diseno conceptual de equipos para el tratamiento de crudos y ...
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REPÚBLICA BOLlVARlANA DE VENEZUELA<br />
UNIVERSIDAD DEL ZULIA<br />
FACULTAD DE INGENIER~A<br />
DIVISIÓN DE POSTGRADO<br />
PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIER~A DE PETR(-)LEO<br />
DISENO CONCEPTUAL DE EQUIPOS PARA EL<br />
TRATAMIENTO DE CRUDOS Y AGUAS EFLUENTES<br />
Trabajo De Grado Presentado Ante La<br />
Ilustre Universidad D<strong>el</strong> Zulia<br />
Para Optar Al Grado Académico De<br />
Maracaibo, junio <strong>de</strong> 2005<br />
Autor: Juan Armando Silva Sánche;!<br />
Tutor: Ing. Jorge Barriento!;<br />
Co- tutora: D, Marian<strong>el</strong>a Silva
Silva Sánchez Juan Armando. DISEÑO CONCEPTUAL DE EQUIPOS; PARA EL<br />
TRATAMIENTO DE CRUDOS Y AGUAS EFLUENTES. (2005), Trabajo <strong>de</strong> Grado.<br />
Clniversidad <strong>de</strong>l Zulia. Facultad <strong>de</strong> Ingeniería. División <strong>de</strong> Postgrado. Maracaibo. Tutor:<br />
F*rof. Jorge Barrientos. Co -Tutora D, Marian<strong>el</strong>a Silva.<br />
La presente investigación tuvo como principal objetivo la realización <strong>de</strong> diseños<br />
<strong>conceptual</strong>es <strong>de</strong> <strong>equipos</strong> <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> y aguas efluentes. Tanto <strong>el</strong><br />
crudo como <strong>el</strong> agua producida por los pozos petrolíferos contienen en su composición<br />
contaminantes y residuos in<strong>de</strong>seables lo que genera problemas en los diversos<br />
procesos que se llevan a cabo <strong>de</strong> industria petrolera. El agua con cierto porcentaje <strong>de</strong><br />
petróleo y concentraciones <strong>de</strong> sales minerales y otros <strong>el</strong>ementos perjudiciales al medio<br />
ambiente origina inconvenientes ya que no pue<strong>de</strong>n verterse al medio ambiente sin<br />
cumplir con los estándares exigidos por <strong>el</strong> Ministerio <strong>de</strong> Ambiente, al igual que resulta<br />
perjudicial su empleo en <strong>equipos</strong> y plantas no diseñados <strong>para</strong> <strong>el</strong> manejo <strong>de</strong> un fluido<br />
con las características mencionadas, pudiendo originar corrosión, <strong>de</strong>positación <strong>de</strong><br />
sólidos entre otros problemas. El petróleo <strong>de</strong>be cumplir con los estándares<br />
iiiternacionales porque resultaría sumamente perjudicial en los procesos <strong>de</strong> refinación y<br />
también se vería afectado su valor en <strong>el</strong> mercado.<br />
Ell tipo <strong>de</strong> investigación es <strong>de</strong>scriptiva - documental, <strong>de</strong> carácter Monográfiso con base<br />
en <strong>el</strong> método cualitativo, ya que una vez analizadas las diferentes propuestas<br />
iiivestigativas, ésta es la que más se a<strong>de</strong>cua por las características que la <strong>de</strong>finen. La<br />
revisión, análisis y propuesta enmarcada en esta investigación <strong>de</strong>rivan cle la escasa<br />
iiiforrnación existente referida al uso <strong>de</strong> <strong>equipos</strong>, como los <strong>de</strong>snatadores y <strong>de</strong> flotación,<br />
csí como los procesos <strong>de</strong> <strong>de</strong>salación y <strong>de</strong>sulfuración <strong>de</strong>l petróleo.<br />
Eista investigación ha arrojado como resultados una revisión y análisis <strong>de</strong> una serie <strong>de</strong><br />
procedimientos y métodos que permiten realizar <strong>el</strong> diseño <strong>conceptual</strong> <strong>de</strong> <strong>equipos</strong> <strong>para</strong><br />
€11 <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> y aguas efluentes lo que es <strong>de</strong> gran significación por <strong>el</strong> aporte<br />
c ue, como investigación documental, ofrece en <strong>el</strong> campo <strong>de</strong> la ingeniería <strong>de</strong> petróleo.<br />
Palabras claves: Diseño, <strong>equipos</strong>. Métodos, <strong>tratamiento</strong>s, crudo, aguas efluentes.
Silva Sanchez Juan Armando. EQUlPMENT CONCEPTUAL DESIGN FOR THE<br />
'I'REATMENT OF CRUDE AND EFFLUENT WATERS. (2005), Trabajo <strong>de</strong> Grado.<br />
llniversidad <strong>de</strong>l Zulia. Facultad <strong>de</strong> Ingeniería. División <strong>de</strong> Postgrado. Maracaibo. Tutor:<br />
F'rof. Jorge Barrientos. Co -Tutora D, Marian<strong>el</strong>a Silva.<br />
7'he current investigation had like first objective the accomplishment of equipment<br />
<strong>conceptual</strong> <strong>de</strong>signs for the treatment of cru<strong>de</strong> and effluent waters. As much the cru<strong>de</strong> as<br />
the water produced by petroliferous w<strong>el</strong>ls contain un<strong>de</strong>sirable polluting agents and<br />
remain<strong>de</strong>rs in their composition what generates problems in the diverse processes that<br />
are carried out in the oil industry. Water with certain percentage of oil and cc~ncentrations<br />
cf mineral salts and other <strong>el</strong>ements that harm the environment originate disadvantages<br />
kecause they can't be spilled to the environment without fulfilling the <strong>de</strong>man<strong>de</strong>d<br />
standards by the Environment Ministry, it is also harming its use in equipmeiit and plants<br />
that are not <strong>de</strong>signed for the handling of fluids with the mentioned characteristics, being<br />
able to originate corrosion, storage of solids, and other problems. The oil rriost fulfill the<br />
iiiternational standards because it would result extrem<strong>el</strong>y harming in the refinernent<br />
processes and its price in the market would be affected too.<br />
7'he type of investigation is <strong>de</strong>scriptive-documentary, of Monqraphic ctiaracter with<br />
kase in the qualitative method, because once the investigative proposals are analyzed,<br />
tliis is the one that is more adapted by the characteristics that <strong>de</strong>fine ¡t. 'rhe revision,<br />
analyses and proposal framed in this investigation <strong>de</strong>rive from the little existing<br />
iiiformation referred the use of equipment, like the foam cleaner and flotation, like the<br />
cesalination processes and oil <strong>de</strong>sulfure.<br />
'l'his investigation has thrown like results a revision and analysis of some procedures<br />
and methods that allow to make the equipment <strong>conceptual</strong> <strong>de</strong>sign for the treatment of<br />
cru<strong>de</strong> and effluent waters what is of great meaning by the contribution that, like<br />
documental investigation, offers in the fi<strong>el</strong>d of the petroleum engineering.<br />
Key Words: Design, equipment, methods, treatment, cru<strong>de</strong>, effluent waters.
A Dios, por permitirme obtener las metas<br />
trazadas en mi carrera.<br />
A mis Padres, Danice y Armando por todo <strong>el</strong><br />
cariño y <strong>de</strong>dicación <strong>de</strong> padres.<br />
A mis hermanas, Marian<strong>el</strong>a, Neris, Edith.<br />
Denise, María Eugenia y Luisana; y mi<br />
hermano Armando por todo su apoyo y<br />
consi<strong>de</strong>ración.<br />
A Ibis, mi novia por su amor hacia mi y SLI<br />
apoyo en la <strong>el</strong>aboración <strong>de</strong> esta investigación.<br />
Gracias por estar a mi lado. Te amo.<br />
A todos mis sobrinos y sobrinas.<br />
A mis cuñados Carlos Roberto, Roberto, Toño,<br />
Mervin y En<strong>de</strong>r.
AGRADECIMIENTO<br />
Al Profesor Jorge Barrientos por su<br />
<strong>de</strong>sempeño y colaboración prestada como<br />
Tutor.<br />
A la D, Marian<strong>el</strong>a Silva por la ayuda prestada<br />
en labor <strong>de</strong> Co - tutora metodológica.<br />
Al Ing. Carlos Roberto Spencer por la<br />
colaboración prestada durante esta<br />
investigación.
TABLA DE CONTENIDO<br />
F!ESUMEN ...........................................................................................................<br />
f LBSTRAC ............................................................................................................<br />
CIEDICATORIA ....................................................................................................<br />
f iGRADECIMIENT0 .............................................................................................<br />
TABLA DE CONTENIDO .....................................................................................<br />
LISTA DE TABLAS ...............................................................................................<br />
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................<br />
LISTA DE S~MBOLOS ..........................................................................................<br />
L.ISTA DE ANEXOS .............................................................................................<br />
IIVTRODUCCI~N .................................................................................................<br />
C:APlTULO<br />
1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................<br />
1 . 1. Planteamiento <strong>de</strong>l problema .....................................................<br />
1.2. Objetivos <strong>de</strong> la investigación .....................................................<br />
1.2.1. Objetivo general .............................................................<br />
1.2.2. objetivos específicos .......................................................<br />
1.3. Justificación ...............................................................................<br />
. . .<br />
1.4. D<strong>el</strong>imitación ...............................................................................<br />
MARCO TE~RICO ..........................................................................<br />
2.1. Antece<strong>de</strong>ntes <strong>de</strong> la investigación ..............................................<br />
2.2. Definición <strong>de</strong> términos básicos .................................................<br />
2.3. Los hidrocarburos y su clasificación .........................................<br />
2.4. Conceptualización <strong>de</strong> emulsión ................................................<br />
2.4.1 .Tipos <strong>de</strong> emulsiones .........................................................<br />
2.4.2. Viscosidad <strong>de</strong> las emulsiones ..........................................<br />
2.4.3. Conductividad <strong>de</strong> las emulsiones ....................................<br />
2.4.4. Composición <strong>de</strong> las emulsiones ......................................<br />
2.4.5. Formación <strong>de</strong> las emulsiones ..........................................<br />
2.4.6. Estabilización y ruptura <strong>de</strong> las emulsiones .....................<br />
2.4.7. Propieda<strong>de</strong>s involucradas en las emulsiones .................<br />
2.5. Deshidratación <strong>de</strong>l crudo ..........................................................<br />
2.6. Métodos y <strong>equipos</strong> utilizados en <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> .......<br />
2.6.1 . Métodos Mecánicos ........................................................<br />
2.6.2. Métodos Térmicos ............................................................<br />
2.6.3. Método Químico ................................................................<br />
2.6.4. Métodos <strong>el</strong>éctricos o <strong>el</strong>ectrostático ...................................<br />
2.6.5. Desalación <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> .......................................................<br />
2.6.6. Procesos aplicados en la remoción <strong>de</strong> aziifre<br />
presente en los hidrocarburos ................................................<br />
2.7. Aguas efluentes .........................................................................<br />
2.7.1 . Determinación <strong>de</strong> crudo en <strong>el</strong> agua .................................<br />
2.7.2. Determinación <strong>de</strong> sólidos en <strong>el</strong> agua ................................<br />
Página
2.7.3. Opciones <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> aguas efluantes ............<br />
2.7.4. Opciones <strong>para</strong> la disposición <strong>de</strong> aguas efluentes .............<br />
2.7.5. Factores <strong>de</strong>terminantes en la aplicación <strong>de</strong> los<br />
<strong>tratamiento</strong>s <strong>de</strong> aguas efluentes ................................................<br />
2.7.6. Tratamientos químicos clarificantes ..................................<br />
2.7.7. Procesos <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> aguas efluentes .............<br />
2.7.8. Equipos y procesos utilizados en <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong><br />
aguas efluentes ...........................................................................<br />
2.7.9. Normas y especificaciones <strong>para</strong> la disposición <strong>de</strong> aguas<br />
efluentes .....................................................................................<br />
3.1. Tipo <strong>de</strong> investigación ...........................................................<br />
3.2. Técnicas e instrumentos <strong>de</strong> recolección <strong>de</strong> datos ....................<br />
3.3. Procedimiento <strong>de</strong> la investigación .............................................<br />
IV METODOS Y PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO DE EQUIPOS<br />
PARA EL TRATAMIENTO DE CRUDOS .........................................<br />
4.1 . Métodos Mecánicos ..................................................................<br />
4.2. Métodos Térmicos .....................................................................<br />
4.3. Métodos Químicos ....................................................................<br />
4.4. Métodos <strong>el</strong>éctricos o <strong>el</strong>ectrostático ...........................................<br />
4.5. Desalación <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> ................................................................<br />
V MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO DE EQUIPOS<br />
......................<br />
PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS EFLUENTES<br />
5.1. Tratamientos químicos clarificantes ..........................................<br />
5.2. Métodos <strong>de</strong> diseño <strong>de</strong> <strong>equipos</strong> <strong>para</strong> en <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong><br />
aguas efluentes ................................................................................<br />
5.2.1. Procedimiento <strong>de</strong> <strong>para</strong> <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> se<strong>para</strong>dores API .....<br />
5.2.2. Procedimiento <strong>de</strong> <strong>para</strong> <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong><br />
placas ..........................................................................................<br />
5.2.3. Unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> flotación <strong>de</strong> gas inducido o aeroflotación .....<br />
5.2.4. Procedimiento <strong>de</strong> <strong>para</strong> <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> tanques<br />
<strong>de</strong>snatadores ..............................................................................<br />
5.2.5. Tubería <strong>de</strong> coalescencia ...................................................<br />
(~onclusiones ........................................................................................................<br />
Bibliografía ...........................................................................................................<br />
Anexos .................................................................................................................<br />
Página
LISTA DE TABLAS<br />
T'abla Página<br />
Clasificación internacional por grados API y localización <strong>de</strong> Venezu<strong>el</strong>a<br />
en calidad <strong>de</strong>l petróleo .............................................................................<br />
Valores <strong>de</strong>l factor <strong>de</strong> carga <strong>para</strong> diferentes tipos <strong>de</strong> crudo .....................<br />
Parámetros típicos <strong>de</strong> los procesos <strong>de</strong> <strong>de</strong>salación ..................................<br />
Especificaciones <strong>de</strong> las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> flotación con gas disu<strong>el</strong>to ..............<br />
Com<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> los métodos mecánicos <strong>para</strong> <strong>de</strong>saireaciói ..................<br />
Criterios típicos <strong>de</strong> diseño . Tiempo <strong>de</strong> retención .....................................<br />
Dimensiones <strong>de</strong> tratadores térmicos .......................................................<br />
Diseños típicos <strong>de</strong> cajas <strong>de</strong> fuego ...........................................................<br />
Diferentes tipos <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> y los resultados que se ob!ienen con su<br />
aplicación .................................................................................................<br />
Factor <strong>de</strong> corrección por turbulencia ......................................................<br />
Dimensiones y especificaciones <strong>de</strong>l <strong>de</strong>purador WENCO ........................
LISTA DE FIGURAS<br />
Figura Página<br />
Microfotografías <strong>de</strong> diferentes tipos <strong>de</strong> emulsiones .................................<br />
Diferentes tipos <strong>de</strong> emulsiones ................................................................<br />
Concepto <strong>de</strong> Viscosidad ..........................................................................<br />
Fracción <strong>de</strong> volumen coalescido o clarificado en función <strong>de</strong>l tiempo ......<br />
Etapas <strong>de</strong> la coalescencia <strong>de</strong> una gota contra un plano .........................<br />
Efecto <strong>de</strong>l campo <strong>el</strong>éctrico en las emulsiones .........................................<br />
Medio poroso mojado por agua ...............................................................<br />
Esquema <strong>de</strong>l principio mecánico físico <strong>de</strong> la <strong>de</strong>shidratación ..................<br />
Equipo <strong>de</strong> centrifugación .........................................................................<br />
Tanque <strong>de</strong> lavado 132 - patio <strong>de</strong> tanques Lagunillas .............................<br />
Diagrama esquemático <strong>de</strong> un tanque <strong>de</strong> lavado .....................................<br />
......<br />
Esquematización <strong>de</strong> las placas <strong>de</strong>flectoras <strong>de</strong> un tanque <strong>de</strong> lavado<br />
Tanque <strong>de</strong> lavado tipo espiral ..................................................................<br />
Tanque <strong>de</strong> lavado con tubo aspersor ranurado .....................................<br />
Tanque <strong>de</strong> lavado concéntrico . Sistema <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> petróleo ..................<br />
Tanque <strong>de</strong> lavado concéntrico . Sistema <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> agua .......................<br />
Tanque <strong>de</strong> lavado con <strong>para</strong>guas distribuidor ...........................................<br />
Se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong> agua libre vertical y horizontal ...................................<br />
Vista esquemática <strong>de</strong> un se<strong>para</strong>dor <strong>de</strong> agua libre horizontal can<br />
<strong>el</strong>ementos <strong>de</strong> calentamiento en cada extremo ........................................<br />
Composición fotográfica <strong>de</strong> materiales y diseños utilizados <strong>para</strong> la<br />
fabricación <strong>de</strong> se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong> agua libre .............................................<br />
Se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong> agua libre . Patio <strong>de</strong> tanques Lagunillas ........................<br />
Deshidratador térmico horizontal .............................................................<br />
Deshidratador térmico vertical .................................................................<br />
Sólidos y molécula actuando en la estabilización <strong>de</strong> las emulsiones ......<br />
Sistema químico <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación ........................................................<br />
Efecto <strong>de</strong> la polarización en gotas <strong>de</strong> petróleo <strong>de</strong>bido a la acción <strong>de</strong> un<br />
. .<br />
campo <strong>el</strong>ectroestatico ..............................................................................<br />
Vista externa <strong>de</strong> un equipo <strong>el</strong>ectrostático <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> cruclo ..<br />
Composición <strong>de</strong> micro fotografías <strong>de</strong> una emulsión tomada a 1;!00<br />
. . rmagenes por segundo ............................................................................<br />
Vista interna <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratador <strong>el</strong>ectrostático ...........................................<br />
Vista interna <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratador <strong>el</strong>ectrostático ...........................................<br />
Vista interna <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratador <strong>el</strong>ectrostático ...........................................<br />
Deshidratador <strong>el</strong>ectrostático horizontal ....................................................<br />
Deshidratadores <strong>el</strong>ectrostático horizontal con rejillas <strong>el</strong>éctrii=as<br />
verticales <strong>para</strong> flujo <strong>de</strong> fluidos en dirección vertical .................................<br />
Sistema <strong>el</strong>éctrico <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación ........................................................<br />
Gráfico <strong>de</strong> formación <strong>de</strong> ácidos corrosivos <strong>de</strong>bido a las sales en<br />
. .<br />
funcion <strong>de</strong> la temperatura ........................................................................<br />
Proceso <strong>de</strong> se<strong>para</strong>ción en dos etapas, mostrando un plano fotográ41co<br />
<strong>de</strong> la planta <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> y un plano <strong>de</strong>l sistema ..................................<br />
Diagrama <strong>de</strong> una instalación típica <strong>de</strong> un sistema utilizado en <strong>el</strong><br />
<strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> crudo contaminado con sal ............................................
Se<strong>para</strong>dor API ........................................................................................<br />
se<strong>para</strong>dor <strong>de</strong> placas corrugadas ............................................................<br />
Unidad <strong>de</strong> flotación <strong>de</strong> gas inducido ........................................................<br />
Sistema <strong>de</strong> flotación <strong>de</strong> gas disu<strong>el</strong>to . a) Proceso <strong>de</strong> flotación .<br />
b) Detalles <strong>de</strong> la cámara <strong>de</strong> flotación circular ..........................................<br />
Tanque <strong>de</strong>snatador ..................................................................................<br />
Corte transversal <strong>de</strong> tanque <strong>de</strong>snatador ..................................................<br />
Operación <strong>de</strong> un hidrociclón ....................................................................<br />
Hidrociclón ...............................................................................................<br />
Hidrociclones <strong>de</strong>sarenadores . Patio <strong>de</strong> tanques Lagunillas ....................<br />
Lecho bacteriano <strong>de</strong> una etapa <strong>de</strong> recirculación .....................................<br />
Tratamiento por Iodos activados .............................................................<br />
. .<br />
Equipos <strong>de</strong> <strong>de</strong>saireacion ..........................................................................<br />
Filtro <strong>de</strong> lecho profundo o filtro <strong>de</strong> arena .................................................<br />
Filtro <strong>de</strong> tierra diatomácea .......................................................................<br />
Equipo <strong>de</strong> filtro <strong>de</strong> cartucho .....................................................................<br />
Principio cíclico <strong>de</strong> operación <strong>de</strong> los tanques <strong>de</strong> almacenamiento .........<br />
Optimización <strong>de</strong>l uso <strong>de</strong> gas combustible en un horno ...........................<br />
Diagrama <strong>de</strong> placas <strong>para</strong>l<strong>el</strong>as <strong>de</strong> un se<strong>para</strong>dor ......................................<br />
Area proyectada <strong>de</strong> una placa CFI ..........................................................<br />
Corte vertical <strong>de</strong> una c<strong>el</strong>da <strong>de</strong> una unidad <strong>de</strong> aeroflotación ....................<br />
Secciones <strong>de</strong> un <strong>de</strong>purador WENCO ......................................................<br />
Corte transversal <strong>de</strong> tanque <strong>de</strong>snatador .................................................<br />
Grafico <strong>de</strong> r<strong>el</strong>ación entre factor <strong>de</strong> fricción y número <strong>de</strong> Reynolds .........<br />
Grafico <strong>de</strong> intensidad <strong>de</strong> mezclado "En como función <strong>de</strong>l caudal <strong>para</strong><br />
varios diámetros <strong>de</strong> tubería .....................................................................
LISTA DE SIMBOLOS<br />
NP: Emulsión agua en petróleo.<br />
NPIA: Emulsión agua en petróleo en agua.<br />
A.P.1: Instituto Americano <strong>de</strong>l Petróleo.<br />
Bblsldía: Barriles por día.<br />
CFI: Se<strong>para</strong>dor con interceptores <strong>de</strong> flujo cruzado.<br />
CPI: se<strong>para</strong>dor <strong>de</strong> placas corrugadas.<br />
Cps: Centipoises.<br />
% A y S: Porcentaje <strong>de</strong> agua y sedimento.<br />
pm: Micrón.<br />
p.: Viscosidad.<br />
Lpca: Libras por pulgadas cuadradas.<br />
MA: Ministerio <strong>de</strong> Ambiente.<br />
"C: Centígrados ó grados C<strong>el</strong>sius.<br />
"F: Grados Fahrenheit .<br />
GTL: Gas a líquido (por sus siglas en Ingles)<br />
Hz: Hertz.<br />
mgIL: Miligramos por litro.<br />
mm: Milímetro.<br />
Lbm: libras masa.<br />
Ohm - cm: Ohmios por centímetro.<br />
PIA: Emulsión petróleo en agua<br />
PINP: Emulsión petróleo en agua en petróleo.<br />
PDVSA: Petróleos <strong>de</strong> Venezu<strong>el</strong>a S.A.<br />
PPM: Partes por millón.<br />
PPI: Se<strong>para</strong>doe <strong>de</strong> placas <strong>para</strong>l<strong>el</strong>as.<br />
PTB: Libras <strong>de</strong> sal por mil barriles <strong>de</strong> crudo.<br />
Pulg: pulgadas.<br />
RPM: Revoluciones por minuto.<br />
INTEVEP:<br />
V: Voltios.<br />
Vlcm: Voltios por centímetro.
LISTA DE ANEXOS<br />
Anexo Página<br />
Proceso <strong>de</strong> medición. <strong>de</strong>sarenamiento y <strong>de</strong>shidratación <strong>de</strong>l crudo LLG .<br />
Tanques <strong>de</strong> lavado LL-Norte 1501 32 .......................................................<br />
Deshidratación Electrostática . Deshidratadores / <strong>de</strong>saladores Elaker<br />
Hughes .....................................................................................................<br />
Deshidratación Electrostática . Deshidratadores / <strong>de</strong>saladores A(YDC<br />
NATCO .....................................................................................................<br />
Se<strong>para</strong>dor mecánico KVAERNER ..........................................................<br />
Se<strong>para</strong>dor mecánico NATCO ...................................................................<br />
Características e impurezas comunes en <strong>el</strong> agua ...................................<br />
Ley Penal <strong>de</strong>l Ambiente ...........................................................................<br />
Reglamento <strong>de</strong> clasificación le las aguas y medidas <strong>de</strong> control <strong>de</strong><br />
polución <strong>de</strong> La Cuenca <strong>de</strong>l Lago <strong>de</strong> Maracaibo ......................................<br />
Perdidas <strong>de</strong> crudo por evaporación corr<strong>el</strong>aciones matemáticas mi!todo<br />
AP I ............................................................................................................<br />
Deshidratación térmica <strong>de</strong>l crudo TJM .....................................................<br />
Requerimiento <strong>de</strong> calor . Calentamiento indirecto ...................................<br />
Requerimientos <strong>de</strong> calor . Calentamiento a fuego directo .......................<br />
Deshidratación Térmica <strong>de</strong> crudo ............................................................
Generalmente, los yacimientos petrolíferos, al comienzo y por muchos tiempo <strong>de</strong> SL<br />
Irida productiva, producen muy bajo contenido <strong>de</strong> agua, sin embargo, a medida que se!<br />
agotan, <strong>el</strong> contenido <strong>de</strong> agua aumenta hasta alcanzar, a veces, niv<strong>el</strong>es por encima <strong>de</strong>!<br />
!)O%.<br />
Un alto porcentaje <strong>de</strong> esta agua está asociada con <strong>el</strong> crudo en forma <strong>de</strong> emulsióri<br />
r?ntendiéndose por emulsión a un sistema heterogéneo que consta <strong>de</strong> al menos uri<br />
liquido inrniscible íntimamente disperso en otro en forma <strong>de</strong> pequeñas gotss.<br />
El agua <strong>de</strong>be ser removida lo antes posible y en instalaciones cercanas a las áreas<br />
(le producción <strong>para</strong> ahorrar distancia, tiempo y espacio en <strong>el</strong> manejo <strong>de</strong>! crudo, y tanto<br />
inás en los oleoductos como en los tanqueros. Para lograr la remoción <strong>de</strong>l agua<br />
presente en <strong>el</strong> crudo en forma <strong>de</strong> emulsión, este <strong>de</strong>be ser sometido <strong>de</strong>shidratación <strong>el</strong><br />
cual consiste en se<strong>para</strong>r <strong>el</strong> agua emulsionada <strong>de</strong>l crudo.<br />
El exceso <strong>de</strong> agua en las plantas <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación pue<strong>de</strong> ser causa (le problemas<br />
operacionales <strong>de</strong>bido al gran aumento <strong>de</strong> volumen que sufre <strong>el</strong> agua al ser evaporada,<br />
a<strong>de</strong>más, <strong>el</strong> agua pue<strong>de</strong> generar serios problemas <strong>de</strong> corrosión.<br />
Ya que <strong>el</strong> agua asociada a la producción <strong>de</strong> hidrocarburos es en muchos casos<br />
salada, algunos <strong>crudos</strong> tienen alto contenido <strong>de</strong> sal y requieren procesos cle <strong>de</strong>salacióri<br />
luego <strong>de</strong> la <strong>de</strong>shidratación y cuyo objetivo es remover las pequeñas cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong><br />
:;ales inorgánicas que generalmente están disu<strong>el</strong>tas en <strong>el</strong> agua , por tanto,<br />
generalmente se aña<strong>de</strong> agua fresca y se somete <strong>el</strong> crudo a un segundo proceso <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>shidratación. La <strong>de</strong>salación es necesaria <strong>para</strong> evitar daños a los <strong>equipos</strong> por la<br />
"ormación <strong>de</strong> cloruros <strong>de</strong> sales bivalentes. Estas sales pue<strong>de</strong>n ocasionar obstrucción eri<br />
10s <strong>equipos</strong> y envenenamiento <strong>de</strong> los catalizadores en procesos <strong>de</strong> coiiversión más<br />
complejos.
Posteriormente <strong>el</strong> agua y <strong>el</strong> crudo ya se<strong>para</strong>dos siguen conteniendo residuos <strong>de</strong><br />
fluidos in<strong>de</strong>seados, <strong>el</strong> agua con trazas <strong>de</strong> petróleo y <strong>el</strong> petróleo con un <strong>de</strong>terminado<br />
porcentaje <strong>de</strong> agua y sedimento, la presencia <strong>de</strong> minerales como azufre y ciertas sales<br />
entre otros contaminantes, superiores a las especificaciones estab1ec:idas por <strong>el</strong><br />
Instituto Americano <strong>de</strong>l Petróleo (API por sus siglas en inglés), <strong>para</strong> su<br />
c:omercialización.<br />
Como se ha expuesto anteriormente, <strong>el</strong> agua es también producida can <strong>el</strong> petrólecl<br />
por lo que es consi<strong>de</strong>rada, al igual que este , un fluido <strong>de</strong> producción. Tento <strong>el</strong> cruda<br />
como <strong>el</strong> agua producida por los pozos requieren <strong>de</strong>l cumplimiento <strong>de</strong> estándares<br />
t?stablecidos, en <strong>el</strong> caso <strong>de</strong>l petróleo <strong>para</strong> su comercialización, y cuando se trata <strong>de</strong>l<br />
agua <strong>para</strong> la disposición final, la cual pue<strong>de</strong> ser utilizada con diferentes propósitos;<br />
(inyección <strong>para</strong> la recuperación secundaria, generación <strong>de</strong> vapor, en sistemas <strong>de</strong><br />
enfriamiento, etc) o simplemente ser <strong>de</strong>sechada.<br />
El presenta trabajo <strong>de</strong> grado consistió en una investigación <strong>de</strong>scriptiva -- documental<br />
(le carácter monográfico, en la cual se plantea <strong>de</strong> forma amplia los métodos y<br />
rocedi di mi en tos <strong>para</strong> <strong>el</strong> diseño <strong>conceptual</strong> <strong>de</strong> <strong>equipos</strong> empleados en la industria<br />
petrolera <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> y aguas afluentes, lo que involucrci<br />
~>rincipalmente <strong>equipos</strong> empleados en procesos físicos ó mecánicos, tambikn enmarcci<br />
la revisión <strong>de</strong> métodos químicos y <strong>el</strong>éctricos empleados en <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> '<strong>de</strong> los fluidos<br />
antes mencionados, así como los procesos <strong>de</strong> <strong>de</strong>salación y <strong>de</strong>sulfuración empleado:;<br />
<strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> crudo.<br />
El presente trabajo e investigación ha sido estructurado en seis capítulos<br />
clistribuidos <strong>de</strong> la siguiente forma:<br />
Capitulo 1: Presenta <strong>el</strong> planteamiento <strong>de</strong>l problema y los objc?tivos <strong>de</strong> 1:)<br />
i nvestigación.<br />
Capitulo 11: Se <strong>de</strong>scriben la bases teóricas <strong>de</strong> la investigación, <strong>conceptual</strong>ización <strong>de</strong><br />
~smulsiones, los métodos utilizados en <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> y aguas efluentes así<br />
como los <strong>equipos</strong> empleados en dichos procesos
Capitulo III: Define <strong>el</strong> tipo <strong>de</strong> investigación y la metodología utilizada <strong>para</strong> llevar ci<br />
cabo la misma.<br />
Capitulo IV: Se <strong>de</strong>scriben los métodos utilizados <strong>para</strong> <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> <strong>equipos</strong> <strong>para</strong> <strong>el</strong><br />
Iratamiento <strong>de</strong> crudo al igual que se realizan diseños <strong>de</strong> estos eauipos.<br />
Capitulo V: Se presenta los métodos utilizados <strong>para</strong> <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> eqi~ipos <strong>para</strong> <strong>el</strong><br />
Iratamiento <strong>de</strong> aguas efluentes y se realizan diseños <strong>de</strong> estos <strong>equipos</strong>.
'1 .l. Planteamiento <strong>de</strong>l problema.<br />
CAPITULO I<br />
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA<br />
La industria petrolera, principal fuente generadora <strong>de</strong> energía y riqueza <strong>de</strong> nuestrcl<br />
país, es la encargada <strong>de</strong> la realización <strong>de</strong> operaciones que involucran <strong>de</strong>s<strong>de</strong> las etapas<br />
iniciales como lo es la exploración, que permite la ubicación <strong>de</strong> yacimientos<br />
tmmercialmente rentables <strong>para</strong> su explotación, pasando por la perforación y producción<br />
La producción <strong>de</strong> los hidrocarburos, implica no solo la extracción hasta la superfici<strong>el</strong><br />
<strong>de</strong> este recurso, sino, que involucra también la a<strong>de</strong>cuada recolección, <strong>tratamiento</strong><br />
tfistribución <strong>de</strong> estos fluidos (petróleo y gas), y <strong>el</strong> manejo, <strong>tratamiento</strong> y disposición <strong>de</strong>l<br />
íigua asociada a la extracción <strong>de</strong> los hidrocarburos.<br />
Tanto <strong>el</strong> crudo como <strong>el</strong> agua producida por los pozos requieren <strong>de</strong>l cuniplimiento <strong>de</strong><br />
cstándares establecidos, en <strong>el</strong> caso <strong>de</strong>l petróleo <strong>para</strong> su comercialización, y cuando se<br />
trata <strong>de</strong>l agua <strong>para</strong> la disposición final, la cual pue<strong>de</strong> ser utilizada con diferentes;<br />
propósitos ( inyección <strong>para</strong> la recuperación secundaria, generación <strong>de</strong> vapor, eri<br />
sistemas <strong>de</strong> enfriamiento, etc) o simplemente ser <strong>de</strong>sechada.<br />
Una <strong>de</strong> las principales etapas en la producción <strong>de</strong> hidrocarburos se <strong>de</strong>sarrolla en las<br />
iistaciones recolectoras <strong>de</strong> flujo, la cual es una infraestructura <strong>de</strong> mediana complejidacl<br />
don<strong>de</strong> se llevan a cabo una serie <strong>de</strong> procesos tendientes al a<strong>de</strong>cuado manejo lr<br />
distribución <strong>de</strong> los fluidos aportados por los pozos productores <strong>de</strong> una <strong>de</strong>terminada<br />
iirea.<br />
Pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>cirse que es en las estaciones recolectoras <strong>de</strong> flujo don<strong>de</strong> se inicia en una<br />
primera fase <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong>l crudo y agua que junto con <strong>el</strong> gas, llegan como un fluido<br />
inultifásico a la estación y posteriormente es sometido a un proceso <strong>para</strong> la se<strong>para</strong>cióri<br />
(le la fase líquida-gaseosa en <strong>el</strong> caso <strong>de</strong> se<strong>para</strong>dores bifásicos, y gas-petróleo-agua<br />
cuando se trata <strong>de</strong> se<strong>para</strong>dores trifásicos.
Posteriormente <strong>el</strong> agua y <strong>el</strong> crudo ya se<strong>para</strong>dos siguen conteniendo residuos <strong>de</strong><br />
fluidos in<strong>de</strong>seados, <strong>el</strong> agua con trazas <strong>de</strong> petróleo y <strong>el</strong> petróleo con un <strong>de</strong>terminado<br />
porcentaje <strong>de</strong> agua y sedimento, la presencia <strong>de</strong> minerales como azufre y ciertas sales<br />
entre otros contaminantes, superiores a las especificaciones establecidas por <strong>el</strong><br />
Instituto Americano <strong>de</strong>l Petróleo (API por sus siglas en inglés), <strong>para</strong> su<br />
Adicionalmente cuando se queman combustibles con un cierto contenido <strong>de</strong> azufre<br />
:;e ocasionan problemas ecológicos muy graves, uno <strong>de</strong> <strong>el</strong>los es la producción <strong>de</strong><br />
trmisiones sulfurosas en la atmósfera durante la combustión, especialmente en las<br />
íictivida<strong>de</strong>s industriales y en la producción <strong>de</strong> <strong>el</strong>ectricidad, lo que hace que se libere<br />
tlióxido <strong>de</strong> azufre, que es <strong>el</strong> principal componente <strong>de</strong> la llamada "lluvia ácida".<br />
Los <strong>tratamiento</strong>s <strong>de</strong> crudo y aguas efluentes orientados a la aplicación y uso <strong>de</strong><br />
métodos mecánicos, y <strong>el</strong> empleo <strong>de</strong> procedimientos <strong>para</strong> <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> <strong>equipos</strong> segúri<br />
iiormas API, han sido ampliamente tratados y discutidos en las literaturas gr<br />
inetodologias existentes.<br />
En contraparte los <strong>tratamiento</strong>s <strong>el</strong>éctricos y químicos, así como aqu<strong>el</strong>los utilizados;<br />
t?n la <strong>de</strong>salinización y <strong>de</strong>sulfuración <strong>de</strong> crudo y <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> <strong>equipos</strong> <strong>de</strong>snatadores gr<br />
Ilotación <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong>l agua, no han sido tan ampliamente divulgados lr<br />
empleados en la industria petrolera a pesar <strong>de</strong> la importancia que estos revisten <strong>para</strong><br />
que estos fluidos cumplan con las especificaciones exigidas <strong>para</strong> su comercialización y<br />
tlisposición final.<br />
'1.2. Objetivos <strong>de</strong> la investigación.<br />
1.2.1. Objetivo general.<br />
Realizar <strong>el</strong> disefío <strong>conceptual</strong> <strong>de</strong> <strong>equipos</strong> utilizados en la industria petrolera <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong><br />
<strong>de</strong> <strong>crudos</strong> y aguas efluentes.<br />
1.2.2. Objetivos específicos.<br />
Revisar la bibliografía referida a las metodologias y procedimientos establecidos;<br />
<strong>para</strong> <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> <strong>equipos</strong> empleados en <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> crudo y agua.<br />
Exponer las normativas que rigen, según <strong>el</strong> Ministerio <strong>de</strong> Ambiente, <strong>para</strong> <strong>el</strong><br />
<strong>tratamiento</strong> y disposición <strong>de</strong> aguas efluentes asociadas a la pi-oducción <strong>de</strong><br />
hidrocarburos.
Describir los métodos <strong>de</strong> diseño <strong>para</strong> <strong>equipos</strong> <strong>de</strong>snatadores y flotación en <strong>el</strong><br />
<strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> aguas efluentes.<br />
Explicar las normativas así como las especificaciones y ~iracterísticas <strong>de</strong>l crudo<br />
según API, <strong>para</strong> la comercialización.<br />
Detallar la metodología y procedimientos utilizados <strong>para</strong> la (lesalación 51<br />
<strong>de</strong>sulfuración <strong>de</strong> <strong>crudos</strong>.<br />
Revisar diferentes criterios utilizados por fabricantes <strong>para</strong> <strong>el</strong> diseñcl <strong>de</strong> <strong>equipos</strong>;<br />
<strong>para</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> crudo y agua.<br />
Exponer la importancia que reviste <strong>el</strong> a<strong>de</strong>cuado <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong>l crudo y aguas;<br />
efluentes.<br />
Ejemplificar diseños <strong>conceptual</strong>es <strong>de</strong> <strong>equipos</strong> utilizados en <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong>!<br />
crudo y aguas efluentes.<br />
'1.3. Justificación.<br />
El diseño <strong>conceptual</strong> <strong>de</strong> <strong>equipos</strong> <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> y aguas afluentes e:;<br />
(le gran significación por <strong>el</strong> aporte que, como investigación documental, ofrece en <strong>el</strong><br />
campo <strong>de</strong> la ingeniería <strong>de</strong> petróleo.<br />
La revisión, análisis y propuesta enmarcada en esta investigación <strong>de</strong>rivan <strong>de</strong> Izi<br />
escasa información existente referida al uso <strong>de</strong> <strong>equipos</strong>, como los <strong>de</strong>snritadores y <strong>de</strong><br />
ilotación, así como los procesos <strong>de</strong> <strong>de</strong>salación y <strong>de</strong>sulfuración <strong>de</strong>l petróleo.<br />
1-a presentación coherente y sistemática <strong>de</strong> esos procesos y <strong>equipos</strong> le confiere a esta<br />
investigación la seriedad y <strong>el</strong> valor exigido a toda investigación <strong>de</strong> postgrado, sirviendc~<br />
<strong>de</strong> consulta y referencia <strong>de</strong> calidad a futuras investigaciones r<strong>el</strong>acionadas con <strong>el</strong> tema.
'1.4. D<strong>el</strong>imitación.<br />
La presente investigación estuvo <strong>de</strong>limitada al estudio <strong>de</strong> los métodos lr<br />
r roce di mi en tos <strong>para</strong> <strong>el</strong> diseño <strong>conceptual</strong> <strong>de</strong> <strong>equipos</strong> empleados en la industria<br />
petrolera <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> y aguas afluentes lo que involucra los procesos;<br />
í'ísicos ó mecánicos, también enmarca la revisión <strong>de</strong> métodos químicos y <strong>el</strong>éctricos<br />
t?mpleados en <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> los fluidos antes mencionados, así como los procesos<br />
(le <strong>de</strong>salación y <strong>de</strong>sulfuración empleados <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> crudo.
:2.1. Antece<strong>de</strong>ntes.<br />
CAPITULO II<br />
MARCO TEÓRICO<br />
F. G. Cottr<strong>el</strong> en 1906, pensó en la posibilidad <strong>de</strong> romper las emulsionl?~ por medio<br />
(le campos <strong>el</strong>éctricos, pero no fue si no en 1909 cuando comenzaron sus experimentos,<br />
los cuales funcionaron como se esperaba, reduciendo una emulsión <strong>de</strong> AL:% <strong>de</strong> agua y<br />
rjedimentos a menos <strong>de</strong>l 2% y una tasa <strong>de</strong> 100.000 Bblsldía.<br />
Las bases <strong>de</strong> la <strong>de</strong>shidratación por medio <strong>de</strong> un sistema <strong>el</strong>éctrico fueron<br />
(lescubiertas en 1909 por Cottr<strong>el</strong>l y Speed, en la Universidad <strong>de</strong> California. La patente<br />
(le este proceso fue tomada por Petroleum Rectifying Company of Californizi<br />
i'PETREC0).<br />
La explicación original <strong>de</strong>l fenómeno se hacia diciendo que las partículas<br />
:;uspendidas en un medio con una a constante di<strong>el</strong>éctrica más baja, corrio es <strong>el</strong> caso<br />
<strong>de</strong>l agua en <strong>el</strong> petróleo, son atraídas entre sí cuando se forma un campo <strong>el</strong>éctrico <strong>de</strong><br />
alto gradiente en <strong>el</strong> sistema.<br />
Mientras mayor resistividad tenga <strong>el</strong> medio (petróleo) es mayor <strong>el</strong> cainpo <strong>el</strong>éctricc)<br />
que pue<strong>de</strong> soportar sin romperse y por lo tanto las fuerzas que producen Izi<br />
c:oalescencia son mayores. Los <strong>crudos</strong> producidos tienen por lo general una resistividacl<br />
i<strong>el</strong>ativamente alta <strong>de</strong> 106 ohm-cm, y por <strong>el</strong>lo, gran<strong>de</strong>s fuerzas <strong>el</strong>éctricas pue<strong>de</strong>n hace-<br />
que las partículas <strong>de</strong> agua se unifiquen.<br />
El método <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> emulsiones <strong>de</strong> petróleo involucra <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> campo:;<br />
<strong>el</strong>éctricos o <strong>el</strong>ectrostático con <strong>el</strong> propósito <strong>de</strong> causar que las pequeñas gota:;<br />
dispersadas se muevan, colin<strong>de</strong>n y coalescan.
En Venezu<strong>el</strong>a hasta <strong>el</strong> comienzo <strong>de</strong> la segunda Guerra Mundia', se usó Izi<br />
cieshidratación química, pero <strong>de</strong>bido a la escasez <strong>de</strong> estos producto!; se paso a<br />
c2mplear la <strong>de</strong>shidratación <strong>el</strong>éctrica, ahora nuevamente se utiliza en forma preferente los<br />
procesos químicos <strong>para</strong> se<strong>para</strong>r <strong>el</strong> agua <strong>de</strong>l petróleo.<br />
En 1936 <strong>el</strong> lngeniero D.H. Fontine, presentó un resumen <strong>de</strong> las pr;#cticas más<br />
ciesarrolladas en la <strong>de</strong>shidratación <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> emulsionados, <strong>de</strong>terminando que los<br />
métodos químicos y <strong>el</strong>éctricos son los más exitosos, a<strong>de</strong>más incluyó en uri artículo una<br />
I~reve <strong>de</strong>scripción <strong>de</strong> las características más conocidas <strong>de</strong> las conclusiones y las<br />
i-ecomendaciones a seguir <strong>para</strong> la prevención. También incluyo ilustraciones <strong>de</strong>l equipo<br />
i~tiiizando <strong>para</strong> <strong>de</strong>shidratar.<br />
Para <strong>el</strong> año 1960, se diseñó un se<strong>para</strong>dor con interceptores <strong>de</strong> -flujo cruzadc)<br />
clenominado CFI, con dos licencias Pi<strong>el</strong>kenrood Vinitex y Environmental Engineering <strong>de</strong><br />
Australia. Este diseño apuntaba a la superación <strong>de</strong> algunos problemas <strong>de</strong>tectados eri<br />
los se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong> placas <strong>para</strong>l<strong>el</strong>as (PPI), y corrugadas (CPI), como por ejemplo <strong>el</strong><br />
observado en <strong>el</strong> CPI, don<strong>de</strong> <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> las crestas <strong>de</strong> las placas se acumulaban gotas<br />
cie crudo por efecto <strong>de</strong> coalescencia, las cuales, al alcanzar un tamaño subcientemente<br />
gran<strong>de</strong> antes <strong>de</strong> llegar a la superficie, eran se<strong>para</strong>das <strong>de</strong> las placas, reintegrándose a Izi<br />
corriente principal con <strong>el</strong> subsiguiente <strong>de</strong>smejoramiento <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l sistema.<br />
De igual manera, tanto en <strong>el</strong> PPI como en <strong>el</strong> CPI, los sólidos son se<strong>para</strong>dos eri<br />
corriente con la dirección <strong>de</strong>l flujo, con lo que <strong>el</strong> tiempo requerido <strong>para</strong> la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong><br />
los mismos en <strong>el</strong> paquete <strong>de</strong> placas, es mucho menor que <strong>el</strong> requerido <strong>para</strong> Iéi<br />
se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> crudo.<br />
Con la finalidad <strong>de</strong> superar estos problemas se <strong>de</strong>sarrolló <strong>el</strong> CFI que ccinsiste en uri<br />
se<strong>para</strong>dor con un paquete <strong>de</strong> placas corrugadas espaciadas 1,O cm (0,39 Pulg)<br />
alineados 45" en forma cruzada con respecto al flujo <strong>de</strong> agua.<br />
La Ingeniero Ana Leonor Urdaneta Nava, presentó una investigación en <strong>el</strong> ario<br />
1983 ante la Universidad <strong>de</strong>l Zulia, acerca <strong>de</strong> los "Criterios Técnicos - Económico!;<br />
<strong>para</strong> la S<strong>el</strong>ección <strong>de</strong> Tanques <strong>de</strong> Lavado en la Deshidratación <strong>de</strong>l Crudo", en la cual<br />
24
explica una técnica que permita <strong>de</strong>shidratar gran<strong>de</strong>s volúmenes <strong>de</strong> crudo. Esta<br />
inetodología consiste básicamente en establecer los parámetros que <strong>de</strong>ben tomarse<br />
en cuenta en <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> esos tanques y llevar a cabo un análisis<br />
lécnico - económico (consi<strong>de</strong>rando <strong>para</strong> <strong>el</strong>lo estadísticas y cálculos <strong>de</strong> un año).<br />
En una tesis presentada por la profesora Nora Navarro en <strong>el</strong> año 1994 como trabajo<br />
(le ascenso ante la Universidad <strong>de</strong>l Zulia, titulada "Deshidratación <strong>de</strong> Crudos Livianos EI<br />
Iravés <strong>de</strong> Campos Magnéticos Variables", se investigó <strong>el</strong> método <strong>para</strong> cleshidratar <strong>el</strong><br />
crudo liviano por medio <strong>de</strong> la acción <strong>de</strong> campos magnéticos variables generados por uri<br />
conjunto <strong>de</strong> bobinas o solenoi<strong>de</strong> al cual se le aplica corriente aitema <strong>de</strong> 110v. El<br />
~~etróleo utilizado <strong>para</strong> la investigación fue <strong>el</strong> <strong>de</strong> Tía Juana Liviano.
2.2. Definición <strong>de</strong> términos básicos.<br />
Aditivo: Producto químico que se mezcla en pequeñas cantida<strong>de</strong>s con uri<br />
producto <strong>de</strong>l petróleo <strong>para</strong> mejorar la calidad <strong>de</strong>l producto, dándole a éste cierta!;<br />
propieda<strong>de</strong>s especiales.<br />
Aglomeración: Adhesión <strong>de</strong> dos o más pequeñas partículas <strong>de</strong> materia <strong>para</strong><br />
formar una partícula más gran<strong>de</strong>.<br />
Agrio: Derivado <strong>de</strong>l petróleo que contiene compuestos <strong>de</strong> azufre, como<br />
mercaptanos y amoníaco que producen mal olor.<br />
Agua libre: Se le encuentra justamente <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong>l petróleo y, cuando hay<br />
emulsión, <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> esta generalmente tiene transparencia <strong>de</strong> cristal, pero eri<br />
algunos <strong>crudos</strong> pesados es a veces turbia <strong>de</strong>bido a la suspensión <strong>de</strong> limo.<br />
Agua y sedimentos: Es la cantidad <strong>de</strong> agua y sedimento en su suspensión eri<br />
<strong>el</strong> petróleo o sus productos. Está catalogado como impurezas en suspensión,<br />
in<strong>de</strong>pendientemente <strong>de</strong>l petróleo.<br />
Aromáticos: Compuestos orgánicos que contienen uno o más anillos<br />
bencénicos.<br />
Asfáltenos: Mezclas <strong>de</strong> moléculas coloidales polares formada:'; por anillos<br />
aromáticos policílicos con<strong>de</strong>nsados, contienen N, O y S, y. Son permeadas poi-<br />
moléculas absorbidas <strong>de</strong> maltenos. Poseen pesos moleculares entre 10000 1'<br />
100000 y amplios puntos <strong>de</strong> fusión. Es la familia <strong>de</strong> componentes cl<strong>el</strong> crudo que<br />
son solubles en heptano.<br />
Asfalto: Material pegajoso sólido o semisólido, <strong>de</strong> color negro a caftí! oscuro, que<br />
gradualmente se licua cuando se calienta. Sus constituyentes predoininantes sor1
hidrocarburos. Se encuentra en rezuma<strong>de</strong>ros naturales (Guanoco) o se obtiene<br />
como residuo por refinación <strong>de</strong> algunos petróleos.<br />
Barril: En la industria petrolera, la unidad estándar <strong>de</strong> volumen es <strong>el</strong> barril <strong>de</strong> 4;!<br />
galones EE.UU. (1 59 litros).<br />
Base <strong>para</strong>fínica: Generalmente, un crudo que tiene un alto porcentaje <strong>de</strong><br />
hidrocarburos <strong>para</strong>fínicos y esencialmente mínima cantidad <strong>de</strong> asf21ltenos en las<br />
fracciones residuales.<br />
BTU: Unidad Térmica Británica. Cantidad <strong>de</strong> calor necesaria <strong>para</strong> aumentar Izi<br />
temperatura <strong>de</strong> una libra (ovoirdupois) <strong>de</strong> agua un grado Fahrenheit, a partir dc!<br />
la temperatura <strong>de</strong> 39,2 "F a su temperatura <strong>de</strong> máxima <strong>de</strong>nsidad. Equivale ci<br />
0,252 kilocalorías.<br />
Caída <strong>de</strong> presión: Disminución <strong>de</strong> presión <strong>de</strong> un fluido en movimiento entre do:;<br />
puntos <strong>de</strong> un sistema. Laca ida <strong>de</strong> presión pue<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>bida a la fricción en <strong>el</strong><br />
sistema o a restricciones en la tubería, tales como válvulas u orificios.<br />
Calor: Forma <strong>de</strong> energía trasmitida por diferencia <strong>de</strong> temperatura que se mi<strong>de</strong><br />
usualmente en BTU o en calorías.<br />
Caloría: Cantidad <strong>de</strong> calor necesaria, a presión <strong>de</strong> una atmósfera <strong>para</strong> aumentae<br />
la temperatura <strong>de</strong> un gramo <strong>de</strong> agua un grado centígrado, específicamente <strong>de</strong><br />
15" a 16". La kilocaloría (caloría gran<strong>de</strong>, 1 .O00 gramos <strong>de</strong> agua) es equivalente ;i<br />
3,968 BTU.<br />
Catalizador: Sustancia que provoca y ac<strong>el</strong>era reacciones químicas entre otra:;<br />
sustancias, sin sufrir <strong>el</strong>la cambios químicos.<br />
Combustión: Acción o efecto <strong>de</strong> ar<strong>de</strong>r o quemar. Reacción química<br />
acompañada <strong>de</strong> luz y calor.
