tesis definitiva

UNIVERSIDAD DE CARABOBO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

EVALUACIÓN DE UNA EMULSIÓN DE ACEITE EN AGUA (O/W)

CON SURFACTANTES NO IÓNICOS: EFECTO

DEL COQUE DE PETRÓLEO

Autores:

ALBERT, Andrea C.I.:

19.366.302

MÉNDEZ, Eunice C.I.:

Tutor Académico:

Prof. Juan Carlos

Pereira

Valencia, Mayo de 2014.

AGRADECIMIENTOS

Le agradecemos ante todo a DIOS por estar siempre presente en nosotras, Gracias

señor por la fortaleza y constancia que día a día pones en nuestro corazón.

A nuestras madres y padres por haber sido los autores de este logro; sus

colaboraciones y compresiones los hacen merecedores de este triunfo junto a

nosotras.

A nuestro tutor Juan Carlos Pereira por su invaluable apoyo y colaboración para la

realización de este trabajo de grado. Porque su apoyo académico y humano fue sin

duda necesario para este logro.

Al Dr. Javier Hernández por colaborar y apoyarnos en las investigaciones llevadas a

cabo en INTEVEP.

A las instalaciones de INTEVEP por abrirnos sus puertas y permitirnos realizar

diversos estudios para el cumplimiento de la investigación.

A la Universidad de Carabobo que fue nuestro segundo hogar, le agradecemos por

habernos dado la oportunidad de formarnos como profesionales, y por todos los

conocimientos impartidos a lo largo de este proceso por los excelentes profesores

que ahí laboran.

Al laboratorio de petróleo, hidrocarburos y derivados (PHD) por permitirnos realizar

todas las investigaciones necesarias para el cumplimiento de la tesis de grado, y por

el apoyo brindado especialmente por los técnicos del mismo.

Al laboratorio de CIMBU UC por prestarnos su colaboración en la actividades

realizadas ahí.

A todas aquellas personas que de una forma u otra intervinieron para hacer posible

la realización de esta meta.

A todos Gracias.

RESUMEN

El trabajo especial de grado que a continuación se presenta se

basó en la formulación de emulsiones de tipo O/W, cuya fase

interna es el aceite y la externa el agua, empleándose el

surfactante no iónico nonilfenol etoxilado en sus diferentes

moles, donde se incorporaron al sistema partículas de coque

de petróleo con el objeto de comprobar si éstas son capaces de

actuar como estabilizadores de emulsiones. La necesidad de

utilizar coque de petróleo surge debido a que éste es

considerado un subproducto de la refinación del petróleo, el

cual es producido en grandes cantidades. El desarrollo

experimental se llevó a cabo en el laboratorio de petróleo e

hidrocarburos (PHD) del área de FACYT de la universidad de

Carabobo.

Con la finalidad de lograr los objetivos planteados,

inicialmente se realizó una revisión bibliográfica relacionada

con todos los aspectos que intervienen en el desarrollo de la

investigación, desde conceptos, equipos y metodologías

aplicadas en la preparación y estudio de las emulsiones.

Dentro de los resultados más relevantes se tiene que el tipo

de aceite que presentó un mejor comportamiento y proporcionó

un buen tiempo de estabilidad a las emulsiones fue el

Kerosene, las partículas de coque de petróleo si actúan como

estabilizantes de emulsiones puesto que proporcionan un tiempo

de estabilidad adecuado a las emulsiones del tipo O/W. El

mayor tiempo de estabilización alcanzado por las emulsiones de

tipo O/W empleando el surfactante nonilfenol etoxilado 9 a

2,9547% de solución madre, con un porcentaje de surfactante en

el tubo de 0,325017%, fue de 68 min y corresponde a una

cantidad de coque de petróleo añadida de 0,099 g.

ABSTRACT

The degree thesis that is presented below is based on the

formulation of emulsions of O / W, which the internal phase is

oil and the outer water, using the nonionic surfactant

nonylphenol ethoxylate in their different moles, which were

incorporated the petroleum coke particles system in order to

determine whether they are able to act as emulsion

stabilizers. The need to use petroleum coke arises because it

is a byproduct of oil refining, which is produced in large

quantities. The experimental development carried out in the

laboratory of petroleum hydrocarbons (PHD) area FACYT Carabobo

University.

In order to achieve the objectives initially a literature

review related to all aspects involved in the development of

research, from concepts, equipment and methodologies applied

in the preparation and study of the emulsions was performed.

Among the most relevant results must be the type of oil that

performed better and provided a good time stability of

emulsions was Kerosene, particles of petroleum coke if they

act as emulsion stabilizers since they provide time adequate

stability to emulsions of O / W. The longer stabilization

achieved by the emulsions of O / W using surfactant

nonylphenol ethoxylate 9 to 2.9547% of mother liquor, with a

percentage of surfactant in the tube 0.325017%, was 68 min and

up to quantity of petroleum coke added 0.099 g.

ÍNDICE GENERAL

Pág.INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………….1

CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA…………………………………...2

1.1 Descripción del problema……………………………………………………………….....3

1.2 Formulación del problema…………………………………………………………………5

1.2.1. Situación actual…………………………………………………………………….....5

1.2.2. Situación deseada…………………………………………………………………….6

1.3 Objetivos………………………………………………………………………………......6

1.3.1. Objetivo general…………………………………………………….………………..6

1.3.2. Objetivos específicos………………………………………………………………....6

1.4 Justificación…………………………………………………………………………..........7

1.5 Limitaciones……………………………………………………………………………......7

CAPÍTULO II. MARCO

TEORICO.......................................................

..............................8

2.1 Antecedentes………………………………………………………………………………9

2.2 Marco Teórico…………………………………………………………………………….12

2.2.1. Surfactantes……………………………………………………………………………12

2.2.1.1 Propiedades de los surfactantes……………………...

……………………………..13

2.2.1.2 Concentración micelar crítica……………………………………………….

……..14

2.2.1.3 Definición de micelas……………………………………………………………....14

2.2.1.4 Clasificación de los

surfactantes…………………………………...........................15

2.2.2 Principales tipos de surfactantes No-

Iónicos……………………………………….....16

2.2.3 Definición de dispersión……………………………………………………………….16

2.2.4 Definición de formulación……………………………………………………………..17

2.2.5 Emulsiones…………………………………………………………………………......17

2.2.5.1 Tipos de emulsiones

……………………………………………………….............17

2.2.5.2 Componentes que constituyen una emulsión

……………………………………...18

2.2.6 Clasificación de las emulsiones ………………….

…………………………………….19

2.2.6.1 Macroemulsiones…………………………………………………………………...19

2.2.7 Principios de las emulsiones estabilizados por

sólidos………………...………...……..19

2.2.8 Sistemas

surfactante/agua/aceite……………………………………………………......20

2.2.9 Formulación fisicoquímica……………………………………………………………..20

2.2.10 Barrido de formulación …………………………………………………………….....21

2.2.11 Estabilidad de las emulsiones……….

………………………………………………...21

2.2.11.1 Medición de la

estabilidad…………………………………………………….22

2.2.12 Tensión interfacial………..………………………………………..……………….…24

2.2.13 Principales propiedades que intervienen en la

estabilidad de las emulsiones…..…….24

2.2.14 Emulsionación...…………………………………………………………………….…25

2.2.14.1 Variables y factores involucrados

…………………………………………….25

2.2.15 Principales mecanismos de inestabilidad de las

emulsiones……………………...…...25

2.2.16. Definición del coque de petróleo

…………………………………………………….27

2.2.17 Tipos de coque según su estructura cristalina …………...

……………………………27

2.2.17.1 Coque

anisotrópico…………………………………………………………...27

2.2.17.2 Coque isotrópico ………………………………………….……………….…

27

2.2.18 Tipos de coque según sus propiedades y aplicaciones

………………..……..……….27

2.2.18.1 Coque retardado……..……………………………………………………….27

2.2.19 Microscopia y análisis de imágenes...…………………….………………..

………….29

2.2.20 Difracción de luz láser………………………………………………………………...29

2.2.21 Soluciones electrolíticas…………………………………………………………….....30

CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO……………………………………………31

3.1 Tipo de investigación……………………………………………………………………..32

3.2 Desarrollo de la investigación…………………………………………………………….33

3.2.1 Evaluar los diferentes protocolos y materiales a cada

una de las emulsiones………..33

3.2.1.1 Procedimiento para evaluar la estabilización

de cada protocolo………………..33

3.2.1.2 Aplicación de la prueba de botella para los

distintos protocolos en estudios…...34

3.2.1.3 Variación en la formulación de la

emulsión…………………………………….34

3.2.1.4 Formulación de emulsiones en ausencia de

surfactante………………………...35

3.2.2 Analizar la influencia de la cantidad añadida de

coque de petróleo en la estabilidad de la

emulsión……………………………………………………………………………………36

3.2.2.1 Realización de ensayos para diferentes

cantidades de coque de petróleo……....36

3.2.2.2 Aplicación de la prueba de botella para las

diferentes emulsiones………….......36

3.2.3 Estudiar la morfología de las

emulsiones…………………………………………….37

3.2.3.1 Aplicación de la prueba de la gota a las

emulsiones elaboradas………………..37

3.2.3.2 Análisis de la morfología a través de la

microscopia óptica…………………....37

3.2.4 Determinar la distribución del tamaño de partículas

del coque de petróleo………….38

3.2.4.1 Técnica empleada para la determinación del

tamaño de partículas del coque de

petróleo…………………………………………………………………………………….….38

3.2.4.1.1 Medición de la distribución de tamaño de

partículas por vía húmeda………...38

3.2.4.1.2 Medición de la distribución de tamaño de

partículas por vía seca…………….39

3.2.5 Interpretar la hidrofilicidad del surfactante en las

emulsiones………………………..39

3.2.5.1 Variación del número de moles de óxido de

etileno para las distintas emulsiones

establecidas…………………………………………………………………………………...39

3.2.5.2 Aplicación de la prueba de botella para las

distintas soluciones de

surfactante…………………………………………………………………………………….40

3.2.6 Describir el efecto de los electrolitos sobre la

estabilidad de la emulsión…………….41

3.2.6.1 Preparación de la solución de cloruro de sodio

(NaCl) para la determinación de la estabilidad de la

emulsión………………………………………………………………….…41

3.2.6.2 Formulación de las emulsiones con adición NaCl

en la fase acuosa……….…....41

CAPÍTULO IV ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS……………………….42

4.1 Evaluar los diferentes protocolos y materiales a emplear

en la elaboración de la

emulsión………………………………………………………………………………………43

4.2 Analizar la influencia de la cantidad añadida de coque de

petróleo en la estabilidad de la

emulsión………………………………………………………………………………………65

4.3 Establecer la morfología de la emulsión a

elaborar……………………………………....70

4.4 Determinar la distribución de tamaño de partículas de

coque de petróleo mediante la difracción de láser vía seca y

húmeda………………………………………………………...96

4.5 Interpretar la influencia de la hidrofilicidad del

surfactante sobre la estabilidad de la

emulsión……………………………………………………………………………………..113

4.6 Describir el efecto de los electrolitos sobre la

estabilidad de la emulsión en la fase

acuosa………………………………………………………………………………………..129

CAPÍTULO V CONCLUSIONES………………………………………………………...135

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………139

APÉNDICE A……………………………………………………………………………….142

APÉNDICE B……………………………………………………………………………….147

APÉNDICE C……………………………………………………………………………….156

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 Esquema de una molécula de

surfactante………………………………………....12

Figura 2.2 Propiedades de los surfactantes: (A) adsorción y

(B) asociación…….…………...13

Figura. 2.3 Modelo de micelas

esféricas……………………………………………………...14

Figura 2.4 Tipos de emulsiones……………………………..………………………………..18

Figura 2.5 Fracción del volumen coalescido o clarificado en

función del tiempo………….. 23

Figura 2.6 Mecanismos físicos de inestabilidad de una

emulsión…………………………....26

Figura 2.7 Principios de los equipos de difracción de luz

láser……………………...…….…30

Figura 4.1 Acción de un tensioactivo sobre la tensión

superficial…………………….……...45

Figura 4.2 Emulsiones con aceite kerosene para distintos

porcentajes de solución madre del protocolo

1……………………………………………………………………………………57

Figura 4.3. Emulsiones con aceite gasoil para distintos

porcentajes de solución madre del protocolo

1……………………………………………………………………………………57

Figura 4.4. Emulsiones con aceite gasoil para los diferentes

porcentajes de solución madre aplicado para el protocolo

1…………………………………………………………………..58

Figura 4.5 Emulsiones con aceite vassa para los distintos

porcentajes de solución madre del NFE 10 aplicado para el

protocolo 1………………………...…………………………….....58

Figura 4.6. Emulsiones con aceite gasoil después de aplicar la

prueba de botella y esperar un tiempo

………………………………………………………………………………………..59

Figura 4.7. Comportamiento de las emulsiones con surfactante

NFE 10 con un porcentaje de solución madre alrededor de 1%

con los diferentes tipos de aceites.……………………….59








NFE 10 con un porcentaje de solución madre aproximadamente 3%

con los diferentes tipos de aceites aplicando el protocolo

2……………………………………………………………..…………………….62

Figura 4.11. Caracterización del análisis por espectrometría

de masa del aceite kerosene…..63

Figura 4.12. Caracterización del análisis por espectrometría

de masa del aceite Gasoil.…….63

Figura 4.13. Tendencia de la estabilidad de la emulsión con

respecto a la cantidad añadida de coque de petróleo…...

…………………………………………………..…………………….68

Figura 4.14. Micrográfica para un zoom de 50 X

……………………………………………79


…………………………………………..80


…………………………………………..80

Figura 4.17. Fotografía de la microscopía de una emulsión

estabilizada por un porcentaje de solución madre de

surfactante (NFE 10) de 2,9499% un porcentaje en el tubo de

ensayo de 0,324489%; 0,1809 g de coque de petróleo y una

distribución de tamaño de partícula <106 µm, a 50X de

zoom..........................................................

.........................................................81



surfactante (NFE 10) de 2,9499%, un porcentaje en el tubo de


distribución de tamaño de partícula <106 µm a 200X de zoom.

…………………..…………………………….……………………….82





distribución de tamaño de partícula <106 µm a 200X de

zoom………………………………………………..……………………..…..82






………………………………….………....……………………………83






zoom………………………………………………....………………………..83





distribución de tamaño de partícula <75 µm a 200X de zoom…..

……………………………………………….………………………….84






………………………………………………..…………………………84






…………………………………………….…………………………….85






zoom…………………..………………………………….……………………….85






………………………………………………..…………………………86






zoom………………………………………………….…………………………...86






zoom………………………………………………….…………………………...87






……………………………………………………………………………...87





distribución de tamaño de partícula <106µm a 50X de

zoom………………………………………….…………………………...88





distribución de tamaño de partícula <106µm a 400X de

zoom………………………………..……….…………………………...88






zoom………………………………………………….…………………………...89






zoom………………………………………………….…………………………...89






zoom………………………………………………….…………………………...90






zoom………………………………………..………...…………………………...90




ensayo de 0,323697%; un porcentaje de NaCl de 0,01%; 0,0105 g de

coque de petróleo y una distribución del tamaño de partícula <75

µm a 200X de zoom…………………….....…………………………91






µm a 200X de zoom…………………..…..…………………………..91






µm a 400X de zoom………………………...………………………...92

Figura 4.39. Procedimiento para medir el tamaño de partículas

del coque de petróleo por el método de vía

seca……………………………………………………………………………97

Figura 4.40. Dispersión de la luz láser de Helio-Neón y la luz

azul proveniente de la lámpara de Tungsteno-Halógeno para la

determinación del tamaño de partículas…………………....97

Figura 4.41 Indicador del rango de transmitancia por medio de

las dispersiones de luz láser del

difractómetro…………………………………………………………………………......98

Figura 4.42. Distribución del diámetro de partículas de coque

de petróleo con un orificio de apertura en la maya del tamiz

<53 μm……………………………………………………….99



<75 μm……………………………………………………...100



<106 μm……………………………………………………..101

Figura 4.45. Unión de las tres gráficas de la emulsión 1 en

diferentes tiempos aplicado para un surfactante (NFE 10) con

una distribución del tamaño de partículas de coque de petróleo

< 106 μm en la emulsión elaborada………...………………………………………………….105




< 75 μm en la emulsión elaborada………...

……………………………………………………....105




< 53 μm en la emulsión elaborada………………………………………………………………...106




< 75 μm en la emulsión

elaborada.....................................................

.............................................106




< 106 μm en la emulsión

elaborada……...................................................

................................107



una distribución del tamaño de partículas de coque de < 75 μm

en la emulsión elaborada………………………………………………………………….....….107



una distribución del tamaño de partícula de coque de petróleo

por medio del orificio de la maya del tamizado < 53 μm en la

emulsión elaborada………….....108



un porcentaje de solución de NaCl y con una distribución del

tamaño de partículas de coque de petróleo < 106 μm en la

emulsión elaborada…………………………………………………………………………………….108





emulsión elaborada………………………………………………………………………………...….109





emulsión elaborada………………………………………………………………………………..…..109

Figura 4.55. Relaciones del balance hidrofílico- lipofílico de

los diferentes moles del nonilfenol

etoxilado…………………………………………………………………………127

Figura 4.56. Emulsiones con cloruro de sodio (NaCl)

incorporado en la fase acuosa, antes de la agitación por medio

del equipo ULTRA TURRAX………………………………...........130


incorporado en la fase acuosa, después de la agitación por

medio del equipo ULTRA TURRAX…………………………………..130

Figura 4.58. Efecto de los electrolitos sobre la estabilidad

de la emulsión, con solución de NaCl incorporado en la fase

acuosa…………………………………………………………133

Figura A.1. Equipo Homogeneizador…………………………………………………….…144

Figura A.2. Equipo IKA T 18 basic ULTRA – TURRAX…………………………………

144

Figura A.3. Dispersador Admisible de Acero Inoxidable S18N –

196……………………..145

Figura A.4. Equipo de difracción láser por método de vía

humedad y seca………………..145

Figura A.5. Equipo de microscopia

Óptica……………………………………………….....146

Figura B.1. Preparación de la solución madre……………………………………….

……...148

ÍNDICE DE TABLAS.

Tabla 4.1 Datos necesarios para la realización del protocolo 1

con un porcentaje de solución madre de surfactante de

1%............................................................

.........................................46

Tabla 4.2 Variables necesarias para la formulación de la

emulsión del protocolo 1 con un porcentaje de solución madre

de surfactante de

1%............................................................

....46

Tabla 4.3 Tiempo de estabilización de las emulsiones para los

distintos tubos de ensayos del protocolo 1 con un porcentaje

de solución madre de surfactante de

1%.................................47



2%............................................................

.........................................48



de surfactante de

2%............................................................

....48

Tabla 4.6 Tiempos de estabilización de las emulsiones para los

distintos tubos de ensayos del protocolo 1 con un porcentaje

de solución madre de surfactante de

2%.................................49



3%............................................................

.........................................50



de surfactante de

3%............................................................

....50

Tabla 4.9. Tiempos de estabilización de las emulsiones para

los distintos tubos de ensayos del protocolo 1 con un

porcentaje de solución madre de surfactante de

3%.................................51

Tabla 4.10 Datos necesarios para la realización del protocolo

2 con un porcentaje de solución madre de surfactante de

3%............................................................

.........................................52



de surfactante de

3%............................................................

....52

Tabla 4.12 Tiempos de estabilización de las emulsiones para

los distintos tubos de ensayos del protocolo 2 con un

porcentaje de solución madre de surfactante de

3%............................................................

..............................................................

...................53


3 en ausencia de

surfactante…………………………………………………………………………………….54


emulsión en ausencia de surfactante para el protocolo

3…………………………………………………………….…54


los distintos tubos de ensayos en ausencia de surfactante para

el protocolo 3……………………………………………….…54


4 en ausencia de

surfactante…………………………………………………………………………………….55


emulsión en ausencia de surfactante para el protocolo

4…………………………………………………………………………...55


los distintos tubos de ensayos en ausencia de surfactante para

el protocolo 4…………………………………………………..55

Tabla 4.19. Datos necesarios para la formulación del protocolo

1 con las distintas cantidades de coque de petróleo en las

emulsiones………………………………………………………66

Tabla 4.20.Variables necesarias para la determinación de la

estabilidad de la emulsión con las distintas cantidades de

coque de petróleo………………………………………………….…66

Tabla 4.21. Tiempos de estabilización de la emulsión para las

distintas cantidades de coque de

petróleo…………………………………………………………………………………….….66


emulsión del protocolo 1 con un porcentaje de surfactante de

1 % aplicando la prueba de la gota…………………………….71


emulsión del protocolo 1 con un porcentaje de surfactante de 2

% aplicando la prueba de la gota……………………………..72








emulsión en ausencia de surfactante para el protocolo 3

aplicando la prueba de la gota………………………………………........75


emulsión en ausencia de surfactante para el protocolo 4

aplicando la prueba de la gota……………………………………………75

Tabla 4.28 Datos necesarios para la preparación de los sistema

a emulsionar por el método de vía

húmeda……………………………………………………………………………………78

Tabla 4.29 Variables necesarias para los distintos sistemas a

emulsionar por el método de vía

húmeda………………………………………………………………………………………..78

Tabla 4.30. Datos necesarios para la realización de las

emulsiones estudiadas en el equipo de difracción láser por el

método de vía húmeda………………………………………………104

Tabla 4.31. Variables necesarias para la formulación de la

emulsiones estudiadas en el equipo de difracción láser por el

método de vía húmeda……………………………………………104

Tabla 4.32 Datos obtenidos de la distribución de diámetro de

partículas de coque de petróleo a partir del orificio de la

maya del tamiz por el método de vía seca………………………...110


1 de acuerdo a la hidrofilicidad del surfactante NFE

9………………………………………………………..115

Tabla 4.34. Variables necesarias para la determinación de la

estabilidad de la emulsión de acuerdo a la hidrofilicidad del

surfactante NFE 9…………………………………………..115

Tabla 4.35. Tiempos de estabilización de las emulsiones de

acuerdo a la hidrofilicidad del surfactante NFE

9…………………………………………………………………………...116



10………………………………………………………117



surfactante NFE 10…………………………………………117



10………………………………………………………………………….118



15………………………………………………………119



surfactante NFE 15…………………………………………119



15………………………………………………………………………….120



20………………………………………………………121



surfactante NFE 20…………………………………………121



20………………………………………………………………………….122



40………………………………………………………124



surfactante NFE 40…………………………………………124



40………………………………………………………………………….125


1 con la incorporación de los electrolitos en la fase

acuosa………………………………………………………………...131


estabilidad de la emulsión con la incorporación de los

electrolitos en la fase acuosa………………………………………….131

Tabla 4.50. Tiempos de estabilización de las emulsiones con la

incorporación de la solución de cloruro de sodio en la fase

acuosa……………………………………...………………...132

Tabla B.1 Porcentaje de surfactante para las emulsiones en

estudio………………………..150

Tabla B.2 Resultados obtenidos a partir del porcentaje de la

solución madre para las emulsiones en estudios

……………………………………………………………………...152


solución madre para las emulsiones en estudios del objetivo

3………………………………………………………153


solución madre para los distintos número de moles etoxilados

en las emulsiones………………………..……………………153


solución de cloruro de sodio para las distintas emulsiones en

estudio…………………………………………………………..155

Tabla C.1. Datos necesarios para la formulación de las

emulsiones del experimento en

blanco………………………………………………………………………………………..159

Tabla C.2. Variables necesarias para la determinación de la

estabilidad de la emulsión de acuerdo al experimento en

blanco…………………………………………………………...159

Tabla C.3. Tiempos de estabilización de las emulsiones del

experimento en blanco………………………………………………………………………………………..159

INTRODUCCIÓN

Desde hace muchos años el petróleo constituye una de las

fuentes energéticas más importante a escala mundial, lo que ha

producido que en el mundo, dependa de la producción de tan

importante recurso natural. En Venezuela, las actividades

petroleras comenzaron en la época pre-hispánica, en la cual

solo se utilizaba el petróleo para impermeabilizar las

embarcaciones, pero su exploración y explotación comenzó a

realizase formalmente en la época colonial, desde entonces la

industria petrolera en Venezuela fue creciendo y se fortaleció

hasta llegar al punto en que se nacionalizaron todas las

actividades de exploración y extracción petrolera, generado un

gran número de diversos productos de valiosas aplicaciones. De

uno de los principales procesos de la industria, como la

refinación del petróleo, el cual constituye el fraccionamiento

del crudo a través de varios procesos, entre ellos el craqueo

térmico del cual se origina un sub producto llamado coque de

petróleo, éste ha llamado la atención de algunos

investigadores por su composición y características y por su

actual denominación como desecho.

El presente trabajo de investigación está orientado

principalmente en estudiar la influencia de diversas variables

como el tamaño de partículas de coque de petróleo, la

hidrofilicidad del surfactante (nonilfenol etoxilado), la

morfología de la emulsión, el estudio del NaCl en la fase

acuosa de la emulsión, el tipo de aceite empleado en la

formulación de las emulsiones, el tiempo de estabilidad, entre1

otros; con el fin de obtener sistemas de emulsiones de tipo

(O/W), que sean estabilizadas con partículas de coque de

petróleo. El criterio fundamental radica en el entendimiento

de cómo afecta el coque de petróleo la estabilidad de las

emulsiones a formular y de qué manera puede permanecer el

mismo en la emulsión para proporcionarle el mayor tiempo

posible de estabilidad.

La estructura de éste trabajo está conformada por cinco

capítulos. En el capítulo I se describe el planteamiento del

problema y la importancia del mismo, en el capítulo II los

fundamentos teóricos que sirvieron de base para la realización

de esta investigación. El capítulo III muestra detalladamente

la metodología llevada a cabo en la realización de cada uno de

los objetivos planteados, en el capítulo IV se encuentra la

discusión de los resultados, donde se aporta información

relevante acerca de cada uno de los objetivos y por último en

el capítulo V se indican las conclusiones y recomendaciones

extraídas del análisis de resultados.

2

CAPÍTULO I

PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA

I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

3

En esta sección se presenta la descripción y formulación del problema, describiendola situación actual y deseada; así como los objetivos generales y específicos,justificación y limitaciones de la presente investigación.

1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Venezuela es el quinto país exportador de petróleo y el

poseedor de las mayores reservas probadas de crudo pesado del

mundo. Petróleos de Venezuela, Sociedad Anónima (PDVSA) es una

empresa estatal venezolana cuyas actividades son la

explotación, producción, refinación y comercialización del

petróleo venezolano y sus productos terminados. Está dividida

en cuatro unidades de trabajo según las funciones que realiza

cada una como son exploración y producción, refinación y

distribución y comercialización (Tinedo, E., 2011).

Los hidrocarburos son compuestos de hidrógeno y carbono que

contienen heteroátomos y metales en su estructura. Por lo

general, los hidrocarburos presentes en el presentes en el

petróleo se clasifican, en saturados (parafinas y naftenos),

aromáticos, resinas y asfaltenos. Una de las maneras en las

que la industria petrolera clasifica al petróleo crudo es

según su densidad o gravedad API (ligero, medio, pesado,

extra pesado); los refinadores también lo clasifican como

"crudo dulce", que significa que contiene relativamente poco

azufre, o "ácido", que contiene mayores cantidades de azufre

y, por lo tanto, se necesitarán más operaciones de

refinamiento para cumplir las especificaciones actuales de los

productos refinados (Newbery, J., 2007).

4

El petróleo es una mezcla de productos que para poder ser

utilizado en las diferentes industrias y en los motores de

combustión debe sufrir una serie de diversos procesos. Muy a

menudo la calidad de un petróleo depende en gran medida de su

origen. En función de éste, sus características varían en:

color, viscosidad, composición química, etc. Por ello, el

crudo a pie de pozo no puede ser utilizado sin ser tratado

previamente, y por tanto, es indispensable la utilización de

diferentes procesos de refinación y transformación para la

obtención del mayor número de productos de alto valor

comercial. El conjunto de estos tratamientos constituyen el

proceso de refino de petróleo o refinación del petróleo

(Newbery, J., 2007).

La refinación del petróleo empieza con la destilación o

fraccionamiento del petróleo crudo en grupos de hidrocarburos

destilados. Los productos resultantes están directamente

relacionados con las características del crudo procesado. La

gran parte de los productos destilados se convierten

posteriormente en otros productos de mayor valor agregado,

cambiándoles el tamaño y estructura de las moléculas de

hidrocarburos a través del rompimiento (“cracking”), reformado

y otros procesos de conversión. Estos productos convertidos

son sujetos a varios tratamientos y procesos de separación,

para remover constituyentes indeseables y para mejorar la

calidad del producto. Las refinerías integradas incorporan el

proceso de fraccionamiento, y operaciones de mezclado, que

pueden incluir también el procesamiento de los petroquímicos.

5

Éste proceso se encarga del mejoramiento y obtención del

producto derivado del petróleo a través de las plantas de

procesamiento y refinerías, incluyendo el fraccionamiento y

transformación química del petróleo para producir derivados

comercializables (Gary, J., 2003).

