TENSION SUPERFICIAL - METODO DEL ANILLO 1.-Fundamentos Tericos:

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

Petrleo crudo, gas natural y agua son las sustancias de mayor inters para los ingenieros de petrleo. Aunque estas sustancias pueden presentarse como slidos o semislidos, 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 perforacin, cementacin y fracturacin, los materiales slidos se utilizan en forma de fluidos o lechadas. La separacin de los fluidos del yacimiento y del pozo en estado liquido y gaseoso depende principalmente de la temperatura y presin. BCCraft (1977) nos indica bajo que factor los fluidos multifasicos del yacimiento cambian de estado. El estado fsico de un fluido en el yacimiento generalmente varia con la presin, pues la temperatura es esencialmente constante. En muchos casos el estado fsico del fluido en el yacimiento no esta relacionado con el estado del fluido en la superficie, El principal objetivo del ingeniero de petrleo es determinar el comportamiento del petrleo crudo, gas natural y agua, solos o en combinacin, bajo condiciones estticas o en movimiento en el yacimiento en las tuberas, con cambios de temperatura y presin.1.2 Propiedades de los Fluidos:

1.2.1 Existencia de una fuerza de tensin superficial.

Las fuerzas de atraccin que existen entre las molculas de un lquido, son de diferente magnitud dependiendo de la zona del lquido considerada. Las molculas en su seno del lquido estn lo suficientemente cerca para que el efecto de las fuerzas de atraccin sea considerable, pero tienden a equilibrarse.Por el contrario, las molculas de la zona superficial ( no estn rodeadas completamente por otras molculas del lquido y por lo tanto estas molculas estn desequilibradas con un efecto neto hacia el seno del lquido. Esta fuerza neta es normal a la superficie y ser ms baja mientras ms pequea sea dicha superficie. Es decir, para una superficie mnima se cumple una energa mnima y por lo tanto podemos decir que la superficie de un lquido tiende a contraerse y el efecto resultante de estas fuerzas de contraccin es lo que da origen a la tensin superficial, permitiendo adems que la superficie sea estable.Es decir, para una superficie mnima se cumple una energa mnima y por lo tanto podemos decir que la superficie de un lquido tiende a contraerse y el efecto resultante de estas fuerzas de contraccin es lo que da origen a la tensin superficial, permitiendo adems que la superficie sea estable.

1.2.2 Tensin superficial:B.C.Craft(1977), define la tensin superficial como La fuerza por unidad de longitud ejercida perpendicularmente a una lnea cualquiera contenida en la interfase que separa a dos fluidos inmiscibles. Dicha fuerza es tangencial a la superficie del lquido. (p-59)Trabajo necesario para crear una nueva unidad de superficie en la interface de dos fluidos.

Ya que la tendencia natural, de un lquido, es reducir su superficie, cualquier intento de aumentar sta, requiere de la realizacin de un trabajo. Supongamos que se extiende la pelcula de lquido contenida en un bastidor de alambre rectangular (vase fig.1). Si se aplica una fuerza F (que actuar en sentido contrario y estar balanceada por la fuerza de tensin superficial), al lado mvil del bastidor, para desplazar la pelcula una distancia dx, el trabajo (W) realizado estar dado por:

dW = F dx (1)

pero F = 2 (L ; (2)

ya que la pelcula posee dos superficies.

Entonces: dW = 2 (l dx (3)

siendo 2 L dx el incremento de rea generado dA , y dW = (dA (4)

Las ecuaciones (2) y (4) generan dos definiciones equivalentes para (. la fuerza en dinas que acta a lo largo de 1 cm de longitud de pelcula

Y

el trabajo en ergios necesario para generar un centmetro

cuadrado de superficie la energa libre superficial por centmetro cuadrado de rea.

1.2.3 Definicin termodinmica de la tensin 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 lquidos o un liquido y un slido).

Mc Kaine (1995) nos da una definicin desde el punto de vista termodinmico Se defini la tensin superficial como la fuerza de atraccin hacia dentro ejercida sobre las molculas de la superficie de un liquido. Esta tensin tiene como consecuencia la contraccin de la superficie.

Cuando se ponen en contacto dos lquidos inmisibles el sistema considerado estar formado por las dos fases liquidas y la interfase de contacto entre ellas.

Las molculas de la interface entre dos lquidos estarn sometidas a fuerzas de magnitudes diferentes a las que estn sometidas las molculas del seno de cada uno de los lquidos .

Adems se tendrn tambin interacciones de tipo Van der waals con las molculas del otro liquido en la interfase, lo que conducir a que la tensin a la interfase (tensin interfacial) tenga un valor intermedio entre las tensiones superficiales de los dos lquidos condensados.

Segn la figura3 . El trabajo necesario para modificar el are esta dado por (.

Si adems de este trabajo se toma en consideracin el asociado a cualquier cambio de volumen o- PdV, donde P es la presin de cada fase y V el volumen total del sistema, el trabajo total realizado en el sistema cerrado es:

dW= - PdV + (dA

ya que para aumentar el rea se requiere un trabajo positivo, la tensin 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:

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.

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 torsin, justo antes de que se desprenda una capa lquida. La tensin superficial se calcula a partir del dimetro del anillo y de la fuerza de desprendimiento.

Para medir la tensin superficial de lquidos por el mtodo de ruptura. Anillo metlico con arco fijo, en estuche. Dinammetro recomendado: dinammetro de torsin, dimetro 19.5mm.

2.0Identificacin de Variables: 2.1 Variable independiente: Despus de tratar de minimizar las incertidumbres producidas en la obtencin de mediciones de eventos fsicos, producidos en el laboratorio, los cuales son esquematizados y tabulados a continuacin, se establece que las variaciones mas considerables son posiblemente producidas por la alteracin de la estructura del anillo.

2.2Variable dependiente: El anillo est formado de un material muy dctil, mientras mas alterada este su forma, mayor ser la incertidumbre producida en las mediciones y mayor ser 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.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5

Figura 6

Figura 7