Procesos de alteración

Presentación del tema: "Procesos de alteración"— Transcripción de la presentación:

1 Procesos de alteración
Las características físico y químicas del petróleo se modifican en cuanto se vierte petróleo en el mar

2 Procesos de alteración

3 Procesos de alteración
La evaporación es un mecanismo principal de eliminación del petróleo. La cantidad que se evapora depende del tipo de petróleo, velocidad del viento y temperatura del agua Los productos refinados como la gasolina se evaporan mucho más rápidamente que los más pesados, tal y como indica la tabla. Evaporación La disolución comienza de manera inmediata y dura todo el proceso de alteración de petróleo. Sin embargo, las pérdidas del petróleo debido a disolución son insignificantes comparadas con las debidas a otros mecanismos de alteración del petróleo (menos del 0.1% de petróleo crudo y un 2% del refinado se disuelven. Aún así, los componentes del petróleo que se ha disuelto puede resultar más tóxicos para el medio ambiente. Disolución

4 Alteración del petróleo
La emulsión es la entrada de agua en el petróleo lo que da lugar a la llamada emulsión de agua en petróleo o mousse. Una vez que la emulsión se produce, la viscosidad aumenta mucho. Antes de la emulsión el petróleo tiene que haber sufrido cierto grado de alteración. El resultado de la emulsión agua en petróleo es un aumento del volumen de la mancha. Cuando las emulsiones se mezclan con la arena (costas, fondos) dan lugar a las partículas de alquitrán (tar balls). Otro tipo de emulsión más difícil de darse es la emulsión de petróleo en agua. Emulsificación Zonas de grandes cargas sedimentarias (500 g/m3) mueven el petróleo a través de la columna del agua en pocas horas. Zonas de baja carga sedimentaria (< 5 g(m3) –océano abierto- el petróleo estará ýor tiempo en la superficie (Semanas), La sedimentación es la adhesión de las partículas de petróleo a las partículas sólidas, de tal manera que se puede encontrar en los sedimentos de la columna y del fondo. Sedimentación

5 Procesos de alteración
La fotoxidación es la modificación de las propiedades físico-químicas del petróleo superficial debido a la luz solar. El resultado es un cierto endurecimiento de la superficie de la mancha que hace que la evaporación disminuya debido a que los componentes más volátiles no pueden difundirse a través de dicha superficie. La fotoxidación incrementa además la facilidad de emulsión de la mancha. Fotoxidación La biodegradación da lugar a la eliminación definitiva de la mancha gracias a la acción microbiana. La velocidad de degradación depende de las propiedades del agua y del petróleo, aparte de la actividad microbiana. Biodegradación

6 Transporte horizontal
corrientes Difusión turbulenta + dispersión Arrastre del viento Movimiento resultante Los procesos físicos que transportan petróleo en el agua son advección, difusión turbulenta y dispersión por cizalla Advección se debe a las corrientes en general (mareas, viento y oleaje) y al arrastre directo del viento sobre la mancha. Difusión turbulenta y dispersión dan lugar a la expansión de la mancha.

7 Transporte vertical Advección por diferencia de densidad Movimiento resultante Difusión turbulenta Dispersión mecánica por oleaje rompiente Advección dada por la velocidad de ascenso del petróleo debido a su diferencia de densidad con el agua y entrada del petróleo en la columna debido al oleaje rompiente Difusión turbulenta vertical que da como resultado una expansión vertical

8 Transporte vertical Los coeficientes de la difusión turbulenta vertical es varios órdenes de magnitud inferior a los coeficientes de difusión turbulenta horizontal Expansión por Difusión turbulenta vertical donde y son las densidades del petróleo y del agua, respectivamente. Advección por velocidad de flotabilidad

9 Dispersión mecánica por oleaje rompiente
Transporte vertical El oleaje que rompe sobre la mancha lo que hace es romper la mancha y formar partículas (oil droplets) que introduce en la columna de agua. Las partículas que forma son de diferentes tamaño, con rangos que van desde los 50 micrones a superiores a micrones. Estas partículas de petróleo tienen una dinámica diferente al petróleo superficial: las partículas más pequeñas permanecerán en la columna de agua debido a la turbulencia vertical, mientras que las mayores volverán a superficie para unirse a la mancha original de la que proceden o formar una nueva mancha. La dispersión mecánica es necesaria para la dispersión por cizalla cuando se trata de superficie oceánica sin cizalla importante en la horizontal. Dispersión mecánica por oleaje rompiente

