A que fluidos son permeables los polimeros

Cálculo de la permeabilidad

En física e ingeniería, la permeabilidad (también llamada imbibición) es la penetración de un permeado (un fluido como un líquido, gas o vapor) a través de un sólido. Está directamente relacionada con el gradiente de concentración del permeado, la permeabilidad intrínseca de un material y la difusividad de masa de los materiales. La permeación se modela mediante ecuaciones como las leyes de difusión de Fick, y puede medirse utilizando herramientas como un minipermeámetro.

El proceso de permeación implica la difusión de moléculas, llamadas permeantes, a través de una membrana o interfaz. La permeación funciona a través de la difusión; el permeante pasará de una concentración alta a una concentración baja a través de la interfaz. Un material puede ser semipermeable, con la presencia de una membrana semipermeable. Sólo las moléculas o los iones con determinadas propiedades podrán difundir a través de dicha membrana. Se trata de un mecanismo muy importante en biología, donde es necesario regular y controlar los fluidos dentro de un vaso sanguíneo. La permeabilidad puede producirse a través de la mayoría de los materiales, incluidos los metales, la cerámica y los polímeros. Sin embargo, la permeabilidad de los metales es mucho menor que la de las cerámicas y los polímeros debido a su estructura cristalina y su porosidad.

Permeabilidad magnética

Los polímeros son permeables, mientras que la cerámica, el vidrio y los metales son generalmente impermeables. Esto puede parecer una desventaja, ya que los contenedores poliméricos pueden permitir la pérdida o la contaminación de su contenido y las sustancias agresivas, como el agua, se difundirán en las estructuras poliméricas, como las juntas adhesivas o los compuestos reforzados con fibras, y causarán su debilitamiento. Sin embargo, en algunos casos la permeabilidad es una ventaja, y un área particular en la que esto es así es en el uso de polímeros en sistemas de administración de fármacos. Además, sin polímeros permeables, no disfrutaríamos de la amplia gama de tejidos teñidos que se utilizan en la ropa y el mobiliario. La razón fundamental de la permeabilidad de los polímeros es su nivel relativamente alto de movimiento molecular, un factor que también conduce a sus altos niveles de fluencia en comparación con la cerámica, los vidrios y los metales. El objetivo de este volumen es examinar algunos aspectos oportunamente aplicados de la permeabilidad de los polímeros. En el primer capítulo se introducen las cuestiones básicas de la matemática de la difusión, a lo que siguen dos capítulos en los que se presentan los aspectos fundamentales de la difusión en los polímeros. A continuación, cada uno de los capítulos siguientes examina un área de la ciencia aplicada en la que la permeabilidad es un tema clave. Cada capítulo es razonablemente autónomo y pretende ser informativo sin necesidad de hacer frecuentes referencias externas. Esto conduce inevitablemente a algunas repeticiones, pero se espera que no sean excesivas.

Permeabilidad intrínseca

Ya en 1964 se sabía que ciertos polímeros solubles en agua por inundación impartían DPR al flujo de agua en la roca del yacimiento que había sido previamente inundada con el polímero[1] Aunque, en concepto, los polímeros reductores de la permeabilidad solubles en agua pueden inyectarse (utilizando los polímeros y las condiciones apropiadas) en la roca matriz para reducir la permeabilidad absoluta a todos los fluidos (incluidos el agua, el petróleo y el gas), la inyección de polímeros reductores de la permeabilidad solubles en agua en la roca matriz se realiza con mayor frecuencia para impartir DPR.

Aunque el mecanismo por el que los polímeros imparten DPR al flujo de agua en los medios porosos de los yacimientos se está estudiando activamente, se cree que el mecanismo básico implica la adsorción del polímero en las paredes del cuerpo de los poros y/o la retención en las gargantas de los poros[3][4][5][6][7][8] En la mayoría de los casos, los polímeros DPR tienden a disminuir la permeabilidad relativa al agua con poco efecto en la curva de permeabilidad relativa al petróleo o al gas[7][9][10].

La Fig. 1, tomada de Zaitoun y Kohler[7], representa el efecto de DPR y RPM en las curvas de permeabilidad relativa impartidas en un paquete de arena de 4,8 Darcy que se inundó a 140°F con una solución de 10 g/L de biopolímero Polisacárido G en salmuera de 10 g/L de KCl. La figura muestra, como resultado de la inundación del paquete de arena con la solución de biopolímero, cómo la curva de permeabilidad relativa al agua se redujo sustancialmente, mientras que la curva de permeabilidad relativa al petróleo no se vio relativamente afectada.

Coeficiente de permeabilidad

Se ha observado que la viscosidad aparente de las soluciones poliméricas en medios porosos suele ser inferior a la viscosidad del polímero observada en los viscosímetros a la misma velocidad de cizallamiento. La velocidad de cizallamiento efectiva en el núcleo se calcula normalmente utilizando un modelo de haz capilar para el flujo de fluidos no newtonianos en medios porosos. Para corregir la discrepancia, estos modelos suelen modificarse mediante un coeficiente empírico, denominado coeficiente de velocidad de cizallamiento, que intenta relacionar el flujo en un haz capilar con el de los medios porosos. Los autores han analizado datos de la literatura y datos tomados para una variedad de polímeros, medios porosos y condiciones de flujo. Algunos de sus nuevos datos incluyen el flujo en medios heterogéneos. El coeficiente de velocidad de cizallamiento parece variar en un rango más amplio de lo que se apreciaba anteriormente, basándose en datos experimentales mucho más limitados que los analizados en este trabajo. Se propone una correlación para dar una estimación aproximada del coeficiente de cizallamiento cuando sólo se conocen la permeabilidad, la porosidad, el caudal y el tipo de polímero.

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