Mojabilidad

CAPITULO 1



1. FUNDAMENTOS TEORICOS





1.1 Conceptos Básicos sobre las Curvas de Presión Capilar

Cuando dos fluidos coexisten dentro de un medio poroso se ponen de manifiesto algunos fenómenos derivados de la existencia de tensiones interfaciales y ángulos de contacto entre la interfase de estos fluidos y el medio poroso. Este fenómeno se puede estudiar y cuantificar porcompleto en sistemas muy simples tales como tubos capilares de diámetro uniforme.

1.1.1 Capilaridad

Cuando un capilar se sumerge en la interfase de dos fluidos puede producirse un ascenso o un descenso de la interfase. En el primer caso se produce el denominado "ascenso capilar", y en el segundo caso se habla de "descenso capilar". Estos movimientos ocurren como consecuencia de losfenómenos de superficie que dan lugar a que la fase mojante invada en forma preferencial el medio poroso. En términos generales, el ascenso o descenso capilar se detiene cuando la gravedad contrarresta (en función de la altura y de la diferente densidad de los fluidos) la fuerza capilar desarrollada en el sistema.

1.1.2 Presión Capilar

La Fig. 1.1 muestra el fenómeno deintroducción de un capilar en una interfase agua-petróleo, donde se genera el denominado ascenso capilar.
[pic]
Fig. 1.1 - Ascenso Capilar de la interfase agua-petróleo
En este caso (capilar cilíndrico), la fuerza que origina el ascenso capilar esta expresada por:
• Fuerza (hacia arriba) = σwo . cos θwo . 2 . π . r                    [1]
Donde,
•σwo = Tensión interfacial (Dinas/cm) 
• θwo = Ángulo de contacto de la interfase líquida con la superficie del sólido.
• r = Radio del capilar (cm)
 Por otra parte, el peso adicional de la columna, debido al cambio de petróleo por agua durante el proceso.
• Peso adicional de la columna = π . r2 . h . g . Δδ                     [2]
Donde, 
• h= Ascenso Capilar (cm)
• g = aceleración de la gravedad (cm / seg2)
• Δδ = Diferencia de densidad entre los fluidos (g / cm3)
Y, en el equilibrio, ambas fuerzas se compensan exactamente, de modo que igualando las expresiones [1] y [2] y despejando la altura "h", obtenemos:
• h = 2 . σwo . cos θwo / (r . g . Δδ )                                              [3]La expresión [3] muestra la dependencia de los efectos capilares con el diámetro del tubo, con la tensión interfacial y el ángulo de contacto (mojabilidad del sistema) y la diferencia de densidad entre fluidos.
Veamos, entonces, algunas consecuencias prácticas de estas expresiones.
La Fig. 1.2 muestra el mismo esquema de la Fig. 1.1, con la señalización de algunos puntosque servirán para definir adecuadamente el concepto de presión capilar.
[pic]
Fig. 1.2 - Presión en diferentes puntos de la zona de ascenso capilar
En base a un desarrollo simple haremos una comparación de presiones en los puntos A y B de la Fig. 1.2. Cada uno de estos puntos se encuentra en un lado diferente de la interfase agua-petróleo y, aunque un análisissimplista sugeriría que ambos puntos, debido a su cercanía, deben tener presiones casi idénticas, veremos que la situación real es muy diferente.
Empecemos comparando los puntos E y D: Ambos puntos están muy cercanos (uno a cada lado de la interfase) y no hay fenómenos capilares involucrados, por lo que puede suponerse que se encuentran prácticamente a la misma presión (la columna de fluidosentre E y D es casi despreciable).
Por otro lado, en el equilibrio, los puntos C y D se encuentran exactamente a la misma presión dado que están a la misma altura dentro de un mismo fluido. (PC = PD)
Como la diferencia de presión entre B y C está fijada por la columna de agua que separa ambos puntos, la presión en B adopta la siguiente expresión:
• PB = PC - δ w . g ....