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Formulación, Interfaces, Reología y Procesos desde 1978...

El Laboratorio FIRP inició sus actividades en 1978 para realizar investigaciones aplicadas en Fenómenos Interfaciales y Recuperación del Petróleo (de donde el nombre “FIRP”), en concertación con PDVSA en general e INTEVEP en particular, dedicándose a temas como la recuperación mejorada del petróleoel transporte de crudos extrapesados y la formulación del combustible

 emulsionado comercializado a finales de los años 80 por PDVSA como “orimulsion”. A principios de los años 90 la investigación básica orientada del grupo FIRP dejó claro que la fenomenología de los sistemas emulsionados podía describirse de igual forma que el aceite sea un petróleo crudo, un solvente orgánico, o aceite de lanolina, oliva o linaza. Como consecuencia, se hizo evidente que el know-how desarrollado podía utilizarse para resolver una gran variedad de problemas en diversos sectores.

Respondiendo la demanda de apoyo de la industria petrolera...

Cuando el Lab FIRP recibió el premio-subvención de Fundacite en 1995, se encontraba en un período de mutación y ampliación tanto en número de integrantes como de temáticas. A finales de la década de los 90, los investigadores de la Escuela de Ingeniería Química estaban trabajando en otros problemas de acuerdo a una ampliación de la demanda de apoyo de la industria 

petrolera, particularmente en materia de lodos de perforación, emulsiones asfálticas y deshidratación de crudoAdicionalmente y gracias a la incorporación de investigadores de las facultades de Farmacia, Ciencias y Medicina al grupo, se empezaron investigaciones sobre otras aplicaciones de emulsiones y espumas como productos farmacéuticos y cosméticos, alimentos, pinturas, detergentes y suavizadores, entre otros. A pesar de la diversificación de aplicaciones y de “clientes”, los integrantes del grupo mantenían una cohesión en cuanto a

métodos de trabajo concertado, organización y administración de tipo empresarial y cooperación interdisciplinaria que se reforzó por la formación de una docena de personas a nivel doctoral mediante una cooperación internacional con centros en Europa, EUA y Japón.

Dedicados al Desarrollo y la formación para academicos e industriales...

En el año 2000 el grupo FIRP era una asociación de 25 profesores de la ULA, de los cuales 16 tenía una formación doctoral y también de los cuales 8 tenían una experiencia industrial. Se reorganizaron las actividades del grupo para ganar eficiencia, en particular para aumentar el nivel de dedicación de los investigadores, para formar el personal más joven, para generar ingresos propios que permitían

proteger las actividades de los alti-bajos del financiamiento convencional ofrecido por el CDCHTA y el FONACIT, y para suministrar un servicio de formación de personal tanto al sector académico como al industrial.
El grupo FIRP cambió de nombre, y FIRP pasó a ser la abreviatura de Formulación, Interfaces, Reología y Procesos, lo que permitió internacionalizar el nombre y ampliar la temática, en particular para enfatizar la palabra Formulación que se había vuelto un campo en que el laboratorio era reconocido nacional e internacionalmente, y la palabra Procesos que denotaba la

orientación aplicada y pragmática de la política del grupo.

Servicios que ha prestado el Laboratorio FIRP

Durante todos los años del Labor hemos realizado una gran diversidad de servicios, para un gran número de empresas y multinacionales. Por razones de confidencialidad no se menciona el cliente, ni las características especificas. A continuación se presentan algunos de los servicios prestados:

1. Formulación de concentrado autoemulsificable, Una empresa tenia problema en la formulación de un concentrado de aceite autoemulsionable para uso agroindustrial (aplicación de pesticidas) por diversas razones, en particular la utilización de un aceite de tipo aromático y por tanto tóxico y el emulsionante que no se conseguía más en Venezuela. Reformulamos una microemulsión con base a un aceite “verde” y con surfactantes y aditivos que se conseguían en Venezuela. La empresa pudo incluso exportar sus productos por ser mucho más “amigables” para el ambiente.

