05 Emulsiones

8/9/2019 05 Emulsiones

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FACILIDADES DE SUPERFICIE:EMULSIONES

EDISON ODILIO GARCANAVASIngeniero de Petrleos - UIS

Mg!ster en Ingenier! de"idro#r$%ros - UIS

iliddesdes%'er(#ie%is)g*il+#o*

UNIVERSIDAD INDUS,RIAL DE SAN,ANDERESCUELA DE INGENIERA DE PE,RLEOS

.UCARAMANGA/ DICIEM.RE DE 0123


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IN,RODUCCION

El tratamiento de fuidos deproduccin en campos petroleros

es un proceso complejo debido alas condiciones bajo las cuales sonproducidos los fuidos en supercie,por esta razn es de granimportancia un adecuadoconocimiento de los conceptosundamentales que gobiernan elcomportamiento de dichos fuidos.


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EMULSIONES

Una emulsin es una mezcla de

dos lquidos mutuamenteinmiscibles, uno de los cuales

est disperso en nas gotas en

el otro. El lquido presente como

pequeas gotas es la asedispersa o interna, mientras que

el lquido que lo rodea es la ase

continua o e!terna


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TIPOS DE EMULSIONES

FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES

Dependiendo de cul fluido se comporta como fase continua y cul lo

hace como fase dispersa, se definen emulsiones normales, inversas y

duales.

Otra forma de clasificar las emulsiones es de acuerdo con su

estabilidad. Las emulsiones fuertes o duras tienen una alta

estabilidad, mientras que las emulsiones dbiles pueden romperse

fcilmente. Cada tipo de emulsin exie un tratamiento espec!fico.


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E*%lsin Dire#t

E*%lsin de g% en

#eite

"ase discontinua ointerna#

$gua

"ase continua o e!terna#$ceite Agua

Petrleo


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E*%lsin In4ers

E*%lsin de #eite en

g%

"ase discontinua ointerna#

$ceite

"ase continua o e!terna#$gua Petrleo

Agua


7/47FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES

DEFINICIN DE EMULSIN: "na emulsin es una me#claheteronea de dos l!quidos inmiscibles.

"luidos %uractante Energa Emulsin


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FLUIDOS

Compuestos polares:Compuestos cuyas molculas se encuentran desbalanceadas

elctricamente.

O"

"

$ua

"C

"

"

"

O

%etanol

C

"

"

"

C C

"

"O

"

$cetona

C

"

"

"

C

"

"

C

"

"

C

"

"

C

"

"

C

"

"

"

&exano

C"

C

"

C

"

C "

C"

C"

'encenoFACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES


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AGENTES EMULSIFICANTES


Los $()*+) )%"L--C$*+) /tensoactivos, surfactantes, etc.0 son

sustancias parcialmente solubles en aua y en crudo.

)n la rfica se observa el esquema de una molcula de )stearato de

odio, un tipo de 1abn muy usado de manera domstica.


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)n el caso de los campos petroleros,

existen diversas sustancias que

pueden llear a actuar como

surfactantes.)1emplos2

3 Compuestos naturales /asfaltenos,

parafinas, etc.0

3 lidos finos /arcillas, productos de

corrosin, etc.0

3 4u!micos a5adidos /biocidas,

inhibidores, etc.0


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)l surfactante se ubica en la interfase aua6petrleo, enerando un

puente entre las dos fases.


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De acuerdo con su cara, los tensoactivos se clasifican en2

3 *o inicos2 *o se disocian en el aua

/polilicoles, steres de cidos rasos,

lecitina0.

3 $ninicos2 7resentan una cara neativa al

disolverse en aua /estearato de sodio,

laurato de potasio0.

3 Catinicos2 7resentan una cara positiva al

disolverse en aua /sales cuaternarias deamonio, hidrocloruros de aminas0.

3 $nfteros2 +ienen capacidad para formar un ion tensoactivo con

caras tanto neativas como positivas, se8n el p&. )n p& cido se

comportan como catinicos. )n p& bsico, como aninicos


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BALANCE HIDROFLICO!LIPOFLICO


9illiam Colvin (riffin, de la empresa $tlas 7o:der Company /))""0,

desarroll un mtodo para clasificar los tensoactivos, basado en el

valor del &L' (Hydrophilic-Lipophylic Balance).