Coque: Carbón duro que se forma a altas temperaturas por <strong>de</strong>scornposición <strong>de</strong>l<br />
petróleo o carbón.<br />
Corrosión: Reacción química <strong>de</strong>structiva e in<strong>de</strong>seable que ataca los metales.<br />
Crudo: Es <strong>el</strong> fluido (Petróleo, agua, gas y sedimentos) que se produce <strong>de</strong> una<br />
formación, a través <strong>de</strong> un pozo o grupo <strong>de</strong> pozos, sin recibir ningún tipo <strong>de</strong><br />
<strong>tratamiento</strong>.<br />
Crudo dulce: Petróleo crudo que no requiere <strong>tratamiento</strong> cluímico pan1<br />
removerle la tan poca cantidad <strong>de</strong> azufre que contiene.<br />
Densidad: Dimensión <strong>de</strong> la materia según su masa por unidad <strong>de</strong> volumen.<br />
Derivados: Son los componentes que resultan al someter al petróleo a uri<br />
proceso <strong>de</strong> refinación y10 petroquímica. Pue<strong>de</strong> ser primario: gas, nafta, kerosene,<br />
gasóleos, residuos; secundarios: gasolina, combustible <strong>de</strong> aviacióri, lubricantes,<br />
<strong>para</strong>finas, petroquímicas: plástico, fertilizantes, etc.<br />
Desalar: Remover cloruro <strong>de</strong> calcio (Cacl), cloruro <strong>de</strong> magnesio (Mgcl) o cloruro<br />
<strong>de</strong> sodio (Nacl) <strong>de</strong> aceites <strong>crudos</strong> por métodos químicos y10 <strong>el</strong>éctricos.<br />
Destilación: Es un proceso en <strong>el</strong> cual se vaporiza uno o varios <strong>de</strong> lo:;<br />
constituyentes <strong>de</strong> una solución. Sin embargo, esta <strong>de</strong>finición solo es aplicablc?<br />
correctamente a aqu<strong>el</strong>las operaciones en las que las vaporizaciones <strong>de</strong> una<br />
mezcla produce una fase vapor que contiene uno <strong>de</strong> los constituyertes en mayor<br />
cantidad y se <strong>de</strong>sea recuperar uno o más <strong>de</strong> estos constituyentes en estado casi<br />
puro. Así la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> una mezcla <strong>de</strong> alcohol y agua en sus c.omponentes,<br />
es una <strong>de</strong>stilación, mientras que la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> una salmuera en sal y agua e:;<br />
una evaporación aun aqu<strong>el</strong>los casos en que <strong>el</strong> producto sea únicaniente <strong>el</strong> agua<br />
con<strong>de</strong>nsada y no la sal.
Desmulsifícante: Un producto <strong>de</strong>semulsificante lo po<strong>de</strong>mos <strong>de</strong>finir como una<br />
solución o compuesto químico <strong>el</strong> cual al ser inyectado en <strong>el</strong> crudo einulsionadora<br />
reaccionar con <strong>el</strong> agente emulsificador y producir una sustancia que no tiene<br />
ninguna propiedad emulsificante.<br />
Fiscalización: Representa d proceso por <strong>el</strong> cual se <strong>de</strong>clara <strong>el</strong> crudo <strong>de</strong>ntro o<br />
fuera <strong>de</strong> especificaciones (porcentaje <strong>de</strong> agua menor o mayor <strong>de</strong> l), esto sc!<br />
realiza previo muestre0 <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> o reposo, luego <strong>de</strong>l tiempo<br />
especifico <strong>de</strong> asentamiento dado al crudo en particular."<br />
Fluido: Sustancia capaz <strong>de</strong> fluir bajo mínima presión. El termino irlcluye gases,<br />
líquidos y sólidos fluidificados.<br />
Floculación: La floculación es la aglomeración <strong>de</strong> las gotas en agregado!;<br />
irregulares en los cuales se pue<strong>de</strong>n siempre reconocer las gotas individuales. La<br />
floculación no es un fenómeno irreversible y las gotas pue<strong>de</strong>n volverse<br />
in<strong>de</strong>pendientes <strong>de</strong> nuevo si se somete al floculado a una agitación suave (mucho<br />
menor que la agitación requerida <strong>para</strong> formar la emulsión). La flocul;ación permitc?<br />
qué se formen agregados <strong>de</strong> tamaño mucho mayor los a los <strong>de</strong> la:; gotas v que<br />
por lo tanto pue<strong>de</strong>n sedimentarse más rápidamente. Por otra parte las gota!;<br />
floculadas están en contacto (aún lejano) y pue<strong>de</strong>n eventualmente coalescer si<br />
las circunstancias son favorables.<br />
Gasolina: Producto logrado por refinación <strong>de</strong>l petróleo. Es apropiado <strong>para</strong> usarlo<br />
como combustible en máquinas <strong>de</strong> combustión interna.<br />
Gravedad API: Escala empírica <strong>para</strong> medir la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> los <strong>crudos</strong> y lo!;<br />
productos líquidos <strong>de</strong>l petróleo. Se <strong>de</strong>nota la <strong>de</strong>nsidad en "grados API". La<br />
<strong>de</strong>sventaja <strong>de</strong> emplear la gravedad específica en la industria petrolera está en <strong>el</strong><br />
hecho <strong>de</strong> que todos los aceites, <strong>de</strong>s<strong>de</strong> <strong>el</strong> más pesado al más liviano, no varíari<br />
en más <strong>de</strong> 0,4000 <strong>de</strong> uno al otro, y <strong>para</strong> indicar la <strong>de</strong>nsidad exacta <strong>de</strong> uri
producto es necesario emplear hasta cuatro cifras. Por esta razón, <strong>el</strong> Instituto<br />
Americano <strong>de</strong>l Petróleo (API) estableció una escala que tiene una diferencia <strong>de</strong><br />
90 grados API entre los aceites más pesados v los más livianos.<br />
Hidrocarburos: Son compuestos orgánicos cuyas molQculas están formadas<br />
únicamente por átomos <strong>de</strong> hidrógeno y carbono.<br />
Hidrocarburos aromáticos: Son aqu<strong>el</strong>los que se utilizan como tiisolventes 1,<br />
son materia prima química valiosa. Se trata <strong>de</strong>l benceno, tolueno y xileno.<br />
Hidro<strong>de</strong>sulfuración: Proceso <strong>para</strong> la extracción <strong>de</strong> azufre <strong>de</strong> un producto por<br />
adición <strong>de</strong> hidrógeno en condiciones apropiadas <strong>para</strong> formar sulfuro <strong>de</strong><br />
hidrógeno.<br />
Lodo y arena: es la parte sólida presente en <strong>el</strong> crudo. También se acumula en e'<br />
fondo <strong>de</strong> los tanques, formando estratos lo que hace que <strong>el</strong> fondo <strong>de</strong>l mismo sea<br />
bastante irregular. En muchos casos consiste en granos <strong>de</strong> arena y, en otros<br />
barro o limo.<br />
Mercaptanos: Compuesto orgánico que contiene azufre y tiene la fórmula<br />
general R-SH. Los mercaptanos más simples tienen un olor parecido al ajo,<br />
repulsivo y fuerte que se vu<strong>el</strong>ve menos pronunciado cuanto mayor sea <strong>el</strong> peso<br />
molecular y <strong>el</strong> punto <strong>de</strong> ebullición <strong>de</strong>l producto. Reducen la susceptibilidad <strong>de</strong>l<br />
plomo en la gasolina y promueven la formación <strong>de</strong> goma <strong>de</strong>bido al icontenido <strong>de</strong><br />
azufre.<br />
Moléculas: Grupos fundamentales <strong>de</strong> átomos que integran los com[)uestos.<br />
Parafinas: Se <strong>de</strong>fine como ceras que se pue<strong>de</strong>n presentar <strong>de</strong> moclo natural en<br />
diversas fracciones <strong>de</strong>l petróleo crudo. Estas se presentan com:, una masa<br />
incolora o blanca más o menos traslúcida, con una estructu~~a cristalina,<br />
resistente al agua y al vapor <strong>de</strong> agua. Poseen pesos moleculares ino<strong>de</strong>rados y
punto <strong>de</strong> fusión bruscos. Tiene solubilidad limitada en cruclos. Los cristales <strong>de</strong> las<br />
<strong>para</strong>finas son pequeños e indistintos, estos varían <strong>de</strong> peso moleculiar <strong>de</strong>s<strong>de</strong> 40Cl<br />
a 700 átomos y sus moléculas tiene cono promedio <strong>de</strong> 40 a 513 átomos <strong>de</strong><br />
carbono.<br />
Partes por millón (PPM): Representa la medida <strong>de</strong> concentracióri con la cua<br />
señalamos o medimos la cantidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>semulsificante inyectado en e<br />
<strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong>l crudo.<br />
Peso molecular: Peso r<strong>el</strong>ativo <strong>de</strong> una molécula <strong>de</strong> una sustancia respecto al<br />
peso <strong>de</strong> un átomo <strong>de</strong> hidrógeno.<br />
Petróleo: Compuesto líquido que se encuentra en la naturalezi~ y consiste<br />
esencialmente <strong>de</strong> la combinación <strong>de</strong>l carbono (C) con <strong>el</strong> hiclrógeno (H).<br />
Generalmente hablando, hidrocarburos abarca esta combinación eri sus cuatros<br />
estados: gaseoso, liquido, semisólido y sólido.
2.3. Los Hidrocarburos y su clasificación.<br />
En <strong>el</strong> capitulo que se presenta a continuación se hace referencia <strong>de</strong> los aspectos<br />
teóricos que sustentan esta investigación, don<strong>de</strong> se estudian lo'; métodos, productos )<br />
tquipos utilizados <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> y aguas efluentas, que junto con <strong>el</strong> gas<br />
asociado a la producción <strong>de</strong> petróleo se conocen como fluidos <strong>de</strong> producción. El autor<br />
tia creído conveniente realizar una breve <strong>de</strong>finición y clasificacrón los fluidos (crudo 4,<br />
..: .. ;.1.-17.1 17 Ir.? hjti;l;?rfr:jr;, ~9 p) ~ f~ r ~ r ~ ~ m c .<br />
.J. -.<br />
- . .-.<br />
Los métodos <strong>de</strong> clasificación constituyen <strong>el</strong>ementos indicativos <strong>de</strong> las<br />
r;arar;ierísiicas gerierales <strong>de</strong> un tipo <strong>de</strong> crudo. Uno <strong>de</strong> los sisternm mas utilizsdos cs ci<br />
ric gravedad cspccíficn o grado AP1. Por ctjcrnr!~, riic!rc dc '22 TI,.-.\..<br />
. . .' . . . . .. .L.. .~ -.- ' C . . . --.<br />
-- J , - . L .<br />
c:uatro tipos <strong>de</strong> <strong>crudos</strong>.<br />
q.-r?lf+q;pn~. ,fiTj, a-- pLlpc(pq C ~ C Z ) R ~ ~ ~ T<br />
Crudos livianos: Son aqu<strong>el</strong>los hidrocarburos líquidos que tienen Lna gravedad<br />
~uiril~teiidida erilre 30.0 - 40.0 API, ambas inciusive.
Crudos medianos: Son aqu<strong>el</strong>los hidrocarburos Iíquidos que tienen una gravedac<br />
comprendida entre 22.0 - 29.9 API, ambas inclusive.<br />
Crudos pesados: Son aqu<strong>el</strong>los hidrocarburos Iíquidos que tienen una gravedac<br />
comprendida entre 10.0-21.9 API, ambas inclusive.<br />
Crudos extra-pesados: Son todos aqu<strong>el</strong>los hidrocarburos Fíquidos qiie tienen un?<br />
gravedad menor o igual a 9.9 API y una viscosidad > 10.000 Cps 21 condiciones<br />
<strong>de</strong> yacimiento.<br />
Otra clasificación <strong>de</strong> los petróleos <strong>crudos</strong> es <strong>de</strong> acuerdo a la composición química cl<br />
riaturakza <strong>de</strong> los <strong>de</strong> los hidrocarburos que contiene cada crudo:<br />
Crudos <strong>de</strong> base <strong>para</strong>finica: Son hidrocarburos que contienen pa8.afina y muy<br />
poca o ningún material asfáltico. Son aptos <strong>para</strong> obtener gasolinas <strong>de</strong> bajcl<br />
octanaje, ceras <strong>para</strong>fínicas y lubricantes.<br />
Crudos <strong>de</strong> base Nafténicos o asfáltico: Son hidrocarburos que contienen poca cl<br />
ninguna <strong>para</strong>fina pero sí material asfáltico en gran<strong>de</strong>s proporciones. Son apto:<br />
<strong>para</strong> producir lubricantes.<br />
Crudos <strong>de</strong> base mixta o intermedia: Son hidrocarburos que coritienen tantcl<br />
material asfáltico como <strong>para</strong>finico. En su composición entran hidrocarburos<br />
<strong>para</strong>fínicos y asfáiticos con cierta proporción <strong>de</strong> hidrocarburos aromíiticos.<br />
La valoración <strong>de</strong> un crudo también <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> su contenido <strong>de</strong> azufre. Cuanto<br />
rnayor sea <strong>el</strong> contenido <strong>de</strong> azufre, menor será su precio en <strong>el</strong> mercado. Otros<br />
c:ontaminantes son los metales pesados (como <strong>el</strong> vanadio y <strong>el</strong> níqu<strong>el</strong>) y c:untenI-!:! tclr<br />
*irl. a! i?tml que otros factores influyen en SU cotización en <strong>el</strong> mercado petrolero como<br />
ID son corrosividad viscosidad o rendimiento específico <strong>de</strong> <strong>de</strong>termir:adc ?;od!!r,ti) ;--<br />
~~artir <strong>de</strong> un crudo particular que sirva como referencia.
Por otra parte, <strong>el</strong> primer corte en las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>de</strong>stilación <strong>de</strong>l crl~do también<br />
afecta su valor, ya que los <strong>crudos</strong> que dan lugar a valores intermedios, con menores<br />
requerimientos <strong>de</strong> posterior procesamiento y que satisfagan <strong>el</strong> uso final que los<br />
<strong>de</strong>manda tendrán, en general, un precio más alto.<br />
A continuación, a modo <strong>de</strong> referencia <strong>el</strong> autor incluye una clasificación internacional<br />
tie lo <strong>crudos</strong> por país y la ubicación referencia1 <strong>de</strong> Venezu<strong>el</strong>a.<br />
l<br />
I<br />
!<br />
~ .<br />
- - ~<br />
TABLA No 1. CLASIFICAC~~N INTERNACIONAL POR GRADOS API Y<br />
LOCALIZACIÓN DE VENEZUELA EN CALIDAD DEL PETRÓLEO<br />
.<br />
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-<br />
- ~- .. -... . . -. ~<br />
-<br />
~ - ~<br />
Arabian light-34<br />
. . . ~. ... .- . - - ~<br />
lran light - 34<br />
. -- -.<br />
Kuwait- 3 1<br />
~~ .<br />
Irak- Basrah - 34<br />
-<br />
-<br />
. . . - . . . - - .~-<br />
~.- - ~- -. ~<br />
Qatar Mane- 34<br />
--p.---<br />
Zarzaitine-43 (Arg<strong>el</strong>ia)<br />
.<br />
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. - - . .<br />
l -. ~ - - - . -. ~-. - - -- - . - . .<br />
I Forcados-31 (Nigeria)<br />
i<br />
~ --<br />
- -~ - - - -- -. - -. . . - - -. . -<br />
Zueitina-40 (Libia)<br />
Minas-35 (Indonesia)<br />
l.. - - - -..p..- ---e ..<br />
1 - -- - _-__<br />
Tía Juana light-31 (Venezu<strong>el</strong>a)<br />
- -<br />
~-.<br />
-- - __ _. - __ - __ - -- - --- - - -<br />
~<br />
Oriente- 30 (Ecuador)<br />
l. . .. - - - - . - . - - -- -- .--<br />
:2.4. Conceptualización <strong>de</strong> emulsión.<br />
~-<br />
--<br />
Uno <strong>de</strong> los problemas asociados a la producción <strong>de</strong> agua en conjunto con <strong>el</strong> petrólec~<br />
es la formación <strong>de</strong> emulsiones, <strong>de</strong>bido a que este es un factor sumamente influyente eri<br />
la <strong>de</strong>shidratación <strong>de</strong>l crudo, <strong>el</strong> autor realizará una <strong>de</strong>tallada revisión <strong>de</strong> las emulsiones.<br />
los tipos, propieda<strong>de</strong>s, composición, formación, estabilidad y ruptura <strong>de</strong> las. mismas.<br />
Una emulsión es una mezcla <strong>de</strong> dos Iíquidos inmiscibles, es <strong>de</strong>cir, que no se<br />
mezclan en condiciones normales. Uno <strong>de</strong> los líquidos esta disperso en <strong>el</strong> otro en la<br />
ioma <strong>de</strong> pequeñas gotas, cuyos diámetros en general exce<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 0.1 micrón. La fase<br />
que está en forma <strong>de</strong> gotas licuantes divididas, es la fase que forma la matriz en <strong>el</strong> cual
están suspendidos estas gotas es la externa o fase continua. 1-a figura No 1 muestra<br />
rnicrofotografías <strong>de</strong> diferentes tipos <strong>de</strong> emulsiones.<br />
-, -<br />
-<br />
---",r<br />
, P<br />
1<br />
i<br />
i<br />
ii<br />
51<br />
1<br />
111<br />
t.!<br />
7 R Z - WI-TíR YC"'<br />
Figura No 1 Microfotografías <strong>de</strong> diferentes tipos <strong>de</strong> emulsiones. A) Ernulsion <strong>de</strong> agua en petroleo, scL<br />
observa la aparición <strong>de</strong> una p<strong>el</strong>ícula rígida que retarda la coalescencia B) E:mulsión inversa, <strong>el</strong> tarnañcl<br />
(le las partículas <strong>de</strong> petróleo es uniforme alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 10 pm <strong>de</strong> diámetro y están dispersadas en la fase<br />
continua agua. C) Emulsión <strong>de</strong> agua en petróleo con una p<strong>el</strong>ícula <strong>de</strong> petróleo alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> la goda <strong>de</strong>l<br />
agua en proceso <strong>de</strong> ruptura. D) Emulsión petróleo en agua en petróleo. Se observan las gotas dr.<br />
petróleo dispersas en las gotas <strong>de</strong> agua que su vez están dispersas en la fase contirua petróleo. E 1<br />
1:mulsión <strong>de</strong> múltiples fases, campo Rocky Mountain. La fase dispersa agua coniiene pequeñas<br />
partículas <strong>de</strong> petróleo. F) Emulsión agua en petróleo r<strong>el</strong>ativamente escasa. Las gota:; <strong>de</strong> agua má:e<br />
gran<strong>de</strong>s están alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 60 pm, las medianas en unos 40 pm y las más pequeñas <strong>de</strong> 1 a 20 Um<br />
(S) Emulsión <strong>de</strong> un campo al Oeste <strong>de</strong> Kansas, contiene aproximadamente 30% <strong>de</strong> agua rmulsionada eri<br />
forma <strong>de</strong> gotas con un diametro en <strong>el</strong> rango <strong>de</strong> alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 60 pm hacia abajo. H) Emulsión <strong>de</strong> agua er<br />
petróleo con partículas <strong>de</strong> agua dispersas con un tamarío que varia <strong>de</strong> 250 a 1 pm 1) Enulsión escasc<br />
con partículas <strong>de</strong> agua dispersas que varían en tamaño <strong>de</strong> 1 a 20 pm<br />
Fuente: Petroleum Engineering Handbook. Howard Bradley.<br />
i<br />
1
Se llama dispersión a un sistema polifásico en <strong>el</strong> cual una fase se encuentra en<br />
forma fragmentada (fase dispersada) <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> otra (fase continua). Existeii varios tipos<br />
(le sistemas dispersados y cada uno tiene una <strong>de</strong>nominación particular, por ejemplo,<br />
tina dispersión <strong>de</strong> gas en un Iíquido es una espuma mientras que una dispersión <strong>de</strong> un<br />
Iíquido en otro inmiscible con él es una emulsión; una dispersión <strong>de</strong> sólidos finos er<br />
iin gas se llama humo, una dispersidn <strong>de</strong> gotitas en un gas se llama neblina )i.<br />
Finalmente una dispersión <strong>de</strong> un sólido en un Iíquido se llama suspensión c<br />
simplemente dispersión.<br />
En una dispersión es importante <strong>de</strong>stacar <strong>el</strong> tamaño <strong>de</strong> los paquetes <strong>de</strong> la fase<br />
tlispersa. En efecto, <strong>el</strong> comportamiento <strong>de</strong> la dispersión y su efecto <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> en buen?<br />
parte <strong>de</strong>l tamaño <strong>de</strong> los fragmentos. Se entien<strong>de</strong> por fragmento una cierta cantidad <strong>de</strong><br />
materia gaseosa, liquida o sólida, que se llama burbuja, gota o particlila si son <strong>de</strong><br />
tamafio macroscópico.<br />
Si son <strong>de</strong> tamaños inferiores <strong>el</strong> micrómetro pero netamente superior al tamaiio <strong>de</strong><br />
tina molécula, se llama coloi<strong>de</strong>.<br />
Las soluciones coloidales son aqu<strong>el</strong>las que contienen fragmentos <strong>de</strong> materi2<br />
tlispersadas que son <strong>de</strong> un lado <strong>de</strong>masiado gran<strong>de</strong> <strong>para</strong> que se trate <strong>de</strong> una soluciór<br />
t~nvencional y <strong>de</strong> otro lado <strong>de</strong>masiado pequeños <strong>para</strong> se separen por sedimentaciór<br />
c?n <strong>el</strong> campo <strong>de</strong> la gravedad.<br />
que:<br />
En r<strong>el</strong>ación con la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> coloi<strong>de</strong>s en los Cua<strong>de</strong>rno FlRP No. 607 se expresg'<br />
En <strong>el</strong> campo <strong>de</strong> los coloi<strong>de</strong>s se encuentran las macromoléculas<br />
(coloi<strong>de</strong>s liofílicos) las suspensiones sólidas (sales) y los agregados <strong>de</strong><br />
surfactante (mic<strong>el</strong>as). Cuando una molécula solubiliza un aceite en su<br />
interior tien<strong>de</strong> a hincharse; cuando la solubilización alcancé una iIaccitln<br />
notable <strong>de</strong>l sistema, se produce una estructura llamada micro emulsión<br />
quc so c:oyó quo era una ornulsi6n conteniendo gotas más peiliicrfías.<br />
Una micro emulsión es una solución misc<strong>el</strong>as "Hinchada", y por lo tanto<br />
no es una emulsión sino un sistema rnonofásico.
Según la <strong>de</strong>finición anterior <strong>de</strong> coloi<strong>de</strong>, <strong>el</strong> límite superior <strong>de</strong> tamaño <strong>de</strong>pen<strong>de</strong><br />
c!sencialmente <strong>de</strong> la estabilidad <strong>de</strong>l sistema frente a la sedimentación graviiacional.<br />
Si no hay se<strong>para</strong>ción por sedimentación se habla <strong>de</strong> una solución c) suspensiór<br />
c:oloidal o una micro emulsión. Al contrario, los sistemas que se se<strong>para</strong>n poi,<br />
sedimentación (cualquiera sea <strong>el</strong> tiempo requerido) no son estables y se llamar<br />
c?spumas, (macro) emulsiones o suspensiones.<br />
Para que se origine una emulsión estable, se requieren las siguientes condiciones:<br />
Los líquidos tienen que ser incapaces <strong>de</strong> mezclarse por si solos.<br />
Debe haber suficiente agitación <strong>para</strong> dispersar un líquido dmtro <strong>de</strong>l c~tro en forma<br />
<strong>de</strong> gotitas.<br />
Se requiere la presencia <strong>de</strong> un agente emulsificante.<br />
El agua y <strong>el</strong> petróleo no se mezclan espontáneamente y <strong>el</strong> agente que lo une es ur<br />
c!mulsificante. Los emulsificantes más comunes en las mezclas <strong>de</strong> agua y oetróleo son.<br />
:isfalto, sustancias resinosas, ácidos orgánicos solubles en aceite. etc. Estas sustancias<br />
se su<strong>el</strong>en encontrar como una capa media entre las gotitas <strong>de</strong> agua y petróleo, y por Ic<br />
general los produce <strong>el</strong> yacimiento petrolífero. Por eso, <strong>para</strong> se<strong>para</strong>r (3.1 agua y e<br />
petróleo en una emulsión, hay que <strong>de</strong>struir <strong>de</strong> alguna manera <strong>el</strong> emulsificante, <strong>para</strong> que<br />
puedan unirse las gotitas <strong>de</strong> agua.<br />
Se han <strong>de</strong>terminados diferentes métodos <strong>para</strong> se<strong>para</strong>r <strong>el</strong> agua producida con e<br />
petróleo, tales como:<br />
Asentamiento en gran<strong>de</strong>s tanques y extracción <strong>de</strong>l agua se<strong>para</strong>damente.<br />
Aplicación <strong>de</strong> calor.
Adición <strong>de</strong> compuestos químicos.<br />
Dispositivos mecánicos, tales como los <strong>de</strong>shidratados <strong>el</strong>éctricos o mecánicos.<br />
En teoría la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong>l agua y <strong>el</strong> petróleo <strong>de</strong> toda emulsi6n se realiza si se le da<br />
iin tiempo ilimitado <strong>de</strong> asentamiento. Gran parte <strong>de</strong>l agua producida con e1 petróleo se<br />
se<strong>para</strong> sin la ayuda <strong>de</strong> calor, sustancias químicas o dispositivos mecánicos. En ciertas<br />
c!mulsiones las partículas <strong>de</strong> agua están ro<strong>de</strong>adas <strong>de</strong> un material que hace la5<br />
ctmulsiones duras y estables <strong>para</strong> resistir su ruptura, y la unión <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong><br />
tin tiempo razonable. Por eso, hay que aplicar calor sustancias químicas c<br />
cleshidratantes <strong>el</strong>éctricos o combinaciones <strong>de</strong> los mismos, como medio <strong>de</strong> ac<strong>el</strong>erar le<br />
se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> agua y <strong>el</strong> petróleo.<br />
Una emulsión se obtiene mediante un proceso llamado emulsiona~~ión, <strong>el</strong> cua<br />
consiste en agitar una mezcla agua/aceite/surfactante con un artefacto mecánico u otrc<br />
tipo <strong>de</strong> agente que genere agitación, como por ejemplo la turbulencia que genere e<br />
flujo <strong>de</strong> crudo en las tuberías <strong>de</strong> producción <strong>de</strong> los pozos y en otros <strong>equipos</strong> <strong>de</strong>l sistema<br />
(le producción.<br />
El resultado <strong>de</strong> la operación <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> por supuesto <strong>de</strong> la naturaleza y <strong>de</strong> las.<br />
proporciones <strong>de</strong> las fases, pero también <strong>de</strong> la forma según la cual se lleva a cabo la<br />
c!mulsionación. Eso incluye no sólo <strong>el</strong> tipo <strong>de</strong> agente emulsor, sino tambi6n sur<br />
condiciones <strong>de</strong> utilización, y a menudo la programación temporal y espacial <strong>de</strong> esta:<br />
c:ondiciones.<br />
2.4.1. Tipos <strong>de</strong> emulsiones<br />
Las emulsiones <strong>de</strong> petróleo y agua pue<strong>de</strong>n ocurrir en forma diferente:<br />
Agua en petróleo (AIP): Estas compren<strong>de</strong>n <strong>el</strong> 99% <strong>de</strong> las emulsiones<br />
presentes en la industria petrolera. Se forman estas emulsiones en t?l proceso <strong>de</strong><br />
explotación al entrar en contacto ambas fases, agua y petróleo en presencia <strong>de</strong><br />
algún agente estabilizador y <strong>el</strong> contenido <strong>de</strong> agua pueda variar ertre O y 80%<br />
3E
pero usualmente se encuentra entre O y 35%. En <strong>el</strong>la la fase dispersa es e<br />
agua, y la fase continua es <strong>el</strong> petróleo.<br />
Petróleo en agua (PIA): Consiste en glóbulos <strong>de</strong> petróleo dispersos en una<br />
fase continua <strong>de</strong> agua. Este tipo ocurre en aproximadamente 1% <strong>de</strong> las<br />
emulsiones producidas en la industria <strong>de</strong>l petróleo, normalmente se da en e'<br />
agua drenada, posterior al <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación.<br />
Petróleo en agua en petróleo (PIAIP): Estas emulsiones raras veces se<br />
encuentran en producción <strong>de</strong> petróleo. En las areas don<strong>de</strong> se encuentra, e.<br />
petróleo es <strong>de</strong> alta viscosidad y gravedad específica o <strong>el</strong> agua es r<strong>el</strong>ativamente<br />
blanda y fresca.<br />
La forma <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> emulsión es hasta cierto sentido muy o~mpleja; los<br />
glóbulos <strong>de</strong> petróleo están dispersos en glóbulos más gran<strong>de</strong>s <strong>de</strong> agua las<br />
cuales a su vez están dispersas en una fase continua <strong>de</strong> petróleo.<br />
Agua en petróleo en agua (AIPIA): Este tipo <strong>de</strong> emulsiones la:; constituyen<br />
una fase <strong>de</strong> agua a una segunda fase dispersa <strong>de</strong> agua. La niisrna se ha<br />
encontrado en la producción <strong>de</strong> petróleo, aunque experimentalniente pue<strong>de</strong><br />
pre<strong>para</strong>rse en los laboratorios. Su distribución es exactamente <strong>el</strong> reverso <strong>de</strong>l tipc<br />
petróleo en agua en petróleo.<br />
Para i<strong>de</strong>ntificar <strong>el</strong> tipo <strong>de</strong> emulsión, se coloca una pequefía muestra <strong>de</strong> <strong>el</strong>la en un<br />
microscopio y luego se le agrega a la muestra una pequeña cantidad, ya sea <strong>de</strong><br />
petróleo o <strong>de</strong> agua. El líquido que sea miscible con la emulsión representa la<br />
fase continua. Bajo un microscopio, las partículas <strong>de</strong> la fase dispersa son<br />
perfectamente visibles, lo que permite que una emulsión compleja pueda ser<br />
también i<strong>de</strong>ntificada.<br />
En la mayoría <strong>de</strong> los casos en los cuales se hace una emulsión con dos líquidos<br />
inmiscibles, uno <strong>de</strong> los Iíquidos es una fase acuosa y <strong>el</strong> otro una fase aceite u<br />
orgánica. Se usarán las abreviaturas A (agua) y P (petróleo) <strong>para</strong> dichas fases.
Si la emulsión contiene gotas <strong>de</strong> petróleo dispersadas en agua, 'e le llamará<br />
emulsión PIA, la emulsión normal <strong>para</strong> todas las aplicaciones con c?xcepción <strong>de</strong><br />
la producción <strong>de</strong>l petróleo, en la cual se <strong>de</strong>nomina emulsión inversa.<br />
Si la fase dispersada es <strong>el</strong> agua, se llama emulsión AIP, emulsión normal <strong>para</strong><br />
los petróleos, inversas <strong>para</strong> los <strong>de</strong>más. (Ver Figura No 2).<br />
Figura N" 2. Diferentes tipos <strong>de</strong> emulsiones.<br />
Pue<strong>de</strong>n existir casos más complejos. Por ejemplo, si las gotas <strong>de</strong> eceite <strong>de</strong> una<br />
emulsión PJA contienen en su interior gotitas <strong>de</strong> agua, se dice que se tiene una<br />
emulsión múltiple <strong>de</strong> tipo NPIA. (Véase Figura No 2).<br />
Las emulsiones múltiples se encuentran en forma espontánea o por diseño er<br />
varias aplicaciones, particularmente en <strong>el</strong> campo cosmético o farrnacéu:ico.<br />
Las emulsiones múltiples no pue<strong>de</strong>n <strong>de</strong>finirse con la cont:entración <strong>de</strong><br />
ambas fases. Hay que especificar <strong>el</strong> contenido <strong>de</strong> fases interna en los dos tipos <strong>de</strong><br />
gotas.<br />
Volviendo a las emulsiones ordinarias, la única forma <strong>de</strong> <strong>de</strong>scribir la geometrís<br />
<strong>de</strong> una emulsión es por su distribución <strong>de</strong> tamaño <strong>de</strong> gotas.
2.4.2. Viscosidad <strong>de</strong> las emulsiones<br />
La viscosidad es la propiedad que caracteriza la resistencia <strong>de</strong> un fluido z<br />
<strong>de</strong>splazarse. Se <strong>de</strong>fine la viscosidad a partir <strong>de</strong> un caso simple en <strong>el</strong> cual un fluidc<br />
se ubica entre dos láminas <strong>para</strong>l<strong>el</strong>as distantes <strong>de</strong> " Y (Ver Figura No. 3). Una <strong>de</strong> las<br />
láminas se mantiene fija, mientras que la otra se pone en movimiento (<strong>para</strong>l<strong>el</strong>amente<br />
a la primera) al aplicarse una fuerza "F". Siendo "V" la v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> la lámina y " A <strong>el</strong><br />
área correspondiente se obtiene la r<strong>el</strong>ación:<br />
Área A Plato móvil<br />
X b Plato fijo<br />
Figura No 3. Concepto <strong>de</strong> Viscosidad<br />
Esta r<strong>el</strong>ación <strong>de</strong>fine <strong>el</strong> coeficiente <strong>de</strong> viscosidad. A partir <strong>de</strong> este caso llevado al<br />
límite (diferencial) se <strong>de</strong>riva una fórmula más general.
Txy es por lo tanto <strong>el</strong> flujo <strong>de</strong> componentes " X <strong>de</strong> la cantidad <strong>de</strong> rn,~vimiento en<br />
la dirección "y".<br />
Don<strong>de</strong> q es <strong>el</strong> esfuerzo ejercido en la dirección " X sobre una superficie " Y<br />
constante por <strong>el</strong> fluido ubicado a menores valores <strong>de</strong> "Y.<br />
Por otra parte, Vx, representa <strong>el</strong> componente en la dirección " X <strong>de</strong> la v<strong>el</strong>ocidad.<br />
Su <strong>de</strong>rivada respecto a la Y que es <strong>el</strong> gradiente <strong>de</strong> v<strong>el</strong>ocidad llamado v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>formación o cizallamiento.<br />
(Ec. 2)<br />
La viscosidad <strong>de</strong> una emulsión <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> numerosos factores, algunos con<br />
carácter físico más o menos <strong>de</strong>terminado, otros <strong>de</strong> tipo físico - quimiccj cuyo efectc<br />
empieza solamente a enten<strong>de</strong>rse <strong>de</strong> la siguiente lista <strong>de</strong> factores, por or<strong>de</strong>r<br />
<strong>de</strong>creciente <strong>de</strong> importancia con excepción <strong>de</strong>l último.<br />
Viscosidad <strong>de</strong> la fase externa (go)<br />
Proporción volumétrica <strong>de</strong> la fase interna (0 ó 0).<br />
Tamaño <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong> la fase interna.<br />
Viscosidad <strong>de</strong> la fase interna.<br />
Efectos <strong>el</strong>ectro viscosos.<br />
Efecto <strong>de</strong>l emulsionante, es <strong>de</strong>cir, <strong>de</strong> la formulación.
2.4.3. Conductividad <strong>de</strong> las emulsiones.<br />
La conductividad <strong>de</strong> las dos fases que conforman una emulsión so11 en general<br />
muy diferentes, puesto que la fase acuosa contiene siempre algo <strong>de</strong> <strong>el</strong>ectrolito<br />
disu<strong>el</strong>to. Por otra parte, la conductividad <strong>de</strong> la emulsión <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> esen1:ialmente <strong>de</strong><br />
la naturaleza <strong>de</strong> la fase continua o externa, puesto que es esta fase la que va a<br />
transportar las cargas. En efecto, la fase discontinua tiene continuidad entre los<br />
<strong>el</strong>ectrodos.<br />
Por lo tanto una emulsión <strong>de</strong> fase continua agua (con <strong>el</strong>ectrolito) PI.4 posee una<br />
alta conductividad, mientras que una emulsión <strong>de</strong> fase externa orgánica AIP posee<br />
una baja conductividad. Esta característica permite <strong>de</strong>ducir inmediatarnente <strong>el</strong> tipc<br />
<strong>de</strong> una emulsión <strong>de</strong> un dato <strong>de</strong> conductividad bastante aproximado.<br />
Para emulsiones A/P en las cuales la conductividad <strong>de</strong> la fase ace te es muchc<br />
menor que la <strong>de</strong>l agua.<br />
En la práctica se ha encontrado que en un medio emulsionado agitadc<br />
constantemente, la conductividad <strong>de</strong> una emulsión, PIA varia esenc;ialmente er<br />
forma proporcional al contenido <strong>de</strong> agua.<br />
2.4.4. Composición <strong>de</strong> las emulsiones.<br />
En forma general se usará <strong>el</strong> término emulsión <strong>para</strong> refe!-irse a unzi<br />
macroemulsión. Una emulsión es un sistema que contiene dos fases líquidas<br />
inmiscibles, una <strong>de</strong> las cuales está dispersada en la otra, y cuya estructura es<br />
estabilizada por un agente surfactante llamado emulsionante.<br />
La noción <strong>de</strong> estabilidad es por supuesto r<strong>el</strong>ativa, pero se refiere a una casi<br />
ausencia <strong>de</strong> cambio durante un período <strong>de</strong> tiempo suficientemente argo <strong>para</strong> <strong>el</strong><br />
propósito <strong>de</strong> la aplicación práctica, lo cual pue<strong>de</strong> variar <strong>de</strong> algunc~s minutos zi<br />
algunos años.
En ausencia <strong>de</strong> surfactante, una, dispersión liquido-líquido coalesce rápidamente<br />
(ejemplo <strong>de</strong> la vinagreta). En presencia <strong>de</strong> un agente emulsionante, la emulsión<br />
pue<strong>de</strong> presentar una cierta segregación gravitacional pero la ~oalesc~rncia <strong>de</strong> las<br />
gotas es notablemente retardada, aun cuando se tocan (ejemplo <strong>de</strong> la rrayonesa).<br />
Las cantida<strong>de</strong>s r<strong>el</strong>ativas <strong>de</strong> fase dispersa y <strong>de</strong> fase contiiua (referidas también<br />
como fase interna y fase externa) influyen notablemente sobre las propieda<strong>de</strong>s.<br />
Debajo <strong>de</strong> 20% <strong>de</strong> fase interna se habla <strong>de</strong> una emulsión <strong>de</strong> bajo cont~bnido <strong>de</strong> fase<br />
interna.<br />
En tales emulsiones se pue<strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rar que hay poca interacción <strong>de</strong> las gotas<br />
entre sí, lo que permite mo<strong>de</strong>lar ciertos comportamientos.<br />
Al otro extremo están las emulsiones <strong>de</strong> alto contenido <strong>de</strong> fase in':ema, en las<br />
cuales las gotas <strong>de</strong> la fase interna ocupan más <strong>de</strong>l 60-70% <strong>de</strong>l volurrien. En tales<br />
emulsiones las interacciones entre gotas dominan los efectos. Más allá <strong>de</strong> 75%, las<br />
gotas están literalmente al contacto y la emulsión se toma muy viscosa.<br />
La concentración <strong>de</strong>l agente emulsionante es variable, pero en la priictica existen<br />
dos límites. Debajo <strong>de</strong> una concentración mínima <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> algurios miles <strong>de</strong><br />
ppm (O, 1 % por ejemplo), no hay bastante emulsionante <strong>para</strong> estabilizar la emulsión.<br />
Más allá <strong>de</strong> algunos porcentajes (5% por ejemplo), no se gana nada aumentando IE<br />
concentración <strong>de</strong>l surfactante.<br />
En las aplicaciones prácticas se encuentra una concentración <strong>de</strong> emulsionante<br />
en <strong>el</strong> rango 0,2 - 3%. Por razones <strong>de</strong> eficiencia y <strong>de</strong> costo se usa eil general ur<br />
emulsionante compuesto <strong>de</strong> una mezcla <strong>de</strong> varios surfactantes.<br />
2.4.5. Formación <strong>de</strong> las emulsiones.<br />
Generalmente la formación <strong>de</strong> emulsiones se <strong>de</strong>be a la influencia <strong>de</strong> efectos<br />
mecánicos en <strong>el</strong> sistema <strong>de</strong> producción, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la presencia <strong>de</strong> sustancias<br />
químicas. Los efectos mecánicos están constituidos por <strong>el</strong> movimientct <strong>de</strong>l crudo E
través <strong>de</strong> las líneas <strong>de</strong> producción, en las cuales <strong>de</strong>bido a los accesorios<br />
involucrados se producen efectos <strong>de</strong> turbulencia y agitación.<br />
En cuanto a las sustancias químicas, estas se pue<strong>de</strong>n encontrar tanto en <strong>el</strong><br />
agua asociada al crudo, como en <strong>el</strong> propio crudo (asfaltemos y <strong>para</strong>finas), y pue<strong>de</strong>n<br />
ser solubles, como jabones <strong>de</strong> sodio, magnesio y calcio, y bitúmenes; e insolubles<br />
como sílice, negro <strong>de</strong> humo y arcilla.<br />
Las sustancias químicas son las responsables <strong>de</strong> la estabilidad <strong>de</strong> las<br />
emulsiones, ya que son capaces <strong>de</strong> formar alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> las gotas dispersas una<br />
p<strong>el</strong>ícula envolvente que evita la coalescencia <strong>de</strong> la fase dispersa. Estas sustancias<br />
químicas se conocen como agentes emulsionantes.<br />
Se pue<strong>de</strong> resumir que las condiciones que favorecen la forméición <strong>de</strong> las<br />
emulsiones son:<br />
Contacto con dos líquidos Inmiscibles: Como se menciono aiiteriormente,<br />
son aqu<strong>el</strong>los que no se mezclan bajo condiciones normales.<br />
Efecto <strong>de</strong> la turbulencia o agitación: Las emulsiones ncj se forman<br />
espontáneamente, por lo tanto, hay que generar cierto trabajo en <strong>el</strong> sistema.<br />
Este trabajo es producido por la turbulencia o agitación que c'curre con <strong>el</strong><br />
movimiento <strong>de</strong> los fluidos. Por ejemplo, en <strong>el</strong> pozo que prodi~ce por flujc<br />
natural, esta turbulencia o agitación pue<strong>de</strong> ser dada por <strong>el</strong> paso <strong>de</strong>l fluido r<br />
través <strong>de</strong> las líneas <strong>de</strong> flujo, conexiones <strong>de</strong>l cabezote, estranguladores, etc.<br />
En pozos <strong>de</strong> bombeo, la turbulencia y la agitación producida por la bomba es<br />
más que suficiente <strong>para</strong> la formación <strong>de</strong> la emulsión.<br />
Existencia <strong>de</strong> agentes emulsionantes: Las emulsiones poseen un2<br />
estabilidad mínima, la cual se incrementa con agentes siirfactantes cl<br />
emulsificantes y por efectos mecánicos tales como agitadores b,
homogenizadores, estos agentes surfactantes aumentan la estal~ilidad dé las<br />
emulsiones mediante la acción interfacial.<br />
El agente emulsifícante es algún compuesto orgánico o inorgánico que se<br />
encuentra presente en <strong>el</strong> petróleo crudo y que estabilisa la fase. dispersa, al<br />
formar una membrana o p<strong>el</strong>ícula <strong>el</strong>ástica y fuerte, qui! envu<strong>el</strong>ve la superficie<br />
<strong>de</strong> los glóbulos.<br />
tos tipos <strong>de</strong> agentes emulsificantes pue<strong>de</strong>n ser subdivididos <strong>de</strong> iacueido a su<br />
solubilidad en la fase continua. Entre los agentes ernulsificante:: sólidos, no<br />
solubles, po<strong>de</strong>mos enumerar:<br />
1. Sílice<br />
2. Negro <strong>de</strong> humo.<br />
3. Arcilla<br />
Entre los solubles se pue<strong>de</strong>n enumerar:<br />
1. Jabón <strong>de</strong> sodio<br />
2. Calcio<br />
3. Jabón <strong>de</strong> magnesio<br />
4. Asfalto<br />
5. Bitúmenes<br />
Adicionalmente, ciertas sustancias hidrofílicas como goma y aguia, que no se<br />
encuentran con <strong>el</strong> crudo, pero que pue<strong>de</strong>n estar presentes en <strong>el</strong> equipo <strong>de</strong><br />
superficie, pue<strong>de</strong>n actuar como agente emulsificantes.<br />
46
2.4.6. Estabilización y ruptura <strong>de</strong> las emulsiones.<br />
Al someter una mezcla <strong>de</strong> agua y aceite a un cizallamiento, se produce uné<br />
dispersión <strong>de</strong> una fase en la otra. Si ninguna sustancia estabiliza esta dispersión<br />
esta se rompe rápidamente al <strong>de</strong>jarla en reposo. La diferencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>risidad <strong>de</strong> las<br />
dos fases produce una segregación gravitatoria; las gotas <strong>de</strong> la fase dispersa se<br />
<strong>de</strong>splazan, se juntan y coalescen.<br />
La se<strong>para</strong>ción consiste esencialmente en una sedimentación y está regida por la<br />
iey <strong>de</strong> Stokes que <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la diferencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> los fluidos, <strong>de</strong> la<br />
viscosidad <strong>de</strong> la fase externa y <strong>de</strong>l tamaño <strong>de</strong> las gotas.<br />
En presencia <strong>de</strong> un agente emulsionante, las gotas pue<strong>de</strong>n acerairse pero no<br />
bastante <strong>para</strong> coalescer, bien sea porque existe una repulsión <strong>el</strong>éctrica entre <strong>el</strong>las,<br />
Sien sea porque existe una barrera esférica o p<strong>el</strong>ícula interfacial que irrlpi<strong>de</strong> que las<br />
gotas puedan entrar en contacto. En ambos casos los agentes emulsioiiantes están<br />
adsorbidos en la interface agualaceite; son sustancias anfifílicas, es <strong>de</strong>cir, con<br />
doble afinidad a la vez polar y no polar.<br />
Prácticamente todos los <strong>crudos</strong> contienen sustancias susceptiblei; <strong>de</strong> poseer<br />
propieda<strong>de</strong>s emulsionantes: asfáltenos, resinas, ácidos nafténicos, citros ácidos,<br />
rnercaptanos, bases nitrogenadas etc.<br />
Adicionalmente se sabe que una emulsión pue<strong>de</strong> estar estabilizad~i por sólidos<br />
finamente divididos, los cuales se ubican en la interfase y son susceptibles <strong>de</strong> inhibir<br />
la coalescencia por efecto esférico. Muchos <strong>crudos</strong> contienen materiales insolubles<br />
finamente divididos.<br />
También existen una serie <strong>de</strong> factores que Influyen en la estabilidad <strong>de</strong> las<br />
emulsiones, estos factores son los siguientes:<br />
= Tipos <strong>de</strong> petróleo: Los petróleos <strong>de</strong> base nafténica o asfalténica se<br />
emulsifican con mayor rapi<strong>de</strong>z y permanencia que los <strong>de</strong> bajo <strong>para</strong>fínica; esto<br />
47
se <strong>de</strong>be a que <strong>el</strong> asfalto y, <strong>el</strong> betumen que se encuentran en los petróleos <strong>de</strong><br />
base nafténica actúan como exc<strong>el</strong>entes emulsificantes.<br />
Viscosidad <strong>de</strong>l petróleo: Se <strong>de</strong>fine por viscosidad <strong>de</strong> un líquido SL<br />
resistencia a fluir. Mientras mayor sea la resistencia <strong>de</strong> un fluido s fluir, mayor<br />
sera su viscosidad y recíprocamente, <strong>el</strong> flujo fluirá más fácilmeni:e cuando su<br />
viscosidad sea menor.<br />
Un petróleo <strong>de</strong> viscosidad alta, es <strong>de</strong>cir, un petróleo que fluye lentamente,<br />
mantendrá en suspensión gotas más gran<strong>de</strong>s que uno con visc:osidad baja.<br />
Un ejemplo común <strong>de</strong> esto se tiene al observar la v<strong>el</strong>ocidad lenta con que las<br />
burbujas <strong>de</strong> aire ascien<strong>de</strong>n en un jarabe (viscosidad alta) cuando es<br />
com<strong>para</strong>da con <strong>el</strong> agua (viscosidad baja).<br />
Las burbujas <strong>de</strong> aire suben, por <strong>el</strong> contrario, las gotas <strong>de</strong> agua en <strong>el</strong> petróleo<br />
bajan, pero <strong>el</strong> mismo efecto es evi<strong>de</strong>nte. Por mantener gotas mzís gran<strong>de</strong>s y<br />
por ser más lenta la v<strong>el</strong>ocidad con que se precipitan, un petróleo <strong>de</strong><br />
viscosidad alta requiere más tiempo <strong>para</strong> que las gotas <strong>de</strong> Egua puedan<br />
unirse y romper la emulsión. Por otra parte, <strong>el</strong> tiempo necesario <strong>para</strong> que<br />
precipiten las gotas <strong>de</strong> agua es consi<strong>de</strong>rablemente mayor. Por Ici tanto, entre<br />
más alta la viscosidad, la emulsión será más estable.<br />
Temperatura: La estabilidad <strong>de</strong> una emulsión <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la terriperatura, ya<br />
que ésta controla la viscosidad hasta cierta extensih. Por lo tanto, una<br />
emulsión será más estable a baja temperatura, ya que así lía viscosidad<br />
aumenta siendo mayor la resistencia al movimiento <strong>de</strong> los glóbulos. Es por<br />
esto, que <strong>el</strong> calor se aplica en los sistemas <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>s.<br />
e Porcentaje <strong>de</strong> agua: El porcentaje <strong>de</strong> agua en una emulsión tieie un efecto<br />
hdirecto en su estabilidad. Para una cantidad dada <strong>de</strong> petróleo y agua, una<br />
emulsión estable pue<strong>de</strong> formarse <strong>para</strong> una gran cantidad <strong>de</strong> volumen <strong>de</strong><br />
mezcla, pero la emulsión <strong>de</strong> máxima estabilidad siempre oci~rrirá a una<br />
r<strong>el</strong>ación fija-<strong>de</strong> agua - petróleo. En operaciones comunes, se ha notado que<br />
48
las emulsiones alcanzan su máxima estabilidad <strong>para</strong> un contenido <strong>de</strong> agua <strong>de</strong><br />
1%, aunque se han encontrado algunas muy estables en las cuales, <strong>el</strong><br />
contenido <strong>de</strong> agua es <strong>de</strong> un 75%.<br />
El porcentaje <strong>de</strong> agua en una emulsión tiene un efecto indirecto en su<br />
estabilidad. Mientras mayor sea <strong>el</strong> porcentaje <strong>de</strong> agua, mélyor será la<br />
agitación necesaria <strong>para</strong> que se forme la emulsión. Al coinpletarse la<br />
formación <strong>de</strong> la emulsión, a mayor porcentaje <strong>de</strong> agua, mayor -será <strong>el</strong><br />
número <strong>de</strong> gotitas por unidad <strong>de</strong> volumen, mayor <strong>el</strong> número cle colisiones<br />
entre las gotitas, favoreciendo la coalescencia y Separándose la emulsión <strong>de</strong>l<br />
petróleo y agua más rápidamente que si <strong>el</strong> porcentaje <strong>de</strong> agua fuese menor.<br />
Eilo no implica sin embargo, que no puedan existir ernulsiones con <strong>el</strong>evado<br />
porcentaje <strong>de</strong> agua que sean perfectamente estables.<br />
ha composición <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong> formación pue<strong>de</strong> ser un importante factor en la<br />
estabilización <strong>de</strong> la emulsión en <strong>el</strong> crudo, los iones bivalentes semejantes<br />
como <strong>el</strong> Ca' Y Mg' presentes en <strong>el</strong> agua <strong>de</strong> formación forman jabón con <strong>el</strong><br />
ácido orgánico <strong>de</strong>l petróleo (Ácido Naftenico); este jabón forma una p<strong>el</strong>ícula<br />
estable en la interfase. A<strong>de</strong>más, <strong>de</strong> estos iones bicarboniatos (HC02)<br />
contenidos en <strong>el</strong> agua <strong>de</strong> formación pue<strong>de</strong>n introducirse en la interfase y<br />
contribución, incrementar la estabilidad <strong>de</strong> la p<strong>el</strong>ícula.<br />
Edad <strong>de</strong> una emulsión: Si una emulsión es producida en <strong>el</strong> interior <strong>de</strong> un<br />
ianque y no es tratada, una cierta cantidad <strong>de</strong> agua precipitará por gravedad.<br />
A menos que alguna forma <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> sea empleada <strong>para</strong> completar la<br />
ruptura total, habrá un pequeño porcentaje <strong>de</strong> agua en <strong>el</strong> petróleo aunque se<br />
alargue <strong>el</strong> tiempo <strong>de</strong> precipitación. Como se señaló anteriormente, este<br />
porcentaje pequeño tien<strong>de</strong> a estabilizar la emulsión. Esto explica, <strong>el</strong> por qué<br />
algunas emulsiones se hacen más estables y más difíciles <strong>de</strong> tratar <strong>de</strong>spués<br />
que han envejecido. Es <strong>de</strong>cir, con <strong>el</strong> paso <strong>de</strong>l tiempo, una porcmón <strong>de</strong>l agua<br />
precipita y <strong>el</strong> porcentaje más pequeño que permanece en <strong>el</strong> petróleo hace a<br />
esa porción <strong>de</strong> la producción total más difícil <strong>de</strong> tratar.