2. Formulación de un “aceite de laminado”, Una empresa transnacional tenía problemas de estabilidad con una emulsión que se usaba para el enfriamiento y la lubricación en el laminado de placas de aluminio caliente. Una mala lubricación se saldaba por un espesor irregular de la lamina y la necesidad de reciclar a fundición más del 10%. Realizamos el diagnóstico de la evolución de la emulsión al aplicarse sobre la placa caliente (evaporación del agua, cambio de afinidad del surfactante por cambio de temperatura, inversión de la emulsión) y pudimos explicar el problema. Le dimos elementos a la empresa para modificar su formulación y formamos un personal en una pasantía de varios meses, que se volvió el experto en triboquímica de aceites de laminado.

3. Formulación un producto para limpiar pozo, Los medios porosos petroleros tienden a taponarse con emulsiones, espumas o suspensiones, particularmente por la penetración de un fluido de perforación, lo que reduce la permeabilidad para la producción de crudo o de gas. Hemos formulado sistemas para inyectar como “píldora” con el fin de reducir o eliminar los efectos capilares, mediante la formación de una microemulsión o logrando lograr una tensión interfacial ultrabaja. En ciertos casos se ha podido incluso disolver particulas sólidas y aumentar la producción de un pozo de 500 a 10.000 barriles diarios.

4. Emulsión de combustible resídual, Una empresa utilizaba orimulsion, es decir emulsión de 70% de crudo extra pesado en agua, como combustible de caldera. Al abandonarse la fabricación de este producto por parte de PDVSA-BITOR, la empresa quiso sustituir el producto por una emulsión de hidrocarburos pesados con características equivalentes desde el punto de vista operacional. Formulamos una emulsión de residuo de refinación, y diseñamos las condiciones de emulsificación para lograr un producto de sustitución con características similares. De paso se valorizó la corriente residual de refinación ya que la combustión de un sistema emulsionado reduce los problemas de efluentes.

5. Emulsificación de una resina viscosa para fabricar una pintura (alquídica con una empresa, poliuretano con otra), y fabricación de una macilla de polidimetil solixano –silicona– con una tercera), Las resinas poliméricas usadas en pinturas o en macillas son a menudo extremadamente viscosas y la fabricación de una pintura emulsionada con tamaño de gota adecuado (algunas micras) no se puede hacer por agitación muy energética por cuestiones técnicas y de costo. Hay que llevar a cabo un proceso de inversión de fase que es una inestabilidad fisicoquímica e hidrodinámica que se propaga al introducir una pequeña cantidad de agua en un tanque de resina viscosa, y agitar lentamente durante varias horas, hasta que se logren las condiciones de inversión. En un 20 % de los casos el producto final no era satisfactorio, lo que representaba un costo considerable de productos fuera de especificación. Nuestro saber-hacer acumulado durante los últimos 10 años en materia de inversión de emulsiones anormales y sobre la influencia de la formulación, de la composición y del protocolo de emulsionación nos permitió recomendar cambios en el proceso e la instalación de controles que permitieron reducir considerablemente las cochadas fuera de especificaciones.

6. Ajuste de un producto con características indeseables, Ciertos productos formulados tienden a producir precipitados con el tiempo, otros tienden a perder su homogeneidad y a separarse en varias fases, o a cambiar de coloración. Eso ocurre en particular cuando su formulación ha tenido que cambiarse para adaptarla a la disponibilidad de una nueva materia prima. Eliminar la formación de precipitado o la separación de fase, o el cambio de color, requiere por lo general hacer un diagnostico acerca de lo que lo esta produciendo, que puede ser una reacción química, una incompatibilidad entre sustancias del producto, o una estabilización insuficiente de la dispersión. Luego hay que reformular en consecuencia para obtener una propiedad similar sin el inconveniente detectado. Hemos resuelto numerosos problemas de este tipo, entre otros un shampú transparente que se tornaba opaco, un líquido limpiador que producía un precipitado, una pintura que formaba grumos, una salsa alimentaria que perdía su viscosidad.