10 Transporte horizontal
La expánsión de la mancha por propiedades físico-químicas se formuló por Fay (1969) que distinguió tres fases en la expansión: gravedad-incercial, gravedad-viscosidad y tensión superficial-viscosidad. Este proceso no dura más de una hora. Expansión por propiedades físico-químicas La expansión de la mancha por difusión turbulenta horizontal es mucho mayor que la vertical. El coeficiente horizontal de difusión va desde los 100 hasta los cm2/s. Expansión por Difusión turbulenta horizontal Una vez que el oleaje actúa sobre la mancha, se va a iniciar la expansión debida a la dispersión por cizalla. El resultado final de este tipo de expansión es una mancha tipo cometa, con una mayor cantidad de petróleo en la cabeza de la mancha y una menor cantidad de petróleo en la cola. Expansión por dispersión por cizalla

11 Transporte horizontal
Los vientos afectan a la trayectoria de la mancha de tres formas principales: en la alteración del petróleo, en producir corrientes, en el transporte directo de la mancha Advección debida al viento El viento arrastra la mancha dándole una velocidad que va del 0% al 10% de su velocidad, y con un ángulo menor de 10º. Arrastre de la mancha por el viento

12 Transporte horizontal
Las corrientes debidas a la circulación oceánica transportan el petróleo durante miles de kilómetros en períodos que van desde los meses a los años. Las corrientes costeras lo transporta durante cientos de kilómetros durante semanas. La circulación estuarina lo transporta durante decenas de kilómetros en días. Los ríos lo transportan durante decenas de kilómetros en horas a días. Corrientes

13 Transporte: corrientes
Existen zonas en donde el petróleo se acumula y son las zonas de convergencia mareal, que se originan cuando las marea baja. Como tiene que pasar a zonas más como se tiene que conservar la masa, la velocidad superficial disminuye. Los vientos fuertes rompen estas zonas de convergencia. Corrientes: marea

14 Transporte horizontal
Tidal excursion nos dá una estimación de si el petróleo entrará en un estuario o bahía ya que es el espacio que recorre una partícula de agua desde la marea baja a la alta y viceversa. La tidal excursion depende de la batimetría, de tal manera que cuando es un área ancha y con batimetría simple, la influencia de la marea disminuye mucho mas rápidamente que si se tratan de canales estrechos y largos. Corrientes: marea

15 Transporte horizontal
Marea alta Marea bajando Petróleo atrapado en los sedimentos El petróleo va saliendo en esta parte de la playa Marea baja Corrientes: marea

16 Transporte horizontal y vertical Corrientes: Circulación de Langmuir
La circulación de Langmuir es el resultado de la interacción entre las corrientes superficiales inducidas por el viento y el oleaje. Aparece cuando el viento es igual superior a 1.5 m/s (aunque también se da cuando no hay viento). El resultado de la circulación de Langmuir es la ruptura de la mancha y su intrusión en forma de partículas en la columna, que después vuelven a subir a superficie para formar los windrows o streaks. Es un proceso poco documentado, aunque se puede decir de él lo siguiente: Los windrows o streaks duran entre 5 y 30 minutos para desaparecer y volver a formarse. La corriente superficial de los windrows puede llegar a ser 5,5% la velocidad del viento La velocidad vertical en las zonas de convergencia va desde 5 cm/s a 20 cm/s Corrientes: Circulación de Langmuir

17 Transporte: corrientes Corrientes: Longshore
El petróleo se acerca a zonas costeras (nearshore) utilizando las corrientes Longshore. Estas corrientes se forman cuando el oleaje se aproxima formando un ángulo con la costa y la batimetría es suave. La velocidad y la dirección de la corriente longshore aumenta con la altura de ola y con el ángulo del frente. Con velocidad adecuada, la corriente puede dar lugar a una rip current lo que permite el retorno del petróleo al mar abierto. . Corrientes: Longshore

18 Transporte horizontal Dispersión por cizalla

19 Análisis de la trayectoria

20 Modelos de transporte es la posición que ocupa la partícula en el tiempo es la posición que ocupa una partícula en el tiempo es la velocidad de la partícula y por el intervalo temporal definido como Es la difusión turbulenta es un número aleatorio que va desde hasta Discretización de la ecuación de transporte para una partícula . es el factor que va desde 0% hasta un 10% (Ozmidov,1990). Velocidad de la partícula

21 Resultado para el modelo
Modelos de transporte Para el eje : Para el eje Y en el eje vertical: Siendo la velocidad Terminal de las partículas que pertenecen al intervalo de tamaño. Resultado para el modelo

22 Datos de entrada al modelo
Modelos de transporte Datos de entrada al modelo