Escudo de la República de Colombia
Sistema Nacional de Biliotecas - Repositorio Institucional Universidad Nacional de Colombia Biblioteca Digital - Repositorio Institucional UN Sistema Nacional de Bibliotecas UN

First week of oil weathering of Colombian crude oil in the Colombian Caribbean Sea

Ramírez Hernández, Juan Guillermo (2014) First week of oil weathering of Colombian crude oil in the Colombian Caribbean Sea. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.

Texto completo

[img]
Vista previa
PDF - Versión Aceptada
Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives.

2MB

Resumen

Abstract: A module, MEUN (Módulo de Envejecimiento Universidad Nacional), that describes the processes that occur due to the interaction, also known as weathering, of the crude in an oil spill with the atmosphere and the ocean, was developed. This module, couples individual sub-models available in the literature used to describe the evaporation, emulsification, dispersion and spreading processes that characterize the first week after an ocean oil spill. MEUN predicts as well the variation in density and viscosity over time as a result of the weathering processes. All sub-model constants were adapted to the specific requirements of Colombian crudes, particularly to Cusiana (API 43.2) and Vasconia (API 20.7). While the first one represents light crudes, the second one is an example of heavier oils. These two crudes have high production and require marine transport. To evaluate MEUN predictions, experiments were carried out for evaporation and emulsification processes at conditions similar to those observed during an oil spill in the Colombian Caribbean Sea. In the case of the evaporation experiments, a wind tunnel of 3.0 m and a circular cross section of 30 cm in diameter was adapted to measure the weight loss of crude oil while varying the wind velocity between 3 m/s and 8 m/s. The emulsification process was simulated using the rotating-cylinder method, a standard in the weathering community. The emulsification experiments evaluated the effect of temperature (ranging from 22°C to 30°C) as well as the degree of evaporation of the crude oil in the rate and extent of emulsification. Variations in density and viscosity as a result of evaporation and emulsication were also measured. The evaporation results showed a strong dependence of evaporation rate with wind velocity, particularly for Cusiana. This behavior is not predicted by the state-of-the-art models used by the oil spill community. MEUN included a new correlation for the mass transfer coefficient that correctly predicts the evaporation process of Cusiana. Furthermore, the experiments revealed that Cusiana increases the pour point because of evaporation from 0°C for fresh oil up to 30°C when the evaporated fraction is 48%. When the oil temperature is below the pour point, something rather possible even at the relative high temperatures of the Colombian Caribbean Sea given the significant increase in pour point because of evaporation, the evaporation rate significantly decreases to virtually zero. This effect was included in MEUN. Vasconia presents the typical behavior for oil emulsification described in the literature as it forms an emulsion with a water content of 70-90% that becomes more stable as the evaporated fraction increases and the temperature decreases. Contrary, Cusiana only forms an emulsion when the temperature is below the pour point. The final version of MEUN reproduces these emulsification behaviors for Cusiana and Vasconia. When compared to well-established weathering software, such as ADIOS, MEUN gives predictions that are closer to the experimental behavior, particularly for Cusiana, as it considers the effect of pour point and predicts a combination of evaporation and dispersión considerably higher than that predicted by MEUN (100% vs 50% of the spilled amount, respectively, 30 hours after the spill)., Resumen: Se desarrolló un módulo, MEUN (Módulo de Envejecimiento Universidad Nacional) que describe los procesos que ocurren debido a la interacción, del crudo en un derrame con la atmósfera y el océano también conocido como envejecimiento. Este modelo acopla sub-modelos disponibles en la literatura para describir los procesos de evaporación, emulsificación, dispersión y esparcimiento que caracterizan la primera semana después de un derrame de crudo en el océano. MEUN predice también la variación en la densidad y la viscosidad a través del tiempo como resultado de los procesos de envejecimiento. Las constantes de los sub-modelos fueron adaptadas a los requerimientos específicos de crudos Colombianos, Particularmente para Cusiana (°API 43.2) y Vasconia (°API 20.7). Mientras que el primero representa los crudos livianos, el segundo es un ejemplo de un crudo más pesado. Estos dos crudos tienen alta producción y requieren transporte marítimo. Para evaluar la predicción de MEUN, se desarrollaron experimentos para los procesos de evaporación y emulsificación en condiciones similares a las observadas en un derrame de crudo en el mar Caribe Colombiano. En el caso de los experimentos de evaporación, un túnel de viento de 3.0 m de largo y una sección transversal circular de 30 cm de diámetro fue adaptado para medir la pérdida de peso de crudo mientras se varia la velocidad del viento entre 3 m/s y 8m/s. El proceso de emulsificación fue simulado usando el método de cilindro rotatorio, un método estándar en la comunidad del envejecimiento de crudos. Los experimentos de Emulsificación evaluaron el efecto de la temperatura (variando de 22°C a 30°C) y el del grado de evaporación del crudo en la velocidad y el grado de emulsificación. Las variaciones en la densidad y la viscosidad como resultado de la evaporación y la emulsificación fueron también medidas. Los resultados de evaporación mostraron una fuerte dependencia de la velocidad de evaporación con la velocidad del viento, particularmente para Cusiana. Este comportamiento no es predicho por los modelos del estado del arte usados por la comunidad de derrames de hidrocarburos. Por esto, MEUN incluye una nueva correlación para el coeficiente de transferencia de masa que predice correctamente el proceso de evaporación para Cusiana. Más aun, los experimentos revelaron que el punto de fluidez del crudo Cusiana se incrementa debido a la evaporación desde 0°C para el crudo original hasta 30°C cuando la fracción evaporada es 48 %. Cuando la temperatura del crudo está por debajo del punto de fluidez, algo que es posible incluso con las relativamente altas temperaturas del mar caribe Colombiano debido al incremento significativo del pour point con la evaporación, la velocidad de evaporación disminuye significativamente hasta alcanzar el valor de cero. Este efecto fue incluido en MEUN. Vasconia presenta el típico comportamiento de emulsificación de crudos descrito en la literatura ya que forma una emulsión con un contenido de agua de 70-90% que se convierte más estable a medida que la fracción evaporada aumenta y la temperatura disminuye. Contrariamente, Cusiana solo forma una emulsión cuando la temperatura este por debajo del punto de fluidez. La versión final de MEUN reproduce estos comportamientos de emulsificación de Cusiana y Vasconia. Al ser comparado con software de envejecimiento reconocidos como ADIOS, las predicciones de MEUN son más cercanas al comportamiento experimental, particularmente para Cusiana, ya que considera el efecto del punto de fluidez y predice una combinación de evaporación y dispersión considerablemente mayor que la predicha por MEUN (100% vs 50% de la cantidad derramada, respectivamente, 30 horas después del derrame)