7. Formulación de una emulsión estable, Al contrario hemos a menudo ayudado empresas a aumentar la estabilidad de una emulsión, o a controlar el tamaño de las gotas. Ha sido el caso de emulsiones parenterales en las cuales no deben haber gotas mayores de la micra, o de emulsiones asfálticas que deben ser estables en el pipote pero romperse rápidamente al contacto con el agregado rocoso, o de nanoemulsiones para vacunas veterinarias o cremas cosméticas, o pinturas emulsionadas cuya reología debe ser bien controlada. También ha sido el caso de una nanoemulsión para dispersar nutrientes (aceites triglicéridos vegetales) en medios de fermentación para producción de antibióticos, en cuyo caso la emulsión no debe tener una acción antiespumante demasiada fuerte.

8. Ajuste de mojabilidad, Hemos tratado diversos tipos de materiales para cambiar su mojabilidad superficial por adsorción. Por ejemplo el lignito es un material orgánico que puede considerarse como un carbón medio madurado, que para usarse como elemento viscosante en forma de suspensión o suspemulsión debe seguir un tratamiento de superficial para tornarlo mojable al agua o al aceite según el caso. Las cadenas de transporte de botellas en una planta de embotellamiento deben lubricarse, pero por supuesto no con aceite que contaminaría las botellas. En realidad se hace con una fina capa hidrofobante adsorbida. El polvillo que vuela en todas partes en explotación de minería puede controlarse produciendo su aglomeración también mediante un cambio de su mojabilidad o carga superficial.

9. Uso de residuo de pulpado, Los licores negros de pulpado contienen sustancias derivadas de la lignina que son potenciales agentes dispersantes de emulsiones, suspensiones y espumas. Hemos realizados estudios para una compañía petrolera y varias empresas papeleras para adaptar el residuos de pulpado de las últimas a las características deseables como agentes dispersantes para fluidos de perforación o emulsionantes. Otro estudio ha mostrado que productos obtenidos por modificación de la lignina pueden poseer propiedades adecuadas.

10. Ajuste de formulación para romper emulsiones o espumas, En ciertos casos se desea romper emulsiones y separar el agua del aceite. Lograr las condiciones fisicoquímica para que un emulsión o una espuma sea inestable requiere primero de un diagnóstico, y luego del diseño de un aditivo que contrarresta la estabilización. Hemos resuelto este tipo de problemas en muchas instancias. Por ejemplo varias compañías de servicio que vende desemulsionantes para crudo y que deben ajustar una formula para una segregación bien definida. O cuando se debe dosificar un aditivo polielectrolito para producir la floculación de materiales indeseables (aceites, proteínas) en efluentes acuosos. No sólo nos ocupamos de formulación sino también de diseño del proceso ya que tenemos ingenieros químicos y un equipo experto que trabaja con membranas de micro, ultra o nanofiltración.

11. Formulación de jabones/detergentes especiales, Se han modificado y formulado jabones o detergentes limpiadores para uso especial como los que contienen productos asépticos o bactericidas, y que se usan en hospitales, para limpiar carros de ventas de alimentos en la calle o para aplicaciones domésticas.

12. Caracterizacion de aguas de producción petrolera, Luego del proceso de deshidratación en la industria petrolera se hace necesario disponer de las aguas que se han separado en este proceso. En muchos casos se reinyectan las aguas a otros pozos abandonados. Estas aguas deben poseer algunas características especiales para que no tapen la formación en las cuales son inyectadas. Es por ello que se debe caracterizar en cuanto a distribución de tamaños de particulas tanto de crudo como de sólidos. Densidad de los sólidos, sólidos suspendidos y sólidos disueltos.

Pilares del Laboratorio FIRP

Se puede decir que en la actualidad el Lab FIRP es una asociación de más de dos docenas de profesores (la mitad con doctorado) que laboran en diversos ambientes físicos en forma a la vez independiente y concertada, para atender diversas actividades:

