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Qu es el Petrleo?Captulo 1

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Indice Pgina

Introduccin

I. Origen

Teoras inorgnicasLa teora del carburoLa teora a base de carbonato de calcio, sulfato de calcio y agua caliente

Teoras orgnicasLa teora vegetalLa teora del carbn

Informacin de campoLas huellas del pasadoGeneracin del petrleo en la naturaleza

II. Composicin Qumica del Petrleo

Maravillosas combinaciones de carbono e hidrgeno Caractersticas fsicas y qumicas del petrleo

ColorOlorDensidadSaborIndice de refraccin Coeficiente de expansinPunto de ebullicinPunto de congelacin Punto de deflagracin Punto de quema Poder calorfico Calor especfico Calor latente de vaporizacin Viscosidad

Viscosidad relativa Viscosidad cinemtica Viscosidad Universal Saybolt

C a p t u l o 1 - Q u e s e l P e t r l e o ?

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36

3636

36363737383838

40

41424242424444444444444444444444454545

III. Rendimiento de los Crudos

Los crudos venezolanos, Tabla 1-2

Referencias Bibliogrficas

E l P o z o I l u s t r a d o34

45

49

50

C a p t u l o 1 - Q u e s e l P e t r l e o ? 35

IntroduccinLa etimologa de la palabra petrleo,

petro=roca y oleum=aceite, gramaticalmentesignifica aceite de roca. Si este aceite se anali-za para verificar su constitucin qumica-org-nica, por contener el elemento carbono (C) ensus molculas, se encontrar una extensa va-riedad de compuestos formados con el hidr-geno (H) denominados hidrocarburos. Loshidrocarburos son gaseosos, lquidos, semisli-dos y slidos, como aparecen en sitios de lasuperficie terrestre, o gaseosos y lquidos enlas formaciones geolgicas en el subsuelo.

Desde el principio, las emanacionesde hidrocarburos se designaron con nombresdel idioma vernculo donde aparecan. LaSagrada Biblia contiene referencias al petrleoen su forma ms cruda y se le menciona comobrea, asfalto o aceite de piedra. Ejemplos G-nesis: VI-14, XI-3, XIV-10; Job: XXIX-6; Deu-teronomio: XXXII-13:13; 2; Macabeo I (19-22).Muchas emanaciones fueron o son todava ex-tensas. En las riberas del mar Muerto eran tanabundantes que los romanos lo designaronLacus Asfaltitus. Bien conocidos son los de-psitos de asfalto ubicados en la isla de Tri-nidad y el lago venezolano de asfalto de Gua-noco, en el estado Sucre. A las emanacionespetrolferas las llamaron los egipcios mumiya(rabe), es decir, betn para embalsamar. Lospersas le decan mum, lo que identific a lapalabra momia con el asfalto o betn.

Los indios precolombinos mexica-nos las llamaban chapapoteras, y de all cha-papote para nombrar el petrleo. Los colonosde los hoy Estados Unidos las denominaronseepages. Los incas copey. Aqu en Vene-zuela, mene, que dio origen posteriormente anombres de campos petroleros como MeneGrande, en el estado Zulia, y Mene Mauroa,en el estado Falcn.

Puede decirse que, en mayor omenor escala, en muy variados sitios de laTierra existen emanaciones o rezumaderos queatrajeron la atencin de los exploradores enbusca de posibles acumulaciones petrolferascomerciales.

Los recientes adelantos cientficos ytecnolgicos empleados en exploraciones cos-tafuera han permitido detectar emanacionespetrolferas en el fondo de los mares. Tal es elcaso de hallazgos hechos frente a las costas deCalifornia en el ocano Pacfico y en las deLouisiana y Texas en el golfo de Mxico.

Fig. 1-1A. La presencia de burbujas de gas y la iridiscencia y flui-dez del petrleo indican que el mene est activo. Desde las en-traas de la Tierra, por fisuras, grietas y fallas de las formaciones,los hidrocarburos llegan a la superficie.

agua

petrleo

gas

agua

Fig. 1-1B. Mediante las actividades de exploracin y per-foracin la industria petrolera estudia la corteza terrestre y elsubsuelo para buscar, ubicar, cuantificar y producir yacimien-tos de gas y/o petrleo con fines comerciales.


I. OrigenDesde los comienzos de la explota-

cin del petrleo (1859) como negocio interna-cional integrado, los gelogos, qumicos e inge-nieros han dedicado tiempo a estudiar e inves-tigar los elementos y procesos responsables delorigen, constitucin, caractersticas, peculiari-dades de desplazamiento, acumulacin y en-trampamiento de los hidrocarburos en las cuen-cas sedimentarias. Durante casi catorce dcadasde estudios cientficos, tcnicos y de campo seha acumulado una valiosa y extensa informa-cin sobre las teoras y diferentes aspectos delorigen del petrleo. Los esfuerzos continan enpos de esta interminable tarea que cada daanima ms el espritu del investigador.

