso solo se necesita una muestra representativa del aceite que se quiere analizar,
y dos tubos de centrifuga calibrados a 40 mL.
(B) METODOLOGIA
En principio se necesita una muestra representativa del aceite a analizar.
Se debe homogenizar la muestra
Se debe enrasar los dos tubos de centrifuga.
Se centrifugan durante 20 min.
Por medio de la relación de volúmenes se determina el porcentaje de agua
presente en el aceite.
AUTOMOTRIZ
Para el caso del aceite automotriz este presenta diferentes métodos de determinación del
contenido de agua. Los métodos que se aplican son: la crepitación, la centrifugación y mas
recientemente la destilación con arrastre de xileno.
CENTRIFUGACION
(A) REACTIVOS Y MATERIALES
Se necesita una muestra representativa del aceite que se quiere analizar, agua destilada y
dos tubos de centrifuga calibrados a 44 mL.
(B) METODOLOGIA
En principio se necesita una muestra representativa del aceite a analizar.
Se debe homogenizar la muestra
Se deben transvasar 40 mL a cada tubos de centrifuga.
Se enrasa hasta 44 mL con agua.
Se centrifugan durante 30 min.
Por medio de la relación de volúmenes se determina el porcentaje de agua
presente en el aceite.
CREPITACION
La crepitación consiste en someter una gota de muestra representativa al calor, por
encima del punto de ebullición del agua con fin, de que el agua contenida en la gota se
libere instantáneamente al contacto con el calor, generando burbujas y sonido que se
conocen como crepitado.
(A) REACTIVOS Y MATERIALES
Se necesita una muestra representativa del aceite que se quiere analizar, y una varilla de
metal gruesa.
(B) METODOLOGIA
En principio se necesita una muestra representativa del aceite a analizar.
Se debe homogenizar la muestra
Se enciende y se ajusta una plancha de calentamiento.
Se deja caer sutilmente una gota de aceite sobre la plancha.
Se observa y se reporta las características físicas observadas
DESTILACIÓN CON ARRASTRE DE XILENO
La determinación del porcentaje agua a partir de la técnica de destilación con arrastre de
xileno es un método propuesto por las normas internacionales ASTM D-95. Donde una vez
que se calienta la muestra diluida con xileno, hasta el punto de ebullición del mismo
(133°C), este arrastra el vapor de agua hacia el extremo calibrado del equipo (ver Fig. 1), y
se cuantifica el volumen de agua.
(A) REACTIVOS Y MATERIALES
Se necesita una muestra representativa del aceite que se quiere analizar, xileno puro y el
equipo de montaje según la norma ASTM D-95.
Figura 1. Esquema general del montaje de la destilación con arrastre de xileno
(B) METODOLOGIA
En principio se necesita una muestra representativa del aceite a analizar.
Se debe homogenizar la muestra
Se toman 25mL de la muestra y se transfieren al balón
El cilindro donde es medio el aceite es lavado con 2 porciones de xileno puro para
un volumen de 75 mL y se transfieren al balón.
Se agregan perlas de ebullición para evitar sobrecalentamiento
Se conecta el balón al equipo y se enciende el calentamiento
La temperatura se ajusta hasta haber 2 gotas de reflujo por segundo.
Para la terminación de la destilación el volumen de agua recolectado debe
permanecer constante al menos durante 15 minutos.
Por medio de la relación de volumen se determina el porcentaje agua.
OPTIMIZACION DE LA TECNICA DE CREPITACION
Para la optimización de la técnica se realizó el análisis cualitativo de patrones de aceites
con concentración de agua conocida:
Patrones
% H2O
1 0,0 2 0,1 3 0,2 4 0,5 5 5
Para cada uno de ellos se evaluó la crepitación tal como se describe en el método, los
análisis se realizaron por quintuplicado, y se obtuvieron los siguientes resultados:
Patrones %H2O Observaciones
1 0,0
No se presentó ningún cambio audible o visible para cada una de las muestras
2
0,1
No se presentó ningún cambio audible, sin embargo, se observa la aparición de una pequeña burbuja que salía del centro de la gota, que denota la
presencia de agua
3
0,2
No se presentó ningún cambio audible, sin embargo, se observa la aparición de burbujas de mayor tamaño congregadas en el centro de la gota que desaparecen medianamente rápida.
4 0,5
Se presentaron sonidos espontáneos, y se observa la aparición de grandes cantidades de burbujas por toda la gota, que denota la presencia de agua
5
5,0
Se presentaron sonidos espontáneos, y se observa la aparición de grandes cantidades de burbujas por toda la gota, que denota la presencia de agua, básicamente no hubo diferencia con respecto al patrón con concentración de 0,5%.