1. Investigación aplicada y desarrollo, que se realiza vía contratos a través de la Unidad de Asesoría e Innovación Tecnológica de la Facultad de Ingeniería (UAPIT-ULA) o directamente como proyectos del laboratorio, y que permite poner el saber-hacer acumulado al servicio del sector industrial petrolero, no solo PDVSA sino también las PyMEs asociadas (formulación de deshidratantes, de reductores de viscosidad, de transporte emulsionado, de emulsiones catalíticas, de lodos de perforación) y no petrolero (pinturas alquídicas de base agua, insecticidas autoemulsionables, crema cosmética anticelulitis, crema solar, pastas dentales, aceites de laminado y de corte, remediación de problemas ambientales, etc). Esta actividad ocupa aproximadamente un 50% del tiempo de nuestros investigadores y permite prestar un servicio tecnológico único en el país, generar ingresos propios, hacer participar nuestro personal en formación y los estudiantes de postgrado en trabajos “realísticos” y darle una formación “práctica” que incrementa su potencial para resolver problemas del sector productivo, particularmente en forma local o nacional.
2. Investigación fundamental, cuyo objetivo es la creación de conocimiento, lo que permite formar el personal de relevo y los estudiantes de postgrado, avanzar en la comprensión de los fenómenos que se manejan en la actividad anterior, producir publicaciones y divulgar el conocimiento organizado. Por lo general las temáticas de investigación fundamental están orientadas a los problemas de investigación aplicada que se confrontan en los proyectos de desarrollo de soluciones. Esta actividad ocupa aproximadamente el 30% del tiempo de nuestros investigadores y además de reforzar el conocimiento nuestro y afincar nuestro competencia científica, contribuye a hacer conocer el grupo a nivel nacional e internacional, y a cumplir con los requisitos de los diplomas de postgrados del personal en formación, y los requerimientos de publicaciones con fines diversas (PPI, PEI, informes de proyectos).

3. Formación de personal en múltiples niveles:
▪ Primero a través del dictado de cursos convencionales de pre y postgrado en la ULA y otras universidades nacionales y en el exterior a través de los convenios de cooperación.
▪ Segundo, mediante la oferta de una variedad de cursos técnicos y adiestramientos para empleados del sector productivo público y privado, con un saldo de más de 2000 personas atendidas en los últimos 10 años, en particular con programas únicos como los cursos de extensión de una semana (más de 100 cursos en los últimos 10 años), o aquel llamado PPEQ (Proyecto Piloto de Especialidades Químicas para formar en 11 meses expertos formuladores para el sector de PyMEs que presta servicio a PDVSA con el fín de elevar la capacidad de respuesta de este sector).
▪ Tercero, mediante la formación por y para la investigación, a nivel de postgrado del personal joven del propio grupo, y de grupos asociados en ULA y otras universidades nacionales. En los últimos 10 años se atendieron unas 60 tesis de pregrado, 20 de Maestría y 10 de doctorado. El propósito actual, después de ayudar a la creación de un grupo de Separaciones por Membranas en ULA y otro de Petroquímica y Surfactantes en LUZ, es consolidar la creación de un grupo de Sistemas Dispersos y Ambiente en la UDO, y otro de Fenómenos Interfaciales en la USB, y de apoyar la creación y consolidación de un grupo de Polímeros y Coloides en la ULA y otro de Asfaltenos y Surfactantes Naturales en la UC.
▪ Cuarto, preparar un amplio material de apoyo a la formación de personal, tanto a nivel de las presentaciones (mas de 150 presentaciones power point) de los cursos convencionales o de adiestramiento, como en lo que trata de textos o manuales (20 capítulos en libros de circulación internacional), o de folletos autodidácticos de libre divulgación (más de 50 cuadernos FIRP, la mayoría disponibles para descarga de la pagina web del laboratorio).

4. Desarrollo de aparatos para equipamiento científico, gracias a una estrecha colaboración con el CITEC-ULA, y apoyado por FONACIT a través de proyectos aplicados y pragmáticos como el Agenda Petróleo. Se desarrollaron 4 equipos (tensiómetro de gota giratoria, deshidratador electrostático, reómetro de caída de bola, columna de espumeo a alta presión y alta temperatura), entre los cuales los dos primeros alcanzaron la etapa comercial y son disponibles para los sectores académicos y productivos a un costo del orden del 50% del mercado internacional.

Nuestro Primer Curso Seminario

En conmemoración a nuestro trigésimo tercer aniversario (ya un 1/3 de siglo!), aquí recordamos las notas de un seminario efectuado el 3 de noviembre de 1978.

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