CAPITULO II

MARCO DE REFERENCIA

1.-Fundamentos Teóricos:

1.1 Comportamiento del petróleo, gas y agua, ante cambios de P y T.

Petróleo crudo, gas natural y agua son las sustancias de mayor interés

para los ingenieros de petróleo. Aunque estas sustancias pueden

presentarse como sólidos o semisólidos, generalmente a presiones y

temperaturas bajas, se presentan en forma de parafina, hidratos de gas,

hielo o crudos de alto punto de flujo. Por otro lado en el yacimiento y en los

pozos, tales sustancias se hallan como fluidos, en estado liquido o gaseoso,

o frecuentemente en ambos. Incuso en los procesos de perforación,

cementación y fracturación, los materiales sólidos se utilizan en forma de

fluidos o lechadas. La separación de los fluidos del yacimiento y del pozo en

estado liquido y gaseoso depende principalmente de la temperatura y

presión.

BCCraft (1977) nos indica bajo que factor los fluidos multifasicos del

yacimiento cambian de estado. “El estado físico de un fluido en el yacimiento

generalmente varia con la presión, pues la temperatura es esencialmente

constante”.

En muchos casos el estado físico del fluido en el yacimiento no esta

relacionado con el estado del fluido en la superficie, El principal objetivo del

ingeniero de petróleo es determinar el comportamiento del petróleo crudo,

gas natural y agua, solos o en combinación, bajo condiciones estáticas o en

movimiento en el yacimiento en las tuberías, con cambios de temperatura y

presión.

1.2 Propiedades de los Fluidos:

1.2.1 Existencia de una fuerza de tensión superficial.

Las fuerzas de atracción que existen entre las moléculas de un líquido,

son de diferente magnitud dependiendo de la zona del líquido considerada.

Las moléculas en su seno del líquido están lo suficientemente cerca para que

el efecto de las fuerzas de atracción sea considerable, pero tienden a

equilibrarse.

Por el contrario, las moléculas de la zona superficial ( no están

rodeadas completamente por otras moléculas del líquido y por lo tanto estas

moléculas están desequilibradas con un efecto neto hacia el seno del líquido.

Esta fuerza neta es normal a la superficie y será más baja mientras más

pequeña sea dicha superficie. Es decir, para una superficie mínima se

cumple una energía mínima y por lo tanto podemos decir que la superficie de

un líquido tiende a contraerse y el efecto resultante de estas fuerzas de

contracción es lo que da origen a la tensión superficial, permitiendo además

que la superficie sea estable.

Es decir, para una superficie mínima se cumple una energía mínima y

por lo tanto podemos decir que la superficie de un líquido tiende a contraerse

y el efecto resultante de estas fuerzas de contracción es lo que da origen a la

tensión superficial, permitiendo además que la superficie sea estable.

1.2.2 Tensión superficial:

B.C.Craft(1977), define la tensión superficial como “La fuerza por

unidad de longitud ejercida perpendicularmente a una línea cualquiera

contenida en la interfase que separa a dos fluidos inmiscibles. Dicha fuerza

es tangencial a la superficie del líquido”. (p-59)

Trabajo necesario para crear una nueva unidad de superficie en la

interface de dos fluidos.

Ya que la tendencia natural, de un líquido, es reducir su superficie, cualquier

intento de aumentar ésta, requiere de la realización de un trabajo.

Supongamos que se extiende la película de líquido contenida en un

bastidor de alambre rectangular (véase fig.1). Si se aplica una fuerza F (que

actuará en sentido contrario y estará balanceada por la fuerza de tensión

superficial), al lado móvil del bastidor, para desplazar la película una

distancia dx, el trabajo (W) realizado estará dado por:

dW = F dx (1)

pero F = 2 L ; (2)

ya que la película posee dos superficies.

Entonces: dW = 2 l dx (3)

siendo 2 L dx el incremento de área

generado dA , y dW = dA (4)

Las ecuaciones (2) y (4) generan dos definiciones equivalentes para .

ó la fuerza en dinas que actúa a lo largo de 1 cm de longitud de

película

Y

ó el trabajo en ergios necesario para generar un centímetro

cuadrado de superficie ó la energía libre superficial por

centímetro cuadrado de área.