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Maestría)
Colaborador / Asesor:Molina, Alejandro
Información adicional:Maestría en Ingeniería - Ingeniería Química
Palabras clave:Oil weathering, Oil spill modeling, Oil evaporation, Water-in-oil emulsions, Pollution modeling, Envejecimiento, Emulsiones water-in-oil, Modelamiento de derrames, Evaporación de crudo, Modelamiento de contaminación
Temática:6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology > 66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering
Unidad administrativa:Sede Medellín > Facultad de Minas > Escuela de Química y Petróleos
Código ID:47410
Enviado por : Juan Guillermo Ramírez Hernández
Enviado el día :17 Mar 2015 10:52
Ultima modificación:17 Mar 2015 10:52
Ultima modificación:17 Mar 2015 10:52
Exportar:Clic aquí
Estadísticas:Clic aquí
Compartir:

Solamente administradores del repositorio: página de control del ítem

Vicerrectoría de Investigación: Número uno en investigación
Indexado por:
Indexado por Scholar Google WorldCat DRIVER Metabiblioteca OAIster BASE BDCOL Registry of Open Access Repositories SNAAC Red de repositorios latinoamericanos eprints Open archives La referencia Tesis latinoamericanas OpenDOAR CLACSO
Este sitio web se ve mejor en Firefox