Procesos de alteración
Las características físico y químicas del
petróleo se modifican en cuanto se vierte
petróleo en el mar
Procesos de alteración
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
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
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.
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),
Sedimentación
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
Transporte horizontal
corrientes
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.
Difusión turbulenta
Movimiento resultante
Transporte vertical
Advección por diferencia de densidad
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
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
wt 
4
3
 r g   o   w 
3
1
donde
o
y
w
son las densidades del petróleo y del agua, respectivamente.
Advección por velocidad de flotabilidad
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 10000 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
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 1000000 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
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
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
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
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
Transporte horizontal
Marea alta
Petróleo atrapado en los sedimentos
Marea bajando
El petróleo va saliendo en esta parte de la playa
Marea baja
Corrientes: marea
Transporte horizontal y vertical
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:
1) Los windrows o streaks duran entre 5 y 30
minutos para desaparecer y volver a
formarse.
2) La corriente superficial de los windrows puede
llegar a ser 5,5% la velocidad del viento
3) La velocidad vertical en las zonas de
convergencia va desde 5 cm/s a 20 cm/s
Corrientes: Circulación de Langmuir
Transporte: corrientes
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
Transporte horizontal
Dispersión por cizalla
Análisis de la trayectoria
Modelos de transporte
x  t n   x  t n  1   v  x n  1 , t n  1  t  Z n
x (t n )
es la posición que ocupa la partícula en el tiempo
x ( t n 1 )
Zn
tn
t n 1
es la posición que ocupa una partícula en el tiempo
v  x n 1 , t n 1  t
Zn
2K x t
2 K x t
es la velocidad de la partícula y por el intervalo temporal definido como
 t  t n  t n 1
Es la difusión turbulenta
es un número aleatorio que va desde
1
hasta
1
Discretización de la ecuación de transporte para una partícula
u  u hidro  F u viento .
.
v  v hidro  F v viento .
F es el factor que va desde 0% hasta un 10% (Ozmidov,1990).
w  w ter
Velocidad de la partícula
Modelos de transporte
Para el eje
x
:
x t n   x t n 1   u hidro  x n 1 , t n 1  t  F u viento  x n 1 , t n 1  t   1 2 K x  t
Para el eje
y:
y t n   y t n 1   v hidro  y n 1 , t n 1  t  F v viento  x n 1 , t n 1  t   1 2 K y  t
Y en el eje vertical:
z t n   z t n 1   w ter ,i  t   1 2 K z  t
Siendo
w ter , i
la velocidad Terminal de las partículas que pertenecen al intervalo
i
de tamaño.
Resultado para el modelo
Modelos de transporte
Datos de entrada al modelo
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