Teoras inorgnicasSegn estas teoras, el petrleo se

forma por reacciones netamente qumicas, esdecir, sin la intervencin de agentes vegetales

y/o animales. Entre estas teoras se mencionancomo principales:

La teora del carburoSe fundament en experimentos de

laboratorio mediante los cuales carburos decalcio, hierro y varios otros elementos en lapresencia del agua producan hidrocarburos.

Se presuma que la existencia sub-terrnea de grandes cantidades de calcio, hie-rro, aluminio y otros elementos producirancarburos a grandes profundidades al entrar encontacto con el agua caliente, y que a travs delas grietas de la tierra los compuestos de hidro-carburos as formados llegaban a la superficieen forma de gas y/o lquido.

Esta teora tuvo, o tiene, sus msacendrados defensores entre los qumicos perono es aceptada por la gran mayora de losgelogos.

La teora a base de carbonato de calcio, sulfato decalcio y agua caliente

Algunos investigadores propusieronesta teora apoyados en la idea de que los doscompuestos Ca CO3 y Ca SO4 . 2 (H2O), degran abundancia y asociacin en la naturaleza,eran capaces de producir los constituyentes delpetrleo en la presencia de agua caliente. Pormedio de esta teora no se pudo explicar con-vincentemente el proceso qumico propuesto.

Teoras orgnicasLas teoras orgnicas se basan en la

participacin de residuos vegetales o de ani-males en el proceso qumico bacteriano o dedescomposicin.

Hay cientficos que proponen que laformacin del petrleo es de origen animal yotros que su origen es vegetal. Sin embargo, seha concluido que puede ser uno u otro oquizs los dos combinados.

Fig. 1-2. Es de presumirse que nuestros indios aprovecharon lasemanaciones petrolferas (menes) para utilizar el petrleo, labrea, betn o asfalto en diferentes actividades de su vida coti-diana. Probablemente, el gran almirante Cristbal Coln se per-cat de la existencia de los rezumaderos de petrleo durante surecorrido, agosto de 1498, por las costas del golfo de Paria y eldelta del Orinoco.


En sntesis, las teoras orgnicas con-tienen las siguientes argumentaciones:

La teora vegetalBajo esta clasificacin aparecen va-

rias fuentes que se indican como contribuyen-tes a la formacin del petrleo. La inmensaabundancia de algas y otras plantas marinas enla costas, mares y ocanos representa suficien-te material para formar petrleo si se procesanadecuadamente.

Adems, partiendo de la formacindel carbn, se ha concebido que las plantasterrestres son tan abundantes en las bahascerradas, lagunas y pantanos, que tienen todoslos ingredientes para transformarse en petr-leo, bajo condiciones adecuadas de deposiciny enterramiento de sus restos, a presin y tem-peratura durante el tiempo geolgico necesa-rio. Aunque la mayora de los depsitos petro-lferos se encuentran en estratos marinos, tam-bin hay depsitos que se forman en sedimen-tos acumulados en aguas salobres.

Tambin han sido consideradas lasplantas diatomeas como fuente del origen yformacin del petrleo. Estas son algas unice-lulares que viven en el mar, en agua dulce oen tierra hmeda en cantidades asombrosas.Su abundante presencia en muchos estratos lu-tticos bituminosos de las edades geolgicassugiere que estos organismos microscpicostienen parte en el origen del petrleo.

La teora del carbnPor experimentos de laboratorio se

ha determinado que por destilacin de tiposde carbn ligntico y bituminoso se obtienenhidrocarburos equivalentes a los componentesdel petrleo. De estos experimentos se ha for-mulado la idea de que resultados similares seobtienen en la naturaleza cuando grandes vo-lmenes de carbn son sometidos a presionesy temperaturas adecuadas.

Esta teora tiene un buen grado devalidez si se considera que en muchos campospetrolferos del mundo existen estratos de car-

Fig. 1-3. De los estudios e investigaciones sobre el origen de los hidrocarburos se derivaron las teoras inorgnicas y orgnicas.La descomposicin y la transformacin de restos de vida animal y vegetal, depositados y enterrados durante los tiempos geolgi-cos milenarios, bajo la accin de la sedimentacin y compactacin de los estratos, sometidos adems a presin y temperaturaen el subsuelo, a determinadas profundidades, son todos factores que contribuyeron a la generacin del gas natural y/o petrleo(hidrocarburos).

bn. Sin embargo, nada tajante puede estable-cerse de estas observaciones.