En las refinerías, los productos más valiosos (gasolina, jet

fuel o kerosene, diesel, aceites lubricantes y parafinas), son

obtenidos a partir del crudo mediante procesos de separación

física (destilación, despojamiento, extracción, etc.), dejando

fracciones pesadas o "residuos" de apariencia "asfáltica".

Muchos productos pueden ser elaborados a partir del

procesamiento de los residuos pesados a condiciones de alta

presión y temperatura, con la intención de "craquear" (romper)

las grandes moléculas y convertirlas en otras más pequeñas.

Estos procesos son conocidos como "craqueo térmico", o

procesos de coquificación, o rechazo de carbón, ya que se

obtienen productos livianos como gases, nafta y diesel. En un

esfuerzo por extraer las fracciones más valiosas y livianas

como la gasolina, en la refinación se somete a los crudos

pesados, extrapesados y residuos de vacío a un proceso de

mejoramiento. Los agentes contaminantes no deseados se

concentran en un subproducto solido comúnmente denominado

coque de petróleo, el cual consiste en su mayoría de carbón

con pequeñas cantidades de hidrocarburos líquidos. (Gary, J.,

2003).

El coque de petróleo es un subproducto residual de alto

contenido de carbono y azufre entre otros componentes como6

nitrógeno, oxígeno e hidrogeno. A pesar de ser un subproducto

con alto poder calorífico, bajo contenido de cenizas y más

económico que el carbón y otros combustibles líquidos, su gran

contenido de azufre y de metales, hace del coque un

combustible menos atractivo desde el punto de vista ambiental.

Sin embargo, las propiedades del coque de petróleo varían de

acuerdo a las corrientes de crudo utilizadas. Por las

propiedades mencionadas del coque, notándose que por sus

características y variedad de elementos que lo componen, puede

generar emulsiones estabilizadas de acuerdo a la aplicación y

el uso que se le dé (Gary, J., 2003).

Actualmente en el laboratorio de petróleo, hidrocarburos y

derivados (PHD) de la Universidad de Carabobo, el cual está

orientado al área de los fenómenos interfaciales, propiedades

fisicoquímicas y caracterización estructural del mundo de los

hidrocarburos, se está incorporando el coque de petróleo para

ser empleado en la formulación de emulsiones. De acuerdo a

esto se realizan emulsiones de aceite en agua cuya fase

dispersa es el aceite y fase dispersante o continua es el

agua, tomando como punto importante el análisis de la

influencia del coque de petróleo sobre la misma.

I.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Desde hace varios años la obtención del coque de petróleo, un

subproducto de la refinación del crudo, se ha convertido en un

problema para las comunidades vecinas a las empresas

petroleras donde se genera dicho subproducto en Venezuela. Su7

almacenamiento al aire libre en las áreas de la refinería

genera un problema de salud pública debido a la cercanía de

zonas pobladas, por efecto de la erosión del material se

genera un polvillo que puede causar por su alto contenido de

carbono y azufre, una alta sensibilidad en la piel y daño

ocular que puede llegar a ser permanente. Diariamente se

generan en estas industrias toneladas, acumulándose como

gigantescas montañas. Este panorama está marcado por las

diversas deficiencias operativas y de mantenimiento en el

manejo del coque y por la ausencia de instalaciones para el

aprovechamiento del mismo.

1.2.1 Situación actual

Actualmente el coque es considerado un desecho como resultado

del mejoramiento de los derivados del petróleo a través de un

proceso de craqueo térmico, del cual se producen diariamente

toneladas, que se acumulan en gigantescas montañas las cuales

perjudican la salud de las personas cercanas a estas, debido a

su alto contenido de azufre y de metales; además no existe una

aplicación a nivel industrial sino que se ha recurrido a la

venta al exterior de éste subproducto por costos muy bajos, lo

cual no representa un buen aprovechamiento del mismo.

Venezuela tiene una producción actual de aproximadamente diez

mil toneladas diarias, que representan alrededor del 6 % del

coque producido a nivel mundial y se estima que ésta

producción aumentará en corto plazo. Siendo el complejo

industrial Jóse Antonio Anzoátegui, ubicado entre los

8

municipios Bolívar y Peñalver, el principal productor de éste

subproducto.

1.2.2 Situación deseada

Se dispone de un estudio de una emulsión de aceite agua,

empleando surfactantes no iónicos, donde se evalúa el efecto

del coque de petróleo sobre la emulsión. Más que un desecho,

el coque puede ser un producto para el beneficio público, pues

resulta atractivo por su alto poder calorífico, composición

química y propiedades físicas, particularmente su dureza. Se

propone elaborar una emulsión de aceite en agua estabilizada

con partículas de coque, para evaluar las características

manifestadas por él, mediante un surfactante no iónico; para

posteriormente brindar nuestra investigación a quienes les sea

de gran utilidad y puedan buscarle alternativas para su

destino a nivel industrial, logrando así minimizar los daños

ocasionados al ambiente, producto de la contaminación y las

molestias generadas por su acumulación a los vecindarios

cercanos a éste.

1.3OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo General

Evaluar una emulsión de aceite en agua (O/W) consurfactantes no iónicos: efecto del coque de petróleo.

1.3.2 Objetivos Específicos.

9

1. Evaluar los diferentes protocolos y materiales a

emplear en la elaboración de la emulsión.

2. Analizar la influencia de la cantidad añadida de coque

de petróleo en la estabilidad de la emulsión.

3. Establecer la morfología de la emulsión a elaborar.

4. Determinar la distribución de tamaño de partículas del

coque de petróleo mediante la difracción de láser vía

seca y húmeda.

5. Interpretar la influencia de la hidrofilicidad del

surfactante sobre la estabilidad de la emulsión.

6. Describir el efecto de los electrolitos sobre la

estabilidad de la emulsión, en la fase acuosa.

1.4JUSTIFICACIÓN

Debido a los problemas presentados en la actualidad con las

escasas aplicaciones del coque, surge el interés de evaluar la

formulación de una emulsión de fase externa agua y como fase

interna aceite utilizando un surfactante no iónico que

presenta componentes similares a los del coque pudiendo ser

este último, emulsionante y estabilizante.

El propósito de la investigación es corroborar que el coque de

petróleo puede estabilizar emulsiones, en este caso de aceite

en agua y evaluar e interpretar sus propiedades y

comportamiento a lo largo de un periodo de tiempo, frente a

diversos estudios y pruebas que caractericen a dicha emulsión,

para que ésta investigación sirva como aporte a la industria

petrolera, entre otras, y de esta manera sirva de ayuda a la10

solución de los problemas relacionados con éste y puedan

buscar alternativas para aplicaciones a nivel industrial.

Otro aspecto importante es que la realización del proyecto

permitirá afianzar los conocimientos adquiridos a lo largo de

nuestra carrera, así como también ampliarlos, ya que el

estudio de los fenómenos interfaciales forma parte importante

en el desempeño del ingeniero químico. Por otra parte se desea

cumplir con el requisito de culminación de los estudios de

pregrado con este proyecto de investigación enfocado en el

área de estudio.

1.5 LIMITACIONES

Una de las limitaciones más resaltantes es el horario para

disponer en el laboratorio de PHD (petróleo, hidrocarburos y

derivados), y poder realizar los experimentos pertinentes.

Otra limitante es la disponibilidad de instrumentos y

reactivos que deben emplearse para la caracterización de la

emulsión.

11

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

12

CAPÍTULO II.

MARCO TEÓRICO

En la elaboración del presente trabajo de investigación se requiere de la consultabibliográfica de información relacionada con el tema en estudio, por lo que acontinuación se presentan los antecedentes y marco teórico relacionado con lainvestigación.

2.1 ANTECEDENTES

2.1.1 Drelich, A (2010) “Evolución de las emulsiones de agua

en aceite estabilizadas con partículas sólidas influenciada

por la adición de un surfactante no iónico”. En éste trabajo

se realizaron experimentos de calorimetría diferencial para

caracterizar las gotas de agua y su evolución con el tiempo.

Se determinaron propiedades en la formación y estabilización

de emulsiones. Los resultados obtenidos se compararon con las

propiedades de las emulsiones preparadas con un emulsionante

no iónico, monooleato de sorbitán. Se observó una reducción de

la tensión interfacial en emulsiones de agua en aceite. Como

consecuencia, la fragmentación de agua en gotas requiere más

energía en ausencia de agentes tensioactivos emulsionantes.

Ciertas mediciones de reología mostraron que la estabilidad de

la emulsión preparada con partículas origina la formación de

una red de partículas en 3D en la fase de aceite continua. La

interpretación indica una posible reorganización de la

película emulsionante en la interfaz de agua en aceite, lo que

podría modificar las condiciones de cristalización de las

gotas de agua dispersas y afectar la estabilidad de la

13

emulsión a largo plazo. El aporte que brinda esta

investigación a nuestro trabajo de grado es que muestra como

varía la estabilidad de una emulsión a lo largo del tiempo con

la adición de un surfactante no iónico. La semejanza es el

empleo de un surfactante no iónico y la diferencia es que

trata de una emulsión de agua en aceite, mientras que en

nuestra investigación es de una emulsión de aceite en agua.

2.1.2 Lif, A (2010) “Emulsiones estabilizadas por celulosa

microfibrilar y tensioactivos no iónicos”. En éste trabajo se

prepararon emulsiones de agua en aceite diesel, con una

combinación de monolaurato de sorbitán y monooleato de

glicerol como emulsionante y con celulosa microfibrilar (MFC)

de diferente carácter hidrófilo, resultando en fibrillas muy

hidrófobos. La emulsión más estable se alcanzó con una

combinación de hidrófilos. El aporte de esta investigación a

nuestro trabajo de grado es que las partículas de hidrófilos

como tensioactivos no iónicos generan gran estabilidad en las

emulsiones. La semejanza es el uso de tensioactivos no iónicos

y la diferencia predominante es que en éste caso la emulsión

se estabiliza por celulosa microfibrilar y en nuestro trabajo

de investigación se estabiliza por partículas sólidas de coque

de petróleo.

2.1.3 Pichot, R (2010) “Emulsiones de aceite en agua

estabilizadas por tensioactivos de bajo peso molecular y

partículas coloidales: el efecto del tipo de tensioactivo y la

concentración”.

14

El objetivo de esta investigación es la estabilidad frente a

la coalescencia de las emulsiones O/W en la presencia de ambos

tensioactivos y partículas coloidales, En particular, el

efecto del tipo de tensioactivo y la concentración en esta

mezcla emulsionante sobre la estabilidad de las emulsiones

O/W. Se obtuvieron como resultados que al utilizar un

surfactante con una concentración en una fase O/W se produce

una eliminación de interfase, pudiendo analizar que el

surfactante es ideal para producir solo una emulsión

estabilizada, y de igual forma se trabajaron con una fase W/O,

donde no ocurrió la eliminación de la interfase. El aporte que

nos brinda esta investigación a nuestro trabajo de grado es la

clasificación de los surfactante que puede llegar a forma una

emulsión estable tomando en consideración las fase con que se

trabaja y la concentración necesaria para que se forme, la

caracterización y la afinidad que debe tener para producir una

emulsión y obtener resultados que contribuye a la sociedad. La

semejanza con nuestro trabajo de investigación es que en ambas

se evalúa el efecto del tensioactivo y su concentración sobre

la emulsión. La diferencia más notable es que en este caso se

trata de una emulsión de aceite en agua con partículas

coloidales; mientras que en nuestro trabajo de investigación

se trata de una emulsión de agua en aceite.

2.1.4 Aranberri. B, (2006) “Elaboración y caracterización de

emulsiones estabilizadas por polímeros y agentes

tensioactivos”. Éste artículo trata sobre emulsiones

estabilizadas por agentes tensioactivos y polímeros, donde se

15

estudian las peculiaridades de emulsiones con alto contenido

en fase dispersa de emulsiones termodinámicamente inestables,

donde éstas pueden convertirse en cinéticamente estables

gracias a la presencia de agentes tensioactivos que presentan

la capacidad de adsorción en las superficies de las gotas.

Donde finalmente por la adición de biopolímeros, se puede

controlar la viscosidad de la fase continúa. El aporte de éste

artículo a nuestra investigación es el empleo de agentes

tensioactivos en la elaboración de una emulsión y la

diferentes fases que le ocurre a la emulsión al cambiar la

distinta variable que interfiere en el proceso e incluso el

estudio de fase dispersa y fase dispersantes.

La semejanza principal es el hecho de usar agentes

tensioactivos en la formulación de la emulsión y la diferencia

es que en este caso estabilizan la emulsión con polímeros

mientras que en nuestra investigación se trata de estabilizar

la emulsión con partículas sólidas de coque del petróleo.

2.1.5 Sullivan, A (2002) “Efectos de las partículas

inorgánicas sólidas sobre el agua y aceite crudo en la

estabilidad de la emulsión”. En esta investigación como

objetivo principal tiene el desarrollar una mejor comprensión

de estabilización de la emulsión en presencia de partículas

sólidas inorgánicas, además se hace un enfoque de variedad de

partículas inorgánicas que fueron estudiada para investigar

los factores que controlan la efectividad de partículas de

estabilización, de igual forma analizar el crudo de agua-

aceite para promover partícula en la absorción de la

16

interfase. Determinando el campo eléctrico necesario para la

ruptura de la emulsión. El aporte de estas investigaciones con

emulsiones para nuestro trabajo de grado es la eficiencia que

tiene las partículas sólidas de diferentes tamaños con un

análisis de los diversos crudos para el aprovechamiento de la

misma y analizar las características de los distintos crudo

que dará un aporte a las industrias, buscándole una

contribución a los problemas presentes. La semejanza es que

en ambos se evalúa el efecto de las partículas sólidas en la

emulsión, mientras que la diferencia es que en nuestra

investigación, las partículas sólidas son orgánicas y en el

caso presentado anteriormente son inorgánicas.

2.1.6 Yan, N (2001) “Emulsiones de agua en aceite

estabilizadas por sólidos finos”. El objeto de ésta

investigación fue estudiar la estabilidad de las emulsiones de

agua en aceite estabilizadas por sólidos finos con

hidrofobicidades diferentes. Los sólidos finos utilizados en

este estudio incluyen partículas de arcilla de caolinita

tratados con asfaltenos y sílice coloidal hidrófilo, así como

polvos de sílice de pirolisis seca tratada con silanización.

Los resultados experimentales mostraron que la sílice coloidal

hidrófila sólo podía estabilizar emulsiones de aceite en agua

durante un corto período de tiempo. Se demostró que las

partículas sólidas finas absorbidas en la superficie de la

gota, actuaba como una barrera que impedía la formación de

coalescencia. La estabilidad de las emulsiones producidas

dependía de la hidrofobicidad de las partículas sólidas. El

17

aporte de ésta investigación a nuestro trabajo de grado es el

empleo de partículas sólidas para lograr la estabilización de

una emulsión. La semejanza es el empleo de partículas sólidas

para estabilizar la emulsión y la diferencia más relevante es

que en este caso se trata de una emulsión de agua en aceite,

mientras que nuestra investigación trata de una emulsión de

aceite en agua.

2.2 MARCO TEÓRICO

2.2.1 Surfactantes

Los surfactantes son sustancias anfífilas (son afines tanto a

sustancias polares, como a sustancias apolares o no polares.

En la Figura 2.1 se muestra la representación de una molécula

de anfífilo, en la que el grupo polar o hidrofilíco ocupa la

“cabeza” de la molécula y el grupo apolar o lipofílico la

“cola”) que presentan actividad superficial o interfacial

debido a su doble afinidad. Es importante destacar que no

todas las sustancias anfífilas poseen esta actividad, ya que

para que esta ocurra es necesario que la moléculas posean

propiedades relativamente equilibradas, es decir, que no sea

demasiado hidrofílica o lipofílica. (Arocha, Rubén; 2007)

18

Parte Polar Parte apolar

Figura 2.1 Esquema de una molécula de surfactante.

(Arocha, Rubén; 2007)

La parte polar o hidrofílica es un grupo funcional iónico o no

iónico generalmente constituida por heteroátomos como oxígeno,

azufre, nitrógeno y fósforo, que permiten un alto grado de

solubilidad en solventes polares, particularmente en agua; la

parte apolar o lipofílica, generalmente es una cadena

hidrocarbonada de tipo alquil o alquilbenceno, con presencia

en ciertos casos de átomos de un halógeno u oxígeno, la cual

es soluble en solventes orgánicos no polares, particularmente

hidrocarburos, aceites y grasas. Debido a esta dualidad polar-

apolar, una molécula de surfactante tiene tendencia a migrar a

una interfase o una superficie con la finalidad de satisfacer

sus dos tipos de afinidad. Sin embargo, no todas las

sustancias anfifílicas poseen esta propiedad. (Kouloheris, A;

1989)

Cuando estas propiedades se encuentran relativamente

balanceadas, la molécula tenderá a ubicarse en la interfase o

superficie para satisfacer su doble afinidad, ya que en el

seno del líquido sea polar o apolar existirá una interacción

que no será satisfecha. (Arocha, Rubén; 2007)

2.2.1.1 Propiedades de los surfactantes.

Los surfactantes poseen dos propiedades fundamentales

derivadas de su estructura: de una parte, su capacidad de19

“adsorberse” en las interfases y de otra parte su tendencia a

“asociarse” para formar estructuras organizadas conocidas como

micelas (Figura 2.2). (Delgado, Nacarit; 2007)

La adsorción es un fenómeno espontáneo impulsado por la

disminución de energía libre del surfactante al ubicarse en la

interfase y satisfacer parcial o totalmente su doble afinidad.

La adsorción de un surfactante en una superficie gas-líquido o

una interfase líquido-líquido, produce en general una

reducción de la tensión superficial o interfacial de donde

proviene el nombre de “tensoactivo”. La disminución de la

tensión favorece la deformación y ruptura de la interfase,

originando la formación de sistemas dispersos. La segunda

propiedad fundamental de los surfactantes en solución acuosa

es su capacidad de auto-asociación para formar micelas, la

cual se desarrolla a partir de una cierta concentración

llamada “concentración micelar crítica” (CMC). Esta CMC es la

concentración de surfactante a la cual aparecen las primeras

micelas y puede detectarse por medidas de tensión interfacial,

y por la conductividad electrolítica para el caso de los

surfactantes iónicos. Las micelas son agregados poliméricos

formados cuando el efecto hidrófobo (fuerzas que favorecen la

formación de las micelas) es superior a las fuerzas de

repulsión. (Delgado, Nacarit; 2007)

20

Figura 2.2 Propiedades de los surfactantes: (A) adsorción y

(B) asociación

(Delgado, Nacarit; 2007)

2.2.1.2 Concentración micelar critica Cuando la concentración de surfactante aumenta en la fase

acuosa, se produce eventualmente la saturación del área

interfacial, y como consecuencia el número de moléculas

disueltas en el seno del líquido tiende a aumentar. A partir

de cierta concentración, llamada concentración micelar

crítica, el surfactante produce estructuras de agregados

moleculares de asociación llamadas micelas. Las micelas son a

menudo esféricas y contienen varias decenas de moléculas

orientadas de tal forma que la parte no polar del surfactante

se sustraiga al ambiente acuoso. (Schawrtz AW; Becher P 1972-

1977)

2.2.1.3 Definición de micelas

21

Las micelas son compuestos agregados reversibles de moléculas

o iones anfifilicos. Los agregados pueden tener una estructura

cerrada de un tamaño que es del orden de dos veces la longitud

de las moléculas. (Salager, J.L; 2000)

Estas micelas son termodinámicamente estables y se

caracterizan por poseer estructuras relativamente simples. Las

principales causa de la auto-agregación de los monómeros es el

llamado efecto hidrofóbico, cuya fuerza es la interacción

desfavorable entre el agua y las cadenas hidrófobas. Como

resultado de ello, las moléculas anfifílicas "migran" a las

interfases o forman micelas. Las micelas sufren cambios

constantes, que están relacionados con el tamaño, la forma y

el número de agregados. El estado de equilibrio dinámico entre

las micelas y monómeros se produce, y su posición puede ser

cambiado y como resultado de los cambios en factores externos,

como por ejemplo, la temperatura o presión. En la Figura 2.3

se muestra una micela de forma esférica. (Salager, J.L; 2000)

Figura 2.3 Modelo de micelas esféricas.

(Salager, J.L; 2000)

22

2.2.1.4 Clasificación de los surfactantes.

Los surfactantes son clasificados comercialmente de acuerdo a

su aplicación, sin embargo, sus propiedades y su uso dependen

también del ambiente fisicoquímico, y pueden tener múltiples

aplicaciones a veces muy diferentes. Es preferible

clasificarles de acuerdo a la naturaleza del grupo hidrofílico

o más exactamente según la forma como se disocian en el agua:

- Aniónicos. Estos surfactantes son los mayormente utilizados

a nivel industrial y los más producidos, ocupando un 55% del

mercado mundial. Los más importantes son los carboxilatos

(jabones), los sulfonatos o los sulfatos de metales alcalinos

y otros cationes monovalentes. (Salager, J.L. Y Antón, R;

1992)

- No iónicos. Con aproximadamente el 40% de la producción,

ocupan el segundo lugar. Su grupo hidrofílico es del tipo

alcohol, fenol, éter o amida y no se ionizan en el agua. Sin

embargo, la presencia de una cadena poliéter de tipo poli

óxido de etileno le confiere a la molécula cierta

hidrofilicidad. El grupo hidrófobo es generalmente un radical

alquil o alquilbenceno. (Salager, J.L. Y Antón, R; 1992)

-Catiónicos. Son menos utilizados debido a su elevado costo.

En general son compuestos de tipo sal de amina grasa o de

amonio cuaternario. Tienen propiedades bactericidas

importantes y una facilidad de adsorción sobre los sustratos

23

biológicos o inertes cargados negativamente. (Salager, J.L. Y

Antón, R; 1992)

- Anfotéricos. Poseen a la vez carga positiva y carga

negativa, como los aminoácidos, betaínas o fosfolípidos.

Debido a su alto costo, son utilizados en aplicaciones

particulares. (Salager, J.L. Y Antón, R; 1992)

- Sólidos finamente divididos. Tales como arena, arcilla,

finos de formación, esquistos, lodos de perforación, fluidos

para estimulación, incrustaciones minerales, productos de la

corrosión. Los fluidos para estimulación de pozos pueden

contribuir a formar emulsiones muy estables. (Salager, J.L. Y

Antón, R; 1992)

Cuando las emulsiones están formadas por gotas muy finas. Para

ser agentes emulsionantes, las partículas sólidas deben ser

más pequeñas que las gotas suspendidas y deben ser mojadas por

el aceite y el agua. Luego estas finas partículas sólidas o

coloides (usualmente con surfactantes adheridos a su

superficie) se colectan en la superficie de la gota y forman

una barrera física. (Salager, J.L. Y Antón, R; 1992)

2.2.2 Principales tipos de surfactantes no iónicos.

Esta se caracteriza por algún parámetro que dé cuenta de su

afinidad relativa por la fase acuosa u oleica. Para los

surfactantes no iónicos este parámetro corresponde al número

24

de unidades óxidos de etileno que posee el mismo, mientras

mayor sea el número de óxido de etileno más hidrofílico es el

surfactante. (Arocha, Rubén; 2007). Durante los últimos 30

años, los surfactantes no iónicos han alcanzado cada día mayor

importancia, estos no producen iones en solución acuosa y por

este hecho son compatibles con cualquier otro tipo; es por

esto que son excelentes candidatos para formulaciones

complejas que se consiguen a menudo en aplicaciones prácticas.

(Salanger, L.J; 2002)

Por otra parte estos surfactantes son menos sensibles a los

electrolitos, especialmente a los cationes divalentes, que los

aniónicos, y pueden por lo tanto ser utilizados en presencia

de una salinidad alta. Los surfactante no iónicos son buenos

detergentes, humectantes y emulsionantes. Algunos poseen

excelentes propiedades espumantes. Algunos presentan un muy

bajo nivel de toxicidad y se utilizan en la fabricación de

fármacos, cosméticos y alimentos. (Salanger, L.J; 2002)

De acuerdo al uso y dependiendo de la utilidad se toma en

consideración lo siguiente, si se colocan menos de 5 grupos

óxidos de etileno, se obtienen agentes antiespumantes y

detergentes o dispersantes liposolubles. Si se colocan entre 9

y 20 grupos óxido de etileno se obtiene agentes humectantes y

emulsionantes. Por encima de 20 grupos se tienen detergentes

que soportan altas temperaturas y alta salinidad. (Salanger,

L.J; 2002)

25

2.2.3 Definición de dispersión Se llama dispersión a un sistema polifásico en el cual una

fase se encuentra en forma fragmentada (fase dispersada)

dentro de otra (fase continua). Existen varios tipos de

sistemas dispersados y cada uno tiene una denominación

particular. Consideramos aquí las dispersiones cuya fase

continua es un líquido. Una dispersión de gas en un líquido es

una espuma, mientras que una dispersión de un líquido en otro

inmiscible con él es una emulsión. Finalmente una dispersión

de un sólido en un líquido se conoce como una suspensión.

Cuando se habla de dispersión es importante destacar el tamaño

de los fragmentos de la fase dispersada. En efecto, el

comportamiento de la dispersión y su efecto depende en buena

parte del tamaño de los fragmentos. Se entiende por fragmento

una cierta cantidad de materia gaseosa, líquida o sólida, que

se llama burbuja, gota o partícula si son de tamaño

macroscópico. (Salager, J.L; 1999)

2.2.4 Definición de Formulación

La formulación puede ser definida como el conjunto de

conocimientos y operaciones empleados cuando se mezclan,

asocian o condicionan ingredientes de origen natural o

sintético, a menudo incompatibles entre sí. Entre los

constituyentes de una fórmula, se distinguen a las materias

activas que cumplen con la función principal buscada y a los

auxiliares de formulación que juegan papeles secundarios pero

26

indispensables en muchos casos. (Aubry, M.J.; Schorsch, G;

2004)

2.2.5 Emulsiones

Las emulsiones son sistemas dispersos constituidos por dos

líquidos inmiscibles en los cuales la fase en dispersión (fase

interna o dispersa) se encuentra en forma de pequeñas gotas

contenida en la fase externa (fase continua o dispersante). La

estructura de las emulsiones está estabilizada por un agente

surfactante llamado emulsionante. Por definición, una emulsión

es un sistema termodinámicamente inestable y tarde o temprano

debe separarse en sus dos fases. (Delgado, Nacarit; 2007)

Las emulsiones pueden clasificarse de acuerdo a la

distribución de las fases acuosa y oleosa; si la fase dispersa

es la acuosa el sistema es conocido como emulsión agua en

aceite (W/O), si el sistema consiste en la dispersión de gotas

de aceite en una fase acuosa se conoce como emulsión aceite en

agua (O/W). (MC. Clements; 1999)

2.2.5.1 Tipos de emulsiones

Según la naturaleza de la fase dispersa, se pueden distinguir

los siguientes tipos de emulsiones:

Emulsiones de aceite en agua (O/W): emulsión que contiene

gotas de aceite dispersadas en agua. Esta es la emulsión

normal para todas las aplicaciones con excepción de la

27

producción del petróleo, en la cual se denomina emulsión

inversa. (MC. Clements; 1999)

Emulsiones de agua en aceite (W/O): emulsión que contiene

gotas de agua dispersadas en aceite. Esta es la emulsión

normal encontrada en el petróleo e inversa para las demás

aplicaciones. (MC. Clements; 1999)

Emulsiones múltiples (W/O/W u O/W/O): emulsión que contiene

una porción de la fase externa dispersada en forma de

pequeñísimas gotas dentro de las gotas de la fase interna. En

la Figura 2.4 se pueden observar los diferentes tipos de

emulsiones de acuerdo a esta clasificación. (MC. Clements;

1999)

Figura 2.4 Tipos de emulsiones.

(MC. Clements; 1999)

2.2.5.2 Componentes que constituyen una emulsión

28

Una emulsión está constituida por tres regiones, las cuales

presentan propiedades fisicoquímicas diferentes: la fase

dispersa, la fase continua y la interfase. Todas las moléculas

o ingredientes de la emulsión se distribuyen según su

concentración y polaridad a lo largo de las regiones

mencionadas anteriormente. Las moléculas polares tienden a

localizarse en la fase acuosa, las moléculas no polares tienen

afinidad por la fase oleosa, y las moléculas anfifílicas se

localizan en la interfase. (MC. Clements; 1999)

Las moléculas en una emulsión tienden a moverse de una región

a otra, alterando de esta forma las condiciones físicas y

químicas de la misma. Este movimiento, así como la

concentración e interacciones de sus constituyentes tienen una

influencia significativa en las propiedades fisicoquímicas,

textura y aplicación de estos sistemas dispersos. (MC.

