Aplicación de la técnica de microscopía óptica para la caracterización de sistemas dispersos formados por crudo, agua y sólidos

Abstract

Un gran número de técnicas basadas en una extensa variedad de principios científicos han encontrado uso en la medición de tamaños de gotas. Técnicas como microscopía electrónica, difracción láser, sedimentación, resonancia magnética nuclear, técnicas acústicas y electroacústicas, ofrecen la posibilidad de realizar tales mediciones. Sin embargo, muchas de éstas se encuentran limitadas, por lo que se dificulta su aplicación en el estudio de sistemas dispersos que presentan características fuera del alcance de estas técnicas. En este trabajo se propone un método de caracterización de sistemas dispersos formados por crudo, agua y sólidos provenientes de las fosas de producción Acema- 100, Guara-2 y Merey-31, ubicadas en el Distrito San Tomé, Estado Anzoátegui, utilizando la técnica de microscopía óptica con análisis de imagen, con el fin de determinar la distribución de tamaños de partículas, específicamente, de gotas y sólidos, además de determinar la cantidad de agua y sedimento contenidos en estos residuos. Por otro lado, también se realizó la caracterización por técnicas estándares ASTM en la cual se determinó la cantidad de agua por destilación y la cantidad de sedimento por extracción. En tal sentido, se desarrolló un procedimiento de análisis de imagen con la ayuda del microscopio Nikon ME-600 y el programa Image Pro Plus de Media Cybernetics, el cual permite contar automáticamente las partículas de interés, basándose en la diferencia de colores de tales partículas con respecto al crudo que es la fase continua. Los resultados obtenidos por este análisis no son completos, por lo que se realizaron una serie de correcciones en las curvas de distribución de tamaños, ya que fueron separadas, en primera instancia, las partículas que se encontraban aglomeradas, los diámetros equivalentes fueron corregidos en función del espesor de la película de muestra, y por último, se estimó la cantidad de partículas que no fueron vistas por el microscopio, debido a un límite de enfoque que no permitía el estudio en los diferentes estratos de las muestras. Se elaboró un programa en Microsoft Visual Basic que enlaza Image Pro Plus con Microsoft Excel en un ambiente de Windows, capaz de realizar automáticamente el análisis de imagen y la manipulación de los datos para la obtención de los resultados, con el fin de agilizar y minimizar el tiempo de estudio empleado para realizar una caracterización aplicando la técnica de microscopía óptica. Los resultados obtenidos por microscopía óptica reportaron que los residuos provenientes de la fosa Acema-100 presentan una distribución de tamaños de gotas polidispersa, y donde el 17,4% (volumen) se encuentra en gotas no aglomeradas (libres), 12,2% en gotas aglomeradas y un 17,4% en gotas con diámetros menores a 1,5 μm o mayores a 90 μm, siendo este porcentaje determinado al comparar con la cantidad de agua obtenida por destilación que fue 47,1%. El material de la fosa Guara-2 presenta una distribución polidispersa de tamaños de gotas y sólidos con un comportamiento bimodal y donde el 18,8% está en gotas libres, 14,3% en gotas aglomeradas y un 6,9% en gotas con diámetros menores a 1,5 μm o mayores a 110 μm, siendo la cantidad de agua obtenida por destilación 40,0%, la cantidad de sólidos obtenida por microscopía es de 1,4% y por extracción 1,7%, en donde un 0,3% corresponde a partículas con diámetros menores a 1,5 μm. Por último, para el material de la fosa Merey-31 se obtuvo una distribución aproximadamente log-normal de tamaños tanto de gotas como de sólidos, ésta posee un 8,6% en gotas libres, 4,8% en gotas aglomeradas y un 8,7% en gotas con diámetros menores a 1,5 μm o mayores a 90 μm, la cantidad de agua obtenida por destilación es de 22,1%, y la cantidad de sólidos obtenida es de 0,59% por microscopía y 0,67% por extracción, con un 0,08% correspondiente a partículas con diámetros menores a 1,5 μm. Los resultados obtenidos mediante la caracterización por microscopía óptica resulta una importante ayuda para estudiar diversos sistemas dispersos, en especial los formados por crudo, agua y sólidos, permitiendo conocer parámetros de estudio que no pueden ser determinados por otras técnicas utilizadas para la medición de tamaños de partículas, además de proporcionar al ingeniero criterios precisos para tomar decisiones en cuanto al manejo de variables en procesos químicos, tratamientos o control de calidad, abriendo así una gama de posibilidades de usos y aplicaciones para esta técnica que ha evolucionado mucho en los últimos años gracias al desarrollo de programas que permiten realizar análisis digitales de imágenes.