Informacin de campoEn la bsqueda de los ingredientes

y condiciones que contribuyen al origen y for-macin del petrleo, son muy reveladores losestudios e informacin que, a travs de losaos, los estudiosos de la materia han obte-nido de las muestras de ripio o ncleos de losestratos geolgicos penetrados durante la per-foracin, de las lutitas o arenas petrolferas acielo abierto, o de los afloramientos de estratosen muchas partes del mundo.

En primer trmino, se ha concluidoque la descomposicin de la materia animaly/o vegetal, depositada y enterrada en losestratos geolgicos, sufre alteraciones por laaccin de bacterias, de la presin y de latemperatura.

El material grasoso y ceroso (ker-geno) que se deriva de la descomposicin deplantas y animales puede ser fuente de la ge-neracin de acumulaciones petrolferas en losestratos sedimentarios. Estratos de lutita, ricosen kergeno, se encuentran en muchas partesdel mundo. Este aspecto apunta que las lutitasciertamente pueden ser fuente principal delorigen de la formacin del petrleo.

Generalmente, todas las rocas de lasformaciones de los campos petroleros con-tienen fsiles. Estudios de microscopa de es-tas rocas sealan una gran abundancia deplancton, es decir, animales y plantas que flo-tan o nadan en el mar.

Las huellas del pasadoEntre las ramas del saber con que

cuentan los petroleros dedicados a las Cienciasde la Tierra, la Paleontologa cubre el estudiode los restos fsiles de animales y plantas yensea acerca de la vida pasada durante losperodos geolgicos y, por ende, sobre la

evolucin cronolgica de la historia geolgicade la Tierra. Por tanto, es una materia esencialpara descifrar la evolucin de la vida ani-mal/vegetal en las cuencas sedimentarias einterpretar las circunstancias y episodiosgeolgicos conducentes a la presencia o faltade acumulaciones petrolferas.

Generacin del petrleo en la naturalezaEl famoso gelogo e investigador

estadounidense Parker Davies Trask ofrece uninteresante ejercicio numrico acerca de la ge-neracin del petrleo en las formaciones geo-lgicas, tomando como base datos de labora-torio acerca del contenido del material orgni-co en lutitas (para este ejemplo se usan unida-des mtricas). Si una lutita contiene 2 % de ma-teria orgnica y 5 % de esa materia, se trans-forma en petrleo; entonces el porcentaje con-vertido es igual a: 0,02 x 0,05 = 0,001 o una mi-lsima parte (1/1.000).

Si se considera un bloque de sedi-mentos de una hectrea de extensin y un me-tro de espesor, el volumen es de 10.000 m3 desedimentos.

Si la densidad de estos sedimentoses de 2,1 entonces el peso del bloque ser:

10.000 x 2,1 x 1.000 = 21.000.000 kilos


Fig. 1-4. La presencia de mantos de carbn en la columna geo-lgica sirve de referencia para las correlaciones entre pozos,entre reas y posiblemente mayores extensiones. La muestrafue extrada de la formacin Marcelina (Eoceno-Paleoceno), ala profundidad de 3.262 metros, distrito Perij, estado Zulia,pozo Alturitas-10.


Pero como el peso del bloque estrepresentado por 1/1.000 partes de petrleo,entonces el bloque tiene 21.000 kilos de pe-trleo.

Si ese petrleo (por ejemplo, tipoBoscn) pesa 0,86 kilos por litro, equivalente aun petrleo de 11,4 API, entonces el bloquecontiene:

21.000_______ = 24.418,6 litros (24,4186 m3)

0,86

Extendiendo este ejemplo a mayo-res dimensiones, como si fuese una concesin

por la que existe inters comercial, y sea el ca-so de un rea de 10.000 hectreas y 100 me-tros de espesor, entonces el volumen de pe-trleo contenido in situ es muy apreciable.

10.000 x 100 x 24,4186 = 24.418.600 m3(153.585.000 barriles)

Es muy importante la expresin insitu (en sitio) porque no todo el volumen dehidrocarburos contenido en la formacin o ya-cimiento puede ser producido. El volumen ex-trable depender de otros factores, tales co-mo: la porosidad, que expresa porcentualmen-te el volumen del espacio disponible para al-macenar hidrocarburos; el porcentaje de satu-racin de petrleo (tambin de gas y agua)existente en el yacimiento; la presin original

Fig. 1-6. La presencia o impresiones de fsiles en las muestrasde las rocas sirven para tener idea del ambiente geolgico co-rrespondiente y de la edad de las formaciones. (A) represen-ta una ammonoidea muy abundante en el Paleozoico Supe-rior, menos abundante en el Jursico y se extingui al final delCretceo. (B) los peces aparecieron en el perodo Devonianoque dur 350 millones de aos durante la era del Paleozoico.