Clements; 1999)

2.2.6 Clasificación de la emulsiones

2.2.6.1 Macroemulsiones

Se llaman en general macroemulsiones las dispersiones líquido-

líquido con tamaños de gota típicamente en el rango 1-100 μm

(que puede extenderse en casos especiales desde 0,5 μm hasta

500 μm). En este rango las gotas pueden observarse con la

ayuda de un microscopio óptico. (P. Becher; 1985-1988)

2.2.7 Principios de las emulsiones estabilizadas por sólidos 29

El conocimiento de que los sólidos finos pueden estabilizar

emulsiones se remonta al comienzo del siglo, cuando Pickering

señaló inicialmente que coloides de partículas que se

humedecieron más por el agua que por el aceite podría actuar

como un agente emulsionante para aceite en agua. Desde

entonces, varios investigadores han estudiado la estabilidad

de las emulsiones estabilizadas por sólido. (Sullivan, A;

2002)

La existencia de emulsiones estabilizada con sólidos ha sido

conocida desde el comienzo de las décadas. La estabilización

se produce cuando las partículas son parcialmente mojadas por

ambas fases. Partículas hidrófilas tienen contacto y

estabilizan emulsiones de aceite en agua. De la misma manera

que las partículas hidrófobas. (Yan, N; 2001)

En la preparación de la emulsión el emulsionante reduce la

tensión interfacial, favoreciendo la formación de gotas más

pequeñas y al situarse en la interfase, estabiliza la emulsión

previniendo las coalescencias de las gotas de la fase

dispersa, las sustancia utilizadas como emulsionante son muy

variadas, desde productos naturales como proteínas,

fosfolípidos o sólidos finamente divididos como el negro de

humo. En general, la fase en el que el emulsionante es más

soluble tiende a convertirse en fase externa. (Adamson. A.W;

1967)

30

Los sólidos finamente divididos son buenos emulgentes,

especialmente en combinación con surfactantes; dentro de las

cuales se incluyen; sólidos polares inorgánicos tales como

hidróxidos de metales pesados, ciertos tipos de arcillas y

pigmentos. También han sido empleados sólidos no polares como

el carbón, el gliceril estearato. En ausencia de surfactantes,

las emulsiones son favorecidas por la presencia de sólidos no

polares. Este tipo de sólidos tiende hacer su tamaño muy

pequeño situándose en la interfase líquido-líquido formando

una barrera mecánica que previene la coalescencia. Siendo

partículas que adsorben sobre la gota para estabilizar las

emulsiones. (Adamson. A.W; 1967)

2.2.8 Sistemas surfactante/agua/aceite

Cuando se mezclan agua, hidrocarburo y un surfactante y se

permite que el sistema alcance el equilibrio, normalmente se

forman dos o más fases, dependiendo de las características de

sus componentes, así como de las variables de estado. La

influencia de estas variables se determina a través de la

formulación fisicoquímica. (Delgado, Nacarit; 2007)

2.2.9 Formulación fisicoquímica

La formulación fisicoquímica es un conjunto de variables que

definen la naturaleza de los sistemas SOW, tales como:

Variables de composición: concentración del surfactante y

proporción agua/crudo. (Delgado, Nacarit; 2007)

31

Variables físicas: temperatura y presión; como los sistemas

líquidos son relativamente incompresibles, la presión no

produce un efecto notable, en cambio, la temperatura juega un

papel fisicoquímico importante, ya que puede afectar

considerablemente la afinidad del surfactante no iónico por

las fases oleica y acuosa. (Delgado, Nacarit; 2007)

Variables de naturaleza química o fisicoquímica: naturaleza de

los diferentes compuestos involucrados (surfactante, agua y

crudo). El surfactante se trata de una mezcla de especies

químicas complejas, cuya caracterización se realiza a través

de parámetros empíricos relacionados con sus estructuras

químicas. (Delgado, Nacarit; 2007)

La formulación de los sistemas surfactante/aceite/agua ha sido

objeto de estudio durante varias décadas, Griffin (1949)

propuso la primera expresión numérica del concepto de

formulación de los sistemas SOW en función del Balance

Hidrofílico Lipofílico (HLB) del surfactante, como medida de

la afinidad relativa del surfactante por las fases acuosas y

oleicas. (Paruta, Emilio; 2008)

Un surfactante es hidrofílico para HLB > 10 o lipofílico para

HLB < 10. El HLB depende esencialmente del surfactante, aunque

puede tomar en cuenta la influencia de la naturaleza del

aceite a través de la noción de HLB requerido, que corresponde

al mejor número HLB del surfactante que con un aceite dado

provee la máxima estabilidad de una emulsión. (Paruta, Emilio;

2008)32

2.2.10 Barridos de formulación

Debido a la complejidad de los sistemas SOW, y a la gran

cantidad de variables involucradas, es necesario fijar

variables, de tal manera de moverse en una sola dimensión para

identificar la naturaleza de los resultados obtenidos.

(Delgado, Nacarit; 2007)

Mediante un barrido unidimensional, se puede estudiar la

influencia de las diferentes variables de formulación sobre la

fisicoquímica de los sistemas y sobre las propiedades de las

emulsiones. El barrido consiste en la realización de una serie

de sistemas en los cuales se va cambiando una sola variable

capaz de modificar la afinidad del surfactante por las

distintas fases, manteniendo constantes todas las demás

variables involucradas. (Delgado, Nacarit; 2007)

2.2.11 Estabilidad de las emulsiones

Una emulsión estable es una que no muestra un cambio

discernible en la distribución de tamaño de gotas, o en su

estado de agregación, o en su arreglo espacial en el

recipiente, en una escala de tiempo de observación. (Fennema

O, R; 1982)

Las emulsiones pueden permanecer sin cambios en determinadas

circunstancias, mientras puede que se rompa fácilmente bajo

otras circunstancias. Particularmente son importantes para

33

esta propiedad los eventuales cambios en la temperatura y

composición. (Adamson.A.W; 1967)

Ahora bien, para que exista la emulsión, es necesario evitar

que al cesar la agitación las gotas se unan otra vez. Para

lograr la estabilidad de las emulsiones se necesita entonces

un “surfactante el cual se ubica en la superficie de las gotas

de la emulsión y evita o retarda su coalescencia haciendo de

esta forma a la emulsión “estable”. (Adamson.A.W; 1967)

En resumen para formar una emulsión, se requiere de lo

siguiente:

1.- Dos líquidos inmiscibles entre sí.

2.- Un agente emulsionante para estabilizar las gotas

dispersas en la fase continúa. (Surfactante: Polímeros,

sólidos, entre otros).

3.- Agitación que permita dispersar una fase inmiscible en

otra.

2.2.11.1 Medición de la Estabilidad

Una emulsión es por definición un sistema termodinámicamente

inestable y tarde o temprano debe separarse en dos fases. Es

relativamente fácil decir que una emulsión se ha roto, pero es

difícil definir experimentalmente un valor de su estabilidad.


La única medida realmente absoluta de la estabilidad de una

emulsión es la variación del número de gotas en función del

tiempo. Tal información no se puede obtener experimentalmente34

sino mediante la variación de la distribución del tamaño de

gota en el tiempo. Desde el punto de vista experimental, tal

medición implica bien sea que se tome una muestra o que se

diluya el sistema completo con un gran exceso de fase externa.

El resultado del primer método depende considerablemente de la

posición del muestreo y el segundo puede emplearse solo una

vez porque altera el estado del sistema. (Salager, J.L. Y

Antón, R; 1992)

Por lo tanto, la estabilidad de una emulsión se relaciona en

general con el volumen de las fases separadas. Después de

algún tiempo, el sistema se separa típicamente en tres zonas:

una zona central que contiene una nata o emulsión de alto

contenido de fase interna y dos fases separadas: la interna

(coalescida) y la externa (clarificada). Se ha demostrado

recientemente que estos criterios dan resultados

satisfactorios cuando se les da una buena interpretación.


La Figura 2.5 indica la fracción de volumen coalescido en

función del tiempo. Esta curva posee una forma sigmoide, la

cual es característica de un proceso con varias etapas.

Durante un cierto período inicial no se separa ningún tipo de

volumen, este periodo de iniciación corresponde a la

sedimentación de gotas y al drenaje de la fase externa hasta

alcanzar una emulsión compactada en la cual las gotas “no se

tocan”. (Salager, J.L; 2000)

35

En realidad, las gotas están separadas por una película

delgada de fase externa, en la cual la interacción entre las

interfases empieza a jugar un papel importante y puede

producir un efecto notable de retraso en el proceso de

coalescencia. (Salager, J.L; 2000)

Cuando las películas intergotas llegan a alcanzar un espesor

del orden de 200 Å son susceptibles de romperse, provocando

así la coalescencia de las gotas y la formación de un volumen

de fase separado. Esta etapa corresponde a la parte

ascendiente de la curva, cuya forma sigmoide puede

interpretarse como la función acumulativa de una distribución

normal o log-normal, lo que no es de extrañar por el carácter

aleatorio del proceso de ruptura. (Salager, J.L; 2000)

Con el fin de cuantificar la estabilidad con valor numérico,

se ha propuesto usar el tiempo requerido para que coalesca la

mitad (u otra fracción) del volumen de fase interna, por

ejemplo, el tiempo en el cual Vc/V∞ = 1/2 ó 2/3, siendo Vc el

volumen coalescido y V∞ el volumen total o fijado usado como

referencia. (Salager, J.L; 2000)

36

Figura 2.5 Fracción del volumen coalescido o clarificado en

función del tiempo


2.2.12 Tensión interfacial

La tensión interfacial se origina cuando dos líquidos

inmiscibles se ponen en contacto formando una interfase, como

consecuencia de un desequilibrio de fuerzas de atracción de

tipo Van der Waals, pero de magnitudes diferentes, y cuyo

valor se encuentra dentro de las tensiones superficiales

individuales de cada líquido. En sistemas emulsionados de

crudo y agua, es importante tener presente las propiedades

interfaciales, pues las gotas dispersas presentan un gran área

interfacial y aunque presenten una modesta energía interfacial

por unidad de área, pueden llegar a acomodarse de tal forma

que generen una considerable energía interfacial total. La

tensión interfacial es un factor primordial; un elevado valor

de ésta, implica el uso de gran cantidad de energía para crear

una nueva superficie, ya que existe una resistencia a la

deformación de la interfase, lo que no es favorable al proceso

de emulsionación. (Delgado, Nacarit; 2007)

2.2.13 Principales propiedades que intervienen en laestabilidad de emulsiones

Tamaño de la gota. Gotas muy pequeñas menores de 10 μm

generalmente producen emulsiones más estables. Una amplia

distribución de tamaños de partículas resulta en general en

una emulsión menos estable. (Salager, J.L. Y Antón, R; 1992)

37

Relación de volumen de fases. Incrementando el volumen de la

fase dispersa se incrementa el número de gotas y/o tamaño de

gota y el área interfacial. La distancia de separación se

reduce y esto aumenta la probabilidad de colisión de las

gotas. Todos estos factores reducen la estabilidad de la

emulsión. (Salager, J.L. Y Antón, R; 1992)

Salinidad de la Salmuera. La concentración de la salmuera es

un factor importante en la formación de emulsiones estables.

Agua fresca o salmuera con baja concentración de sal favorecen

la estabilidad de las emulsiones. Por el contrario, altas

concentraciones de sal tienden a reducirla. (Salager, J.L. Y

Antón, R; 1992)

Tipo de Aceite. Los crudos con aceite de base parafínica

usualmente no forman emulsiones estables, mientras que los

crudos nafténicos y de base mixta forman emulsiones estables.

Ceras, resinas, asfaltenos y otros sólidos pueden influenciar

la estabilidad de la emulsión. En otras palabras, el tipo de

crudo determina la cantidad y tipo de emulsionantes naturales.

(Salager, J.L. Y Antón, R; 1992)

2.2.14 Emulsionación

La emulsionación es una operación de tipo físico o

fisicoquímico cuya consecuencia mecánica es provocar la

dispersión de una fase en la otra. Hay distintas clases de

38

operación de emulsionación, cada una basada en un principio

diferente. (Delgado, Nacarit; 2007)

2.2.14.1 Variables y Factores involucrados.

1) Variables de Formulación: Naturaleza del agente

emulsionante y de las fases acuosas y oleicas, así como la

temperatura. (Salager, J.L; 1999)

2) Variables de composición: Proporción relativa de agua y

aceite (en inglés Water/Oil Ratio, WOR), y concentración del

emulsionante. (Salager, J.L; 1999)

3) Factores fluomecánicos: Aparato utilizado, intensidad de

agitación y procedimiento. (Salager, J.L; 1999)

La primera categoría se refiere a características

fisicoquímicas (intensivas) del sistema, y en los libros de

texto corresponde al concepto de HLB y otros semejantes.


La segunda categoría corresponde a las variables de

composición (extensivas), en particular a los efectos que

llamaremos de "inversión física forzada", es decir, el caso de

inversión de una emulsión debido al exceso volumétrico de una

de las fases. (Salager, J.L; 1999)

La tercera categoría de factores se refiere al procedimiento

técnico ingenieril, al tipo e intensidad de agitación y a los

39

aparatos utilizados para formar las emulsiones. (Salager, J.L;

1999)

2.2.15 Principales mecanismos de inestabilidad de las

emulsiones

Algunos mecanismos fisicoquímicos responsables de las

alteraciones en las propiedades de una emulsión se

esquematizan en la Figura 2.6.

La sedimentación y el cremado son dos formas de

separación gravitacional. El cremado describe la

migración de las gotas hacia la parte superior del

sistema debido a la diferencia de densidades en las

fases. En la sedimentación ocurre un proceso inverso.

La floculación y coalescencia son dos tipos de agregación

de las gotas. La inestabilidad por floculación ocurre

cuando dos o más gotas se agregan, debido a las

colisiones provocadas por el movimiento Browniano,

conservando su individualidad. Mientras que en la

coalescencia, la colisión de dos o más gotas forma una

sola.

Inversión de fases es el proceso mediante el cual una

emulsión agua en aceite se convierte en una emulsión

aceite en agua, o viceversa.

40

Figura. 2.6 Mecanismos físicos de inestabilidad de una

emulsión.

(MC. Clements; 1999)

2.2.16 Definición de coque de petróleo

El coque de petróleo es un producto que se obtiene de procesos

térmicos del mejoramiento de fracciones residuales pesadas de

hidrocarburos de alto punto de ebullición, que se obtiene

posterior al proceso de destilación del petróleo. La

estructura del coque consiste de un arreglo de cristales

grafíticos de formas, orientaciones y tamaños diferentes, con

poros cuyas dimensiones varían de acuerdo a la pureza, a las

41

condiciones del proceso de obtención y a las características

de los residuos del petróleo crudo del cual se obtiene dicho

coque. (Tosta Rafael; 2008)

2.2.17 Tipos de coque según su estructura cristalina.

Según la estructura cristalina el coque puede ser de dos

tipos: de estructura anisotrópica y de estructura isotrópica.

2.2.17.1 Coque Anisotrópico

El coque de estructura anisotrópica se caracteriza por poseer

diferentes propiedades según la dirección, ser más ordenado,

tener una mayor porosidad y por ende una menor densidad, tener

menos impurezas y un menor coeficiente de expansión térmica.

(Tosta Rafael; 2008)

2.2.17.2 Coque Isotrópico

El coque de estructura isotrópica se caracteriza por poseer

iguales propiedades en todas las direcciones, ser más

desordenado, menor porosidad, una mayor densidad, más

impurezas y un mayor coeficiente de expansión térmica. (Tosta

Rafael; 2008)

De acuerdo a esto se conoce diversos tipos de coque por medio

de la aplicación que se le desea dar.

2.2.18 Tipos de coque según sus propiedades y aplicaciones.

2.2.18.1 Coque Retardado (Delayed Coke)42

Este coque representa el 90% del coque utilizado. Se produce a

partir de distintos residuos de los que el más importante es

la columna principal de destilación. Este residuo contiene

casi todos los compuestos orgánicos y la mayoría de los

productos parafínicos y nafténicos. El coque retardado se

produce por lotes, en el cual el material a coquificar se

introduce en tanques de 500 a 1000 toneladas a 4 atm y se

calienta hasta una temperatura de 450-500 ºC por un período de

un día (16 a 24h). (Tosta Rafael; 2008)

De acuerdo a su origen, si el coque se deriva de

Residuos Aromáticos

Se dice que el coque es anisotrópico, comúnmente llamado coque

aguja; obtenido de la condensación y polimerización de

moléculas aromáticas, es fácil de grafitizar, ordenado,

presenta poros abiertos, y bajo coeficiente de expansión

térmica. (Tosta Rafael; 2008)

Residuos Asfálticos

Para este tipo de coque se dice que el mismo es isotrópico,

difícil de grafitizar, más desordenado, más duro y de alto

coeficiente de expansión térmica. (Tosta Rafael; 2008)

Residuos intermediamente reducidos (Parafínicos-

Nafténicos)

A este tipo de coque se le denomina coque esponja, sus

propiedades varían de acuerdo al mecanismo de formación y

43

estructura del coque, este tipo de coque es el que se utiliza

frecuentemente en mayor proporción. (Tosta Rafael; 2008)

De acuerdo al residuo alimentado, se producen tres tipos deCoque.

Coque Esponjoso

Se obtiene fundamentalmente de cola de destilación y tiene

principalmente componentes parafínicos y nafténicos. (Tosta

Rafael; 2008)

Coque Aguja

Se obtiene cuando la alimentación del coquizador es residuo

del “craking” térmico o del catalítico, productos ambos de

características aromáticas. (Tosta Rafael; 2008)

Coque Denso

Se obtiene a partir de residuos asfalténicos, siendo un

producto isótropo muy denso, duro y resistente a la abrasión.

(Tosta Rafael; 2008)

2.2.19 Microscopía y análisis de imágenes

La observación directa o la fotografía en microscopia óptica

son el método más simple, y el único que puede considerarse

como absoluto; permite al operador pronunciar un juicio

subjetivo acerca del tamaño o de la forma de las gotas. Sin

embargo, se vuelve extremadamente tedioso y a menudo es

difícil hacer medidas objetivas, como la determinación del

tamaño de gota. (Salager, J.L; 1999)

44

Son operaciones de determinación de tamaño y conteo de gotas.

En los aparatos modernos, la imagen es analizada por un

detector fotoeléctrico de barrido, semejante a una filmadora

de televisión, que transforma la información óptica en una

señal de video. Dicha señal, está luego manipulada por un

sistema computarizado, cuyo análisis está limitado solo por la

sofisticación del programa y la capacidad de computación del

aparato. De todas formas, conviene recordar que el análisis de

imagen está siempre limitado por la precisión del microscopio

que se usó para tomar la foto o el video. (Salager, J.L; 1999)

2.2.20 Difracción de luz láser

Cuando un haz paralelo de luz coherente monocromática (láser)

pasa a través de una pequeña zona conteniendo partículas o

gotas, se forma un patrón de difracción superpuesto a la

imagen, y mucho más amplio que aquella. A partir de la

información detectada de intensidad de luz difractada en

función del ángulo de difracción, se puede calcular la

distribución de tamaño de partículas presentes en la

dispersión. Al cambiar la distancia focal del lente, se pueden

cubrir varios rangos de tamaño entre 1 μm y 2000 μm. El rango

de detección es mucho mayor que aquel de los demás aparatos,

ya que puede haber un factor 100 entre el tamaño de la

partícula más pequeña y el tamaño de la más grande. En la

Figura 2.7 se comprenderá el mecanismo de difracción de luz

láser. (Salager, J.L; 1999)

45

Figura 2.7 Principios de los equipos de difracción de luz

láser.


2.2.21 Soluciones electrolíticas

Se llaman soluciones electrolíticas a todas aquellas en las

que el soluto se encuentra disuelto en el solvente formando

iones. Las soluciones de electrolitos se forman normalmente

cuando una sal se coloca en un solvente tal como el agua, y

los componentes individuales se disocian debido a las

interacciones entre las moléculas del solvente y el soluto, en

un proceso denominado solvatación. Por ejemplo, cuando la sal

común, NaCl se coloca en agua, sucede el siguiente proceso:

NaCl(s) → Na(ac)

+¿+Cl(ac )−¿¿ ¿

Si un electrólito en solución posee una alta proporción del

soluto se disocia para formar iones libres, se dice que el

electrólito es fuerte; si la mayoría del soluto no se disocia,

el electrólito es débil. Las propiedades de los electrólitos

pueden ser explotadas usando la electrólisis para extraer los46

elementos químicos constituyentes. Los electrolitos son

también empleados en la formulación de las emulsiones,

específicamente en la fase acuosa del sistema surfactante,

agua y aceite. (Aranberri, B.P. Binks; 2006)

47

CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

Este capítulo comprende las técnicas y procedimientos de las actividadesexperimentales requeridas para el desarrollo de los objetivos del presente trabajo degrado.

3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN

La determinación del tipo de investigación dependerá

inicialmente de los pasos de estudio a seguir, sus técnicas y

métodos que puedan emplearse en el mismo; debido a que nuestro

estudio esta aplicado al campo del laboratorio donde se

realizarán los estudios preliminares y cada objetivo

48

específico para el cumplimiento del objetivo general, es por

esto que se considera a la investigación de tipo experimental, en

cuyas investigaciones se recaudan datos numéricos o

información descriptiva. De igual forma se producen

modificaciones bajo la condición actual de un hecho. Para

lograr esto, se aplica el razonamiento hipotético-deductivo,

donde la metodología suele ser cuantitativa, (Hernández, R.,

2006).

El objetivo de esta tipo de investigación es analizar el

fenómeno a estudiar empleando muestras representativas y

diseño experimental como estrategias de control y metodologías

cuantitativas para analizar los datos. Debido a que esta

investigación consiste en la manipulación de una o más

variables experimentales no comprobadas en condiciones

rigurosamente controladas, se debe describir de qué modo o por

causa de qué se produce una situación o acontecimiento

particular. El experimento provocado por el investigador le

permite introducir determinadas variables de estudio,

manipuladas por él, para controlar el aumento o disminución de

dichas variables y su efecto en las conductas observadas,

(Hernández, R., 2006).

49

3.2 DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN

3.2.1 EVALUAR LOS DIFERENTES PROTOCOLOS Y MATERIALES A CADA

UNA DE LAS EMULSIONES.

Para el cumplimiento de este objetivo se realizaron distintos

protocolos de emulsionación, cambiando diferentes variables

que puedan influenciar la formulación de la emulsión. A cada

uno de ellos se les midió volúmenes de agua, aceite y

surfactante correspondientes a cada fase presente, donde en la

fase oleica se utilizaron tres tipos de aceites, los cuales

fueron kerosene, gasoil y vassa, mientras que en la fase

acuosa se seleccionó la cantidad necesaria de agua destilada y

de solución de surfactante previamente preparada; dicha

solución se disolvió en un balón aforado de 100 mL y se dejó

reposar por 24 horas, en esta última se utilizaron distintos

porcentajes de concentración de solución madre de surfactante

nonilfenol etoxilado 10 (NFE 10) en un rango de (1, 2 y 3)%,

para los protocolos. A partir de esta solución se tomaron

distintas alícuotas de concentración de surfactante en un

rango de (0,3-0,5) %, adicional al surfactante mencionado

también se empleó como estabilizante de emulsiones, partículas

sólidas de coque de petróleo. El método empleado para evaluar

los diferentes protocolos fue la prueba de botella.

50

3.2.1.1 PROCEDIMIENTO PARA EVALUAR LA ESTABILIZACIÓN DE CADA

PROTOCOLO.

A continuación se presentan los diferentes protocolos

elaborados, indicando su secuencia y materiales necesarios

para la elaboración de la emulsión de aceite en agua (O/W),

evaluando el efecto de las partículas de coque. El primer

protocolo se trabajó con los tres tipos de aceite ya

mencionados anteriormente, con un surfactante no iónico

(nonilfenol etoxilado 10) y con partículas de coque de

petróleo obtenidas bajos distintas distribuciones del diámetro

de las mismas mediante el método de distribución de tamaño de

partículas vía seca. Para los protocolos se utilizaron tubos

de ensayo graduados de 15mL de fondo plano, en los cuales se

trabajó con una relación de volúmenes 1:1 donde el sistema a

trabajar fue de 10mL, de acuerdo a esto, 5mL pertenecen a la

fase oleica y los otros 5mL pertenecen a la fase acuosa; La

secuencia del primer protocolo consta de la siguiente manera:

los 5mL perteneciente a la fase acuosa, se le agrego un

volumen de surfactante en función del rango de concentración

que está comprendida de (0,3-0,5) %. Cada una de estas

alícuotas son tomadas de la solución madre, la cual

corresponde al rango de concentración de surfactante entre (1,

2 y 3) %. Dependiendo del porcentaje de concentración del

surfactante, tomados como alícuotas en los tubos de ensayos se

procede a completar los 5mL de la fase acuosa con los

volúmenes de agua destilada en cada tubo. Posteriormente se

agregaron 5mL del aceite a emplear para la fase oleica y por

51

último se adicionó cierta cantidad de partículas de coque de

petróleo a cada tubo.

3.2.1.2 APLICACIÓN DE LA PRUEBA DE BOTELLA PARA LOS DISTINTOS

PROTOCOLOS EN ESTUDIO.

Luego de haber elaborado los sistemas correspondientes con las

distintas concentraciones de surfactantes de solución madre y

a su vez las concentraciones de las alícuotas la cual fue

extraído por la solución madre y realizar la secuencia para

obtener los sistemas. Estos sistemas se dejó reposar durante

24 horas, luego de eso se procede aplicar el método de la

prueba de botella; dicho método consta de la siguiente manera:

luego de haber realizado la formulación del sistema y de haber

transcurrido las 24 horas, se agitó el sistema por medio de un

equipo llamado ULTRA TURRAX, empleando una velocidad de 3500

rpm. El tiempo de agitación es de 30 segundos por cada tubo, a

partir de ese momento se procede a tomar el tiempo hasta la

separación de las fases a un volumen de 2,5mL.

3.2.1.3 VARIACIÓN EN LA FORMULACIÓN DE LA EMULSIÓN.

El segundo protocolo parte de los resultados obtenidos del

primer protocolo con respecto al mayor tiempo de

estabilización, tomando en cuenta los valores utilizados en el

porcentaje de concentración de solución madre de surfactante

noninfenol etoxilado 10 (NFE 10), llevando a cabo los barridos

de concentración para cada uno de los tubos de ensayo. De

igual forma que en el protocolo anterior fueron 15 tubos de52

ensayos; 5 para kerosen, 5 para gasoil y 5 para aceite vassa.

Las variables involucradas en cada tubo fueron el porcentaje

de concentración del surfactante, el volumen de surfactante,

el volumen de agua destilada y el volumen de aceite,

manteniendo constantes sus valores para cada tipo de aceite y

una cantidad fija de partículas de coque de petróleo en cada

tubo.

Este protocolo a diferencia del primero, consistió en

adicionar a cada tubo de ensayo inicialmente el volumen del

surfactante, seguido del agua y posteriormente una solución

preparada con anticipación de las partículas de coque de

petróleo en el aceite a emplear, este último es preparado el

mismo día de la elaboración de los sistemas. Se dejó reposar

24 horas el sistema y se procedió a aplicar el método de la

prueba de botella para cada uno de los tubos.

3.2.1.4 FORMULACIÓN DE EMULSIONES EN AUSENCIA DE SURFACTANTE.

En la formulación del tercer protocolo no se emplea la

solución madre de surfactante, debido a que se desea evaluar

el efecto directo del coque de petróleo en la estabilización

de la emulsión. De acuerdo a esto la secuencia de este

protocolo es la siguiente: fueron empleados 3 tubos de


Los primeros 5mL de agua destilada pertenecientes a la fase

acuosa, posteriormente se agregó 5mL del aceite a emplear en

la fase oleica, por último se agregó una cantidad fija de

partículas de coque de petróleo a cada tubo. Se dejó reposar

53

24 horas el sistema y se procedió a aplicar el método de la

prueba de botella.

Finalmente el cuarto protocolo, que al igual que el tercero

no se emplea la solución madre de surfactante en la

formulación, y de la misma manera se utilizaron 3 tubos de


Los primeros 5 mL de agua destilada pertenecientes a la fase

acuosa, seguidos de 5 mL de la fase oleica esta fase a

diferencia del tercer protocolo consiste en una solución

preparada con anticipación de 24 horas empleando la cantidad

de partículas de coque de petróleo en el aceite de estudio

siendo este lo que se incorporar al sistema, y por ultimo

después de elaborar la formulación se dejó reposar 24 horas el

sistema y se procedió a aplicar el método de la prueba de

botella.

54

3.2.2 ANALIZAR LA INFLUENCIA DE LA CANTIDAD AÑADIDA DE COQUE

DE PETRÓLEO EN LA ESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN.

3.2.2.1 REALIZACIÓN DE ENSAYOS CON DIFERENTES CANTIDADES DE

COQUE DE PETRÓLEO.

Para cumplir con este segundo objetivo, es necesario tomar en

cuenta que con los resultados obtenidos del primer objetivo,

donde se determinó el protocolo a trabajar y a su vez el tipo

de aceite, la cantidad de surfactante y sus porcentajes de

concentración. Ya establecido el protocolo se procedió a

realizar un barrido variando la cantidad de partículas de

coque de petróleo. De acuerdo a esto inicialmente se agregaron

5mL pertenecientes a la fase acuosa; en dicha fase se

agregaron volúmenes respectivos de solución de surfactante y

de agua destilada. Posteriormente se agregó a cada tubo de

ensayo 5mL del aceite seleccionado, pertenecientes a la fase

oleica, por último se agregaron partículas de coque variando

la cantidad en los diferentes tubos.

3.2.2.2 APLICACIÓN DE LA PRUEBA DE BOTELLA PARA LAS

DIFERENTES EMULSIONES.

