Modelo reológico para la transición de fase sol-gel de fracciones pesadas del petróleo termoenvejecidas

Rheological model for sol-gel phase transition of thermo-aged heavy oil fractions

En este artículo se propone un modelo reológico tipo ley de potencia: G’’ (ω) ∼ ωn y G’ (ω) ~ ωn, que representa el incremento de la conectividad entre las moléculas de asfalto termoenvejecido de manera in situ en un reo-reactor, como una de las aplicaciones de la reología sistemática. Los resultados encontrados confirmaron la tendencia de una transición de fase sol-gel a temperaturas menores a 40 °C de los asfaltos envejecidos en la ventana de frecuencia experimental, comportamiento que puede relacionarse con el efecto “estructurante” que le proporciona el proceso de envejecimiento termooxidativo al asfalto durante agitación continua, el cual es adecuadamente descrito por el modelo micelar del asfalto.

Introducción

Algunos investigadores han intentado representar el asfalto mediante modelos con los que se pretende explicar el comportamiento reológico del material asfáltico y así relacionarlo con su composición química. En el SHRP (Strategic Highway Research Program) se desarrolló el modelo microestructural. En élse propone que el asfalto es una mezcla de moléculas complejas sin estructura   y que la reología del material está relacionada con la intensidad de las fuerzas de las interacciones moleculares polares.  De  acuerdo con Robertson (1991) y Petersen et ál. (1994), las moléculas no polares interactúan y le confieren al asfalto propiedades elásticas; por su parte, las moléculas no-polares contribuyen al comportamiento viscoso del asfalto y controlan sus propiedades a temperaturas bajas.

Nellensteyn (1924) fue el primero en  proponer  que  los  residuos del petróleo son dispersiones coloidales de asfaltenos en maltenos peptizados por las resinas. Traxler y Coombs  (1936)  propusieron que el comportamiento no newtoniano de los asfaltos tipo gel se debe al rompimiento de las  estructuras  coloidales.  Basado  en  estas afirmaciones, Labaout (1950) propuso que los asfaltos con maltenos altamente aromáticos pueden dispersar bien los asfaltenos, y a este tipo de asfaltos los denominó tipo sol (newtonianos). En los asfaltos con maltenos poco aromáticos los asfaltenos no se dispersan bien y forman aglomerados, a este tipo de asfalto  los llamó gel (no Newtonianos); el término sol-gel representa un estado intermedio. Labaout trató de explicar con ello el comportamiento reológico del asfalto y adicionó que los asfaltos tipo sol al oxidarse podrían volverse tipo gel. Sin embargo, en la actualidad el modelo micelar de los asfaltos es fuertemente cuestionado por  otros investigadores, Leuseur (2002), puesto que según los autores, un asfalto tipo gel no presenta el comportamiento reológico tipo elástico propio de los geles, con una región de meseta en el espectro viscoelástico del material.

Investigadores como Saal y Labaout (1940) usaron una forma modificada del modelo de Burgers para caracterizar asfaltos considerados como una mezcla gel-sol y predijeron con exactitud aceptable ciertos resultados experimentales.