Simulación molecular del efecto de la agregación de asfaltenos en la viscosidad de sistemas asfalteno-solvente

Abstract

En este trabajo se determina el efecto de la concentración y el tipo de estructura de los asfaltenos en la agregación y la viscosidad de sistemas asfalteno/solvente, mediante el uso de técnicas de simulación molecular. El estudio se realiza para representaciones formadas por una mezcla de cuatro moléculas de asfalteno y sistemas compuestos exclusivamente por asfaltenos tipo archipiélago y tipo isla, usando concentraciones en peso de asfaltenos del 15 y 30 % en tolueno y n-heptano. Inicialmente se determina el valor de la viscosidad de mezclas de n-heptano y tolueno usando tres técnicas de simulación molecular, con el objetivo de validar la herramienta de simulación y la forma de cálculo de la viscosidad. Entre estas técnicas de simulación se encuentra que: el método de G-K produce los mejores resultados y presenta el mejor balance entre la calidad de los resultados y el tiempo de simulación requerido. La técnica de NEMD genera resultados aceptables para la viscosidad del sistema, pero requiere mayor tiempo de simulación y la determinación de valores apropiados de la velocidad de cizallamiento. Por su lado, la técnica de rNEMD es rápida, elimina la necesidad de determinar un grupo de valores para la velocidad de cizallamiento pero presenta grandes fluctuaciones en la medida de la velocidad de cizallamiento y de la viscosidad. En el estudio del efecto de la estructura molecular de los asfaltenos en el tamaño promedio de agregación, se obtiene que las moléculas de asfalteno usadas presentan una fuerte consistencia con la definición de solubilidad de los asfaltenos en tolueno y la insolubilidad en solventes como el n-heptano. Por otro lado el número de moléculas por agregado en tolueno y n-heptano, se encuentra entre dos y cuatro moléculas. Se determina que las moléculas tipo archipiélago presentan poca agregación en tolueno y n-heptano. Finalmente se encuentra que en n-heptano la agregación aumenta con la concentración de los asfaltenos en la solución, mientras que en tolueno la agregación permanece en valores pequeños sin importar la concentración o la molécula de asfalteno que se use. Por último se determina la viscosidad de las diferentes representaciones de asfalteno en n-heptano y tolueno. Se encuentra que el valor de la viscosidad no se ve directamente afectado por la forma estructural de la representación del asfalteno, sin embargo sí se ve afectado por la concentración y el tipo de solvente. Finalmente, se obtiene que el valor de la viscosidad no presenta un cambio considerable con el tamaño promedio de agregación, es decir que la agregación varía en el tiempo pero la herramienta de cálculo no es lo suficientemente sensible para percibir el cambio en el valor de la viscosidad por efecto de la variación en el tamaño de agregación