De la misma manera que en el objetivo uno, tras haber dejado

reposar el sistema durante 24 horas, se agitó por medio del

equipo ULTRA TURRAX, empleando una velocidad de 3500 rpm. El

tiempo de agitación es de 30 segundos por cada tubo, a partir

de ese momento se procede a tomar el tiempo hasta la

separación de las fases acuosas a un volumen de 2,5mL.

55

3.2.3 ESTUDIAR LA MORFOLOGÍA DE LAS EMULSIONES.

3.2.3.1 APLICACIÓN DE LA PRUEBA DE LA GOTA A LAS EMULSIONES

ELABORADAS.

En este tercer objetivo se aplicó la prueba de la gota, que

consiste en tomar una gota de la emulsión elaborada tras haber

aplicado la prueba de botella. Mediante una propipeta, la gota

es vertida sobre un beaker que contiene agua o aceite. Si la

gota es vertida sobre el agua, y ésta se dispersa en ella,

entonces la emulsión se caracteriza como (O/W). De la misma

manera, si la gota de la emulsión se vierte sobre el aceite y

esta queda intacta en el beaker, se verifica que se trata de

una emulsión (O/W). Caso contrario ocurre cuando la gota

vertida en el aceite se dispersa en él, tratándose de una

emulsión (W/O). Esta prueba de la gota se le aplico a todas

las emulsiones que se realizaron tanto para el primer objetivo

como para el segundo, con la finalidad de garantizar que se

está trabajando con una emulsión de tipo (O/W), donde la fase

continua es agua y la fase dispersa aceite.

3.2.3.2 ANÁLISIS DE LA MORFOLOGÍA A TRAVÉS DE LA MICROSCOPÍA

ÓPTICA.

Otro manera de estudiar la morfología de una emulsión es la

microscopía óptica siendo uno de los métodos más simple a

través de la observaciones directa o la fotografía por medio

de dicho equipo, la cual consiste en colocar una gota de la

emulsión previamente agitada aplicándole la prueba de la

57

botella, para poder ser estudiada, la muestra que se le

realizó el estudio se coloca en un porta objetos y fue

observada a través de un microscopio con cámara incorporada,

el cual refleja la imagen observada en una pantalla, donde se

capturó imágenes a diferentes zoom desde 50X, 100X, 200X hasta

400X, observando y detallando el comportamiento de la muestra

de acuerdo a lo que se desea analizar.

3.2.4 DETERMINAR LA DISTRIBUCIÓN DEL TAMAÑO DE PARTÍCULAS

DEL COQUE DE PETRÓLEO.

3.2.4.1 TÉCNICA EMPLEADA PARA LA DETERMINACIÓN DE TAMAÑO DE

PARTÍCULAS DEL COQUE DE PETRÓLEO.

La determinación de la distribución de tamaño de partículas de

coque se realizó por el método de difracción con un láser que

posee dos fuentes de luz una de helio y neón de longitud de

onda 650nm y la otra es una lámpara de Tungsteno-Halógeno de

longitud de onda de 405nm. El equipo se encuentra conectado a

un computador, donde es observado el comportamiento de la

muestra mediante una gráfica que refleja la distribución del

diámetro de las partículas de coque de petróleo en función del

porcentaje de tamaño de partículas.

58

La difracción posee dos métodos de medición, los cuales son:

vía húmeda y vía seca.

3.2.4.1.1 MEDICIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS

POR VÍA HÚMEDA.

El método de vía húmeda consta de una celda de medida, en esta

se incorpora un solvente orgánico o agua; como en este caso la

muestra trata de una emulsión de tipo (O/W), siendo la fase

continua el agua, el solvente utilizado es este último. En la

celda es incorporado un agitador magnético para homogenizar la

muestra. Posteriormente se añade una o varias gotas de la

emulsión a analizar dentro de la celda, de acuerdo sean

requeridas, para observar en la pantalla del computador los

ajustes estándares establecidos en el programa de acuerdo al

método aplicado respecto a la transmitancia de la luz láser,

los cuales deberán estar comprendidos en un rango que

involucre ambas fuentes de luz. En este punto se realiza una

captura de imagen mostrada a través de la gráfica antes

mencionada. Este último procedimiento se realiza de forma

consecutiva para verificar que en el transcurso de un

determinado tiempo, la muestra presente un comportamiento

similar.

59

3.2.4.1.2 MEDICIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS

POR VÍA SECA.

El método de medición de distribución de tamaño de partículas

(DTP) por vía seca consta de una muestra previamente molida,

la cual es colocada en la columna de medida de componente y

flujo de la muestra. A dicho equipo y a los alrededores se le

aplica aire seco por medio de la línea de aire comprimido.

Posteriormente la muestra pasa por la zona de aleta con un

flujo laminar, permitiendo un orden en la distribución de

partículas, para así pasar por la denominada ventana de

medida, donde es transmitida la luz láser que permite captar y

medir la distribución del tamaño de partícula. Por último la

muestra en estudio es llevada al mecanismo de succión donde es

recolectada, el software reconoce automáticamente el cambio y

se reconfigura sin intervención alguna del operador. El

operador puede adaptar la presión de la corriente de aire

utilizada para dispersar las partículas a las características

específicas de la muestra en estudio. La presión de suministro

se encuentra entre 0,4 y 0,8MPa.

3.2.5 INTERPRETAR LA HIDROFILICIDAD DEL SURFACTANTE EN LAS

EMULSIONES.

3.2.5.1 VARIACIÓN DEL NÚMERO DE MOLES DE ÓXIDO DE ETILENO

PARA LAS DISTINTAS EMULSIONES ESTABLECIDAS.

60

De acuerdo a lo establecido para la interpretación de la

hidrofilicidad de los surfactantes, se toma como criterio a

los surfactantes que tienen mayor afinidad con la

hidrofilicidad, Se utilizaron surfactantes no iónicos

(nonilfenol etoxilado) de distintos números de moles

etoxilados, los cuales fueron (9, 10, 15, 20 y 40), donde se

procedió a pesar la cantidad establecida para cada uno de los

números de moles etoxilados de surfactantes, diluyéndolos en

balones aforados de 100mL. Posteriormente se introducen al

equipo de ultrasonido, el cual trabaja con ondas vibratorias

que permite de una manera más rápida la interacción entre el

surfactante y el agua destilada, luego de ser retirado del

equipo, la solución de surfactante se deja reposar por 24

horas.

Para las distintas soluciones madres de surfactantes se

realizaron 3 barridos, tomando como variables fijas el tipo de

aceite y el volumen de surfactante en cada tubo de ensayo

graduado, variando la cantidad de coque de petróleo. Para cada

barrido se agregó inicialmente 5mL de la fase acuosa

(volumen de solución de surfactante ya definido y de agua),

seguidamente se le agregan 5mL de la fase oleica y por último

se adiciona cierta cantidad de partículas de coque de

petróleo.

3.2.5.2 APLICACIÓN DE LA PRUEBA DE BOTELLA PARA LAS DISTINTAS

SOLUCIONES DE SURFACTANTES (NFE).

61

Luego de dejar en reposo por 24 horas el sistema formulado,

se procede a aplicar el método de la prueba de botella. Dicho

método se realiza de la siguiente manera luego de haber

realizado la formulación del sistema y cumpliendo las horas

respectivas se agita el sistema por medio de un equipo llamado

ULTRA TURRAX con una velocidad de 3500 rpm el tiempo de

agitación es por 30 segundos, luego se procede a tomar el

tiempo de estabilización de la emulsión observando la

separación de la fase hasta un volumen de 2,5mL. A cada una

de las distintas soluciones de surfactantes se le realizó el

mismo procedimiento anteriormente explicado. Una vez tomado el

tiempo de estabilización de los diferentes barridos, se

determina el mayor tiempo de estabilización tomando en cuenta

el número de moles etoxilado del surfactante y la distribución

de diámetro de partículas de coque de petróleo por el método

de vía seca, a través de las distribuciones de los orificios

de apertura en la maya del tamiz.

62

3.2.6 DESCRIBIR EL EFECTO DE LOS ELECTROLITOS SOBRE LA

ESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN.

3.2.6.1 PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE CLORURO DE SODIO (NaCl)

PARA LA DETERMINACIÓN DE LA ESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN.

Para este objetivo es necesaria la preparación de una solución

de cloruro de sodio (NaCl), para ser incorporada en la

formulación de la emulsión, en la fase acuosa, teniéndose como

variables fijas, ya determinadas a partir del objetivo cinco

el surfactante a utilizar con la cantidad de números de moles

etoxilados, el tipo de aceite, la distribución del diámetro de

las partículas de coque a través del orificio de apertura en

la maya del tamizado y la cantidad de coque respectivamente.

La solución de NaCl se preparó en un balón aforado de 100mL, a

partir de esto se trabajó con un rango de concentración de la

solución de NaCl entre (0,01% - 0,1%) estimado para cada tubo

de ensayo, determinándose así los volúmenes de NaCl.

3.2.6.2 FORMULACIÓN DE LAS EMULSIONES CON ADICIÓN DE NaCl EN

LA FASE ACUOSA.

La secuencia para la formulación de las emulsiones es la

siguiente: se adiciona la solución de surfactante a partir del

porcentaje de concentración fijado, luego se agrega la

cantidad de cloruro de sodio de acuerdo al rango antes

mencionado y para completar los 5mL de la fase acuosa se

agrega agua destilada. Posteriormente se procedió a agregar

63

los 5mL del aceite a trabajar (Kerosene) y la cantidad de

partículas de coque ya definida. Se dejó reposar el sistema

por 24 horas y luego de haber realizado la formulación del

sistema y de haber transcurrido las 24 horas, se agitó el

sistema por medio del equipo ULTRA TURRAX, empleando una

velocidad de 3500 rpm. El tiempo de agitación es de 30

segundos por cada tubo, a partir de ese momento se procede a

tomar el tiempo hasta la separación de las fases a un volumen

de 2,5mL.

64

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

A continuación se presentan todos los resultados y análisis obtenidos de los objetivos

desarrollados para la investigación.

4.1 EVALUAR LOS DIFERENTES PROTOCOLOS Y MATERIALES A EMPLEAR

EN LA ELABORACIÓN DE LA EMULSIÓN.

65

Para establecer el protocolo a utilizar, es necesario conocer

los materiales a ser utilizados y el tipo de emulsión que se

desea obtener. Apoyándose en la literatura (Aubry, M.J 2004),

para la formulación de las emulsiones, una vez conocidas las

propiedades de los tipos de aceites a emplear, se decide

aplicar las pruebas mencionadas en el capítulo III. Lo

primero a tomar en cuenta al momento de formular las

emulsiones es la función de cada material incorporado en la

emulsión. El propósito de este objetivo es obtener el

protocolo que garantice la obtención de una emulsión del tipo

(O/W) y un tiempo de estabilización considerable.

En la formulación fisicoquímica de los sistemas

(surfactante/aceite/agua), se evalúa que clasificación del

surfactante nonilfenol etoxilado (NFE) se utilizará, con

respecto a la cantidad de moles etoxilados que presente el

surfactante, en base al Balance Hidrofílico-Lipofílico (HLB)

propuesto por Griffin (1949); el cual indica la afinidad

relativa del surfactante por las fases acuosa y oleica, además

de elaborar una escala de HLB del 0 a 20 que mide la afinidad

del surfactante, es decir, un surfactante es hidrofílico para

valores de HLB > 10 o lipofílico para valores de HLB < 10.

Uno de los factores que puede generar un cambio en los

sistemas es la composición, la cual se refiere a las

cantidades o proporciones relativas de los componentes

principales del sistema los cuales son el agua, el aceite y el

66

surfactante. En general, se usan dos variables: la

concentración del surfactante y la relación agua-aceite o

WOR, este último es indispensable definirlo de acuerdo al

criterio de selección del tipo de emulsión deseada, en este

caso, de obtener una emulsión de aceite en agua (O/W). Como

se desea evaluar la influencia del coque de petróleo en las

emulsiones, es de gran ayuda minimizar el número de variables

presentes, por lo tanto una condición inicial que facilita el

proceso de formulación y caracterización de emulsiones es

definir el WOR con relación 1:1, donde los volúmenes

corresponden a un 50% fase acuosa y el otro 50% a la fase

oleica.

(Bancroft 1913); estableció que la fase externa de una

emulsión es aquella en la cual el surfactante presenta gran

capacidad de disolverse. Para explicar esta afirmación, se

dice que el desbalance de las interacciones entre el

surfactante y las fases inmiscibles resulta en una mayor

solvatación o hinchamiento del lado de la interfase en el cual

se ha absorbido el surfactante, provocando una deformación

cóncava de ésta hacia el lado de la fase hinchada, que se

convierte en la fase externa. En este sentido, el tipo de

emulsión se relaciona con el comportamiento de las fases al

equilibrio y con la formulación fisicoquímica del sistema.

En resumen, para la formulación deseada, de emulsiones de

aceite en agua (O/W), se toman en cuentas los siguientes

parámetros que fundamentan el objetivo de obtener emulsiones

67

estabilizadas con el surfactante (NFE) y partículas de coque

de petróleo:

Escoger los agentes emulsificantes para la emulsión

requerida de tipo (O/W).

Solubilizar los agentes emulsificantes en la fase donde

sean más afines.

Agregar gradualmente la fase interna a la externa.

Para este objetivo como es mencionado en el capítulo III, se

trabaja con tres tipos de aceites que corresponden a la fase

oleica, de la misma manera se trabaja con un surfactante de

tipo no iónico, específicamente nonilfenol etoxilado (NFE), el

cual se mantiene para todo los protocolos estipulados.

Posteriormente se evaluó la fase acuosa y por último las

partículas de coque de petróleo. Para cumplir con los

requerimientos del objetivo y poder obtener el protocolo

adecuado se toman como variables fijas la cantidad de coque de

petróleo manteniendo una distribución de diámetro de partícula

comprendida entre [80-100] µm, el WOR y el tipo de

surfactante, variando sólo el tipo de aceite, donde se analiza

su comportamiento, tras aplicarle la prueba de botella de

acuerdo al capítulo II, se toma en cuenta la afinidad del

surfactante para las diferentes fases como son la oleica y

acuosa, debido a esto se decide tomar inicialmente el

surfactante (NFE 10), permitiendo que al momento de aplicar la

prueba de botella ocurra una emulsión estable, disminuyendo la

cantidad de surfactante y adicionando como estabilizantes de

emulsiones las partículas de coque. El rango de concentración68

del surfactante en cada uno de los tubos a trabajar se

encuentra comprendido entre (0,3-0,5) %. Se realizaron

barridos para cada uno de las soluciones madres previamente

preparadas y determinadas, dichos rangos se encuentran

comprendidos entre (1% - 2% - 3%). Esto se realiza a fin de

permitir una reducción en la tensión superficial o interfacial

y así formar sistemas dispersos, y poder obtener una afinidad

doble, lo que indica que las propiedades de dicho surfactante

se encuentran balanceadas permitiendo cumplir con su función

de estabilizante. Cuando se preparan dispersiones de

concentración creciente de un tensioactivo cuyo carácter

hidrofílico es predominante (HLB elevado), a partir de la

concentración micelar crítica, las moléculas de tensioactivo

se agrupan en forma de micelas. La cual se produce cambios en

las propiedades físicas del sistema, que indican que se ha

alcanzado la CMC.

A continuación se muestra la Figura 4.1 Acción de untensioactivo sobre la tensión superficial.

69

Figura 4.1 Acción de un tensioactivo sobre la tensiónsuperficial.

La Figura 4.1 muestra cómo actúa un tensioactivo sobre a la

tensión superficial (γ). Al aumentar la concentración del

surfactante en agua, la tensión superficial disminuye (línea

ab) debido a que las moléculas se adsorben en la superficie

del agua. Al agregar más tensioactivo se alcanza el punto (b)

donde las moléculas están empaquetadas por completo en la

superficie, donde la parte hidrofílica se orienta hacia el

agua y la lipofílica hacia el aire. Si se continúa agregando

tensioactivo, la tensión superficial no disminuye más y

permanece constante, lo que indica que a esa concentración no

cambian las propiedades físicas del sistema, es por estos la

utilización de los rangos antes mencionados.

70

A continuación se presentan los resultados obtenidos para este

primer objetivo, donde la metodología para la formulación de

cada protocolo fue explicada en el capítulo

Tabla 4.1 DATOS NECESARIOS PARA LA REALIZACIÓN DEL PROTOCOLO 1 CONUN PORCENTAJE DE SOLUCIÓN MADRE DE SURFACTANTE DE 1 %

WOR 1:1/50:50Tipo de surfactante NFE (nonilfenol etoxilado) 10Tipos de aceites Kerosene Gasoil Vassa

Porcentaje de surfactantesolución madre

1,0298% 1,0175% 1,0298%

Tipo de protocolo Surfactante, agua, aceite y coqueNúmero de protocolo 1

NºTubo

Porcentaje de

surfactante (%)

Volumende

surfactante (mL)

Volumende Agua(mL)

Volumende

Aceite(mL)

Masa deCoque dePetróleo

(g)

Tipo deAceite

1 0,308940 3 2

5

0,1798

Kerosene

2 0,350132 3,4 1,6 0,17933 0,411920 4 1 0,17984 0,453112 4,4 0,6 0,18045 0,494304 4,8 0,2 0,18006 0,305250 3 2 0,1799

Gasoil7 0,345950 3,4 1,6 0,18008 0,407000 4 1 0,18019 0,447700 4,4 0,6 0,180110 0,488400 4,8 0,2 0,180011 0,308940 3 2 0,1799

Vassa12 0,350132 3,4 1,6 0,179913 0,411920 4 1 0,180414 0,453112 4,4 0,6 0,180415 0,494304 4,8 0,2 0,1800

71

Tabla 4.2 VARIABLES NECESARIAS PARA LA FORMULACIÓN DE LA EMULSIÓNDEL PROTOCOLO 1 CON UN PORCENTAJE DE SOLUCIÓN MADRE

DE SURFACTANTE DE 1 %

72

Tabla 4.3 TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE LA EMULSIÓN PARA LOS DISTINTOSTUBOS DE ENSAYOS DEL PROTOCOLO 1 CON UN PORCENTAJE DE SOLUCIÓN MADRE

DE SURFACTANTE DE 1%

NºTubo

Tiempo deestabilizació

n a unvolumen de

2,5 mL

Observaciones

1 45 min Se formó inicialmente una soluciónhomogénea de color gris oscuro, luego vaascendiendo de forma lenta, y se observóuna interfase de color negro. Finalmente lazona de aceite-coque tiene un mayor volumenque la zona del agua.

2 46 min3 65 min4 66 min5 67 min

6 < 1 min

Duró poco tiempo quedándose hasta unvolumen de 1,3mL formando un sistemaheterogéneo. En el fondo del tubo seaglutinaron partículas de coque depetróleo, luego se observó una interfase decolor blanco, seguido de una soluciónaceite-coque y seguido a esto solo seobservaba aceite gasoil hasta los 10 mL deltubo.

7 107min Se formó inicialmente una soluciónhomogénea de color gris oscuro, luego vaascendiendo de forma lenta, y se observóuna interfase de color negro. Finalmente lazona de aceite-coque tiene un mayor volumenque la de la zona del agua.

8 127min

9 < 1 min Duró poco tiempo quedándose hasta unvolumen de 1,1mL formando un sistemaheterogéneo, en el fondo del tubo seaglutinaron partículas de coque depetróleo, luego se observó una interfase decolor blanco, seguido de una solución

10 < 1 min

73

aceite-coque y seguido a esto solo seobservaba aceite gasoil hasta los 10 mL del


12 40 min13 43min14 49 min15 50 min

Tabla 4.4 DATOS NECESARIOS PARA LA REALIZACIÓN DEL PROTOCOLO 1 CONUN PORCENTAJE DE SOLUCIÓN MADRE DE SURFACTANTE DE 2%



2,0030% 2,0029% 2,0030%


Tabla 4.5 VARIABLES NECESARIAS PARA LA FORMULACIÓN DE LA EMULSIÓNDEL PROTOCOLO 1 CON UN PORCENTAJE DE SOLUCIÓN MADRE DE

SURFACTANTE DE 2 %

NºTubo

Porcentaje de

surfactante (%)

Volumende

surfactante (mL)

Volumende agua(mL)

Volumende

aceite(mL)

Masa decoque depetróleo

(g)

Tipode

aceite

1 0,30045 1,5 3,5

5

0,1821

Kerosene

2 0,36054 1,8 3,2 0,18293 0,40060 2 3 0,17994 0,46069 2,3 2,7 0,17975 0,50075 2,5 2,5 0,18066 0,300435 1,5 3,5 0,1806 Gasoil

74

7 0,360522 1,8 3,2 0,18048 0,40058 2 3 0,18039 0,46069 2,3 2,7 0,180010 0,50075 2,5 2,5 0,180111 0,30045 1,5 3,5 0,1791

Vassa12 0,36054 1,8 3,2 0,178813 0,40060 2 3 0,180814 0,46069 2,3 2,7 0,179315 0,50075 2,5 2,5 0,1799

75

Tabla 4.6 TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE LA EMULSIÓN PARA LOS DISTINTOSTUBOS DE ENSAYOS DEL PROTOCOLO 1 CON UN PORCENTAJE DE SOLUCIÓN MADRE

DE SURFACTANTE DE 2%

NºTubo


n a unvolumen de2,5 mL

Observaciones


2 55 min

3 61 min

4 76 min

5 84 min

6 < 1 min Duró poco tiempo quedándose hasta unvolumen de 1,3mL formando un sistemaheterogéneo, en el fondo del tubo seaglomeraron las partículas de coque, luegouna interfase de color blanco, seguido deuna solución aceite-coque y finalmente soloaceite gasoil hasta los 10 mL del tubo.

7 < 1 min


9 112 min

10 138 min

11 7 minInicialmente se forma una soluciónhomogénea, ascendiendo de forma espontánea,observándose una interfase de color negro,separándose hasta un volumen de 5mL en lazona del agua.

12 8 min

13 10 min

14 15 min

76

15 45 min




2,9301% 2,9489% 2,9301%


Tabla 4.8 VARIABLES NECESARIAS PARA LA FORMULACIÓN DE LA EMULSIÓNDEL PROTOCOLO 1 CON UN PORCENTAJE DE SOLUCIÓN MADRE DE

SURFACTANTE DE 3%

NºTubo

Porcentaje de

surfactante (%)

Volumende

surfactante (mL)

Volumende agua(mL)

Volumende

aceite(mL)


(g)

Tipode

aceite

1 0,322311 1,1 3,9

5

0,1796

Kerosene

2 0,351612 1,2 3,8 0,1798

3 0,410214 1,4 3,6 0,1816

4 0,468816 1,6 3,4 0,1804

5 0,498117 1,7 3,3 0,1805

6 0,324379 1,1 3,9 0,1800

Gasoil7 0,353868 1,2 3,8 0,1803

8 0,412846 1,4 3,6 0,1804

9 0,471824 1,6 3,4 0,1803

10 0,501313 1,7 3,3 0,1803

77

11 0,322311 1,1 3,9 0,1794

Vassa12 0,351612 1,2 3,8 0,1803

13 0,410214 1,4 3,6 0,1807

14 0,468816 1,6 3,4 0,1801

15 0,498117 1,7 3,3 0,1796

Tabla 4.9. TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE LA EMULSIÓN PARA LOSDISTINTOS TUBOS DE ENSAYOS DEL PROTOCOLO 1 CON UN PORCENTAJE DE

SOLUCIÓN MADRE DE SURFACTANTE DE 3%NºTubo



Observaciones

1 51 min Se formó inicialmente una soluciónhomogénea de color gris oscuro, luego vaascendiendo de forma lenta, y se observóuna interfase de color negro. Finalmentela zona de aceite-coque tiene un mayorvolumen que la zona del agua.

2 51 min3 52 min4 62 min5 63 min

6 < 1 min

Duró poco tiempo quedándose hasta unvolumen de 1,3mL formando un sistemaheterogéneo, en el fondo del tubo seaglomeraron las partículas de coque, luegouna interfase de color blanco, seguido deuna solución aceite-coque y finalmentesolo aceite gasoil hasta los 10 mL deltubo.

7 117 min

Se formó inicialmente una soluciónhomogénea de color gris oscuro, luego vaascendiendo de forma lenta, y se observóuna interfase de color negro. Finalmentela zona de aceite-coque tiene un mayorvolumen que la zona del agua.

78

8 < 1 min Duró poco tiempo quedándose hasta unvolumen de 1,7mL formando un sistemaheterogéneo, en el fondo del tubo seaglomeraron las partículas de coque, luegouna interfase de color blanco, seguido deuna solución aceite-coque y finalmentesolo aceite gasoil hasta los 10 mL deltubo.

9 < 1 min

10 123 min

Se formó inicialmente una soluciónhomogénea de color gris oscuro, luego vaascendiendo de forma lenta, y se observóuna interfase de color negro. Finalmentela zona de aceite-coque tiene un mayorvolumen que la zona del agua.

11 6 min Se formó inicialmente una soluciónhomogénea de color gris oscuro, luego vaascendiendo de forma lenta, y se observóuna interfase de color negro. Finalmentela zona de aceite-coque tiene un mayorvolumen que la zona del agua.

12 9 min13 15 min14 20 min15 24 min


WOR 1:1/50:50Tipo de surfactante NFE (nonilfenol Etoxilado) 10

Tipo de aceite Kerosene/ Gasoil/ VassaPorcentaje de surfactante

solución madre2,9301%

Tipo de protocolo Surfactante, agua, coquedentro del aceite

Número de protocolo 2

Tabla 4.11 VARIABLES NECESARIAS PARA LA FORMULACIÓN DE LA EMULSIÓNDEL PROTOCOLO 2 CON UN PORCENTAJE DE SOLUCIÓN MADRE DE SURFACTANTE

DE 3%

79

NºTubo

Porcentaje de

surfactante (%)

Volumende

surfactante (mL)

Volumende agua(mL)

Volumende

aceite(mL)


(g)

Tipode

aceite

1 0,322311 1,1 3,9

5

0,1800

Kerosene

2 0,351612 1,2 3,8 0,1792

3 0,410214 1,4 3,6 0,1794

4 0,468816 1,6 3,4 0,1801

5 0,498117 1,7 3,3 0,1794

6 0,322311 1,1 3,9 0,1801

Gasoil7 0,351612 1,2 3,8 0,1794

8 0,410214 1,4 3,6 0,1808

9 0,468816 1,6 3,4 0,1804

10 0,498117 1,7 3,3 0,1793

11 0,351612 1,1 3,9 0,1802

Vassa12 0,350132 1,2 3,8 0,1803

13 0,410214 1,4 3,6 0,1805

14 0,468816 1,6 3,4 0,1805

15 0,498117 1,7 3,3 0,1810

Tabla 4.12 TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE LA EMULSIÓN PARA LOSDISTINTOS TUBOS DE ENSAYOS DEL PROTOCOLO 2 CON UN PORCENTAJE DE

SOLUCIÓN MADRE DE SURFACTANTE DE 3%

NºTubo

Tiempo deestabilizacióna un volumende 2,5 Ml

Observaciones

1 34 min Se formó inicialmente una solución

80

homogénea de color gris oscuro, luego vaascendiendo de forma lenta, y se observóuna interfase de color negro. Finalmentela zona de aceite-coque tiene un mayorvolumen que la zona del agua.

2 37 min

3 38 min

4 40 min

5 41 min

6 34 min

7 35 min

8 36 min

9 36 min

10 37 min

11 30 min

12 31 min

13 32 min

14 33 min

15 34 min

Tabla 4.13 DATOS NECESARIOS PARA LA REALIZACIÓN DEL PROTOCOLO3 EN AUSENCIA DE SURFACTANTE

WOR 1:1/50:50Tipo de protocolo Agua, aceite y coque de

petróleoNumero de protocolo 3

81

Tabla 4.14 VARIABLES NECESARIAS PARA LA FORMULACIÓN DE LAEMULSIÓN EN AUSENCIA DE SURFACTANTE PARA EL PROTOCOLO 3

Nº TuboVolumen de

agua(mL)

Volumen deaceite(mL)


(g)

Tipo deaceite

1 5 5 0,1807 Kerosene2 5 5 0,1791 Gasoil3 5 5 0,1794 Vassa

NºTubo

Tiempo deestabilización aun volumen de 2,5

mL

Observaciones

1 < 1 minSe separó rápidamente hasta un volumende 2,5 mL, ascendiendo de formaespontánea.

2 < 1 min

Se separó rápidamente hasta un volumende 2,5 mL formándose partículas decoque de gran tamaño, ascendiendorápidamente de forma espontánea.

3 3 minSe separó rápidamente hasta un volumende 2,5 mL ascendiendo de formaespontánea.