Agente emulsificante: El agente emulsificante es probablemerite <strong>el</strong> factor<br />
<strong>de</strong>terminativo <strong>de</strong> la estabilidad <strong>de</strong> las emulsiones. Sin un agente<br />
emulsificante, la formación <strong>de</strong> una emulsión sería imposible. No hay duda <strong>de</strong><br />
que hay una diferencia consi<strong>de</strong>rable, entre las potencias <strong>de</strong> estos agentes<br />
<strong>para</strong> afectar la estabilidad <strong>de</strong> las emulsiones, pero no parece héber una lista<br />
<strong>de</strong> estos agentes en <strong>el</strong> or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> sus efectos estabilizantes.<br />
Residuo <strong>de</strong> carbón: El efecto <strong>de</strong> los residuos <strong>de</strong> carbón en la estabilidad <strong>de</strong><br />
[as emulsiones es com<strong>para</strong>ble al <strong>de</strong> la viscosidad <strong>de</strong>l petróleo, e:; <strong>de</strong>cir, entre<br />
mayor contenido <strong>de</strong> residuos <strong>de</strong> carbón haya en <strong>el</strong> petróleo, mayor será su<br />
estabilidad y viceversa.<br />
Campos <strong>el</strong>4ctncos: La estabilidad <strong>de</strong> una emulsión aumentaríli cuando las<br />
cargas <strong>de</strong> las partículas aumenten. Algunas emulsiones son '3stabilizadas<br />
completamente por atracción <strong>el</strong>éctrica.<br />
Exposición al aire: Se ha comprobado que las emulsiones se c:onvierten en<br />
más estables cuando están expuestas al aire. Esto es <strong>de</strong>bido a que <strong>el</strong><br />
oxígeno <strong>de</strong>l aire va a reaccionar con los componentes en <strong>el</strong> crudo <strong>para</strong> formar<br />
un agente emulsificante. Esta acción ocurre muy rápidamente y sólo unos<br />
pocos segundos <strong>de</strong> exposición al aire son necesarios <strong>para</strong> estabilizar la<br />
emulsión a su máximo.<br />
Tamaiio <strong>de</strong> las partículas: Se ha encontrado que cuando los glóbulos los<br />
aumenta <strong>de</strong> tamaño tien<strong>de</strong> a precipitarse. Pue<strong>de</strong> establecerse que mientras<br />
menor sea <strong>el</strong> diámetro <strong>de</strong> las gotitas, más estable resultará la emulsión<br />
formada. En cambio, mientras mayor sea su diámetro, ten<strong>de</strong>rán a coalescer<br />
rompiendo la emulsión. Se ha encontrado que con diámetros <strong>de</strong> gotas 10<br />
micrones (0.01 mm) se logran emulsiones estables.<br />
Hay muchos otros factores que afectan la estabilidad <strong>de</strong> las emulsiones, como<br />
por ejemplo los métodos <strong>de</strong> producción, etc., que no se han consi<strong>de</strong>rado factores
anteriormente nombrados <strong>de</strong>ben ser tomados en cuenta junto con la experiencia ce<br />
campo, <strong>para</strong> asegurar una operación <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> satisfactorio.<br />
Una emulsión es por <strong>de</strong>finición un sistema termodinámicamente inestable y tar<strong>de</strong><br />
o temprano <strong>de</strong>be se<strong>para</strong>rse en dos fases. Es r<strong>el</strong>ativamente fácil clecir que una<br />
emulsión se ha roto, pero es difícil <strong>de</strong>finir experimentalmente un valor <strong>de</strong> SJ<br />
estabilidad.<br />
La única medida realmente absoluta <strong>de</strong> la estabilidad <strong>de</strong> una ernulsión es la<br />
variación <strong>de</strong>l número <strong>de</strong> gotas en función <strong>de</strong>l tiempo. Tal información no se pue<strong>de</strong><br />
obtener experimentalmente sino mediante la variación <strong>de</strong> la distribución <strong>de</strong>l tamaño<br />
<strong>de</strong> gota con <strong>el</strong> tiempo. Des<strong>de</strong> <strong>el</strong> punto <strong>de</strong> vista experimental tal metlición implica<br />
bien sea que se tome una muestra, bien sea que se diluya <strong>el</strong> sistema completo cori<br />
un gran exceso <strong>de</strong> fase externa. El resultado <strong>de</strong>l primer método <strong>de</strong>pen<strong>de</strong><br />
consi<strong>de</strong>rablemente <strong>de</strong> la posición <strong>de</strong>l muestre0 y <strong>el</strong> segundo pue<strong>de</strong> ernplearse una<br />
sola vez, porque altera <strong>el</strong> estado <strong>de</strong>l sistema.<br />
Por lo tanto la estabilidad <strong>de</strong> una emulsión se r<strong>el</strong>aciona en general con <strong>el</strong><br />
volumen <strong>de</strong> las fases se<strong>para</strong>das. Después <strong>de</strong> algún tiempo <strong>el</strong> sisterra se se<strong>para</strong><br />
típicamente en tres zonas: una zona central que contiene una nata o emulsión <strong>de</strong><br />
alto contenido <strong>de</strong> fase interna y dos fases se<strong>para</strong>das: la interna (coalescida) y la<br />
externa (clarificada). Se ha <strong>de</strong>mostrado recientemente que estos criterios dan<br />
resultados satisfactorios cuando se le da una interpretación a<strong>de</strong>cuada.<br />
La figura No 4 indica la fracción <strong>de</strong> volumen coalescido en función <strong>de</strong>l tiempo.<br />
Esta curva posee una forma sigmoi<strong>de</strong>, la cual es característica <strong>de</strong> un ,proceso con<br />
varias etapas.<br />
Durante un cierto período inicial no se se<strong>para</strong> ningún volumen; este período <strong>de</strong><br />
iniciación correspon<strong>de</strong> a la sedimentación <strong>de</strong> gotas y al drenaje <strong>de</strong> la fase externa<br />
hasta alcanzar una emulsión compactada en la cual las gotas "no se tocan". En<br />
realidad las gotas están se<strong>para</strong>das por una p<strong>el</strong>ícula <strong>de</strong>lgada <strong>de</strong> fase externa, en la
cual la interacción entre las interfases empieza a jugar un pap<strong>el</strong> importzinte y pue<strong>de</strong>)<br />
producir un efecto notable <strong>de</strong> retardo.<br />
Cuando las p<strong>el</strong>ículas empiezan a alcanzar espesores <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 200, sor<br />
susceptibles <strong>de</strong> romperse, provocando así la coalescencia <strong>de</strong> las gotas y IE<br />
formación <strong>de</strong> un volumen se<strong>para</strong>do. Está etapa correspon<strong>de</strong> la parte ascendiente<br />
<strong>de</strong> la curva, cuya forma sigmoi<strong>de</strong> pue<strong>de</strong> interpretarse como la función acumulativr<br />
<strong>de</strong> una distribución normal, lo que no es <strong>de</strong> extrañar por e4 carácter aleatorio <strong>de</strong><br />
proceso <strong>de</strong> ruptura.<br />
:O 1 O0 1 O00 10000 Tiempo<br />
Figura No 4. Fracción <strong>de</strong> volumen coalescido o clarificado en función <strong>de</strong>l tiempo.<br />
Con <strong>el</strong> fin <strong>de</strong> cuantificar la estabilidad con valor numérico. se ha propuesto usar<br />
<strong>el</strong> tiempo requerido <strong>para</strong> que coalesca la mitad (u otra fracción) <strong>de</strong>l volumen <strong>de</strong><br />
fase interna, es <strong>de</strong>cir, <strong>el</strong> tiempo en <strong>el</strong> cual VN m = '/2 .<br />
En lo concerniente a las rupturas <strong>de</strong> las emulsiones existe11 diferentes<br />
mecanismos involucrados. No es fácil estudiar <strong>el</strong> mecanismo <strong>de</strong> ruptura <strong>de</strong> una<br />
emulsión porque involucra muchas gotas a la vez. Por tanto, los mecanismos<br />
52
<strong>el</strong>ementales se estudian en general sobre un sistema más simple, por ejemplo aquél<br />
que presenta una sola gota <strong>de</strong> fase dispensadora que se acerca a iina interfase<br />
plana.<br />
La figura No 5 ilustra las etapas <strong>de</strong> una emulsión AIP, ejemplo: Enfoque la<br />
situación <strong>de</strong> una gota <strong>de</strong> agua (A) que se acerca a la interfase entre la fase continua<br />
"P", y la fase "A" ya coalescida.<br />
Figura No 5. Etapas <strong>de</strong> la coalescencia <strong>de</strong> una gota contra un plano.<br />
Sedimentación: Primero la gota se <strong>de</strong>splaza en <strong>el</strong> camoo <strong>de</strong> gravedad por e<br />
empuje <strong>de</strong> Arquíme<strong>de</strong>s, según <strong>el</strong> proceso llamado sedimentación.<br />
La sedimentación gravitatoria, sigue la Ley <strong>de</strong> Stokes, que permite calcular IE<br />
v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> caída, V<br />
don<strong>de</strong> R es <strong>el</strong> radio <strong>de</strong> la gota, supuesta esférica y rígida, g la ac<strong>el</strong>eración <strong>de</strong> Iz<br />
gravedad, Ap la diferencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad y q la viscosidad <strong>de</strong> la fase externa.
En realidad la Ley <strong>de</strong> Stokes <strong>de</strong>bería modificarse porque en <strong>el</strong> caso <strong>de</strong> un2<br />
emulsión, varias gotas caen a la vez y existen interacciones entre <strong>el</strong>las.<br />
Lo importante aquí no es <strong>el</strong> valor numérico sino <strong>el</strong> hecho <strong>de</strong> que la Ley <strong>de</strong> Stokes<br />
indica cuáles son los factores importantes. Así se nota que la \l<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong><br />
sedimentación es proporcional al cuadrado <strong>de</strong>l radio y a la diferencia dc? <strong>de</strong>nsidad, y<br />
es inversamente proporcional a la viscosidad <strong>de</strong> la fase externa.<br />
Al <strong>de</strong>jar una emulsión en reposo, la diferencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad entre las fases<br />
produce una se<strong>para</strong>ción gravitacional en la cual las gotas <strong>de</strong> fase int'srna bajan c<br />
suben <strong>de</strong> acuerdo a la ley <strong>de</strong> Stokes, o más exactamente a una ley <strong>de</strong> Stokes<br />
corregida por los efectos <strong>de</strong> interacción gotalgota, la convección inti-a-gota y los<br />
fenómenos superficiales (gradiente <strong>de</strong> tensión, <strong>el</strong>ectrovíscosidad). Ests<br />
sedimentación produce la formación <strong>de</strong> una nata, la cual consiste en zgregados <strong>de</strong><br />
gotas floculadas <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> un volumen <strong>de</strong> fase externa que poco a pocc se drena.<br />
Al flocular, las gotas pue<strong>de</strong>n, bien sea coalescer inmediatamente, bien see<br />
perdurar en contacto durante un tiempo consi<strong>de</strong>rable. Todo <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong>l tiempc<br />
requerido <strong>para</strong> que se drene la p<strong>el</strong>ícula <strong>de</strong> fase externa que se encuentra entre la$<br />
gotas floculadas.<br />
La v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> sedimentación <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> esencialmente <strong>de</strong> la ley <strong>de</strong> Stokes, es<br />
<strong>de</strong>cir, <strong>de</strong> la diferencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad y <strong>de</strong>l tamaño <strong>de</strong> gota.<br />
La v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> floculación o agregación <strong>de</strong> gotas <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong>l número <strong>de</strong> gotas<br />
y <strong>de</strong>l estado superficial <strong>de</strong> estas gotas. La teoría <strong>de</strong> Von Smoluchov/ski sobre Ic<br />
floculación <strong>de</strong> coloi<strong>de</strong>s liofóbicos es más o menos válida <strong>para</strong> las emulsiones. Si <strong>el</strong><br />
potencial atractivo-repulsivo posee un mínimo secundario se producirá la floculación.<br />
Tal teoría prevé que <strong>el</strong> volumen promedio <strong>de</strong> gotas crece linealmente en <strong>el</strong> tiempc<br />
(caso <strong>de</strong> coagulación rápida).<br />
Sin embargo, una emulsión floculada no está coalescida, y por lo tanto no esta<br />
rota. La coalescencia <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> más que todo <strong>de</strong> factores químicos, ES <strong>de</strong>cir, <strong>de</strong>l<br />
54
estado <strong>de</strong> la interfase. No hay todavía un estudio completo <strong>de</strong> esta última etapa en<br />
<strong>el</strong> caso <strong>de</strong> una emulsión, aunque se hayan realizado estudios <strong>de</strong>l tipo ~coalescencia<br />
<strong>de</strong> gota contra plano.<br />
Como la sedimentación es la primera etapa en la ruptura <strong>de</strong> uria emulsión,<br />
retardar la sedimentación equivale a aumentar la estabilidad, aunque no en forma<br />
necesariamente proporcional, porque la estabilidad pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>r en mayor grado<br />
<strong>de</strong> las otras etapas.<br />
Se aumentará <strong>el</strong> tiempo <strong>de</strong> sedimentación (y eventualmente la estab lidad) :<br />
Al reducir <strong>el</strong> tamaño <strong>de</strong> las gotas.<br />
Al reducir la diferencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad entre los fluidos.<br />
Al aumentar la viscosidad <strong>de</strong> la fase externa.<br />
Si en la práctica se logra llevar la v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> sedimentación calc:ulada por la<br />
fórmula <strong>de</strong> Stokes a menos <strong>de</strong> 5 mmldía, se llegan en las condiciones en las cuales<br />
<strong>el</strong> movimiento browniano domina la sedimentación.<br />
Nótese que eso no significa que la emulsión esté estable, ya que1 la segunda<br />
etapa es <strong>de</strong>terminante. Sin embargo, eso significa que las fuerzas <strong>de</strong> sc?dimentación<br />
no serán responsables <strong>de</strong> la ruptura <strong>de</strong> la emulsión.<br />
Para una emulsión poco estable <strong>el</strong> mecanismo dominante es la sedinientación.<br />
Cuando la floculación es <strong>el</strong> mecanismo dominante (lento), es que existe una<br />
barrera notable a la floculación, pero no a la coalescencia. Es típicamente <strong>el</strong> caso <strong>de</strong><br />
un sistema con fase externa muy viscosa.<br />
Según Antón - Alager (1 986: 54).
La floculación y la coalescencia se producen inmediatamente en este<br />
caso. Se observan tales fenómenos con dispersiones líquido-lrquido<br />
en ausencia <strong>de</strong> surfactante, o en sistemas cuya formulación es ó~tima,<br />
en los cuales <strong>el</strong> surfactante no está presente a la nterfase (le las<br />
gotas porque está atrapado en la micro emulsión.<br />
Finalmente <strong>el</strong> tercer caso, aqu<strong>el</strong> en <strong>el</strong> cual <strong>el</strong> drenaje <strong>de</strong> la p<strong>el</strong>íc:ula intergot~<br />
pue<strong>de</strong> estar retardado por numerosos factores:<br />
Repulsión <strong>el</strong>ectrostática <strong>de</strong> cargas absorbidas.<br />
e Interacción esférica entre moléculas adsorbidas.<br />
Formación <strong>de</strong> p<strong>el</strong>ículas rígidas.<br />
Alta viscosidad interfacial.<br />
Efectos <strong>el</strong>ectroviscosos.<br />
Los métodos <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación ruptura <strong>de</strong> emulsiones tien<strong>de</strong>n todo:; a reducir e<br />
efecto <strong>de</strong> los siguientes factores (Cua<strong>de</strong>rno FlRP 853):<br />
introducción <strong>de</strong> <strong>el</strong>ectrolitos (fase externa agua).<br />
Reducción <strong>de</strong> viscosidad <strong>de</strong> la fase externa (calentamiento).<br />
Desorción <strong>de</strong> moléculas adsorbidas (calentamiento, <strong>de</strong>mu1:;ionantes).<br />
Si bien es cierto, que una emulsión con gotas pequeñas tarda miis tiempo er<br />
sedimentarse y flocularse, dos gotas pequeñas coalescen más fácilmente que dos<br />
gotas gran<strong>de</strong>s (menor p<strong>el</strong>ícula a drenar). Sin embargo, a medida que coalescen las<br />
gotas, <strong>el</strong> área disminuye y se produce una acumulación <strong>de</strong>l material acisorbido a Iz<br />
interfase, lo que resulta en formación <strong>de</strong> p<strong>el</strong>ículas "protectoras" rígidas. Por eso une<br />
emulsión "vieja" es en general más estable, o mejor dicho coalesce más lentamente<br />
que una emulsión recién producida.
Por lo tanto si se quiere aumentar la estabilidad <strong>de</strong> una emulsión coriviene:<br />
Disminuir <strong>el</strong> tamaño <strong>de</strong> partícula.<br />
Aumentar la viscosidad <strong>de</strong> la fase externa.<br />
Usar un surfactante susceptible <strong>de</strong> producir repulsiones <strong>el</strong>ectrostáticas cs<br />
estéticas, y eventualmente capaz <strong>de</strong> formar p<strong>el</strong>ículas rígidas.<br />
El pap<strong>el</strong> <strong>de</strong> los surfactantes en la ruptura <strong>de</strong> las emulsiones es <strong>de</strong> sumé<br />
importancia, ya que, la presencia <strong>de</strong> estos es lo que permite controlar los diferente:<br />
fenómeno involucrados en la etapa <strong>de</strong> drenaje 1 floculación, cuya escala <strong>de</strong> tiempc<br />
pue<strong>de</strong> variar <strong>de</strong> una fracción <strong>de</strong> segundo a varios años y hasta más en sistemas<br />
perfectamente meta - estables.<br />
El surfactante es susceptible <strong>de</strong> contribuir a la carga <strong>el</strong>éctrica adsorbida, bien sez<br />
neutralizando lo existente, bien sea aumentándola.<br />
La adsorción <strong>de</strong> surfactante en la interfase, particularmente los suifactantes <strong>de</strong><br />
alto peso molecular, pue<strong>de</strong> resultar en un efecto <strong>de</strong> repulsión estático. Este efectc,<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> por supuesto <strong>de</strong>l tamaño <strong>de</strong>l grupo que produce la interacc:iÓn, y <strong>de</strong> IE<br />
<strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> adsorción interfacial.<br />
Según que la presencia <strong>de</strong> surfactante aumenta las repulsiones <strong>el</strong>ectrostática )<br />
estática, o la reduce, se ten<strong>de</strong>rá a estabilizar o a <strong>de</strong>sestabilizar la emul:;ion.<br />
Sustancias orgánicas o inorgánicas susceptibles <strong>de</strong> aumentar o <strong>de</strong> disminuir 1s<br />
<strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> absorción o <strong>el</strong> espesor <strong>de</strong> la doble capa <strong>el</strong>éctrica son también factores<br />
susceptibles que afecta la estabilidad <strong>de</strong> la emulsión. Por ejemplo la adición <strong>de</strong><br />
<strong>el</strong>ectrólitos a sistemas iónicos tien<strong>de</strong> a comprimir la doble caoa <strong>el</strong>éctrica y por tantc<br />
a reducir la repulsión <strong>el</strong>ectrostática, lo que resulta en general en una -educción <strong>de</strong><br />
estabilidad <strong>de</strong> una emulsión PIA.
La presencia <strong>de</strong> alcohol tien<strong>de</strong> a apartar las moléculas surfactantes ;absorbidas, y<br />
por tanto, tien<strong>de</strong> a reducir la <strong>de</strong>nsidad interfacial y los efectos repulsivos asociados.<br />
La mezcla <strong>de</strong> surfactantes con grupos estéticos <strong>de</strong> tamaño varia<strong>de</strong>, tien<strong>de</strong> E<br />
aumentar <strong>el</strong> alcance <strong>de</strong>l efecto estético y a menudo aumenta la estabilicad.<br />
Por otra parte, la presencia <strong>de</strong> surfactante es <strong>de</strong>terminante en lo:; fenómenos<br />
interfaciales dinámicos que tien<strong>de</strong>n a retardar <strong>el</strong> drenaje <strong>de</strong> la p<strong>el</strong>íciila; mayor IE<br />
carga superficial, mayor <strong>el</strong> efecto <strong>el</strong>ectro-viscoso, mayor la interacción <strong>de</strong> las<br />
moléculas <strong>de</strong> surfactantes entre si, mayor la viscosidad interfaciiil, mayor IE<br />
interacción entre <strong>el</strong> surfactante absorbido y <strong>el</strong> fluido <strong>de</strong> la p<strong>el</strong>ícula, mayor <strong>el</strong> volumer<br />
g<strong>el</strong>ificado y mayor la viscosidad aparente.<br />
El comportamiento <strong>de</strong>l surfactante en la interface agualaceite es por tanto <strong>el</strong><br />
factor en la estabilización <strong>de</strong> emulsiones, aunque otras variables pue<strong>de</strong>n influenciai'<br />
los fenómenos dinámicos, tales como la presencia <strong>de</strong> <strong>el</strong>ectrólitos (afecta la doble<br />
carga), o la presencia <strong>de</strong> polimeros (g<strong>el</strong>ifica <strong>el</strong> solvente).<br />
2.4.7. Propieda<strong>de</strong>s involucradas en las emulsiones.<br />
La influencia <strong>de</strong> las propieda<strong>de</strong>s físicas como la diferencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad, le<br />
viscosidad <strong>de</strong> la fase externa y <strong>el</strong> tamaño <strong>de</strong> las gotas es obvia y nci se discutiri<br />
más.<br />
Estudios recientes han mostrado que las propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> las interfases pue<strong>de</strong>r<br />
tener un efecto <strong>de</strong>terminante; aunque no esté completamente claro qué? importancis<br />
r<strong>el</strong>ativa tiene cada propiedad o cada fenómeno, conviene resumir lo que se sabe<br />
con cierta seguridad.<br />
Efecto <strong>de</strong> la tensión ínter-facial: A menor tensión interfacial, menor <strong>el</strong><br />
tamaño <strong>de</strong> las gotas, <strong>para</strong> un proceso <strong>de</strong> agitación dado. Sin eml~argo, se h~<br />
<strong>de</strong>finitivamente <strong>de</strong>mostrado que una reducción <strong>de</strong> la tensión interfacial no es<br />
suficiente <strong>para</strong> aumentar la estabilidad <strong>de</strong> una emulsión.<br />
58
Incluso se ha hallado muy recientemente que los sistemas <strong>de</strong> tensiór<br />
ultra -baja producen emulsiones inestables.<br />
Estudios <strong>de</strong> tensión interfacial entre crudo y agua en función <strong>de</strong>l tiempo <strong>de</strong><br />
contacto muestran que la tensión disminuye con <strong>el</strong> tiempo y que :;e requiere c<br />
menudo varias horas <strong>de</strong> contacto <strong>para</strong> obtener un valor estable.<br />
La estabilización <strong>de</strong> la tensión interfacial <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong>l PH <strong>de</strong> la Fase acuosa.<br />
io que indica que los emulsionantes naturales pertenecen a diferentes<br />
familias, <strong>de</strong> los cuales se diferencian por lo menos dos tipos: ácidos y bases<br />
nitrogenadas. La adsorción en la interfase presenta una histéresis que índicc<br />
que las diferentes moléculas emulsionantes poseen cinética <strong>de</strong> equilibrio muy<br />
diferentes.<br />
Viscosidad interfacial: La viscosidad interfacial mi<strong>de</strong> la resistencia <strong>de</strong> Icc<br />
capa emulsionante adsorbida a <strong>de</strong>formarse. Como esta capa está ligada cor<br />
la p<strong>el</strong>ícula <strong>de</strong> fase externa que <strong>de</strong>be drenarse, la viscosidad interfacial tiene<br />
que ver con la estabilidad.<br />
Existe evi<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> que la existencia <strong>de</strong> p<strong>el</strong>ículas <strong>de</strong> alta viscosidac<br />
interfacial reduce, a veces consi<strong>de</strong>rablemente, la v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> c:oalescencia.<br />
Tales circunstancias ocurren a menudo en presencia <strong>de</strong> fase acuosa ácida, y<br />
se forman p<strong>el</strong>ículas interfaciales visco<strong>el</strong>ásticas que llegan a xoducir unc<br />
barrera esencialmente mecánica respecto a la coalescencia.<br />
Sin embargo, estas p<strong>el</strong>ículas casi - rígidas se forman lentamente,<br />
probablemente porque la compactación <strong>de</strong> las moléculas impliix un arreglc<br />
orientado que no pue<strong>de</strong> producirse sino como resultado acumulativa<br />
<strong>de</strong> un equilibrio dinámico.<br />
Por otra parte, se pue<strong>de</strong> también obtener emulsiones estables aun con una<br />
viscosidad interfacial baja; por lo tanto, si bien es cierto que una alta<br />
viscosidad interfacial está asociada con emulsiones estables, <strong>el</strong> corolario nc<br />
se aplica.<br />
59
Compresibilidad <strong>de</strong> p<strong>el</strong>ículas interfaciales: La variación <strong>de</strong> la tensióri<br />
interfacial con <strong>el</strong> área permite analizar la compresibilidad <strong>de</strong> las p<strong>el</strong>ículasl<br />
interfaciales. Al coalescer dos gotas, <strong>el</strong> área interfacial se reduce rápidamente<br />
y las moléculas adsorbidas <strong>de</strong> emulsionante <strong>de</strong> la interfase estár sometidas 2<br />
una compresión.<br />
Existe una corr<strong>el</strong>ación muy nítida entre una alta estabilidad <strong>de</strong> la emulsión 4-<br />
(a existencia <strong>de</strong> p<strong>el</strong>ículas interfaciales incompresibles. La inconpresibilidac<br />
interfacial esta asociada con una estructura organizada y una baja v<strong>el</strong>ocidac<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>sorción. Hay evi<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> que, la presencia <strong>de</strong> agente <strong>de</strong>ml~lsificante er<br />
la p<strong>el</strong>ícula adsorbida pue<strong>de</strong> tener un pap<strong>el</strong> <strong>de</strong>terminante en la reducción <strong>de</strong> Ié<br />
rigi<strong>de</strong>z. Cuando la p<strong>el</strong>ícula es muy compresible, las emulsiones<br />
correspondientes son muy inestables.<br />
Envejecimiento <strong>de</strong> la interfase: A medida que la interfase envejece, Iz<br />
adsorción <strong>de</strong> sustancias surfactantes se completa y la rigi<strong>de</strong>z cle la p<strong>el</strong>ículc<br />
interfacial aumenta, hasta lograr su valor estable típicamente <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> 3 -<br />
4 horas.<br />
De esto resulta que cuando más "vieja" una emulsión, más estable es. Estc<br />
explica porque los experimentos <strong>de</strong> laboratorio no producen siempre los<br />
rnismos resultados que en <strong>el</strong> campo.<br />
Por otra parte, esto significa que <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>para</strong> romper cna emulsión<br />
<strong>de</strong>be efectuarse lo antes posible, incluso en forma preventiva, es <strong>de</strong>cir antes<br />
<strong>de</strong> que se produzca la emulsión. Esto es <strong>el</strong> propósito <strong>de</strong> los métodos <strong>de</strong><br />
inyección <strong>de</strong> <strong>de</strong>mulsificante en fondo <strong>de</strong> pozo.<br />
Efecto <strong>de</strong> los cationes: Los cationes divalentes, calcio y magnesio tienen<br />
ten<strong>de</strong>ncia a producir una compactación <strong>de</strong> las p<strong>el</strong>ículas adsorbidas,<br />
probablemente por efecto <strong>de</strong> pantalla <strong>el</strong>ectrostática <strong>de</strong> un lado, y por casi<br />
precipitación <strong>de</strong> sales en la interfase.
Efecto <strong>de</strong> los agentes <strong>de</strong>mulsionantes: Los agentes <strong>de</strong>rnulsionantes<br />
son sustancias surfactantes susceptibles <strong>de</strong> inmiscuirse en la interfase y<br />
<strong>de</strong>splazar parcial o totalmente los surfactantes naturales. Según los casos se<br />
<strong>de</strong>ben diferenciar dos efectos; uno en <strong>el</strong> cual la adsorción <strong>de</strong>l dc:mulsificante<br />
inhibe la formación <strong>de</strong> una p<strong>el</strong>ícula rígida, y <strong>el</strong> otro en <strong>el</strong> cual <strong>el</strong> dc?mulsificante<br />
<strong>de</strong>bilita la p<strong>el</strong>ícula y la torna compresible.<br />
Los <strong>de</strong>mulsionantes son en general moléculas anfífilas <strong>de</strong> peso rriolecular alto<br />
(polímeros) y por tanto pue<strong>de</strong>n competir con los surfactantes naturales <strong>para</strong><br />
adsorberse en la interfase, e incluso pue<strong>de</strong>n mezclarse con estos.<br />
Las emulsiones A/P están estabilizadas por surfactantes naturales <strong>de</strong> tipo<br />
lipofílico, es <strong>de</strong>cir solubles en aceite. Hace ya varias décadas se ha<br />
observado que los <strong>de</strong>mulsionantes <strong>para</strong> sistemas WIO son surfactantes<br />
hidrofílicos, es <strong>de</strong>cir, sustancias que promoverían la formac:ión <strong>de</strong> una<br />
emulsión.<br />
Efecto <strong>de</strong> la temperatura: La temperatura pue<strong>de</strong> ifluenciar ~larios <strong>de</strong> los<br />
fenómenos mencionados. Al disminuir la viscosidad un aumento <strong>de</strong><br />
temperatura facilita la floculación.<br />
Un aumento <strong>de</strong> temperatura tien<strong>de</strong> a reducir la rigi<strong>de</strong>z <strong>de</strong> las p<strong>el</strong>ículas<br />
interfaciales y a <strong>de</strong>sestabilizarlas. Sin embargo, también produce una<br />
ac<strong>el</strong>eración <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> formación <strong>de</strong> dichas p<strong>el</strong>ículas, ya que aumenta <strong>el</strong><br />
valor <strong>de</strong>l coeficiente <strong>de</strong> difusión <strong>de</strong> los surfactantes naturales.<br />
En presencia <strong>de</strong> surfactantes amónicos, un aumento da temperatura aumenta<br />
la afinidad <strong>de</strong> estas <strong>para</strong> la fase acuosa mientras que <strong>el</strong> invers:, ocurre con<br />
surfactantes no iónicos.<br />
Efecto <strong>de</strong> un campo <strong>el</strong>6ctsico: Cuando una gota <strong>de</strong> agua está ubicadcc<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> un campo <strong>el</strong>éctrico intensos, se produce un dipolo inducido en <strong>el</strong>
sentido contrario. La <strong>de</strong>slocalización <strong>de</strong> carga somete la gota a un esfuerzo<br />
<strong>de</strong> <strong>el</strong>ongación en la dirección <strong>de</strong>l campo.<br />
Campo<br />
-<br />
-<br />
-<br />
Eléctrico<br />
-<br />
Negativo<br />
-<br />
Figura No 6. Efecto <strong>de</strong>l campo <strong>el</strong>éctrico en las emulsiones.<br />
+<br />
+<br />
Campo<br />
+<br />
Eléctrico<br />
+<br />
Positi~~o<br />
+<br />
Cuando varias gotas vecinas están sometidas a un campo <strong>el</strong>éctriso, las gotas<br />
que se ubican en la dirección <strong>de</strong>l campo poseen polos <strong>de</strong> signo contarios<br />
frente uno a otro y se atraen. La ley <strong>de</strong> Coulomb, indica que las fuerzas<br />
<strong>el</strong>ectrostáticas son inversamente proporcionales al cuadrado <strong>de</strong> la distancia<br />
entre las cargas. En <strong>el</strong> caso presente <strong>de</strong> dipolos inducidos, se pue<strong>de</strong> calcular<br />
que la fuerza <strong>de</strong> atracción entre dos gotas <strong>de</strong> radio R ubicadas a una<br />
distancia d (entre centros) es:<br />
Ec. (4)<br />
Don<strong>de</strong> "E" es <strong>el</strong> campo <strong>el</strong>éctrico o gradiente <strong>de</strong> potencial y "K" es una<br />
constante que <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> entre otras cosas <strong>de</strong> la permitividad <strong>de</strong>l aceite. Se<br />
observa que la fuerza varía <strong>de</strong> manera inversamente proporcional en <strong>el</strong>
término d/R, tomándose importante <strong>para</strong> d/R < 3 es <strong>de</strong>cir, cuando la distancia<br />
entre la superficie <strong>de</strong> las gotas es inferior al radio <strong>de</strong> las mismas.<br />
En los procesos <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación <strong>el</strong>ectrostática se utilizan gradientes <strong>de</strong><br />
potencial <strong>de</strong> hasta 400 voltios/cm, con comente alterna <strong>de</strong> 100 tlz. Debido a<br />
la comente alterna, <strong>el</strong> efecto promedio <strong>de</strong>l campo sobre <strong>el</strong> <strong>de</strong>splazamiento <strong>de</strong><br />
las gotas es nulo; sin embargo, las fuerzas atractivas entre gotas vecinas se<br />
mantiene siempre <strong>de</strong> misma dirección ya que <strong>el</strong> dipolo inducido está siempre<br />
en dirección opuesta al campo.<br />
Uno <strong>de</strong> los resultados adicionales <strong>de</strong>l campo alterno es que la intensidad <strong>de</strong><br />
la fuerza varía como , es <strong>de</strong>cir, un seno cuadrado, y que la <strong>el</strong>ongación <strong>de</strong><br />
la gota también es periódica, ya que ésta se contrae <strong>de</strong> nuevo cuando E<br />
<strong>de</strong>crece cuyo resultado es <strong>de</strong>bilitar la p<strong>el</strong>ícula absorbida <strong>de</strong> ernulsionantes<br />
naturales.<br />
Al acercarse suficientemente dos gotas, la fuerza atractiva se toma<br />
consi<strong>de</strong>rable y la coalescencia es inmediata. Cuando menor la tensión<br />
interfacial, mayor <strong>el</strong> alargamiento <strong>de</strong> las gotas en <strong>el</strong> campo y por lo tanto<br />
mayor la posibilidad <strong>de</strong> contacto con sus vecinas.<br />
Sin embargo, se <strong>de</strong>be notar que si la gota es <strong>de</strong>masiada alargada la atracción<br />
<strong>de</strong> cada polo por los <strong>el</strong>ectrodos pue<strong>de</strong> producir una ruptura <strong>de</strong> la gota. Por<br />
eso <strong>el</strong> tiempo <strong>de</strong> pasaje <strong>de</strong> la emulsión entre los <strong>el</strong>ectrodos es r<strong>el</strong>ativamente<br />
corto y <strong>el</strong> gradiente <strong>de</strong> potencial no supera <strong>el</strong> valor crítico <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 1100<br />
Vlcm<br />
Efecto <strong>de</strong> la presencia <strong>de</strong> un sólido mojado: Al poner en c:ontacto una<br />
emulsión A/P con una fase sólida mojada por <strong>el</strong> agua, las gotas <strong>de</strong> agua<br />
tienen ten<strong>de</strong>ncia en adherirse a la superficie y exten<strong>de</strong>rse sobre <strong>el</strong>la.
Cuando dos gotas entran en contacto con la superficie en sitios vecinos, la<br />
expansión <strong>de</strong> cada una <strong>de</strong> <strong>el</strong>las sobre <strong>el</strong> sólido hace que entren en contacto y<br />
coalescen sobre <strong>el</strong> sólido.<br />
Al hacer pasar una emulsión a través <strong>de</strong> un medio poroso cuya superficie<br />
está mojada por la fase dispersa, se promueve la coalescencia <strong>de</strong> las gotas.<br />
A la salida <strong>de</strong>l medio poroso la fase coalescida pue<strong>de</strong> eventualmente volver a<br />
dispersarse, pero esta vez en forma <strong>de</strong> gotas <strong>de</strong> gran diiimetro cuya<br />
se<strong>para</strong>ción gravitacional no presenta problemas.<br />
Los medios porosos mojables por <strong>el</strong> agua usados en los procesos <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>shidratación fueron primero filtros <strong>de</strong> paja. Hoy en día se usa también<br />
medios porosos fibrosos <strong>de</strong>l tipo lana metálica o fibras <strong>de</strong> vidrio. La<br />
mojabilidad al agua se mantiene con la presencia en la formulación<br />
<strong>de</strong>mulsificante <strong>de</strong> un surfactante con propieda<strong>de</strong>s humectantes.<br />
Emulsión Fina A/P<br />
Fibra Hidrófila<br />
Gota gran<strong>de</strong> (A)<br />
Figura N" 7. Medio poroso mojado por agua.
2.5. Deshidratación <strong>de</strong>l crudo.<br />
La presencia <strong>de</strong> agua en <strong>el</strong> crudo es in<strong>de</strong>seable, no solo por que es una impureza<br />
sin valor, sino más que todo porque <strong>el</strong> agua contiene sales inorgánicas tales como<br />
Cloruros, Sulfatos y Carbonatos <strong>de</strong> Sodio, Calcio o Magnesio, susceptibles <strong>de</strong> provocar<br />
(a corrosión <strong>de</strong> las instalaciones <strong>de</strong> transporte y <strong>de</strong> refinación.<br />
Toda empresa petrolera presenta dos gran<strong>de</strong>s problemáticas: la primera es como<br />
edraer <strong>de</strong> la mejor forma posible <strong>el</strong> petróleo <strong>de</strong> los distintos pozos; y la segunda es<br />
mmo se<strong>para</strong>r <strong>el</strong> agua asociada con <strong>el</strong> petróleo que se produce en los yacirr ientos.<br />
Ya que gran parte <strong>de</strong>l petróleo producido en algunos campos asume la txma <strong>de</strong> una<br />
<strong>de</strong>nsa o estable emulsión <strong>de</strong> agua en petróleo, se requiere <strong>de</strong> la aplicación <strong>de</strong><br />
diferentes tipos <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>s <strong>para</strong> lograr que pueda se<strong>para</strong>rse la mezcla<br />
agua - petróleo, esto pue<strong>de</strong> realizarse por diferentes medios como lo son. mecánicos,<br />
tc.tirmicos y químicos.<br />
Con <strong>el</strong> objeto <strong>de</strong> se<strong>para</strong>r dicha agua <strong>de</strong>l petróleo las empresas someten al crudo<br />
producido a un proceso <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> conocido con <strong>el</strong> nombre <strong>de</strong> <strong>de</strong>shitlratación. La<br />
<strong>de</strong>shidratación pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>finirse como <strong>el</strong> proceso mediante <strong>el</strong> cual se se<strong>para</strong> <strong>el</strong> agua<br />
libre y10 emulsionada presente en <strong>el</strong> crudo y se reduce <strong>el</strong> contenido <strong>de</strong> la misma junto<br />
con los sedimentos hasta niv<strong>el</strong>es que estén <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> las especificaciones <strong>de</strong>l mercado<br />
y refinación, éstas especificaciones <strong>de</strong> comercialización segun API exigen que <strong>el</strong><br />
porcentaje <strong>de</strong> agua y sedimento (% AyS) en <strong>el</strong> crudo no pue<strong>de</strong> ser mayor a: 1 %<br />
Las causas principales por las que <strong>el</strong> crudo <strong>de</strong>be ser <strong>de</strong>shidratadc) hasta este<br />
~orcentaje <strong>de</strong> agua son:<br />
Que <strong>el</strong> agua causaría corrosión y disposición <strong>de</strong> coke en la refinería, así mismo<br />
como aumentos anormales <strong>de</strong> la temperatura <strong>de</strong> operación en los <strong>equipos</strong>.<br />
El agua causa un costo mayor en <strong>el</strong> transporte <strong>de</strong>l petróleo y también corrosión <strong>de</strong><br />
tanques y oleoductos.
Mayor gasto <strong>de</strong>l equipo a la mayor viscosidad <strong>de</strong> los <strong>crudos</strong> emulsionados y a los<br />
volúmenes mayores manejados.<br />
Los métodos <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación combinan diversos efectos, cuyo propósito es<br />
<strong>el</strong>iminar los agentes emulsionantes naturales o modificar suficientt?mente sus<br />
propieda<strong>de</strong>s, por otra parte, promover <strong>el</strong> acercamiento <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong> agua y facilitar<br />
s J coalescencia.<br />
El objetivo principal en la <strong>de</strong>shidratación <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> emulsionado:s es <strong>el</strong> <strong>de</strong><br />
cmtrarrestar <strong>el</strong> efecto <strong>de</strong> estabilización <strong>de</strong> los agentes emulsificantes o cualquier<br />
rrspulsión <strong>el</strong>éctrica que mantenga los glóbulos en suspensión <strong>de</strong> tal manera que <strong>el</strong>los<br />
pue<strong>de</strong>n coagular y asentarse. La figura No 8 muestra un esquema <strong>de</strong>l principio físico <strong>de</strong><br />
\él <strong>de</strong>shidratación.<br />
V: V<strong>el</strong>ocidad r<strong>el</strong>ativa entre <strong>el</strong><br />
crudo y <strong>el</strong> agua (pi<strong>el</strong>s)<br />
ywlo: Gravedad especifica <strong>de</strong>l<br />
crudo y <strong>el</strong> agua<br />
d: Diámetro <strong>de</strong> partícula<br />
(micrones)<br />
p: viscosidad <strong>de</strong>l crudo (cps)<br />
Figura No 8. Esquema <strong>de</strong>l principio mecánico (físico) <strong>de</strong> la <strong>de</strong>sqidratación.
Cuatro sistemas generales son usados en la industria <strong>de</strong>l petróleo, cada uno <strong>de</strong> los<br />
c~ales es usado en mayor o menor escala, <strong>de</strong> acuerdo a las condiciones <strong>de</strong> las<br />
emulsiones. Estos sistemas son:<br />
Mecánicos.<br />
Térmicos.<br />
Químicos.<br />
Eléctricos.<br />
El proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación termoquímica es una combinación <strong>de</strong> ~iplicación <strong>de</strong><br />
calor, <strong>tratamiento</strong> químico y tanques <strong>de</strong> lavado, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> sc:dimentación<br />
B asentamiento en tanques <strong>de</strong> almacenamiento.<br />
Se consi<strong>de</strong>rarán todos los métodos mencionados anteriormente en los procesos que<br />
,rivolucra la <strong>de</strong>shidratación.<br />
2.6. Métodos y <strong>equipos</strong> utilizados en <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> crudois.<br />
A continuación se presentan los principios físicos que rigen la se<strong>para</strong>ción<br />
agua - petróleo, así como los diferentes métodos y <strong>equipos</strong> que se ~tilizan en <strong>el</strong><br />
<strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> <strong>crudos</strong>.<br />
2.6.1. Método mecánico<br />
Esta forma <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> es usada <strong>de</strong> manera asociada con los sistemas<br />
químicos y <strong>el</strong>éctricos, es <strong>de</strong>cir, como un <strong>tratamiento</strong> previo al uso <strong>de</strong> los otros dos<br />
sistemas o en combinación con <strong>el</strong>los. El proceso mecánico involucra <strong>el</strong> filtrado la<br />
centrifugación y la sedimentación o asentamiento por gravedad.
Filtrado.<br />
Este método actualmente no es utilizado, sin embargo, <strong>el</strong> autor hará<br />
referencia al método <strong>de</strong> filtrado, <strong>el</strong> cual básicamente consiste en hacer pasar a<br />
través <strong>de</strong> un medio a<strong>de</strong>cuado que retenga las partículas <strong>de</strong> agua y ayu<strong>de</strong> a su<br />
retención y <strong>de</strong>cantación.<br />
Generalmente es empleada <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> un <strong>tratamiento</strong> por medio <strong>de</strong>l calor y<br />
<strong>tratamiento</strong> químico o <strong>el</strong>éctrico, la emulsión por lo regular es pasada a través <strong>de</strong><br />
una sección <strong>de</strong> filtros <strong>para</strong> ayudarlas a la coagulación <strong>de</strong> los glóbulos <strong>de</strong> agua.<br />
Este <strong>tratamiento</strong> por medio <strong>de</strong> filtros era requerido cuando se tenía una<br />
emulsión muy viscosa y que por lo tanto necesita <strong>de</strong> un tiempo bastante largo<br />
<strong>para</strong> la se<strong>para</strong>ción.<br />
La sección <strong>de</strong> filtros en un se<strong>para</strong>dor <strong>de</strong> emulsiones está comlx~esta en la<br />
mayoría <strong>de</strong> los casos por capas <strong>de</strong> aserrín, fibras <strong>de</strong> vidrio, arena y tierra <strong>de</strong><br />
diatomeas. Las fibras <strong>de</strong> vidrio están siendo bastante usadas <strong>de</strong>bido a que se ha<br />
encontrado en <strong>el</strong>la similar evi<strong>de</strong>ncia filtradora que <strong>el</strong> aserrín y no necesita ser<br />
removida constantemente. El único inconveniente que presenta es su mayor<br />
costo.<br />
Para <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> los filtros en la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> petróleo - agua, <strong>el</strong> filtro <strong>de</strong>be ser<br />
previamente mojado con un líquido, o sea, que la sección <strong>de</strong>jará pasar ese<br />
liquido <strong>de</strong>l cual está mojado y retendrá cualquier otro. Por ejemplo, una sección<br />
premojada con agua <strong>de</strong>jará pasar <strong>el</strong> agua <strong>de</strong> la emulsión Y retendrá al petróleo y<br />
viceversa.<br />
El valor <strong>de</strong> esta sección <strong>de</strong> filtrado <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> en gran parte <strong>de</strong> la habilidad <strong>de</strong>l<br />
operador <strong>para</strong> mantenerla en buenas condiciones. Aunque es posible limpiar lo<br />
sección haciendo un lavado en contra flujo, lo más práctico es usar un material<br />
barato y <strong>de</strong> fácil reemplazo, como en <strong>el</strong> caso <strong>de</strong>l aserrín. Los intervalos <strong>de</strong><br />
feemptazo <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong>l volumen <strong>de</strong> emulsión, tratada y <strong>de</strong> su contenido <strong>de</strong><br />
68
agua.En resumen, se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>cir, que estos filtros aunque tienen una gran<br />
aplicación, especialmente en líquidos muy viscosos no dan una se<strong>para</strong>ción<br />
completa, especialmente, si <strong>el</strong> filtro no está funcionando a perfección<br />
Centrifugación.<br />
Actualmente, este proceso ha sido r<strong>el</strong>egado a los laboratorios en lo que<br />
respecta al rompimiento <strong>de</strong> emulsiones. La centrifugación <strong>de</strong> las emulsiones<br />
produce los mismos efectos que se verifican ordinariamente en <strong>el</strong> asentamiento<br />
por gravedad. Por medio <strong>de</strong> la centrifugación, la fuerza <strong>de</strong> gravedad es<br />
ac<strong>el</strong>erada muchas veces y la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong>l petróleo y <strong>el</strong> agua oc:urrirá en un<br />
tiempo menor. Una v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> 15000 RPM aumentará la v<strong>el</strong>ocidad da caída <strong>de</strong><br />
(as partículas en 13000 veces más que la producida por gravedad solamente.<br />
La eficiencia da la se<strong>para</strong>ción por medio <strong>de</strong> la mntrifugaci5n <strong>de</strong>pen<strong>de</strong><br />
directamente <strong>de</strong> las <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> los líquidos. Si los líquidos tieneri <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s<br />
diferentes, ocurrirá una se<strong>para</strong>ción rápida y limpia, pero en las emulsiones<br />
normales <strong>de</strong> petróleo y agua, pue<strong>de</strong> ocurrir una alta pérdida <strong>de</strong> petróleo en <strong>el</strong><br />
agua. Para asegurar una se<strong>para</strong>ción rápida, la viscosidad <strong>de</strong> la emulsi6n es<br />
disminuida por medio <strong>de</strong>l calor.<br />
Se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>cir, en conclusión, que aunque <strong>el</strong> método <strong>de</strong> la cen:rífuga es un<br />
proceso rápido y fácil <strong>de</strong> adoptar, <strong>el</strong> costo inicial <strong>de</strong>l equipo es alto y <strong>el</strong> costo <strong>de</strong><br />
operación es <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 4 centavos <strong>de</strong> dólar por barril <strong>de</strong> petróleo limpio,<br />
siendo esta la razón por la cual éste método prácticamente ha <strong>de</strong>jado <strong>de</strong><br />
utilizarse en escala comercial <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> emulsiones.<br />
Aunque se hacía referencia a que este método esta prilncipalmente limitado al<br />
laboratorio algunas empresas han tenido experiencia en la aplicacióri <strong>de</strong>l proceso<br />
<strong>de</strong> centrifugación en algunos campos petroleros, la figura No 9 ilust-a un equipo<br />
<strong>de</strong> centrifugación, su principio físico, esquema <strong>de</strong>l proceso, ventajas <strong>de</strong>sventajas,<br />
aplicaciones y experiencias.
