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Apunte de Tecnología: Características de la orimulsión. Combustibilidad de la orimulsión. Prueba de combustión. Factores que determinan la estabilidad de la orimulsión.

ORIMULSION

Orimulsión

Es un combustible fósil no convencional altamente energético no explosivo que resulta de combinar 70% de bitumen (hidrocarburo pesado) y 30% de agua con una mezcla especial de sulfactantes. La orimulsión es una emulsión estable de bitumen en agua, lo cual en términos sencillos podría decirse que es la suspensión de partículas infinitesimalmente pequeñas de bitumen en agua.

Las ventajas de la orimulsión en comparación a otras fuentes energéticas son

1. contiene un valor calorífico muy comparable al del carbón fósil.
2. después del gas, es el combustible mas limpio; bajas emisiones de CO₂.
3. es un combustible líquido que puede ser transportado fácilmente.
4. grades reservas en la faja petrolífera del Orinoco.

Características De La Orimulsión

Parámetros	Rango
Contenido de Petróleo (p/p) % Contenido de Agua (p/p) % Tamaño medio de la gota (mm)	72 ± 2 28 ± 2 17 ± 3

Para una Orimulsión con 71% Petróleo

Viscosidad Dinámica (100 s-1) mPa 20°C 80°C	800-1200 400-600
Calor Total de Combustión (Kcal/Kg)	7e10³ -7.5e³

Análisis Elemental	(p/p) %
Carbono Hidrógeno Azufre Nitrógeno Oxigeno Cenizas	59-60 7-8 2-3 0.4-0.6 0.5-0.6 0.07-0.1

Contenido de metales	(ppm)
Vanadio Níquel Hierro Sodio	280-350 68-80 12-17 40-70

Combustibilidad de la Orimulsión - Prueba de Combustión

Las propiedades de manejo, inflamabilidad y del gas de combustión de la Orimulsión han sido ampliamente evaluados en Venezuela en las instalaciones de combustión del INTEVEP en el Japón, en el centro Nagasaki de investigación y desarrollo de la Mitsubishi Heavy Industries y en Estados Unidos en el Desarrollo de Ingeniería de Combustión Keinsinger. Fue logrado inicialmente la ignición estable y la combustión limpia de la Orimulsión con configuraciones de combustión convencional y de bajo NO x. La Temperatura óptima para la combustión es de 65°C con una tasa de consumo de chorro de vapor del 6%. Fueron obtenidos excelentes resultados de la combustión con un exceso de oxígeno en los gases de combustión del 1,5%.

Eficiencia de la combustión

La eficiencia de la combustión de la orimulsión esta cerca del 99.99%, indiferente del hecho de que se trate de un hidrocarburo extra pesado. La razón de esta buena combustibilidad es debido al tamaño de las gotas del hidrocarburo y a la presencia del agua, la cual actúa como un agente de encendido efectivo. La perdida de calor del agua es cerca del 2.2% para una emulsión con un 27% de agua.

Factores que determinan la estabilidad de la orimulsión

Los factores más importantes que afectan la estabilidad de la orimulsión son los siguientes:

Temperatura: es necesario evitar temperaturas cercanas a los puntos de ebullición y de congelación del agua, por razones obvias. La fase continua de la emulsión se congela a 0 °C y se evapora a una temperatura de 100 °C, en sistemas presurizados ocurre una completa desestabilización a 120 °C. Por encima de los 80 °C el fluido se acerca a la llamada zona de inversión de fases, asociada con el punto de nube del sulfactante utilizado y este presenta menor efectividad, por lo que las pequeñas gotas de bitumen comienzan a coalescer, incrementado su tamaño. Igualmente, a temperaturas inferiores a los 30 °C, la viscosidad del producto aumenta a valores inaceptables para su manejo.

Esfuerzo cortante: Elevadas tasas de corte disminuyen el tamaño de las gotas de bitumen, incrementando su área superficial. Cuando la cantidad de surfactante no es suficiente para cubrir este incremento de superficie, la emulsión una peligrosa desestabilización, lo cual, en casos extremos, podría originar la ruptura de la misma. Asimismo, se deben evitar tasas de cote mayores de 500 s^-1 o bombas con capacidades superiores a los 1800 rpm, afín de prevenir la reducción en el tamaño de las gotas y la ruptura de la emulsión.

Caída de presión: Se deben evitar abruptas caídas de presión,superiores a los 100 psi, con la finalidad de prevenir una disminución en el tamaño de gotas y la desestabilización de la orimulsión. Esto es extremadamente importante a través de válvulas, filtros o cambios en el diámetro de la tubería.

Contaminación: Usualmente ocurre cuando la orimulsión es almacenada en tanques que contenían previamente petróleo pesado o agua. Los tanques o líneas de tubería deben ser drenados o purgados antes de su utilización con el mencionado combustible. No obstante,contaminantes con cantidades pequeñas de menos de 3% de destilados o combustibles de petróleo pesado son aceptables.

Ventajas ambientales de la orimulsión

1. menores emisiones de azufre y alto valor calórico.
2. menores emisiones de óxido de nitrógeno.
3. las plantas generadoras de electricidad que emplean orimulsión producen un 20% de dióxido de carbono que las plantas que utilizan otros combustibles.
4. las emisiones de partículas de ceniza son de 0.2 a 0.3% menores que los del carbón.
5. prevención de los residuos de acidez,