Tabla 4.15 TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE LA EMULSIÓN PARA LOSDISTINTOS TUBOS DE ENSAYOS EN AUSENCIA DE SURFACTANTE

PARA EL PROTOCOLO 3

Tabla 4.16 DATOS NECESARIOS PARA LA REALIZACIÓN DEL PROTOCOLO4 EN AUSENCIA DE SURFACTANTE

82

WOR 1:1/50:50Tipo de protocolo Agua y Aceite con Coque de

PetróleoNúmero de protocolo 4

Tabla 4.17 VARIABLES NECESARIAS PARA LA FORMULACIÓN DE LAEMULSIÓN EN AUSENCIA DE SURFACTANTE

PARA EL PROTOCOLO 4

Nº TuboVolumen de

agua(mL)



Tipo deaceite

1 5 5 0,1794 Kerosene2 5 5 0,1808 Gasoil3 5 5 0,1792 Vassa

Tabla 4.18 TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE LA EMULSIÓN PARA LOSDISTINTOS TUBOS DE ENSAYOS EN AUSENCIA DE SURFACTANTE

PARA EL PROTOCOLO 4

NºTubo

Tiempo deestabilizacióna un volumen de

2,5 mLObservaciones

1 3 minSe separó rápidamente hasta un volumende 2,5 mL, ascendiendo de formaespontánea.

2 1 min

Se separó rápidamente hasta un volumende 2,5 mL formándose partículas de coquede gran tamaño, ascendiendo rápidamentede forma espontánea.

3 7 min

Se separó de forma lenta a diferencia delos demás tubos para llegar a unvolumen de 1 mL y se detuvo a dichovolumen y de igual manera se formaronpartículas de coque de gran tamaño.

83

Inicialmente se tiene un protocolo tras haber evaluado el

tiempo de estabilización, es decir el tiempo que se toma de

acuerdo a la relación de volúmenes de las fases del

sistema (WOR). Por ende la relación de volúmenes a trabajar

fue de 1:1, conociendo que el volumen del sistema es de

10mL. Se toma la mitad del volumen de la fase externa que

para este caso es la fase acuosa, por lo tanto el volumen

del tiempo de estabilización para estas emulsiones con este

WOR es de 2,5mL. Cada tiempo se encuentra expresado en

minutos, observando a su vez el comportamiento de la

emulsión. Las Tablas 4.15 y 4.18 correspondientes al

protocolo 3 y 4 muestran el menor tiempo de estabilización

de la emulsión, por lo que ambos protocolos fueron

descartados. Estas formulaciones de las emulsiones son

preparadas en ausencia del surfactante (NFE 10), debido a

que se deseaba analizar solo el comportamiento de las

partículas de coque de petróleo como estabilizantes de

emulsiones. El tiempo de estabilización de estas emulsiones

es menor a 1 min, indicando que el coque de petróleo solo,

sin la ayuda del surfactante (NFE 10) no contribuye en la

estabilidad de la emulsión. Quedando como protocolos

contribuyentes el 1 y 2, cuya diferencia radica al momento

de realizar la formulación de las emulsiones. El protocolo

escogido para la formulación del resto de las emulsiones de

los diferentes objetivos, es el 1, ya que al emplear una

menor concentración del surfactante en la emulsión se

observó un tiempo de estabilización alrededor de 45 min o

más, lo cual es aceptable para este WOR. Los factores

84

determinantes que hicieron del protocolo 1 el más adecuado,

son el tiempo de estabilización y la concentración del

surfactante añadido en cada tubo. Correspondiente a un

porcentaje de solución madre de surfactante de 2,9301%.

En la selección del tipo de aceite para formular las

emulsiones posteriores, se establecen las diferencias entre

cada uno y su comportamiento en los sistemas preparados,

para así determinar el más adecuado. A continuación se

muestran algunas imágenes de emulsiones preparadas con cada

tipo de aceite, indicando el porcentaje de solución madre y

el tipo de protocolo. De la misma manera se presentan las

gráficas de cada protocolo de la concentración de

surfactante en función del tiempo de estabilización de la

emulsión.

Figura 4.2. Emulsiones con kerosene para distintos

porcentajes de solución madre del protocolo 1.

La Figura 4.2 corresponde a emulsiones donde se trabajó con

aceite kerosene para el protocolo 1, tomando distintos

85

porcentajes de solución madre, los cuales fueron 1,0298%,

2,0030% y 2,9301%, manteniendo la misma masa de coque de

petróleo y realizando un barrido para cada dispersión para

los tubos de ensayos de (0,3-0,5)%.

Figura 4.3. Emulsiones con gasoil para distintos

porcentajes de solución madre del protocolo 1.

La Figura 4.3 muestra soluciones antes de ser aplicada la

prueba de la botella con gasoil, para el protocolo 1

tomando distintos porcentajes de solución madre, los cuales

fueron 1,0175%, 2,0029% y 2,9489%, manteniendo la misma

masa de coque de petróleo y un barrido para cada solución

para los tubo de ensayo de (0,3-0,5)%.

86

Figura 4.4. Emulsiones con gasoil para los diferentes

porcentajes de solución madre aplicado para el protocolo 1

La Figura 4.4 muestra el resultado de las emulsiones del

protocolo 1 con gasoil, para la distintas soluciones madre

con que se trabajó, arrojando diversos resultados. Las dos

primeras figuras muestran que después de aplicar la prueba

de botella, la emulsión se separa con facilidad formando un

sistema heterogéneo a diferencia de la última figura, donde

se observa una dispersión homogénea hasta separarse en un

determinado tiempo. Esto sucedió con todos los barridos de

cada solución madre de surfactante NFE 10.

Figura 4.5. Emulsiones con aceite vassa para los distintos

porcentajes de solución madre del NFE 10 aplicado para el

protocolo 1.

La Figura 4.5 muestra que son emulsiones donde se trabajó

con aceite vassa para el protocolo 1, tomando distintos

porcentajes de solución madre, los cuales fueron 1,0298%,

2,0030% y 2,9301%, manteniendo la misma masa de coque de

petróleo y realizando un barrido para los tubos con un

porcentaje de surfactante de (0,3-0,5)%.

87

Figura 4.6. Emulsiones con gasoil después de aplicar el

método de la prueba de botella y haber esperado un tiempo.

La Figura 4.6 muestra emulsiones donde se empleó el gasoil

después de aplicar la prueba de la botella donde se ve el

proceso de separación, el cual fue muy rápido, esto sucedió

con todas las emulsiones inestables que dieron un tiempo

menor de 1 minuto.

0.3 0.32 0.34 0.36 0.38 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.50

20

40

60

80

100

120

140Influencia de los diferentes aceites en la estabilidad de la emulsión (protocolo 1.1)

KeroseneGasoilVassa

Concentración del surfactante en cada tubo( %)

Tiem

po de estabilización de cada

tubo (min)

88

Figura 4.7. Comportamiento de las emulsiones con

surfactante NFE 10 con un porcentaje de solución madre

alrededor de 1% con los diferentes tipos de aceites.

En la Figura 4.7 se puede observar cómo se comportan las

emulsiones con el surfactante (NFE 10) con un porcentaje de

solución madre alrededor de 1% y con un porcentaje de

surfactante en las dispersiones de (0,3-0,5)% para los

distintos tipos de aceites. Las emulsiones con kerosene y

aceite vassa se comportan de manera similar. Por otra parte

el gasoil tiene un comportamiento diferente a los demás,

donde la curva alcanza un máximo, esto se debe a la

migración de partículas de coque de petróleo a la

interfase, conocido este fenómeno como segregación

molecular. El gasoil presenta en algunos casos un tiempo de

estabilidad mayor, superando a los tiempos de las demás

emulsiones y en otros casos dando el menor tiempo

alcanzado.

89

0.3 0.35 0.4 0.45 0.50

20

40

60

80

100

120

140Influencia de los diferentes tipos de

aceites en la estabilidad de la emulsión (protocolo 1.2)

KeroseneGasoilVassa


Tiem

po d

e esta

bili

zaci

ón d

e cada

tu

bo (

min)




La Figura 4.8 muestra el comportamiento de las emulsiones

con los distintos tipos de aceites, se puede observar que

el aceite vassa proporciona un menor tiempo de estabilidad

pero se comporta de forma similar al aceite kerosene. Por

su parte, las emulsiones con gasoil los dos primeros puntos

de concentración del surfactante (con un porcentaje de

concentración entre 0,3% y 0,36 % aproximadamente en cada

tubo), arroja un tiempo menor de 1 minuto pero a partir del

tercer punto (con un porcentaje de concentración de

surfactante de 0,4%), arroja un tiempo de 121 minutos, del

mismo modo, el cuarto punto (con un porcentaje de

concentración de surfactante de 0,46%), corresponde a un

tiempo de 117 minutos. Por último el quinto punto (con un

porcentaje de concentración de surfactante de 0,5%),

90

corresponde a 138 minutos. Estos dos últimos puntos

superaron el tiempo de estabilidad a diferencia de las

demás emulsiones con los distintos tipos de aceites. Sin

embargo, el comportamiento de las emulsiones con este tipo

de aceite es totalmente distinto, donde se observa que la

curva del gasoil alcanza un máximo, por lo antes

mencionado: segregación molecular

0.3 0.35 0.4 0.45 0.50

20

40

60

80

100

120

influencia de los diferentes tipos de aceites en la estabilidad de la emulsión

(protocolo 1.3)

KeroseneGasoilVassa


Tiem

po d

e es

tabi

liza

ción

de

cada

tub

o (m

in)




La Figura 4.9 presenta el comportamiento de las emulsiones

con los distintos tipos de aceites. Al igual que

anteriormente, el aceite vassa muestra el menor tiempo de

estabilidad pero se comporta de forma similar al kerosene.

Por su parte las emulsiones con gasoil tienen una forma

91

diferente al de los demás aceites, tanto el punto dos como

el cinco dan mayor tiempo de estabilidad que las demás

emulsiones con los distintos tipos de aceites, donde el

punto dos a una concentración del surfactante en el tubo

con un porcentaje de 0,35% aproximadamente, da un tiempo de

117 minutos al igual que punto cinco con 0,5% y con un

tiempo de 123 minutos, los demás puntos tiene un tiempo

menor de 1 minuto, siendo el comportamiento de las

emulsiones con este tipo de aceite de forma distinta a

las demás emulsiones.

0.3 0.35 0.4 0.45 0.529

31

33

35

37

39

41

Influencia de soluciones previamente preparadas con los diferentes tipos de aceites y coque de petróleo en la estabilidad de la

emulsión

KeroseneGasoilVassa


Tiem

po d

e es

tabi

liza

ción

de

cada

tu

bo (

min)



aproximadamente de 3% y los diferentes tipos de aceites

aplicando el protocolo 2.

92

La Figura 4.10 muestra el comportamiento de las curvas, que

representan las emulsiones preparadas con base al protocolo

2. La idea de este protocolo de incorporar un día antes el

coque de petróleo a los diferentes aceites, es para que

haya una mejor incorporación y afinidad entre estos

componentes.

Como se puede observar para los diferentes porcentajes de

solución madre el gasoil tuvo un comportamiento distinto en

comparación con el resto de los aceites, formando sistemas

heterogéneos y en otros casos homogéneos luego de aplicar

la prueba de la botella, esto se debe a la migración de

partículas de coque de petróleo a la interfase, conocido

este fenómeno como segregación molecular. En los sistemas

heterogéneos se presentó aglomeración de partículas, los

cuales se separaban de forma rápida en un tiempo menor a un

1 min y en los sistemas homogéneos se obtuvieron tiempos de

estabilización mayores con el gasoil que con el resto de

los aceites. Tanto para el kerosene como para el aceite

vassa, a los diferentes porcentajes de solución madre de

surfactante, se observó un comportamiento similar después

de la agitación. Se obtuvieron soluciones homogéneas luego

de aplicar la prueba de la botella, además se observó que

con kerosene se obtuvo un mayor tiempo de estabilización

que con el aceite vassa. Para éste último a medida que

disminuía el volumen del surfactante disminuía también el

tiempo de estabilización, en cambio con kerosene aumentaba

el tiempo de estabilización a medida que disminuía la

93

concentración del surfactante. A continuación se muestra la

caracterización del kerosene y gasoil, realizada a partir

de la cromatografía de gases - espectrometría de masas.

Figura. 4.11 Caracterización del análisis por

espectrometría de masa del kerosene.

Figura. 4.12 Caracterización del análisis por

espectrometría de masa del gasoil.

94

Para la caracterización de los tipos de aceites se demostró

que el kerosene contiene un mayor porcentaje de grupos

parafínicos, a diferencia del gasoil que posee un mayor

porcentaje de grupos aromáticos. Debido a que el coque de

petróleo es un subproducto que contiene un alto porcentaje

de carbono, la afinidad con los dos tipos de aceites

debería ser alta, sin embargo su comportamiento

experimental muestra mayor afinidad con el kerosene. Esto

indica que el coque de petróleo tiene mayor interacción

molecular y mejor adaptación al sistema emulsionado con

kerosene. Ahora bien, cuando el gasoil forma una dispersión

homogénea, su tiempo de estabilización es mayor, pero

proporciona emulsiones inestables en cada barrido realizado

para los diferentes protocolos, lo que resulta engorroso al

momento de trabajar con este tipo de aceite. Por esta razón

el aceite seleccionado para trabajar con el resto de las

emulsiones correspondientes a los diferentes protocolos es

el kerosene, que presenta un comportamiento similar en

todos los barridos realizados.

95

4.2 ANALIZAR LA INFLUENCIA DE LA CANTIDAD AÑADIDA DE COQUE

DE PETRÓLEO EN LA ESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN.

La cantidad de coque de petróleo a añadir es un factor

determinante para poder evaluar la estabilidad que puede

alcanzar la emulsión. De acuerdo a este parámetro se puede

analizar la función de las partículas de coque de petróleo

como estabilizantes de emulsiones en forma de sólidos

finamente divididos. Es importante resaltar que las

cantidades a añadir de partículas de coque de petróleo se

determinaron a partir de experimentos anteriores, tomados

de la referencia (Yan. N 2001), donde trabajaron con

diferentes sólidos como estabilizantes de emulsiones,

formulando emulsiones para así poder llevar a cabo

96

relaciones y conversiones necesarias con diferentes WOR. En

este caso se procede a variar las cantidades de masa de

coque de petróleo para luego observar su comportamiento en

la emulsión.

Las partículas sólidas finamente divididas son fuente de

estudio para la estabilización de emulsiones, es importante

entender que la incorporación de estas partículas debe

hacerse en la fase donde presenta una mayor afinidad a fin

de permitir la interacción entre las partículas de coque

de petróleo y las fases, para estabilizar las emulsiones.

La estabilización se produce cuando las partículas son

parcialmente mojadas por ambas fases en contacto, además de

ser adsorbidas en la interfase entre las gotas. (Sullivan,

A; 2002)

Para determinar la influencia de la cantidad de coque de

petróleo añadida en la estabilidad de la emulsión, se

elaboraron las siguientes tablas:

97

Tabla 4.19. DATOS NECESARIOS PARA LA FORMULACIÓN DELPROTOCOLO 1 CON LAS DISTINTAS CANTIDADES DE COQUE

DE PETRÓLEO EN LAS EMULSIONESWOR 1:1/50:50

Tipo de surfactante NFE (nonilfenol etoxilado)10

Tipo de aceite KerosenePorcentaje de surfactante


Tipo de protocolo Surfactante, agua, aceite ycoque


Tabla 4.20. VARIABLES NECESARIAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LAESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN CON LAS DISTINTAS CANTIDADES

DE COQUE DE PETRÓLEO

Nº Tubo

Porcentaje desurfactante(%)

Volumende

surfactante (mL)

Volumende agua(mL)

Volumende

aceite(mL)

Cantidadde coque

depetróleo

(g)1

0,322311 1,1 3,9 5

0,18082 0,14943 0,09834 0,05005 0,0099

Tabla 4.21. TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE LA EMULSIÓN PARA LASDISTINTAS CANTIDADES DE COQUE DE PETRÓLEO

NºTubo

Tiempo deestabilizacióna un volumende 2,5 mL

Observaciones

1 49 min Se formó inicialmente una soluciónhomogénea de color gris oscuro, queposteriormente ascendía de forma lenta,

2 47 min3 38 min

98

observándose una interfase color negro.Finalmente la zona de aceite-coquepresenta un mayor volumen que la delagua.

4 36 min

5 34 min

99

Manteniendo fijo los volúmenes de surfactante nonilfenol

etoxilado 10 (NFE-10), los volúmenes de agua y de kerosene, se

observa que a medida que aumenta la cantidad añadida de coque

de petróleo a la dispersión aumenta el tiempo de

estabilización de la emulsión. La presencia de sólidos en la

emulsión (coque de petróleo), favorece en este caso la

estabilidad de la emulsión, pues estas se ubican en la

interfase, fortaleciendo las repulsiones estéricas mediante la

formación de una barrera mecánica, que impide el drenaje de la

película y la posterior coalescencia de la emulsión. (Adamson.

A.W; 1967)

Otra explicación por la que las partículas sólidas estabilizan

una emulsión es la formación de agregados, en este caso el

coque de petróleo, las cuales son capaces de encapsular dentro

de sí gotas de fase interna impidiendo su sedimentación o

coalescencia. Sin embargo, para el tipo de WOR utilizado de

relación 1:1, una parte de coque de petróleo se sedimenta en

los tubos de ensayos de forma gravitacional, esto es debido a

la gran cantidad de partículas de coque de petróleo con que se

trabaja para este tipo de WOR y también por la diferencia de

tamaño en la distribución de partículas de coque de petróleo

de (80-100) μm, donde las partículas de mayor tamaño dentro de

este rango, se depositan en el fondo del tubo por gravedad,

mientras que en los tubos con menor cantidad, el coque de

petróleo permanecía homogéneo en la dispersión luego de haber

aplicado la prueba de botella donde se agitó el sistema. Por

lo anteriormente expuesto, se observa que debido a que las

100

cantidades de coque de petróleo agregadas a los tubos 1 y 5

son diferentes (el tubo 1 presenta 0.1709 g más que el tubo

5), la diferencia entre sus respectivos tiempos de

estabilización resulta bastante significativa, donde la

emulsión del tubo 1 presentó 49 min de estabilidad y el tubo 5

fue de 34 min.

A continuación se muestra la gráfica, donde se refleja el

comportamiento de las emulsiones formuladas con coque de

petróleo con Kerosene.

0.00980000000000004

0.0298

0.0498

0.0698

0.0898

0.1098

0.1298

0.1498

0.1698

0.1898

3236404448

Comportamiento de la estabilidad de la emulsión de acuerdo a la cantidad

añadida de coque de petróleo

Masa de Coque de petróleo en cada tubo (g)

Tiem

po d

e es

tabi

liza

ción

de

cada

tu

bo (

min)

Figura 4.13. Tendencia de la estabilidad de la emulsión con

respecto a la cantidad añadida de coque de petróleo.

En base a la Figura 4.13 se observa que a medida que aumenta

la cantidad de coque de petróleo, se incrementa el tiempo en

que la emulsión es estabilizada. Este resultado indica, que

101

las partículas de coque de petróleo si están actuando como

estabilizantes de emulsiones puesto que estas se posicionan en

la interfase de la emulsión, ayudando a la dispersión de

ambas fases (fase oleica y fase acuosa), lo cual se ve

favorecido debido a que las partículas de coque de petróleo

se encontraban finamente divididas, conllevando a las

partículas a presentar una afinidad tanto por la molécula

polar (agua) como por la molécula apolar (aceite).

Por otra parte, tras realizar un blanco (ver apéndice C),

donde se prepara una emulsión en ausencia de coque de

petróleo, con un porcentaje de surfactante NFE 10 de 0,324379

% en la emulsión similar al porcentaje empleado en la

formulación de las emulsiones con coque de petróleo, se

observa un tiempo de estabilización de 62 minutos. Al comparar

este tiempo con los tiempos de las emulsiones de coque de

petróleo presentados en la Tabla 4.21, se puede observar que

este tiempo es superior a todos los tiempos alcanzados por

dichas emulsione. Este resultado indica que a pesar de que la

presencia del coque de petróleo genera un tiempo de

estabilidad adecuado en las emulsiones para este tipo de WOR,

éste no mejora el tiempo de estabilidad obtenido por los

sistemas donde no es empleado el coque. Esta condición puede

verse relacionada con que las partículas sólidas de coque de

petróleo, a pesar de que se encuentren finamente divididas,

generen gran peso en la interfase de la emulsión, ocasionando

poco a poco su ruptura.

102

Así mismo se preparó un sistema con agua, kerosene y coque de

petróleo esta vez en ausencia de surfactante, esto se

implementó para el objetivo 1. Los tiempos de estabilización

máximos de dichas emulsiones fueron aproximadamente de 7 min,

formándose una emulsión de muy baja estabilidad, lo que indica

que la capacidad estabilizadora del coque de petróleo no es

suficientemente alta para sustituir parcial o totalmente al

surfactante o emulsionante en la preparación de emulsiones

O/W.

103

4.3 ESTABLECER LA MORFOLOGÍA DE LA EMULSIÓN A ELABORAR.

Para comprender la morfología de las emulsiones es necesario

saber a qué se refiere. Se entiende por morfología de una

emulsión al estudio o análisis que por medio de técnicas,

métodos y equipos permite visualizar las fases de las

emulsiones, es decir cómo se encuentra conformado para los

distintos sistemas emulsionados. Es importante destacar que

al momento de realizar la formulación de las emulsiones, se

deben tomar en cuenta las fases que se desean obtener.

Sujeto a este objetivo, se involucran los demás objetivos,

con la finalidad de encontrar sistemas más favorables a las

emulsiones de tipo (O/W), donde la fase dispersa o interna

es el aceite y la fase continúa o externa es el agua. Uno de

esos métodos y técnicas aplicadas para conocer la morfología

de una emulsión es la prueba de la gota, esta técnica

verifica de manera sencilla las fases presentes en la

emulsión, tras haber agitado el sistema.

A continuación se presentan las Tablas empleadas para los

diferentes protocolos, donde se muestra como el tipo de

protocolo a emplear con sus respectivos volúmenes y

porcentajes influyeron en el resultado de la morfología de

la emulsión tras aplicar la prueba de la gota.

104

Tabla 4.1. DATOS NECESARIOS PARA LA REALIZACIÓN DEL PROTOCOLO 1 CON UN PORCENTAJE DE SURFACTANTE DE 1%

WOR 1:1/50:50Tipo de surfactante NFE (nonilfenol etoxilado) 10Tipos de aceites Kerosene Gasoil VassaPorcentaje de

surfactante soluciónmadre

1,0298% 1,0175% 1,0298%


Tabla 4.22 VARIABLES NECESARIAS PARA LA FORMULACIÓN DE LA EMULSIÓNDEL PROTOCOLO 1 CON UN PORCENTAJE DE SURFACTANTE DE 1 %

APLICANDO LA PRUEBA DE LA GOTA

NºTubo


Volumende

surfactante(mL)

Volumen deagua(mL)

Volumen de

aceite(mL)

Masa deCoquede

Petróleo (g)

Tipode

aceite

Pruebade laGota

1 0,308940 3 2 5 0,1798

Kerosene (O/W)

2 0,350132 3,4 1,6 0,1793

3 0,411920 4 1 0,1798

4 0,453112 4,4 0,6 0,1804

5 0,494304 4,8 0,2 0,1800

6 0,305250 3 2 0,1799

Gasoil

(W/O)

7 0,345950 3,4 1,6 0,1800 (O/W)

8 0,407000 4 1 0,1801 (O/W)

9 0,447700 4,4 0,6 0,1801 (W/O)

10 0,488400 4,8 0,2 0,1800 (W/O)

11 0,308940

3 2 0,1799 Vassa (O/W)

106

12 0,350132 3,4 1,6 0,1799

13 0,411920 4 1 0,1804

14 0,453112 4,4 0,6 0,1804

15 0,494304 4,8 0,2 0,1800

Tabla 4.4. DATOS NECESARIOS PARA LA REALIZACIÓN DEL PROTOCOLO 1 CONUN PORCENTAJE DE SOLUCIÓN MADRE DE SURFACTANTE DE 2%



2,0030% 2,0029% 2,0030%



DE 2 % APLICANDO LA PRUEBA DE LA GOTA

NºTubo


Volumende

surfactante(mL)

Volumen deagua(mL)


Masade

Coquede

Petróleo (g)

Tipode

aceite

Prueba dela

Gota

1 0,30045 1,5 3,5 5 0,1821

Kerosene (O/W)

2 0,36054 1,8 3,2 0,18293 0,40060 2 3 0,17994 0,46069 2,3 2,7 0,17975 0,50075 2,5 2,5 0,1806

6 0,300435 1,5 3,5 0,1806 Gasoil (W/O)

7 0,360522

1,8 3,2 0,1804 (W/O)

107

8 0,40058 2 3 0,1803 (O/W)9 0,46069 2,3 2,7 0,1800 (O/W)10 0,50075 2,5 2,5 0,1801 (O/W)11 0,30045 1,5 3,5 0,1791

Vassa (O/W)12 0,36054 1,8 3,2 0,178813 0,40060 2 3 0,180814 0,46069 2,3 2,7 0,179315 0,50075 2,5 2,5 0,1799

Tabla 4.7. DATOS NECESARIOS PARA LA REALIZACIÓN DEL PROTOCOLO 1CON UN PORCENTAJE DE SOLUCIÓN MADRE DE SURFACTANTE DE 3%



2,9301% 2,9489% 2,9301%


Tabla 4.24 VARIABLES NECESARIAS PARA LA FORMULACIÓN DE LA EMULSIÓNDEL PROTOCOLO 1 CON UN PORCENTAJE DE SURFACTANTE DE 3 %


NºTubo

Porcentaje de

surfactante (%)

Volumende

surfactante (mL)

Volumen deagua(mL)

Volumen de

aceite(mL)

Masade

coquede

petróleo (g)

Tipode

aceite

Prueba delaGota

1 0,322311 1,1 3,9

5

0,1796

Kerosene (O/W)

2 0,351612 1,2 3,8 0,1798

3 0,410214 1,4 3,6 0,1816

4 0,468816 1,6 3,4 0,1804

5 0,498117 1,7 3,3 0,1805

108

6 0,324379 1,1 3,9 0,1800

Gasoil

(W/O)

7 0,353868 1,2 3,8 0,1803 (O/W)

8 0,412846 1,4 3,6 0,1804 (W/O)

9 0,471824 1,6 3,4 0,1803 (W/O)

10 0,501313 1,7 3,3 0,1803 (O/W)

11 0,322311 1,1 3,9 0,1794

Vassa (O/W)12 0,351612 1,2 3,8 0,1803

13 0,410214 1,4 3,6 0,1807

14 0,468816 1,6 3,4 0,1801

15 0,498117 1,7 3,3 0,1796

Tabla 4.10. DATOS NECESARIOS PARA LA REALIZACIÓN DEL PROTOCOLO 2CON UN PORCENTAJE DE SOLUCIÓN MADRE DE SURFACTANTE DE 3%

WOR 1:1/50:50Tipo de surfactante NFE (nonilfenol etoxilado) 10

Tipo de aceite Kerosene/ Gasoil/ VassaPorcentaje de Surfactante


Tipo de protocolo Surfactante, agua, coquedentro del aceite



DE 3 % APLICANDO LA PRUEBA DE LA GOTA

NºTubo

Porcentaje de

surfactante (%)

Volumende

surfactante (mL)

Volumen deagua(mL)

Volumen de

aceite(mL)

Masade

coquede

petróleo (g)

Tipode

aceite

Prueba delaGota

1 0,322311 1,1 3,9 5 0,1800 Kerosene

(O/W)2 0,351612 1,2 3,8 0,1792

109

3 0,410214 1,4 3,6 0,17944 0,468816 1,6 3,4 0,18015 0,498117 1,7 3,3 0,17946 0,322311 1,1 3,9 0,1801

Gasoil (O/W)7 0,351612 1,2 3,8 0,17948 0,410214 1,4 3,6 0,18089 0,468816 1,6 3,4 0,180410 0,498117 1,7 3,3 0,179311 0,351612 1,1 3,9 0,1802

Vassa (O/W)12 0,350132 1,2 3,8 0,180313 0,410214 1,4 3,6 0,180514 0,468816 1,6 3,4 0,180515 0,498117 1,7 3,3 0,1810

Tabla 4.13. DATOS NECESARIOS PARA LA REALIZACIÓN DEL PROTOCOLO3 EN AUSENCIA DE SURFACTANTE

WOR 1:1/50:50Tipo de protocolo Agua, aceite y coque de

petróleoNúmero de protocolo 3

Tabla 4.26 VARIABLES NECESARIAS PARA LA FORMULACIÓN DE LAEMULSIÓN EN AUSENCIA DE SURFACTANTE PARA EL PROTOCOLO 3 APLICANDO LA PRUEBA DE LA GOTA

Nº TuboVolumen de

agua(mL)



Tipo deaceite

Pruebade laGota

15 5

0,1807 Kerosene(W/O)2 0,1791 Gasoil

3 0,1794 Vassa

110

Tabla 4.16. DATOS NECESARIOS PARA LA REALIZACIÓN DEL PROTOCOLO4 EN AUSENCIA DE SURFACTANTE

WOR 1:1/50:50Tipo de protocolo Agua y aceite con coque de

petróleoNúmero de protocolo 4

Tabla 4.27 VARIABLES NECESARIAS PARA LA FORMULACIÓN DE LAEMULSIÓN EN AUSENCIA DE SURFACTANTE PARA EL PROTOCOLO 4


Nº TuboVolumende Agua(mL)

Volumende Aceite

(mL)

Cantidadde Coque

dePetróleo

Tipo deAceite

Pruebade laGota

15 5

0,1794 Kerosene(W/O)2 0,1808 Gasoil

3 0,1792 Vassa

111

De acuerdo a los resultados obtenidos para cada protocolo se

pudo observar que en los diferentes casos para la fase

continua (kerosene y el aceite vassa) se obtuvo una emulsión

de tipo (O/W) mientras que el gasoil presentó un

comportamiento distinto, donde en algunos casos se obtuvieron

emulsiones de tipo (O/W) y en otros (W/O), esto se debe a que

el gasoil presenta mayor contenido de aromáticos, permitiendo

que ocurra la segregación interfacial donde se hace presente

la conformación del surfactante. Al resultado de emulsiones

de tipo (W/O) se les denomina una inversión a las emulsión

debido a que la formulación estipulada era del tipo

(O/W).Cuando la fase dispersa pasa a ser la fase continua y la

fase continua pasa a ser la fase dispersa, no es propiamente

la separación de fases, sino el paso de una emulsión del tipo

(O/W) a (W/O) o viceversa.