Fig. 1-5. Los cortes en las carre-teras (A) son buenos sitios paraobservar la inclinacin y el rum-bo de los estratos que forma lacorteza terrestre, como tambinafloramientos y discontinuidadde las formaciones (B).


en el yacimiento y la presin de burbujeo delgas disuelto en el petrleo; los contactos gasnatural-petrleo-agua en el yacimiento; la per-meabilidad de la roca, con respecto al gas, pe-trleo y agua; las relaciones de produccingas/petrleo, petrleo/agua; las caractersticasy propiedades del gas natural y del petrleoproducibles; la evolucin del tipo de empujenatural de extraccin o mecanismo inducidoque impele a los hidrocarburos en el yacimien-to a fluir hacia el pozo y hacia la superficie(empuje por gas natural, por gas disuelto, poragua, o por gravedad o por combinacin destos) o por bombeo mecnico o inyeccin defluidos; proyeccin del comportamiento delyacimiento durante las etapas primaria, secun-daria y terciaria de produccin respecto a lasperspectivas econmicas (ingresos netos) ycomercializacin de las reservas probadas dehidrocarburos en el yacimiento.

II. Composicin Qumica del Petrleo

Genricamente hablando, la palabrapetrleo se emplea para designar cada uno delos compuestos qumicos lquidos resultantesde la combinacin del carbono (C) con el hi-drgeno (H), Tabla 1-1.

En la industria petrolera, la palabrahidrocarburos abarca estos compuestos ensus cuatro estados: gaseoso, lquido, semisli-do y slido.

En la naturaleza hay acumulacionesque son puro gas. El gas puede ser seco o h-medo, segn la impregnacin de hidrocarbu-ros lquidos que contenga. En estado lquidose presentan los petrleos livianos, medianos ypesados. Sin embargo, algunos petrleos pesa-dos y extrapesados son lquidos o semilquidosen el yacimiento, debido a la temperatura. Es-tos petrleos tienden a ser semislidos, o seade muy poca fluidez o alta viscosidad en lasuperficie.

En las emanaciones o menes, de-bido al enfriamiento, al contacto con el aire, ala accin del sol y de las aguas, los hidrocar-buros ms livianos se evaporan paulatinamen-te y el petrleo se torna semislido o slido,segn la severidad de la accin de los elemen-tos del ambiente.

Estas combinaciones de carbono ehidrgeno en su forma natural (petrleo, pe-trleo crudo, o crudos) son sometidas a proce-sos de transformacin (refinacin) que rindencentenares de derivados (productos).

Una extensa gama de estos produc-tos tiene un alto contenido de hidrgeno y sonlquidos a temperaturas ambientales y tambinson susceptibles a la vaporizacin. Ciertos pro-ductos, mezclados con aire, forman carbu-rantes (ejemplo: las gasolinas para el parqueautomotor) cuyo poder calorfico promedio esde 10.555 kilocaloras/kilo (19.000 BTU/libra).

El alto poder calorfico de los carbu-rantes se debe al hidrgeno, cuyo poder es de28.886 kilocaloras/kilo (52.000 BTU/libra), poruna parte, y por la otra al carbono cuyo podercalorfico de combustin es de 8.055 kilocalo-ras/kilo (14.000 BTU/libra).

Es muy interesante, fsica-qumica-mente hablando, cmo estos dos elementos,uno gas y el otro slido, se combinan en lanaturaleza para formar tan extensa variedad de

Fig. 1-7. Los ncleos extrados de las formaciones revelan ca-ractersticas de la composicin de las rocas y del petrleo den-tro de sus poros.


hidrocarburos. Adems, aparte de los elemen-tos radiactivos, estos dos tienen ms podercalorfico individual de combustin directa queel resto de los elementos.

Si se quisiera utilizar el hidrgenosolo como carburante para aprovechar su altopoder calorfico de combustin (por ejemplo,en un automvil), la intencin se frustrara porlo siguiente: el tanque o la bolsa requerida pa-ra depositar el hidrgeno equivalente a un litrode gasolina sera casi la tercera parte del tama-o del carro. El hidrgeno puede ser compri-mido pero se necesita un cilindro (tanque)muy fuerte, cuya construccin requerira, apro-ximadamente, 275 kilos de acero por cada kilode hidrgeno.

Si se quisiera utilizar el carbono solocomo combustible en una mquina de com-bustin interna, tambin habra obstculos: esslido y no puede ser vaporizado apreciable-mente sino a temperaturas por encima de3.482 C (6.300 F).

Notar el lector el uso del SistemaMtrico y el Sistema Angloamericano. Esto sedebe a que, por razones obvias, internacional-mente la industria petrolera maneja ambos sis-temas, segn las exigencias. Adems, la fuentepreponderante de publicaciones petroleras laconstituye los Estados Unidos de Amrica.

