Tensoactivos 3k582b

ELEMENTOS TENSOACTIVOS Los tensoactivos o tensioactivos son sustancias que influyen por medio de la tensión superficial en la superficie de o entre dos fases (p.ej., dos líquidos insolubles uno en otro). Cuando se utilizan en la tecnología doméstica se denominan como emulsionantes; esto es, sustancias que permiten conseguir o mantener una emulsión. Entre los tensoactivos se encuentran las sustancias sintéticas que se utilizan regularmente en el lavado, entre las que se incluyen productos como detergentes para lavar la ropa, lavavajillas, productos para eliminar el polvo de superficies, y champús. Fueron desarrollados en la primera mitad del sigloXX, y han suplantado ampliamente al jabón tradicional. Estas propiedades las obtienen a través de su estructura atómica. Los tensoactivos se componen de una parte hidrófoba y un resto hidrófilo, o soluble en agua. Se dice que son moléculas anfifilicas. Al o con el agua las moléculas individuales se orientan de tal modo que la parte hidrófuga sobresale del nivel del agua encarándose al aire o bien se juntan con las partes hidrófugas de otras moléculas formando burbujas en que las partes hidrófugas quedan en el centro, y los restos solubles en agua quedan entonces en la periferia disueltos en el agua. Estas estructuras se denominan micelas. Se obtienen por medio de otras sustancias como el agua salada,etc Los surfactantes son usualmente compuestos orgánicos amfifílicos, o que contienen grupos no polares hidrófobos o lipofílicos, solubles en hidrocarburo (colas) y grupos polares hidrofílicos (cabezas) solubles en agua. Por ello son solubles en solventes orgánicos y en agua.

Clasificacion de los tensoactivos según su carácter iónico • • • •

Tensoactivo aniónico Tensoactivo cationico Tensoactivo anfoterico Tensoactivo no iónico

Todas las aplicaciones y usos de los surfactantes provienen de dos propiedades fundamentales de estas sustancias: •

La capacidad de adsorberse a las interfases

La adsorción: es un fenómeno espontáneo impulsado por la disminución de energía libre del surfactante al ubicarse en la interfase y satisfacer total o parcialmente su doble afinidad polar - no polar •

Su tendencia a asociarse para formar estructuras organizadas

Asociación: fenómeno impulsado por efectos hidrófobos cuando se añade más surfactante a una solución acuosa. Tensoactivos anionicos Jabones: • Sales metálicas de ácidos grasos • Propiedades: Alto poder detergente • Deficiencias: La presencia de aguas duras bajan su solubilidad transformándolos en jabones insolubles que se depositan sobre la fibra. Alcoholes grasos sulfatados: Obtenidos a partir de grasas animales y vegetales con hidrogenación catalítica y sulfatación Entre sus propiedades destacan el elevado poder detergente. Estabilidad a la dureza del agua. Tacto más suave en el material textil. Alquil Aril Sulfonatos: Obtenidos de compuestos aromáticos con una cadena alifática unida al núcleo Aromático. Sus propiedades destacables son: Elevadas propiedades detergentes, buen poder humectante, buen poder espumante, resistente a los ácidos y a los álcalis. Olefinas Sulfonadas: Obtenidas por sulfonación de parafinas. Tienen un elevado poder dispersante y emulsionante. Son biodegradables Esteres del Acido Fosfórico: Obtenidos por la reacción de un alcohol y el ácido polifosfórico. Como propiedades principales se tienen: buenas propiedades detergentes, baja formación de espuma, estables a los ácidos y a los alcalis. Biodegradables.