En la práctica, frecuentemente varía la formulación o la

composición durante la emulsificación, por lo que este tipo de

inversión se califica como “dinámica”, debido a que se produce

luego de un cambio de una de las variables del sistema,

caracterizándolo como sistema SOW. En casos más complejos, se

pueden presentar cambios tanto en la formulación como en la

composición. Un proceso de inversión comienza con una

morfología dado que se invierte para una opuesta emulsión por

variaciones en las propiedades. Este tipo de inversión se

conoce como inversión de fase catastrófica (IFC), ocurre

generalmente cuando la emulsión se comporta de forma

incorrecta (anormal), en la que la morfología de la emulsión

112

no corresponde a su formulación. Por lo tanto, el destino de

la emulsión corresponde a la inversión de la morfología,

producida por un gran aumento de la tasa de coalescencia de

las gotas. Esto puede ser provocado por la adición de un

tensioactivo o cualquier partícula que pueda mejorar

significativamente la coalescencia de las gotas.

Adicionalmente la coalescencia se conoce como un fenómeno que

se encuentra involucrado en el sistema provocando

inestabilidad y a su vez una inversión a la emulsiones. Esto

se produce sólo cuando se vencen las barreras energéticas

asociadas con las capas de emulsionante adsorbido y la

película de fase continua entre ellas. (Emilio A. Paruta T.

2008)

Por lo antes mencionado es importante encontrar y mantener un

sistema equilibrado que pueda proporcionar a nivel interfacial

el mayor tiempo posible de estabilidad, donde no pierda su

identidad en el sistema pre-equilibrado. Este resultado

depende de la naturaleza y de las proporciones de las fases,

pero también de la forma según la cual se lleva a cabo la

emulsificación. Eso incluye no solo el manejo del equipo, sino

también las condiciones del mismo. A menudo es aconsejable la

programación temporal y espacial de estas condiciones. Otro

método aplicado en la determinación de la morfología de una

emulsión, es la microscopía óptica, se considera como uno de

los métodos más preciso para visualizar y determinar

diferentes parámetros. De acuerdo a esto, se presenta a

continuación una tabla que indica los sistemas preparados,

113

para así observar mediante la microscopía óptica las

diferencias al variar ciertos parámetros en los sistemas y

poder explicar lo sucedido en cada uno de ellos; estos a su

vez involucran a cada uno de los objetivos planteados.

114

Tabla 4.28 DATOS NECESARIOS PARA LA PREPARACIÓN DE LOS SISTEMA A EMULSIONAR POR EL MÉTODO DE VÍA HÚMEDA

Tabla 4.29 VARIABLES NECESARIAS PARA LOS DISTINTOS SISTEMAS A EMULSIONAR POR EL MÉTODO DE VÍA HÚMEDA

NºTubo

Surfactante

Porcentaje desolución madredel

surfactante(%)

Porcentaje desurfactante enel tubo

deensayo(%)

Porcentaje dela

solución NaCl(%)

Volumen de

surfactante(mL)

Volumende agua(mL)


Volumen dela

solución

NaCl(mL)

MasadeCoquede

Petróleo (g)

Distribucióndel tamañode partículade coque depetróleo

(μm)

1 NFE 10 2,9499 0,324489 0 1,1 3,9 5 0 0,1809 < 106

2 0,501483

0 1,7 3,3 0 0,1810 < 106

3 0,324489

0 1,1 3,9 0 0,0105 < 106

4 0,324489

0 1,1 3,9 0 0,1806 < 75

5 0,32448 0 1,1 3,9 0 0,0995 < 75

115

WOR 1:1/50:50Tipo de surfactante NFE (nonilfenol etoxilado)

Tipo de aceite Kerosene

96 0,32448

90 1,1 3,9 0 0,1800 < 53

7 0,324489

0 1,1 3,9 0 0,0106 < 53

8

NFE 09 2,9427 0,323697

0 1,1 3,9 0 0,0100 < 1069 0 1,1 3,9 0 0,0103 < 7510 0 1,1 3,9 0 0,0999 < 5311 0,01 1,1 3,5 0,4 0,0105 < 7512 0,01 1,1 3,5 0,4 0,0101 < 53

116

La herramienta que permitió conocer el comportamiento de la

morfología de las emulsiones es la técnica de microscopia

óptica que a través de éste se logró visualizar los tipos de

sistemas obtenidos, además de observar el tamaño de la gota,

capturando imágenes a diferentes aumentos focales (50X, 200X

y 400X). Observando las distintas imágenes, este programa

conocido como Imagen J, permite a través de una marca

micrográfica conocer la medida de los diámetros de las gotas

de las emulsiones en micras, calculando con facilidad los

valores, así como área específica y una previa detección de

contornos. La unidad con la que trabaja este equipo es

píxeles, es por eso que la marca es necesaria como una

referencia patrón. Se empleó la misma cámara con la misma

resolución con que se capturaron las imágenes de la

emulsiones, para así evitar errores.

A continuación se mostrarán las tres marcas micrográficas

tomadas con los distintos aumentos focales con que se

capturaron por medio de la microscopia óptica y se pudo

determinar el valor en pixeles para cada uno de los sistemas

emulsionados.

Figura. 4.14 Marca micrográfica para un aumento focal de 50 X.

117

1DIV=

Como lo indica la Figura 4.14 cada división equivale a 0,01mm,

para poder llevar las unidades en micrones (μm), que la unidad

con que se trabajó. Se debe entender que la finalidad de

utilizar la marca micrográfica es de tener un patrón para las

imágenes con que se trabajaron en 50X, por medio del programa

imagen J se pudo conocer el valor en píxel, conociendo

previamente que 0,01mm equivale a 10μm, entonces el valor

obtenido para esta figura fue de 19 píxel.

19Píxel=10μm

Figura 4.15 Marca micrográfica para un aumento focal de 200 X.

Para la Figura 4.15, de igual manera se realizó el mismo

procedimiento con la misma marca micrográfica con un aumento

focal de 200 X, determinando el valor por medio del programa

imagen J. El valor obtenido que indica dicho programa es que 1

DIV= 0,01mm= 10μm, donde la medida fue de 78 píxel. Una vez

conocido el valor, entonces se pueden transformar las medidas

indicadas en el programa de píxeles a micrones. 118

1DI1DIV= 0,01mm

78Píxel=10μm

Figura. 4.16 Marca micrográfica para un aumento focal de 400X.

Para la Figura 4.16, donde la marca micrográfica se utilizó

como un patrón de referencia a 400 X, se pudo calcular la

distancia que hay de un extremo al otro. En esta figura no se

observan fácilmente los bordes, por ende para corroborar el

resultado, se repitió 10 veces y se determinó el promedio de

acuerdo al programa de imagen J, donde el valor obtenido fue

de 190 Píxeles.

190Píxel=10μm

A continuación se presentan las distintas imágenes con los

distintos aumentos focales, donde se indica específicamente

las cantidades añadidas en cada formulación. (Toda esa

información lo podrá visualizar en la Tabla 4.29).

119

11DIV=



surfactante (NFE 10) de 2,9499% un porcentaje en el tubo de


distribución de tamaño de partícula <106 µm, a 50X de zoom.

120

6,842μm

3,157µm






121

4,230μm

1,0256μm

5,26μm

0,64μm











122

5,13µm

1,025µm








surfactante (NFE 10) de 2,9499%, un porcentaje en el tubo de123

5,5µm

1,41µm

4µm

0,53µm








124

5,26µm

0,63µm








125

4,49µm0,77µm

0,63µm

3,2µm









126

1,025µm

4,5µm








127

1,41µm

4,26µm

2,894µm

0,6µm









128

3,32µm

0,42µm





distribución de tamaño de partícula <106µm a 50X de zoom.

129

0,368µm

3,526µm

11,0526µm

1,578µm





distribución de tamaño de partícula <106µm a 400X de zoom.






130

4,487µm 0,512µm






131

3,842µm

0,897µm

4,87µm

0,512µm











132

3,53µm

0,157µm






µm a 200X de zoom.

133

3,578µm

0,2631µm

5,256µm

0,512µm






µm a 200X de zoom






µm a 400X de zoom.

Después de observar y analizar el tipo de emulsión, la segunda

información más importante es el tamaño de la gota. Es

necesario visualizar lo que sucede para cada uno de los

sistemas emulsionados estudiados por medio de la microscopia

134

3,894µm

0,3157µm

óptica, tomando en cuenta que al variar un parámetro en la

formulación se obtendrán diversos resultados, sin olvidar que

se debe cumplir el objetivo de obtener emulsiones del tipo

(O/W), cada uno de esta figuras muestra que la emulsiones

resultantes son un sistemas polidispersos. El resultado de

este equilibrio depende de un gran número de factores, La

variación del tamaño de gota se estudia de manera similar a lo

largo de una exploración de la formulación, en la que todas

las emulsiones son realizada de acuerdo a un protocolo

estándar, utilizando el mismo dispositivo y las condiciones de

agitación (rotacional, velocidad y duración).

A continuación se explicará cada uno de los sistemas

preparados, con la finalidad de ver sus diferencias y lo

sucedido en cada uno de los tubos. Para todas las figuras que

se mostraron se observó que en la mayoría de los casos se

trataba de sistemas polidispersos donde algunos mantenían una

distancia entre gota y gota, mientras que para otros un

agrupamiento sin distancia alguna entre las gotas, y que en el

transcurso del tiempo se daba la ruptura del sistema

emulsionado. Por otra parte para la mayoría de las emulsiones

a diferentes aumentos focales, los diámetros de las gotas

fueron valores por debajo de 10μm, los cuales generalmente

producen emulsiones más estables, pero una amplia distribución

de tamaños de gotas resulta en general en emulsiones menos

estables.

Para el tubo 1 se observó aglomeración entre partículas de

coque de petróleo, lo que indica que no se incorporaron en el135

sistema, confirmando que dicha cantidad no es la adecuada para

el WOR en estudio. Cada parámetro al ser modificado, altera de

alguna manera los resultados, sin embargo al observar la

emulsión en estudio en la microscopia óptica se presenció que

el fluido permaneció estático, indicando que existe un tiempo

de separación lento antes de que ocurra la coalescencia. Otro

aspecto importante es la diferencia entre el tubo 1 y el tubo

2, donde el único parámetro que se varía es el porcentaje de

surfactante, para el tubo 1 fue de 0,324489% y para el 2 fue

de 0,501483% manteniendo como variables fijas el tipo de

surfactante siendo el NFE 10 y las cantidades de coque de

petróleo con un aproximado de 0,18 g, todos estos valores se

muestran en la Tabla 4.29. Para un aumento focal de 200X, los

valores de tamaños de gotas fueron semejantes entre tubo y

tubo, incluso se puede observar en la Figura 4.19 que el menor

diámetro de la gota fue de 0,64μm obteniendo menor diámetro de

gota que el tubo 1, mostrando una mayor distribución de

diámetros de gotas, mientras que el tubo 2 mostró un menor

tiempo de estabilidad a pesar de utilizar mayor porcentaje de

surfactante.

Con el tubo 3, se observó que al modificar la cantidad de

coque de petróleo en el sistema (0,0105g) y utilizando un

porcentaje de surfactante de 0,324489% se obtuvo un

comportamiento similar al tubo1 además de mantener una

estabilidad, observando por el equipo de microscopia óptica

que la gota en estudio permanecía estática, aportando

estabilidad a la emulsión, a diferencia del tubo 2 con un zoom

136

de 200X, donde se obtuvieron como diámetros de gotas 5,26μm y

de 0,64μm, sin olvidar que se utilizó un mayor porcentaje de

surfactante, lo cual debió proporcionar mayor estabilidad al

sistema. Sin embargo, esto no sucedió debido a la variación de

los parámetros empleados en esta emulsión. El tubo 3, a

diferencia de los tubos anteriores es que teniendo un aumento

focal o zoom de 400X, se presentaron emulsiones múltiples

(W/O/W), (ver Figura 4.21), otro aspecto resaltante de este

sistema es que a pesar de ser un sistema polidisperso, existen

separaciones entre gota y gota lo que favorece la estabilidad

en el sistema, retardando la colisión entre las moléculas y

evitando su ruptura.

Para el tubo 4, se varía la distribución del tamaño de

partícula de coque de petróleo por medio del orificio de la

maya del tamizado <75μm, mientras se mantiene la cantidad de

coque de petróleo de 0,1806 g y el porcentaje de surfactante

de 0,324489%. En las Figuras 4.22 y 4.23 se muestra a

diferentes aumentos focales, se observa un sistema

polidisperso con partículas de coque de petróleo que no se

encuentran incorporados al sistema. Al observar la Figura 4.28

se distingue la formación de emulsiones múltiples del tipo

(W/O/W). De una forma similar se formuló el tubo 5, variando

sólo la cantidad de coque de petróleo ( 0,0995g), dando como

resultado una mejor incorporación en el sistema de acuerdo a

su formulación, esto se debe a que los parámetros se modifican

para poder equilibrar el sistema y así mantener el sistema

emulsionado. El tubo 5, para un aumento focal de 200X mostró

137

como su mayor y menor diámetro de gota 4,49μm y 0,77μm,

respectivamente y para 400X de 3,2μm y de 0,63μm. Este

resultado indica una menor distribución de tamaño de gotas en

comparación con las emulsiones anteriores, resulta una

emulsión con mayor estabilidad que la del tubo 3.

Con respecto a las emulsiones 6 y 7, que contenía un

porcentaje de surfactante en los tubos de 0,324489% y

diferente masa de coque de petróleo cuya distribución de

tamaño de partícula por medio del orificio de la maya del

tamizado es <53μm, siendo 0,1800 g y 0,0106 g respectivamente.

La estabilidad de la emulsión 7 fue mayor, observándose

diámetros de gotas de 4,26μm y 1,41μm para un aumento focal

de 200X; diámetros de gotas de 3,32μm y 0,42μm para 400X. Sin

embargo, existe un valor resaltante en la emulsión 6, dónde a

un aumento focal de 400X se observaron valores de diámetros de

gotas de 2,894μm y 0,6μm, siendo valores muy bajos, permanece

estable el sistema por determinado tiempo, ya que la

distribución del tamaño de partículas de coque de petróleo empleado

es un factor indispensable para los sistemas en estudio. Sin

embargo, el emplear una mayor cantidad de coque petróleo en la

emulsión 6, conduce a un mayor tiempo de estabilidad, ya que

la emulsión 7 mostró el mayor tiempo de estabilidad cuando se

compara con todas las emulsiones estudiadas anteriormente.

También es importante mencionar que a mayores aumentos focales

se observó en algunos casos la formación de emulsiones

múltiples del tipo (W/O/W), lo que produce cambios en la

estabilidad de los sistemas estudiados y puede estar

138

relacionado al uso de surfactantes de diferentes NFE. Para los

sistemas del 1 al 7, se empleó el surfactante NFE (10) y las

emulsiones del 8 al 12 se prepararon con el surfactante NFE

(9), todas estas condiciones empleadas en las condiciones

estudiadas se pueden observar en la Tabla 4.29.

Las emulsiones 8, 9 y 10 se formularon de manera similar,

variando solo la distribución del tamaño de partículas de

coque de petróleo por medio del orificio de la maya del

tamizado, al momento de añadir las cantidades de coque a cada

sistema, con una distribución <106μm para el tubo 8, <75μm

para el 9 y para el tubo 10 <53μm, utilizando un surfactante

del tipo (NFE 9) y un porcentaje de surfactante en el tubo de

0,323697%. De las tres emulsiones mencionadas, el sistema 8

mostró la menor estabilidad, por tener un diámetro de gota de

11,056μm para un aumento focal de 50X, donde existe

aglomeramiento entre las gotas, lo cual genera inestabilidad,

que al compararlo con la emulsión 1 que tiene mayor cantidad

de coque de petróleo y un porcentaje de surfactante semejante

en las emulsiones, pero de diferentes NFE. Por esto se

consideran los siguientes aspectos entre las emulsiones 9 y

10:

Las emulsiones o macroemulsiones poseen un tamaño de gota

comprendida entre 1 y 100 µm.

Las emulsiones son sistemas termodinámicamente

inestables o meta-estables, es decir, con cierta

estabilidad cinética.

139

Ambos surfactante (NFE 9 y NFE 10) tiene afinidad con

ambas fases presentes en las emulsiones.

La distribución de diámetro de partículas de coque de

petróleo que genera mejor estabilidad en las emulsiones

se encuentra entre <75 µm y <53 µm.

Por ende una equilibrada o retardada emulsificación permite

que el equilibrio sea alcanzado entre tensioactivos para las

diferentes fases y hace que el sistema de emulsión sea menos

vulnerable a la puesta en marcha del mecanismo que involucre

la ruptura de los sistemas.

En los tubos 11 y 12, se presentaron sistemas que se

diferencian de todos los anteriores por tener en la

formulación 0,01% de solución de cloruro de sodio (NaCl) en la

fase acuosa para evitar inestabilidad en los sistemas. Y de

acuerdo a los resultados son diámetros de gotas que a pesar de

mantener un tiempo de estabilidad aceptable, la coalescencia

actúa de forma rápida y la tendencia se invierte para producir

gotas más grandes.

4.4 DETERMINAR LA DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS

DEL COQUE DE PETRÓLEO MEDIANTE LA DIFRACCIÓN DE LÁSER VÍA

SECA Y HÚMEDA.

140

La determinación del tamaño de partículas es fundamental para

toda investigación que involucre sólidos, ya que cada diámetro

de partícula del sólido genera diferencias en los sistemas

estudiados. En este caso una variación en el tamaño de

partículas del coque de petróleo, puede generar

características que diferencian a las emulsiones. Las

partículas de coque de petróleo y las demás en general, no

poseen una forma uniforme, por el contrario son de forma

irregular, por esta razón al momento de determinar su tamaño,

dichas partículas son llevadas a una proyección superficial de

una área semejante a la de una esfera por medio de

proyecciones horizontales y verticales de un analizador de

distribución de tamaño de partículas por difracción láser, el

cual es un equipo que presenta un alto rendimiento en: rango

de medición, velocidad, precisión, facilidad de uso y

funciones de software. El equipo mide el tamaño de partículas

en suspensiones o polvos secos dentro de un rango de (0,01-

3,000) micras, además permite realizar la medición por

diferentes métodos, como el método de vía seca y el método de

vía húmeda. El programa de manejo de datos de este equipo

analiza el tamaño de las partículas, basándose en la teoría de

Mie, la cual permite calcular la distribución de tamaño de

partículas a partir de una muestra inicial, en caso de aplicar

el método vía húmeda. La muestra inicial es la solución o

solvente con el que se está trabajando, para este caso es el

agua destilada y en caso de aplicar el método de vía seca, la

muestra inicial es el mismo sólido a analizar. Una vez

estandarizado el equipo, se procede a analizar las emulsiones.

141

La teoría de Mie trabaja con partículas de forma esférica de

soluciones homogeneizadas y a través de dispersiones de luz de

ángulos amplios, la adsorción de luz toma en cuenta toda la

distribución de tamaño de partícula que se encuentre en la

muestra en estudio, este proceso lo hace automáticamente el

equipo a través de un computador, generando la información

necesaria y realizando métodos de iteraciones en un tiempo

menor a 60 segundos. El método de vía seca, consta de colocar

la muestra de partículas en una columna de medida que trabaja

a base de aire comprimido con una intensidad de muestreo

constante, que pasa simultáneamente a través de una ventana

que detecta mediante la luz del láser el tamaño de las

partículas. La representación del proceso se observa en la

Figura 4.39.

142

Figura. 4.39. Procedimiento para medir el tamaño de partículas

del coque de petróleo por el método de vía seca.

En el equipo es utilizando la luz láser de Helio-Neón de 0,650

μm, de color rojo, la cual permite a ambos tipos de

difracciones dispersar a ángulos tanto grandes como pequeños,

además de tener una lámpara de Tungsteno-Halógeno con un

filtro óptico de 0,4 μm de color azul, que es aplicado solo

para las dispersiones de ángulos grandes. En la Figura 4.40 se

muestra la simulación de cómo trabajan juntas la dispersiones

de luz para detectar todas las partículas en la muestra que se

desea analizar, con el fin de garantizar el tamaño de

partícula real. Las partículas más grandes se dispersan en

ángulos pequeños y las más pequeñas se dispersan en ángulos

amplios. Una colección de partículas producirá un patrón de

luz dispersada, definido por la intensidad y el ángulo que

puede ser transformado en un resultado de distribución de

tamaño de partícula. El equipo consta de una serie de

fotodiodos para detectar la luz dispersada en la muestra.

Figura. 4.40. Dispersión de la luz láser de Helio-Neón y la

luz azul proveniente de la lámpara de Tungsteno-Halógeno para

la determinación del tamaño de partículas.

143

El resultado que se obtiene a través de este equipo es

representado en una gráfica, que indica la carga suministrada

en función del diámetro de la partícula. De una misma muestra

se capturan diversas imágenes a diferentes tiempos, para así

comparar su comportamiento. A través de los reflejos de la luz

de dispersión, la muestra refleja la transmitancia para cada

dispersión de luz ya mencionados, la cual debe estar

comprendida en un rango que involucre ambas fuentes de luz

(luz roja y azul). De esta manera se aseguran las condiciones

adecuadas para cada sistema como se muestra en la Figura 4.41,

que señala específicamente cuando el operador debe capturar la

imagen.

Figura. 4.41. Indicador del rango de transmitancia por medio

de las dispersiones de luz láser del difractómetro.

Para realizar un análisis de polvos o partículas, es necesario

obtener una distribución de diámetro de las partículas que lo

144

conforman, para lograrlo se debe analizar una muestra

significativa y realizar una distribución del tamaño de

partículas presente en dicha muestra. De esta manera se

tomaron tres muestras previamente tamizadas a diferentes

micras (53, 75 y 106) μm. A continuación se muestran tres

figuras que indican la distribución del diámetro de partículas

de coque de petróleo, donde se repitió 3 veces el mismo

análisis para cada tamaño de tamizado, con la misma muestra de

coque de petróleo, para verificar que la medición fuera

correcta.

145

Figura 4.42. Distribución del diámetro de partículas de coque de petróleo <53 μm.

146

Figura 4.43. Distribución del diámetro de partículas de coque de petróleo con un orificio de

apertura en la maya del tamiz <75 μm.

148

Figura 4.44. Distribución del diámetro de partículas de coque de petróleo con un orificio de

apertura en la maya del tamiz <106 μm.

149

Es importante conocer el tamaño de las partículas y también su

distribución, es decir, si son monodispersas o polidispersas.

Cuando todas las partículas que forman parte de una muestra

presentan un tamaño igual o similar se consideran

monodispersas, si por el contrario, presentan una gran

variabilidad en su tamaño, se consideran polidispersas. El

análisis de ambos parámetros resulta muy interesante desde el

punto de vista de los resultados que se obtienen, para así

poder entender qué ocurre en la emulsión y poder optimizar el

proceso cuando ciertos parámetros son modificados.

La primera gráfica indica que es una distribución polidispersa

y asimétrica. Por ser empleado el método de vía seca, este

tipo de muestra debe tener un porcentaje de transmitancia

mayor a 90 %, este resultado indica que la distribución de

partículas es tomada adecuadamente y que los resultados no son

erróneos, por otra parte las figuras obtenidas a diferentes

tiempos muestran un comportamiento similar. Para analizar las

diferentes figuras y determinar el diámetro de partícula, a

partir de la distribución de diámetros que se obtienen de la

muestra analizada, lo primero que debe hacerse es identificar

el valor que se obtuvo con una mayor distribución y porcentaje

de coque de petróleo, considerándose de la siguiente manera:

se selecciona la distribución de partículas que corresponda a

la mayor concentración de diámetros de las partículas de coque

de petróleo, seguidamente se observa en la figuras el mayor

porcentaje de coque de petróleo, de esa manera se analizarán

las distintas figuras. La Figura 4.42 posee una distribución150

de diámetros de partículas de coque de petróleo comprendida

entre (11-60) µm, siendo el mayor porcentaje de tamaño de

partícula 86%, que corresponde a un diámetro de partícula de

38µm.

La Figura 4.43 presenta una distribución polidispersa bimodal,

lo que quiere decir que posee dos picos, donde el pico más

alto contiene mayor distribución de diámetros de partículas de

coque de petróleo. Sin embargo no se desprecia por completo el

tamaño de partículas del pico más bajo, ya que esta

distribución marca la diferencia en las emulsiones. Por otra

parte, se conoce que una emulsión que contiene en la

formulación sólidos, “mientras más pequeño es el diámetro de

partícula mayor será el tiempo de estabilización” establecido

por (Salanger 1999), en este caso las partículas sólidas

corresponden a coque de petróleo, siendo este grupo menor a

20 µm para el primer pico y para el segundo pico la

distribución de partículas se encuentra entre (40-78) µm,

donde el mayor porcentaje de tamaño es de 94%, que corresponde

a un diámetro de partícula de 66µm.

Para la Figura 4.44 se tiene que es asimétrica y bimodal,

donde se observan dos picos, el primer pico es de menor

distribución de diámetro de partículas de coque de petróleo

menores a 20µm, a diferencia del segundo pico el cual posee

una distribución entre (80-100) µm con un mayor porcentaje de

tamaño de partícula de 82%, que corresponde a un diámetro de

partícula de 94µm.

151

Al comparar las Figuras 4.43 y 4.44 respecto al porcentaje de

tamaño de partículas de coque de petróleo, con los picos

obtenidos para la Figura 4.43 se observa que el pico con menor

porcentaje fue 44% y el de mayor porcentaje fue de 94%. En

cambio para la Figura 4.44, el pico con menor porcentaje de

partículas de coque de petróleo fue de 10% y el mayor pico fue

de 82%. Estos valores son de suma importancia ya que de

acuerdo a los datos obtenidos de las tres figuras, un grupo de

diámetros de partículas arrojan una mayor estabilidad a las

emulsiones a pesar de utilizar una amplia distribución de

partículas. La Figura 4.43 es la que proporciona una mejor

distribución de diámetros de partículas por tener un

porcentaje más alto en el mayor pico y por poseer un menor

tamaño de partículas de coque de petróleo (menores a 20 µm).

A continuación se presenta una tabla especificando cada

emulsión preparada, luego se presentan las distintas gráficas

con el porcentaje de tamaño de gotas en función del diámetro

de las mismas. De esta manera se determina la distribución de

diámetros de gotas, donde se repitió 3 veces el mismo

análisis para cada tamaño de tamizado, con la misma muestra de

coque de petróleo, para verificar que la medición fuera

correcta.

152

Tabla 4.30. DATOS NECESARIOS PARA LA REALIZACIÓN DE LAS EMULSIONES ESTUDIADAS EN EL EQUIPO DEDIFRACCIÓN LÁSER POR EL MÉTODO DE VÍA HÚMEDA

WOR 1:1/50:50Tipo de surfactante NFE (nonilfenol etoxilado)

Porcentaje de surfactante solución madre 100%Tipo de aceite Kerosene


NºTubo

Surfactante

Porcentajede soluciónmadre de

surfactante(%)

Porcentaje delsurfactante enel tubo

deensayo(%)

Volumende

surfactante (mL)

Volumende agua(mL)

Volumende

aceite(mL)

Volumende lasolución NaCl(mL)

Masa decoquede

petróleo (g)

Distribucióndel tamaño

de partículade coque depetróleo

(μm)

1 NFE (10) 2,9499 0,324489 1,1 3,9 5 0 0,0105 < 1062 0,0103 < 753 0,0099 < 534 0,1798 < 75

153

5

NFE (09) 2,9427 0,323697

1,1 3,9 00,0105 < 106

6 0,0100 < 757 0,0103 < 538

1,5 3,5 0,40,0101 < 106

9 0,0099 < 7510 0,0094 < 53 Tabla 4.31. VARIABLES NECESARIAS PARA LA FORMULACIÓN DE LA EMULSIONES ESTUDIADAS EN EL EQUIPO

DE DIFRACCIÓN LÁSER POR EL MÉTODO DE VÍA HÚMEDA

154

Figura 4.45. Unión de las tres curvas de la emulsión 1 en diferentes tiempos, para un surfactante(NFE 10) con una distribución del tamaño de partículas de coque de petróleo por medio del orificio de la

maya del tamizado < 106 μm en la emulsión elaborada.