Con los resultados obtenidos se puede concluir que el análisis de crepitación permite
conocer de manera cualitativa los porcentajes de agua emulsionados o libres, presentes
en aceites no mayores al 0,2%, dado a que por encima de esta concentración se mantiene
un comportamiento similar entre los aceites. Por lo que se recomienda que la técnica se
use como método para constatar que el aceite posee una concentración baja, o muy
cercana de humedad.
OPTIMIZACION DE LA TECNICA DE DESTILCIÓN (ASTM D-95)
La norma ASTM D-95 permite estimar de manera práctica y eficiente el porcentaje de
humedad emulsionado y libre presente en aceites, por medio del arrastre de vapor de
agua con xileno. Sin embargo si el aceite se encuentra fuertemente emulsionado con el
agua o no se mantiene las condiciones ideales de la técnica pueden obtenerse valores
erráticos del porcentaje de agua. Básicamente se busca optimizar la técnica englobando
todos los posibles errores por medio de un factor de corrección a través de una curva de
calibración. Es por ello, que se construyó la curva de calibración con los patrones de
porcentaje de agua conocida:
Patronesa
% H2O Volumen de agua
agregado (V±0,5mL)
1 0,0 0,0 2 2,0 0,5 3 4,0 1,0
4 6,0 1,5 5 8,0 2,0 6 10,0 2,5 7 15,0 3,8 8 20,0 5,0 9 25,0 6,3
10 30,0 7,5 a Los patrones fueron preparados para un volumen final de muestra de 25 mL
Cada uno de los análisis de los patrones se realizó por triplicado por medio de la técnica
establecida en la norma ASTD-95, donde se mantuvo la temperatura de calentamiento
constante a la ebullición del xileno, para evitar el sobre calentamiento y la formación de
algún tipo de interacción del agua con xileno, donde se obtuvieron los siguientes
resultados:
Patrones
% H2O Volumen de agua
recolectado (V±0,005mL)
1 0,0 0,03 0,03 0,03
2 2,0 0,5 0,5 0,6
3 4,0 1,0 1,1 1,1
4 6,0 1,6 1,6 1,5
5 8,0 2,0 1,9 2,0
6 10,0 2,4 2,2 2,2
7 15,0 3,5 3,5 3,5
8 20,0 4,5 4,5
4,6 9 25,0 6,0
6,0 6,0
10 30,0 7,0 7,0 7,0
A partir de los datos recopilados se estableció la regresión lineal con los promedios de
cada solución patrón y se obtuvo la siguiente curva:
Por consiguiente se determina como el factor corrección, la siguiente ecuación:
Siendo Vr = volumen de agua recolectado en la destilación.
Resulta importante hacer un análisis a los datos obtenidos en la destilación de cada
patrón, dado que al observar los volúmenes de agua recolectados en la tabla 2, se puede
apreciar un descenso considerable del volumen recolectado a medida que aumenta el
porcentaje, este efecto puede deberse a diversos factores, sin embargo, se cree que
puede deberse a formación de emulsiones de xileno-agua, perdiendo de esta manera
volumen de agua presente en la muestra; con lo cual puede concluirse que las muestras
con un porcentaje de agua mayor al 8%, mayor cantidad de agua se emulsifica con
respecto las muestras con porcentajes de agua menores al 8%. Adicionalmente se cree
que el contenido de agua presente en el patrón nro. 1 se debe a que se puede encontrar
y = 0,2309x + 0,0755 R² = 0,9983
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 5 10 15 20 25 30 35
Vo
lum
en
de
agu
a re
cole
ctad
o (
mL)
Porcentaje de H2O
un remanente de agua en las muestras de aceites o quedan residuos de agua por todo el
sistema, las cuales deben ser removidas al momento de cada determinación.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se logró optimizar el método de determinación del porcentaje de agua de manera
cualitativa por crepitación.
Se logró optimizar el método de determinación del porcentaje de agua por
destilación, corrigiendo los errores a partir de un factor de corrección.
Se recomienda no realizar el análisis de crepitación con muestras con alto
contenido de solventes orgánicos, ya que estos presentan comportamiento similar
al agua emulsionada y libre en el aceite.
Se recomienda incluir los errores sistemáticos de cada analista al factor de
corrección con el fin de englobar todos y cada uno de los errores presentes en el
laboratorio.
REFERENCIAS
[1] Norma COVENIN 2706-90; Crudos y combustibles residuales: Determinación de agua y
sedimentos; Método de centrifugación.
[2] Norma COVENIN 2684-1999; Productos destilados; Determinación de agua y
sedimentos por centrifugación.
[3] Norma ASTM D-95; Determinación del porcentaje de humedad para derivados del
petróleo.