Tensoactivos cationicos Sales de Aminas: Obtenidas por la reacción de un ácido graso con la etilendiamina. Propiedades: Alto poder humectante, así como un buen poder espumante. Son buenos suavizantes de las fibras textiles Compuestos de amonio cuaternario. Se incluyen los derivados de la piridina. Propiedades: Agentes de desmontado en medio alcalino, lo mismo que fijadores de colorantes directos. Algunos derivados de la piridina se utilizan como aprestos hidrofugantes y bactericidas. Tensoactivos no ionicos Generalmente son derivados de los Óxidos de Etileno y de Propileno. Propiedades principales: Tienen gran poder humectante y antiespumante. Son más estables a los agentes químicos que los aniónicos y los catiónicos. Gran estabilidad al P.H. Alcoholes grasos etoxilados: Similares a los anteriores. Propiedades: Alto poder detergente. Estables en medios ácidos o alcalinos. También se pueden utilizar como emulsionantes y humectantes dependiendo del número de moles de oxido de etileno presentes. Tensoactivos anfoteros Generalmente Están constituidos por una cadena grasa y un nitrógeno cuaternario. Aplicaciones en la Industria 1.- Jabones Los jabones se consideran de dos tipos de tocador y de lavar. Los jabones de tocador llevan glicerina que es el que les da la suavidad. Los jabones pueden llevar colorantes, perfumes y antisépticos. Los jabones duros son las sales de sodio de los ácidos grasos, mientras que los blandos son las sales de potasio. Sin embargo la dureza depende de la cantidad de agua que se deje al producto final. Una molécula de jabón tiene un extremo polar o iónico, mientras que el resto de la molécula es no polar; la cadena hidrocarbonada de doce a dieciocho átomos de carbono. El grupo polar tiende a hacer el jabón soluble en agua (hidrófilo) mientras que la porción no polar (hidrocarburo) tiende a hacerlo soluble en grasas (hidrófobo o lipófilo). Las sustancias que disminuyen la tensión superficial de un liquido o la acción interfacial entre dos líquidos, se conoce como agentes tensoactivos.

2.- Detergentes sintéticos La limitación de los jabones como agentes de limpieza ha dado impulso a la industria de detergentes. Aunque estos compuestos varían considerablemente en su estructura química, las moléculas de todos ellos se caracterizan por tener una cadena hidrocarbonada no polar, soluble en grasas, y un extremo polar, soluble en agua. Estructuralmente los detergentes son de dos tipos: 1. Sales sódicas de los sulfatos de alquilo, derivados de los alcoholes de cadena larga. 2. Sales sódicas de los ácidos alquilbencenosulfónicos de cadena lineal, los sulfonados de alquilobenceno lineal o LAS (Linear Alkylbenzene Sulfonates). Los detergentes actúan en la misma forma que los jabones pero tienen ciertas ventajes sobre estos; son eficientes en aguas duras, porque los alquilsulfatos y los alquilsulfonatos de calcio y de magnesio son solubles en agua. Además, por ser sales de ácidos y bases fuertes producen soluciones neutras, mientras que los jabones que son sale de ácidos débiles con bases fuertes producen soluciones ligeramente alcalinas. 3.- Usos en Droguería y Cosmética Los tensioactivos aniónicos son los ingredientes principales en los productos de acción desengrasante: champús, jabón manos, gel de ducha, detergentes lavadora, detergente lavavajillas, etc. Los tensioactivos catiónicos se suelen utilizar como acondicionadores: mascarilla capilar, suavizar textil, etc. 4.- Surfactante pulmonar Se le llama así a una sustancia presente en los pulmones (específicamente en los alvéolos), compuesta principalmente por fosfolípidos, lípidos neutrales (8%) y proteínas (12%). Su principal función es reducir la tensión superficial alveolar. La DPPC por si sola puede reducirla, pero los otros componentes son requeridos para facilitar la adsorción a la superficie y otros (como aumentar la defensa contra patógenos inhalados). También se utilizan estos compuestos, a veces sintetizados artificialmente, o extraídos de otros animales, en recién nacidos prematuros que requieren asistencia ventilatoria. 5.- El uso de surfactantes en proyectos de recuperación terciaria Los surfactantes reducen la tensión superficial del agua adsorbiéndose a la interfase líquido-gas. Ellos también reducen la tensión interfacial entre el crudo y el agua por adsorción en la fase líquido-líquido. 5.1.- La elección del surfactante es esencial Desde que cada proyecto de recuperación terciaria es independiente, único y las condiciones varían, es extremadamente importante diseñar y formular el agente tensioactivo adecuado con el objeto de optimizar el tratamiento. En los últimos tiempos han aparecido en el marcado nuevos agentes tensioactivos que permiten la implementación de técnicas SP y aun solo agente tensioactivo, con éxito con el consiguiente ahorro de inversión en equipos y productos.

5.2.- Importancia de un agente tensioactivo Una baja tensión interfacial es esencial para la recuperación de petróleo. La tensión interfacial incide en lo que se llama el Numero Capilar. El numero capilar (Nc), es representado como una relación que se ha definido para describir la interdependencia entre las fuerzas viscosas y la tensión interfacial y la restricción al pasaje a través de un capilar.

Donde (ΔP) es la presión diferencial a través de una longitud dada (L) y σ es la tensión interfacial entre el petróleo y la fase acuosa. Otra forma de describir las fuerzas viscosas es a través de la velocidad que tendrá un fluido a través de una garganta poral y la viscosidad del fluido. Lo que se llama avance frontal. En la Figura 1 se utiliza la que utiliza la velocidad a través del poro (velocidad Darcy) y la viscosidad del fluido a empujar para describir las fuerzas viscosas. Una baja tensión interfacial es esencial para la recuperación de petróleo.