1.2.3 Definición termodinámica de la tensión interfacial:

Superficie e interfase se define una superficie como la superficie de

contacto entre un gas y una fase condensada (liquido o Solido).Se define una

interface como la superior de contacto entre dos fases condensadas (dos

líquidos o un liquido y un sólido).

Mc Kaine (1995) nos da una definición desde el punto de vista

termodinámico “Se definió la tensión superficial como la fuerza de atracción

hacia dentro ejercida sobre las moléculas de la superficie de un liquido. Esta

tensión tiene como consecuencia la contracción de la superficie”.

Figura 1

Cuando se ponen en contacto dos líquidos inmisibles el sistema

considerado estará formado por las dos fases liquidas y la interfase de

contacto entre ellas.

Las moléculas de la interface entre dos líquidos estarán sometidas a

fuerzas de magnitudes diferentes a las que están sometidas las moléculas

del seno de cada uno de los líquidos .

Además se tendrán también interacciones de tipo Van der waals con las

moléculas del otro liquido en la interfase, lo que conducirá a que la tensión a

la interfase (tensión interfacial) tenga un valor intermedio entre las tensiones

superficiales de los dos líquidos condensados.

Según la figura3 . El trabajo necesario para modificar el are esta dado

por .

Si además de este trabajo se toma en consideración el asociado a

cualquier cambio de volumen o- PdV, donde P es la presión de cada fase y V

el volumen total del sistema, el trabajo total realizado en el sistema cerrado

es:

Figura 2

Figura 3

dW= - PdV + dA

ya que para aumentar el área se requiere un trabajo positivo, la tensión

tiene un valor positivo.

Ahora al referirse a la figura Una gota de

liquido o burbuja de gas fase cuando el embolo se

desplaza algo de la gota se evapora o algo de la

burbuja se condensa.

Tambien se difinio superficial como el trabajo necesario para generar un

centimetro cuadrado de superficie o la energia libre superficial por centimetro

cuadrado de area.

Volviendo a la fig3. Como la interfase es plana P1=P2=P

Para un sistema multicomponente, el potencial quimico de cada

componente debe ser igual en cada fase y en la interface. La variacion de la

energia del sistema esta dada por:

Figura 4

En la que dA es el trabajo reversible a P y T constante asociado con la

variacion del area.

Todas las relaciones termodinamicas clasicas se escriben con el

termino adicional concerniendo la superficie.

1.4.1 Metodo del Anillo.

Mc Kaine (1995), describe un metodo para determinar la tension

superficial “Un anillo se coloca sobre la superficie del liquido y se mide la

fuerza requerida para separar el anillo de la superficie. En este metodo debe

asegurarse el mojado completo del anillo para obtener resultados

reproducibles y de significado”.

Es un metodo muy sencillo, rapido, de alta precision, no muy

dependiente del angulo de contacto,es una variante del metodo de la placa

que tiene ciertas ventajas respecto a la precision.

Figura 5

Si se quieren medir tensiones interfaciales debajo de 0.01 dina/cm se

deben usar los metodos mas precisos bien sea el de la gota colocada, el de

la gota pendiente y el de la gota giratoria.

Se mide la fuerza en un anillo, utilizando un medidor de torsión, justo

antes de que se desprenda una capa líquida. La tensión superficial se calcula

a partir del diámetro del anillo y de la fuerza de desprendimiento.

Para medir la tensión superficial de líquidos por el método de ruptura.

Anillo metálico con arco fijo, en estuche.

Dinamómetro recomendado:

dinamómetro de torsión, diámetro 19.5mm.

Figura 6

Figura 7

2.0Identificación de Variables:

2.1 Variable independiente:

Después de tratar de minimizar las incertidumbres producidas en la

obtención de mediciones de eventos físicos, producidos en el laboratorio, los

cuales son esquematizados y tabulados a continuación, se establece que las

variaciones mas considerables son posiblemente producidas por la alteración

de la estructura del anillo.

2.2Variable dependiente:

El anillo está formado de un material muy dúctil, mientras mas alterada

este su forma, mayor será la incertidumbre producida en las mediciones y

mayor será el error producido en las mediciones.

2.3Variable interviniente:

Este factor es importante ya que afecta el resultado final, en la toma de

mediciones, se suele utilizar la toma aleatoria de datos buscando una media

y esperando corregir el error producido, con ello se espera determinar un

valor mas o menos aproximado.