Maravillosas combinaciones de carbono ehidrgeno

Antes de que se hicieran los primerosintentos (1859) por establecer formalmente laindustria petrolera, promotores estadounidensessolicitaron al profesor Benjamin Silliman hijo,del Colegio Yale, que hiciese (1855) el primeranlisis de destilacin de petrleo crudo paraapreciar las posibilidades comerciales y pers-pectivas de utilizacin de los derivados.

Los resultados, observaciones y reco-mendaciones del profesor Silliman fueron tan

halagadores que sus clientes desplegaron losmejores esfuerzos para convertirse en los ini-ciadores de lo que es hoy la industria petrolera.

Aqu en Venezuela, como dato inte-resante, la Secretara de Estado del Despachode Hacienda y Relaciones Exteriores envi aldoctor Jos Mara Vargas, el 17 de septiembrede 1839, una muestra de asfalto de Pedernales,Cantn del Bajo Orinoco, para que la exami-nase. El 3 de octubre de 1839, el doctor Vargascontest a dicha solicitud explicando las apa-riencias y caractersticas fsicas de la muestra ylos usos de la materia en la conservacin demaderas, preparacin de barnices, como ce-mento impermeable en la construccin y otrasaplicaciones. El doctor Vargas se manifestmuy halagado por lo que el asfalto como rique-za podra representar para el pas y urgi algobierno a cerciorarse de las modalidades desu aparicin, estado, extensin y otros detalles.Consider que se trataba de una riqueza quecon creces sobrepasaba muchas otras del pas.

De esa fecha ac, en universidades,en laboratorios privados y en la industria se haproseguido con la investigacin y el anlisiscientfico y tecnolgico aplicado de las milesde combinaciones maravillosas que se produ-cen por estos dos elementos en la constitucinde los hidrocarburos. Muchos investigadores yautores estiman que ms de 3.000 compuestosdel carbono y el hidrgeno pueden existir enel petrleo. Por tanto, la qumica petrolera to-dava representa un extenso campo de estudioe investigacin.

La Tabla 1-1 muestra los hidrocarbu-ros individuales de mayor ocurrencia en los di-ferentes tipos de petrleos, cubiertos por esasseis series. Sin embargo, en las otras doce se-ries no esquematizadas (CnH2n-8; CnH2n-10;CnH2n-12 hasta CnH2n-32) algunos hidrocarbu-ros individuales aparecen rarsimas veces y esoen muy pequeas cantidades.


Caractersticas fsicas y qumicas del petrleo

Todos los petrleos: livianos, media-nos, pesados y extrapesados, generalmente lla-mados crudos en la jerga diaria petrolera, tienencaractersticas y propiedades fsicas y qumicasque a la vista sirven para distinguir y apreciarunos de otros. Otras caractersticas tienen queser determinadas por anlisis de laboratorio.

ColorGeneralmente se piensa que todos

los crudos son de color negro, lo cual ha dadoorigen a cierta sinonimia y calificativos: oronegro, ms negro que petrleo crudo. Sinembargo, por transmisin de la luz, los crudospueden tener color amarillo plido, tonos derojo y marrn hasta llegar a negro. Por refle-xin de la luz pueden aparecer verdes, amari-llos con tonos de azul, rojo, marrn o negro.Los crudos pesados y extrapesados son negroscasi en su totalidad. Crudos con altsimo con-tenido de cera son livianos y de color amarillo;por la noche al bajar bastante la temperaturatienden a solidificarse notablemente y duranteel da, cuando arrecia el sol, muestran ciertohervor en el tanque. El crudo ms liviano o

condensado llega a tener un color blanque-cino, lechoso y a veces se usa en el campo co-mo gasolina cruda.

OlorEl olor de los crudos es aromtico

como el de la gasolina, del querosn u otros de-rivados. Si el crudo contiene azufre tiene unolor fuerte y hasta repugnante, como huevo po-drido. Si contiene sulfuro de hidrgeno, los va-pores son irritantes, txicos y hasta mortferos.

Para atestiguar la buena o rancia ca-lidad de los crudos es comn en la industriadesignarlos como dulces o agrios. Esta clasifi-cacin tiene un significado determinante entrepetroleros vendedores y compradores de cru-dos porque inmediatamente enfoca ciertas ca-ractersticas fundamentales del tipo de petr-leo objeto de posible negociacin.

Densidad Los crudos pueden pesar menos que

el agua (livianos y medianos) o tanto o ms queel agua (pesados y extrapesados). De all que ladensidad pueda tener un valor de 0,75 a 1,1.Estos dos rangos equivalen a 57,2 y -3 API.