Para poder recuperar cantidades significativas de crudo, el número capilar debe crecer 3 o 4 órdenes de magnitud. Si nos referimos a la ecuación de la Figura 1, el número capilar Nc es directamente proporcional al producto de la viscosidad µ y la velocidad ν e inversamente proporcional a la tensión interfacial σ. Los valores de viscosidad y velocidad no pueden incrementarse por encima de un factor entre 2 y 10 sin causar daño a la formación; sin embargo la tensión interfacial entre el agua de formación y el crudo atrapado en la formación puede reducirse fácilmente en términos de 1000 a 10.000 veces por el agregado de tensioactivos especiales.

Un número capilar típico es 10-7. Se necesita una reducción de 100 a 1000 veces de la tensión interfacial para mejorar la recuperación de petróleo por alteración del Nc a partir de la adición de agentes químicos al agua de inyección. Con esto vemos que podríamos aumentar la velocidad de inyección o aumentar la viscosidad (por ejemplo agregando grandes cantidades de forma limitada para no dañar la formación. De aquí que también se limite el uso de polímeros en estos trabajos de SP. De hecho queda en evidencia la importancia del uso de un tensioactivo, pues al bajar la tensión interfacial podemos aumentar el número capilar e incrementar la producción de crudo aun a expensas de menores cantidades de polímero. Tecnología SP (surfactante . polímero) Super Surfactantes Muy efectiva • Se requieren muy bajas concentracionesde surfactante (0.02% - 0.2%) • Provee ultra bajas tensiones interfaciales(IFT) • No se necesita tratamiento de aguaintensivo Tolerante a: • Altos valores de sólidos disueltos • Alto contenido de cationes divalentes • Altas temperaturas Ventajas • Dósis bajas de tensioactivo • No se requiere álcali • Menores consumos de polímero • Menor costo de tratamiento de agua • Disminución o eliminación de formaciónde incrustaciones • Disminución de costos de mantenimiento de equipos Surfactantes inteligentes • • • • • • • •

Sistema de un solo componente Proveerían baja tensión interfacial y adecuada viscosidad Tolerante a sales y cationes divalentes No se requeriría tratamiento de agua No se requeriría polímero No se necesitaría unidad de disolución, ó hidratación Inversión mínima Mínimo factor de riesgo

EFECTOS DE LOS TENSOACTIVOS EN EL AMBIENTE La degradación de los tensoactivos se puede dividir en tres etapas. 1. Degradación primaria: Se consigue cuando la sustancia química pierde sus propiedades tensoactivas o capacidad de formar espuma. 2. Degradación avanzada: Cuando la molécula del tensoactivo es transformada sucesivamente en fragmentos cada vez menores. 3. Degradación completa: Cuando la molécula es transformada totalmente en CO2 y H2O. Este proceso también se conoce como desmineralización. Una molécula de tensoactivo se degrada más cuando el número de ramificaciones es menor, es decir cuánto más cortos sean los grupos alquilo situados en dichas ramificaciones. Como regla a mayor hidrofobicidad, menor es la solubilidad, independientemente del carácter iónico. Los tensoactivos aniónicos son menos tóxicos que los no iónicos, debido a su menor hidrofobicidad. Pequeñas cantidades de surfactantes en sistemas acuáticos dañan ciertas cadenas alimenticias. De allí la importancia de una adecuada selección. CONCLUSIONES •

Los proyectos donde intervienen los surfactantes son generalmente más exitosos que aquellos que no los incluyen, en cuanto a recuperación de crudo. (% de recuperación de crudo entre 10 y 15%)

•

La elección del surfactante es importante para el éxito del proyecto.

•

La disminución de la tensión interfacial estará dada por la química del surfactante y su dosis en un medio hidrocarburo-agua determinado.

•

Al bajar la tensión interfacial podemos aumentar el número capilar e incrementar la producción de crudo aun a expensas de menores cantidades de polímero.

•

El tratamiento de pozos inyectores con geles obturantes y/o dispersos favorecerá el resultado de recuperación.

•

La buena calidad de agua a utilizar en la preparación de soluciones, aumenta la eficiencia de los químicos a utilizar.

•

La aparición de super surfactantes en el mercado ha demostrado que se puede eliminar el uso de álcali, la disminución en el consumo de polímero y el costo de instalaciones.