PRINC1,PIO:<br />
Se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> fases por<br />
diferencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s<br />
maximizada por fuerza<br />
centrífuga.<br />
VENTA.JAS:<br />
Alta (máxima) eficiencia.<br />
Se<strong>para</strong> gota:. > 5 u.<br />
Compacto, c~sarrollado<br />
<strong>para</strong> "Off-Sho~"<br />
Fllexibilidad. Flujo<br />
intermitente.<br />
DESVENTAJAS:<br />
Alto maritenimiento.<br />
Equipo rotativo<br />
Bajo volunwn. Alto<br />
consumo H13 en alta<br />
viscosidad<br />
EXPERIENCIA<br />
Phillips-Ekofisk. Mar <strong>de</strong>l<br />
Norte (Deoilir ~g) .<br />
Statoil<br />
(Deoiling)<br />
Asgard A<br />
PROVEEDORES<br />
Alfa-Lava1<br />
Figura No 9. Equipo <strong>de</strong> centrifugación, su principio físico, esquema <strong>de</strong>l proc:eso, ventajas<br />
<strong>de</strong>sventajas, aplicaciones y experiencias.<br />
Fuente: Alfa-Laval.
Proceso <strong>de</strong> sedimentación o asentamiento<br />
Este proceso esta basado en la se<strong>para</strong>ción por gravedad <strong>de</strong>bido a las<br />
diferencias <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s entre <strong>el</strong> petróleo y <strong>el</strong> agua.<br />
La sedimentación o se<strong>para</strong>ción por gravedad es efectiva cuandc la emulsión<br />
ha sido rota previamente por medio <strong>de</strong> algún otro tipo <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>. Si la<br />
p<strong>el</strong>ícula protectora y las cargas <strong>el</strong>éctricas estabilizadoras <strong>de</strong> los glóbulos no<br />
son neutralizadas, previamente, cualquier asentamiento que ocurra será tan lento<br />
que no será práctico su uso.<br />
Como ya se ha dicho anteriormente, la rata <strong>de</strong> asentaniento está<br />
influenciado por la viscosidad <strong>de</strong>l petróleo y es por esta razón qJe en crudo<br />
altamente viscosos, la emulsión es calentada antes <strong>de</strong> colocares er los tanques<br />
<strong>de</strong> sedimentación.<br />
Para que este proceso ocurra a mayor v<strong>el</strong>ocidad es importante que la<br />
emulsión una vez colocada en <strong>el</strong> tanque u otro equipo <strong>de</strong>caritador, <strong>de</strong>ba<br />
mantenerse en un estado <strong>de</strong> absoluta tranquilidad, <strong>de</strong> tal manera que no ocurre<br />
ninguna liberación <strong>de</strong> gas en <strong>el</strong> equipo <strong>de</strong>cantador. El crudo por lo tanto es<br />
pasado a través <strong>de</strong> una serie <strong>de</strong> placas <strong>de</strong>sviadoras (bafles) o disccls agitadores<br />
antes <strong>de</strong> pasar al equipo <strong>de</strong>cantador.<br />
Para evitar al máximo la agitación, la emulsión que entra al equipo es pasada<br />
a veces a través <strong>de</strong> una capa <strong>de</strong> agua. El agua ayuda a coagular los glóbulos <strong>de</strong><br />
agua en la emulsión, y sirve e la vez como un homogenizador <strong>de</strong> temperatura,<br />
<strong>de</strong>bido a que cualquier distribución no uniforme <strong>de</strong> calor pue<strong>de</strong> causar corrientes<br />
qua agitarán la mezcla y por lo tanto evitarán la se<strong>para</strong>cióv.<br />
El volumen <strong>de</strong> los <strong>equipos</strong> <strong>de</strong>cantadores <strong>de</strong>ben ser tal que la rata <strong>de</strong><br />
movimiento <strong>de</strong> la emulsión que está entrando <strong>de</strong>be ser menor que la rata <strong>de</strong><br />
asentamiento <strong>de</strong> los glóbulos <strong>de</strong> agua en su movimiento <strong>de</strong> caída. Esta rata <strong>de</strong>
asentamiento pue<strong>de</strong> ser calculada por medio <strong>de</strong> la ley <strong>de</strong> Stokt?s, discutida<br />
anteriormente.<br />
En general <strong>el</strong> tiempo total <strong>de</strong> asentamiento necesario <strong>para</strong> la sedimentación<br />
<strong>de</strong> la emulsión, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rá <strong>de</strong> las variables coma, viscosidad <strong>de</strong>l petróleo,<br />
<strong>de</strong>nsidad tanto <strong>de</strong>l agua como <strong>de</strong>l petróleo, la cantidad <strong>de</strong> agitación en <strong>el</strong> equipo<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>cantación, la rata <strong>de</strong> fluido que entra en <strong>el</strong> equipo y <strong>el</strong> tsmaño <strong>de</strong> la<br />
partícula <strong>de</strong> agua.<br />
El tiempo <strong>de</strong> sedimentación está influenciado directamente por la v<strong>el</strong>ocidad<br />
<strong>de</strong> coagulación <strong>de</strong> los glóbulos al ponerse en contacto, y la rata <strong>de</strong> clispersión <strong>de</strong><br />
tos glóbulos. La acción <strong>de</strong>l <strong>de</strong>mulsificante o la <strong>de</strong> una corriente <strong>el</strong>édrica impresa<br />
a través <strong>de</strong> una emulsión permite <strong>de</strong>struir su estabilización y aumenta la<br />
coalescencia a un máximo.<br />
saber:<br />
El proceso <strong>de</strong> sedimentación pue<strong>de</strong> verificarse en tres <strong>equipos</strong> diferentes, a<br />
Tanques <strong>de</strong> lavado: Es un tanque utilizado en <strong>el</strong> proceso <strong>de</strong> lavado, <strong>el</strong> cual<br />
consiste en hacer pasar una emulsión <strong>de</strong> crudo y agua, a través <strong>de</strong> un colchón<br />
<strong>de</strong> agua caliente, <strong>para</strong> provocar la disolución <strong>de</strong> gotas <strong>de</strong> agua suspendidas.<br />
Los tanques <strong>de</strong> lavado son una combinación <strong>de</strong> los sistemas químicos, térmico y<br />
<strong>de</strong> sedimentación, y se utiliza en Venezu<strong>el</strong>a <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> <strong>crudos</strong><br />
pesados, este equipo, <strong>para</strong> la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> emulsiones <strong>de</strong> agua eri petróleo se<br />
basa en <strong>el</strong> principio <strong>de</strong> gravedad diferencial. En otras palabras, siendo <strong>el</strong> agua<br />
mas pesada que <strong>el</strong> petróleo, se asienta en <strong>el</strong> fondo <strong>de</strong> un tanque que contiene<br />
una mezcla <strong>de</strong> los dos.<br />
Sin embargo, las pequeñas partículas <strong>de</strong> agua en las emulsiones generalmente<br />
se ro<strong>de</strong>an por p<strong>el</strong>ículas <strong>de</strong> un material suficientemente duro y estable, se resiste<br />
a la ruptura y evita la coalescencia <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong> agua en un periodo <strong>de</strong> tiempo<br />
razonable.<br />
72
Por lo tanto, <strong>el</strong> calor, los productos químicos, los auxiliares mecánicas o diversas<br />
combinaciones, son comúnmente necesarios <strong>para</strong> ac<strong>el</strong>erar la se<strong>para</strong>lzión.<br />
Por lo general <strong>tratamiento</strong> químico utilizado <strong>para</strong> la <strong>de</strong>shidratación en <strong>el</strong> sistema<br />
<strong>de</strong> lavadores es la adición <strong>de</strong> surfactante <strong>para</strong> romper la emulsión E niv<strong>el</strong> <strong>de</strong> las<br />
estaciones <strong>de</strong> flujo, lo cual reduce notablemente la tensibn superfic:ial entre los<br />
líquidos en contacto, permitiendo que las diminutas gotas <strong>de</strong> la fase dispersa se<br />
junten y <strong>de</strong>canten. La figura No 10 muestra Tanque <strong>de</strong> lavado 132 - patio <strong>de</strong><br />
tanques Lagunillas.<br />
Figura No 10. Tanque <strong>de</strong> lavado 132 - patio <strong>de</strong> tanques Lagunillas<br />
Fuente: PDVSA<br />
El tanque <strong>de</strong> lavado consta <strong>de</strong> componentes externos e internos (Equipos<br />
P,uxiliares) y una serie <strong>de</strong> partes esenciales, a saber:<br />
a) Componentes internos: Desviadores, Barrera <strong>de</strong> Espuma, Se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong> Gas<br />
Ciclónicos, Drenaje <strong>de</strong> agua y Venteo <strong>de</strong> Gas.<br />
b) Componentes externos: Medidor <strong>de</strong> Corte <strong>de</strong> Agua, Medidor <strong>de</strong> Flujo,<br />
Hornos, Sistema <strong>de</strong> Control e Instrumentos.<br />
E! se<strong>para</strong>dor ciclónico o tubo se<strong>para</strong>dor <strong>de</strong> gas, es <strong>el</strong> equipo por <strong>el</strong> cual pasa la<br />
emulsión antes <strong>de</strong> entrar al tanque. Este equipo, se<strong>para</strong> <strong>el</strong> gas <strong>de</strong> la emulsión
disminuyendo la turbulencia <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong> lavado manteniendo <strong>de</strong> esa<br />
manera la presión atmosférica; a<strong>de</strong>más, sirve como tanque <strong>de</strong> cclmpensación<br />
<strong>para</strong> evitar que las emulsiones se introduzcan al tanque por las tuberías bajo<br />
presión.<br />
Línea <strong>de</strong> entrada <strong>de</strong> la emulsión, la cual tiene en su parte final un distribuidor <strong>de</strong><br />
flujo, <strong>el</strong> cual permite que la emulsión se reparta en <strong>el</strong> tanque.<br />
Cuerpo <strong>de</strong>l tanque, <strong>el</strong> cual contiene un colchón <strong>de</strong> agua o agua <strong>de</strong> lavado en la<br />
parte inferior, la capa <strong>de</strong> emulsión en <strong>el</strong> centro, y petróleo limpil3 (con poco<br />
porcentaje <strong>de</strong> agua) en la parte superior.<br />
Línea <strong>de</strong> retorno <strong>de</strong> agua a los calentadores, mediante la cual se recircula <strong>el</strong><br />
agua <strong>de</strong> mezcla.<br />
Línea <strong>de</strong> drenaje <strong>de</strong>l exceso <strong>de</strong> agua, la cual permite mantener constante <strong>el</strong><br />
volumen <strong>de</strong>l "Colchón" <strong>de</strong> agua. Debido al proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratzición que se<br />
opera un <strong>el</strong> tanque, la capa <strong>de</strong> agua en <strong>el</strong> fondo tien<strong>de</strong> o aumentar su niv<strong>el</strong>, <strong>el</strong><br />
cual es aproximadamente una cuarta parte <strong>de</strong> la altura total <strong>de</strong> tanque. Este niv<strong>el</strong><br />
se mantiene constante por drenaje <strong>de</strong>l agua en exceso.<br />
Línea <strong>de</strong> <strong>de</strong>scarga o salida <strong>de</strong>l crudo, la cual conduce <strong>el</strong> petróleo linípio <strong>de</strong>s<strong>de</strong><br />
<strong>el</strong> tanque <strong>de</strong> lavado al tanque <strong>de</strong> almacenamiento. La partes <strong>de</strong> Ln tanque <strong>de</strong><br />
lavado se muestran en la figura N" 11.<br />
El mantenimiento preventivo <strong>de</strong> la arena es <strong>de</strong> gran importancia <strong>para</strong> <strong>el</strong> eficiente<br />
funcionamiento <strong>de</strong> un tanque <strong>de</strong> lavado. El control <strong>de</strong> arena se realiza a niv<strong>el</strong> <strong>de</strong>l<br />
fondo fluyente <strong>de</strong> los pozos al utilizar rejillas pre-empacadas con esta finalidad.<br />
El niv<strong>el</strong> <strong>de</strong> arena en <strong>el</strong> tanque <strong>de</strong>be ser observado <strong>para</strong> po<strong>de</strong>r ajustar los niv<strong>el</strong>es<br />
<strong>de</strong> control por <strong>el</strong> cambio <strong>de</strong> volumen <strong>de</strong>l tanque. Ya en casos extrenios <strong>de</strong>be ser<br />
sacado fuera <strong>de</strong> servicio y <strong>de</strong>sarenado totalmente.
La medición <strong>de</strong>l porcentaje <strong>de</strong> agua y sedimentos se realiza tanto en <strong>el</strong> tanque<br />
como en las líneas <strong>de</strong> entrada y <strong>de</strong>scarga, pue<strong>de</strong> ser medido a través <strong>de</strong><br />
medidores <strong>de</strong> corte <strong>de</strong> agua similares a los <strong>de</strong> la marca Phase--Dynamics y<br />
AGAR, o también se pue<strong>de</strong> realizar a través <strong>de</strong> las pruebas (<strong>de</strong> bot<strong>el</strong>la y<br />
centrifugadora en forma manual.<br />
Figura No 11. Diagrama esquemático <strong>de</strong> un tanque <strong>de</strong> lavado.<br />
En <strong>el</strong> sistema <strong>de</strong> control asociado la variable a controlar es <strong>el</strong> porcentaje <strong>de</strong> agua<br />
a la salida <strong>de</strong>l crudo, pues este es <strong>el</strong> objetivo <strong>de</strong>l proceso. Pero esto <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />
las siguientes variables que también <strong>de</strong>ben ser controladas:<br />
- Flujo en <strong>el</strong> Drenaje <strong>de</strong> Agua (válvula <strong>de</strong> control).<br />
- Ancho <strong>de</strong> la lnterfaz (química).
- Altura <strong>de</strong>l Colchón <strong>de</strong> Agua (Perfil).<br />
- Flujo <strong>de</strong> agua caliente (hornos).<br />
- Temperatura <strong>de</strong>l agua caliente (hornos).<br />
- Porcentaje <strong>de</strong> Agua en <strong>el</strong> rebose (Perfil).<br />
Proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación en <strong>el</strong> tanque <strong>de</strong> lavado: Como se señaló al<br />
principio, <strong>el</strong> proceso en <strong>el</strong> tanque <strong>de</strong> lavado combina <strong>tratamiento</strong> quíriico, térmico<br />
y <strong>de</strong> sedimentación.<br />
El <strong>tratamiento</strong> químico se aplica en las estaciones <strong>de</strong> flujo, corriente arriba <strong>de</strong>l<br />
se<strong>para</strong>dor, <strong>para</strong> que la mezcla se efectúe mientras es bombeado <strong>el</strong> crudo.<br />
Cuando este crudo llega a la planta <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación, se le aplica <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong><br />
térmico mediante inyección <strong>de</strong> agua caliente, a temperaturas que oscilan entre<br />
los 180 "F y 200 "F aproximadamente.<br />
Ya que cierta presión se necesita en <strong>el</strong> equipo <strong>de</strong> producción <strong>para</strong> que la mezcla<br />
llegue al tanque <strong>de</strong> lavado, una cantidad <strong>de</strong> gas se libera en <strong>el</strong> morriento en que<br />
la presión se reduce a la presión atmosférica en <strong>el</strong> se<strong>para</strong>dor <strong>de</strong> gases <strong>de</strong>l<br />
tanque da lavado, y este gas se <strong>el</strong>imina a través <strong>de</strong>l escapa <strong>de</strong> gas. Después <strong>de</strong><br />
esto, <strong>el</strong> liquido libre <strong>de</strong> gas, se introduce en <strong>el</strong> tanque por la parte inferior,<br />
perietrando en <strong>el</strong> Colchón da agua o capa da agua libre.<br />
Teóricamente, hay dos capas por encima <strong>de</strong>l agua libre en <strong>el</strong> tanque <strong>de</strong> lavado,<br />
una <strong>de</strong> emulsión y otra capa superior <strong>de</strong> petróleo Limpio (cori muy poco<br />
contenido <strong>de</strong> agua). Estas capas no están claramente <strong>de</strong>finidas, sino que se<br />
mezclan entre sí. La emulsión sube con r<strong>el</strong>ativa facilidad por <strong>el</strong> agua libre<br />
<strong>de</strong>jando buena parte <strong>de</strong>l agua que la compone, luego penetra eri la capa <strong>de</strong><br />
emulsión don<strong>de</strong> su ascenso es más lento. En esta capa, <strong>el</strong> agus restante se<br />
asienta y <strong>el</strong> petróleo, por ser más ligero sube a la superficie, salienco <strong>de</strong>l tanque<br />
<strong>de</strong> lavado por la línea <strong>de</strong> salida <strong>de</strong> crudo y luego pasa al tanque <strong>de</strong>
almacenamiento. Cabe señalar que este proceso en la Industria petrolera es<br />
continuo.<br />
Esto es en síntesis <strong>el</strong> proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación en un tanque <strong>de</strong> lavado, pero es<br />
necesario consi<strong>de</strong>rar los problemas que pue<strong>de</strong>n presentarse en este proceso.<br />
Cuando se aplica calor <strong>para</strong> romper la emulsión, se reduce la visc~sidad <strong>de</strong> la<br />
emulsión. Debido a que <strong>el</strong> calor <strong>de</strong>l tanque se pier<strong>de</strong> por radiación térmica a la<br />
atmósfera, la emulsión que se está tratando por lo tanto, está más caliente y es<br />
<strong>de</strong> menor viscosidad, por lo que, al llegar al tanque tien<strong>de</strong> a subir rápidamente a<br />
la superficie <strong>de</strong>l tanque y se dirige directamente hacia la salida sin que haya<br />
tiempo <strong>para</strong> que <strong>el</strong> agua se <strong>de</strong>cante por diferencia <strong>de</strong> gravedad. A<strong>de</strong>más, <strong>el</strong> calor<br />
también produce corrientes térmicas en <strong>el</strong> tanque, lo que no permite una<br />
<strong>de</strong>cantación uniforme <strong>de</strong>bido a los gradientes <strong>de</strong> temperatura.<br />
Para solucionar este problema, se instalan más <strong>de</strong>flectores en <strong>el</strong> tanque <strong>para</strong><br />
proporcionar más tiempo <strong>de</strong> retención. Los <strong>de</strong>flectores suministran un recorrido<br />
en forma <strong>de</strong> espiral hacia la salida, aumentando <strong>el</strong> tiempo <strong>de</strong> retencihn <strong>de</strong>l Crudo<br />
emulsionado en <strong>el</strong> tanque <strong>de</strong> lavado.<br />
Otro <strong>de</strong> los problemas que confronto este proceso es en <strong>el</strong> volumen <strong>de</strong> agua libre<br />
en <strong>el</strong> fondo <strong>de</strong>l tanque (Colchón <strong>de</strong> agua). Este volumen varía cc)n <strong>el</strong> tipo <strong>de</strong><br />
emulsión y solo es <strong>de</strong>terminado con la experiencia en <strong>el</strong> campo. En muchos<br />
casos se ha encontrado un volumen óptimo <strong>de</strong> agua equivalente a la cuarta parte<br />
<strong>de</strong>l volumen total <strong>de</strong>l tanque.<br />
Un aspecto final sobre los tanques <strong>de</strong> lavado que <strong>de</strong>be mencionarse es <strong>el</strong> hecho<br />
<strong>de</strong> la fiscalización periódica <strong>de</strong>l crudo en al tanque <strong>de</strong> lavado. Esta fiscalización<br />
consiste en tomar muestras <strong>de</strong>l tope, <strong>de</strong> la emulsión en <strong>el</strong> tanque, s~metiéndose<br />
a pruebas <strong>de</strong> porcentajes <strong>de</strong> agua y sedimentos (% AyS). Se consi<strong>de</strong>ra que un<br />
25% <strong>de</strong> agua en <strong>el</strong> crudo a la salida <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong> lavado es bastante bueno.<br />
Este porcentaje se disminuye con <strong>el</strong> reposo <strong>de</strong>l crudo en los tanques <strong>de</strong><br />
almacenamiento.<br />
77
Este método fue <strong>de</strong>sarrollado especialmente <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> flujos <strong>de</strong><br />
<strong>crudos</strong> pesados por las siguientes razones:<br />
- Menos requerimientos <strong>de</strong> capacidad <strong>de</strong> almacenamiento.<br />
- Un proceso continuo resulta a menudo en menos fuerza hombre y<br />
supervisión.<br />
- Mejor se<strong>para</strong>ción agua - petróleo.<br />
- Promueve la coalescencia <strong>de</strong> las pequeñas gotas <strong>de</strong> a,gua, lo cual<br />
<strong>de</strong>bería resultar una mejor se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong>l petróleo y <strong>el</strong> agiia y también<br />
en menos consumo <strong>de</strong> química.<br />
- El afluente <strong>de</strong> agua drenada es menos contaminada con ernulsión.<br />
- Menos <strong>equipos</strong> asociados <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> la ernulsión y <strong>el</strong><br />
afluente <strong>de</strong>l agua.<br />
- un mejor petróleo <strong>de</strong>sgasificado entrando a los ':anques <strong>de</strong><br />
almacenamientos contribuye a operaciones más seguras en <strong>el</strong> patio <strong>de</strong><br />
tanques.<br />
A continuación se mencionan e ilustran los diferentes tipos <strong>de</strong> tanques <strong>de</strong> lavado<br />
utilizados en Venezu<strong>el</strong>a.<br />
Tanque <strong>de</strong> lavado con placas: Se utiliza <strong>para</strong> tratar <strong>el</strong> crudo Laguriillas pesado<br />
<strong>de</strong>l occi<strong>de</strong>nte <strong>de</strong>l país. La figura N" 12 muestra <strong>de</strong> forma esquemátic:a las placas<br />
<strong>de</strong>flectoras <strong>de</strong> un tanque <strong>de</strong> lavado.<br />
Figura No 12. Placas <strong>de</strong>flectoras <strong>de</strong> un tanque <strong>de</strong> lavado.
Tanque <strong>de</strong> lavado tipo espiral (H<strong>el</strong>icoidal): Se utiliza tanto en <strong>el</strong> Clriente como<br />
en <strong>el</strong> Occi<strong>de</strong>nte <strong>de</strong>l país, <strong>para</strong> tratar los <strong>crudos</strong> Jobo-Pilón (12 API), Lagunillas<br />
(1 5 API) y Urdaneta (1 7 API). La figura No 13 muestra este tipo <strong>de</strong> tanque.<br />
Figura No 13. Tanque <strong>de</strong> lavado tipo espiral.<br />
Tanque <strong>de</strong> lavado con tubo aspersor ranurado: Es utilizado rara tratar <strong>el</strong><br />
crudo Morichal y <strong>el</strong> crudo <strong>de</strong> Quiriquire al oriente <strong>de</strong>l país (figura No 14).
... . .<br />
i<br />
ti+ ENTRADA DEL<br />
. . .<br />
. : ..<br />
SALIDA A<br />
BOMBAS<br />
Figura No 14. Tanque <strong>de</strong> lavado con tubo aspersor ranurado.<br />
Tanque <strong>de</strong> lavado tipo araña: Es utilizado en <strong>el</strong> Oriente <strong>de</strong>l país <strong>para</strong> tratar <strong>el</strong><br />
crudo <strong>de</strong> Jobo-2. la figura No 14 muestra un tanque <strong>de</strong> lavado tipo araña.<br />
Tanque <strong>de</strong> lavado concéntrico: Este tipo <strong>de</strong> tanque se utiliza <strong>para</strong> <strong>el</strong><br />
<strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong>l crudo Tía Juana Pesado (12 "API) en <strong>el</strong> Occi<strong>de</strong>rite <strong>de</strong>l país.<br />
Véase Figura No 15 y 16.<br />
. .. DISTRIBUIDOR TIPO ARANA<br />
CON PLATO DEFLECTOR<br />
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... LlNEA DE TRANSPORTE<br />
DEPETROLEO<br />
Figura No 15. Tanque <strong>de</strong> lavado concéntrico. Sistema <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> petróleo.
VENTANILLA DE TRANSFERENCIA<br />
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DE AGUA AL TANQUE INTERNO ....<br />
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PARTICI~N ... .<br />
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,.,./' DRENAJE DE AGUA<br />
,/<br />
PLATO CONTRA VERTlCE<br />
n*.zI-.::2+ :>&** .-... -<br />
L-,- SALIDA DE AGUA<br />
Figura No 16. Tanque <strong>de</strong> lavado concéntrico. Sistema <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> agua.<br />
Tanque <strong>de</strong> lavado con bafles o <strong>de</strong>flectores: Utilizado en <strong>el</strong> Oriente <strong>de</strong>l país.<br />
Este equipo era utilizado por CORPOVEN S.A, en un 98% <strong>para</strong> <strong>el</strong> oriente <strong>de</strong>l<br />
país y está diseñado con una chimenea receptora <strong>de</strong> los fluidos calientes que<br />
salen <strong>de</strong> los calentadores; allí se extraen los gases <strong>de</strong>sprendidos d~rante la fase<br />
<strong>de</strong> calentamiento, se introducen en la parte superior <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong> lavado y luego<br />
se expulsan a la atmósfera por un ducto recolector.<br />
Al mismo tiempo <strong>el</strong> crudo emulsionado pue<strong>de</strong> bajar <strong>para</strong> ser <strong>de</strong>scai-gado <strong>de</strong>ntro<br />
<strong>de</strong>l colchón <strong>de</strong> agua por una pieza llamada rega<strong>de</strong>ra; <strong>el</strong> lavado <strong>de</strong>l crudo<br />
comienza con <strong>el</strong> ascenso hasta la interface y su reposo respectivo; luego se<br />
[nueve lentamente en zig-zag <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l tanque por los Bafles <strong>de</strong>flectores hasta<br />
alcanzar la parte superior y salir por <strong>el</strong> bajante hacia los tanques <strong>de</strong><br />
almacenamiento.<br />
Tanques <strong>de</strong> lavado con <strong>para</strong>guas distribuidor: Es utilizado en <strong>el</strong> Oriente <strong>de</strong>l<br />
país en pocas instalaciones. Una chimenea que funciona como <strong>de</strong>s!~asificador y<br />
81
ajante <strong>de</strong> los fluidos calientes que entran por la parte inferior drl tanque; e<br />
crudo emulsionado se <strong>de</strong>scarga en <strong>el</strong> centro <strong>de</strong>l mismo, <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> uia estructur~,<br />
cónica. Esta estructura tiene <strong>el</strong> vértice hacia arriba y una profundidarl <strong>de</strong> cono <strong>de</strong><br />
unos 7 pies. Está ubicada a 6 pies <strong>de</strong>l fondo y se<strong>para</strong>da equidistantemente <strong>de</strong> la:.<br />
pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l tanque en unos 7 pies.<br />
El crudo llena <strong>el</strong> cono invertido o <strong>para</strong>guas <strong>de</strong> tal forma que cada vez que entr~<br />
crudo caliente al tanque se <strong>de</strong>splaza un volumen igual <strong>de</strong> crudo <strong>de</strong>l cono por e<br />
bor<strong>de</strong> o perímetro ascen<strong>de</strong>nte a través <strong>de</strong>l colchón <strong>de</strong> agua caliente hasta IE<br />
Interfase moviéndose lentamente hasta salir por la parte superior <strong>de</strong>l tanque por<br />
<strong>el</strong> bajante hacia los tanques <strong>de</strong> almacenamiento. La figura No 17 ilustra ur<br />
tanque <strong>de</strong> lavado con <strong>para</strong>guas distribuidor.<br />
Figura No 17. Tanque <strong>de</strong> lavado con <strong>para</strong>guas distribuidor.<br />
Se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong> agua libre: En general, los se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong> agua libre han<br />
sido utilizados <strong>para</strong> se<strong>para</strong>r <strong>el</strong> petróleo y <strong>el</strong> agua producida en un pozo o varios<br />
pozos que producen muy poca cantidad <strong>de</strong> petróleo. El propósito <strong>de</strong> este<br />
proceso, es remover una gran cantidad do agua libre (es <strong>de</strong>cir, qur no está en<br />
emulsión) antes <strong>de</strong> llegar a la planta.
Cuando gran<strong>de</strong>s cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> agua son producidas, es <strong>de</strong>seable se<strong>para</strong>r e<br />
agua libre antes <strong>de</strong> realizar <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> Desmulsifícante. Cuando <strong>el</strong> petróleo 1<br />
<strong>el</strong> agua son agitados a una mediana intensidad y estos se han asentado por url<br />
<strong>de</strong>terminado período <strong>de</strong> tiempo, normalmente se forman tres fases distintas. un2<br />
capa <strong>de</strong> petróleo esencialmente limpio en <strong>el</strong> tope, con una pequeña cantidad <strong>de</strong><br />
agua dispersada en forma d pequeñas gotas; agua r<strong>el</strong>ativamente limpia (aguc<br />
libre) en <strong>el</strong> fondo con una pequeña cantidad <strong>de</strong> petróleo dispersaclo <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong><br />
agua en forma <strong>de</strong> gotas muy pequeñas; y una emulsión entre ambos fluidos. Cor<br />
<strong>el</strong> tiempo la cantidad <strong>de</strong> emulsión se aproximará a cero cuando la coalescenci~3<br />
ocurra.<br />
El agua libre es aqu<strong>el</strong>la que se se<strong>para</strong> en un tiempo <strong>de</strong> entre 3 y 10 minutos<br />
Esta pue<strong>de</strong> contener pequeña gotas <strong>de</strong> petróleo dispersado por lo pudierc<br />
requerir <strong>de</strong> un <strong>tratamiento</strong> previo a su disposición. Estos tratarriientos y lo:l<br />
<strong>equipos</strong> utilizados serán <strong>de</strong>scritos más a<strong>de</strong>lante en esta investigación.<br />
Los se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong> agua libre son diseñados tanto en su forma \fertical comc<br />
hoi-izontal como envases presurizados (figura No 18).<br />
El fluido entra al recipiente y fluye contra un <strong>de</strong>sviador ubicado a la entrada <strong>de</strong><br />
se<strong>para</strong>dor. Esto origina un repentino cambio en <strong>el</strong> movimiento <strong>de</strong>l fluido lo que<br />
ayudara a la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong>l gas y evitara que este se distribuya hacia la secciór<br />
<strong>de</strong> asentamiento <strong>de</strong>l se<strong>para</strong>dor.<br />
En algunos diseños la sección <strong>de</strong> se<strong>para</strong>ción contiene un dispositivo en la parte<br />
inferior <strong>para</strong> dirigir <strong>el</strong> flujo <strong>de</strong> liquido que está por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> la interfase<br />
agualpetróleo hacia la zona <strong>de</strong> lavado <strong>de</strong> agua.<br />
La sección <strong>de</strong> la acumulación <strong>de</strong> líquidos <strong>de</strong>l se<strong>para</strong>dor, provee suficiente tiempc<br />
al petróleo y la emulsión <strong>para</strong> formar una capa <strong>de</strong> petróleo en <strong>el</strong> tope, mientras e<br />
agua libre se asienta en <strong>el</strong> fondo. Cuando hay una cantidad <strong>de</strong> gas apreciable er<br />
<strong>el</strong> flujo, un se<strong>para</strong>dor trifásico pue<strong>de</strong> ser utilizado como un separsdor <strong>de</strong> aguz<br />
fibre.<br />
83
'-<br />
nFI pn7n<br />
ANGULO DE -/"<br />
IMPACTO<br />
BAFLE<br />
ONDULADO<br />
SALIDA DE<br />
GAS Y<br />
PFTR 1 Fn<br />
f' ESCLUSAPARA<br />
NTENER EL GAS<br />
PETROLEO<br />
PETR~LEO<br />
-- --<br />
AGUA<br />
nEl CEDADAnnP<br />
DESAGUL SALIDA DE<br />
- AGUA<br />
CONTROLADOR DE NNEL CON MEDIDOR<br />
FLOTADOR SUMERGIDO EN EL PETRÓLEO-<br />
EMULSIÓN Y FLOTADOR EN EL AGUA LIBRE<br />
I<br />
I ESCLUSA PARA MANTENER EL<br />
DESAGUE<br />
AFLE ONDULADO<br />
PERFORADO<br />
Figura No 18 . Se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong> agua libre vertical y horizontal.<br />
Algunas veces son usados se<strong>para</strong>dores verticales <strong>de</strong> tres fases en forma <strong>de</strong><br />
cono hacia la parte inferior, este diseño es utilizado cuando existe ~iroducción <strong>de</strong><br />
arena y si se piensa que a futuro esta se convertirá en un problema mayor.
El cono en este tipo <strong>de</strong> equipo normalmente forma un ángulo con la horizonta<br />
<strong>de</strong> entre 45 y 60". Si <strong>el</strong> cono es usado en <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> se<strong>para</strong>dore:;, este pue<strong>de</strong>s<br />
estar ubicado en <strong>el</strong> extremo inferior <strong>de</strong>l recipiente, o por razones estructuralesv<br />
pue<strong>de</strong> ser colocado internamente. En cada caso una línea igualcidora <strong>de</strong> gas<br />
<strong>de</strong>be ser instalada <strong>para</strong> asegurar que <strong>el</strong> gas que prece<strong>de</strong> al cono este siemprrl<br />
en una presión <strong>de</strong> equilibrio con <strong>el</strong> interior <strong>de</strong>l recipiente.<br />
El petróleo y <strong>el</strong> agua generalmente son se<strong>para</strong>dos más rápido si cuando <strong>el</strong><br />
tíquido viaja en <strong>el</strong> recipiente en forma horizontal que cuando loase en direccióri<br />
vertical. El flujo horizontal permite una menor restricción <strong>de</strong>l movimientc~<br />
<strong>de</strong>scen<strong>de</strong>nte <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong> agua. Si la emulsión fluye vertica mente hacia<br />
arriba, <strong>el</strong> agua <strong>de</strong>be moverse hacia abajo a través <strong>de</strong>l flujo ascen<strong>de</strong>nte por Ici<br />
tanto <strong>el</strong> movimiento <strong>de</strong>scen<strong>de</strong>nte <strong>de</strong>l agua es retardado por <strong>el</strong> movimiento <strong>de</strong>i<br />
petróleo y la emulsión.<br />
Es posible también agregar en <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong>l se<strong>para</strong>dor <strong>de</strong> agua libre un tubo <strong>de</strong><br />
calentamiento o un flujo caliente en la dirección ascen<strong>de</strong>nte <strong>de</strong>l sr<strong>para</strong>dor. Eri<br />
ambos casos estos recipientes son llamados se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong> agria libre y sci<br />
función es <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> emulsiones.<br />
Es posible realizar muchas configuraciones internas en los diseños <strong>para</strong> proveei-<br />
al se<strong>para</strong>dor <strong>de</strong> agua libre una serie <strong>de</strong> dispositivos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sviacicin <strong>de</strong>l flujo ),<br />
controladores <strong>de</strong> niv<strong>el</strong>.<br />
Un buen diseño <strong>de</strong> este equipo <strong>de</strong>be cumplir con las funciones inencionadas<br />
ani.eriormente, es <strong>de</strong>cir, <strong>de</strong>sgasificación, lavado <strong>de</strong> agua, tiempo <strong>de</strong> retencióri<br />
suficiente y un flujo en la dirección a<strong>de</strong>cuada <strong>para</strong> permitir que <strong>el</strong> agua libre sezi<br />
removida <strong>de</strong> la emulsión.<br />
Cuando <strong>el</strong> agua libre es removida esta pue<strong>de</strong> o no requerir <strong>de</strong> un <strong>tratamiento</strong>. Lzi<br />
figura N" 19 ilustra un se<strong>para</strong>dor <strong>de</strong> agua libre con disposi:ivos <strong>de</strong> calentamiento.
BAFLE<br />
(PESFORAW)<br />
BAFLE<br />
(PERFORADO)<br />
NIVEL DE<br />
GAS - PETROLEO<br />
BAFLE<br />
(LAWPERFORADO)<br />
N.NEL DE<br />
PETROLEO - AGUA<br />
ENTRADA DRENYE DE<br />
PETROLEO<br />
I --- I<br />
SALIDA DE<br />
1-PETRÓLEO<br />
BAFLE<br />
(LADOPERFORADO)<br />
\ CONTROLADOR DENIVEL<br />
CALENTADORES<br />
Figura No 19. Vista esquemática <strong>de</strong> un se<strong>para</strong>dor <strong>de</strong> agua libre horizontal con <strong>el</strong>rmentos <strong>de</strong><br />
calentamiento en cada extremo.<br />
Constantemente las empresas fabricante realizan innovaciones <strong>para</strong> mejorar los<br />
procesos <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>, la figura No 20 muestra una composicién fotográficz<br />
que ilustra los nuevos materiales y diseños utilizados <strong>para</strong> la fabricación <strong>de</strong><br />
se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong> agua libre, tendientes a mejorar los procesos <strong>de</strong> se<strong>para</strong>ción.<br />
De igual forma en los anexo No 5 y 6 se presentan los criterios iitilizados por<br />
algunos fabricante <strong>para</strong> <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> se<strong>para</strong>dores mecánicos.
Fiura No 20. Composición fotográfica que ilustra los nuevos materiales y diseiios utilizados <strong>para</strong><br />
la fabricación <strong>de</strong> se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong> agua libre, tendientes a mejorar los procesos <strong>de</strong> se<strong>para</strong>ción.<br />
Fuente: NATCO
I? sa sanbue:~ solsa ap sofn(4 ap epequa <strong>el</strong> :o~ua!uieua~ewle ap sanbu~l<br />
ua oAnq!~ls!p as opn~3 13 .anbu<strong>el</strong> lap eJanj ~ od opmolm ~opnpuo3 un ap S~A~JJ)<br />
.7 J O ~ op!nl!l!;u03 <strong>el</strong>sa len3 (a 'JOP~~~J un ap o!paw ~od anbu<strong>el</strong> lap opuo4 la<br />
4;aleu!wJal sris uauatl salen3 sol 'sope~nue~ soqn) ap zn~3 ap ewJoj ua sauo~mas<br />
(<strong>el</strong> ap sope~~a:,<br />
,3p eau!l eun e~luan3ua as anbu<strong>el</strong> lap opuoj la u3 .anbu<strong>el</strong> lap opuoj la ua eaJy la<br />
~uo!3ejuaw!pas ~od opuoj la ua eysodap as anb en6e lap areua~p<br />
3p uop<strong>el</strong>e~p ysap ap osmo~d la eu!uiJal as olua!weuaeuile ap sanbu<strong>el</strong> sol u3<br />
21 ua opm!l<strong>de</strong> osmo~d la eas anb e~a!nblen3 'sopeuo!slnuia sopn~:, so;<br />
~pn~3 lap olua!weuaeui(e lap aJa!nba~ 'uo!slnuia eun ap uo13<strong>el</strong>e~p1ysap<br />
3duia!l oval=, ap sandsap 'opn~:, la apuop 'sol!msap sanbu<strong>el</strong> sol ua opejeJp!ysap<br />
sp solua!w<strong>el</strong>eJl sa~o!~alsod e optlauios o op!puaA sa 'anbu<strong>el</strong> la ua oso da^ ap<br />
la alueJnp opez!lmsg sa oy~a!uieua~euile ap sanbu<strong>el</strong> sol ua opm3 13 .uo!Dsuyaj<br />
lado] lap seJisanw opueuiol oso da^ ap oduia!~<br />
3u en6e ap 3p!ualuo:, 13 .soluawtpas A en6e ap seqan~d se( e s<strong>el</strong>opu?!lawos<br />
y, 1 lap ~apa3xa aqap<br />
13pol ua asopu?Anqyls!p seJnueJ se1 ~od ales orn~ la anb 'e~auew<br />
6 anbu<strong>el</strong> lar) opuo4 A o~lua3
2.6.2. Método térmico.<br />
El calor ha sido consi<strong>de</strong>rado <strong>de</strong>s<strong>de</strong> <strong>el</strong> comienzo <strong>de</strong> la industria como beneficicl<br />
<strong>para</strong> la <strong>de</strong>shidratación <strong>de</strong> <strong>crudos</strong>, ya que es muy eficaz <strong>para</strong> la r~~solución <strong>de</strong>,<br />
emulsiones por varias razones. Entre <strong>el</strong>las se mencionaran las siguientes:<br />
Aumentar la solubilidad <strong>de</strong>l petróleo en <strong>el</strong> pozo emulsificador y aumentar IEI<br />
dispersión <strong>de</strong>l agente en la fase petrolífera <strong>de</strong> la emulsión.<br />
Aumentar la v<strong>el</strong>ocidad con que un compuesto químico <strong>de</strong>semiilsificante se<br />
<strong>de</strong>posita en las gotas <strong>de</strong> agua y así aumentar la v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> la acción <strong>de</strong>l<br />
<strong>de</strong>semulsificante<br />
Reduce consi<strong>de</strong>rablemente la viscosidad <strong>de</strong>l petróleo y así facilita la<br />
coalescencia y asentamiento <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong>l agua.<br />
Al aplicarse calor sobre <strong>el</strong> crudo, las corrientes térmicas aumentan la cantidad <strong>de</strong><br />
energía en <strong>el</strong> sistema <strong>de</strong> un movimiento <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong> agua, las cuales<br />
promueven <strong>el</strong> choque entre las gotas <strong>de</strong> agua lo que permite 'que colin<strong>de</strong>ri<br />
rompan la p<strong>el</strong>ícula y coalescan.<br />
La aplicación <strong>de</strong> calor ocasiona una expansión <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>bido al<br />
aumento <strong>de</strong> la temperatura.<br />
Varias teorías han sido <strong>de</strong>sarrolladas <strong>para</strong> explicar <strong>el</strong> efecto <strong>de</strong>l calor en <strong>el</strong><br />
<strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> las emulsiones. Una teoría supone que gotas muy peclueñas, tale:;<br />
como las que forman las emulsiones, están en movimiento continuo <strong>de</strong>bido a uri<br />
fenómeno conocido como movimiento Browniano.<br />
El calor aumenta este movimiento y hace que las gotas choquen con más<br />
frecuencia y mayor fuerza. El calor reduce también la viscosidad <strong>de</strong>l petróleo en Izi<br />
fase continua y con <strong>el</strong>lo permite que la fuerza con que choquen las gotas sea mayor;
al mismo tiempo permite que <strong>el</strong> agua precipite más rápido. Estos efectos <strong>de</strong>l calo-<br />
ac<strong>el</strong>eran <strong>el</strong> proceso <strong>de</strong> se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>l petróleo.<br />
Las minúsculas gotitas <strong>de</strong> agua que hay en las emulsiones están en constante<br />
agitación <strong>de</strong>bido al fenómeno llamado movimiento browniano, así la v<strong>el</strong>ocidacl<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la temperatura. El calor, al aumentar <strong>el</strong> movimiento, hace que las gotitas<br />
choquen más rápidamente y con mayor intensidad. Si estos choques sor1<br />
suficientemente violentos, la p<strong>el</strong>ícula circundante se rompe y, como consrcuencia, las;<br />
gotitas se unen en gotas más gran<strong>de</strong>s <strong>de</strong> agua libre.<br />
Por otra parte, <strong>el</strong> calor produce una reducción en la viscosidad <strong>de</strong>l rjetróleo; estci<br />
permite que <strong>el</strong> agua se asiente más rápidamente. Los dos efectos prod~cidos por e<br />
calor (mayor movimiento y menor viscosidad) estimulan la se<strong>para</strong>ción ci<strong>el</strong> agua y e<br />
petrólec que hasta entonces formaban una emulsión.<br />
El calor ha sido consi<strong>de</strong>rado <strong>de</strong>s<strong>de</strong> <strong>el</strong> comienzo <strong>de</strong> la industria como beneficiosc<br />
<strong>para</strong> la <strong>de</strong>shidratación <strong>de</strong> <strong>crudos</strong>, ya que, en general, mejora <strong>el</strong> ronipimiento <strong>de</strong><br />
emulsiones, haciendo este proceso posible y económico.<br />
Ventajas <strong>de</strong>l método.<br />
Aumenta la solubilidad <strong>de</strong>l petróleo en <strong>el</strong> agente emulsificador y aumenta<br />
la dispersión <strong>de</strong>l agente en la fase petrolífera <strong>de</strong> la emulsión.<br />
Aumenta la v<strong>el</strong>ocidad con la que un compuesto químico <strong>de</strong>semiilsificante se<br />
<strong>de</strong>posita en las gotas <strong>de</strong> agua y así aumenta la v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> acción <strong>de</strong>l<br />
<strong>de</strong>semulsificante.<br />
Reduce consi<strong>de</strong>rablemente la viscosidad <strong>de</strong>l petróleo y as' facilita la<br />
coalescencia y asentamiento <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong> agua.
Al aplicar calor sobre <strong>el</strong> crudo, sea aumenta la cantidad <strong>de</strong> energía en e'<br />
sistema, causando un movimiento <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong> agua, pi-incipalmente!<br />
ocasionado por las corrientes térmicas. Esto induce a mayor número <strong>de</strong><br />
colisiones <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong> agua que resulta en coalescencia <strong>de</strong> las mismas.<br />
Desventajas <strong>de</strong>l método.<br />
La aplicación <strong>de</strong> calor por si sola no romperá la emulsión, y es solo un procesci<br />
auxiliar pare ac<strong>el</strong>erar la se<strong>para</strong>ción. Sin embargo, cualquier emi~lsión pue<strong>de</strong><br />
romperse aplicando calor hasta una temperatura igual a la <strong>de</strong>l punto <strong>de</strong> ebullicióri<br />
<strong>de</strong>l agua, ya que una vez que tengamos esa temperatura, los glóbulos <strong>de</strong> agua se<br />
evaporarán y por lo tanto la p<strong>el</strong>ícula protectora se romperá, pero la aplicación <strong>de</strong><br />
calor a tan alta temperatura tiene muchas <strong>de</strong>sventajas lo que eri la práctica,<br />
temperatura tan <strong>el</strong>evadas no se produzcan.<br />
Entre las <strong>de</strong>sventajas po<strong>de</strong>mos mencionar:<br />
Calentamiento excesivo va a causar perdidas <strong>de</strong> los hidrocarburos más liviano y<br />
vo:átil <strong>de</strong>l petróleo, lo que implica una perdida <strong>de</strong> volumen y una disminucióri<br />
<strong>de</strong> la gravedad API.<br />
Gran costo por la cantidad <strong>de</strong> combustible utilizado <strong>de</strong>bido a los alto!;<br />
requerimientos caloríficos.<br />
Desgaste mayor en los <strong>equipos</strong>.<br />
2.6.2.1. Deshidratador térmico o calentador.<br />
Cuando <strong>el</strong> volumen <strong>de</strong> crudo que <strong>de</strong>be ser sometido a <strong>tratamiento</strong> e!;<br />
r<strong>el</strong>ativamente pequeño y la instalación <strong>de</strong> una planta central no está justificad:i<br />
<strong>de</strong>bido a los altos costos <strong>de</strong> inversión y poca obtención en la produu:ión asociada<br />
a dicha planta, se usa calentadores en cada una <strong>de</strong> las estaciones <strong>de</strong> flujo. Uno dc:
los calentadores utilizados en este método está conformado por: uria unidad <strong>de</strong><br />
calefacción <strong>de</strong> gas, una cámara <strong>de</strong> agua caliente, un extractor, y di:;positivos <strong>de</strong>,<br />
salida <strong>de</strong>l petróleo, gas y agua. La figura No 22-A y 22-6 ilustra típicos<br />
<strong>de</strong>shidratadores térmicos horizontal y vertical.<br />
En estos <strong>equipos</strong> la emulsión <strong>de</strong>be pasar a través <strong>de</strong> un termocambiador, luego<br />
entra por la parte superior <strong>de</strong>l a<strong>para</strong>to en don<strong>de</strong> <strong>el</strong> gas que contenga pasa por <strong>el</strong><br />
extractor <strong>para</strong> extraer cualquier líquido y finalmente ser enviado al se<strong>para</strong>dor <strong>de</strong><br />
baja presión, <strong>para</strong> servir <strong>de</strong> combustible en la unidad misma, <strong>para</strong> ser venteado 21<br />
la atmósfera o recolectado en caso <strong>de</strong> que exista <strong>el</strong> sistema <strong>de</strong> recc<strong>de</strong>cción y lazI<br />
facilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> superficie <strong>para</strong> realizar dicho proceso.<br />
Una vez <strong>de</strong>sprendido <strong>el</strong> gas, la emulsión continúa hacia abajo <strong>de</strong>l equipo. E!<br />
agua empieza a <strong>de</strong>spren<strong>de</strong>rse y cae al fondo rápidamente, pero la emulsión, poi-<br />
ser más liviana, se <strong>de</strong>mora más en su viaje hacia abajo y empieza a calentarse. Al<br />
acercarse al fondo pasa a la cámara <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> a través <strong>de</strong> una placa<br />
esparcidora, la cual dispersa la emulsión. En la cámara <strong>de</strong> tratamienlo se calienta<br />
hasta que se obtiene la se<strong>para</strong>ción final <strong>de</strong>l agua.<br />
TU<br />
CALEN<br />
C -<br />
IGUALADOR<br />
DE GAS<br />
SALIDA DE<br />
SECCI~N FRONTAL SECCI~N DE COALESCENCIA<br />
- - - - - . - - -<br />
r-<br />
CAMARA DE FLUJO<br />
DE PETROLEO<br />
Figura No 22-A. Deshidratador térmico horizontal.
Verte<strong>de</strong>ro<br />
ajristable<br />
Agua<br />
Válvula <strong>de</strong> escape<br />
Emulsión y Gas<br />
Figura No 22-6. Deshidratadores térmico vertical.<br />
Combustión<br />
laca e~parcidor~i<br />
El petróleo limpio y la emulsión sobrante continúan hacia arriba atravesando<br />
toda la cámara <strong>de</strong> agua caliente, en don<strong>de</strong> al llegar a la parte miis alta <strong>de</strong> IEI<br />
cámara <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>, <strong>el</strong> petróleo limpio sale por un dispositivo especial y e$;<br />
enviado al almacenamiento.<br />
El agua sale por un verte<strong>de</strong>ro, <strong>el</strong> cual pue<strong>de</strong> ser ajustado <strong>de</strong> manera <strong>de</strong>l<br />
mantener una altura correcta en la cámara <strong>de</strong> agua caliente y as' obtener la:,<br />
mejores condiciones <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>.<br />
Estos <strong>equipos</strong> se diseñan y fabrican en varios tamaños, pero <strong>el</strong> tipo más<br />
comúnmente usado en <strong>el</strong> Oriente <strong>de</strong> Venezu<strong>el</strong>a tiene 3 metros <strong>de</strong> diiimetro y 9 <strong>de</strong><br />
altura, con una capacidad <strong>de</strong> 900 a 3.500 barriles por día, <strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong> IEI<br />
emulsión. La presión <strong>de</strong> operación también varia entre los 25, 50 y 100 libras por<br />
pulgada cuadrada.