La densidad, la gravedad especficao los grados API (API es la abreviatura deAmerican Petroleum Institute) denotan larelacin correspondiente de peso especfico yde fluidez de los crudos con respecto al agua.La industria petrolera internacional adopt ha-ce ya ms de setenta aos la frmula elabora-da por el API el 4 de mayo de 1922, la cualconsiste en la modificacin de las dos frmu-las que llevan el nombre del qumico francs

El doctor Jos Mara Vargas, mdico, naci en La Guaira el 10de marzo de 1786. Cientfico, catedrtico, escritor. Rector de laUniversidad Central de Venezuela, 1827-1830. Presidente de laRepblica, 1835-1836, pero renunci irrevocablemente. Luegose dedic exclusivamente a la educacin. Viaj a EstadosUnidos en 1853, y muri en Nueva York el 13 de junio de 1854.Sus restos fueron trados al Panten Nacional en 1877.


Antoine Baum (1804), usadas para compararla densidad de lquidos ms livianos o ms pe-sados que el agua. Las dos frmulas Baum son:

140Gravedad especfica = _________

130 + n

145

Gravedad especfica = _________

145 - n

En las que n representa la lectura engrados indicada por el hidrmetro Baum in-merso en el lquido, cuya temperatura debe ser15,5 C. Por ejemplo, si se sustituye n=10 enla primera ecuacin se obtendr que la grave-dad especfica =1 corresponde a la del agua;en la segunda ecuacin se obtiene gravedadespecfica = 1,07 mayor que la del agua.

La ecuacin general del API escomo sigue:

141,5

Gravedad especfica = _____________

[a 60F, (15,5C)] 131,5 + API

141,5

API = __________________ _ 131,5

Gravedad especfica

El hidrmetro API se basa en la den-sidad o gravedad especfica de los crudos conrespecto al agua. Un crudo de 10 API tiene lamisma gravedad especfica que el agua.

La clasificacin de crudos por rangode gravedad API utilizada en la industria ve-nezolana de los hidrocarburos, a 15,5 (60 F)es como sigue:

Extrapesados, menos de 16

Pesados, menos de 21,9

Medianos 22,0 - 29,9

Livianos 30 - y ms

Los lquidos condensados son pro-ducto de condensacin de un vapor o del gasnatural. En el yacimiento la substancia puedeexistir en estado gaseoso y su gravedad puedeser bastante alta. Al respecto, la definicin con-junta de los ministerios de Hacienda y de Ener-ga y Minas, sobre petrleos crudos conden-sados naturales, indica lo siguiente: Se con-sideran petrleos crudos condensados natura-les aquellos hidrocarburos lquidos bajo condi-ciones atmosfricas, que se caracterizan porestar en estado gaseoso bajo las condicionesoriginales del yacimiento y no ser obtenidospor procesos de absorcin, adsorcin, compre-sin, refrigeracin o combinacin de tales pro-cesos y que tienen una gravedad mayor de40,9 API a 15,56 C (60 F). (Fuente: GacetaOficial de la Repblica de Venezuela, AoXCIX - Mes III. Caracas: martes 28 de diciem-bre de 1971, Nmero 29.695, p. 222.117).

En las negociaciones de compra-venta, intercambio, reconstitucin y mezcla decrudos, el precio del metro cbico o del barrilde crudo est atado a la escala de gravedadAPI correspondiente. La dcima de gravedad(API) se paga aplicando la fraccin de precioque corresponda, segn la calidad del crudo.

Fig. 1-8. En el laboratorio, profesionales en diferentes especia-lidades cientficas y tecnolgicas se dedican a la evaluacincualitativa y cuantitativa de las diferentes caractersticas de loscrudos para determinar su rendimiento de productos medianteprocesos de comercializacin en las diferentes plantas de pro-cesos qumicos, petroqumicos, refinacin y manufactura.


Sabor El sabor de un crudo es una propie-

dad que se torna importante cuando el conte-nido de sal es bastante alto. Esta circunstanciarequiere que el crudo sea tratado adecuada-mente en las instalaciones de produccin delcampo para ajustarle la sal al mnimo (gramospor metro cbico) aceptable por compradoresy las refineras.

Indice de refraccinMedido con un refractmetro, los hi-

drocarburos acusan valores de 1,39 a 1,49. Sedefine como la relacin de la velocidad de laluz al pasar de uno a otro cuerpo.

Coeficiente de expansinVara ente 0,00036 y 0,00096. (Tem-

peratura, C por volumen).

Punto de ebullicinNo es constante. Debido a sus cons-

tituyentes vara algo menos que la temperatu-ra atmosfrica hasta la temperatura igual o porencima de 300 C.

Punto de congelacinVara desde 15,5 C hasta la tempe-

ratura de -45 C. Depende de las propiedadesy caractersticas de cada crudo o derivado.Este factor es de importancia al considerar eltransporte de los hidrocarburos y las estacio-nes, principalmente el invierno y las tierrasglidas.

Punto de deflagracinVara desde -12 C hasta 110 C. Re-

accin vigorosa que produce calor acompaa-do de llamas y/o chispas.