)l mtodo est basado en la premisa de que todos los tensoactivos

combinan, en una misma molcula, un rupo hidrof!lico y otro

lipof!lico, y que la proporcin entre los porcenta1es en peso de estos

dos rupos en los tensoactivos no inicos es una indicacin del

comportamiento que puede ser esperado de ese producto.

)l &L' es un parmetro que var!a de ; a


14/47FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES

)l clculo del &L' se reali#a mediante la siuiente expresin2

Donde %h es la masa molar de la porcin hidrof!lica de la molcula y

% es la masa molar de la molcula entera.

HLB " #$ HLB % #$ HLB & #$


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'

#(

#)

#'

*

+


"L.

Emuls,-,.a/tes0e t,po a1ua e/

a.e,te

A1e/tesHume.ta/tes

Emuls,-,.a/tes0e t,po a.e,te e/

a1ua

Deter1e/tes

Solu2,l,3a/tes

3 =alores altos de &L' />6?>0 del

aente emulsificante darn comoresultado emulsiones de aceite

en aua /emulsiones inversas0.

3 =alores ba1os de &L' /@6>0 del

aente emulsificante darn como

resultado emulsiones de aua enaceite /emulsiones directas o

normales0.

)sto corresponde con la Aela de

'ancroft2

La fase en la cual un surfactante

es ms soluble constituye la fase

continua.


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E4CESO DE SURFACTANTE


)l resultado de la aplicacin de un exceso de surfactante es la

formacin de micelas, conlomerados de molculas que poseen una

masa elevada y que son muy dif!ciles de separar de la fase continua.


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ENERGA

7ara que la emulsin ocurra es necesario que exista un flu1o deener!a desde o hacia el fluido.

E5emplos: 7erforados

istemas de levantamiento artificial

Choques

Codos

=lvulas

$ccesorios



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PROPIEDADES DE LASEMULSIONES

Estabilidad

&omportamiento 'eolgico

(istribucin ) *amao


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Distri$%#in 5 ,*6o de ls GotsDis'erss+eneralmente el tamao de las gotas dispersas en una emulsin aria

entre -./-- micras. 0ientras que la distribucin puede ser clasicada

ealuando el porcentaje de ase interna como 0onodispersa o1olidispersa. El tamao ) la distribucin de las gotas son uertemente

dependientes de la ormulacin ) ormacin de la emulsin.

2a importancia de estas propiedades radica en undamentalmente en el

gran eecto que tienen sobre el comportamiento reolgico de laemulsin.


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Distri$%#in 5 ,*6o de ls GotsDis'erss

"raccin de ase3nterna 4aja 5 6-

7

"raccin (e ase3nterna $lta 8 9:7

"raccin (e ase3nterna 0edia 6-/9-

7

Monodis'ersoMonodis'erso Monodis'erso Monodis'ersoPolidis'erso


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Co*'ort*iento Reolgi#o

El comportamiento reolgico de las emulsiones es unenmeno complejo ) se hace casi imposible ealuar eleecto indiidual de cada uno de los actores que lo aectanpor separado.

El caso del tamao de las gotas se ha obserado que cambiadrsticamente el comportamiento reolgico de la emulsin

pero aun no se ha desarrollado una teora que relacionesatisactoriamente ambas ariables.


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Est$ilidd

Es la capacidad que tiene una emulsin de mantener unaiscosidad determinada o fuidez durante un periodo de tiempo )adicionalmente resistirse a focular, coalescer ) sedimentarse.Esta depende en gran medida de las cualidades de la pelculainteracial, como su resistencia ) elasticidad.

2as emulsiones para el transporte de crudo pesado, deben ser losucientemente estables para mantener las condiciones de fujo,tales como, fuctuaciones en la presin ) temperatura, arrastrede slidos entre otros. 1ero a su ez deben ser de cilrompimiento para disminuir los costos en el proceso dedesemulsicacin.


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For*%l#in

&omposicionales

"sico/qumicos

"raccin $ceite

"raccin $gua

"raccin %uractante

;aturaleza de los

&omponentes

*emperatura

1resin


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Cr#ter!sti#s For*%l#in


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For*#in

Una ez establecida la ormulacin, es decir, la seleccin deltipo ) concentracin de los componentes del sistema disperso

se procede a la ormacin de la emulsin. (e este procesodepende el >!ito para lograr una emulsin e!itosa.

