El mecanismo de los desemulsionantes del petróleo crudo se basa en el principio de transferencia de fase y deformación inversa. Al añadir un desemulsionante, se produce una transición de fase: aparecen tensioactivos capaces de generar un tipo de emulsión opuesto al formado por el emulsionante (conocidos como desemulsionantes de fase inversa). Estos desemulsionantes reaccionan con los emulsionantes hidrofóbicos para formar complejos, eliminando así la capacidad emulsionante del emulsionante.
Otro mecanismo es la ruptura de la película interfacial inducida por colisión. En condiciones de calentamiento o agitación, el desemulsionante tiene amplia oportunidad de colisionar con la película interfacial de la emulsión, ya sea adsorbiéndose sobre ella o desplazando y reemplazando porciones de las sustancias tensioactivas, lo que provoca la ruptura de la película. Esto reduce drásticamente la estabilidad, lo que induce la floculación y la coalescencia que conducen a la desemulsificación.
Las emulsiones de petróleo crudo se forman frecuentemente durante la producción y el refinado de productos derivados del petróleo. La mayor parte del petróleo crudo primario del mundo se obtiene en estado emulsionado. Una emulsión consta de al menos dos líquidos inmiscibles, uno de los cuales se encuentra finamente disperso —en forma de gotitas de aproximadamente 1 μm de diámetro— dentro del otro.
Uno de estos líquidos suele ser agua, y el otro, aceite. El aceite puede estar tan finamente disperso en agua que la emulsión se convierte en una emulsión de tipo aceite en agua (O/W), donde el agua es la fase continua y el aceite la fase dispersa. Por el contrario, si el aceite forma la fase continua y el agua la fase dispersa, la emulsión es de tipo agua en aceite (W/O); la mayoría de las emulsiones de petróleo crudo pertenecen a esta última categoría.
Las moléculas de agua se atraen entre sí, al igual que las de aceite; sin embargo, entre las moléculas individuales de agua y aceite existe una fuerza repulsiva en su interfaz. La tensión superficial minimiza el área interfacial, por lo que las gotas en una emulsión de agua en aceite tienden a la esfericidad. Además, las gotas individuales favorecen la agregación, cuya área superficial total es menor que la suma de las áreas de las gotas individuales. Por lo tanto, una emulsión de agua pura y aceite puro es inherentemente inestable: la fase dispersa tiende a coalescer, formando dos capas separadas una vez que se contrarresta la repulsión interfacial, por ejemplo, mediante la acumulación de productos químicos especiales en la interfaz, lo que reduce la tensión superficial. Tecnológicamente, muchas aplicaciones aprovechan este efecto añadiendo emulsionantes conocidos para producir emulsiones estables. Cualquier sustancia que estabilice una emulsión de esta manera debe poseer una estructura química que permita la interacción simultánea con las moléculas de agua y aceite; es decir, debe contener un grupo hidrófilo y un grupo hidrófobo.
Las emulsiones de petróleo crudo deben su estabilidad a sustancias naturales presentes en el petróleo, que a menudo contienen grupos polares como grupos carboxilo o fenólicos. Estos pueden existir como soluciones o dispersiones coloidales, ejerciendo una influencia particular al unirse a las interfaces. En estos casos, la mayoría de las partículas se dispersan en la fase oleosa y se acumulan en la interfaz petróleo-agua, alineándose una junto a la otra con sus grupos polares orientados hacia el agua. De este modo, se forma una capa interfacial físicamente estable, similar a una vaina sólida que se asemeja a una capa de partículas o a una red cristalina de parafina. A simple vista, esto se manifiesta como un recubrimiento que envuelve la capa interfacial. Este mecanismo explica el envejecimiento de las emulsiones de petróleo crudo y la dificultad para romperlas.
En los últimos años, la investigación sobre los mecanismos de desemulsificación de emulsiones de petróleo crudo se ha centrado principalmente en el estudio detallado de los procesos de coalescencia de gotas y el impacto de los desemulsionantes en las propiedades reológicas interfaciales. Sin embargo, debido a la gran complejidad de la acción de los desemulsionantes sobre las emulsiones, y a pesar de los numerosos estudios realizados en este campo, aún no se ha desarrollado una teoría unificada sobre el mecanismo de desemulsificación.
Actualmente se reconocen varios mecanismos:
③ Mecanismo de solubilización: una sola molécula o unas pocas moléculas del desemulsionante pueden formar micelas; estas bobinas macromoleculares o micelas solubilizan las moléculas del emulsionante, precipitando la descomposición del petróleo crudo emulsionado.
④ Mecanismo de deformación por plegado: Las observaciones microscópicas revelan que las emulsiones W/O poseen capas de agua dobles o múltiples, con capas de aceite intercaladas entre ellas. Bajo los efectos combinados del calentamiento, la agitación y la acción del desemulsionante, las capas internas de las gotas se interconectan, lo que provoca la coalescencia de las gotas y la desemulsificación.
Además, las investigaciones nacionales sobre los mecanismos de desemulsificación para sistemas de petróleo crudo emulsionado O/W sugieren que un desemulsionante ideal debe cumplir los siguientes criterios: fuerte actividad superficial; buen rendimiento de humectación; suficiente poder floculante; y capacidad de coalescencia eficaz.
Los desemulsionantes existen en una gran variedad; clasificados por tipos de tensioactivos, incluyen variedades catiónicas, aniónicas, no iónicas y zwitteriónicas.
Desemulsionantes aniónicos: carboxilatos, sulfonatos, ésteres de sulfato de ácidos grasos de polioxietileno, etc. —entre sus desventajas se incluyen la necesidad de una dosis elevada, una eficacia escasa y la susceptibilidad a una reducción de su rendimiento en presencia de electrolitos.
Desemulsionantes catiónicos: principalmente sales de amonio cuaternario, eficaces para aceites ligeros pero inadecuados para aceites pesados o añejos.
Desemulsionantes no iónicos: copolímeros de bloque iniciados por aminas; copolímeros de bloque iniciados por alcoholes; copolímeros de bloque de resina de alquilfenol-formaldehído; copolímeros de bloque de resina de fenol-amina-formaldehído; desemulsionantes a base de silicona; desemulsionantes de peso molecular ultra alto; polifosfatos; copolímeros de bloque modificados; y desemulsionantes zwitteriónicos representados por desemulsionantes de petróleo crudo a base de imidazolina.
Fecha de publicación: 4 de diciembre de 2025