Punto de quemaVara desde 2 C hasta 155 C.

Poder calorficoPuede ser entre 8.500 a 11.350

caloras/gramo. En BTU/libra puede ser de15.350 a 22.000. (BTU es la Unidad TrmicaBritnica).

Calor especficoVara entre 0,40 y 0,52. El promedio

de la mayora de los crudos es de 0,45. Es larelacin de la cantidad de calor requerida paraelevar su temperatura un grado respecto a larequerida para elevar un grado la temperaturade igual volumen o masa de agua.

Calor latente de vaporizacinPara la mayora de los hidrocarburos

parafnicos y metilenos acusa entre 70 a 90 ki-localoras/kilogramo o 130 a 160 BTU/libra.

ViscosidadLa viscosidad es una de las caracte-

rsticas ms importantes de los hidrocarburosen los aspectos operacionales de produccin,transporte, refinacin y petroqumica. La visco-sidad, que indica la resistencia que opone elcrudo al flujo interno, se obtiene por variosmtodos y se le designa por varios valores demedicin. El poise o centipoise (0,01 poise)se define como la fuerza requerida en dinaspara mover un plano de un centmetro cuadra-do de rea, sobre otro de igual rea y separa-do un centmetro de distancia entre s y con elespacio relleno del lquido investigado, paraobtener un desplazamiento de un centmetroen un segundo.

La viscosidad de los crudos en elyacimiento puede tener 0,2 hasta ms de 1.000centipoise. Es muy importante el efecto de latemperatura sobre la viscosidad de los crudos,en el yacimiento o en la superficie, especial-mente concerniente a crudos pesados y extra-pesados.


Viscosidad relativa es la relacinde la viscosidad del fluido respecto a la delagua. A 20 C la viscosidad del agua pura es1,002 centipoise.

Viscosidad cinemtica es equiva-lente a la viscosidad expresada en centipoisesdividida por la gravedad especfica, a la mismatemperatura. Se designa en Stokes o Centistokes.

Viscosidad Universal Saybolt re-presenta el tiempo en segundos para que unflujo de 60 centmetros cbicos salga de un re-cipiente tubular por medio de un orificio, de-bidamente calibrado y dispuesto en el fondodel recipiente, el cual se ha mantenido a tem-peratura constante.

III. Rendimiento de los Crudos

El valor definitivo de los crudos estrepresentado por el rendimiento y clase de pro-ductos que se obtengan a travs de los proce-sos de refinacin y/o petroqumica (Fig. 1-10).Todo crudo es til. Cada crudo puede ser pro-cesado, para obtener determinados derivados,pero habr un derivado preponderante queconstituir la esencia de su calidad como mate-ria prima y su precio, segn el mercado.

Los crudos venezolanos dan una ex-tensa serie de derivados: gasolinas, naftas, que-rosn, combustibles pesados, combustibles die-sel y gasleo, lubricantes, asfaltos, turbo fuel,parafinas, gas de refinera, coque, azufre y cier-tos metales, como nquel y vanadio que se en-cuentran en los crudos pesados y extrapesados.

La Tabla 1-2 presenta ejemplos deanlisis de crudos venezolanos que muestransus caractersticas y contenido. Estos ejemplostienen el propsito de llamar la atencin sobreciertos factores y sus correlaciones con otros.Por ejemplo: la gravedad API vs. % de azufre,vs. viscosidad. Qu puede obtenerse de lacomparacin de otros factores entre s?

Sobre anlisis de crudos es impor-tante tomar en cuenta la fecha cuando se hizo,debido a que si es de fecha muy remota quizno representa la realidad actual de las carac-tersticas del crudo. Con el tiempo, a medidaque los yacimientos se agotan, ciertas caracte-rsticas pueden cambiar debido a la extraccindel petrleo y/o la aplicacin de mtodos se-cundarios o terciarios de explotacin econmi-ca. Por tanto, lo que se acostumbra es tener unanlisis reciente. En las refineras, los crudosson analizados peridicamente en el laborato-rio para mantener un registro de sus carac-

Fig. 1-9. (A) petrleo muy liviano que muestra lafacilidad con que fluye y la calidad de su trans-parencia. (B) petrleo muy pesado cuya fluidezes casi imperceptible y de transparencia nula.


tersticas y rendimiento y tambin para cotejarel funcionamiento y eficiencia de los proce-sos/plantas a escala comercial.

El factor de caracterizacin, segnWatson, Nelson y Murphy (Tabla 1-2) se defineas:

3

TBK= __________

S

en la que:TB representa el promedio del

punto de ebullicin (F absolutos) molal y S lagravedad especfica a 60 F. Esta frmula tienela particularidad de aplicacin mltiple ya quetodos los factores que contiene (numerador y

denominador), punto de ebullicin y gravedadespecfica, son aplicables a todos los crudos ysus propios derivados. Por tanto, en los labo-ratorios y en las refineras se utiliza para hacerevaluaciones, comparaciones y correlaciones.