1ara lograr la ormacin de emulsiones es preciso suministrarleenerga a sistema, esta energa se encuentra dada por lasiguiente e!presin#

[ ].)()( Conf f STAG =


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(onde ?a es el incremento en el rea interacial, como

consecuencia de la reduccin del dimetro de las gotas que se

dispersan, @ es la tensin interacial, * es la temperatura

absoluta ) ?%A&onBes el cambio de entropa debido al cambio en

la conguracin del sistema.

For*#in

2a inestabilidad se debe la aumento del rea AC$B durantela emulsicacion, que produce un incremento de la entalpia

libre de +ibbs AC+B

[ ].)()( Conf f STAG =


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FORMACIN DE EMULSIONES


"luidos %uractante Energa Emulsin

A.e,te

A1ua

6a27/


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FORMACIN DE EMULSIONES



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ES,A.ILIDAD DE LASEMULSIONES

1ueden ser estabilizadas o desestabilizadas. 2os actoresque aectan la estabilidad de las emulsiones son#

+raedad

0oimiento 4roDniano

"uerzas de


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ES,A.ILIDAD DE LASEMULSIONES

1ueden ser estabilizadas o desestabilizadas. 2os actores queaectan la estabilidad de las emulsiones son#

+raedad

0oimiento 4roDniano

"uerzas de


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PROBLEMAS ASOCIADOS A LAS EMULSIONES


Los problemas ms comunes por la presencia de emulsiones son2

3 7roductos fuera de especificacin

3 alla de los sistemas de control

3 $ltos costos de tratamiento

3 $lta presin

3 Corrosin

3 +aponamientos

3 7rdidas de productos

3 Contaminacin


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ROMPIMIENTO DE LAS EMULSIONES


7ara comprender fcilmente los factores que afectan la estabilidad de

las emulsiones es preciso describir los procesos que permiten

romperlas.

on varios los procesos quepermiten separar emulsiones. 7or

e1emplo2

3 eparacin ravitacional

3 Coalescencia

3 loculacin

3 lotacin

3 iltracin.


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Emuls,7/

Esta2le

Separa.,7/Gra8,ta.,o/al

Flo.ula.,7/

Coales.e/.,a

Separa.,7/De Fases


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SEPARACIN GRA9ITACIONAL


La Ley de toBes fue propuesta en ?>? por (eore (abriel toBes

como una forma de caracteri#ar el movimiento vertical de ob1etos

esfricos en el seno de un fluido.

Donde2

vs2 =elocidad de asentamiento de las part!culas /cms0

2 $celeracin de la ravedad /cms


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ROMPIMIENTO DE EMULSIONES


&G$+U2$&3H;#;eutralizacin delas cargas de la

interase.

"2G&U2$&3H;#$cercamiento de

las gotasdispersas.

&G$2E%&E;&3$#"usin de las

pequeas gotaspara generar

ma)ores.


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RUP,URA DEEMULSIONES

2as emulsiones pueden ser rotaspor tres mecanismos que son#

Agreg#in 5#oles#en#i


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Flo#%l#in


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Sedi*ent#in



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Alg%nos Pr7*etros in8%5enr%'t%r

1elcula 3nteracial


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Pel!#%l Interil

2as gotas dispersas de la emulsin se encuentran en continuomoimiento, esto hace que colisionen recuentemente.


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,*6o de l Got

+otas mu) pequeas toman ms tiempo para sedimentarse, estodebido a que las ms grandes suren ma)or atraccin

graitacional.


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Rel#in de Vol%*en deFse

3ncrementando el olumen de la ase dispersa se incrementa elnImero de gotas )Jo tamao de gota, el rea interacial ) la

tensin supercial.


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,e*'ert%r

3ncrementando la temperatura, se incrementa la diusin de lasgotas, decrece la iscosidad de la ase e!terna, disminu)e lapelcula interacial ) modica la tensin supercial, )

consecuentemente, se acilita el rompimiento de la emulsin.


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Slinidd de l Sl*%er

2a concentracin de la salmuera es un actor importante en laormacin de emulsiones estables. 2a presencia de agua resca osalmuera con baja concentracin de sal, aorecen la estabilidad delas emulsiones.


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AC,IVIDAD

Aeali#ar lectura y un ensayo sobre aluno de los siuientes art!culos2

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