155

Figura 4.46. Unión de las tres curvas de la emulsión 2 en diferentes tiempos, para unsurfactante (NFE 10) con una distribución del tamaño de partículas de coque de petróleo por medio del

orificio de la maya del tamizado < 75 μm en la emulsión elaborada.



156

Figura 4.48. Unión de las tres curvas de la emulsión 4 en diferentes tiempos, para un surfactante(NFE 10) con una distribución del tamaño de partículas de coque de petróleo por medio del orificio de la

maya del tamizado < 75 μm en la emulsión elaborada.

157



Figura 4.50. Unión de las tres curvas de la emulsión 6 en diferentes tiempos, para un surfactante(NFE 09) con una distribución del tamaño de partículas de coque de petróleo < 75 μm en la emulsión

elaborada.

158

Figura 4.51. Unión de las tres curvas de la emulsión 7en diferentes tiempo, para un surfactante(NFE 9) con una distribución del tamaño de partículas de coque de petróleo < 53 μm en la emulsión

elaborada.

159

Figura 4.52. Unión de las tres curvas de la emulsión 8 en diferentes tiempos, para un surfactante(NFE 9) con un porcentaje de solución de NaCl y con una distribución del tamaño de partícula de coque

de petróleo < 106 μm en la emulsión elaborada.

Figura 4.53. Unión de las tres curvas de la emulsión 9 en diferentes tiempos aplicado para unsurfactante (NFE 9) con un porcentaje de solución de NaCl y con una distribución del tamaño de

partícula de coque de petróleo < 75 μm en la emulsión elaborada.

160

Figura 4.54. Unión de las tres curvas de la emulsión 10 en diferentes tiempos aplicado para unsurfactante (NFE 9) con un porcentaje de solución de NaCl y con una distribución del tamaño de

partícula de coque de petróleo < 53 μm en la emulsión elaborada.

161

A partir de los resultados obtenidos por medio del método de vía

húmeda, se debe aclarar que al realizar la agitación de las

emulsiones utilizando el equipo de ULTRA TURRAX, se obtiene una

disminución en el porcentaje de tamaño de partículas. Al

incorporar el coque al sistema, la interacción que tienen las

partículas con la fase acuosa y oleica presentes en la emulsión,

el tomar las muestras y diluirlas en el respectivo solvente, son

factores que influyen en la disminución del porcentaje en las

partículas de coque de petróleo, al igual que la distribución

del diámetro de las gotas.

Todas las muestras analizadas mediante el método de difracción

vías seca corresponden a los grupos de partículas de coque de

petróleo presentados en la Tabla 4.32.

Tabla 4.32 DATOS OBTENIDOS DE LA DISTRIBUCIÓN DE DIÁMETRO DEPARTÍCULAS DE COQUE DE PETRÓLEO A PARTIR DEL ORIFICIO

DE LA MAYA DEL TAMIZ POR EL MÉTODO DE VÍA SECA

Apertura de la Maya del Tamiz

(µm)

Distribución de diámetro de

partículas de coque de

petróleo por el método de vía

seca. (µm)<53 (11-60)<75 (40-78)<106 (80-100)

162

Las condiciones con que se trabajaron las emulsiones que se

analizaron por medio de la difracción láser por el método de vía

húmeda se expresan en la Tabla 4.31. Las primeras tres emulsiones

se prepararon con las mismas condiciones variando solo la

distribución de partículas de coque de petróleo, con el fin de

analizar la estabilidad que presenta cada emulsión con los

diferentes tamaños de partículas de coque de petróleo.

Se muestra para la Figura 4.45 a una distribución de diámetro de

partículas calculada previamente por vía seca de (80-100) µm, la

distribución del diámetro de partículas obtenida por vía húmeda

se encuentra entre el rango de (27-59) µm. Para la Figura 4.46 a

una distribución de diámetro de partículas calculada previamente

por vía seca de (40-78) µm, la distribución del diámetro de

partículas obtenida por vía húmeda se encuentra entre el rango de

(9-50) µm. Para la Figura 4.47 a una distribución de diámetro de

partículas calculada previamente por vía seca de (11-60) µm, la

distribución del diámetro de partículas obtenida por vía húmeda

se encuentra entre el rango de (32-55) µm, esta última representa

la mayor distribución de diámetro de partícula para esta Figura.

De las tres figuras, la que proporcionó una amplia distribución

de diámetro de partículas de coque de petróleo, y que a su vez

dichas partículas poseen un menor diámetro en comparación a las

demás, es la Figura 4.46. Esto se debe a que la distribución de

diámetro de partícula comprendida en la formulación de la

163

emulsión, corresponde el tamizado de las partículas de coque de

petróleo < 75 µm.

En la Figura 4.48 se modificó la cantidad de coque de petróleo

incorporado al sistema, que fue de 0,1798 (g), a diferencia de

las demás gráficas donde las cantidades de coque de petróleo

están alrededor de 0,01 (g), además de trabajar con una

distribución de partículas por vía seca de (40-78) µm, que

corresponden a un diámetro de tamizado < 75 µm. Los resultados

de esta muestra comprendían una distribución de diámetro de

partícula entre (5-50) µm. Su distribución se expande con mayor

proporción hacia el valor de 50 µm, lo que genera inestabilidad

al sistema. Para las figuras correspondientes a las emulsiones 5,

6 y 7 que a diferencia de las emulsiones 1, 2 y 3, se formularon

con (NFE 10), se muestra que al cambiar un valor de una variable

puede perjudicar o beneficiar dependiendo del caso.

La Figura 4.49, la cual corresponde a una distribución de tamaño

de partículas de coque de petróleo de (80-100) µm por medio del

método de vía seca, obtuvo una distribución de diámetro de gotas

de las emulsiones (5-68) µm por vía húmeda. La Figura 4.50 que

trabajó con una distribución de partículas de coque de petróleo

de (40-78) µm vía seca, obtuvo una distribución de diámetro de

gota de (14-41) µm por vía húmeda. Por último la Figura 4.51 que


de menor tamaño que las anteriores, el cual fue de (11-60) µm por

164

vía seca, obtuvo una distribución de diámetro de gota de (9-64)

µm por vía húmeda. El hecho de haber cambio el número de moles

etoxilados del surfactante mejora la estabilidad de las

emulsiones, beneficiando al sistema.

Al comparar la distribución del diámetro de partículas de coque

de petróleo de las Figuras (4.45, 4.46 y 4.47) con respecto a las

Figuras (4.49, 4.50 y 4.51), estas últimas presentaron mayor

distribución del diámetro de gotas y menor porcentaje en el

tamaño de las partículas, además de la tendencia de las curvas se

ve reflejada hacia la izquierda, obteniendo valores con menor

diámetro de gotas, lo que proporciona estabilidad a las

emulsiones. Por el contrario, las Figuras (4.45, 4.46 y 4.47)

poseen un mayor porcentaje de tamaño de partículas, dando de esta

manera una mayor distribución del diámetro de las gotas, además

se observa que las curvas tienden hacia la derecha, dirigiéndose

hacia los valores de mayor distribución de diámetro de gotas.

Las últimas tres figuras corresponden a las emulsiones 8, 9 y 10;

que son sistemas preparados utilizando una solución de NaCl,

donde se empleó el surfactante NFE 9. Para la Figura 4.52 se


de (80-100) µm por vía seca y se obtuvo una distribución de

diámetro de gotas de (23-59) µm. Para la Figura 4.53 se trabajó

con una distribución de partículas de coque de petróleo de (40-

78) µm por vía seca y se obtuvo una distribución de diámetro de

gotas de (27-55) µm. Para la última Figura 4.54, se trabajó con

165

una distribución de partículas de coque de petróleo de (11-60) µm

por vía seca y se obtuvo una distribución de diámetro de

partículas de gotas de (14-41) µm. todas esta distribuciones de

diámetros de gotas obtenidas luego de formular las emulsiones con

sus respectivas variables y condiciones de operación, fueron

determinadas mediante la difracción láser vía húmeda.

Los estudios realizados demuestran la importancia de conocer la

distribución de los diámetros de las partículas sólidas en los

sistemas de emulsiones que actúan como estabilizantes de

emulsiones, para poder conocer a nivel interfacial su influencia

en la estabilidad de dichas emulsiones y así lograr optimizar los

sistemas.

4.5 INTERPRETAR LA INFLUENCIA DE LA HIDROFILICIDAD DEL

SURFACTANTE SOBRE LA ESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN.

El análisis de este objetivo consiste en conocer como el

surfactante nonilfenol etoxilado tiene afinidad con la fase

acuosa presente en la emulsión, la cual es la fase externa de la

166

emulsión, que para este estudio es de tipo O/W. Un surfactante es

una sustancia anfifílica, éstas pueden representarse

esquemáticamente por la fórmula L-H. Donde (L) representa la

parte lipofílica de la molécula, que en general es un radical

hidrocarbonado, mientras que (H) representa la parte hidrofílica

o polar de la molécula.

El surfactante o agente tensioactivo empleado en todas las

formulaciones de las emulsiones es el nonilfenol etoxilado (NFE)

con diferentes moles, éste es de tipo no iónico, según la

disociación del grupo hidrofílico en fase acuosa, es soluble en

agua y aceite dependiendo del grado que se utilice, y se obtiene

por la adición de una o varias moléculas de óxido de etileno a

los alcoholes grasos o fenoles, en este caso al nonilfenol. Los

surfactantes o tensioactivos no iónicos son aquellos que se

solubilizan mediante un efecto combinado de un cierto número de

grupos solubilizantes débiles (hidrófilos) tales como enlace tipo

éter o grupos hidroxilos en su molécula. Un tensioactivo que

presenta grupos hidrofílos polares y grupos lipofílicos

relativamente débiles y que sea soluble en agua, estabilizará una

emulsión de tipo O/W. Por otra parte, un tensioactivo que

presenta grupos lipofílicos relativamente polares y grupos

hidrófilos relativamente débiles y que por tanto sea soluble

principalmente en aceite, estabilizará una emulsión W/O.

A partir de esta observación se ha desarrollado una magnitud que

permite evaluar la fortaleza o la efectividad de los grupos167

hidrófilos de los surfactantes, que es el valor HLB. Dicho

parámetro expresión del balance Hidrófilo – Lipofílico del

surfactante, es decir, el balance del tamaño y fuerza de los

grupos hidrófilos (afín al agua o polar) y lipofílicos (no afín

al agua o no polar) de un surfactante. Todos los surfactantes

constan de una molécula que combina tanto a grupos hidrófilos

como a lipofílicos. Sí se logra el equilibrio adecuado entre los

dos grupos, el surfactante no se disuelve por completo, ni queda

sin disolverse del todo, concentrándose en la interfase con sus

moléculas orientadas de tal forma que los grupos hidrófilos se

orientan hacia la fase acuosa, mientras que los hidrófobos o

lipofílicos hacia la fase oleica.

Debido a la baja solubilidad de las cadenas de los hidrocarburos

en el agua, los agentes tensioactivos tienden a minimizar la

interfase o la superficie de contacto agua-hidrocarburo en la

disolución acuosa. Para ello, existen dos posibles mecanismos: A

bajas concentraciones de agente tensioactivo, las moléculas se

acumulan en la interfase agua-aire, de manera que la parte

hidrófoba pueda escapar del medio acuoso mientras que la parte

hidrófila se mantiene inmersa en el agua. Sin embargo, por encima

de cierta concentración, conocida como la concentración crítica

micelar (CMC), la interfase se ocupa completamente de moléculas

de agentes tensioactivos y éstas se asocian formando agregados.

La interacción entre las cadenas de hidrocarburo y el agua de la

disolución se minimiza gracias a la formación de estas

estructuras, en las cuales las cadenas apolares se direccionan

168

hacia el centro del agregado y las cabezas polares hacia la

disolución. Estos agregados, denominados micelas, pueden tomar

varias formas y tamaños en función de la concentración y

naturaleza del tensioactivo.

La concentración micelar crítica (CMC) es la zona de aparición de

las primeras micelas en la emulsión. En lo que se refiere al

grupo hidrofílico se debe destacar primero que la CMC de los

surfactantes no iónicos es en general baja conteniendo un grupo

lipofílico equivalente. Eso se debe probablemente al hecho de que

cada grupo de óxido de etileno contiene dos metilenos, lo que

reduce las repulsiones electrostáticas. Estas y las observaciones

precedentes corroboran que la CMC es una medida, probablemente

cuantitativa del nivel de afinidad del surfactante en la fase

acuosa.

A continuación se muestran las Tablas empleadas en la

realización de este objetivo con sus respectivos resultados y el

análisis para cada uno de ellos.

169

Tabla 4.33. DATOS NECESARIOS PARA LA FORMULACIÓN DEL PROTOCOLO 1DE ACUERDO A LA HIDROFILICIDAD DEL SURFACTANTE NFE 9




Tipo de protocolo Surfactante, agua, aceite y coque

Tabla 4.34. VARIABLES NECESARIAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LAESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN DE ACUERDO A LA

HIDROFILICIDAD DEL SURFACTANTE NFE 9

NºTubo


Volumende

surfactante (mL)

Volumen deagua(mL)

Volumende

aceite(mL)

Masa decoquede

petróleo (g)

Distribución del

tamaño departícula

de coque depetróleo(μm)

1

0,325017 1,1 3,9 5

0,1787 < 1062 0,1498 < 1063 0,0992 < 1064 0,0502 < 1065 0,0094 < 1066 0,1807 < 757 0,1501 < 758 0,1001 < 759 0,0509 < 7510 0,0099 < 7511 0,1804 < 5312 0,1495 < 5313 0,1004 < 5314 0,0501 < 53

170

15 0,0103 < 53

Tabla 4.35. TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE LA EMULSIÓN DE ACUERDO ALA HIDROFILICIDAD DEL SURFACTANTE NFE 9

NºTubo


Observaciones

1 41 min

Se formó inicialmente una dispersiónhomogénea de color gris oscuro, luego vaascendiendo de forma lenta, y se observóuna interfase de color negro. Finalmentela zona de aceite-coque tiene un mayorvolumen que la zona del agua.

2 44 min

3 47 min

4 61 min

5 64 min

6 41 min

7 60 min

8 61 min

9 67 min

10 68 min

11 56 min

12 57 min

13 58 min

14 59 min

15 67 min

171





Tipo de Protocolo Surfactante, agua, aceite ycoque

Tabla 4.37. VARIABLES NECESARIAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LAESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN DE ACUERDO A LA HIDROFILICIDAD

DEL SURFACTANTE NFE 10

NºTubo

Porcentaje de

surfactante (%)

Volumende

surfactante (mL)

Volumende agua(mL)

Volumende

aceite(mL)

Masa decoquede

petróleo (g)

Distribucióndel tamañode partículade coque depetróleo(μm)

1

0,322311 1,1 3,9 5

0,1801 < 1062 0,1501 < 1063 0,1004 < 1064 0,0503 < 1065 0,0106 < 1066 0,1807 < 757 0,1505 < 758 0,1006 < 759 0,0499 < 7510 0,0099 < 7511 0,1805 < 5312 0,1505 < 5313 0,1004 < 5314 0,0506 < 53

173

15 0,0106 < 53


NºTubo


Observaciones

1 35 min

Se formó inicialmente una dispersiónhomogénea de color gris oscuro, luego vaascendiendo de forma lenta, y se observóuna interfase de color negro. Finalmente lazona de aceite-coque tiene un mayor volumenque la zona del agua.

2 39 min

3 41 min

4 47 min

5 52 min

6 37 min

7 49 min

8 51 min

9 52 min

10 53 min

11 43 min

12 44 min

13 46 min

14 47 min

174

15 55 min

175






Tabla 4.40. VARIABLES NECESARIAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LAESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN DE ACUERDO A LA HIDROFILICIDAD DEL

SURFACTANTE NFE 15

NºTubo

Porcentaje de

surfactante (%)

Volumende

surfactante (mL)

Volumende agua(mL)

Volumende

aceite(mL)

Masa decoquede

petróleo (g)

Distribución del



1

0,322641 1,1 3,9 5

0,1800 < 1062 0,1512 < 1063 0,0998 < 1064 0,0509 < 1065 0,0106 < 1066 0,1800 < 757 0,1500 < 758 0,1002 < 759 0,0501 < 7510 0,0102 < 7511 0,1807 < 5312 0,1496 < 5313 0,0990 < 53

176

14 0,0501 < 5315 0,0102 < 53

177


NºTubo


Observaciones

1 21 min

Se formó inicialmente una dispersiónhomogénea de color gris oscuro, luego vaascendiendo de forma lenta, y se observóuna interfase de color negro. Finalmente lazona de aceite-coque tiene un mayor volumenque la de la zona del agua.

2 22 min

3 23 min

4 27 min

5 29 min

6 22 min

7 29 min

8 31 min

9 32 min

10 33 min

11 21 min

12 23 min

13 26 min

14 28 min

15 30 min

178






Tabla 4.43. VARIABLES NECESARIAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LAESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN DE ACUERDO A LA HIDROFILICIDAD

DEL SURFACTANTE NFE 20

NºTubo

Porcentaje de

surfactante (%)

Volumende

surfactante (mL)

Volumende agua(mL)



(g)

Distribucióndel tamaño

de partículade coque depetróleo(μm)

1

0,322652 1,1 3,9 5

0,1811 < 1062 0,1505 < 1063 0,1001 < 1064 0,0505 < 1065 0,0122 < 1066 0,1797 < 757 0,1503 < 758 0,0992 < 759 0,0499 < 7510 0,0097 < 7511 0,1804 < 5312 0,1506 < 5313 0,1016 < 53

179

14 0,0507 < 5315 0,0097 < 53

180


NºTubo

Tiempo deestabilización a

unvolumende 2,5 mL

Observaciones

1 < 1 min

Duró poco tiempo, hasta un volumen de 3mLformando un sistema heterogéneo, en el fondo deltubo se aglomeraron partículas de coque, luegouna interfase de color negro, seguido de unadispersión aceite-coque y finalmente solokerosén hasta los 10 mL del tubo.

2 < 1 min

Duró poco tiempo, hasta un volumen de 3,1mLformando un sistema heterogéneo, en el fondo deltubo se aglomeraron partículas de coque, luegouna interfase de color negro, seguido de unadispersión aceite-coque y finalmente solokerosén hasta los 10 mL del tubo.

3 < 1 min

Duró poco tiempo, hasta un volumen de 2,6mLformando un sistema heterogéneo, en el fondo deltubo se aglomeraron partículas de coque, luegouna interfase de color negro, seguido de unadispersión aceite-coque y finalmente solokerosén hasta los 10 mL del tubo.

4 5 min

Se formó inicialmente una dispersión homogéneade color gris oscuro, luego a los pocos minutosse observa separación entre fases hasta llegar a3 ml.

5 9 min

Se formó inicialmente una dispersión homogéneade color gris oscuro, luego a los pocos minutosse observa separación entre fases hasta llegar a3,2 ml.

6 < 1 min Duró poco tiempo, hasta un volumen de 3mLformando un sistema heterogéneo, en el fondo deltubo se aglomeraron partículas de coque, luegouna interfase de color negro, seguido de una

181

dispersión aceite-coque y finalmente solokerosén hasta los 10 mL del tubo.

7 < 1 min

Duró poco tiempo, hasta un volumen de 3mLformando un sistema heterogéneo, en el fondo deltubo se aglomeraron partículas de coque, luegouna interfase de color negro, seguido de unadispersión aceite-coque y finalmente solokerosén hasta los 10 mL del tubo.

8 < 1 min

Duró poco tiempo, hasta un volumen de 2,8 mLformando un sistema heterogéneo, en el fondo deltubo se aglomeraron partículas de coque, luegouna interfase de color negro, seguido de unadispersión aceite-coque y finalmente solokerosén hasta los 10 mL del tubo.

9 3 min


10 14 min

Se formó inicialmente una dispersión homogéneade color gris oscuro. A los pocos minutos seobserva separación entre fases hasta llegar a 3ml.

CONTINUACIÓN (Tabla 4.44). TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE LA EMULSIÓNDE ACUERDO A LA HIDROFILICIDAD DEL SURFACTANTE NFE 20

NºTubo


Observaciones

11 < 1 min

Duró poco tiempo, hasta un volumen de 2,7 mLformando un sistema heterogéneo, en el fondodel tubo se aglomeraron las partículas decoque, luego una interfase de color negro,seguido de una dispersión aceite-coque yfinalmente solo kerosén hasta los 10 mL deltubo.

12 < 1 minDuró poco tiempo, hasta un volumen de 2,6 mLformando un sistema heterogéneo, en el fondodel tubo se aglomeraron las partículas de

182

coque, luego una interfase de color negro,seguido de una dispersión aceite-coque yfinalmente solo kerosén hasta los 10 mL deltubo.

13 1 min

Se formó inicialmente una dispersiónhomogénea de color gris oscuro, luego a lospocos minutos se observa separación entrefases hasta llegar a 3 ml

14 5 min

Se formó inicialmente una dispersiónhomogénea de color gris oscuro, luego a lospocos minutos se observa separación entrefases hasta llegar a 2,8 ml

15 16 min

Se formó inicialmente una dispersiónhomogénea de color gris oscuro, luego a lospocos minutos se observa separación entrefases hasta llegar a 2,5 ml

183



Tipo de aceite KerosenePorcentaje de Surfactante

Solución Madre2,9426%

Tipo de Protocolo Surfactante, Agua, Aceite yCoque

Tabla 4.46. VARIABLES NECESARIAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LAESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN DE ACUERDO A LA HIDROFILICIDAD DEL

SURFACTANTE NFE 40

NºTubo

Porcentaje de

surfactante (%)

Volumende

surfactante(mL)

Volumende agua(mL)

Volumende

aceite(mL)

Masa decoquede

petróleo (g)

Distribución del



1

0,323686 1,1 3,9 5

0,1803 < 1062 0,1503 < 1063 0,1002 < 1064 0,0490 < 1065 0,0108 < 1066 0,1801 < 757 0,1500 < 758 0,0997 < 759 0,0500 < 7510 0,0107 < 7511 0,1800 < 5312 0,1506 < 5313 0,1012 < 53

184

14 0,0505 < 5315 0,0010 < 53

185


NºTubo


unvolumende 2,5 mL

Observaciones

1 < 1 min

Duró poco tiempo, hasta un volumen de 3mLformando un sistema heterogéneo, en el fondo deltubo se aglomeraron las partículas de coque,luego una interfase de color negro, seguido deuna dispersión aceite-coque y finalmente solokerosén hasta los 10 mL del tubo.

2 < 1 min

Duró poco tiempo, hasta un volumen de 3,1mLformando un sistema heterogéneo, en el fondo deltubo se aglomeraron las partículas de coque,luego una interfase de color negro, seguido deuna dispersión aceite-coque y finalmente solokerosén hasta los 10 mL del tubo.

3 < 1 min


4 4 min

Se formó inicialmente una dispersión homogéneade color gris oscuro, luego a los pocos minutosse observa separación entre fases hasta llegar a3 ml.

5 8 min


6 < 1 min Duró poco tiempo, hasta un volumen de 2,7mLformando un sistema heterogéneo, en el fondo deltubo se aglomeraron las partículas de coque,luego una interfase de color negro, seguido de

186

una dispersión aceite-coque y finalmente solokerosén hasta los 10 mL del tubo.

7 < 1 min

Duró poco tiempo, hasta un volumen de 3mLformando un sistema heterogéneo, en el fondo deltubo se aglomeraron las partículas de coque,luego una interfase de color negro, seguido deuna dispersión aceite-coque y finalmente soloaceite kerosén hasta los 10 mL del tubo.

8 < 1 min

Duró poco tiempo, hasta un volumen de 3,2mLformando un sistema heterogéneo, en el fondo deltubo se aglomeraron las partículas de coque,luego una interfase de color negro, seguido deuna dispersión aceite-coque y finalmente soloaceite kerosén hasta los 10 mL del tubo.

9 2 min

Se formó inicialmente una dispersión homogéneade color gris oscuro. A los pocos minutos seobserva separación entre fases hasta llegar a 3ml.

10 9 min

Se formó inicialmente una dispersión homogéneade color gris oscuro. A los pocos minutos seobserva separación entre fases hasta llegar a2,6 ml.

CONTINUACIÓN (Tabla 4.47). TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE LA EMULSIÓNDE ACUERDO A LA HIDROFILICIDAD DEL SURFACTANTE NFE 40

NºTubo


unvolumende 2,5 mL

Observaciones

11 < 1 min

Duró poco tiempo, hasta un volumen de 3mLformando un sistema heterogéneo, en el fondo deltubo se aglomeraron las partículas de coque,luego una interfase de color negro, seguido de

187

una dispersión aceite-coque y finalmente solokerosén hasta los 10 mL del tubo.

12 < 1 min


13 < 1 min


14 3 min

Se formó inicialmente una dispersión homogénea decolor gris oscuro, luego a los pocos minutos seobserva separación entre fases hasta llegar a 3ml

15 10 min

Se formó inicialmente una dispersión homogénea decolor gris oscuro, luego a los pocos minutos seobserva separación entre fases hasta llegar a 2,5ml

188

En las Tablas se muestran 5 tipos de surfactantes: NFE 9, 10,

15, 20 y 40. Estos números corresponden a los grados de óxido

de etileno presentes en el nonilfenol. Para el NFE 9, se

muestra que para un porcentaje de surfactante de 0,325017, el

mayor tiempo de estabilidad alcanzado por la emulsión fue de

67 min, los tiempos de estabilización para este surfactante se

encuentran en un rango de ( 41 a 67) min. En la Figura 4.55

que se muestran valores de HLB, los cuales fueron establecidos

por estudios realizados por otros investigadores.

RELACIONES HLB4 moles 9.016 moles 11.0310 moles 13.4413 moles 14.5720 moles 16.0040 moles 17.40

Figura. 4.55. Relaciones del balance hidrofílico- lipofílico

de los diferentes moles del nonilfenol etoxilado.

El HLB mide en escala de 0 a 20, dominando las interacciones

del grupo hidrofílico en la molécula de surfactante para HLB

mayores a 11 (se forman dispersiones de aceite en agua) y para

valores menores a 9 son más predominante las contribuciones

del grupo lipofílico (formándose dispersiones de agua en

aceite). Para surfactantes no-iónicos se considera el HLB como

la quinta parte del porcentaje en peso de la cadena de poli-

óxido de etileno en la molécula.

189

Como el valor de HLB para el NFE 9 se encuentra comprendido

entre el rango de (11.03-13.44) de HLB, esto ha permitido que

todas las emulsiones realizas con dicho surfactante sean de

tipo O/W, comprobado por microscopía óptica y con una técnica

más simple la cual fue la prueba de la gota. Este grado de

etoxilación permite que en el sistema se establezca un balance

de interacciones del surfactante con las fases acuosa y

oleica, presentando un comportamiento ideal para los sistemas

emulsionados. Debido a esta dualidad polar-apolar, una

molécula de surfactante tiende a migrar a la interfase o a la

superficie para satisfacer su doble afinidad, es decir tanto

para el aceite como para el agua.

Para el NFE 10, se observa que para un porcentaje de

surfactante de 0,322311 el mayor tiempo de estabilidad

alcanzado por la emulsión fue de 55 min, los tiempos de

estabilización para este surfactante se encuentran en un rango

de 35 a 55 min. Su relación HLB de 13.44, le permite tener una

afinidad intermedia, es decir que puede ser soluble tanto en

agua como en aceite. Sin embargo los tiempos de estabilización

no superan a los alcanzados empleando el NFE 9, esto puede

deberse a que la presencia del coque de petróleo, el cual a lo

largo de su estudio en éste y en el resto de los objetivos, ha

mostrado una inclinación hacia la fase lipofílica de la

emulsión, pero que gracias a las concentraciones empleadas de

surfactante no se ha desviado el objetivo de formular

emulsiones de tipo O/W. Para el NFE 15, se observa que para un

porcentaje de surfactante de 0,322641, el mayor tiempo de190

estabilidad alcanzado por la emulsión fue de 32 min, los

tiempos de estabilización para este surfactante se encuentran

en un rango de 21 a 32 min. Para el NFE 20, se observa que

para un porcentaje de surfactante de 0,322652, el mayor tiempo

de estabilidad alcanzado por la emulsión fue de 16 min, los


en un rango de 0 a 16 min. Para el NFE 40, se observa que para

un porcentaje de surfactante de 0,323686, el mayor tiempo de

estabilidad alcanzado por la emulsión fue de 9 min, los


en un rango de 0 a 9 min.

Se requieren entre 8 a 9 grupos de óxido de etileno para

obtener una buena solubilidad en el agua. Mientras más grande

es el grado de etoxilación, mayor será la afinidad con el agua

(parte hidrofílica), este es el caso de los NFE 15, 20 y 40,

por esta razón los tiempos en que estabilizaron las emulsiones

fueron cortos, no se favorecía la adsorción interfacial,

inclusive para los NFE 20 y 40 sus tiempos fueron menores a un

minuto, donde se rompió rápidamente el balance de

interacciones del surfactante con las fases acuosa y oleica en

la emulsión. Por otra parte el surfactante nonilfenol

etoxilado no solo se clasifica por los grados de etoxilación,

sino que también puede diferenciarse por su uso. Entre esto se

encuentra que los NFE inferiores a 5 moles de óxido de etileno

se usan como agentes antiespumantes, los NFE entre 9 y 10 son

excelentes tensioactivos, para NFE superiores a 10 son agentes

humectantes, detergentes o dispersantes liposolubles. Cuando

191

los NFE superan los 20 grados de etoxilación, ya son buenos

detergentes. De acuerdo a esto y a los resultados obtenidos

para este tipo de emulsiones con partículas incorporadas de

coque de petróleo el surfactante que se adecua más a la

necesidad de formular emulsiones de tipo O/W, según al

protocolo y al WOR utilizado es el NFE 9.