2.6.2.2. Calentamiento Directo.<br />
En este sistema <strong>de</strong> calentamiento, la emulsión se pone en coritacto con <strong>el</strong><br />
calentador (horno). Se usa <strong>para</strong> <strong>crudos</strong> con bajo contenido <strong>de</strong> agua gf que están EI<br />
presiones com<strong>para</strong>tivamente bajos.<br />
Los calentadores directos cuando operan bajo condiciones apropiadas son los<br />
más eficientes en términos <strong>de</strong> barriles <strong>de</strong> emulsión tratados a una <strong>de</strong>terminada<br />
temperatura por unidad <strong>de</strong> volumen <strong>de</strong> combustible quemado, <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> este<br />
sistema <strong>de</strong> calentamiento se ha limitado últimamente <strong>de</strong>bido a condiciones <strong>de</strong>l<br />
seguridad.<br />
saber:<br />
En la industria <strong>de</strong>l petróleo se usan cuatro tipos <strong>de</strong> calentadores directos, E,<br />
Los calentadores <strong>de</strong> tipo tubular: Este tipo <strong>de</strong> calentadores está c:onstruido <strong>de</strong>,<br />
manera similar al <strong>de</strong> una torre <strong>de</strong> refinería. Son tubos rectos que cargan e<br />
líquido a calentarse, están suspendidos <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> una cámara <strong>de</strong> fuego y<br />
anectados entre sí por medio <strong>de</strong> codos <strong>de</strong> 180". El diámetro <strong>de</strong> los tubos que se<br />
instalan pue<strong>de</strong> variar entre 2 y 4 pulgadas.<br />
Los calentadores tubulares Son recomendados cuando <strong>el</strong> flujo es continuo, las<br />
presiones bajas, y cuando <strong>el</strong> petróleo y agua que se producen tienen pocc<br />
ten<strong>de</strong>ncia a <strong>de</strong>positarse en conchas al calentarse. Tienen un rango <strong>de</strong><br />
capacida<strong>de</strong>s tan altos como 5000 Bblsldia <strong>de</strong> emulsión calentadas a través <strong>de</strong><br />
una <strong>el</strong>evación <strong>de</strong> temperatura <strong>de</strong> 100" F.<br />
Calentadores <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> tipo camisa: Este tipo <strong>de</strong> calentadores pue<strong>de</strong><br />
construirse ya sea en forma vertical u horizontal. Ambas formas son muy<br />
similares y consisten en un casco cilíndrico con un largo tubo central, <strong>el</strong> cual está<br />
ro<strong>de</strong>ado por <strong>el</strong> fluido y sirve como cámara <strong>de</strong> fuego. El fluido erra cerca <strong>de</strong>!<br />
fondo <strong>de</strong>l calentador, es calentador por <strong>el</strong> tubo central y se <strong>de</strong>scarga a la salida<br />
situada cerca <strong>de</strong>l fondo <strong>de</strong>l calentador. Es recomendado <strong>para</strong> carga liviana<br />
94
don<strong>de</strong> <strong>el</strong> fluido no es corrosivo y no está muy cargado <strong>de</strong> sedimentos y<br />
<strong>de</strong>sperdicio. El rango <strong>de</strong> capacida<strong>de</strong>s <strong>para</strong> mo<strong>de</strong>los estándares es <strong>de</strong> 50C<br />
Bblsldía calentados a través <strong>de</strong> una <strong>el</strong>evación <strong>de</strong> temperatura <strong>de</strong> 100°F.<br />
Calentadores <strong>de</strong> tipo Caja <strong>de</strong> Fuego Interno a Fogbn: Este tipo cle calentador<br />
es usualmente un recipiente a prueba <strong>de</strong> presión y colocada horizontalmente,<br />
con una caja <strong>de</strong> fuego que pueda ser removida, y construida <strong>de</strong> tal manera que<br />
<strong>el</strong> fuego va <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l calentador y los gases calientes pue<strong>de</strong>n regrf3sar a través<br />
<strong>de</strong> un tubo, y salida <strong>de</strong>l calor está en la misma parte <strong>de</strong>l mechero. La emulsiór<br />
entra al calentador a través <strong>de</strong> una línea distribución que queda por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> IE<br />
caja <strong>de</strong> fuego y sale por la parte superior <strong>de</strong>l recipiente.<br />
Debe ser usado salo cuando <strong>el</strong> líquido no es muy corrosivo y <strong>el</strong> fli~jo es más c<br />
menas constante. Tienen un rango <strong>de</strong> capacida<strong>de</strong>s tan altos como ;:O00 Bblsldí~<br />
<strong>de</strong> emulsión calentados a través <strong>de</strong> una <strong>el</strong>evación <strong>de</strong> temperatura <strong>de</strong> 100" F.<br />
Calentadores <strong>de</strong> volumen o tipo Jug: Es muy parecido al <strong>de</strong> tipo caja <strong>de</strong> fuego<br />
excepto que aquí <strong>el</strong> recipiente tiene mayor altura, ya que en operaciones<br />
normales este exceso <strong>de</strong> altura es llenado con agua caliente. La ernulsión entra<br />
al calentador a través <strong>de</strong>l distribuidor, por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> la caja <strong>de</strong> fuego interno b1<br />
pasará subiendo hasta la salida colocado en la parte superior <strong>de</strong>l a<strong>para</strong>to.<br />
Durante <strong>el</strong> paso a través <strong>de</strong>l calentador, la emulsión es lavada poi- un baño <strong>de</strong><br />
aquí caliente, <strong>el</strong> cual ayudará al rompimiento <strong>de</strong> la emulsión. A medida que <strong>el</strong><br />
agua se rompe en la emulsión, es, llevada hacia la salida <strong>de</strong>l a<strong>para</strong>to lf<br />
transportada a un tanque <strong>de</strong> sedimentación.<br />
Este tipo <strong>de</strong> calentador pue<strong>de</strong> usarse en áreas don<strong>de</strong> la corrosión e:; mo<strong>de</strong>rada 1,<br />
don<strong>de</strong> los agentes corrosivos se encuentra <strong>el</strong> petróleo y no en él agua pue<strong>de</strong><br />
usarse en flujo constante o intermitente tienen rango <strong>de</strong> capacida<strong>de</strong>s tan altos<br />
como 2500 Bblsldía <strong>de</strong> emulsión calentados a través <strong>de</strong> una <strong>el</strong>evación <strong>de</strong><br />
temperatura <strong>de</strong> 100°F.
2.6.2.3. Calentamiento indirecto.<br />
Los calentadores indirectos están constituidos por tres partes principales:<br />
Cuerpo.<br />
Caja <strong>de</strong> fuego.<br />
Conjunto <strong>de</strong> tubos.<br />
La caja da fuego y <strong>el</strong> conjunto <strong>de</strong> tubos pue<strong>de</strong>n ser contenidos <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l<br />
cuerpo <strong>de</strong>l calentador, pero usualmente pue<strong>de</strong>n removerse <strong>para</strong> una mejor y fácil<br />
limpieza. El calor que emana <strong>de</strong> la caja <strong>de</strong> fuego es transferido a la c?mulsión que<br />
se encuentra <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l cuerpo y ro<strong>de</strong>ado al conjunto <strong>de</strong> tubos.<br />
tos calentadores indirectos son menos p<strong>el</strong>igrosos en su operación que los,<br />
calentadores directos, <strong>de</strong>bido a que <strong>el</strong> fuego no toca los tubos <strong>de</strong> flujo. A<strong>de</strong>más,<br />
como <strong>el</strong> baño <strong>de</strong> agua está controlado por un termostato no hay p<strong>el</strong>igro <strong>de</strong> que en<br />
[os tubos se formen sitios <strong>de</strong> alta temperatura y por lo tanto éstos pue<strong>de</strong>n<br />
partirse.<br />
Tienen un rango <strong>de</strong> capacida<strong>de</strong>s hasta <strong>de</strong> 2000 Bblsldía (le emulsión<br />
calentadores a través <strong>de</strong> una <strong>el</strong>evación <strong>de</strong> temperatura <strong>de</strong>1 00°F.<br />
2.6.2.4. Mezcla <strong>de</strong> crudo con agua caliente.<br />
Existe otra forma o una variante <strong>de</strong> calentamiento directo <strong>de</strong> <strong>crudos</strong><br />
emulsionadas y que ha dado buenos resultados en la <strong>de</strong>shidratación <strong>de</strong> petróleos<br />
posados. Esta forma <strong>de</strong> calentamiento consiste en calentar agua pura a<br />
temperaturas que oscilan entre 160°F y 200°F aproximadamente, <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> lo<br />
cual es inyectada línea <strong>de</strong> petróleo emulsionado.<br />
Este tipo <strong>de</strong> calentamiento se utiliza conjuntamente con <strong>el</strong> método <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>shidratación por medio <strong>de</strong> los tanques <strong>de</strong> lavado explicado anteriorrr ente.
2.6.3. Método químico.<br />
Muchas teorías han sido propuestas <strong>para</strong> compren<strong>de</strong>r <strong>el</strong> efecto que los agentes<br />
químicos tienen sobre las emulsiones. Una teoría es <strong>de</strong> que la química se usa<br />
estrictamente <strong>para</strong> neutralizar <strong>el</strong> agente emulsificante. Esta teoría se basa en qué!<br />
<strong>para</strong> romper una emulsión <strong>de</strong> agua en petróleo, <strong>de</strong>be agregarsc? un agente<br />
<strong>de</strong>semulsificante que normalmente produce una emulsión inversa d~, petróleo eri<br />
agua. Al ten<strong>de</strong>r a cambiar las fases se obtiene la condición intermedia o se<strong>para</strong>cióri<br />
completa.<br />
Otra teoría, supone que la química torna quebradiza la p<strong>el</strong>ículzi <strong>de</strong>l agente'<br />
emulsificante que ro<strong>de</strong>a a la gota <strong>de</strong> agua y hace que la p<strong>el</strong>íula tenga ur'<br />
coeficiente muy bajo <strong>de</strong> expansión. Cuando <strong>el</strong> agua encerrada por Iia p<strong>el</strong>ícula sea<br />
expan<strong>de</strong> por <strong>el</strong> efecto <strong>de</strong>l calor, la p<strong>el</strong>ícula es <strong>de</strong>strozada y se rompe la emulsión.<br />
En <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> químico <strong>de</strong> las emulsiones, la <strong>de</strong>semulsificación es obtenidcc<br />
introduciendo una sustancia que contrarreste <strong>el</strong> efecto <strong>de</strong>l agente emulsificante, er<br />
los casos que la emulsión esté estabilizada por una p<strong>el</strong>ícula protectora; c<br />
introduciendo una química que neutralice las cargas <strong>de</strong> los glóbulos si la emulsiór<br />
esta estabilizada por las atracciones <strong>el</strong>éctricas. La figura No 23 muestra como los<br />
sólidos y las moléculas actúan en la estabilización <strong>de</strong> las emulsiones<br />
Sólidos estabilizadores <strong>de</strong> emulsión<br />
~olécul& estabilizadoras ;e emulsión<br />
Figura No 23. Sólidos y molécula actuando en la estabilización <strong>de</strong> las emulsiones.
La acción <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación química se fundamenta en la adición 3e productos<br />
químicos, los cuales reaccionan con la emulsión tal modo que ésta pier<strong>de</strong> 121<br />
capacidad <strong>de</strong> mantener las gotas <strong>de</strong> agua envu<strong>el</strong>tas con <strong>el</strong> petróleo. Luego las gota:,<br />
choca? y se juntan formándose gotas gran<strong>de</strong>s que no pue<strong>de</strong>n quedarse<br />
susperididas en <strong>el</strong> petroleo y caen, <strong>de</strong>bido a la diferencia en gravedad entre e<br />
petróleo y <strong>el</strong> agua.<br />
Si en cambio la estabilización <strong>de</strong> la emulsión se <strong>de</strong>be la acción <strong>de</strong> cargas<br />
<strong>el</strong>éctricas en los glóbulos, esta pue<strong>de</strong> ser atacadas, añadiendo un reactivc<br />
ionizado <strong>de</strong> cargas contrarias a las emulsiones.<br />
En <strong>el</strong> método químico se requiere <strong>equipos</strong> especiales <strong>para</strong> inye~ta.~ <strong>el</strong> producto<br />
químico en proporciones <strong>de</strong>terminadas, bien sea en <strong>el</strong> cabezal <strong>de</strong>l pozo, en las<br />
estaciones, o en <strong>el</strong> lugar <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>. Estos productos son usados con <strong>el</strong> objeto<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>shacer la emulsión formada cuando se mezclan violentamente en flujo<br />
turbulento <strong>el</strong> crudo y <strong>el</strong> agua.<br />
La inyección <strong>de</strong> los productos químicos en <strong>el</strong> cabezal <strong>de</strong>l pozo tiene la ventaja <strong>de</strong><br />
lograr una mejor mezcla <strong>de</strong>l producto químico con la emulsión, lo ciial facilita <strong>el</strong><br />
agrupamiento <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong> agua y así permite una mejor y fácil sc?<strong>para</strong>ción <strong>de</strong><br />
ésta eri los tanques <strong>de</strong> las estaciones <strong>de</strong> flujo. De manera general <strong>el</strong> proceso consta<br />
<strong>de</strong> dos etapas:<br />
La etapa <strong>de</strong> agitación: La cual es necesaria a fin <strong>de</strong> mezclar bieri <strong>el</strong> petróleo<br />
cor; <strong>el</strong> producto químico que se ha probado efectivo <strong>para</strong> reaccionar con la<br />
sustancia emulsiva <strong>de</strong> la mezcla. La turbulencia <strong>de</strong>l petróleo <strong>de</strong>ntro 3e una línea<br />
recolectora basta, normalmente, <strong>para</strong> mezclar y <strong>para</strong> hacer chocar 121 mayoría <strong>de</strong><br />
las partículas pequeñas <strong>de</strong> agua.<br />
La etapa <strong>de</strong> reposo: Que permite que las gotas bajen y se acumulen en <strong>el</strong><br />
fondo. Esta etapa se <strong>de</strong>sarrolla generalmente en los tanques <strong>de</strong><br />
almacenamiento. El calor baja la viscosidad <strong>de</strong>l petróleo, por c.onsiguiente,
permite que las gotas choquen con más fuerza y bajen más rápidc). Por eso SE!<br />
calientan siempre los petróleos pesados antes <strong>de</strong> la segunda etapa.<br />
En algunos casos, tales como en la producción <strong>de</strong> petróleo liviano en <strong>el</strong> Campci<br />
Costanero <strong>de</strong>l Distrito Bolívar, <strong>el</strong> método ha dado tan buenos resultados que no ha<br />
sido necesario <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> otro tipo <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>, obteniéndose un crudo con muy<br />
bajo porcentaje <strong>de</strong> agua.<br />
Sin embargo, en muchos casos se aña<strong>de</strong> pequeñas cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> substancia:;<br />
químicas en las estaciones <strong>de</strong> flujo con <strong>el</strong> objeto <strong>de</strong> mejorar aun más y ac<strong>el</strong>erar IZI<br />
precipitación <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong> agua contando con que un mejor <strong>tratamiento</strong> posterior<br />
se le hará al crudo en la planta central <strong>para</strong> la <strong>el</strong>iminación total <strong>de</strong>l agua.<br />
Una mezcla a<strong>de</strong>cuada <strong>de</strong>l producto químico con la emulsión se logra en las<br />
tuberías <strong>de</strong> flujo, durante <strong>el</strong> recorrido <strong>de</strong>l crudo hasta la planta <strong>de</strong> tratarr iento.<br />
A manera <strong>de</strong> ejemplo se explica un proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación utilizando e'<br />
método químico. En <strong>el</strong> sistema mostrado en forma <strong>de</strong> diagrama en la figura No 24<br />
se usa solamente productos químicos y calor <strong>para</strong> la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong>l agua.<br />
El producto químico es inyectado en <strong>el</strong> cabezal <strong>de</strong>l pozo o en la estación <strong>de</strong> flujo.<br />
y la niezcla fluye a un tanque <strong>de</strong>sarenador en don<strong>de</strong> <strong>el</strong> crudo es parcialmente<br />
<strong>de</strong>sgasificado, y en don<strong>de</strong> a<strong>de</strong>más se le extrae la arena y una parte <strong>de</strong>l agua. E<br />
agua caliente proveniente <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong> asentamiento entra en <strong>el</strong> limpiador <strong>de</strong> arenE<br />
<strong>para</strong> mejorar la operación.<br />
Después <strong>de</strong> salir <strong>de</strong>l limpiador <strong>de</strong> arena, la emulsión pasa al tanque d~<br />
asentamiento, siendo mezclada previamente en su curso con agua calient~<br />
proveniente <strong>de</strong>l fondo <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong> asentamiento bombeada a través <strong>de</strong> ur<br />
calentador.<br />
En <strong>el</strong> tanque <strong>de</strong> asentamiento <strong>el</strong> crudo se <strong>de</strong>sgasifica aún más y <strong>el</strong> tiempo<br />
proporciona <strong>el</strong> medio <strong>de</strong> precipitación y caída <strong>de</strong>l agua al fondo <strong>de</strong>l tanque. El<br />
99
petróleo limpio sale por la parte superior <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong> asentamiento y Ilnalmente es;<br />
bombeado a los tanques <strong>de</strong> almacenaje.<br />
Tarlque Colector <strong>de</strong><br />
Arena<br />
Petróleo<br />
- - - - Agua<br />
[ll Asentamiento<br />
Calentador<br />
Tanque <strong>de</strong><br />
Asentamiento<br />
T<br />
Zona <strong>de</strong><br />
Petróleo<br />
------------.<br />
Agua y Arena L<br />
Figura No 24 . Sisterna químico <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación.<br />
2.6.3.1. S<strong>el</strong>ección <strong>de</strong> productos químicos <strong>de</strong>semulsificantes en la Industria<br />
Petrolera.<br />
Las compañías petroleras tienen contratistas que se encargan dc: probar una<br />
serie <strong>de</strong> compuestos químicos <strong>de</strong>shidratados <strong>para</strong> los diferentes <strong>crudos</strong> en<br />
producción. Estas pruebas se efectúan en base a ciertas carazterísticas y<br />
propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> los <strong>crudos</strong>, como por ejemplo, gravedad API, viscosid~id, etc.<br />
I
Para que un cierto <strong>de</strong>semulsionante pueda ser s<strong>el</strong>eccionzido <strong>para</strong> lz'<br />
<strong>de</strong>shidratación químim o termoquímica <strong>de</strong> cie;to aüdo, <strong>de</strong>bo reunir alguna:l<br />
características entre ¡as cuales se <strong>de</strong>stacan:<br />
Tener bajo costo unitario.<br />
m Se<strong>para</strong>r <strong>el</strong> mayor porcentaje posible <strong>de</strong> clgua contenidcl en <strong>el</strong> crudo.<br />
Dar agua <strong>de</strong> buena calidad, es <strong>de</strong>cir, <strong>el</strong> agua se<strong>para</strong>da <strong>de</strong>be teier muy baja<br />
mncentraciór; <strong>de</strong> crrüdo, lo que facilitaría su posteiior clarificaciór.<br />
Ser da alto po<strong>de</strong>r <strong>de</strong>semulsificante, es <strong>de</strong>cir, <strong>de</strong>be se<strong>para</strong>r un gran porcentaje<br />
<strong>de</strong> agua o poca ancentraci6ri.<br />
Después alguna compañía contratista consi<strong>de</strong>ra que ha ericontrado uri<br />
<strong>de</strong>semulsionante capaz <strong>de</strong> <strong>de</strong>splazar al usado en ese momento por la Compafiía<br />
petrolera <strong>para</strong> <strong>de</strong>shidratar cierto crudo, lo recomienda a dicha industra. Luego, lo:;<br />
ingenieros <strong>de</strong> la sección <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación se encargan <strong>de</strong> probar en <strong>el</strong> laboratorio<br />
<strong>el</strong> <strong>de</strong>semulsionante que se les ha recomendado, sometiéndolo a prueba<br />
<strong>de</strong>nominadas pruebas <strong>de</strong> bot<strong>el</strong>la.<br />
Estas pruebas <strong>de</strong> bot<strong>el</strong>las, son un procedimiento <strong>de</strong> laboratorio que permite<br />
s<strong>el</strong>eccionar <strong>el</strong> compuesto <strong>de</strong> tr~tamiefito que romperá más efec:tivamente la<br />
emulsión <strong>de</strong>l crudo tratado, a<strong>de</strong>más, la prueba <strong>de</strong> bot<strong>el</strong>la ayudará ~l<br />
experimentado; en la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong>l volumen más ;;equeño <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>semulsionante (Dosificación) que pue<strong>de</strong> ser usado <strong>para</strong> <strong>el</strong> volumen conocido <strong>de</strong>l<br />
corte <strong>de</strong> petróleo qüe está siendo producido y que dará resültados sal isfactorios.<br />
2.6.3.2. Pufito <strong>de</strong> aplicacijri <strong>de</strong>l producto químico <strong>de</strong>semulcificante.<br />
Al proyectar una planta <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>, se <strong>de</strong>be dar mucha atencic~n al punto dts<br />
aplicacióri <strong>de</strong> <strong>de</strong>semülsioriaí-ite. Después <strong>de</strong> que <strong>el</strong> compuesto qi~ímico se ha
introducido por la línea <strong>de</strong> flujo, <strong>de</strong>be haber suficiente agitación <strong>para</strong> que la<br />
sustancia se ponga en contado con cada partícula <strong>de</strong> la agua suspendida en <strong>el</strong><br />
petróleo y neutralice la p<strong>el</strong>ícula <strong>de</strong>l agente emulsifícante.<br />
Las compañías petroleras creen justificable una investigación cuicladosa y uns<br />
gran cantidad <strong>de</strong> experimentos antes <strong>de</strong> la calocacií5n final <strong>de</strong> la borriba inyectorz<br />
<strong>de</strong> productos quírnims.<br />
La inyección <strong>de</strong>semulsificante en cada uno <strong>de</strong> los pozos productores;<br />
resultaría antieconómico <strong>para</strong> un programa <strong>de</strong> tratamientc. Lo aconsejable sería<br />
hacer la inyección en un punto tal que <strong>el</strong> <strong>de</strong>semulsionante entrara en contacto cori<br />
iada la emulsión prodücida y que la cantidad inyectada sea lo más baja posible<br />
perc suficiente <strong>para</strong> tratar la emulsión.<br />
El proceso original <strong>para</strong> la inyección <strong>de</strong> <strong>de</strong>semulsificante se efectuaba, en uri<br />
principio, en un tanque <strong>de</strong> almacenamiento, se Ilecaba <strong>el</strong> tanque con <strong>el</strong> crudo<br />
emulsionado, se agregaba <strong>el</strong> compuesto <strong>de</strong>shidratante y se agitaba <strong>el</strong> liquido en <strong>el</strong><br />
tancj~e por medio <strong>de</strong> gas o aire, o sea, la inyección era un proceso batch.<br />
En le actualidad <strong>el</strong> proceso se efectúa principalmente <strong>de</strong> marien continua,<br />
inyectándose <strong>el</strong> campuesto en las estaciones <strong>de</strong> flujo preferentemente, aunque<br />
inyectar en cualquier punto, <strong>de</strong>s<strong>de</strong> <strong>el</strong> fondo <strong>de</strong>l pozo, hasta e1 tanque dr?<br />
almacenamiento.<br />
<strong>tratamiento</strong> quimico püe<strong>de</strong> hacerse básicamente tres puntos.<br />
Tratamiento en <strong>el</strong> pozo: Investigaciones realizadas sobre la,; emulsiones~,<br />
han propuesto la teoria que una emulsiSn aumenta su viscosid~d <strong>de</strong> acuerdo<br />
con su grado <strong>de</strong> dispersión. El agua se dispersa en <strong>el</strong> petróleo por agitación y<br />
es lógico que una emulsión más viscosa resultari <strong>de</strong>l aumento <strong>de</strong> 12<br />
agitación. Ya que una emulsión viscosa se resiste al flujo, algunas veces la<br />
práctica en la producciSn sugiere que la <strong>de</strong>sernulsificaci0n se Ic~cjro mediant3<br />
la ap!icación <strong>de</strong> compuestos <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l pozo, <strong>de</strong> manera que <strong>el</strong> petrbleir<br />
í 02
pueda producirse o ser extraído más fácilmente. El calor presente en <strong>el</strong> pozo<br />
también tien<strong>de</strong> a disminuir ¡a viscosidad.<br />
El <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l pozo tien<strong>de</strong> a evitar la emulsión. Así mismo, la<br />
agitación causada por los estranguladotes y las conexiones <strong>de</strong>l cabezal sir~ct<br />
<strong>para</strong> mezclar los compuestos químicos y ayudar también en <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong>.<br />
Las sustancia quimica se agregan comúnmente por <strong>el</strong> espacio at-iular entre la<br />
tubería <strong>de</strong> producción y la tuberia <strong>de</strong> revestimiento.<br />
Hay una variedad <strong>de</strong> métodos que se usan <strong>para</strong> inyectar (21 compuestci<br />
químico en <strong>el</strong> pozo. A veces se agrega <strong>el</strong> cumpuesto al agua ' se bombea<br />
continuamente <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l pozo; en otras ocasiones, <strong>el</strong> compue~to se agrega<br />
al agua a intervalos y se le introduce en <strong>el</strong> pozo.<br />
Tratamiento <strong>de</strong> Iínea <strong>de</strong> flujo: El <strong>tratamiento</strong> en la línea <strong>de</strong> flujo, al igual<br />
que al <strong>tratamiento</strong> en <strong>el</strong> pozo, requiere que <strong>el</strong> compuesto qüímic.2 se agregue<br />
a la emulsión en un punto don<strong>de</strong> haya agitación y tiempo a<strong>de</strong>cuado <strong>para</strong> e!<br />
<strong>tratamiento</strong>. El punto más comúnmente usado <strong>para</strong> la ifiyección en la tuberi~i<br />
<strong>de</strong> flujo durante <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> es corriente arriba <strong>de</strong>l se<strong>para</strong>dor<br />
freciientemente en <strong>el</strong> cabezal <strong>de</strong>l pozo.<br />
Anteriormente se había mencionado que era antieconómica la inyecciór<br />
en cada pozo. En la industria petrolera lo que se hace mayormente es reuni;'<br />
la producción <strong>de</strong> un conjunto <strong>de</strong>terminado <strong>de</strong> pozos en una estación <strong>de</strong> flujo.<br />
en la cual se encuentra <strong>el</strong> equipo <strong>de</strong> inyección <strong>de</strong>semulsificantci a<strong>de</strong>más <strong>de</strong><br />
ios se<strong>para</strong>dores.<br />
Tratamiento por lotes: De todos los métodos <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong>, <strong>el</strong><br />
<strong>tratamiento</strong> por lotes es <strong>el</strong> más antiguo. La emulsiSr; pue<strong>de</strong> ser conducid^<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> <strong>el</strong> pozo directamente al tanque <strong>de</strong> almacenamiento, <strong>el</strong> cual está<br />
equipado a veces con serpentines <strong>de</strong> calefacciSn cun vapor. En dicho casc<br />
se agrega <strong>el</strong> compuesto químico a la emulsión la cual se agita introduciéndole<br />
Gas.<br />
103
Un método conveniente <strong>para</strong> agregar <strong>el</strong> compuesto es dsjarlo goteai-<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> un recipiente cubito agujereado permitiend~le escurrii-<br />
gradualmente <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la emulsiSn mientras ql;e la agitación coiitinúa.<br />
Si se vierte <strong>el</strong> compuesto <strong>de</strong> una vez, éste puedo irse al fondo <strong>de</strong>l tanque<br />
<strong>de</strong>bido a que la mayorla <strong>de</strong> estos <strong>de</strong>semulsificantes tienen gravedad<br />
específica mayor que <strong>el</strong> petróleo y <strong>el</strong> agua, no lográndose un ccntacto íntimc~<br />
con las partículas <strong>de</strong> agua dispersas.<br />
2.6.3.3. Equipos <strong>de</strong> inyección.<br />
Los <strong>equipos</strong> <strong>de</strong> inyección <strong>de</strong> <strong>de</strong>semulsificantes constan esencialmente <strong>de</strong> uri<br />
tanque <strong>de</strong> almacenamiento <strong>de</strong>l producto quimico, una bomba, l;n filtro y un<br />
contador <strong>de</strong> flujo. Este equipo se utiliza <strong>para</strong> <strong>tratamiento</strong> en <strong>el</strong> pozo y ~sn la línea <strong>de</strong><br />
?!ujo. Para <strong>tratamiento</strong> por lotes ya se indicó <strong>el</strong> equipo.<br />
La bomba <strong>de</strong> inyección es generalmente <strong>de</strong>l tipo émbolo <strong>de</strong> <strong>de</strong>splazamiento, la<br />
edal es ajustada <strong>para</strong> agregar la cantidad, <strong>de</strong> <strong>de</strong>senulsionante <strong>de</strong>:erminada dcs<br />
acuerdo a la r<strong>el</strong>ación <strong>de</strong> compuesto qüímico a crudo emulsionado tratado.<br />
La mayoría <strong>de</strong> las bombas inyectoras <strong>de</strong> productos químicos que se fabricar1<br />
actualmente tienen ajustes ya sea <strong>para</strong> la v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> la bomba o a carrera <strong>de</strong>l<br />
émbolo, regulando así la cantidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>semulsificante que se bombea durante uri<br />
tiempo dado.<br />
Es <strong>de</strong> suma importancia <strong>para</strong> <strong>el</strong> éxito <strong>de</strong>l <strong>tratamiento</strong> en la producción que sii<br />
funcionamiento sea continuo, ya ql;e si la bomba <strong>de</strong>ja <strong>de</strong> funcionar (31 <strong>tratamiento</strong><br />
se <strong>para</strong>liza Los tanques <strong>de</strong> almacenamiento proveen <strong>de</strong> <strong>de</strong>semul!;ionante a Izi<br />
bomba. Estos tanques <strong>de</strong>ben lir~piarse ocasionalmente y <strong>de</strong>ben estar tapados.<br />
Estan construidos <strong>de</strong> hierro fundido y recientemente se han fabricado <strong>de</strong> acero<br />
inoxidabie.
En cuanto al filtro, su función es retener partículas extrañas, tales como sólido.<br />
que se encuectren en <strong>de</strong>semulsionante y que puedan ob:;tawlizar <strong>el</strong><br />
funcionamiento <strong>de</strong> la bomba.<br />
2.6.4. Métodos <strong>el</strong>éctricos o eiectroesiáticos.<br />
Este método es utilizado cuando los costos <strong>de</strong>l <strong>tratamiento</strong> quírnico resultar1<br />
excesivos y es posible, mediante la aplicación <strong>de</strong> energía <strong>el</strong>éctrica, <strong>el</strong>iminar o reduci -<br />
ia inyscción <strong>de</strong> product~s químicos.<br />
Las bases <strong>de</strong> la <strong>de</strong>shidratación por medio <strong>de</strong> un sistema <strong>el</strong>éctrico fuerori<br />
<strong>de</strong>scubiertas en 1909 por Cottr<strong>el</strong>l y Speed, en la Universidad <strong>de</strong> California. La<br />
patente <strong>de</strong> este proceso fue tomada por Petroleum Rectifying Company of Californici<br />
(IETRECO).<br />
La explicación original <strong>de</strong>l fenómeno se hacia diciendo que las partículas<br />
s~spendidas en un medio con Gna a constante di<strong>el</strong>éctrica más baja, corio es <strong>el</strong> caso<br />
<strong>de</strong>l agua en <strong>el</strong> petróleo, son atraídas entre si cuando se forma un campo <strong>el</strong>éctrico <strong>de</strong><br />
alto gradiente en <strong>el</strong> sistema.<br />
Mientras mayor resistividad tenga <strong>el</strong> medio (petróleo) es mayor <strong>el</strong> campcl<br />
<strong>el</strong>éctrico que p~e<strong>de</strong> soportar sir; romperse y por lo tanto las fuerzas quc? prodücer; la<br />
coalescencia son mayores. Los <strong>crudos</strong> producidos tienen por lo general una<br />
resistividad r<strong>el</strong>ativamente alta <strong>de</strong> 106 ohm - cm, y por <strong>el</strong>lo, grari<strong>de</strong>s f~erzas~<br />
<strong>el</strong>éctricas pue<strong>de</strong>n hacer que las partículas <strong>de</strong> agua se unifiquen.<br />
El método <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> emulsiones <strong>de</strong> petróleo involucra <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> campos.<br />
<strong>el</strong>éctricos o <strong>el</strong>edrostático con <strong>el</strong> propósito <strong>de</strong> causa; que las pequeñas gotas.<br />
dispersadas se muevan, colin<strong>de</strong>n y coalescan. El efecto antes <strong>de</strong>scrito se origin?<br />
<strong>de</strong>bido a que las gotas <strong>de</strong> agua se polarizan en <strong>el</strong> ampu <strong>el</strong>ectrostático La figura Idc'<br />
25 muestra <strong>de</strong> forma esquemática <strong>el</strong> efecto <strong>de</strong> la polarización en gota!; <strong>de</strong> petrólecl<br />
<strong>de</strong>bido a la acción <strong>de</strong> un campo <strong>el</strong>ectroestátim.<br />
'í OE
11 Efecto <strong>de</strong> la polarización en gotas <strong>de</strong> petróleo <strong>de</strong>bido a la acción <strong>de</strong> un campo <strong>el</strong>ectroestático /<br />
G<br />
(-1<br />
- ---<br />
0<br />
---- Petróleo<br />
- (+)<br />
Dos gotas <strong>de</strong> petróleo<br />
<strong>de</strong> pequeño diámetro<br />
(d,) frente a la acción <strong>de</strong><br />
un camPo <strong>el</strong>éctrico.<br />
Petróleo<br />
(-1<br />
++++<br />
+ + + + ++ + +<br />
Petróleo -----<br />
Ij<br />
- i/<br />
Se polarizan<br />
atrayéndose - Se unen (coalescen) formando<br />
gotas <strong>de</strong> mayor diámetro (d2) que<br />
entre sí. son drenadas con mayor rapi<strong>de</strong>z.<br />
Figura No 25. Efecto <strong>de</strong> la polarización en gotas <strong>de</strong> petróleo <strong>de</strong>bido a la accióri <strong>de</strong> un campo<br />
<strong>el</strong>ectroestático.<br />
Es común encontrar sistemas combinados don<strong>de</strong> es necesario calentar <strong>el</strong> crudo<br />
antes <strong>de</strong> ser sometido a la corriente <strong>el</strong>éctrica u otros <strong>de</strong> combinación química<br />
térmica! mecánica o <strong>de</strong> los tres sistemas mencionados.<br />
La utilización <strong>de</strong>l sistema <strong>el</strong>éctrico <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación con <strong>el</strong>ectrodos ofrece la<br />
ventaja <strong>de</strong> que no hay aglomeración <strong>de</strong> arena en <strong>el</strong> recipiente y permite la<br />
coalescencia más rápido que en otros recipientes <strong>de</strong> la misma superfici3.<br />
El proceso es continuo inyectándose <strong>el</strong> compuesto en <strong>el</strong> cabezal <strong>de</strong>l pozo o<br />
estaciones <strong>de</strong> flujo. Si <strong>el</strong> calentamiento es necesario se hace también por método:;<br />
continuos en la tubería <strong>de</strong> flujo. El asentamiento posterior se efectúa en un tanque.<br />
La figura No 26 muestra un equipo <strong>de</strong> <strong>el</strong>ectrostático <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> crudo.
Figura No 26 . Vista externa <strong>de</strong> un equipo <strong>el</strong>ectrostático <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> crudo.<br />
Fuente: PETRECO.<br />
Los glóbulos <strong>de</strong> una emulsión <strong>de</strong> petróleo en agua varían en tamaño <strong>de</strong>s<strong>de</strong> lo:;<br />
0.0001 hasta varios milimeiros en diámetros. De un estudio hecho en uri<br />
microscopio <strong>el</strong>éctrico, se encontró que algunos glóbulos tienen una carga <strong>el</strong>éctriai<br />
positiva, mientras que otros no tienen ninguna carga.<br />
Cuando una corriente alterna <strong>de</strong> alta potencia es impuesta a través <strong>de</strong> una<br />
emulsión, los glóbulos aunque ya estén previamente cargados o no, se cargaran por<br />
inducción. Instantáneamente cada partícula tendrá una carga positiva en <strong>el</strong> lado d ~l<br />
cátodo y una carga negativa en <strong>el</strong> lado <strong>de</strong>l ánodo. La atracción ent-e las carga:;<br />
opuestas <strong>de</strong> los glóbulos, causarán que éstas se atraigan y se alineen l'ormando uní3<br />
ca<strong>de</strong>ria entre los <strong>el</strong>ectrodos, don<strong>de</strong> <strong>el</strong> lado positivo <strong>de</strong> los glObulos esti en contacto<br />
con e! lado negativo <strong>de</strong> los glóbulos adyacentes.<br />
Cuando esta ca<strong>de</strong>na está completa y en contacto con ambos <strong>el</strong>ectrodos,<br />
corriente <strong>de</strong> alto potencial, seguirá la trayectoria <strong>de</strong> menor resistencia, pasando a<br />
través <strong>de</strong> la ca<strong>de</strong>na entre los dos <strong>el</strong>ectrodos, causando la ruptura <strong>de</strong> los glóbulos -4<br />
por Ic tanto, la coagulación y <strong>el</strong> asentamiento <strong>de</strong> éstos. Esta formación y ruptura di?
las ca<strong>de</strong>nas se produce continua y muy rápidamente, por lo tanto, en cualquie-<br />
momento tenemos la formación <strong>de</strong> una ca<strong>de</strong>na.<br />
En resumen, la corriente <strong>el</strong>éctrica es utilizada en ocasiones <strong>para</strong> 1-eagrupar las<br />
moléculas <strong>de</strong>l agente emulsificante o membrana protectora, criginando <strong>el</strong><br />
<strong>de</strong>bilitamiento <strong>de</strong> la p<strong>el</strong>ícula, lo cual induce al rompimiento <strong>de</strong> emulsiones. La fuerza<br />
<strong>de</strong> atracción entre gotas <strong>de</strong> igual tamaño en un campo <strong>el</strong>éctrico pue<strong>de</strong> ser calculada<br />
por la ecuación (4). La figura No 27 ilustra en una composición <strong>de</strong> micro fotografía!;<br />
<strong>de</strong> una emulsión tomada a 1200 imágenes por segu~do. Se rprecia como<br />
coalescen las gotas <strong>de</strong> petróleo.<br />
Emulsión inicial 0.01 33 sec. <strong>de</strong>spués<br />
<strong>de</strong> aplicar voltaje.<br />
<strong>de</strong> aplicai- voltaje.<br />
0.055 sec. <strong>de</strong>spués 0.081 sec. Después <strong>de</strong> 0.083 sec. Después<br />
<strong>de</strong> aplicar voltaje. aplicar voltaje. <strong>de</strong> aplica1 voltaje.<br />
Figura No 27. Composición <strong>de</strong> rnicro fotografías <strong>de</strong> una emulsión tomada a 1203 imágenes por<br />
Segundo.<br />
Fuente: PETROLITE
En <strong>el</strong> proceso <strong>el</strong>éctrico, la emulsión es colocada entre un <strong>el</strong>ectro1;lo fijo y otra<br />
móvil. El <strong>el</strong>ectrodo móvil está en constante rotación <strong>para</strong> asegurar u i completc~<br />
cubrimiento por la emulsión. Entre estos dos <strong>el</strong>ectrodos comúnmenle se utilizari<br />
voltajes <strong>de</strong> se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> los <strong>el</strong>ectrodos. La corriente es suplida dl3 uno o do:;<br />
transformadores <strong>de</strong> 220 a 440 voltios respectivamente. La corriente usada tiene una<br />
intensidad <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 10 amperios.<br />
Muchos tipos <strong>de</strong> <strong>el</strong>ectrodos han sido i<strong>de</strong>ados <strong>para</strong> la <strong>de</strong>shidratación <strong>de</strong> las<br />
emulsiones <strong>de</strong> petróleo, pero en general se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>cir que hay d3s clases do<br />
<strong>el</strong>ectrodos, basados principalmente en la rata <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> la emulsión a través <strong>de</strong>l<br />
campo <strong>el</strong>éctrico.<br />
Las figuras No 28-A, 28-B y 284, presentan una vista interna <strong>de</strong>?<br />
<strong>de</strong>shidratadores <strong>el</strong>ectrostáticos.<br />
Figura No 28-A. Vista interna <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratador <strong>el</strong>ectrostático.<br />
Fuente: PETRECO.
Figura No 28-6. Vista interna <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratador <strong>el</strong>edrostático.<br />
Fuente: PETRECO.<br />
Fguras No 28-C. . Vista interna <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratador <strong>el</strong>ectrostático.<br />
Fuente: PETRECO.<br />
íos tipos <strong>de</strong> <strong>el</strong>ectrodos pue<strong>de</strong>n ser:<br />
e Electrodos <strong>de</strong> baja v<strong>el</strong>ocidad: El sistema <strong>de</strong> <strong>el</strong>ectrodos <strong>de</strong> baja v<strong>el</strong>ocidatl<br />
consiste en dos <strong>el</strong>ectrodos horizontales y <strong>para</strong>l<strong>el</strong>os, <strong>de</strong> distinto potencial. Cada
<strong>el</strong>ectrodo esta formado por una serie <strong>de</strong> anillos concéntricos en un planc<br />
horizontal, y ambos están suspendidos, uno encima <strong>de</strong>l otro, por aisladores, y<br />
todo <strong>el</strong> conjunto se encuentra en la parte superior <strong>de</strong>l se<strong>para</strong>dor. UI distribuidor<br />
o espaciado; introduce la emulsión en <strong>el</strong> <strong>de</strong>shidratador por <strong>de</strong>bajo do los<br />
<strong>el</strong>ectrodos don<strong>de</strong> comienza a fluir lentamente hacia arriba hasta llegar al campo<br />
<strong>el</strong>éctrico.<br />
En este punto las partículas <strong>de</strong> agua se coagulan y caen :iI fondo <strong>de</strong>l<br />
<strong>de</strong>shidratador <strong>de</strong> don<strong>de</strong> es drenada continuamente <strong>de</strong> manera quj <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> <strong>de</strong><br />
agua esté siempre por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> los <strong>el</strong>ectrodos. El petróleo <strong>de</strong>shidratadc<br />
continua su ascenso y sale fuera <strong>de</strong>l recipiente a través <strong>de</strong> una tubería en <strong>el</strong> top~<br />
<strong>de</strong>l <strong>de</strong>shidratador. El sistema <strong>de</strong> <strong>el</strong>ectrodos establece un campo <strong>el</strong>éc:trico en tods<br />
la sección transversal <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong> modo que todo <strong>el</strong> pet:óleo <strong>de</strong>be atravesar e<br />
campo antes <strong>de</strong> abandonar <strong>el</strong> <strong>de</strong>shidratador.<br />
Esta clase <strong>de</strong> <strong>el</strong>ectrodos se utiliza <strong>para</strong> emulsiones que tienen uncc<br />
conductividad <strong>el</strong>éctrica r<strong>el</strong>ativamente baja y también <strong>para</strong> petróleos pesados<br />
los cuales requieren condiciones <strong>de</strong> flujo lento <strong>para</strong> obtener una buen?<br />
se<strong>para</strong>ción.<br />
Electrodos <strong>de</strong> alta v<strong>el</strong>ocidad: Este sistema <strong>de</strong> <strong>el</strong>ectrodo:; es usado<br />
principalmente <strong>para</strong> petróleos livianos <strong>de</strong> baja viscosidad y cor; emulsiones qu~'<br />
tienen una alta conductividad <strong>el</strong>éctrica. Los dos <strong>el</strong>ectrodos están suspendidos;<br />
por medio <strong>de</strong> aisladores er; una forma similar a los ya estudiados previamente<br />
Sin embargo, estos últimos contienen menos anillos concéntricos y consumer.<br />
menos energía <strong>el</strong>éctrica.<br />
El petróleo entra directamente en <strong>el</strong> espacio comprendido eritre los dos<br />
<strong>el</strong>ectrodos por medio <strong>de</strong> un resorte <strong>de</strong> distribución, <strong>el</strong> cual, por su posición en <strong>el</strong><br />
centro, envía la emulsión en forma radial, en todo sentido y sn un plano<br />
horizontal. De esta manera, todo <strong>el</strong> petróleo es forzado a pasar repetidas vn ~ces zi<br />
través <strong>de</strong>l campo <strong>el</strong>éctrico.
2.6.4.:. Tipos <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratadores <strong>el</strong>éctricos.<br />
Los <strong>de</strong>shidratadores consisten sencillamente en un recipiente a presión en los<br />
cuales se colocan los <strong>el</strong>ectrodos en la forma ya estudiada. Estos piie<strong>de</strong>n ser <strong>de</strong><br />
dos tipos:<br />
- Vertica!es<br />
- Horizontales<br />
El <strong>de</strong>shidratador <strong>el</strong>éctrico horizontal provee mayor volumen <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> que<br />
<strong>el</strong> <strong>de</strong>shidratador vertical <strong>de</strong> tamaño flsico similar, es <strong>de</strong> mayor eficiencia en lo q u~<br />
respecta a la capacidad <strong>para</strong> acomodar ciertos dispositivos <strong>de</strong> los <strong>el</strong>ectrodos, <strong>de</strong>,<br />
acuerdo al tipo y condición <strong>de</strong> la emulsión a tratar. Deshidratadores e ectrostáticos<br />
horizontales se muestran en las figuras No 29-A y No 29-B.<br />
TUBO DE<br />
CALENTAMIENTO<br />
ENTRADA DE<br />
DEFLECTOR ALREDEDOR<br />
DEL TUBO DE<br />
CALENTAMIENTO<br />
IGUALADOR DE<br />
GAS<br />
EXTRACTOR DE<br />
SALIDA DE AGUA<br />
SALIDA DEI<br />
PETRÓLEO<br />
Figura No 29-A. Deshidratador <strong>el</strong>edrostático horizontal.
R<strong>el</strong>illas<br />
<strong>el</strong>éctricas con<br />
espaciamiento<br />
Bafle difusor<br />
Figura N" 29-b. Deshidratadores <strong>el</strong>ectrostático horizorital con rejillas <strong>el</strong>ectricas verticales <strong>para</strong> flujcl<br />
<strong>de</strong> fluidos en dirección vertical.<br />
En la actualidad, <strong>el</strong> <strong>de</strong>shidratador <strong>el</strong>éctrico horizontal es <strong>el</strong> más utilizado, perc,<br />
en algunos casos se utilizan los <strong>de</strong>shidratadores <strong>el</strong>éctricos verticales, sobre todo.<br />
en cix~~pos petroleros don<strong>de</strong> se manejan volúmenes pequeños.<br />
La principal ventaja <strong>de</strong>l sistema <strong>el</strong>éctrico es la v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> coalescencia y<br />
sep~ración <strong>de</strong> agua. Sin embargo, es preciso combinarla <strong>para</strong> su mejcir efectividad<br />
con <strong>el</strong> método químico, o sea <strong>el</strong> agregado <strong>de</strong> <strong>de</strong>sernulsionante.<br />
P, la hora <strong>de</strong> realizar los diseños y dimensionar los <strong>equipos</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratacióri<br />
<strong>el</strong>eclrostitica <strong>el</strong> fundamental <strong>de</strong>terminar una serie <strong>de</strong> <strong>para</strong>metros Involucrados.<br />
entrti estos parámetros se encuentra uno <strong>de</strong> gran r<strong>el</strong>evancia <strong>el</strong> cual es <strong>el</strong> factor <strong>de</strong><br />
carga (en EBLIDINPIE~). El factor <strong>de</strong> carga generalmente se obtiei~e a partir d~<br />
[a ccrrida <strong>de</strong>l crudo a <strong>de</strong>shidratar, o <strong>de</strong>salar, en una planta piloto.<br />
crudo.<br />
La tabla No 3 muestra valores <strong>de</strong>l factor <strong>de</strong> carga <strong>para</strong> diferer~tes tipos <strong>de</strong>
(:rudo i API @ 60 "F , Viscosidad<br />
Cps @ : Factor <strong>de</strong> caiga<br />
210 OF BBUDIAIPIE~ @ 210 OF ;<br />
.................................................................................................................................................................................................................<br />
Furrial 29.5 i 23 69<br />
.......................................................................................................................................................................................................................<br />
Oriente 26.9 25.3<br />
62<br />
Maya 21.8<br />
............................................................<br />
Crutje Blend 25<br />
Tabla N" 2. Valores <strong>de</strong>l factor <strong>de</strong> carga <strong>para</strong> diferentes tipos <strong>de</strong> crudo.<br />
Fuente: PETROLITE.<br />
El proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación <strong>de</strong>l crudo mediante <strong>tratamiento</strong> <strong>el</strong>éctrico se<br />
<strong>de</strong>scribe a continuación, <strong>el</strong> crudo penetra en un tanque <strong>de</strong> asentamierlto que <strong>de</strong>b~<br />
tener la capacidad suficiente <strong>para</strong> permitir una precipitación a<strong>de</strong>cuada y en don<strong>de</strong> se<br />
(e ext~ae una cantidad consi<strong>de</strong>rable <strong>de</strong> agua. El crudo, conjuntairiente con lz<br />
emulsión, sale por la parte superior y entra al tanque <strong>de</strong> limpieza.<br />
Posteriormente, la mezcla es bombeada a través <strong>de</strong> termocambiadores y <strong>de</strong> uri<br />
calentador, <strong>el</strong>evando la temperatura hasta 250" F, a fin <strong>de</strong> reducir la viscosidad y<br />
facilitar la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong>l agua. El primer grupo <strong>de</strong> termocambiadores transmite a IE!<br />
mezcla <strong>el</strong> calor <strong>de</strong>l petróleo limpio que sale <strong>de</strong> los precipitadores <strong>el</strong>~ictricos, y e<br />
segundo grupo transmite <strong>el</strong> calor <strong>de</strong>l agua que sale <strong>de</strong>l fondo <strong>de</strong> la misrna unidad <strong>de</strong><br />
precip't i a d ores.<br />
El agua caliente precipitada es llevada <strong>de</strong> nuevo al tanque <strong>de</strong> asentamiento, cori<br />
<strong>el</strong> objeto <strong>de</strong> completar la se<strong>para</strong>ción inicial <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong>l crudo conti~minado q u~<br />
llega <strong>para</strong> ser sometido a <strong>tratamiento</strong>. El crudo junto con la em~ls~ón, una vez:<br />
calentado, entra en los precipitadores <strong>el</strong>éctricos, en don<strong>de</strong> finaliza <strong>el</strong> roceso so y set<br />
<strong>el</strong>imina la mayor parte <strong>de</strong>l agua. Es muy importante que <strong>el</strong> petróleo lirripio que sale<br />
<strong>de</strong> los precipitadores <strong>el</strong>éctricos se enfríe convenientemente ar,tes <strong>de</strong> ser<br />
almacenado en <strong>el</strong> patio <strong>de</strong> tanqiies, a fin <strong>de</strong> evitar perdidas por evaporaziones.
