Gravedad API: escala y clasificación del crudo
La gravedad API es una escala de gravedad específica utilizada por el American Petroleum Institute (API) para expresar la densidad relativa del crudo y otros derivados del petróleo. Pese a que por definición es una cantidad adimensional, como veremos en breve, siempre se expresa en grados API.
Mediante esta escala se clasifica a los crudos en livianos, medios y pesados. Esto es muy importante a la hora de determinar el valor del crudo en el mercado, ya que uno liviano requiere menos refinamiento que otro pesado.
La calidad del crudo depende de la composición y las proporciones de la mezcla de hidrocarburos, que presentan una gran variedad de pesos moleculares. Aunque la gravedad API no toma en cuenta la composición química real del crudo, sino que más bien los clasifica según su facilidad para ser transportados y refinados.
Para la clasificación se hace uso de la siguiente fórmula empírica:
ºAPI = (141.5/ γT ) – 131.5 (fluidos más ligeros que el agua)
γT es la gravedad específica del fluido en condiciones estándar de temperatura, esto es, a 15.556 ºC o 60 ºF.
Esta es la temperatura estándar para cualquier operación con crudos y sus derivados, sea química o comercial. Para otros fluidos se considera estándar la temperatura de 4 ºC.
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La gravedad específica, también llamada densidad específica o densidad relativa, es una cantidad sin dimensiones, que compara la densidad de un fluido con la del agua.
La densidad depende de la temperatura, y puesto que el crudo se vende por volumen, la temperatura influye decisivamente, ya que es capaz de producir variaciones apreciables que se reflejan en el precio.
Por ello, la industria petrolera estableció una temperatura estándar de 60 ºF para determinar la densidad, y todas las magnitudes relacionadas de algún modo con ella.
La gravedad específica γT se define matemáticamente como:
γT = densidad del fluido /densidad del agua a temperatura de referencia (60 ºF)
Tanto la densidad del fluido como la del agua deben estar en el mismo sistema de unidades y haberse medido bajo las mismas condiciones de presión y temperatura. De esta forma, la gravedad específica carece de unidades.
El densímetro (en inglés hydrometer, traducido erróneamente como hidrómetro, un aparato que sirve para medir caudal), es un dispositivo para medir la densidad relativa o gravedad específica de un líquido.
Su invención se atribuye a la matemática Hipatia de Alejandría (315-345). El aparato consiste en un cilindro hueco hecho de vidrio con una pesa o lastre en un extremo, que lo ayude a flotar verticalmente.
Se introduce cuidadosamente en el líquido cuya densidad se quiere medir y se deja en reposo hasta que se estabilice.
La densidad del líquido depende de que tanto se hunda el densímetro en él. En líquidos livianos el instrumento se hunde más que en líquidos más densos. Por ello, el instrumento provee una escala para realizar la lectura.
Hay densímetros diseñados específicamente para ciertos fluidos, como leche (lactómetros) o vino (alcoholímetro), por mencionar algunos. Para los crudos se utiliza el densímetro API, cuya escala ya viene graduada en grados API para evitar tener que hacer la conversión. Por ejemplo: una lectura mayor a 10, significa un crudo más liviano que el agua, que flotará sobre esta.
Y puesto que la temperatura es un parámetro muy importante, hay densímetros que ya vienen con termómetro de mercurio incorporado. Se conocen como termo-hidrómetros y son muy apropiados para las pruebas de campo, sobre todo.
El esquema se muestra en la siguiente figura:
Los grados API en los aceites van desde 10 hasta 80, encontrándose la mayoría en el rango de 20-70 API.
De la fórmula dada al comienzo, se despeja la gravedad específica como:
γT = 141.5 / (131.5 + ºAPI)
Los rangos más usuales van desde 0.93 hasta 0.70. Nótese que los aceites más pesados corresponden a valores API más bajos. En cambio, los valores mayores de gravedad API indican aceites de un mayor valor comercial, debido a que son más fáciles de procesar y transformar.
Esta es la norma hasta los 45 grados API, ya que más allá de este valor, en los crudos hay preponderancia de cadenas cortas de hidrocarburos, lo cual torna difícil el procesamiento.
Según el valor que arroje en la escala API, el crudo se clasifica en:
– Ligero o liviano, de grado API mayor a 31,1, en el que predominan los hidrocarburos de bajo peso molecular. Es un crudo fácil de transportar y muy buscado para fabricar gasolina, diésel y queroseno.
– Medio o mediano, cuyo grado API está en el rango de 29.9 – 22, posee una buena concentración de hidrocarburos de bajo peso molecular, que también lo hace fácil de transportar.
– Pesado, de grado API entre a 21.9 y 10, abunda en hidrocarburos de peso molecular medio, lo cual dificulta el transporte. A partir de este tipo de crudo se obtienen costumbres, aceites de diversas clases, parafinas y polímeros.
-Extrapesado, cuyo API es de 10 o menos, es más complicado de transportar y procesar, por ello tiene menor valor comercial.
La gravedad API varía de acuerdo a la región, por ejemplo el petróleo latinoamericano tiene en promedio 25.1 º API, mientras que en el medio oriente los crudos son livianos, con 34 º API.
Estos son los principales pasos a seguir para obtener los grados API de una muestra, mediante el uso del densímetro (hydrometer):
– Se ajusta la temperatura de acuerdo a la naturaleza de la muestra, importante si se trata de sustancias volátiles.
– La temperatura de la probeta debe ser la misma que la de la muestra.
– Transferir la muestra cuidadosamente a la probeta limpia y sin salpicar. Es necesario evitar la formación de burbujas de aire y reducir al mínimo la evaporación en caso de líquidos volátiles.
– Si han emergido burbujas, se pueden eliminar tocando suavemente la superficie con un papel de filtro.
– Hay que asegurarse de que la temperatura ambiental no experimente cambios apreciables, no mayores a 2 ºC.
– El densímetro se sumerge lentamente, cuando esté bien centrado se hunde un poco más y se libera, procurando mantener seco el resto del tubo. Se debe mantener lejos de las paredes de la probeta.
– Esperar un tiempo para que todas las burbujas de aire lleguen a la superficie, sobre todo si la muestra es muy viscosa.
– Tomar nota de la temperatura antes de la lectura. Para ello se agita cuidadosamente con el termómetro, sumergiendo completamente la columna de mercurio. Si se utiliza el termo-hidrómetro, se agita igualmente con el instrumento, mediante suaves movimientos verticales.
– Ahora puede leerse en el dispositivo la marca más cercana, donde la superficie del líquido intersecta la escala.
– Registrar la temperatura inmediatamente después de la lectura. Si hubo una variación notable, la medida se debe repetir.
– En líquidos opacos se debe introducir una corrección. La lectura corregida es la gravedad API buscada.
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