4.6 DESCRIBIR EL EFECTO DE LOS ELECTROLITOS SOBRE LA

ESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN EN LA FASE ACUOSA.

Para describir el efecto de los electrolitos sobre la

estabilidad de la emulsión, se hace primero énfasis en la

formulación de las emulsiones, en las cuales se empleó un

porcentaje de solución de cloruro de sodio (NaCl) de 0,125%,

siendo ésta la solución madre, empleando un porcentaje de

solución madre de surfactante NFE 9 de 2,9427%, En cada

protocolo elaborado se varió el porcentaje de concentración

de NaCl, preparándose 10 tubos de ensayos. Cada tubo posee

una determinada concentración de NaCl cuyo rango estaba

comprendido entre (0,01-0,1) %, tanto el aceite como la

cantidad de coque de petróleo y de agua empleado fue

escogido previamente en objetivos anteriores. El

procedimiento aplicado a cada uno de los tubos para la

elaboración de las emulsiones es explicado en la

metodología, específicamente en el capítulo III, este

procedimiento es determinante para la estabilidad de las

emulsiones, siendo de mayor importancia el hecho de que el

sistema repose por 24 horas antes de realizar la agitación,

para que el sistema se encuentre pre-equilibrado en las

192

fases, gracias a la transferencia de masa que se da entre

ambas fases, ya que se debe garantizar una buena interacción

entre las fases presentes de la emulsión. Las soluciones

formadas por la adición de sal común NaCl, son soluciones de

electrolitos, cuyos componentes individuales se disocian

debido a las interacciones entre las moléculas del solvente

(agua destilada) y el soluto (NaCl), en un proceso

denominado solvatación. Debido a que los electrólitos puedenmodificar el poder solubilizante de una solución acuosa,

además de tener una influencia sobre la concentración

micelar crítica (CMC) de los surfactantes, es decir en la

aparición de las primeras micelas y en las características

particulares de las mismas.

A continuación se muestran imágenes de emulsiones con NaCl

adicionado a la fase acuosa, indicando las condiciones

específicas utilizadas, por otra parte se presentan las

tablas correspondientes a los datos generales necesarios

para la elaboración de las emulsiones empleadas. Por último

se presenta una tabla que indica el tiempo de estabilización

y las observaciones para cada sistema con el fin de analizar

la estabilidad que presentan las emulsiones en el presente

objetivo.

193


incorporado en la fase acuosa, antes de la agitación por medio

del equipo ULTRA TURRAX.

En la Figura 4.56. Se utilizó el surfactante NFE 9 con un

rango de concentración de solución madre de 2,9427% con unadistribución del tamaño de partícula de coque de petróleo por medio

del orificio de la maya del tamizado < 75 μm y un peso

aproximado de 0,0100 g de coque de petróleo, con un barrido de

porcentaje de solución de cloruro de sodio comprendido entre

(0,01%-0,1%).

194


incorporado en la fase acuosa, después de la agitación por

medio del equipo ULTRA TURRAX.

195

Tabla 4.48. DATOS NECESARIOS PARA LA FORMULACIÓN DELPROTOCOLO 1 CON LA INCORPORACIÓN DE LOS

ELECTROLITOS EN LA FASE ACUOSAWOR 1:1/50:50

Tipo de surfactante NFE (nonilfenol etoxilado) 09Tipo de aceite Kerosene

Porcentaje de surfactante desolución madre 2,9427%

Porcentaje de la Solución deNaCl Como Solución Madre 0,125%

Distribución del tamaño departícula de coque de petróleo < 75 μm

Tipo de protocolo Surfactante, Solución NaCl,Agua y Aceite

Tabla 4.49. VARIABLES NECESARIAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LAESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN CON LA INCORPORACIÓN DE LOS

ELECTROLITOS EN LA FASE ACUOSA

NºTubo

Porcentaje desurfactante enel tubo

(%)

Porcentaje dela

solución NaClen eltubo(%)

Volumende

surfactante(mL)

Volumen dela

solución

NaCl(mL)

Volumen deagua(mL)


Masade

coquede

petróleo(g)

1 0,323697 0,01 1,1 0,4 3,5 5 0,009

9

2 0,323697 0,02 1,1 0,8 3,1 0,010

7

3 0,323697 0,03 1,1 1,2 2,7 0,009

7

4 0,323697 0,04 1,1 1,6 2,3 0,009

8

5 0,323697 0,05 1,1 2,0 1,9 0,009

76 0,32369

70,06 1,1 2,4 1,5 0,010

0196

7 0,323697 0,07 1,1 2,8 1,1 0,009

4

8 0,323697 0,08 1,1 3,2 0,7 0,010

2

9 0,323697 0,09 1,1 3,6 0,3 0,009

7

10 0,323697 0,10 1,0 4,0 0 0,010

7

197

Tabla 4.50. TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE LA EMULSIÓN CON LAINCORPORACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE CLORURO DE

SODIO EN LA FASE ACUOSA

NºTubo



Observaciones

1 67 min

Se formó inicialmente una dispersiónhomogénea de color gris claro,posteriormente con el transcurso deltiempo va ascendiendo de forma lentahasta separarse por completo las fases,sin embargo la dispersión queda alrededorde un 30% acuosa y 70% oleica. Quedandodispersa la emulsión y permaneciendohomogénea la fase oleica.

2 61 min

3 60 min

4 56 min

5 44 min

6 42 min

7 40 min

8 39 min

9 39 min

10 37 min

198

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.135

40

45

50

55

60

65

70

Efecto de los electrolitos sobre la estabilidad de la emulsión, en fase

acuosa

Porcentaje de la solución de NaCL en cada tubo (%)

Tiem

po d

e es

tabi

liza

ción

de

cada

tub

o (m

in)

Figura 4.58. Efecto de los electrolitos sobre la estabilidad

de la emulsión, con solución de NaCl incorporado en la fase

acuosa.

Como se puede observar en la Figura 4.58 a medida que

disminuye el porcentaje de concentración de electrolito,

aumenta el tiempo de estabilización de la emulsión, esto se

debe a que la presencia de electrolitos en la fase acuosa

disminuye la solvatación en la parte hidrófila del

surfactante, es decir disminuye la solubilidad del surfactante

en la fase acuosa.

Es importante entender que sucede a nivel interfacial, pero

antes, que sucede con el cloruro de sodio con respecto el

agua y cómo afectaría a su vez al surfactante. El NaCl es una

199

molécula con enlace tipo iónico, los iones de este tipo de

moléculas se separan al ser disueltas en agua y cambian

algunas de sus propiedades. Al estar más libre lo iones es más

fácil que conduzcan electricidad, a nivel molecular este

proceso es llamado solvatación, en el cual los iones generan

enlaces con las moléculas de agua, lo que explica su elevada

solubilidad. Los iones cloruro interactúan con el agua

formando puentes de hidrógeno y los iones sodio interactúan

con el par de electrones libres del oxígeno.

Uno de los factores más importantes para la estabilidad de una

emulsión es la presencia de surfactante; que permite controlar

los fenómenos involucrados en la etapa de floculación, cuya

escala de tiempo es variable. El surfactante puede reducir la

tensión interfacial haciendo más fácil la formación de

pequeñas gotas, así como de formar una película delgada

alrededor de las gotas de la fase dispersa, impidiendo la

coalescencia entre ellas. El surfactante nonilfenol etoxilado

9 (NFE 9), es de tipo no iónico, formado por una cadena

carbonada que posee grupos etoxilados –(OCH2CH2)9OH, este

surfactante tiene una afinidad para las emulsiones similar en

ambas fases, pero al momento de incorporar el agua y

posteriormente la solución de cloruro de sodio (NaCl), sucede

que al emulsionarse, la eficiencia del surfactante disminuye a

medida que se aumenta el porcentaje de concentración de

cloruro de sodio, esto se debe a que el agua prefiere a los

iones presentes en solución de cloruro de sodio que al

200

surfactante, ocurriendo fuerza intermoleculares dipolo-dipolo

que superan la afinidad que existe entre la parte hidrofílica

del surfactante con el agua, como consecuencia disminuye la

eficiencia del surfactante, obteniendo un menor tiempo de

estabilización de las emulsiones. Cuando la capa formada por

los agentes tensioactivos alrededor de las gotas se

desestabiliza, ocurre la coalescencia, siendo esta la etapa de

la final en la vida de una gota dentro de una emulsión.

201

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES

202

CONCLUSIONES

A continuación se presentan las conclusiones que se obtuvieron en el cumplimiento

de cada uno de los objetivos planteados.

- El protocolo seleccionado para las emulsiones de tipo (O/W)

es el número 1, el cual está constituido principalmente del

surfactante nonilfenol etoxilado (NFE 10), seguido del agua,

el aceite y finalmente el coque de petróleo.

-El porcentaje de surfactante NFE 10 que proporcionó un tiempo

de estabilidad adecuado a la emulsión fue de 0,322311%, con un

tiempo de 51 min. Dicho porcentaje es el de menor valor del

protocolo 1, lo que es favorable pues significa que con éste

se empleó una menor cantidad de surfactante, que corresponde a

un porcentaje de surfactante de solución madre de 2,9301%.

-El tipo de aceite que presentó un mejor comportamiento y

proporcionó un buen tiempo de estabilidad a las emulsiones fue

el Kerosene.

-A medida que aumenta la cantidad de coque de petróleo, se

incrementa el tiempo en que la emulsión es estabilizada, para

el objetivo 2.

-Las partículas de coque de petróleo si actúan como un

estabilizante de emulsiones del tipo O/W.

-Las partículas de coque de petróleo, a pesar de que se

encontraban finamente divididas (106 µm) generan gran peso en203

la interfase de la emulsión, ocasionando poco a poco su

ruptura, lo cual disminuye su tiempo de estabilidad.

-El mayor tiempo de estabilización alcanzado por las

emulsiones de tipo O/W empleando el surfactante NFE 10 a

2,9301% de solución madre fue de 49 min y corresponde a una

cantidad de coque de petróleo añadida de 0,1808 g para el

objetivo 2.

- La capacidad estabilizadora del coque de petróleo no es

suficientemente alta para sustituir parcial o totalmente al

surfactante o emulsificante en la preparación de emulsiones de

tipo O/W.

-El método que facilitó la determinación de la morfología de

las emulsiones elaboradas fue el de microscopía óptica, el

cual permitió analizar e interpretar lo que acontece a nivel

interfacial, además de aportar la medida del diámetro de las

gotas de la emulsión.

-La morfología de las emulsiones determinadas luego aplicar la

prueba de la gota, fue variable para los distintos protocolos:

Para el protocolo 1 se obtuvieron emulsiones de tipo (O/W) y

de tipo (W/O), es decir, se obtuvieron emulsiones directas e

inversas. Para el protocolo 2 se obtuvieron sólo emulsiones de

tipo (O/W) y para los protocolos 3 y 4 se obtuvieron

únicamente emulsiones de tipo (W/O).

-Mientras menor es la distribución del diámetro de las gotas

de las emulsiones, la movilidad de las mismas es mejor y la

204

probabilidad de que ocurra una pronta ruptura disminuye, por

lo tanto el tiempo de estabilización aumenta.

-La emulsión que poseía una mejor distribución de diámetro de

gotas fue la 7, la cual empleó en su formulación el

surfactante (NFE 10), con un porcentaje de solución madre de

2,9499% y con un porcentaje en el tubo de 0,324489% del mismo

surfactante. Ésta alcanzó un mayor tiempo de estabilidad con

respecto a la demás emulsiones estudiadas, esto se muestra en

el objetivo 3.

-La mejor distribución de diámetro de gotas obtenida por el

método de vía humedad fue la de la emulsión 6 que empleó el

surfactante (NFE 9) y una distribución de partículas vía seca

de (40-78) µm para el objetivo 4.

-Los surfactantes que permitieron un mayor tiempo de

estabilidad a las emulsiones, para el objetivo 5 fueron el

(NFE 9) y el (NFE 10), con 9 y 10 moles de óxido de etileno,

respectivamente.

-A pesar de que el NFE 10 permite tener una afinidad

intermedia, es decir que puede ser soluble tanto en agua como

en aceite, los tiempos de estabilización no superan a los

alcanzados empleando el NFE 9, donde el mayor tiempo de

estabilización alcanzado por el NFE 10 fue 55 min mientras que

para el NFE 9 el mayor fue 68 min.

-El tiempo de estabilidad de 68 min, obtenido al utilizar el

surfactante NFE 9 empleó un porcentaje de solución madre de205

surfactante de 2,9547% y un porcentaje del mismo en el tubo

de 0,325017%.

-Las emulsiones que presentaron menores tiempos de

estabilización fueron las formuladas con surfactante NFE 40.

Los tiempos de estabilización para este surfactante se

encuentran en un rango de 0 a 9 min.

-A medida que aumenta el porcentaje de solución de cloruro de

sodio (NaCl) en la emulsión, disminuye el tiempo de

estabilización de las emulsiones.

-La acción del surfactante en la emulsión disminuye a medida

que aumenta el porcentaje de concentración de cloruro de sodio

(NaCl), ya que se obtiene un menor tiempo de estabilización en

las emulsiones, la solución de cloruro de sodio (NaCl) tiene

preferencia a interactuar con el agua que con el surfactante.

206

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211

APÉNDICE AFiguras de los equipos utilizados para el cumplimiento de los

objetivos.

213

Figura A.1. Equipo de Ultrasonido.

Figura A.2. Equipo IKA T 18 basic ULTRA – TURRAX.

214

Figura A.3. Dispersador Admisible de Acero Inoxidable S18N –196.

Figura A.4. Equipo de difracción Láser por método de víahumedad y seca.

215

Figura A.5. Equipo de microscopia Óptica.

216

APÉNDICE B

CÁLCULOS TÍPICOS

217

CÁLCULOS TÍPICOS PARA LA REALIZACIÓN DE LOS OBJETIVOS

Para la realización de los objetivos fue necesario conocer

varios parámetros indicativos de las cantidades con las que

fue necesaria trabajar. Lo primero, es que las emulsiones que

se obtuvieron fueron formuladas en tubos de ensayos con 10 mL

de capacidad, sin olvidar que el WOR con que se trabajo fue de

1:1 lo que indica que 5 mL pertenecen a la fase acuosa y 5 mL

a la fase oleica. Como el tipo de emulsión que se desea

obtener es aceite en agua (O/W), el surfactante debía estar

incorporado en la fase acuosa, por ende el volumen de la fase

acuosa incorporado al sistema no podía exceder los 5 mL, a

partir de ahí se empiezan a calcular los porcentajes de

surfactante y las cantidades a añadir en cada tubo.

A continuación se explicará detalladamente cómo se realizó el

cálculo del porcentaje de surfactante de la solución madre,

recordando que esta solución se diluyó en un balón aforado de

218

100mL y a partir de ahí se tomaron varias alícuotas para poder

cumplir con el objetivo.

Figura B.1. Preparación de la solución madre de surfactante.

Para determinar las cantidades correspondientes de solución de

surfactante en cada tubo fue necesario el cálculo del

porcentaje de solución madre de surfactante. Conocido el tipo

de surfactante a trabajar se determinó el porcentaje de pureza

y conocidos los gramos de surfactante a pesar, se pudo

determinar la concentración de la solución madre. Para el

cálculo de la solución madre se utilizan dos ecuaciones las

cuales son las siguientes:

%P=gpurosgtotales

∗100(I)

Donde:

219

%P = porcentaje de pureza del surfactante.

gpuros = gramos puros del surfactante(g)

gtotales = gramos totales del surfactante (g)

% mv

=mpurosVsol

∗100(II)

Donde:

% mv= porcentaje de concentración de la solución madre del

surfactante (g/mL).

mpuros = gramos puros de la solución madre del surfactante (g).

vsol = volumen de la solución madre del surfactante (mL).

Existe una relación entre la ecuación (I) y la ecuación (II)

mpuros = gpuros

Ya determinado el porcentaje de concentración en la solución

madre de surfactante se procede a determinar el volumen

necesario en cada tubo de ensayo graduado, conociendo los

porcentajes de surfactantes que se deben incorporar en los

mismos y recordando que se realiza un barrido de (0,3-0,5) %.

Vs=Cd∗Vd

Cc(III)

Donde:

Vs = Volumen del surfactante en el tubo (mL)

Vd = Volumen de la solución madre de surfactante. (mL)220

Cd = Concentración del surfactante en el tubo.

Cc = Concentración de la solución madre de surfactante.

Para el objetivo 1, se calcularon seis concentraciones para la

solución madre de surfactante (NFE 10), donde se aplicaron las

mismas ecuaciones para los surfactante en estudio. Aplicando

la ecuación (I) y despejando los gpuros de la ecuación se

obtiene lo siguiente:

gpuros = %P∗gtotales

100 (I)

Considerando un % de pureza del 100% y sustituyendo en la

ecuación anterior, se tiene:

gpuros = 100∗1,0298

100

gpuros = 1,0298

Ahora se procede a obtener el porcentaje de la solución madre

del surfactante. Relacionando la ecuación (I) y (II) entonces

los gpuros son iguales a mpuros. Aplicando la ecuación (II) se

obtiene:

% mv =1,0298100 ¿100

%mv= 1,0298 g/mL

A continuación se presentan todos los valores obtenidos para

el objetivo 1. 221

Tabla B.1 PORCENTAJE DE SURFACTANTE PARA LAS EMULSIONES ENESTUDIO

% Pureza de NFE 10Porcentaje de la solución

madre de surfactante100 1,0298 %100 1,0175 %100 2,0030 %100 2,0029 %100 2,9301 %100 2,9489 %

A partir de este valor se procede a utilizar la ecuación

(III). Como los resultados obtenidos no son números exactos,

esta ecuación se utiliza dos veces para poder así evitar o

disminuir errores al momento de medir y añadir las soluciones

en los tubos de ensayos y poder ser más precisos en los

valores. Tomando el primer valor y colocando 0,3 % de la

concentración que deseada al tubo de ensayo se obtuvo lo

siguiente:

Vs=0,3%∗10mL1,0298%

Vs = 2,9129324 mL

Este valor es aproximadamente 3 mL, por ende se asume que el

volumen a añadir al tubo de ensayo es de 3 mL y de acuerdo a

esto se obtiene la concentración del surfactante en el tubo de

ensayo. Tomando la ecuación (III), se despeja Cd.

222

Cd = 1,0298%∗3mL

10mLCd = 0,308940 %

De esta misma manera se aplicó a los distintos tubos hasta

completar los barridos de concentración de (0,3 – 0,5) % y

para los demás porcentajes de la solución madre de

surfactante. A continuación se presenta una Tabla indicando el

porcentaje de la solución madre con cada uno de los

porcentajes de surfactante en el tubo de ensayo y sus

volúmenes respectivamente.

Estos valores también fueron utilizados para el objetivo 2.

223

Tabla B.2 RESULTADOS OBTENIDOS A PARTIR DEL PORCENTAJE DE LASOLUCIÓN MADRE PARA LAS EMULSIONES EN ESTUDIO

Porcentaje de

solución madre de

surfactante (%)

Porcentaje de

surfactante en el

tubo de ensayo (%)

Volumen de

surfactante en el

tubo de ensayo (mL)

1,0298

0,308940 3,00,350132 3,40,411920 4,00,453112 4,40,494304 4,8

1,0175

0,305250 3,00,345950 3,40,407000 4,00,447700 4,40,488400 4,8

2,0030

0,30045 1,50,36054 1,80,40060 2,00,46069 2,30,50075 2,5

2,0029

0,300435 1,50,360522 1,80,40058 2,00,46069 2,30,50075 2,5

(CONTINUACIÓN) Tabla B.2 RESULTADOS OBTENIDOS A PARTIR DELPORCENTAJE DE LA SOLUCIÓN MADRE PARA LAS

EMULSIONES EN ESTUDIOSPorcentaje de

solución madre delsurfactante (%)

Porcentaje en eltubo de ensayo (%)

Volumen delsurfactante en el

tubo de ensayo (mL)2,9301 0,322311 1,1

224

0,351612 1,20,410214 1,40,468816 1,60,498117 1,7

2,9484

0,324379 1,10,353868 1,20,412846 1,40,471824 1,60,501313 1,7

225

Este procedimiento de igual forma se aplicó para el objetivo

3, para poder visualizar las gotas de las emulsiones a través

de la microscopia óptica, y de igual manera para el objetivo 4

poder determinar la distribución del diámetro de partículas de

coque de petróleo por el equipo de difracción láser por el

método de vía humedad. A continuación se muestra una Tabla

indicando los valores.

Tabla B.3 RESULTADOS OBTENIDOS A PARTIR DEL PORCENTAJE DE LASOLUCIÓN MADRE PARA LAS EMULSIONES EN ESTUDIOS DEL OBJETIVO 3

Porcentaje de

solución madre del

surfactante (%)

Porcentaje en el

tubo de ensayo (%)

Volumen del

surfactante en el

tubo de ensayo (mL)2,9499 0,324489 1,12,9499 0,501483 1,72,9499 0,324489 1,12,9499 0,324489 1,12,9499 0,324489 1,12,9499 0,324489 1,12,9499 0,324489 1,12,9427 0,323697 1,12,9427 0,323697 1,12,9427 0,323697 1,12,9427 0,323697 1,12,9427 0,323697 1,1

Para el objetivo 5 se trabajó con cinco números de moles

etoxilados diferentes y se procedió a calcular los porcentajes

de la solución de surfactante y sus respectivas alícuotas. A

continuación se presentará una Tabla indicando los valores

donde se calculó aplicando las ecuaciones antes mencionadas.

226

Tabla B.4 RESULTADOS OBTENIDOS A PARTIR DEL PORCENTAJE DE LASOLUCIÓN MADRE PARA LOS DISTINTOS NÚMEROS DE MOLES ETOXILADOS

EN LAS EMULSIONES

Números de moles

etoxilados

Porcentaje de la

solución madre del

surfactante (%)

Porcentaje del tubo

de ensayo del

surfactante (%)09 2,9547 0,32501710 2,9301 0,32231115 2,9331 0,32264120 2,9332 0,32265240 2,9426 0,323686

Por último los cálculos que se realizaron en el objetivo 6

contienen parte de las ecuaciones antes mencionadas y para

este objetivo se necesita calcular el porcentaje de la

solución de cloruro de sodio (NaCl) que es indispensable en la

incorporación del sistema, dicha solución se preparó en un

balón aforado de 100 mL pesando 0,125 g de pureza de NaCl para

luego proceder a calcular los volúmenes que se añadieron en

cada tubo, partiendo del rango de concentración de (0,01 -

0,1) % que se trabajó.

A continuación se presenta el cálculo del porcentaje de los

electrolitos en la solución.

%E = meVs∗¿ 100 (IV)

Donde:

%E: porcentaje de electrolitos en la solución.

me: masa de los electrolitos (g).227

Vs: volumen de la solución.

Sustituyendo los valores correspondientes en la ecuación

anterior, se obtiene lo siguiente:

%E = 0,125g100mL *100

%E= 0,125

Vse=Csd∗Vss

Cce(V)

Donde:Vse: volumen de la solución del electrolito (mL).Vss: volumen de la solución del sistema (mL).Csd: Concentración en el tubo.Cce: Concentración del electrolito.

Donde existe una relación entre la ecuación (IV) y la ecuación(V)

%E = Cce

Ya calculado el porcentaje de electrolitos en la solución, se

procede a determinar el volumen de la solución de electrolitos

necesario en cada tubo de ensayo graduado.

Este cálculo se realizará con el primer porcentaje de

concentración que se adicionará en el tubo. De igual forma se

aplicó para el resto de los porcentajes.

Vse = 0,01%∗5mL0,125%

228

Vse = 0,4 mL

Este volumen se basa en la adición correspondiente a la fase

acuosa, de igual manera se presenta la Tabla B.5, indicado los

resultados obtenidos aplicados para este objetivo.

Tabla B.5 RESULTADOS OBTENIDOS A PARTIR DEL PORCENTAJE DE LASOLUCIÓN DE CLORURO DE SODIO PARA LAS DISTINTAS

EMULSIONES EN ESTUDIOPorcentaje de la solución NaCl

en el tubo(%)

Volumen de la solución NaCl(mL)

0,01 0,4

0,02 0,8

0,03 1,2

0,04 1,6

0,05 2,0

0,06 2,4

0,07 2,8

0,08 3,2

0,09 3,6

0,10 4,0

229

APÉNDICE C

CÁLCULOS TÍPICOS (BARRIDO EN BLANCO)

Para el objetivo 2 se realizó un barrido en blanco para ver

como afectaba directamente las partículas de coque de petróleo

en la emulsiones. Y efectivamente se realizaron varios230

cálculos donde se utilizaron las misma ecuaciones del apéndice

B, con respecto al porcentaje del surfactante se mostrarán los

cálculos y las tablas donde pueden observar los resultados

obtenidos para este objetivo.

%P=gpurosgtotales

∗100(I)

Donde:

%P = porcentaje de pureza del surfactante.

gpuros = gramos puros del surfactante(g).

gtotales = gramos totales del surfactante (g).

% mv

=mpurosVsol

∗100(II)

Donde:

% mv= porcentaje de concentración de la solución madre del

surfactante (g/mL).

mpuros = gramos puros de la solución madre del surfactante (g).

vsol = volumen de la solución madre del surfactante (mL).

Existe una relación entre la ecuación (I) y la ecuación (II)

mpuros = gpuros

Donde el porcentaje de pureza es del 100% y pesando los gtotales

para diluirlo en un balón aforado de 100 mL fue de 2,9489%

despejando los gpuros se obtuvo lo siguiente:

231

gpuros = 100∗2,9489%

100

gpuros = 2,9489 %

Entonces gpuros = mpuros = 2,9489%.

% mv

=2,9489100

∗100

% mv

=2,9489%

Ya determinado el porcentaje de concentración de la solución

madre de surfactante se procede a determinar el volumen

necesario para cada tubo de ensayo graduado, conociendo los

porcentajes de surfactante que se deben incorporar en los

tubos de ensayos y recordando que se realiza un barrido de

(0,3-0,5) %.

Vs=Cd∗Vd

Cc(III)

Donde:

Vs = Volumen del surfactante en el tubo (mL)

Vd = Volumen de la solución madre de surfactante. (mL)

Cd = Concentración del surfactante en el tubo.

Cc = Concentración de la solución madre de surfactante.

A partir de este valor se procede a utilizar la ecuación

(III), como los resultados obtenidos no son números exactos,

esta ecuación se utiliza dos veces para así evitar errores al

232

momento de medir y añadir las soluciones en los tubos de

ensayos y poder ser más preciso en los valores. Tomando el

primer valor y utilizando 0,3 % de la concentración que se

desea colocar en porcentaje al tubo de ensayo se obtiene lo

siguiente:

Vs=0,3%∗10mL2,9489%

Vs = 1, 01732 mL

Este valor es aproximadamente a 1,1 mL por ende se asume que

el volumen que se va añadir al tubo de ensayo es de 1,1 mL y

de acuerdo a esto se obtiene la concentración del surfactante

en el tubo de ensayo tomando la ecuación (III) y despejando

Cd.

Cd=2.9489%∗1,1mL

1OmL%Cd = 0,324379 %

De esta misma manera se aplicó a los distintos tubos hasta

completar los barridos de concentración antes mencionados. A

continuación se mostrarán las respectivas tablas de datos.

233

Tabla C.1. DATOS NECESARIOS PARA LA FORMULACIÓN DE LASEMULSIONES DEL EXPERIMENTO EN BLANCOWOR 1:1/50:50

Tipo de Surfactante NFE (nonilfenol etoxilado) 10Porcentaje de Surfactante

Solución Madre 2,9489%

Tipo de Protocolo Surfactante, Agua y Aceite

Tabla C.2. VARIABLES NECESARIAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LAESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN DEL EXPERIMENTO EN BLANCO

NºTubo

Porcentajede

Surfactante(%)

Volumen deSurfactante

(mL)

Volumen deAgua (mL)

Volumende

Aceite(mL)

Tipo deAceite

1 0,324379 1,1 3,9

5 Kerosene

2 0,353868 1,2 3,83 0,412846 1,4 3,64 0,471824 1,6 3,45 0,501313 1,7 3,3

Tabla C.3. TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE LAS EMULSIONES DELEXPERIMENTO EN BLANCO

NºTubo

Tiempo deestabilizacióna un volumen de

2,5 mL

Observaciones

1 62 minSe formó inicialmente una dispersiónhomogénea de color blanca, luego vaascendiendo de forma lenta, hastasepararse, para este tipo de emulsioneses difícil de distinguir su separaciónde fases.

2 61 min

3 62 min

4 62 min

5 63 min

234

tesis definitiva

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