En Venezu<strong>el</strong>a, plantas <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación <strong>el</strong>éctrica son usadas en los campos <strong>de</strong><br />
Lagun llas y Quiriquire.<br />
La figura No 30 muestra esquemáticamente un diagrama típico <strong>de</strong> ura instalación<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación <strong>el</strong>éctrica.<br />
Petróleo<br />
Contaminad13<br />
I<br />
I<br />
Tanque <strong>de</strong><br />
Asentamientn<br />
Asentamiento<br />
Zona <strong>de</strong> Agua<br />
L-.,IIIII---I-<br />
1----------<br />
lntercambiadores 1<br />
Precipitadores <strong>el</strong>éctricos<br />
Figura No 30. Sistema <strong>el</strong>éctrico <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación.<br />
Tanqi~e <strong>de</strong> Bomba<br />
Limpieza<br />
I<br />
,Petróleo<br />
- - - - Agua
Taqto en los métodos químicos como <strong>el</strong>éctricos <strong>de</strong>ben tomzrse muchas,<br />
precauciones, <strong>para</strong> garantizar que <strong>el</strong> agua extraída y arrojada comc) <strong>de</strong>sperdicicl<br />
esté completamente limpia y sin mezcla <strong>de</strong> petróleo, a fin <strong>de</strong> evitar conti3minaciones.<br />
Esto se consigue normalmente haciendo pasar <strong>el</strong> agua por una fosa <strong>de</strong><br />
asentamiento, <strong>de</strong>s<strong>de</strong> don<strong>de</strong> se pue<strong>de</strong> extraer cualquier cantidad <strong>de</strong> petróleo que<br />
pudiera contener. Como alternativa, <strong>el</strong> agua extraída pue<strong>de</strong> ser bombeada a pozos<br />
no prcductores o usada como agua <strong>de</strong> inyección.<br />
2.6.4. Desalación <strong>de</strong> <strong>crudos</strong>.<br />
La mayoría <strong>de</strong> las aguas asociadas a la producción <strong>de</strong> petróleo cor tienen sales<br />
las cuales pue<strong>de</strong>n ocasionar problemas en los procesos <strong>de</strong> producción y refinación<br />
especialmente cuando los sólidos precipitados forman escamas en calentadores<br />
intercanibiadores, etc., lo cual pue<strong>de</strong> causar una ac<strong>el</strong>eración en la con-osión <strong>de</strong> lasl<br />
iineas <strong>de</strong> tubería, los <strong>equipos</strong> y facilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> producción.<br />
En casi todos los casos la sal contenida en <strong>el</strong> petróleo, consiste en sial disu<strong>el</strong>ta eri<br />
pequeñas gotas <strong>de</strong> agua que a su vez se encuentran dispersas <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l petróleo<br />
En algurios casos <strong>el</strong> petróleo producido pue<strong>de</strong> contener cristales <strong>de</strong> sal, los cuales se<br />
forman como consecuencia <strong>de</strong> los cambios <strong>de</strong> presión y temperatura que sufre e<br />
fluido durante <strong>el</strong> recorrido por la tubería <strong>de</strong>l pozo y a través <strong>de</strong> los <strong>equipos</strong> <strong>de</strong><br />
producción. Los cristales <strong>de</strong> sal fluirán fuera <strong>de</strong>l agua por lo que estos nci son <strong>de</strong> grarl<br />
importaiicia en los procesos <strong>de</strong> <strong>de</strong>salación.<br />
La salinidad <strong>de</strong> las aguas <strong>de</strong> formación varía ampliamente, pero IEI mayoría <strong>de</strong><br />
estas aguas tienen un rango <strong>de</strong> salinidad <strong>de</strong> 15000 a 130000 PPM <strong>de</strong>! equivalente'<br />
NaCI. Un petróleo conteniendo solo un 1% <strong>de</strong> agua con una concentracón <strong>de</strong> sal <strong>de</strong><br />
15000 PPM, tendrá 55 Lbm <strong>de</strong> sa1/1000 Bls. Esto será bastante negativo si se<br />
consi<strong>de</strong>ca que <strong>el</strong> contenido aceptable <strong>de</strong> sal varia <strong>de</strong> acuerdo a los contratos <strong>de</strong>s<br />
venta, pero generalmente no <strong>de</strong>be ser más <strong>de</strong> 43 a 57 gramos <strong>de</strong> sal/m3 (15 a 2Cl<br />
libras <strong>de</strong> sal por mil barriles <strong>de</strong> crudo, PTB) <strong>para</strong> refinerías sencillas. Para las que
tienen procesos más complejos y usan catalizadores, las especificaciories son más<br />
exigentes y pue<strong>de</strong>n llegar a 2,9 gramos <strong>de</strong> sal/m3 (1 PTB).<br />
La composición química <strong>de</strong> estas sales también es variable pero la mayor parte es<br />
generalmente NaCl con cantida<strong>de</strong>s menores <strong>de</strong> Calcio y Cloruro <strong>de</strong> Rlagnesio. LE<br />
presencia <strong>de</strong> sales en <strong>el</strong> agua residual resulta en problemas <strong>de</strong> limpieza y <strong>de</strong><br />
corrosión en la refinería. La mayoría <strong>de</strong> las refinerías empiezan <strong>el</strong> trstamiento <strong>de</strong>'<br />
crudo por una <strong>de</strong>salación, la cual permite también reducir <strong>el</strong> contenidc) <strong>de</strong> metales<br />
(Fe, Ni V) y <strong>de</strong> arsénico a valores que pue<strong>de</strong>n tolerar los catalizadores d~<br />
reformación, <strong>de</strong> isomerización y <strong>de</strong> craqueo.<br />
DeSido a los problemas operacionales asociados con la sal, la mayoría <strong>de</strong> las<br />
refinerías compran petróleo con un contenido <strong>de</strong> sal <strong>de</strong> entre 10 a 2Cl PTB, por Ic<br />
que es necesario, como se mencionaba anteriormente, someter al ~etróleo a ur<br />
proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>salación inicial hasta llegar a concentraciones <strong>de</strong> sal dc? entre 1 a E,<br />
PTB, esto antes <strong>de</strong> los <strong>equipos</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>stilación <strong>de</strong> las refinerías. La figura No 31<br />
presenta un gráfico don<strong>de</strong> se indica la formación <strong>de</strong> ácidos corrosivos <strong>de</strong>bido a las,<br />
sales en función <strong>de</strong> la temperatura.<br />
Heat<br />
CaCI2 + 2H20 - Ca(OH)* + 2HCl<br />
Figura No 31. Gráfico <strong>de</strong> formación <strong>de</strong> ácidos corrosivos <strong>de</strong>bido a las sales en función <strong>de</strong> Ici<br />
temperatura.<br />
Fuente: PETROLITE.
En Venezu<strong>el</strong>a ciertos campos petroleros presentan <strong>crudos</strong> con esta característica<br />
como en <strong>el</strong> caso <strong>de</strong>l crudo producido en <strong>el</strong> Campo <strong>de</strong> Temblador, por lo cual es<br />
necesario <strong>de</strong>salar <strong>el</strong> crudo, proceso que se realiza al mismo tiempo <strong>de</strong> su<br />
<strong>de</strong>shicratación, a fin <strong>de</strong> reducir <strong>el</strong> contenido <strong>de</strong> sal a un límite aceptable en las<br />
refinerías. En este caso también se utiliza una precipitación <strong>el</strong>éctrica.<br />
A manera <strong>de</strong> ejemplo, <strong>el</strong> crudo <strong>de</strong> la segregación Morichal, al sLr <strong>de</strong>l estadc<br />
Monagas, sobrepasa los 290 gramos <strong>de</strong> sal/m3 (100 PTB) y los contr~tos <strong>de</strong> vente<br />
estipulan un contenido máximo <strong>de</strong> sal <strong>de</strong> 57 gramos <strong>de</strong> (20 PTB), sierido por tantc<br />
necesario <strong>de</strong>salarlo.<br />
El propósito <strong>de</strong> los sistemas <strong>de</strong> <strong>de</strong>salación es reducir <strong>el</strong> contenido <strong>de</strong> sal <strong>de</strong>l<br />
petróleo a niv<strong>el</strong>es aceptables. En caso <strong>de</strong> que la salinidad <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong> Formación nc<br />
sea tan gran<strong>de</strong>, <strong>el</strong> proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>salación es esencialmente <strong>el</strong> mismo que Is<br />
<strong>de</strong>shic;ratación <strong>de</strong> campo. La principal diferencia es que se introduce una ciert~<br />
cantidad <strong>de</strong> agua dulce que se emulsiona con <strong>el</strong> crudo <strong>para</strong> formar iina emulsiór<br />
P/A con un contenido <strong>de</strong> agua suficiente (5-10%) <strong>para</strong> que se pueda producir un2<br />
se<strong>para</strong>ción eficiente. En este caso los conceptos y <strong>equipos</strong> <strong>de</strong>scritos ¿interiormente<br />
<strong>para</strong> los <strong>tratamiento</strong>s <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> emulsionados pue<strong>de</strong>n ser aplicados.<br />
La <strong>de</strong>salación se pue<strong>de</strong> realizar en una o dos etapas, pero generalmente se hace<br />
en dos etapas. La primera consiste en un se<strong>para</strong>dor-calentador y la segunda en ur<br />
se<strong>para</strong>dor <strong>el</strong>ectrostatico.<br />
Se inyecta agua fresca a la entrada <strong>de</strong> cada etapa. Con <strong>el</strong> sisteina <strong>de</strong> doble<br />
etapa se alcanza fácilmente una taza <strong>de</strong> sal residual inferior a 1 PTB. Tal instalaciór<br />
permite <strong>el</strong> reciclaje <strong>de</strong> crudo contaminado, y <strong>de</strong> aceite recuperado <strong>de</strong> las plantas <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>puración sin más problema.<br />
Es importante mencionar que en los procesos <strong>de</strong> <strong>de</strong>salación <strong>de</strong> crudo un aspectc<br />
critico <strong>de</strong> la <strong>de</strong>salación es la reducción <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong> lavado <strong>para</strong> reduc r <strong>el</strong> volumer<br />
<strong>de</strong> efl~entes, ya que este luego <strong>de</strong>berá ser sometido a un <strong>tratamiento</strong> <strong>para</strong> su<br />
disposición final y un volumen muy alto generará costos adicionales en los procesos<br />
118
<strong>de</strong> clarificación <strong>de</strong> agua. Mediante la recirculación se incrementa la eficiencia <strong>de</strong><br />
contac;to y se reduce <strong>el</strong> agua requerida. La figura No 32 ilustra un proceso d~<br />
se<strong>para</strong>ción en dos etapas, mostrando un plano fotográfico <strong>de</strong> 1.3 planta <strong>de</strong><br />
<strong>tratamiento</strong> y un plano <strong>de</strong>l sistema.<br />
DESHIDRATADOR PRIMERA ETAPA SEGUNDA ETAPA<br />
DE DESALACIÓN DE DESALACIÓN<br />
Figura No 32. Proceso <strong>de</strong> se<strong>para</strong>ción en dos etapas, mostrando un plano fotográfico <strong>de</strong> la planta dc,<br />
<strong>tratamiento</strong> y un plano <strong>de</strong>l sistema.<br />
Fuente: PETRECO<br />
La concentración <strong>de</strong> sal presente en <strong>el</strong> crudo pue<strong>de</strong> ser obtenida mediante 1 ~ :<br />
siguieiite ecuación:
Don<strong>de</strong>:<br />
(Ec. 5)<br />
Cso = Contenido <strong>de</strong> sal en petróleo, en LbmI1000 BIS (PTB).<br />
CsvJ= Concentración <strong>de</strong> sal en <strong>el</strong> agua <strong>de</strong> producción, en PPM.<br />
Yw= Gravedad específica <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong> producción.<br />
fw = Volumen <strong>de</strong> agua, en fracción.<br />
Esta ecuación también pue<strong>de</strong> ser expresada <strong>de</strong> la siguiente forma:<br />
Don<strong>de</strong>:<br />
P<br />
PTB = 0.0035 . % AyS. PPM (Ec. 6)<br />
PTB = Contenido <strong>de</strong> sal en petróleo.<br />
% AyS = Porcentaje <strong>de</strong> agua y sedimento.<br />
PPM = Concentración <strong>de</strong> sales en <strong>el</strong> agua <strong>de</strong> producción.<br />
Parámetros típicos en la <strong>de</strong>salación <strong>de</strong> crudo son presentados en la .:abla NO3 .<br />
PARAMETROS T~PICOS DE LOS PROCESOS DE DESALAC;IÓN<br />
Remoción <strong>de</strong> sal 95% (una etapa)<br />
Sal que entra máx. 1001bl1000bbl petróleo<br />
Sal que sale 0.2 - 2.01b/1000bbl petróleo<br />
Eliminación <strong>de</strong> sólidos 50% - 80%<br />
% AyS salida 0.1% - 1.0%<br />
Petriileo en agua efluente 100ppm - 1 .O%<br />
Flujo <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> lavado mín. 3% - 8% <strong>de</strong>l volumen <strong>de</strong> crudo <strong>de</strong> alimentación.<br />
Temperatura <strong>de</strong> trabajo 100 -1 500~ 1 21 2 - 301 OF<br />
Tabla F.lo 3. Parametros típicos <strong>de</strong> los procesos <strong>de</strong> <strong>de</strong>salación.<br />
Fuente: PETROLITE
La figura No 33 muestra un diagrama <strong>de</strong> una instalación típica <strong>de</strong> un sistema<br />
utilizac'o en <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> un crudo contaminado con agua <strong>de</strong> un alto contenido<br />
<strong>de</strong> sal, que como en <strong>el</strong> caso <strong>de</strong>l Campo <strong>de</strong> Temblador, es casi parecida al agua <strong>de</strong>l<br />
mar.<br />
...................<br />
. . . . . .<br />
.......................<br />
................<br />
.......................<br />
......................<br />
.......................<br />
.....................<br />
.....................<br />
salmuera<br />
......................<br />
Crudo y agua bastante<br />
alada a 80 "F<br />
1. Tanque <strong>de</strong> asentamiento. Petróleo y salmuera.<br />
2. Tanque <strong>de</strong> asentamiento. Petróleo mezclado con agua caliente.<br />
3 Tanque limpiador.<br />
4. Sistema <strong>de</strong> bombeo.<br />
5. Termocambiadores.<br />
6. Calentador.<br />
7. Deshidratador.<br />
8. Sistema <strong>para</strong> mezclar petróleo con agua dulce.<br />
9. Sistema <strong>para</strong> mezclar petróleo con agua dulce.<br />
1 O. Desalador.<br />
100 "F<br />
Figura No 33. Diagrama <strong>de</strong> una instalación típica <strong>de</strong> un sistema utilizado en <strong>el</strong> fratamiento<br />
<strong>de</strong> un crudo contaminado con sal.
El proceso que se realiza <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> crudo contaminiado con sal<br />
consiste en primer lugar en hacer pasar por un tanque <strong>de</strong> asentami:3nto ( A), en<br />
don<strong>de</strong> se le extrae cierta cantidad <strong>de</strong> agua en las condiciones atmosféricas <strong>de</strong><br />
presióri y temperatura. De allí, <strong>el</strong> crudo sale por la parte superior y se mezcla con <strong>el</strong><br />
agua calentada en las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación y <strong>de</strong>salación y entra en <strong>el</strong><br />
segunclo tanque <strong>de</strong> asentamiento (2). En este tanque se efectúa nueva :;e<strong>para</strong>ción y<br />
extracción <strong>de</strong> agua; <strong>el</strong> agua sale por <strong>el</strong> fondo <strong>de</strong>l tanque, mientras <strong>el</strong> petróleo es<br />
sacado por la parte superior y llevado a un tanque limpiador, (3) <strong>de</strong> doncle los fluidos<br />
son bcmbeados (4) a través <strong>de</strong> unos termocambiadores (5), en don<strong>de</strong> empieza a<br />
recibir calor.<br />
De los termocambiadores los fluidos pasan a través <strong>de</strong> un calentador (6) <strong>para</strong><br />
reducir un poco la viscosidad antes <strong>de</strong> entrar en <strong>el</strong> <strong>de</strong>shidratador (7), en don<strong>de</strong> se le<br />
extrae la mayor parte <strong>de</strong>l agua.<br />
El crudo, con <strong>el</strong> contenido <strong>de</strong> agua que le queda, se mezcla con agua dulce<br />
caliente (8) y (9) antes <strong>de</strong> entrar al <strong>de</strong>salador en don<strong>de</strong> todo <strong>el</strong> resto <strong>de</strong>l agua es<br />
extraído y <strong>de</strong> allí finalmente se bombea <strong>el</strong> petróleo limpio al almacenamiento,<br />
pasando a través <strong>de</strong> los termocambiadores (5) a fin <strong>de</strong> enfriarlo y evitar pérdidas.<br />
Las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación y <strong>de</strong>salación requieren limpieza frwuente a fin<br />
<strong>de</strong> reniover los <strong>de</strong>pósitos <strong>de</strong> sal y arena que se forman durante <strong>el</strong> proceso <strong>de</strong><br />
<strong>tratamiento</strong>.<br />
2.6.6. Procesos aplicados en la remoción <strong>de</strong> azufre presente en los<br />
hidrocarburos.<br />
El azufre está presente en <strong>el</strong> crudo en distintas concentraciones: como azufre<br />
orgánico (mercaptanos y tiofenos) y como sulfuro <strong>de</strong> hidrógeno (H2S). A lo largo <strong>de</strong>l<br />
procesamiento <strong>de</strong>l crudo, algunos <strong>de</strong> los compuestos orgánicos <strong>de</strong>l azufre son<br />
converiidos a H2S, <strong>el</strong> cual es absorbido por compuestos químicos y rerriovido <strong>de</strong> las<br />
corriectes <strong>de</strong> hidrocarburos. Estos compuestos químicos son posteriormente
egenerados y <strong>el</strong> H2S es concentrado en una corriente gaseo:;a, llamada<br />
normalmente gas ácido.<br />
El aumento <strong>de</strong> producción <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> que contienen proporciones <strong>de</strong> azufre<br />
r<strong>el</strong>ativamente altas, se tradujo lógicamente en un aumento <strong>de</strong>l contenitlo <strong>de</strong> azufre<br />
en varios productos <strong>de</strong> refinería. A<strong>de</strong>más, <strong>el</strong> mercado <strong>para</strong> algunos <strong>de</strong> <strong>el</strong>los (aceites<br />
Dies<strong>el</strong>) <strong>de</strong>mandaba aceites con bajo contenido <strong>de</strong> azufre. Esto hizo necesario <strong>el</strong><br />
<strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> métodos <strong>para</strong> remover los compuestos <strong>de</strong> azufre <strong>de</strong> estos productos.<br />
Alguncls <strong>tratamiento</strong>s <strong>para</strong> la remoción <strong>de</strong>l azufre producido con los hidrocarburos se<br />
presentan a continuación.<br />
2.6.6.1. Hidro<strong>tratamiento</strong>.<br />
El hidro<strong>tratamiento</strong> es un proceso mediante <strong>el</strong> cual los compuesto:; <strong>de</strong> azufre y<br />
nitrógeno son removidos <strong>de</strong> la carga o alimentación y convertidos En sulfuro <strong>de</strong><br />
hidrdgeno y amoniaco, respectivamente, al reaccionar con hidrógeno en presencia<br />
<strong>de</strong> u11 catalizador.<br />
Antes <strong>de</strong> la Segunda Guerra Mundial hubo poco incentivo en la iiidustria <strong>para</strong><br />
estudiar <strong>el</strong> mejoramiento <strong>de</strong> la calidad <strong>de</strong> los productos por hidrotratsmiento. Los<br />
procesos tradicionales <strong>para</strong> la remoción <strong>de</strong>l azufre usaban ácido sulfúrico, <strong>de</strong><br />
aplicación limitada v <strong>de</strong> un alto costo <strong>de</strong> operación por pérdidas <strong>de</strong> iicido. Des<strong>de</strong><br />
entonces, diversos factores; contribuyeron al <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> procesos ~;ofisticados y<br />
flexi ties <strong>de</strong> hidro<strong>tratamiento</strong>.<br />
E.I aumento <strong>de</strong> la producción <strong>de</strong> <strong>crudos</strong> con alto contenido <strong>de</strong> azufre y las.<br />
restricciones sobre emanaciones <strong>de</strong> compuestos sulfurosos a la atmósfera hicieror~<br />
más estrictas las especificaciones <strong>de</strong> los productos y originaron la necesidad <strong>de</strong><br />
una mayor capacidad <strong>de</strong> remoción <strong>de</strong> azufre en las refinerías. La disponibilidad <strong>de</strong><br />
hidrhgeno r<strong>el</strong>ativamente barato, como subproducto <strong>de</strong> reformación catalítica dio<br />
impcilso adicional al <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> procesos <strong>de</strong> remoción <strong>de</strong> azufre poi-<br />
hidro<strong>tratamiento</strong>.
La hidro<strong>de</strong>sulfuración ha sido usada ampliamente <strong>para</strong> tratar nafta:; <strong>para</strong> carga<br />
o alimento <strong>de</strong> los reformadores cataliticos; los kerosenes y ga:;óleos <strong>para</strong><br />
a<strong>de</strong>ci~arlos como componentes <strong>de</strong> mezclas y10 alimentación <strong>para</strong> otros procesos.<br />
Actualmente; y lo cual ha sido una ten<strong>de</strong>ncia creciente a niv<strong>el</strong> mundial, la<br />
<strong>de</strong>manda creciente <strong>de</strong> <strong>de</strong>stilados <strong>de</strong> mayor valor y menor producción (le residual a<br />
partir <strong>de</strong>l petróleo, ha promovido la investigación y <strong>el</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> procesos más<br />
efectvos <strong>de</strong> conversión. El resultado ha sido <strong>el</strong> incremento <strong>de</strong> productos<br />
craqiieados con alto contenido <strong>de</strong> olefinas, aromáticos, nitrógeno y azufre que<br />
requieren ser tratados, y <strong>el</strong> hidro<strong>tratamiento</strong> resulta ser una <strong>de</strong> las mejores<br />
alterriativas.<br />
El proceso <strong>de</strong> hidro<strong>tratamiento</strong> es ampliamente usado p¿:ra remover<br />
contaminantes (azufre, nitrógeno, etc.) y se han <strong>de</strong>sarrollado diferentes tipos <strong>de</strong><br />
catalizadores. El catalizador generalmente usado <strong>para</strong> hidro<strong>de</strong>s~lfuración es<br />
cobalto - molib<strong>de</strong>no finamente distribuido en un alma <strong>de</strong> alúmina.<br />
En los procesos que requieren alto porcentaje <strong>de</strong> remoción (le nitrógeno<br />
(<strong>de</strong>siiitrogenación) y10 saturación <strong>de</strong> oleofinas, se usan catalizadores <strong>de</strong><br />
níqu<strong>el</strong>-molib<strong>de</strong>no en alma <strong>de</strong> alúmina. Cuando <strong>el</strong> objetivo <strong>de</strong> proceso es remover<br />
oxígeno, se utilizan catalizadores <strong>de</strong> cromito <strong>de</strong> cobre.<br />
Lo anterior indica que la s<strong>el</strong>ección <strong>de</strong>l catalizador <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> fundamentalment~<br />
<strong>de</strong> la carga y <strong>de</strong> la calidad <strong>de</strong>l producto <strong>de</strong>seado. Por otro lado, la vida útil <strong>de</strong><br />
catalizador <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong>l tipo cantidad <strong>de</strong> la carga, <strong>de</strong>l porcentaje <strong>de</strong> azufre en la<br />
carga y en <strong>el</strong> producto, <strong>de</strong> la pureza <strong>de</strong>l H2 y <strong>de</strong> los contaminantr3s presentes<br />
(carbón, metales, etc.). Algunos catalizadores son regenerados fuera <strong>de</strong>l reactoi-<br />
(ex-aitu) <strong>para</strong> su posterior reutilización, y este servicio lo presta11 compañía:;<br />
especializadas.<br />
Las principales reacciones que ocurren en <strong>el</strong> proceso son:<br />
Remoción <strong>de</strong> azufre.
- a. Mercaptanos.<br />
RSH + H2 RH + H2S<br />
b. Sulfuros.<br />
RSR' + 2H2 RH + R'H + H2S<br />
c. Disulfuros.<br />
RSSR' + 3H2 0.5RH + 0.5R'H + 2H2S<br />
- d. Tiofenos<br />
H2C - CH2 + 2H2 C4Hlo + H2S<br />
e. Tiofenos<br />
R.emoción <strong>de</strong> Nitrógeno Pirrol.
Saturación <strong>de</strong> Aromáticos y Olefinas.<br />
a. Aromáticos.<br />
Benceno + 3H2 --+ Ciclohexano.<br />
b. Olefinas.<br />
Se <strong>de</strong>scribe a continuación <strong>el</strong> proceso <strong>de</strong> Hidro<strong>de</strong>sulfurización empleado en la<br />
Refinería <strong>de</strong> Amuay.<br />
El material <strong>de</strong> carga consiste en diversos cortes obtenidos <strong>de</strong> las plantas <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>stilación atmosférica y al vacío según <strong>el</strong> tipo <strong>de</strong> producto que se <strong>de</strong>sea pre<strong>para</strong>r.<br />
Estos cortes son impulsados a través <strong>de</strong> varios termocambiadores y <strong>de</strong> un homo<br />
<strong>de</strong> calentamiento. El gas <strong>de</strong>l hidroformador, que contiene gran cantidad <strong>de</strong><br />
hidrogene, es calentado en otra sección <strong>de</strong>l mismo horno y luego pasado por un<br />
tambor <strong>de</strong> <strong>de</strong>puración en <strong>el</strong> cual son removidas cataliticamente las trazas <strong>de</strong><br />
monóxido <strong>de</strong> carbono nocivo <strong>para</strong> <strong>el</strong> catalizador <strong>de</strong>l reactor. El gas <strong>de</strong>purado y <strong>el</strong><br />
material <strong>de</strong> carga son luego mezclados e introducidos al reactor.<br />
Dentro <strong>de</strong>l reactor, <strong>el</strong> aceite y <strong>el</strong> hidrógeno, íntimamente mezcla,ilos pasan a<br />
trav€s <strong>de</strong> una camada fija <strong>de</strong> catalizador en don<strong>de</strong> <strong>el</strong> azufre contenido en los<br />
aceites reacciona con <strong>el</strong> hidrógeno formando sulfuro <strong>de</strong> hidrógeno.<br />
El producto <strong>de</strong>l reactor es extraído por <strong>el</strong> fondo <strong>de</strong>l mismo enfriado e<br />
introducido a la torre <strong>de</strong> rectificación, en don<strong>de</strong>, mediante la acción <strong>de</strong>l vapor <strong>de</strong><br />
aguz, <strong>el</strong> aceite tratado es <strong>de</strong>spojado <strong>de</strong> los productos livianos formados en <strong>el</strong><br />
reacior, <strong>de</strong>l sulfuro <strong>de</strong> hidrógeno y <strong>de</strong>l exceso <strong>de</strong> gas que no entró en la reacción.<br />
El aceite <strong>de</strong>sulfurizado extraído por <strong>el</strong> fondo <strong>de</strong> la torre es enfriado luego<br />
pasado a través <strong>de</strong> un filtro <strong>de</strong> arena y finalmente es enviado a los tanques <strong>de</strong><br />
126
almacenamiento. El gas parcialmente <strong>de</strong>shidrogenado, <strong>el</strong> sulfuro <strong>de</strong> hidrógeno y <strong>el</strong><br />
vapor <strong>de</strong> agua, son extraídos por <strong>el</strong> tope <strong>de</strong> la torre, pasados por con<strong>de</strong>nsadores y<br />
enviados a un recipiente <strong>de</strong> <strong>de</strong>stilados. Los gases son extraídos <strong>de</strong> este recipiente<br />
a través <strong>de</strong> una válvula reguladora <strong>de</strong> presión y pasados al sistema <strong>de</strong> combustible<br />
gaseoso <strong>de</strong> la refinería.<br />
La regeneración <strong>de</strong>l catalizador se efectúa periódicamente, p(3sando una<br />
mezc.la caliente <strong>de</strong> vapor <strong>de</strong> agua y aire a través <strong>de</strong>l reactor.<br />
2.6.6.2. Recuperación <strong>de</strong> Azufre.<br />
En <strong>el</strong> pasado, se producían pequeñas cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> gas &:ido que se<br />
quemaban en los mechurrios. Sin embargo, <strong>de</strong>bido a la disminución cl<strong>el</strong> contenido<br />
<strong>de</strong> azufre en los productos <strong>de</strong> hidrocarburos y a las regulaciones amtiientales, fue<br />
necesaria la instalación <strong>de</strong> plantas <strong>de</strong> azufre <strong>para</strong> convenir <strong>el</strong> H2S en azufre<br />
<strong>el</strong>emental (Proceso "Claus").<br />
E¡ proceso "Claus" <strong>para</strong> la recuperación <strong>de</strong> azufre es a ampliamente conocido y<br />
está basado en la combustión <strong>de</strong>l H2S a SO2, (a 1.200-1.400 "C), y la reacción<br />
posterior <strong>de</strong>l H2S <strong>para</strong> formar azufre <strong>el</strong>emental según la siguiente ecuación:<br />
2 H2S + SO2 3s + 2H20 (Reacción "Claus")<br />
EL equilibrio <strong>de</strong> la reacción limita la recuperación <strong>de</strong> azufre a<br />
aproximadamente, 95%. La reacción <strong>de</strong>l H2S con <strong>el</strong> SO2 se realiza eri dos etapas,<br />
la térmica (en <strong>el</strong> horno) y la catalítica (en los reactores).<br />
Los catalizadores usados actualmente son a base <strong>de</strong> alúmina activada, los<br />
cuales presentan un alto rendimiento en recuperación <strong>de</strong> azufre y ura resistenci~<br />
meciinica alta.<br />
A<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la reacción "Claus", las principales reacciones <strong>de</strong>l proc, =SO son:
La alimentación <strong>para</strong> esta unidad es gas ácido (rico en H2S) pro\feniente <strong>de</strong><br />
unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> regeneración <strong>de</strong> aminas y gas agrio rico en (NH3 y H2S) que viene <strong>de</strong><br />
las p'antas <strong>de</strong> agua agria. En la alimentación se <strong>de</strong>be minimizar <strong>el</strong> c~ontenido <strong>de</strong><br />
hidro;arburos <strong>para</strong> evitar daños en <strong>el</strong> horno por alta temperatura, ccntaminación<br />
<strong>de</strong>l catalizador por <strong>de</strong>posición <strong>de</strong> carbón v oscurecimiento <strong>de</strong>l azufre producido.<br />
Adicionalmente, la alimentación <strong>de</strong>be contener una cantidad mínima <strong>de</strong> agua <strong>para</strong><br />
reducir la corrosión y mantener la resistencia mecánica <strong>de</strong>l catalizador.<br />
Como se mencionó anteriormente, la recuperación está limitada a 95%; sin<br />
embargo, se han <strong>de</strong>sarrollado procesos <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> los gases<br />
exce<strong>de</strong>ntes o <strong>de</strong> cola <strong>para</strong> disminuir las emanaciones a la atmósfera y aumentar la<br />
recuperación <strong>de</strong> azufre, la cual pue<strong>de</strong> llegar a ser tan alta como 99,9%.<br />
Descripción <strong>de</strong>l proceso: El gas ácido entra al tambor-se<strong>para</strong>dor don<strong>de</strong> se le<br />
remeve <strong>el</strong> líquido presente y <strong>de</strong> allí pasa al quemador principal <strong>de</strong>l horno; igual<br />
operación se realiza con <strong>el</strong> gas agrio y se envía al quemador seciindario. Este<br />
arreglo pue<strong>de</strong> variar según <strong>el</strong> diseño <strong>de</strong> la planta. En <strong>el</strong> horno ocurre Ili combustión<br />
<strong>de</strong>l NH3, hidrocarburos y <strong>de</strong> una tercera parte <strong>de</strong>l H2S alimentado: <strong>el</strong> oxígenc<br />
requvrido <strong>para</strong> esta operación es suministrado mediante un soplador cle aire.<br />
Los gases calientes <strong>de</strong>l horno se envían a una cal<strong>de</strong>ra <strong>para</strong> generar vapor.<br />
doncle <strong>el</strong> azufre producido es con<strong>de</strong>nsado, drenado y recogido en un sumi<strong>de</strong>ro.<br />
P, la salida <strong>de</strong> la cal<strong>de</strong>ra, los gases, que son fundamentalmente uria mezcla <strong>de</strong><br />
sulfuro <strong>de</strong> hidrogeno y dióxido <strong>de</strong> azufre con algo <strong>de</strong> nitrógeno y vapor <strong>de</strong> agua<br />
entran al reactor primario, don<strong>de</strong> a través <strong>de</strong> un lecho <strong>de</strong> catalizador se realiza <strong>de</strong><br />
nuevo la reacción "Claus". El efluente <strong>de</strong> este reactor es enfriado en <strong>el</strong><br />
ecoriomizador, <strong>el</strong> azufre es con<strong>de</strong>nsado y drenado hacia <strong>el</strong> sumi<strong>de</strong>rcl y los gases,<br />
previo recalentamiento, se envían al reactor secundario y <strong>de</strong> alli al segundo<br />
economizador, repitiendo <strong>el</strong> ciclo.<br />
12ti
Los gases que salen <strong>de</strong>l segundo economizador se llaman <strong>de</strong> cola y consisten<br />
fundzmentalmente <strong>de</strong> nitrógeno, vapor <strong>de</strong> agua y pequeñas cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> H2S y<br />
SO2 que no han reaccionado. Este gas pasa a un tambor-se<strong>para</strong>dor en <strong>el</strong> cual se<br />
<strong>de</strong>positan y drenan pequeñas cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> azufre <strong>de</strong> arrastre. Finalrriente, <strong>el</strong> gas<br />
se eiivia a un incinerador en <strong>el</strong> cual se logra la combustión corripleta <strong>de</strong> la<br />
pequeña cantidad <strong>de</strong> H2S antes <strong>de</strong> enviarlo a la atmósfera. El azufre acumulado<br />
en <strong>el</strong> sumi<strong>de</strong>ro es bombeado periódicamente aun tanque <strong>de</strong> almacenzimiento que,<br />
aislatlo y calentado por vapor, sirve <strong>para</strong> mantener <strong>el</strong> azufre líquido.<br />
Plxteriormente, <strong>el</strong> azufre pue<strong>de</strong> comercializarse líquido o sólid~, utilizando<br />
<strong>para</strong> <strong>el</strong>lo lajadores que solidifican <strong>el</strong> azufre a través <strong>de</strong> unas correas enfriadas por<br />
la parte inferior con agua y por la superior con ventiladores. Para solidificar <strong>el</strong><br />
azufre también se utilizan <strong>de</strong>pósitos abiertos.<br />
Las principales variables en la operación <strong>de</strong> las plantas <strong>de</strong> azufre son: la<br />
r<strong>el</strong>ación H2S/S02 (cantidad <strong>de</strong> aire), <strong>para</strong> asegurarse que sólo 113 <strong>de</strong> H2S pasa a<br />
S02, la temperatura <strong>de</strong> entrada a los convertidores y la <strong>de</strong> s;~lida <strong>de</strong> los<br />
economizadores <strong>para</strong> maximizar la recuperación <strong>de</strong> azufre; y la terrperatura <strong>de</strong>l<br />
incinerador <strong>para</strong> que todo <strong>el</strong> H2S sin reaccionar se queme como SO2 .<br />
2.6.6.3. Remoción <strong>de</strong> sulfuro <strong>de</strong> hidrógeno.<br />
Los gases e hidrocarburos líquidos livianos (gases <strong>de</strong> petróleo licuados,<br />
gasolina, solventes con intervalos <strong>de</strong> ebullición especial, gasoliria blanca y<br />
kerosene) provenientes <strong>de</strong> procesos <strong>de</strong> refinería, pue<strong>de</strong>n contener sulfuro <strong>de</strong><br />
hidrOgeno, <strong>el</strong> cual está presente en muchos petróleos <strong>crudos</strong>. Este es ur<br />
contaminante en extremo in<strong>de</strong>seable tanto por su mal olor como por ser fácilmente<br />
con~ertible en azufre, <strong>el</strong> cual hace que <strong>el</strong> producto sea corrosivo.<br />
Si la concentración <strong>de</strong> sulfuro <strong>de</strong> hidrógeno es baja, se remueve generalmente<br />
lavaido <strong>el</strong> producto con una solución alcalina fuerte hasta que <strong>el</strong> álcali se<br />
consuma totalmente. Si <strong>el</strong> contenido <strong>de</strong> sulfuro <strong>de</strong> hidrógeno es alto, <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> uri<br />
proceso regenerativo es a menudo más económico. En este tipo ce proceso <strong>el</strong><br />
12'1
sulfuro <strong>de</strong> hidrógeno es absorbido en un liquido conveniente y subsigi~ientemente<br />
removido <strong>de</strong>l mismo, <strong>de</strong> manera <strong>de</strong> po<strong>de</strong>r usar nuevamente este liquido <strong>para</strong><br />
futura absorción. Dos procesos regenerativos típicos son <strong>el</strong> <strong>de</strong> fosfato y al Girbotol.<br />
Eii <strong>el</strong> proceso <strong>de</strong> fosfato una solución <strong>de</strong> fosfato <strong>de</strong> potasio es ulilizada <strong>para</strong><br />
absorber <strong>el</strong> sulfuro <strong>de</strong> hidrógeno mientras que en <strong>el</strong> proceso Girbotcl se emplea<br />
una amina orgánica como la dietanolamína. El nombre Girbotol está c-:sociado con<br />
<strong>el</strong> inventor y con la Compañía que lo promovió comercialmente. Apartando las<br />
soluciones absorbentes empleadas, los dos procesos son básicamente similares y<br />
usan <strong>el</strong> mismo tipo <strong>de</strong> equipo.<br />
El proceso consta <strong>de</strong> dos secciones, absorción y regeneración. La solución<br />
absorbente entra a unos 40" C por <strong>el</strong> tope <strong>de</strong>l absorbedor, <strong>el</strong> cual es una torre <strong>de</strong><br />
platos con casquetes <strong>de</strong> burbujeo, cuando se quiere tratar gases, o <strong>de</strong> una<br />
columna <strong>de</strong> r<strong>el</strong>leno cuando es <strong>para</strong> tratar líquidos. La solución va hacia abajo en<br />
dirección opuesta al flujo <strong>de</strong> hidrocarburos que entran por <strong>el</strong> fondo, y <strong>el</strong> producto<br />
purificado sale por <strong>el</strong> tope <strong>de</strong>l absorbedor.<br />
La solución que contiene <strong>el</strong> sulfuro <strong>de</strong> hidrógeno <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> pasar por un<br />
termlscambiador entra a unos 90 - 95 O C a la torre regeneradora la cual es similar<br />
a la absorbedora. El calor es suplido por un recalentador <strong>de</strong> vapor <strong>de</strong> agua situadc<br />
en la base <strong>de</strong> la torre. La solución absorbente caliente regenerada c sea libre <strong>de</strong><br />
sulfuro <strong>de</strong> hidrógeno es bombeada <strong>de</strong>s<strong>de</strong> <strong>el</strong> fondo <strong>de</strong> la regeneradora a través <strong>de</strong><br />
un tcirmocambiador y un enfriador hacia <strong>el</strong> tope <strong>de</strong> la absorbedora <strong>para</strong> usarla <strong>de</strong><br />
nuevo.<br />
En los casos en que las cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> hidrógeno sulfurado se<strong>para</strong>do resulteri<br />
susceptibles <strong>de</strong> explotación económica, se recomienda la construccitjn <strong>de</strong> plantas<br />
<strong>para</strong> la producción <strong>de</strong> azufre, en don<strong>de</strong> se efectúe la conversión catalítica <strong>de</strong>l<br />
hidrtjgeno sulfurado en azufre <strong>el</strong>emental.
2.6.6.4. Procesos <strong>de</strong> conversión <strong>de</strong> H2S a azufre.<br />
En <strong>el</strong> proceso <strong>de</strong> Conversión catalítica, <strong>el</strong> hidrógeno sulfurado <strong>de</strong> la planta<br />
Girbotol (o su equivalente) pasa a la planta convertidora a una presiór muy baja (5<br />
Lpca), saturado con vapor <strong>de</strong> agua a la presión y temperatura <strong>de</strong>l gas que varia<br />
entre 100 y 150" F. El exceso <strong>de</strong> vapor se se<strong>para</strong> <strong>de</strong>l gas <strong>de</strong> carga por medio <strong>de</strong><br />
un <strong>de</strong>shidratador <strong>de</strong> barril; <strong>el</strong> gas va entonces sin más <strong>tratamiento</strong> al horno <strong>de</strong><br />
combustión. El aire necesario <strong>para</strong> la combustión es suplido por rnedio <strong>de</strong> ur;<br />
ventilador <strong>de</strong> <strong>de</strong>splazamiento rotatorio positivo.<br />
La planta incluye una cámara <strong>de</strong> combustión cilíndrica u horno Iiorizontal <strong>de</strong><br />
u~os 9 pies <strong>de</strong> diámetro y 22 pies <strong>de</strong> longitud. El horno se divi<strong>de</strong> lateralmente er<br />
tres secciones <strong>de</strong> distribución <strong>para</strong> operación <strong>para</strong>l<strong>el</strong>a. Cada une <strong>de</strong> las tres<br />
secciones es en sí una unidad completa.<br />
El calor total producido en <strong>el</strong> horno es <strong>de</strong> unos 15.000 Btu por hora por pie<br />
cúbico <strong>de</strong> volunen <strong>de</strong>l horno, cantidad esta mucho mayor que la ot~tenida en e'<br />
viejo horno <strong>de</strong> Claus -Chance.<br />
La entrada <strong>de</strong> aire y gas acido se precalienta en <strong>el</strong> homo por intercambi~~<br />
indirecto <strong>de</strong> calor con los productos <strong>de</strong> combustión. Cada una <strong>de</strong> las tres cámaras<br />
<strong>de</strong> combustión está provista <strong>de</strong> un quemador <strong>de</strong> gas natural <strong>para</strong> precalentar e<br />
horno. En <strong>el</strong> periodo <strong>de</strong> precalentamiento <strong>el</strong> horno <strong>de</strong>be alcanzar una temperaturz<br />
mínima <strong>de</strong> 1.800" F; entonces se retiran los quemadores, se taponar1 los pozos y<br />
se iritroduce <strong>el</strong> gas acido y <strong>el</strong> aire al horno. Una cal<strong>de</strong>ra <strong>de</strong> recuperación se usa<br />
<strong>para</strong> enfriar los gases <strong>de</strong> escape <strong>de</strong>l horno antes <strong>de</strong> entrar éstos al coi-ivertidor.<br />
Esta cal<strong>de</strong>ra recupera calor suficiente <strong>para</strong> generar 5.000 libras <strong>de</strong> vapor<br />
satui-ado <strong>de</strong> 300 psig por cada ton<strong>el</strong>ada <strong>de</strong> azufre producida. A la salida <strong>de</strong> IEI<br />
cal<strong>de</strong>ra los gases <strong>de</strong> combustión se enfrían aun más en un intercamt~iador <strong>de</strong> gas<br />
a gas y son llevados al primer convertidor.
Para hacer posible la mayor capacidad <strong>de</strong>l sistema Mathieson en (com<strong>para</strong>ción<br />
con al proceso <strong>de</strong> Claus-Chance y en todo caso <strong>para</strong> obtener una i-ecuperación<br />
superior al 88% se hizo necesaria la inclusión <strong>de</strong> convertidores cataliticos <strong>para</strong> <strong>el</strong><br />
tratainiento <strong>de</strong> los gases <strong>de</strong> salida <strong>de</strong>l horno. Estos convertidores sol <strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong><br />
hongo y los gases pasan hacia abajo a través <strong>de</strong> las capas <strong>de</strong>l catalii:ador. El gas<br />
entra al cofivertidor por la parte central <strong>de</strong>l horno, pero enseguida se <strong>de</strong>svía<br />
radialmente por medio <strong>de</strong> un <strong>de</strong>flector sencillo y <strong>de</strong>scien<strong>de</strong> a través <strong>de</strong>1 catalizador<br />
(6 a 8 mesh Poroc<strong>el</strong>, una bauxita activada <strong>de</strong> alto contenido <strong>de</strong> hierro) que está<br />
contenida en una malla <strong>de</strong> acero inoxidable.<br />
Et convertidor <strong>de</strong> primera etapa opera a una temperatura, en la capa <strong>de</strong>l<br />
catalizador, <strong>de</strong> 759" F, mientras que <strong>el</strong> segundo convertidor opera a ;Anos 500" F.<br />
El primer convertidor tiene dos salidas espaciadas a 180°, mieritras que <strong>el</strong><br />
segundo, más pequeño, sólo tiene una salida. Al igual que e horno, los<br />
convertidores están provistos con sendos pozos auxiliares <strong>para</strong> qut?madores <strong>de</strong><br />
gas con <strong>el</strong> objeto <strong>de</strong> precalentar así a una temperatura mínima <strong>de</strong> 500" F antes <strong>de</strong><br />
comenzar la producción.<br />
L3s catalizadores <strong>de</strong> bauxita han <strong>de</strong>mostrado ser los más útiles en la<br />
recuperación <strong>de</strong> azufre, tienen gran resistencia mecánica, son eu~nómicos <strong>de</strong><br />
instalar y su actividad es muy dura<strong>de</strong>ra.<br />
2.6.6.5. Remoción <strong>de</strong> mercaptanos.<br />
Los mercaptanos forman una serie <strong>de</strong> compues!os <strong>de</strong> azufre que pue<strong>de</strong>n ser<br />
consi<strong>de</strong>rados como <strong>de</strong>rivados <strong>de</strong> hidrocarburos a los cuales se les ha<br />
reemplazado un átomo <strong>de</strong> hidrógeno por un grupo que contiene iin átomo <strong>de</strong><br />
azufi-e y otro <strong>de</strong> hidrógeno. Los mercaptanos se encuentran en gases <strong>de</strong> petrólec<br />
licuados, gasolinas y kerosenes y son particularmente in<strong>de</strong>seables por su mal olor.<br />
Los mercaptanos presentes en fracciones cuya ebullición está par <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong><br />
200" C pue<strong>de</strong>n ser removidos por <strong>tratamiento</strong> con un álcali fuerte, iormalmente<br />
sods cáustica, la cual forma compuestos solubles con los mercaptanoi;.<br />
132
El <strong>tratamiento</strong> pue<strong>de</strong> ser llevado a cabo bien en proceso coitinuo o en<br />
pequeños lotes y <strong>el</strong> álcali utilizado, junto con los compuestos <strong>de</strong> azufre, se envía al<br />
<strong>de</strong>spsrdicio o a regeneración <strong>de</strong>pendiendo esta <strong>de</strong>cisión <strong>de</strong> los costos r<strong>el</strong>ativos. La<br />
regerieración <strong>de</strong> la solución alcalina se efectúa <strong>de</strong>stilando los mercaptanos y<br />
recirculando <strong>el</strong> álcali hacia <strong>el</strong> proceso.<br />
L.os mercaptanos pesados o sea aqu<strong>el</strong>los presentes en fracciones con<br />
ebullición por encima <strong>de</strong> 100" C no son fácilmente solubles en soba ciustica, pero<br />
<strong>el</strong> po<strong>de</strong>r <strong>de</strong> disolución <strong>de</strong> la soda cáustica pue<strong>de</strong> ser aumentado mediante la<br />
adici3n <strong>de</strong> ciertos compuestos orgánicos llamados solubilizadores. Hay un proceso<br />
regenerativo <strong>para</strong> remoción <strong>de</strong> mercaptanos en esta forma llamado proceso<br />
solubilizador, usado ampliamente en refinerías <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> gasolinas <strong>de</strong><br />
alto c;ontenido <strong>de</strong> mercaptanos.<br />
El álcali utilizado pue<strong>de</strong> ser potasa cáustica en preferencia a la socia cáustica y<br />
como solubilizadores son usados comúnmente ácidos cresílicos, aurlque muchos<br />
otros compuestos podrían ser empleados con este propósito.<br />
La regeneración <strong>de</strong> la solución solubilizadora gastada se hace soplándola con<br />
aire 121 cual convierte los mercaptanos disu<strong>el</strong>tos en disulfuros y estos son extraídos<br />
con un solver;te apropiado.<br />
2.6.6.6. Endulzamiento.<br />
En <strong>el</strong> caso <strong>de</strong> las gasolinas con alto contenido <strong>de</strong> mercaptanos se justifica un2<br />
remoción profunda <strong>de</strong> éstos usando <strong>el</strong> proceso solubilizador, pues la presencia d~<br />
compuestos <strong>de</strong> azufre hace necesario añadir más tetraetilo <strong>de</strong> plomci a la mezclz<br />
<strong>de</strong> gasolina <strong>para</strong> obtener <strong>el</strong> número <strong>de</strong> octano req~erido. Sin embargo, en IE<br />
mayoría <strong>de</strong> los casos solamente es suficiente convertir los mercaptanos erl<br />
disulfuros por medio <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> endulzamiento. Los disulfuros ro tie~en es€,<br />
olor fuerte ofensivo <strong>de</strong> los mercaptanos y es permitido <strong>de</strong>jarlos en (21 producto 4-<br />
así, aunque <strong>el</strong> azufre no sea removido, la gasolina es endulzada por ,a conversióri<br />
<strong>de</strong> mercaptanos a disulfuros.<br />
132
U17 gran numero <strong>de</strong> procesos <strong>de</strong> endulzamiento pue<strong>de</strong> ser empleado, siendo <strong>el</strong><br />
más 'antiguo <strong>de</strong> todos <strong>el</strong> llamado "<strong>tratamiento</strong> doctor", en <strong>el</strong> cual una solución <strong>de</strong><br />
oxido <strong>de</strong> plomo (litargirio) en soda cáustica es usada junto con azufre <strong>el</strong>emental.<br />
Los procesos <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> con soluciones <strong>de</strong> hipoclorito <strong>de</strong> sodio y cloruro <strong>de</strong><br />
cobre son empleados también en la conversión <strong>de</strong> mercaptanos a disu,furos.<br />
Un proceso ampliamente usado actualmente es <strong>el</strong> solubilizador modificado, en<br />
<strong>el</strong> cual la gasolina es tratada con solución solubilizadora y aire al mismo tiempo;<br />
los rnercaptanos disu<strong>el</strong>tos en la solución solubilizadora son corivertidos en<br />
disulluros los cuales se redisu<strong>el</strong>ven en la gasolina y luego la gasolina es se<strong>para</strong>da<br />
<strong>de</strong> la solución solubilizadora enviándose esta última <strong>de</strong> nuevo al pi-oceso. Este<br />
proceso solubilizador con aire es por consiguiente <strong>de</strong> efecto similar al "<strong>tratamiento</strong><br />
doctc)rl' y a los otros métodos <strong>de</strong> endulzamiento mencionados.<br />
El proceso <strong>de</strong> endulzamiento <strong>de</strong>scrito no es enteramente satisfac:torio <strong>para</strong> <strong>el</strong><br />
<strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> kerosenes y combustible <strong>de</strong> turbinas por lo cual cts necesario<br />
emplear otro con pequeñas cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> ácido sulfúrico. En este proceso<br />
somcitido a <strong>tratamiento</strong> se mezcla Íntimamente con ácido sulfúrico y <strong>el</strong> residuo<br />
ácido se se<strong>para</strong> y recircula, inyectándose un pequeño porcentaje <strong>de</strong> ácido fresco<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la corriente <strong>de</strong> ácido recirculado <strong>para</strong> mantener la fuerza ác,da <strong>de</strong>seada.<br />
A<strong>de</strong>rnás <strong>de</strong>l efecto <strong>de</strong> endulzamiento, <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> con ácido sulfúrico tiene un<br />
efecto beneficioso sobre otras propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l producto tales como color y<br />
formación <strong>de</strong> gomas.<br />
2.6.6.7. Innovaciones en procesos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sulfuración.<br />
S Zorb y GTL.<br />
Las tecnologías S Zorb y GTL apuntalados por Conoco-Phillips han sido<br />
consi<strong>de</strong>radas por esta empresa como procesos emergentes y estratégicos quc<br />
consisten en nuevas tecnologías <strong>para</strong> <strong>de</strong>sulfurización y GTL. La empresa ha<br />
estado muy activa <strong>de</strong>sarrollado proyectos piloto <strong>de</strong> GTL, la cual inició un programa
<strong>de</strong> investigación y <strong>de</strong>sarrollo en 1997 r<strong>el</strong>acionado con teuiologías <strong>de</strong><br />
hidrcprocesamiento, syngas y Fischer-Tropsch con exc<strong>el</strong>entes resultatlos.<br />
En julio <strong>de</strong> 2003, Conoco-Philips inauguró una planta <strong>de</strong> <strong>de</strong>mostr~ción <strong>de</strong> GTL<br />
en Oklahoma, capaz <strong>de</strong> producir 400 barriles al día. Esta planta fuc? diseñada y<br />
opera a la manera <strong>de</strong> una planta completamente escalable y viable<br />
comercialmente. En diciembre <strong>de</strong>l mismo año, la empresa firmó un contrato <strong>para</strong><br />
realizar los estudios pr<strong>el</strong>iminares <strong>de</strong> ingeniería <strong>de</strong>stinados a la construcción <strong>de</strong> una<br />
planta GTL en Ras-Laffan, Qatar.<br />
El proceso S Zorb SRT, por su parte, es aplicado por Conoco-Phillips en<br />
refinerías como la <strong>de</strong> Femdale, Washington, Estados Unidos, con <strong>el</strong> fin <strong>de</strong> cumplir<br />
(os nuevos y estrictos criterios <strong>de</strong> remoción <strong>de</strong> azufre.<br />
La nueva tecnología se aparta <strong>de</strong>l tradicional hidro<strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> remoción <strong>de</strong><br />
azufre <strong>de</strong> las fracciones <strong>de</strong> la FCC (craqueo catalítico <strong>de</strong> fluidos) que resultaba er<br />
la hidrogenización y la pérdida <strong>de</strong> octanaje. La utilización <strong>de</strong> hidrógeno, su alte<br />
pureza y los <strong>el</strong>evados costos <strong>de</strong> operación no son problema con <strong>el</strong> nutwo proceso.<br />
Algunos procesos lograban los contenidos bajos <strong>de</strong> azufre a costa <strong>de</strong> la pérdidé<br />
<strong>de</strong> un volumen consi<strong>de</strong>rable <strong>de</strong>l producto, mientras con <strong>el</strong> método S Zorb se har<br />
logrado recobros <strong>de</strong> 100% <strong>de</strong>l volumen <strong>de</strong> carga original; a<strong>de</strong>más, no se generar<br />
compuestos livianos que alteren la presión <strong>de</strong> vapor Reid, evitatido mezclas<br />
adicionales. Entre las ventajas fundamentales se tiene:<br />
Baja pérdida <strong>de</strong> octanaje, ya que la absorción prioritaria previene Iz.<br />
saturación <strong>de</strong> olefinas. Con <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> qulmica catalítica Única, <strong>el</strong> azufre se<br />
absorbe <strong>de</strong>l hidrocarburo en vez <strong>de</strong> liberarse por los métodos tradicionales.<br />
El método S Zorb SRT no compensa la ganancia <strong>de</strong> octano con pérdi<strong>de</strong><br />
volumétrica.<br />
La remoción a los niv<strong>el</strong>es requeridos <strong>de</strong> azufre a 10 PPM o menos se<br />
asegura con <strong>el</strong> proceso.
El consumo reducido <strong>de</strong> hidrógeno no crea problemas cuando la<br />
disponibilidad <strong>de</strong>l mismo es limitada.<br />
La pureza <strong>de</strong>l hidrógeno no es critica, ya que se opera con nive!es tan bajos<br />
como 70%.<br />
La operación es continua, ya que la regeneración permite la circulación y<br />
renovación <strong>de</strong>l absorbente.<br />
El proceso S Zorb SRT no necesita <strong>el</strong> fraccionamiento <strong>de</strong> la alimentación <strong>de</strong><br />
la FCC ya que trata fracciones pesadas o livianas, la corriente <strong>de</strong> la nafta, o<br />
la combinación <strong>de</strong> estas.<br />
Los costos <strong>de</strong> operación asociados con la duración <strong>de</strong> las corridas, pérdidas<br />
<strong>de</strong> octanaje y <strong>de</strong> volumen y otros parámetros operacionalcts, hacen <strong>el</strong><br />
proceso S Zorb r<strong>el</strong>ativamente económico.<br />
Pero no sólo los gastos <strong>de</strong> operación resultan competitivos; la inversión <strong>de</strong><br />
capital <strong>de</strong>l reactor y <strong>el</strong> equipo asociado <strong>de</strong> regeneracijn <strong>de</strong>bido a la<br />
metalurgia convencional, las presiones <strong>de</strong> operación bajas y las altas<br />
v<strong>el</strong>ocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> espacio, minimizan <strong>el</strong> equipo.<br />
"Las dos tecnologías (GTL y S Zorb) son factibles técnica y comerc.ialmente; sir<br />
embargo, tienen aplicaciones muy diferentes: <strong>el</strong> GTL se aplica a gases complejos<br />
<strong>para</strong> producir nafta y dies<strong>el</strong>. Estos combustibles son más limpios que los<br />
comt~ustibles convencionales. El enfoque real es <strong>de</strong>sarrollar un gas que <strong>de</strong> otrc<br />
manera no podría utilizarse.<br />
El S Zorb es <strong>para</strong> la limpieza <strong>de</strong> combustibles convencionales <strong>para</strong> cunplir las<br />
norrrias ambientales.<br />
"1-0s líquidos <strong>de</strong>l Fischer-Tropsch están muy cerca al O PPM cle azufre. E'<br />
azufre necesita ser removido aguas arriba <strong>de</strong>l reactor FT ya que es ur<br />
contaminante <strong>de</strong>l catalizador. El azufre en las corrientes <strong>de</strong> gas se remueve cor<br />
tecnologías convencionales."
Bio<strong>de</strong>sulfuración.<br />
El proceso involucra <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> bacterias <strong>para</strong> remover los hidrocarburos que<br />
conti.vnen azufre <strong>de</strong> las naftas y las corrientes <strong>de</strong> <strong>de</strong>stilados. El flujo <strong>de</strong><br />
abastecimiento <strong>de</strong> naftas y <strong>de</strong>stilados se combina con una mezcla <strong>de</strong> bacterias <strong>de</strong><br />
base agua, soda cáustica y nutrientes bacterianos. Las enzimas <strong>de</strong> as bacterias<br />
oxidan los átomos <strong>de</strong> azufre y rompen algunos <strong>de</strong> los enlaces azufre-carbono <strong>para</strong><br />
producir un producto sulfuroso que <strong>de</strong>spués pue<strong>de</strong> ser utilizado como materia<br />
prima comercial <strong>para</strong> la industria <strong>de</strong>l jabón. Los investigadores preten<strong>de</strong>n lograr<br />
que la bio<strong>de</strong>sulfuración pueda ser usada en combinación con 1'3s unida<strong>de</strong>s<br />
convencionales <strong>de</strong> <strong>de</strong>sulfuración <strong>de</strong> las refinerías. Si bien <strong>el</strong> proceso ha sido<br />
probado en <strong>el</strong> laboratorio, faltan aún por <strong>de</strong>sarrollarse los diseños <strong>de</strong> ingenieria y<br />
la estimación <strong>de</strong> costos correspondientes.<br />
Oxidación Química y Extracción.<br />
Este proceso <strong>de</strong> refinación involucra la formación <strong>de</strong> una emulsión <strong>de</strong> agua con<br />
dies<strong>el</strong>. El azufre se oxida utilizando ácido catalizado. El azufre oxidaclo pue<strong>de</strong> ser<br />
se<strong>para</strong>do <strong>de</strong> los hidrocarburos base y retirado o pue<strong>de</strong> ser movilizaclo en la fase<br />
acucsa, <strong>para</strong> formar una materia prima comercial similar E la <strong>de</strong> la<br />
bio<strong>de</strong>sulfuración. Este proceso trata preferentemente los compuestos <strong>de</strong> azufre<br />
mas difíciles <strong>de</strong> remover pero no trabaja apropiadamente en Ics <strong>de</strong>stilados<br />
directos. La construcción <strong>de</strong> una planta piloto está planeada con costos <strong>de</strong> capital<br />
estiniados en !,O00 dólares por barril <strong>de</strong> capacidad instalada diaria, lo cual es<br />
menos <strong>de</strong> la mitad <strong>de</strong>l costo <strong>de</strong> una unidad <strong>de</strong> hidro<strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> alta presión.<br />
2.7. Aguas efluentes.<br />
El agua asociada a la producción <strong>de</strong> petróleo, drenada durante los procesos <strong>de</strong><br />
se<strong>para</strong>cicn agua - petróleo y en los procesos <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación, contiene cantida<strong>de</strong>~,<br />
apreciables <strong>de</strong> crudo emulsionado, <strong>el</strong> cual es necesario se<strong>para</strong>r antes <strong>de</strong> utilizar o<br />
<strong>de</strong>sechar dicha agua lo que es un tema que reviste gran importancia <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> IE<br />
iidustria petrolera. Para <strong>el</strong>lo, existen instalaciones <strong>de</strong> se<strong>para</strong>ción y <strong>de</strong>cantación, don<strong>de</strong><br />
137
se inicia <strong>el</strong> proceso <strong>de</strong> clarificación <strong>para</strong> disponer posteriormente <strong>de</strong> esta agua<br />
conocidas como aguas afluentes, las cuales pue<strong>de</strong>n ser inyectadas en los yacimientos<br />
<strong>para</strong> no contaminar <strong>el</strong> ambiente o con la finalidad <strong>de</strong> aumentar la extracción adicional<br />
<strong>de</strong> crudo, 3 simplemente son arrojadas directamente a lagos, lagunas, ríos, etc.<br />
El agua <strong>de</strong>sechada <strong>de</strong>be cumplir con los requisitos exigidos por <strong>el</strong> Illinisterio <strong>de</strong>l<br />
Ambiente (MA). La industria petrolera trabaja conjuntamente con este ente<br />
gubernamental en la aplicación <strong>de</strong> una política <strong>de</strong> conservación <strong>de</strong>l ambiente, <strong>para</strong><br />
evitar la contaminación por las aguas asociadas a la producción <strong>de</strong> petróleo. Entre los<br />
requisitos exigidos, se establece que <strong>el</strong> contenido la máxima <strong>de</strong> petróleo libre y10<br />
emulsionado en <strong>el</strong> agua esté entre 10-15 partes por millón (PPM), a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> retirar<br />
sólidos s~ispendidos (como arena, finos, escamas u otros), con <strong>el</strong> fin <strong>de</strong> hacerla apta<br />
<strong>para</strong> su disposición final.<br />
En las operaciones <strong>de</strong> producción es frecuente tener que tratar con agua saladas<br />
(<strong>de</strong> formcción) ya que éstas son producidas con <strong>el</strong> petróleo crudo. Éstas aguas tal<br />
como se mencionaba anteriormente, <strong>de</strong>ben ser se<strong>para</strong>das <strong>de</strong>l crudo y dispmer <strong>de</strong> <strong>el</strong>las<br />
ce tal rranera que no violente o incumpla con los criterios medicambientales.<br />
Generalmente en costa afuera las especificaciones <strong>para</strong> la disposición cl<strong>el</strong> agua sor<br />
estableciclas por entes gubernamentales y establecen un máximo contenido d~<br />
~iidrocarburos en <strong>el</strong> agua <strong>de</strong> 7 a 72 mg/L lo cual varía <strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong> las<br />
especificziciones locales.<br />
En la mayoría <strong>de</strong> las instalaciones en tierra <strong>el</strong> agua no pue<strong>de</strong> ser dispuesta eri<br />
s,uperficie ya que podría causar una posible contaminación por la sal presente en <strong>el</strong>la<br />
pero que luego <strong>de</strong> un a<strong>de</strong>cuado <strong>tratamiento</strong> pue<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>sechada o utilizada eri<br />
~;royectos <strong>de</strong> inyección <strong>de</strong> agua en yacimientos petrolíferos o en la generación <strong>de</strong><br />
itapor.<br />
El proceso mediante <strong>el</strong> cual se se<strong>para</strong> <strong>el</strong> petróleo emulsionado <strong>de</strong> estas aguas se<br />
conoce como clarificación, y consta <strong>de</strong> dos etapas: (a) <strong>tratamiento</strong> con producto:;<br />
c~uímicos y (b) se<strong>para</strong>ción mecánica. Con los productos químicos se bgra que la:;<br />
partículas <strong>de</strong> petróleo presentes en forma <strong>de</strong> emulsión se aglomeren !r suban a la<br />
i 38
si~perficie <strong>para</strong> luego se<strong>para</strong>rlas <strong>de</strong>l agua por medios mecánicos. La etapa inecánica se<br />
lleva a cabo mediante dispositivos <strong>de</strong> diferentes diseños que facilitan y ac<strong>el</strong>eran <strong>el</strong><br />
ascenso <strong>de</strong>l petróleo a la superficie <strong>para</strong> permitir su recolección.<br />
Los diferentes <strong>equipos</strong> e instalaciones utilizados son: se<strong>para</strong>dores API, i:anquillas <strong>de</strong><br />
rí?colección, sistemas <strong>de</strong> aire y flotación, lagunas <strong>de</strong> clarificación, sistemas <strong>de</strong> filtración,<br />
<strong>de</strong>snatadores, etc.<br />
Los procesos <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> aguas efluentes se<strong>para</strong>das en los sistemas <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>shidratación <strong>de</strong> crudo generalmente se realizan <strong>de</strong> la siguiente forma: Primero son<br />
tratadas químicamente y enviadas a los sistemas <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> agua, don<strong>de</strong><br />
iriicialmente se les remueve <strong>el</strong> crudo libre presente (producto <strong>de</strong>l arrastre c?n <strong>el</strong> drenaje<br />
<strong>de</strong> los tanques <strong>de</strong> <strong>de</strong>shidratación), lo cual se <strong>de</strong>sliza en piscinas <strong>de</strong> retención provistas<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>snatadores <strong>de</strong> crudo, luego son enviados <strong>para</strong> la remoción <strong>de</strong>l crudo emulsionado<br />
y10 disperso en la masa <strong>de</strong> agua hacia los <strong>equipos</strong> <strong>de</strong> se<strong>para</strong>ción, los cuales se diseñan<br />
consi<strong>de</strong>rando <strong>el</strong> diámetro promedio <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong> crudo y la diferencia dc? <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s<br />
entre <strong>el</strong> crudo y <strong>el</strong> agua (entre otros parámetros).<br />
Para proveer en algunos casos <strong>el</strong> tiempo necesario <strong>de</strong> retención <strong>de</strong>l agua en <strong>el</strong><br />
equipo <strong>para</strong> que las gotas <strong>de</strong> crudo alcancen la superficie <strong>de</strong>l agua don<strong>de</strong> sor<br />
rrmovida!; y, en otros casos, inducir coalescencia entre las gotas <strong>de</strong> cruclo dispersas.<br />
c.on la in.;ención <strong>de</strong> aumentar <strong>el</strong> diámetro promedio <strong>de</strong> las mismas y, por lo tanto.<br />
iiicrementar la v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> ascenso <strong>de</strong> las gotas <strong>de</strong> crudo hacia la superficie <strong>de</strong>l agua.<br />
cle acuerdo a lo establecido en la ley <strong>de</strong> Stokes.<br />
2.7.1. Determinación <strong>de</strong> crudo en agua.<br />
El contenido <strong>de</strong> crudo en agua pue<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>terminado mediante:<br />
Método Gravimétrico: Consiste en extraer <strong>el</strong> crudo <strong>de</strong>l agua coi1 un solvente<br />
orgánico a<strong>de</strong>cuado, seguido <strong>de</strong> una posterior evaporación <strong>de</strong> la solucióri<br />
orgánica <strong>para</strong> conocer la cantidad <strong>de</strong> crudo que se encuentra disuc?lto o libre eri<br />
<strong>el</strong> agua.<br />
139
nrlétodo Espectrofotométrico: Consiste en extraer <strong>el</strong> crudo <strong>de</strong>l agua con un<br />
sol*~ente orgánico a<strong>de</strong>cuado, <strong>para</strong> luego <strong>de</strong>terminar su concentr.aciÓn en la<br />
solución, utilizando luz infrarroja, luz visible, etc., com<strong>para</strong>ndo la ab:;orción <strong>de</strong> la<br />
luz con curvas <strong>de</strong> calibración hechas con patrones a los cuales se les hicieron<br />
medidas <strong>de</strong> absorción en iguales condiciones.<br />
2.7.2. Determinación <strong>de</strong> sólidos totales en <strong>el</strong> agua.<br />
El término sólidos totales se aplica al material <strong>de</strong>jado en un recipiente <strong>de</strong>spués<br />
<strong>de</strong> la evaporación <strong>de</strong> una muestra y su posterior secado en un horno a una<br />
temperatura <strong>de</strong>finida. Los sólidos totales incluyen <strong>el</strong> material no filtrablc? a través <strong>de</strong><br />
un medio escogido, <strong>el</strong> cual se <strong>de</strong>nomina sólidos suspendidos; y <strong>el</strong> que permanece<br />
en <strong>el</strong> líquido y pasa a través <strong>de</strong>l medio filtrante siendo <strong>de</strong>nominados sólidos<br />
disu<strong>el</strong>tos.<br />
2.7.3. Opciones <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> aguas efluentes.<br />
Pai-a minimizar los posibles efectos negativos que puedan tener los compuestos<br />
contaminantes en las aguas efluentes, se utilizan diferentes sistemas <strong>de</strong> tratamientc<br />
que <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rán básicamente <strong>de</strong> las características <strong>de</strong>l cuerpo <strong>de</strong> agua y <strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong><br />
contariinante que <strong>de</strong>see removerse.<br />
Por lo general <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> los efluentes líquidos se realiza a través <strong>de</strong> etapa<br />
sucesivas, que varían <strong>de</strong> acuerdo a su efectividad y complejidad <strong>de</strong>norriinándose d~<br />
la siguiente forma:<br />
Tratamiento primario.<br />
Tratamiento intermedio.<br />
Tratamiento secundario
Tratamiento terciario<br />
Tratamiento primario: Son procesos físicos en <strong>el</strong> que se clisminuye <strong>el</strong><br />
contenido <strong>de</strong> aceite y grasas flotantes, sólidos en suspensión y temperatura.<br />
De manera general los <strong>tratamiento</strong>s consisten en procesos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sbaste y<br />
dvsarenación, así como la remoción <strong>de</strong> aceites y grasas, <strong>para</strong> la s13<strong>para</strong>ción <strong>de</strong><br />
éstos últimos generalmente se utilizan se<strong>para</strong>dores API en los cuales se<br />
se<strong>para</strong> <strong>el</strong> hidrocarburo libre, existiendo varios diseños en los que varía la<br />
efectividad.<br />
Entre los diferentes diseños se encuentran los se<strong>para</strong>dores dr placa que<br />
c13nsisten básicamente en modificaciones hechas a los se<strong>para</strong>cores API, al<br />
colocar las placas internas. Se diferencian entre <strong>el</strong>las por <strong>el</strong> tipo <strong>de</strong> placa y<br />
orientación <strong>de</strong> las mismas <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l se<strong>para</strong>dor. Entre los se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong><br />
placas los más utilizados son los <strong>de</strong> placas corrugadas, las cuales son<br />
orientadas a mejorar cada vez más la calidad <strong>de</strong>l agua a la salida <strong>de</strong> los<br />
se<strong>para</strong>dores. Los canales <strong>de</strong> estas placas mejoran la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong>l crudo al<br />
proveer mayor supeficie <strong>de</strong> coalescencia que las placas lisas ó llanas, y<br />
provee a<strong>de</strong>más canales cóncavos por don<strong>de</strong> <strong>el</strong> crudo fluye hacia la superficie<br />
<strong>de</strong>l agua.<br />
Tratamiento intermedio: Esta etapa se basa principalniente en 12<br />
aplicación <strong>de</strong> procesos químicos, mediante los cuales se di:;minuye aúr<br />
más <strong>el</strong> contenido <strong>de</strong> contaminantes <strong>de</strong> las aguas. Este proceso se aplicz<br />
posteriormente a algún tratamiefito primario. En aplicaciones industriales<br />
fioculantes aniónicos, no iónicos o catiónicos pueclen mejorar<br />
sustancialmente la remoción <strong>de</strong> sólidos en los clarificadores primarios. Los<br />
coagulantes y los floculantes pue<strong>de</strong>n ser usados <strong>para</strong> mejorar IE<br />
sedimetabilidad <strong>de</strong> la mayoría <strong>de</strong> los clarificadores, con estc, se pue<strong>de</strong>r<br />
mitigar los problemas asociados con <strong>el</strong> alto contenido <strong>de</strong> sólidos y alt~<br />
carga hidráulica.
Tratamientos secundarios: Generalmente ésta etapa <strong>de</strong>l <strong>tratamiento</strong><br />
compren<strong>de</strong> la aplicación <strong>de</strong> procesos biológicos en los que se remueven<br />
principalmente los compuestos orgánicos mediante <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> la oxidación<br />
bacteriana. Esta oxidación biológica se pue<strong>de</strong> conseguir <strong>de</strong> varias maneras,<br />
siendo entre otros los métodos más comunes, los <strong>de</strong> laguna <strong>de</strong> oxidación<br />
natural y10 aireadas, sistemas <strong>de</strong> Iodos activados y filtros biológicos.<br />
Generalmente se utiliza un sistema aeróbico, utilizando aire u oxigeno libre.<br />
disminuyendo la <strong>de</strong>manda <strong>de</strong> oxigeno, contenido <strong>de</strong> aceite, y riejorando su<br />
apariencia y olor.<br />
Algunos <strong>de</strong> estos procesos conlleva a la formación <strong>de</strong> lodo!; <strong>de</strong> materia<br />
orgánica que son removidos al final. Normalmente, lueco <strong>de</strong> estos<br />
<strong>tratamiento</strong>s las agua pue<strong>de</strong>n enviarse directamente al cue:po <strong>de</strong> agua<br />
receptor.<br />
Tratamientos terciarios o especiales: En algunos casos es necesaric<br />
remover <strong>de</strong> las aguas efluentes ciertas sustancias o conip~estos er<br />
particular, ácidos o sales, <strong>para</strong> lo cual se aplican <strong>tratamiento</strong>s especiales que<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong> contaminante que se <strong>de</strong>see <strong>el</strong>iminar, eritre estos SE<br />
tienen los proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>salinización, extracción <strong>de</strong> solventes, intercambio <strong>de</strong>,<br />
iones, etc. Como <strong>tratamiento</strong> final en casos don<strong>de</strong> <strong>el</strong> agua es util zada <strong>para</strong> rc<br />
- inyección en <strong>el</strong> yacimiento petrolífero, se requiere <strong>de</strong> filtros tale:; como filtros.<br />
primarios, filtros <strong>de</strong> medio, <strong>de</strong>sarenadores, filtro <strong>de</strong> cartucho, los cuales tratar<br />
<strong>el</strong> agua haciéndola apropiada <strong>para</strong> su inyección.<br />
2.7.4. Opciones <strong>para</strong> la disposición <strong>de</strong> aguas efluentes.<br />
Después que las aguas <strong>de</strong> formación son se<strong>para</strong>das en los procesos <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>shiclratación, se tratar; a<strong>de</strong>cuadamente según la disposición final establecida parz<br />
<strong>el</strong>las, entre las disposiciones que se les pue<strong>de</strong>n dar a las aguas efluentes SE!<br />
encuentran las siguientes:
Para inyección en <strong>el</strong> subsu<strong>el</strong>o: La disposición final <strong>de</strong> las aguas <strong>de</strong><br />
formación pu<strong>de</strong> ser <strong>para</strong> inyección en <strong>el</strong> subsu<strong>el</strong>o, ya sea <strong>para</strong> -ecuperación<br />
secundaria <strong>de</strong> petróleo en yacimientos productivos o en ya(:imientos no<br />
productivos. Uno <strong>de</strong> los métodos <strong>de</strong> los que dispone la indus:ria petrolera<br />
<strong>para</strong> la recuperación <strong>de</strong> petróleo, <strong>el</strong> mediante la inyección <strong>de</strong> agua al<br />
yacimiento que ha perdido la capacidad <strong>de</strong> producción como consecuencia<br />
<strong>de</strong> una reducción <strong>de</strong> la presión <strong>de</strong>l yacimiento. La disposición <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong><br />
formación <strong>para</strong> fines <strong>de</strong> inyección <strong>de</strong>be ser acondicionada tomando en<br />
consi<strong>de</strong>ración las características físicas <strong>de</strong>l yacimiento receptor, así como<br />
también la <strong>de</strong> ofrecer protección a los sistemas <strong>de</strong> inyecci(5n contra la<br />
corrosión, formación <strong>de</strong> <strong>de</strong>pósitos y crecimiento microbiológico.<br />
Para confinamientos en yacimientos no productivos: Otras cle las formas<br />
<strong>de</strong> disposición <strong>de</strong> las aguas <strong>de</strong> formación es inyectarla en reservorios nc<br />
productivos <strong>para</strong> confinamiento en <strong>el</strong> subsu<strong>el</strong>o. De igual manera <strong>de</strong>be dárs<strong>el</strong>e<br />
un <strong>tratamiento</strong> fisico - químico a fin <strong>de</strong> evitar obstrucciones y prevenir<br />
problemas <strong>de</strong> corrosión y <strong>de</strong>pósitos <strong>de</strong> escamas en <strong>el</strong> sistema <strong>de</strong> inyección.<br />
Para generación <strong>de</strong> vapor: El vapor es inyectado como método <strong>de</strong><br />
recuperación ó estimulación en yacimientos petrolíferos con cnido pesados.<br />
<strong>el</strong> agua <strong>de</strong> formación pue<strong>de</strong> ser utilizada como fuente <strong>de</strong> generación <strong>de</strong> vapor.<br />
luego <strong>de</strong> realizarle <strong>tratamiento</strong> físico - químico <strong>para</strong> la máxima remoción d~<br />
sólidos y10 sales logrando que <strong>el</strong> vapor cumpla con las especificaciones<br />
optimas <strong>para</strong> la inyección, evita; obstrucciones así como <strong>para</strong> prevenir<br />
problemas <strong>de</strong> corrosión y <strong>de</strong>pósitos en los <strong>equipos</strong> <strong>de</strong> la planta <strong>de</strong> generaciór<br />
<strong>de</strong> vapor y líneas <strong>de</strong> inyección.<br />
2.7.5. Factores <strong>de</strong>terminantes <strong>para</strong> la aplicación <strong>de</strong> los picocesos <strong>de</strong><br />
tratarriiento <strong>de</strong> aguas efluentes.<br />
Los factores <strong>de</strong>terminantes <strong>para</strong> la aplicación <strong>de</strong> los procesos <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong><br />
aguas efluentes son principalmente los siguientes:
Factores económicos: Los factores económicos consi<strong>de</strong>r:idos <strong>para</strong> la<br />
pi~esta en marcha <strong>de</strong> un proyecto <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> agua efluentes están<br />
irtimamente r<strong>el</strong>acionados principalmente con <strong>el</strong> monto <strong>de</strong> la inversión referente<br />
a la infraestructura requerida, y al ahorro impositivo como consecuencia <strong>de</strong> la<br />
aplicación <strong>de</strong>l <strong>de</strong>creto 1302 emanado por <strong>el</strong> ejecutivo nacional, que establece<br />
[a exoneración fiscal <strong>de</strong>l monto <strong>de</strong> la inversión realizada por la industria<br />
petrolera en materia <strong>de</strong> protección ambiental.<br />
Factores técnicos: Están r<strong>el</strong>acionados con los aspectos técnicos <strong>de</strong>l<br />
p-oyecto y pue<strong>de</strong>n ser consi<strong>de</strong>rados los siguientes:<br />
- La disposición final que se les dará a las aguas.<br />
- Si la aplicación <strong>de</strong>l <strong>tratamiento</strong> correspon<strong>de</strong> a un proceso nue5io o similar c<br />
uno ya existente.<br />
- Si <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> propuesto está en etapa experimental o se trata <strong>de</strong> un2<br />
aplicación a gran escala.<br />
- Si se trata <strong>de</strong> un <strong>tratamiento</strong> confiable dura<strong>de</strong>ro y seguro.<br />
- Si <strong>el</strong> proceso presenta características <strong>de</strong> un alto niv<strong>el</strong> tecnológico.<br />
Factores operacionales: Los aspectos consi<strong>de</strong>rados aquí estári<br />
r<strong>el</strong>acionados a la operación <strong>de</strong>l proceso, tales como:<br />
- Experiencia operacional en <strong>el</strong> proceso que permita un dominio confiable<br />
en cada una <strong>de</strong> las etapas <strong>de</strong>l mismo.<br />
- Capacidad técnica y <strong>de</strong>streza operacional <strong>de</strong>l proceso.<br />
- Conocimiento <strong>de</strong> la capacidad <strong>de</strong> riesgos existentes en la operación <strong>de</strong>l<br />
proceso.<br />
- Las facilida<strong>de</strong>s operacionales existentes.<br />
Factores <strong>de</strong> protección integral: Están r<strong>el</strong>acionad~~s con <strong>el</strong><br />
<strong>de</strong>senvolvimiento <strong>de</strong>l hombre y su ambiente <strong>de</strong> trabajo, en esto se <strong>de</strong>ber)<br />
consi<strong>de</strong>rar factores como:
- Operar los sistemas bajo las regulaciones gubernamentales <strong>de</strong> protección<br />
ambiental establecidas y respecto a las normas <strong>de</strong> seguridad establecidas<br />
en <strong>el</strong> área <strong>de</strong> trabajo.<br />
- Los riesgos e impacto ambiental que pudiesen ocurrir durante vl proceso.<br />
- El conocimiento <strong>de</strong> la normativa y procedimientos legales eri materia <strong>de</strong><br />
seguridad industrial y protección integral.<br />
2.7.6. Tratamientos químicos clarificantes.<br />
Los productos químicos utilizados en <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong>shidratanie <strong>de</strong>l crudo<br />
tambien son empleados <strong>para</strong> la clarificación <strong>de</strong> agua, estos productos afectan la<br />
tensióri interfacial entre <strong>el</strong> agua y <strong>el</strong> petróleo, y son <strong>de</strong>nominados surfactantes; los<br />
cuales <strong>de</strong> acuerdo a su naturaleza físico - química se pue<strong>de</strong>n clasificar en dos<br />
gran<strong>de</strong>s grupos:<br />
Según su carga: Son productos químicos <strong>de</strong> moléculas poli atómicas <strong>de</strong> altc<br />
peso molecular que se caracterizan por poseer uno <strong>de</strong> los extremos comc<br />
directriz <strong>de</strong> la misma, <strong>de</strong>nominada "ANFIFILO" por lo que <strong>de</strong> acuerdo a la cargE<br />
<strong>de</strong>l mismo se <strong>de</strong>nominan:<br />
- Catiónico: Anfifilo cargado positivamente.<br />
- Aniónico: Anfifilo cargado negativamente.<br />
- No Iónico: Anfifilo neutro.<br />
Según la solubilidad en agua o aceite: Debido a que las rnoléculas <strong>de</strong><br />
surfactantes poseen un extremo con afinidad al agua y <strong>el</strong> otro al aceite,<br />
c'ependiendo <strong>de</strong>l extremo dominante los productos químicos surfactantes SE!<br />
clasifican en:<br />
- Hidrolíticas: Son aqu<strong>el</strong>los sutfactantes que poseen una afinidad<br />
dominante <strong>de</strong> su extremo hacia <strong>el</strong> agua.
- Lipofilicos: Son aque!los surfactantes que poseen Lna afinidad<br />
dominante hacia <strong>el</strong> aceite.<br />
La s<strong>el</strong>ección <strong>de</strong> los productos químicos clarificante se realiza <strong>de</strong> la misrria forma que<br />
los productos químicos <strong>de</strong>shidratantes. Generalmente se sigue l siguiente<br />
procedimi mto:<br />
Se realiza un programa <strong>de</strong> muestre0 <strong>de</strong> agua en <strong>el</strong> campo.<br />
e Se proce<strong>de</strong>n a realizar las pruebas <strong>de</strong> jarra o bot<strong>el</strong>la en <strong>el</strong> lat~oratorio con<br />
una serie <strong>de</strong> productos químicos que han sido suministrados por las<br />
empresas suplidoras luego <strong>de</strong> la formulación <strong>de</strong>l producto basado en las<br />
premisas <strong>para</strong> su <strong>el</strong>aboración. Dichas pruebas se realizan S mulando las<br />
condiciones <strong>de</strong> campo y evaluando la eficiencia <strong>de</strong> los productos a<br />
diferentes dosificaciones realizando finalmente la s<strong>el</strong>ección <strong>de</strong>l oroducto.<br />
Finalmente <strong>el</strong> producto s<strong>el</strong>eccionado es evaluado en <strong>el</strong> campo ajustando ls<br />
dosificación a niv<strong>el</strong>es óptimos. De acuerdo a los resultado:<br />
técnico - económicos obtenidos se <strong>de</strong>fine <strong>para</strong> ser utilzado en e<br />
<strong>tratamiento</strong>.<br />
2.7.8. Equipos y procesos utilizados en los <strong>tratamiento</strong>s <strong>de</strong> aguas efluentes.<br />
A c~ntinuación se <strong>de</strong>scribirán los <strong>equipos</strong> más comunes y procesos utilizados eri<br />
los <strong>de</strong> clarificación <strong>de</strong> agua:<br />
2.7.8.1. Se<strong>para</strong>dores API.<br />
Los se<strong>para</strong>dores API son tanques rectangulares diseñados <strong>para</strong> la se<strong>para</strong>cióri<br />
<strong>de</strong>l crudo disperso en las aguas <strong>de</strong> formación, normalmente son las primeras<br />
unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> las agua provenientes <strong>de</strong> los procesos <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>stiidratación <strong>de</strong>l crudo, consta básicamente <strong>de</strong> dos secciones, Iia sección <strong>de</strong><br />
entrada y los canales <strong>de</strong> se<strong>para</strong>ción, con un sistema <strong>de</strong> amortiguación <strong>de</strong><br />
turbi~lencia entre ambas secciones, a fin <strong>de</strong> evitar que <strong>el</strong> agua entre cori<br />
turbi~lenvia a los canales <strong>de</strong> se<strong>para</strong>ción. La sección <strong>de</strong> entrada está formada por'<br />
146
un canal <strong>de</strong> pre - se<strong>para</strong>ción, <strong>el</strong> cual <strong>de</strong>be ser diseñado <strong>para</strong> reducir la v<strong>el</strong>ocidad<br />
<strong>de</strong>l flujo horizontal a valores entre 10 a 20 piestmin, <strong>de</strong>be constar ad~más, con un<br />
sistecna <strong>de</strong> retiro <strong>de</strong> contaminantes tales como hojas, residuos <strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ra u otos,<br />
etc., y <strong>de</strong> barreras <strong>de</strong> retención y recolección <strong>de</strong> crudo libre.<br />
L,s sección siguiente está conformada por los canales <strong>de</strong> se<strong>para</strong>cien, los cuales<br />
estári diseñados <strong>para</strong> la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> gotas <strong>de</strong> crudo con diámetros igual o mayor<br />
a 150 , <strong>para</strong> los cuales se <strong>de</strong>termina la v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> ascenso por medio <strong>de</strong> la ley<br />
<strong>de</strong> Stokes y, a partir <strong>de</strong> ésta, se <strong>de</strong>terminan las dimensiones <strong>de</strong>l se<strong>para</strong>dor a fin <strong>de</strong><br />
proveer la longitud y <strong>el</strong> área <strong>de</strong> flujo necesarios <strong>para</strong> que las gotas, <strong>de</strong> petróleo<br />
asciefidan <strong>de</strong>s<strong>de</strong> <strong>el</strong> fondo <strong>de</strong>l se<strong>para</strong>dor hasta la superficie <strong>de</strong> don<strong>de</strong> serán<br />
removidas. Los canales <strong>de</strong> se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong>ben constar <strong>de</strong> sistemas do distribución<br />
<strong>de</strong> flujo, remoción <strong>de</strong> crudo y Iodos sedimentables, como los dssnatadores,<br />
barreras <strong>de</strong> retención y los verte<strong>de</strong>ros <strong>de</strong> afluentes o efluentes. La figura No 34<br />
muestra un se<strong>para</strong>dor API.<br />
A: PRE - SEPARADOR<br />
B: TANQUE O CANAL DE RETORNO<br />
C: ALCANTARILLA DE ENTRADA<br />
D: CANALES DE SEPARACION<br />
E: DESNATAGORES DE CRUDO<br />
H: RETORNO DE AGUA DESDE LA TANQUILLA DE CRUDO.<br />
1: !;ALIDA DE AGUA<br />
Figura No 34. Se<strong>para</strong>dor API.<br />
2.7.Ei.2. Se<strong>para</strong>dores <strong>de</strong> placas conugadas CPI.<br />
E.stán orientados a mejorar cada vez más la calidad <strong>de</strong>l agua a la salida <strong>de</strong> los<br />
se<strong>para</strong>dores, estas placas son instaladas con una inclinación <strong>de</strong> 45". La cresta br
los canales <strong>de</strong> las placas mejoran la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong>l crudo al proveer mayor<br />
superficie <strong>de</strong> coalescencia que las placas llanas y proveen a<strong>de</strong>rnas canales<br />
cóncavos por don<strong>de</strong> <strong>el</strong> crudo fluye a la superficie <strong>de</strong>l agua, aquí es removido y los<br />
sólidos sedimeniados <strong>de</strong>scien<strong>de</strong>n a través <strong>de</strong> los canales hasta IEI cámara <strong>de</strong><br />
sedimentación situada en <strong>el</strong> fondo <strong>de</strong>l se<strong>para</strong>dor. (ver figura No 36)<br />
Salida ajustable a<br />
verte<strong>de</strong>ro<br />
Fosa<strong>de</strong><br />
lodo<br />
Desnatador <strong>de</strong><br />
petróleo<br />
Capa <strong>de</strong> petróleo<br />
Entrada ajustiible<br />
a verte<strong>de</strong>ro<br />
/<br />
Figura No 35. se<strong>para</strong>dor <strong>de</strong> placas corwgadas.<br />
2.7.8.3. Unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> flotación <strong>de</strong> gas inducido o aeroflotación.<br />
La unidad <strong>de</strong> flotación <strong>de</strong> gas inducido consta <strong>de</strong> un diseño (le recipiente<br />
sometido a presión impidiendo emulsiofies <strong>de</strong> compuestos orgánicos volátiles as<br />
como <strong>de</strong> otros gases nocivos y explosivos. Sus cicloturbinas <strong>de</strong> dispersión <strong>de</strong> gas.<br />
rnejoni la eficiencia <strong>de</strong> extracción <strong>de</strong> petróleo y sólidos. Los <strong>de</strong>spuniadores autc,<br />
estables ajustan <strong>de</strong> manera constante las condiciones floculantes <strong>de</strong> flujo, y reduceri<br />
significativamente <strong>el</strong> volumen total <strong>de</strong> <strong>de</strong>spumados.<br />
E.n estos sistemas <strong>de</strong> flotación, la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> crudo emulsionaclo en <strong>el</strong> agua<br />
es I~grada mediante la inyección <strong>de</strong> aire o gas er; pequeñas burbuja:. <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la<br />
fase acuosa, mediante inyectores o inducido por medio <strong>de</strong> agitación mecánica, las<br />
burbujas <strong>de</strong> aire o gas en su ascenso hacia la superficie <strong>de</strong>l agua chocan con las<br />
14E.
gotas <strong>de</strong> crudo, las cuales se adhieren a las gotas <strong>de</strong> crudo y son Ilev~das hasta la<br />
supeificie <strong>de</strong>l líquido, don<strong>de</strong> <strong>el</strong> mudo se<strong>para</strong>do es retirado junto con la espuma que<br />
se forma por medio <strong>de</strong> <strong>de</strong>snatadores. La figura No 36 ilustra una unidad <strong>de</strong><br />
flotac;ión <strong>de</strong> gas inducido.<br />
ZONA DESCRIPCI~N<br />
........<br />
. . . .... . .<br />
. , . . . .<br />
A ESPACIO DEL VAPOR<br />
RECIRCULACION . . . .+<br />
B INDUCCION DE AIRE O G4S<br />
DE AGUA LIMPIA . T,!:.,.'<br />
.<br />
, . .<br />
.<br />
.<br />
.<br />
FLOTACIÓN O ZONA DE MEZCLADO<br />
. .... .<br />
. ...L.... D ESPUMA<br />
..... .<br />
;. . . ..S ,' '-.- . . . .<br />
... . .. ........ :.<br />
... , . :..,_. - . : . . . . . ...:... . . .<br />
E RECIRCULACI~N<br />
......... . . . . . .<br />
I . . ; : , , . .<br />
2..<br />
: : . . . . , . i . . > .>;<br />
. .<br />
. . i . . .<br />
. ;:.j i;; ...<br />
. . . . . . . . . . . .<br />
, . . - . : :<br />
; : , . . . ; : : .<br />
+* : < ; ; ; j<br />
i<br />
.....<br />
., . ::<br />
.< .......<br />
..................<br />
............<br />
SALIDA DE ............. ........ '.' ... ................<br />
'\ % _.... < . .... .-<br />
r<br />
PETR~LEO ....<br />
Figura No 36. Unidad <strong>de</strong> flotación <strong>de</strong> gas inducido.<br />
En este método, altos porcentajes <strong>de</strong> remoción <strong>de</strong> crudo son alcanzados eri<br />
corto tiempo, y estudios experimentales han conseguido remover kicilmente po-<br />
éste sistema <strong>el</strong> crudo emulsionado aún en concentraciones diluidas.
Dos tipos diferentes <strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> flotación han sido utilizadas en %te método<br />
<strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> agua, las cuales se distinguen por <strong>el</strong> método em?leado er; la<br />
producción <strong>de</strong> las pequeñas burbujas <strong>de</strong> gas. Estas son: unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> gas disu<strong>el</strong>to y<br />
unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> gas disperso. De igual forma pe<strong>de</strong>n utilizarse como fluido gaseoso<br />
<strong>para</strong> Ici generación <strong>de</strong> burbujas aire o gas. En caso <strong>de</strong> usarse gas Iia c<strong>el</strong>da está<br />
aislada al medio ambiente, manteniéndose entre <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> <strong>de</strong> líquido y la tapa superior<br />
<strong>de</strong> la c<strong>el</strong>da una atmósfera <strong>de</strong> gas.<br />
Las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> gas disu<strong>el</strong>to se diseñan consi<strong>de</strong>rando una fracción <strong>de</strong>l agua<br />
efluente a tratarse y se satura <strong>el</strong> agua mn gas o aire, en este tipo (le <strong>equipos</strong> a<br />
presiones mas altas <strong>de</strong> inyección <strong>de</strong> gas, mas gas pue<strong>de</strong> ser disu<strong>el</strong>to en <strong>el</strong> agua,<br />
sin embargo, la mayoria <strong>de</strong> estas unida<strong>de</strong>s son diseñadas <strong>para</strong> cperar a una<br />
presión <strong>de</strong> 20 a 40 Lpca. Normalmente <strong>de</strong> 20 a 50% es recirculzda y puesta<br />
nuevamente en contacto con <strong>el</strong> gas. El agua saturada con gas, es entonces<br />
inyectada <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la cámara <strong>de</strong> flotación (ver figura No 37).<br />
EFLUENTE .........<br />
DESAQUE<br />
FSPUMA<br />
ACEITOSA<br />
y--.---- ......................... ; ., AWA<br />
CAMrnDE i i CLA'IIFICADA<br />
CMRA DE<br />
mwEPS-%, FLOTAC~N i k.,.',-<br />
. .k.cL,<br />
AGENTE DE<br />
FLOCULACION<br />
(SI ES REOUERIW)<br />
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El gas disu<strong>el</strong>to se libera <strong>de</strong> la solución en burbujas <strong>de</strong> pequeños diámetros<br />
cuando <strong>el</strong> flujo entra a la cámara, la cual opera a una presión cercana ala<br />
atmosférica. Las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> gas disu<strong>el</strong>to han sido usadas exitosamente en<br />
operix5ones <strong>de</strong> refinerías, don<strong>de</strong> pu<strong>de</strong> usarse como fluido gaseoso tanto <strong>el</strong> aire<br />
corno <strong>el</strong> gas y existen gran<strong>de</strong>s áreas disponibles <strong>para</strong> su instalación.<br />
Las parámetros <strong>de</strong> diseño se especifican según las recomendacicnes <strong>de</strong> cada<br />
fabricante pero normalmente <strong>el</strong> rango varía tal como se indica en la tabla No 4.<br />
............................................................................................................................................................................................................<br />
; Agua a Flujo <strong>de</strong> agua tratada Tiempo <strong>de</strong> ; Profunclidad ;<br />
tratar i recirculada retensión (pie!;) ;<br />
(sdhbl) (Gallmin-sq ft) (min)<br />
Tabla No 4. Especificaciones <strong>de</strong> las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> flotación con gas disue to.<br />
En las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> gas disperso, las burbujas <strong>de</strong> gas son dispersadas <strong>el</strong> flujc<br />
total iisando generalmente un dispositivo <strong>de</strong> inducción. La mayoría <strong>de</strong> estas<br />
unida<strong>de</strong>s tienen tres o cuatro c<strong>el</strong>das. La masa o flujo <strong>de</strong> agua se <strong>de</strong>splaza en serie<br />
<strong>de</strong> una c<strong>el</strong>da a otra con flujo por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> bafles. Pruebas <strong>de</strong> campo han indicadc<br />
que la alta intensidad <strong>de</strong> mezcla en las c<strong>el</strong>das crea <strong>el</strong> efecto <strong>de</strong> flujo tapón <strong>de</strong> unE<br />
c<strong>el</strong>da ia la siguiente.<br />
2.7.8.4. Tanques <strong>de</strong>snatadores.<br />
Es uno <strong>de</strong> los sistemas más sencillos utilizados <strong>para</strong> tratar las aguas efluentes<br />
a fin <strong>de</strong> <strong>el</strong>iminarles <strong>el</strong> crudo presente en las mismas por simple se<strong>para</strong>ción por<br />
grav3dad, son los se<strong>para</strong>dores cilíndricos fabricados <strong>de</strong>s<strong>de</strong> tanques estándares<br />
que presentan la entrada <strong>de</strong> agua en la periferia o hacia <strong>el</strong> centro <strong>de</strong>l tanque, cori<br />
salidas <strong>para</strong> <strong>el</strong> agua ubicadas generalmente en las pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l tanque, pero<br />
alejadas <strong>de</strong> la entrada a fin <strong>de</strong> darle <strong>el</strong> mayor tiempo <strong>de</strong> resi<strong>de</strong>ncia posible<br />
alrecledor <strong>de</strong> 10 horas al agua <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l tanque <strong>para</strong> que ocurra la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong>l<br />
cruda <strong>de</strong>l agua.
No obstante, la eficiencia <strong>de</strong> remoción obtenida en estos tanques ha sido baja<br />
<strong>de</strong>bido a la formación <strong>de</strong> canales preferenciales <strong>de</strong> flujo entre la entrada y salida<br />
<strong>de</strong>l tanque por efectos <strong>de</strong> diferencia <strong>de</strong> temperatura en <strong>el</strong> agua, lo que origina a su<br />
vez gran<strong>de</strong>s zonas muertas o <strong>de</strong> bajo flujo <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l tanque. Por <strong>el</strong>lo, a fin <strong>de</strong><br />
evitar estos problemas y aumentar la eficiencia <strong>de</strong> remoción <strong>de</strong> crudo en <strong>el</strong> tanque,<br />
los ruevos diseños <strong>de</strong> tanques <strong>de</strong> se<strong>para</strong>ción llevan instalados distribuidores y<br />
pare<strong>de</strong>s alternas, a fin <strong>de</strong> lograr que <strong>el</strong> agua permanezca <strong>el</strong> tiempo necesario<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l tanque que permita la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong>l crudo <strong>de</strong>l agua.<br />
Ctros investigadores, han escrito sobre un tanque <strong>de</strong>snatador con ciertas<br />
variantes pero que funciona similar a un se<strong>para</strong>dor API, con la diferencia <strong>de</strong> que<br />
en vez <strong>de</strong> ser rectangular es cilíndrico.<br />
El se<strong>para</strong>dor presenta primero un tubo exterior vertical, cuya funcitn es se<strong>para</strong>r<br />
<strong>el</strong> g ~s que pudiera encontrarse en <strong>el</strong> agua que se va a tratar, la cua entra por la<br />
parte superior <strong>de</strong>l tubo. De allí es llevado por medio <strong>de</strong> una Iínea horizontal hasta<br />
<strong>el</strong> centro <strong>de</strong>l tanque, don<strong>de</strong> se une a otra Iínea vertical ambas 1ír;cas en forma<br />
similar a pre - se<strong>para</strong>dor API.<br />
Des<strong>de</strong> la Iínea <strong>de</strong>l centro, <strong>el</strong> tanque presenta dos placas llamadas<br />
distribuidores superior e inferior, cuya área aproximada es la mitad <strong>de</strong>l área <strong>de</strong>l<br />
tanque y distanciada más <strong>de</strong> 60 Cm <strong>de</strong>s<strong>de</strong> su bor<strong>de</strong> a la pared dc?l tanque, es<br />
espacio entre éstas dos placas o distribuidores correspon<strong>de</strong>n al canal <strong>de</strong> flujc<br />
donc'e en forma similar a los se<strong>para</strong>dores API, ocurre la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> crudo y<br />
agug'.<br />
El agua <strong>de</strong> formación por tratar, fluye <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la Iínea central haci~ las pare<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong>l tanque a través <strong>de</strong> una serie <strong>de</strong> ranuras <strong>de</strong> entrada colocadas <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong>'<br />
distribuidor superior, ubicadas <strong>de</strong> manera tal que <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> superior dc? las mismas<br />
este niv<strong>el</strong>ado con <strong>el</strong> bor<strong>de</strong> exterior <strong>de</strong>l distribuidor superior. En la misma Iíne~<br />
centi7al, se encuentran las ranuras <strong>de</strong> salida <strong>de</strong>l agua ubicada <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong><br />
distri buicior inferior.
De la Iínea central <strong>el</strong> agua es llevada hacia <strong>el</strong> exterior <strong>de</strong>l tanque por medio <strong>de</strong><br />
una Iínea <strong>de</strong> <strong>de</strong>scarga, que a su vez se encuentra conectada a un sifón ubicado al<br />
lado <strong>de</strong>l tanque, con la finalidad <strong>de</strong> controlar <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l tanque.<br />
Las secciones <strong>de</strong> entrada y salida <strong>de</strong>l agua en la Iínea central <strong>de</strong>ntro cl<strong>el</strong> tanque se<br />
se<strong>para</strong>n por medio <strong>de</strong> bridas ciegas. Dentro <strong>de</strong>l tanque, tanto <strong>el</strong> crudo libre como<br />
la ifitutfase crudo - agua <strong>de</strong>ben mantenerse sobre <strong>el</strong> distribuidor super,ior.<br />
Aquí a<strong>de</strong>más se encuentran instalados los <strong>de</strong>snatadores <strong>de</strong> cr~do <strong>para</strong> su<br />
recolección en forma continua, <strong>de</strong>s<strong>de</strong> don<strong>de</strong> <strong>el</strong> crudo se<strong>para</strong>do es enviado fuera<br />
<strong>de</strong>l tanque. Estos <strong>de</strong>snatadores <strong>de</strong>ben diseñarse <strong>de</strong> manera tal clue permitan<br />
variar su altura, <strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong>l niv<strong>el</strong> <strong>de</strong> crudo se<strong>para</strong>do. Adicionalrrente, al lado<br />
<strong>de</strong> le Iínea central vertical se encuentra una pequeña Iínea, cuya función es<br />
permitir que <strong>el</strong> crudo libre que pudiera encontrarse <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong>l distribiiidor inferior,<br />
ascienda hasta los <strong>de</strong>snatadores.<br />
L3s sólidos sedimentados son dirigidos hacia <strong>el</strong> fondo <strong>de</strong>l tanque, don<strong>de</strong> son<br />
extrzidos mediante un sistema <strong>de</strong> recolección <strong>de</strong> Iodos. Adiciorialmente, es<br />
recoinendable mantener en <strong>el</strong> espacio superior <strong>de</strong>l tanque entre <strong>el</strong> techo y <strong>el</strong> niv<strong>el</strong><br />
<strong>de</strong> líquido una atmósfera <strong>de</strong> gas a fin <strong>de</strong> mifiimizar la corrosión y <strong>el</strong> riesgo d~<br />
explosión. La figura No 38-A y 38-B muestran un tanque <strong>de</strong>snatador.<br />
Figura No 38-A. Tanque <strong>de</strong>snatador.<br />
A. Entrada <strong>de</strong> ag Aa<br />
B. Pre - Se<strong>para</strong>dor<br />
C. Ranuras <strong>de</strong> entrada.<br />
D. Ranuras <strong>de</strong> s~lida.<br />
E. Desnatador.<br />
F. Ventilación.<br />
G. Salida <strong>de</strong> gas.<br />
152
A. Entrada <strong>de</strong> agua. E. Se<strong>para</strong>dor inferior.<br />
B. Línea vertical central. F. Ranuras <strong>de</strong> salida.<br />
C. Ranuras <strong>de</strong> entrada. G. Abertura <strong>de</strong> venteo.<br />
D. Se<strong>para</strong>dor superior. H. Brida ciega.<br />
2.7.fi.5. Clarificador circular.<br />
Figura No 38-B. corte transversal <strong>de</strong> tanque <strong>de</strong>snatador.<br />
Está constituido por tres cilindros concéntricos <strong>de</strong> diferentes alturías, <strong>el</strong> cilindrcl<br />
extei-no es <strong>el</strong> más alto y sirve <strong>de</strong> muro <strong>de</strong> contención, <strong>el</strong> cilindro medio tiene una<br />
franj,a <strong>de</strong> goma flexible, la cual empuja la p<strong>el</strong>ícula <strong>de</strong> crudo hacia <strong>el</strong> colector.<br />
2.7.8.6. Hidrociclones.<br />
Los hidrociclones <strong>de</strong>sarenadores son <strong>equipos</strong> <strong>de</strong> forma cónica que utilizan la<br />
fuerza centrífuga <strong>para</strong> se<strong>para</strong>r mas pesadas contenidas en un Iícuido. En los<br />
hídrociclones <strong>el</strong> fluido presurizado llega a un múltiple <strong>de</strong> entrada, <strong>el</strong> cdal distribuye<br />
la ccirriente <strong>de</strong> flujo hacia ciclones individuales. El flujo que ingresa a través <strong>de</strong> uri<br />
alimentador tangencia1 <strong>el</strong> cual dirige <strong>el</strong> fluido contra una pared <strong>de</strong> una seccióri
cilíndrica por encima <strong>de</strong> la sección en forma <strong>de</strong> cono truncado. El fluido y las<br />
partíc;ulas sólidas se mueven en forma <strong>de</strong>scen<strong>de</strong>nte y en espiral forzando a las<br />
partículas pesadas a moverse <strong>de</strong>scen<strong>de</strong>ntemente en dirección externa al<br />
perírrietro <strong>de</strong>l cono. Debido a ala fuerza <strong>de</strong> gravedad, estas partículas, se <strong>de</strong>slizan<br />
en d,rección <strong>de</strong>scen<strong>de</strong>nte pare ser <strong>de</strong>scartadas <strong>de</strong>l vértice <strong>de</strong>l con13 y llevadas<br />
fuera <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong>scen<strong>de</strong>nte. El agua se mueve en la dirección <strong>de</strong>l vacío creado en<br />
e! centro <strong>de</strong>l cono y es <strong>de</strong>sechada. La figura No 39 ilustra la operacibn <strong>de</strong> un<br />
hidrociclón.<br />
Angulo <strong>de</strong><br />
inclinación<br />
18-20"<br />
alimentació<br />
Flujo<br />
<strong>de</strong>scen<strong>de</strong>nte<br />
Sección<br />
cilindrica<br />
1 Sección<br />
cónica<br />
-PilimentaciÓn Vista Frontal<br />
Alimentación<br />
Flujo --E<br />
Vista Lateral<br />
Figura No 39. Operación <strong>de</strong> un hidrociclón<br />
El tamaño <strong>de</strong> las partículas que son se<strong>para</strong>das en un hidrociclón <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> Is<br />
caída <strong>de</strong> presión a través <strong>de</strong>l cono. La caida <strong>de</strong> presión <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> cle la tasa <strong>de</strong><br />
flujo. De esta forma existe una tasa <strong>de</strong> Rujo y una caida <strong>de</strong> presión que <strong>de</strong>be sei-<br />
provista <strong>para</strong> cada cono <strong>de</strong> asentamiento y cierto tamaño <strong>de</strong> partícula. Con caídas<br />
<strong>de</strong> presión comprendidas en un rango <strong>de</strong> 25 a 50 Lpca los hidrociclones pe<strong>de</strong>n sei-<br />
usaclos <strong>para</strong> remover hasta <strong>el</strong> 99% <strong>de</strong> partículas con un tamaño que varía <strong>de</strong> 30 EI<br />
100 micrones. La figura No 40 Muestra un hidrociclón internamente y SLJ<br />
funcionamiento y la figura No 41 hidrociclones <strong>de</strong>sarenadores usadcls en <strong>el</strong> patio<br />
<strong>de</strong> tanques Lagunillas.
PRINCIPIO: Se<strong>para</strong>cion <strong>de</strong> fases por diferencia dt <strong>de</strong>nsidad5<br />
maximizada por fuerza centrífuga.<br />
VENTAJAS:<br />
Alta eficiencia. Se<strong>para</strong> gotas > 30 u<br />
Compacto, <strong>de</strong>sarrollado <strong>para</strong> "Ofí-Shore".<br />
DESVENTAJAS:<br />
*Alta caída <strong>de</strong> presión. Requiere bombeo.<br />
*Bajo "Turn-Down".Dkerio <strong>para</strong> flujo constante.<br />
*Erosión.<br />
APLlCAClON<br />
*Tratamiento <strong>de</strong> aguas efluentes '<strong>de</strong>oiling".<br />
*Bajos volumenes.<br />
Figura No 40. Hidrociclón.<br />
Fuente: VORTOIL.<br />
EXPERIENCIA<br />
Conoco, Murchison y Hunon Fi<strong>el</strong>d Mar <strong>de</strong>l Norte.<br />
PROVEEDORES<br />
Kvaerner, Nalco-MPE, Krebs. Vortoil.<br />
Figura No 41. Hidrociclones <strong>de</strong>sarenadores. Patio <strong>de</strong> tanques Lagunillas.<br />
Fuente: PDVSA
2.7.8.7. Tubería <strong>de</strong> coalescencia.<br />
Como se había discutido con anterioridad en este capitulo, la coalescencia se<br />
refiere al fenómeno <strong>de</strong> unión <strong>de</strong> gotas pequeñas <strong>para</strong> formar gotas más gran<strong>de</strong>s,<br />
las males se se<strong>para</strong>n <strong>de</strong> la fase externa por efectos <strong>de</strong> diferencia <strong>de</strong> cravedad.<br />
Este fenómeno antes <strong>de</strong>scrito solamente ocurre bajo cleterminadas<br />
condiciones <strong>de</strong> mezclado. Una vez que se <strong>de</strong>sestabiliza la emulsión, las gotas que<br />
la forman <strong>de</strong>ben chocar, <strong>de</strong> forma tal que se transformen en gotas m;iis gran<strong>de</strong>s y<br />
no e11 más pequeñas, lo cual ocurriría si <strong>el</strong> choque entre <strong>el</strong>las es muy violento. Por<br />
esta razón <strong>de</strong>be haber una cierta intensidad <strong>de</strong> mezclado, por un tiernpo <strong>de</strong>finido.<br />
<strong>para</strong> que se produzca este fenómeno.<br />
El término intensidad <strong>de</strong> mezclado (E) pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>finirse en función <strong>de</strong>l trabajc<br />
hect-o sobre la emulsión por unidad <strong>de</strong> masa y unidad <strong>de</strong> tiempo (erg/gr x seg), c<br />
en función <strong>de</strong>l trabajo hecho sobre la emulsión por unidad <strong>de</strong> volumeri y unidad <strong>de</strong><br />
tiempo (E) expresada en Lppdh, la cual pue<strong>de</strong> ser convertido a (E) e2 erglgndse~<br />
multiplicando por 19.16/P.<br />
doncle:<br />
E = Intensidad <strong>de</strong> mezclado expresada er; Lppc/h<br />
P = caída <strong>de</strong> presión en la tubería en Lpc<br />
T = El tiempo <strong>de</strong> resi<strong>de</strong>ncia en la tubería en horas<br />
Q = Caudal en Blsldia<br />
D = Diámetro interno <strong>de</strong> la tubería en pulgadas<br />
P La <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> la emulsión g/mc3<br />
f = FI factor <strong>de</strong> fricción.<br />
E = = 1.972 . f . P . @ . 1 (Lppclh)<br />
T D~ (Ec. 7)
Uiia tubería que cumpla con estas características <strong>de</strong> intensidad y tiempo <strong>de</strong><br />
mezclado <strong>para</strong> producir la coalescencia es lo que se <strong>de</strong>nomina 'Tubería <strong>de</strong><br />
Coalt?scencia".<br />
MElJS y POELGEEST han <strong>de</strong>sarrollado un sistema llamad:, DlNAMlC<br />
COA-ESCER, a fin <strong>de</strong> <strong>de</strong>terminar en laboratorio las condiciones cle mezclado<br />
óptirrias <strong>para</strong> <strong>el</strong> fenómeno <strong>de</strong> coalescencia. En <strong>el</strong> capitulo IV se expondrán los<br />
cálc~los que permiten <strong>de</strong>terminar la intensidad <strong>de</strong> mezclado en este equipo y en la<br />
tubería.<br />
2.7.8.8. Tratamiento biológico.<br />
Ll3s procesos biológicos se han <strong>de</strong>sarrollado <strong>para</strong> tratar la contaminación<br />
orgáiiica carbonada, <strong>para</strong> tal fin se aplica a la reducción <strong>de</strong>l nitrógeno en todas sus<br />
formas y últimamente se están utilizando <strong>para</strong> reducir <strong>el</strong> fósforo.<br />
Debido a que la bio<strong>de</strong>gradación <strong>de</strong> los hidrocarburos es muy lenta (35 días en<br />
lugar <strong>de</strong> 5 días <strong>para</strong> los hidratos <strong>de</strong> carbono), la mayoría se <strong>el</strong>iminar; 3or procesos<br />
físico-químicos antes <strong>de</strong> entrar en un proceso biológico.<br />
La contaminación carbonada está constituida principalmente por los fenoles.<br />
que <strong>de</strong>bido a su alta solubilidad, no se pue<strong>de</strong>n ser <strong>el</strong>iminados p,3r vía físico-.<br />
quírriica , sino que por <strong>el</strong> contrario son fácil y completamente <strong>de</strong>gracados por vía<br />
biolCgica.<br />
E.n refinerías, <strong>el</strong> nitrógeno se presenta, en la mayor parte <strong>de</strong> los casos, eri<br />
forma <strong>de</strong> amonio o amoníaco. Este <strong>el</strong>emento se <strong>de</strong>scompone y sustituye <strong>el</strong><br />
nitrógeno gaseoso en la atmósfera (proceso biológico <strong>de</strong> nitrificaci6n.-<br />
<strong>de</strong>sriitrificación).<br />
Adicionalmente los sulfuros, como los hidrocarburos, son miiy lentos eri<br />
oxidxse biol6gicamente en tiosulfatos y sulfatos.
Eri resumen, <strong>el</strong> objetivo <strong>de</strong>l <strong>tratamiento</strong> biológico es la reduccióri a un niv<strong>el</strong><br />
aceptable <strong>de</strong> los fenoles, y por lo tanto <strong>de</strong> la <strong>de</strong>manda bioquímica <strong>de</strong> oxigeno<br />
(DBO) y la <strong>de</strong>manda química <strong>de</strong> oxigeno (DQO), así como <strong>de</strong>l nitróger;~. Al mismo<br />
tiempo se logra una reducción <strong>de</strong> los hidrocarburos y compuestos azufi-ados.<br />
Tratamiento <strong>de</strong> la polución carbonada.<br />
Es un proceso aeróbico, en don<strong>de</strong> las bacterias (aeróbicas.) utilizan <strong>el</strong><br />
oxígeno disu<strong>el</strong>to en <strong>el</strong> agua <strong>para</strong> oxidar la materia orgánica, transformándola<br />
eti materia asimilable que permite <strong>el</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> estas bacterias. El fenómeno<br />
sc? acompaña con producción <strong>de</strong> C02.<br />
Básicamente se consume oxígeno y se produce material c<strong>el</strong>ular que se<br />
presenta en forma <strong>de</strong> materia suspendida. Se necesitan tambi6n pequeñas<br />
cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> nitrógeno y fósforo <strong>para</strong> la asimilación bacteriana.<br />
Generalmente, <strong>el</strong> fósforo se encuentra en bajas concentraciones en los<br />
e'luentes, por lo que <strong>de</strong>be ser agregado como nutriente.<br />
La eficiencia <strong>de</strong> la <strong>de</strong>puración <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la "carga másica" <strong>de</strong>l sistema. La<br />
carga másica es la r<strong>el</strong>ación er;tre la masa <strong>de</strong> polución introducida en un día y IE<br />
masa bacteriana presente. Mientras más baja es la carga másica: más alto es<br />
ei rendimiento.<br />
En este caso, la producción <strong>de</strong> Iodos biológicos a partir <strong>de</strong> una mism~.<br />
polución disminuye, porque las bacterias <strong>de</strong>ben consumir sus propias reservas<br />
<strong>para</strong> mantenerse con vida. La práctica ha <strong>de</strong>mostrado que nunca se pue<strong>de</strong><br />
llegar a la producción cero <strong>de</strong> Iodos, llamada oxidación total.<br />
Los Iodos producidos por los sistemas <strong>de</strong> muy baja carga se encuentran eri<br />
fiase <strong>de</strong> auto oxidación o respiración endógena y se <strong>de</strong>nominan "estables"<br />
F ue<strong>de</strong>n ser espesados y <strong>de</strong>shidratados directamente.
Al contrario, los Iodos más jóvenes, proce<strong>de</strong>ntes <strong>de</strong> sistemas con carga<br />
miis alta, <strong>de</strong>ben ser estabilizados, es <strong>de</strong>cir, se <strong>de</strong>be <strong>el</strong>iminar SL exceso <strong>de</strong><br />
materia orgánica por fermentación anaeróbica con producción <strong>de</strong> metano<br />
(digestión), o por medio aeróbico con aporte <strong>de</strong> oxígeno.<br />
Lechos bacterianos.<br />
En este proceso las bacterias son fijadas sobre un material soporte <strong>de</strong> gran<br />
siiperficie específica, <strong>de</strong> nanera <strong>de</strong> incrementar la masa bacteriam por unidad<br />
<strong>de</strong> volumen. Este soporte se recubre <strong>de</strong> una p<strong>el</strong>ícula biológica <strong>de</strong> espesor<br />
variable. Se efectúa una aireacijn, gefieralmente por tiro natural y a veces por<br />
ventilación forzada. En la Figura No 42 se aprecia un esqueria <strong>de</strong> lecho<br />
bí~teriano <strong>de</strong> una etapa con recirculacion.<br />
Agua a 1<br />
Lecho bacteriano<br />
l<br />
Decantador secundario AA-. tratada<br />
L<br />
F L--------------------- b<br />
Figura No 42. Lecho bactenano <strong>de</strong> una etapa <strong>de</strong> recirculación<br />
I<br />
1 Extracción <strong>de</strong> Iodos
Las sustancias contaminantes <strong>de</strong>l agua y <strong>el</strong> oxígeno <strong>de</strong>l aire s'3 difun<strong>de</strong>n a<br />
través <strong>de</strong> la p<strong>el</strong>ícula biológica hasta las bacterias asimiladora;;, al mismo<br />
tiempo que se <strong>el</strong>iminan en los fluidos líquidos y gaseosos los subpi-oductos y <strong>el</strong><br />
gas carbónico.<br />
El criterio normal <strong>de</strong> cálculo es la carga volumétrica, es <strong>de</strong>cir, la carga diaria<br />
<strong>de</strong> DBO por m3 <strong>de</strong> leclio bacteriano. Aquí también la eficiencia sc? incrementa<br />
ciiando disminuye la carga volumétrica.<br />
Para una DBO dada <strong>de</strong>l efluente por tratar, la carga hidráulica (v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong>l<br />
agua en <strong>el</strong> sistema) es proporcional a la carga voliimétrica. Mientras más alta<br />
sea la DBO (expresada en mg/L) más baja será la carga hidráulica. Con cargas<br />
h dráulicas altas, <strong>el</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> la p<strong>el</strong>ícula biológica es limitado por <strong>el</strong> arrastre.<br />
Se produce la autolimpieza <strong>de</strong>l material con fina p<strong>el</strong>ícula activa, lo cual permite<br />
cambios rápidos.<br />
Al contrario, con carga hidráulica baja, <strong>el</strong> riesgo <strong>de</strong> atascamieiito aumenta,<br />
este riesgo <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> también <strong>de</strong> la naturaleza <strong>de</strong>l material soporte.<br />
Existen dos tipos <strong>de</strong> materiales:<br />
- Materiales tradicionales como lava volcánica, coque metalúrgico o piedras<br />
silíceas trituradas. Su proporción <strong>de</strong>l vacío es pequeña ) no pue<strong>de</strong>r<br />
soportar cargas <strong>el</strong>evadas. Ya no se usan en las refinerías, <strong>de</strong>bido a sus<br />
problemas frecuentes <strong>de</strong> atascamiento.<br />
- Materiales plásticos, generalmente <strong>de</strong> tipo or<strong>de</strong>nado autopcrrtantes. Sori<br />
pocos sensibles al atascamiento y pue<strong>de</strong>n trabajar con cargas<br />
volümétricas <strong>el</strong>evados, entre 1 y 5 Kg <strong>de</strong> DBO por día por m ce material.<br />
Debido al costo <strong>de</strong>l r<strong>el</strong>leno se utilizan a fuerte carga con una eficiencia <strong>de</strong><br />
30 a 70% (según la altura).
Su interés es su menor sensibilidad a variaciones bruscas <strong>de</strong> carga y su<br />
economía <strong>de</strong> energía (tiro natural).<br />
Los Iodos producidos, arrastrados por <strong>el</strong> agua, son se<strong>para</strong>dos en un<br />
<strong>de</strong>cantador a la salida <strong>de</strong>l sistema.<br />
lecho.<br />
Se mantiene una carga hidráulica suficiente por recirculación <strong>de</strong>l agua en <strong>el</strong><br />
Lodos activados.<br />
En este proceso no hay soporte <strong>para</strong> las bacterias que se encuentran en<br />
fcirma <strong>de</strong> Iodos en suspensión en <strong>el</strong> agua.<br />
La planta consta <strong>de</strong> un tanque <strong>de</strong> aireación con aporte <strong>de</strong> ox:geno, <strong>de</strong> un<br />
d~antador <strong>para</strong> la se<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> los Iodos y <strong>de</strong> una recirculación <strong>de</strong> estos<br />
[cidos a la entrada <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong> aireación.<br />
La concentración <strong>de</strong> Iodos en <strong>el</strong> tanque <strong>de</strong> aireación pue<strong>de</strong> ajustarse con la<br />
tasa <strong>de</strong> recirculación, con un límite superior que <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la concentraciór<br />
en sóiidos <strong>de</strong>l lodo <strong>de</strong>cantado.<br />
El aporte <strong>de</strong> oxígeno, generalmente a partir <strong>de</strong>l aire atmosférico, se hace <strong>de</strong><br />
dos maneras:<br />
- Insuflación en <strong>el</strong> fondo <strong>de</strong>l tanque mediante dispositivos dispersantes cori<br />
formación <strong>de</strong> burbujas media o finas.<br />
- Aireación con turbinas <strong>de</strong> superficie.<br />
En ambos casos, la oxigenación <strong>de</strong>be asegurar un movimierito suficiente<br />
<strong>de</strong>l agua <strong>para</strong> evitar la sedimentación <strong>de</strong> los Iodos y asegurar SIJ distribucióri<br />
homogénea.<br />
1621
En los sistemas <strong>de</strong> alta o media carga másica, las necc?sida<strong>de</strong>s <strong>de</strong><br />
oxigenación aseguran una agitacijn suficiente. En los sistemas <strong>de</strong> baja carga o<br />
aireación prolongada es al contrario y las necesida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> agitaci'jn provocan<br />
u11 aporte excesivo <strong>de</strong> oxígeno. Una operación discontinua <strong>de</strong> la oxigenación<br />
permite soluciofiar este problema.<br />
Mientras más baja sea la carga másica, más alta será la eficiencia <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>puración. Con sistemas <strong>de</strong> baja carga o aireación extendida, se logran<br />
<strong>el</strong>iciencias mayores que 95% y <strong>el</strong> lodo producido es estable.<br />
Exigen gran<strong>de</strong>s volúmenes <strong>de</strong> aireación, más costosos, pero aguantan más<br />
variaciones <strong>de</strong> carga polutante o hidráulica y son <strong>de</strong> operación más sencilla y<br />
segura. En la figura No 43 se pue<strong>de</strong> apreciar esquemáticamente <strong>el</strong> <strong>tratamiento</strong><br />
por Iodos activados.<br />
Agua a .pzbq<br />
I<br />
t tratar<br />
I<br />
0<br />
Oxidación biológica<br />
1<br />
L<br />
Recirculación<br />
Decantador Agua<br />
tratadar<br />
Figura No 43. Tratamiento por Iodos activados.<br />
Extracción<br />
i-i - - - - j<br />
I<br />
1<br />
t<br />
I<br />
a<br />
I--------------------<br />
------------------
Lagunas <strong>de</strong> oxidación.<br />
Es un caso particular <strong>de</strong> los Iodos activados en <strong>el</strong> sentido <strong>de</strong> que las<br />
bacterias están en suspensión en <strong>el</strong> agua. Aquí no hay <strong>de</strong>cantador ni<br />
recirculación <strong>de</strong> Iodos y la concentración <strong>de</strong> masa bacteriana es rriuy débil. Se<br />
logra una masa Sacteriana total suficiente incrementando mucho e volumen <strong>de</strong><br />
agua. Es un proceso extensivo.<br />
Existen las lagunas naturales en las cuales se asegura la oxigenación por<br />
lc's algas ver<strong>de</strong>s y10 por aireación (con turbinas o insuflación <strong>de</strong> aire). Su<br />
ventaja es <strong>de</strong> ser particularmente simple <strong>de</strong> operar. Pero tienen muchos<br />
ir convenientes <strong>de</strong>bido a lo siguiente:<br />
- Requieren mucha superficie.<br />
- Riesgo <strong>de</strong> contaminación <strong>de</strong> la nata si no hay estanqueidad. La<br />
estanqueidad incrementa <strong>el</strong> costo.<br />
- Se llenan poco a poco <strong>de</strong> Iodos (con fermentación anaeróbica).<br />
- Llevan problemas <strong>de</strong> olores y <strong>de</strong> proliferación <strong>de</strong> insectos (lagunas'<br />
naturales).<br />
- Las materias suspendidas en <strong>el</strong> agua tratada no pue<strong>de</strong>n ser bier<br />
controladas y sobrepasan a menudo la Ley.<br />
- Aunque permitan la nitrificación, no se pue<strong>de</strong> controlar la acidificación<br />
resultante, lo que <strong>de</strong>scarta <strong>el</strong> proceso cuando hay nitrógenc en cantidad<br />
notable.<br />
- Desnitrifican muy poco y <strong>de</strong> manera incontrolada.
Se trata <strong>de</strong> filtros con un material granular poroso (Biolite) que sirve <strong>de</strong><br />
soporte a las bacterias. Aseguran un cierto grado <strong>de</strong> <strong>de</strong>puracion biológica,<br />
a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> su efecto filtrante clásico.<br />
La oxidación es aeróbica y se pue<strong>de</strong> incrementar su eficiencia por inyección<br />
<strong>de</strong> aire en <strong>el</strong> agua por filtrar, <strong>para</strong> acercarse a la saturación en oxígeno<br />
disu<strong>el</strong>to.<br />
Los filtros <strong>de</strong> presión permiten una mayor disolución <strong>de</strong> oxC)eno. Como<br />
tcdos los filtros <strong>de</strong> material granular, necesitan lavados periódicos a<br />
contracorriente. Su capacidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>puración es limitada (30 PPM <strong>de</strong> DBO a 5<br />
b ~ y se ) utilizan <strong>para</strong> aguas muy poco cargadas.<br />
En refinerías, los efluentes no tienen, frecuentemente, una Di20 <strong>el</strong>evada y<br />
[E, producción <strong>de</strong> Iodos biológicos es baja. Ocurre que la cantidad <strong>de</strong> materia<br />
suspendida en <strong>el</strong> agua <strong>de</strong>cantada sobrepasa la producción, lo que provoca la<br />
d~sconcefit~ación <strong>de</strong>l sistema. En este caso, la utilización <strong>de</strong> filtros con reciclaje<br />
dr las aguas <strong>de</strong> lavado permite obviar este problema y, al mismo tiempo,<br />
rc?ducir <strong>el</strong> tamaño <strong>de</strong>l <strong>de</strong>cantador.<br />
Para la s<strong>el</strong>ección <strong>de</strong>l proceso biológico <strong>de</strong>be cons;i<strong>de</strong>rarse lo siguiente:<br />
- Cuando <strong>el</strong> efluente es poco cargado, es <strong>de</strong>cir: DBO menclr que 80-9C<br />
mglL, fenoles menores que 5 mgll y nitrógeno menor que 12 mgIL, SE<br />
pue<strong>de</strong> utilizar directamente la filtración biológica (con <strong>el</strong> problema <strong>de</strong>l<br />
<strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> las aguas <strong>de</strong> lavado).<br />
- Si la DBO esta entre 80 y 200 mg/L y los fluoruros menores que 30 mg/L.<br />
con nitrógeno menor que 15 a 20 mgIL, la pareja lecho bacteriano - filtrcl<br />
biológico conviene.
Si <strong>el</strong> exceso <strong>de</strong> nitrógeno en r<strong>el</strong>ación con la Ley pue<strong>de</strong> ser e iminado por<br />
asimilación (resultante <strong>de</strong> la oxidación <strong>de</strong> la DBO) se pue<strong>de</strong> pensar en lagunas<br />
aireadas, con <strong>el</strong> riesgo <strong>de</strong> una concentración excesiva <strong>de</strong> sólidos suspendidos<br />
eri <strong>el</strong> agua tratada.<br />
Con efluentes más cargados en DBO, fenoles y10 nitrógeiio se <strong>de</strong>be<br />
emplear <strong>el</strong> proceso <strong>de</strong> Iodos activados, a pesar <strong>de</strong> su operación más compleja<br />
y <strong>de</strong> su tiempo más largo <strong>de</strong> re - arranque <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> un inci<strong>de</strong>nte<br />
De manera general, los procesos biológicos no aceptan fácilmente las<br />
v~ariaciones bruscas <strong>de</strong> carga, por lo que se <strong>de</strong>be prever uri tanque <strong>de</strong><br />
homogeneización <strong>de</strong> los efluentes con un mínimo <strong>de</strong> 6 horas <strong>de</strong> reíención, <strong>para</strong><br />
ainortiguar las inevitables variaciones <strong>de</strong> composición <strong>de</strong> los efluentes.<br />
2.7.8.9. Desaireación.<br />
El método más común <strong>de</strong> prevenir la ten<strong>de</strong>ncia corrosiva <strong>de</strong>l agua es a través<br />
<strong>de</strong> Iza remoción <strong>de</strong> los gases disu<strong>el</strong>tos. El oxígeno es <strong>el</strong> más problemático y<br />
siempre <strong>de</strong>berá ser removido si existen cantida<strong>de</strong>s significativas. Dependiendo <strong>de</strong>l<br />
estado <strong>de</strong>l sistema, <strong>el</strong> sulfuro <strong>de</strong> hidrógeno y <strong>el</strong> dióxido <strong>de</strong> carbano tambier<br />
tendi-án que ser removidos.<br />
Existen tres técnicas principales disponibles <strong>para</strong> remover <strong>el</strong> oxígeno disu<strong>el</strong>to:<br />
<strong>de</strong>scasificación y <strong>de</strong>saireación por vacío, los cuales pue<strong>de</strong>n alcanzi3r niv<strong>el</strong>es <strong>de</strong><br />
oxígeno menores <strong>de</strong> 0,1 glm ; y <strong>de</strong>puración química <strong>de</strong> cantida<strong>de</strong>s rc2siduales. La<br />
remcición por vapor se usa ampliamente <strong>para</strong> <strong>de</strong>sairear las aguas (le suministrci<br />
<strong>para</strong> cal<strong>de</strong>ras; pero, en general, la técnica no es apropiada pai-a usarla eri<br />
proyvctos <strong>de</strong> inyección <strong>de</strong> agua.<br />
Cuando se trata una fuente <strong>de</strong> agua que está esencialmente libre! <strong>de</strong> oxígeno.<br />
nornialmente sólo se necesita utilizar productos químicos <strong>para</strong> remover las últimas<br />
trazas <strong>de</strong> oxígeno, así como cualquier remanente <strong>de</strong> las mismas que pueda entral-<br />
16€i
al sistema como consecuencia <strong>de</strong> <strong>el</strong>lo. El la figura No 44 se muestran <strong>equipos</strong> <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>saireación.<br />
:alida <strong>de</strong> aire<br />
Clismbuidor<br />
entrada fresca<br />
Entrada <strong>de</strong> flujo<br />
Entrada<br />
Entrada<br />
Dispositivo <strong>de</strong><br />
con<strong>de</strong>nsación<br />
<strong>de</strong> agua <strong>de</strong> flujo<br />
Desalreación<br />
primaria<br />
Niv<strong>el</strong> <strong>de</strong> agua<br />
variable<br />
Entrad<br />
<strong>de</strong> agu<br />
Orificio<br />
Controlador Vente0 *interno <strong>de</strong>l<br />
<strong>de</strong> niv<strong>el</strong> 4 , ' con<strong>de</strong>nsador<br />
- - --.<br />
--- --<br />
calentamiento<br />
Almacenamienta <strong>de</strong> A la bomba <strong>de</strong><br />
agua <strong>de</strong>saireada alimentación<br />
<strong>de</strong> la cal<strong>de</strong>ra<br />
Segunda zona <strong>de</strong> <strong>de</strong>saireacion y<br />
se<strong>para</strong>dor <strong>de</strong> impurezas<br />
I<br />
I<br />
I<br />
<strong>de</strong>saireada<br />
Figura No 44. Equipos <strong>de</strong> <strong>de</strong>saireación.<br />
Controlador<br />
<strong>de</strong> niv<strong>el</strong> <strong>de</strong><br />
agua<br />
Los principios <strong>de</strong> <strong>de</strong>saireación por medio <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgasificación y <strong>de</strong>saireación PO.-<br />
vacío son iguales y se exponen a continuación. Normalmente los cesaireadore:;<br />
son diseñados por <strong>el</strong> mismo proveedor. Aquí se suministra suficiente informacióri
que sirve <strong>de</strong> base <strong>para</strong> <strong>de</strong>sarrollar un diseño pr<strong>el</strong>iminar y <strong>para</strong> verificar los<br />
métodos <strong>de</strong> diseño <strong>de</strong> un fabricante en particular. (Ver Tabla No 5).<br />
La s<strong>el</strong>ección <strong>de</strong>l método <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgasificación o <strong>de</strong> <strong>de</strong>saireacióri por vacío,<br />
<strong>de</strong>pei<strong>de</strong> <strong>de</strong> un número <strong>de</strong> factores, tales como:<br />
- Disponibilidad y costo <strong>de</strong>l gas dulce.<br />
- Alternativas <strong>para</strong> <strong>de</strong>secho <strong>de</strong>l gas.<br />
- Disponibilidad <strong>de</strong> la energía <strong>para</strong> las bombas <strong>de</strong> vacío.<br />
- Impacto en la clasificación <strong>de</strong>l área <strong>de</strong> la planta si se usa gas.<br />
Las cantida<strong>de</strong>s residuales <strong>de</strong> oxígeno disu<strong>el</strong>to en <strong>el</strong> agua, presentes <strong>de</strong>spués<br />
<strong>de</strong> la <strong>de</strong>saireación mecánica <strong>de</strong> 0,l PPM son r<strong>el</strong>ativamente altas y representan un<br />
problema <strong>de</strong> corrosión <strong>para</strong> los sistemas <strong>de</strong> inyección <strong>de</strong> agua, razón por la cual<br />
<strong>de</strong>be ser removido mediante la adición <strong>de</strong> productos químicos como: sulfitos <strong>de</strong><br />
sodio, bisulfitos <strong>de</strong> sodio y bisulfitos <strong>de</strong> amonio.<br />
....................................................................................................................................................................................<br />
Tabla No 5 Desgasificación i Desaireacióri por vacío :<br />
Requerimiento esencial .<br />
; Suministro <strong>de</strong> gas confiable y<br />
i <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> ;<br />
i <strong>de</strong>sgasificación.<br />
Típico 0.5 - 1.5 m3 (st)/ m3 <strong>de</strong><br />
i agua. : Energía <strong>para</strong> las bombas <strong>de</strong>'<br />
; vacío.<br />
i El gas <strong>de</strong>be estar libre <strong>de</strong> O2 y ;<br />
: H2S. : Típico 60 Kw/100C m3/h <strong>de</strong> agua.<br />
El contenido <strong>de</strong> C02 es :<br />
: limitado y <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong>l pH <strong>de</strong>l<br />
i agua.<br />
Facilida<strong>de</strong>s <strong>para</strong> <strong>el</strong> <strong>de</strong>secho<br />
seguro <strong>de</strong>l gas.
.....,...,,.... .................................................................... ..................................................................... ............................ . .... ..-....-. ...-...- ............ . ......... ....<br />
Tabla No 5 Desgasificación Desaireación por vacío i<br />
Ciasificación <strong>de</strong>l área. P<strong>el</strong>igrosa. : No p<strong>el</strong>igrosa<br />
: Tamaño<br />
Valores<br />
Típitas<br />
Oxigeno residual. : 0.1 g/ m3 0.1 g/ m3<br />
Corto Capex3-71<br />
Opex<br />
Torre <strong>de</strong> remoción.<br />
r Altura<br />
I<br />
Corte <strong>de</strong><br />
I<br />
la sección<br />
Los <strong>de</strong>sgasificadores son<br />
r<strong>el</strong>ativamente fáciles <strong>de</strong><br />
operar. El sistema es flexible y<br />
confiable.<br />
El sistema es ~n poco más<br />
complicado que la ;<br />
<strong>de</strong>sgasificación, pcr lo tanto más ;<br />
susceptible <strong>de</strong> problemas i<br />
operacionales.<br />
El diseño ciiidadoso es :<br />
imperativo.<br />
; Es mas costoso que <strong>el</strong> método <strong>de</strong><br />
Bajo si se utiliza gas libre. <strong>de</strong>sgasificación.<br />
1.9 m2 por 1000 m3/h <strong>de</strong><br />
agua.<br />
Se requiere <strong>de</strong> un espacio<br />
mas pequeño <strong>para</strong> la<br />
<strong>de</strong>saireación por vacío.<br />
Se requiere <strong>de</strong> un espacio mas i<br />
Tabla No 5. Com<strong>para</strong>ción <strong>de</strong> los métodos mecánicos <strong>para</strong> <strong>de</strong>saireación.<br />
gran<strong>de</strong> por la bom~as <strong>de</strong> vacío. ;
2.7.8.9. Filtros <strong>de</strong> lecho profundo o filtros <strong>de</strong> arena.<br />
Frecuentemente a causa <strong>de</strong> una <strong>de</strong>scarga muy exigente o norma:; <strong>de</strong> calidad<br />
<strong>de</strong>l agua <strong>de</strong> reinyección, aún con <strong>tratamiento</strong> <strong>de</strong> flotación, no pue<strong>de</strong> lograrse la<br />
a<strong>de</strong>cuada calidad <strong>de</strong>l agua. En tales instancias la práctica es utilizar la filtración<br />
comc un proceso terciario o final <strong>de</strong> <strong>de</strong>puración.<br />
Como las c<strong>el</strong>das <strong>de</strong> flotación, los filtros se obtienen en muchos y diferentes<br />
UisePos y configuraciones básicas. Indudablemente <strong>el</strong> tipo más cornún <strong>de</strong> filtro<br />
que !;e encuentra en <strong>el</strong> campo petrolero es <strong>el</strong> <strong>de</strong> lecho granular o filtro <strong>de</strong> lecho<br />
profundo. En estos filtros, varios pies <strong>de</strong> lecho granular están contenidos en un<br />
recipente, formando una capa. Este recipiente está ajustado también con<br />
estructuras <strong>de</strong> soporte <strong>para</strong> suspen<strong>de</strong>r <strong>el</strong> lecho con mecanismos <strong>de</strong> distribución <strong>de</strong><br />
flujo y colectores <strong>para</strong> <strong>el</strong> agua tratada. A<strong>de</strong>más contiene mecanismos que<br />
permiten <strong>el</strong> retrolavado <strong>de</strong>l lecho <strong>para</strong> remover <strong>el</strong> material filtrado <strong>de</strong>l agua. La<br />
figuni No 45 muestra un filtro <strong>de</strong> lecho profundo.<br />
SALIDA DEL<br />
RETROLAVADO<br />
BITRADA<br />
DE AGUA<br />
SALIDA DE<br />
AGUA LIMPIA u ----- ,<br />
ENTRADA A<br />
RETROLAVADO<br />
Figura No 45. Filtro <strong>de</strong> lecho profundo o filtro <strong>de</strong> arena
Eri condiciones <strong>de</strong> operación <strong>el</strong> agua se pasa a través <strong>de</strong>l medio filtrante, bien<br />
en cc-corriente o en contra corriente, <strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong>l diseño <strong>de</strong>l filt-o. Como <strong>el</strong><br />
agua pasa a través <strong>de</strong> los canales entre los granos <strong>de</strong>l medio .'iltrante, las<br />
partículas contaminantes presentes en <strong>el</strong>la pue<strong>de</strong>n ser físicamente atrapadas<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l lecho, o interactuar <strong>el</strong>ectrostáticamente con las partícula:; <strong>de</strong>l medio<br />
filtrante y ser absorbidas en su superficie. En cualquier caso, son removidas <strong>de</strong>l<br />
agua. Este mecanismo está consi<strong>de</strong>rado como <strong>el</strong> medio predominantí? por <strong>el</strong> cual<br />
muchos filtros <strong>de</strong> lecho granular garantizan la clarificación.<br />
Di~rante <strong>el</strong> proceso <strong>de</strong> filtrado hay un tercer modo por <strong>el</strong> cual las piirtícula~ y <strong>el</strong><br />
aceite pue<strong>de</strong>n ser removidos esto es a través <strong>de</strong>l colado físico <strong>de</strong> la materia<br />
contzminante en la superficie <strong>de</strong>l medio filtrante. Aunque esta forma <strong>de</strong> acción<br />
puedl3 ser efectiva remoción <strong>de</strong> la materia in<strong>de</strong>seable <strong>de</strong>l agua, reduce <strong>el</strong><br />
funcionamiento <strong>de</strong>l filtro. Para la clarificación propiamente, la!; partículas<br />
conts~minantes <strong>de</strong>ben penetrar <strong>el</strong> lecho filtrante <strong>de</strong> modo que se utilice la completa<br />
capacidad <strong>de</strong>l lecho <strong>para</strong> la remoción <strong>de</strong>l contaminante. El colado <strong>de</strong>l material en<br />
la s~iperficie <strong>de</strong>riva en <strong>el</strong> uso <strong>de</strong> solo algunas pulgadas <strong>de</strong>l tope <strong>de</strong>l lecho,<br />
ocasionando un rápido taponamiento, aumento <strong>de</strong> presión y requt?rimiento <strong>de</strong><br />
frecuentes retrolavados.<br />
Hasta en los modos <strong>de</strong> operación que se requieren, como es <strong>de</strong> esperarse, la<br />
cantidad <strong>de</strong> contaminantes retenidos en <strong>el</strong> lecho se incrementa, 3si como la<br />
difertmcia <strong>de</strong> presión necesaria <strong>para</strong> mover <strong>el</strong> agua a través <strong>de</strong>l lecho. Cuando<br />
esta diferencia se hace muy gran<strong>de</strong>, se originan canales <strong>de</strong>l medio filtrante que<br />
conducen <strong>el</strong> agua a través <strong>de</strong>l filtro sin tratarla. Este fenómeno se <strong>de</strong>nomina<br />
canalización <strong>de</strong>l lecho.<br />
Para prevenir que esto ocurra, se retrolavan los filtros periódicamente, bien<br />
<strong>de</strong>spués <strong>de</strong> un período especificado <strong>de</strong> operación o cuando se ericuentra una<br />
presión diferencial pre<strong>de</strong>terminada.<br />
El retrolavado se realiza bombeando ascen<strong>de</strong>ntemente agua limpia a través <strong>de</strong>l<br />
lecho, a una razón lo suficientemente alta como <strong>para</strong> expandir <strong>el</strong> lecho y conducir-<br />
171
las pzirtículas contaminantes atrapadas <strong>para</strong> que sean disgregadas. Para ayudar a<br />
remover los contaminantes <strong>de</strong>l lecho, frecuentemente se inyecta aire y solución<br />
<strong>de</strong>tergente con <strong>el</strong> agua <strong>de</strong>l retrolavado <strong>para</strong> producir una acción limpiadora.<br />
Después <strong>de</strong> la operación <strong>de</strong> retrolavado <strong>el</strong> medio filtrante se <strong>de</strong>ja asentar y <strong>el</strong><br />
filtro pue<strong>de</strong> ser puesto <strong>de</strong> nuevo en operación. Como medio filtrante en este tipo<br />
<strong>de</strong> filtro se usan muchos tipos <strong>de</strong> materiales. El más común es arena, aunque la<br />
antrasita también se ha usado frecuentemente. Ciertos filtros se Pan operado<br />
algura vez con pacana triturada o corteza <strong>de</strong> nogal como medio filtrante.<br />
Ulia proporción sustancial <strong>de</strong> los filtros <strong>de</strong> lecho profundo, corrieiitemente en<br />
sper:ición, utilizan no un medio sencillo, sino varios tipos diferentes d3 medios en<br />
capa:j <strong>de</strong> tamaño progresivamente menores. Tales filtros se conocen como <strong>de</strong><br />
lechc, mixto o <strong>de</strong> lecho múltiple.<br />
tos medios más comunes usados en estos filtros son una corribinación <strong>de</strong><br />
arena, antracita y granate, <strong>de</strong>bido a que estos materiales difieren<br />
signifcativamente en sus graveda<strong>de</strong>s específicas. El granate tierie la mayor<br />
gravedad específica y forma la capa <strong>de</strong>l fondo; la arena, una gravedad específica<br />
intermedia y se coloca normalmente en una capa entre <strong>el</strong> granate y la antracita;<br />
esta última tiene la menor gravedad especifica, por lo que forma la ccpa tope. Por<br />
otra parte, <strong>el</strong> granate utilizado es <strong>el</strong> material con tamaño más pequeño <strong>de</strong><br />
partícula, mientras la <strong>de</strong> la antracita es la más gran<strong>de</strong>.<br />
Así, cuando se retrolava <strong>el</strong> filtro, <strong>el</strong> material <strong>de</strong> mayor gravedzd específica<br />
tien<strong>de</strong> a asentarse primero, ubicando a las partículas más pequeñas, en <strong>el</strong> fondo<br />
<strong>de</strong>l lecho, <strong>el</strong> inmediatamente mayor sobre éste, y así sucesivamente,<br />
restz bleciendo las características <strong>de</strong>l diseño original. A causa <strong>de</strong> su naturaleza, los<br />
filtro!; son capaces <strong>de</strong> producir aguas <strong>de</strong> gran calidad. Son también rriuy sensibles<br />
a la naturaleza y concentración <strong>de</strong> los contaminantes en la corriente <strong>de</strong><br />
alimtantación.
Eri particular, <strong>el</strong> crudo tiene un efecto muy dañino sobre <strong>el</strong> funcioriamiento <strong>de</strong>l<br />
filtro 11 muchos fabricantes recomiendan que los niv<strong>el</strong>es máximos sean mantenidos<br />
por <strong>de</strong>bajo entre 10 y 25 partes por millón. A<strong>de</strong>más, los filtros son rt?lativamente<br />
ineficientes en la remoción <strong>de</strong>l crudo.<br />
Para que la materia contaminante sea removida en este tipo <strong>de</strong> filtr~, ésta <strong>de</strong>be<br />
en algún modo interactuar con <strong>el</strong> medio. Químicos tales como los poli<strong>el</strong>ectrolitos<br />
catióriicos ayudan a promover esa interacción.<br />
Los materiales que se usan con este fin son referidos comúnmente como<br />
ayudantes <strong>de</strong> filtración <strong>de</strong> filtro y normalmente cumplen su función eri dos modos<br />
<strong>de</strong> .acción: primero actúan, indudablemente, por mecanismos <strong>de</strong>scritos<br />
anteriormente, <strong>de</strong>sestabilizando las partículas presentes; y segundo, también<br />
estat)lecen o incrementan las cargas catiónicas sobre las superficie <strong>de</strong> las<br />
partículas, lo cual permite que <strong>el</strong>las interactúen <strong>el</strong>ectrostáticamente con <strong>el</strong> medio<br />
graniilar, que tien<strong>de</strong> a estar cargado negativamente.<br />
Debe también tenerse presente que la función <strong>de</strong> los ayudantes <strong>de</strong> filtración no<br />
es la <strong>de</strong> formar un floculo. La formación <strong>de</strong> flocules da como resultado la<br />
generación <strong>de</strong> partículas muy gran<strong>de</strong>s <strong>para</strong> penetrar <strong>el</strong> lect-o y, como<br />
consrcuencia <strong>el</strong> floculo es colado <strong>de</strong>l agua en la superficie <strong>de</strong>l medio, inutilizando<br />
<strong>el</strong> resto <strong>de</strong>l lecho.<br />
A<strong>de</strong>más, <strong>para</strong> mejorar la remoción <strong>de</strong> constituyentes in<strong>de</strong>seables <strong>de</strong>l agua, los<br />
ayudantes <strong>de</strong> filtración también tienen como función adicional la <strong>de</strong> pí?rmitir <strong>el</strong> fácil<br />
<strong>de</strong>sprendimiento <strong>de</strong> la materia contaminante <strong>de</strong>l lecho, <strong>para</strong> así mejorar la<br />
eficictncia <strong>de</strong>l retrolavado. Otros químicos, como los <strong>de</strong>tergentes eiijuagantes y<br />
biocidas, se usan también en conjunto con la filtración; ambos químicos se aplicar<br />
en IE etapa <strong>de</strong> retrolavado.<br />
tos <strong>de</strong>tergentes sirven <strong>para</strong> ayudar a la remoción <strong>de</strong> los contaminantes <strong>de</strong>l<br />
lecho y a restituir las superficies <strong>de</strong> las partículas <strong>de</strong>l medio a sus cancterísticas
originales. Los biocidas se usan <strong>para</strong> ayudar a controlar la proliferación <strong>de</strong> micro<br />
organismos, lo cual fácilmente podría ocurrir en los filtros.<br />
Filti-os <strong>de</strong> tierra diatomácea.<br />
Lcis filtros <strong>de</strong> tierra diatomácea son unida<strong>de</strong>s filtrantes usadas en algunos<br />
sistemas <strong>de</strong> clarificación. La tierra diatomácea es una sílica extremadamente pura,<br />
formada por fósiles <strong>de</strong> plantas marinas unic<strong>el</strong>ulares. Esta se mezcla con agua y se<br />
coloca <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l filtro, don<strong>de</strong> se <strong>de</strong>posita sobre un tamiz <strong>de</strong> soporte o lienzo. Este<br />
techo poroso <strong>de</strong> Tierra diatomácea actúa como medio <strong>de</strong> filtrado.<br />
Dl~rante la operación, se adiciona continuamente algo <strong>de</strong> tierra diatomácea al<br />
agua <strong>para</strong>, mantener la porosidad <strong>de</strong> la torta <strong>de</strong>l filtro. El filtro se opei-a hasta que<br />
la ca3da <strong>de</strong> presión a' través <strong>de</strong>l filtro alcance un niv<strong>el</strong> preestablecido. Entonces se<br />
retrolava, y tanto <strong>el</strong> medio filtrante como <strong>el</strong> material filtrado se <strong>de</strong>sechan. Un filtro<br />
<strong>de</strong> tierra diatomácea se muestra en la figura No 46.<br />
E 5- iF AL mMK1íT<br />
Figura No 46. Filtro <strong>de</strong> tierra diatomácea.<br />
AUTO JET<br />
I<br />
---. x3.. iCWGN090>,,36.<br />
-2<br />
i
Filtr'os <strong>de</strong> cartucho<br />
OIro tipo <strong>de</strong> mecanismo ocasionalmente puesto en uso son Icbs filtros <strong>de</strong><br />
cartucho. Estos filtros generalmente utilizan cilindros construidos <strong>de</strong> material<br />
poroso tal como pap<strong>el</strong>, metal perforado o sintetizado o piedra; o estcin formados<br />
por fil~ras tejidas <strong>de</strong> materiales sintéticos tales como polipropileno, vidrio o c<strong>el</strong>ulosa<br />
como medio filtrante. La figura No 47 ilustra un equipo <strong>de</strong> filtro <strong>de</strong> cartuc:ho.<br />
81 la operación normal, los cartuchos se montan <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> un rzcipiente <strong>de</strong><br />
baja presión, y a través <strong>de</strong> <strong>el</strong>los se procesa <strong>el</strong> agua <strong>para</strong> ser filtrada. E:n su paso a<br />
travémj <strong>de</strong>l medio por o <strong>de</strong>l cartucho, los sólidos son removidos por colado<br />
supeificial <strong>de</strong> las partículas y en algunas instancias, <strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong> la<br />
consírucción <strong>de</strong>l cartucho, por mecanismos <strong>de</strong> filtración profunda.<br />
DAVIT DE LEVANTAMIENTO<br />
(ALTURA TOTAL 3.68 mts)<br />
."MANOJO DE TUBOS"<br />
SOPORTEDEL CARTUCHO<br />
CARCAZA DE LOS CARTUCHOS<br />
(ALTURA TOTAL 2.26 rnts)<br />
Figura No 47. Equipo <strong>de</strong> fiitro <strong>de</strong> cartucho.
Los filtros <strong>de</strong> este tipo, a causa <strong>de</strong> su construcción y tamaño, nornialmente se<br />
usan sólo don<strong>de</strong> <strong>el</strong> pre - <strong>tratamiento</strong> ha producido aguas <strong>de</strong> gran calidad y los<br />
volúrrienes que se vienen procesando son bajos. De aquí que su uso esté<br />
generalmente limitado a situaciones especiales tales como aqu<strong>el</strong>la:; don<strong>de</strong> los<br />
requerimientos <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong>l agua son especialmente exigentes o don<strong>de</strong> es<br />
necesario un seguro entre la última etapa <strong>de</strong> <strong>tratamiento</strong> y <strong>el</strong> pozo <strong>de</strong> iriyección.<br />
2.7.9. I\lormas y especificaciones <strong>para</strong> la disposición <strong>de</strong> aguas aflue,ntes.<br />
Las riormas y especificaciones <strong>para</strong> la disposición final <strong>de</strong> las aguas afluentes<br />
están establecidas por <strong>el</strong> Ministerio <strong>de</strong> Ambiente en concordancia con la Ley Orgánica<br />
<strong>de</strong> Clarifi~ación <strong>de</strong> Aguas.<br />
En <strong>el</strong> anexo No 8 se presenta la Ley Orgánica <strong>de</strong>l Ambiente, y <strong>el</strong> anexo No 9 <strong>el</strong><br />
reglamento <strong>de</strong> clasificación <strong>de</strong> las aguas y medidas <strong>de</strong> control <strong>de</strong> poluciói <strong>de</strong> cuenca<br />
dvl lago <strong>de</strong> Maracaibo.