La Figura 1-10 es una presentacinmuy sencilla y esquemtica de los procesosque, bajo presin y temperatura mediante di-ferentes etapas, producen determinados tiposde derivados que sirven para usos domsticosy/o industriales. En prximos captulos se cu-bren ampliamente aspectos tcnicos y opera-cionales bsicos sobre la produccin y trans-formacin de los hidrocarburos en sustanciascomerciales tiles.


horno

petrleo

residuos

condensador de gas

gas

gasolina

gas

gas

querosn

aceitesDiesel

aceiteslubricantes grasas

combustibles

asfaltos

grasaaceitea c

eite

Fig. 1-10. Torre de destilacin.


Parafinas METANO CH4 Gas Estos hidrocarburos pueden subdividirse CnH2n+2 ETANO C2H6 Gas an ms en cierto nmero de la serie

PROPANO C3H8 Gas ismera: parafinas primarias, secundarias BUTANO C4H10 Gas y terciarias, que aunque tienen igual PENTANO C5H12 Lquido porcentaje de composicin, difieren en HEXANO C6H14 Lquido propiedades fsicas debido a las diferenciasHEPTANO C7H16 Lquido de arreglos atmicos internos en susOCTANO C8H18 Lquido molculas. Esta serie est presente

a prcticamente en todos los petrleosHEXADECANO C16H34 Lquido pero es preponderante en los de baseHEXAOCTANO C18H38 Slido parafnica. Los componentes ms EICOSANO C20H42 Slido livianos de la serie -gases y lquidos-

a estn generalmente asociados con PENTATRICONTANO C35H72 Slido petrleos de base asfltica. Los gases

arrastran vapores de la forma lquida todo el tiempo. El gas natural est compuesto exclusivamente de los hidrocarburos ms livianos (gases) de esta serie. Los hidro-carburos de esta serie contienen el ms alto porcentaje de hidrgeno y son los ms estables.

Olefinas ETILENO C2H4 Gas Estos hidrocarburos son relativamenteCnH2n: PROPILENO C3H6 Gas de poca saturacin y constituyenPolimetilenos BUTILENO C4H8 Gas la llamada cadena de anillos abiertos.(CnH2n)x AMILENO C5H10 Lquido Incluyen varias series independientes,(Originalmente HEXILENO C6H12 Lquido diferentes en caractersticas fsicas yllamados naftenos) EICOSILENO C20H40 Lquido qumicas, aunque son idnticas en su

CEROLENO C27H54 Slido porcentaje de composicin. Una de ellas,MOLENO C30H60 Slido la serie de las olefinas, es relativamente

inestable.

Acetilenos C12H22 Los de rango inferior de esta serieCnH2n-2 C14H26 no se han encontrado en el petrleo.

C16H30 Pero los de rango superior son caracte-C19H36 rsticos de muchos crudos.C21H40C22H42C24H46

Tarpenos C23H42 Los compuestos superiores de estaCnH2n-4 C24H44 serie se encuentran generalmente

C25H46 en pequeas cantidades en todos loscrudos de alta densidad.

Bencenos BENCENO C6H6 Se encuentran en pequeas cantidadesCnH2n-6 TOLUENO C7H8 en todos los petrleos.(Hidrocarburos XILENO C8H10aromticos) CUMENO C9H12

CIMENO, etc. C10H14

Tabla 1-1. Composicin qumica de los hidrocarburos

Nombre y frmula del grupo de series Nombre Frmula Estado Notas


Los siguientes ejemplos de anlisis de crudos venezolanos dan idea de sus caractersticas, contenido y rendimiento.

Nombre Boscn Boscn Lagunillas Guara Ruiz Pirital Sta. RosaEstado Zulia Zulia Zulia Anzotegui Gurico Monagas Anzotegui

Origen del dato Richmond Richmond Mene G. Fomento Atlantic Fomento FomentoGravedad API 9,5 10,1 18,0 24,5 29,6 33,2 45,0% azufre 5,25 5,48 2,06 1,5 0,90 0,80 0,10Visc. SSU a 100 F - 90.000 1.000 188 52 49,3 34,0Fecha 3-3-48 1956 1942-45 30-11-42 1957 1945 1942Factor de caracterizacin

a 250 F 12,20 11,75 11,27 11,70 11,59 11,85 11,65a 450 F 11,60 11,38 11,40 11,50 11,66 11,65 11,65a 550 F 11,40 11,30 - 11,50 11,69 11,65 11,75a 750 F 11,40 11,35 - 11,60 11,88 11,90 12,35

Promedio 11,65 11,40 - 11,57 11,70 11,76 11,83Base I IN - I I I IPPrdida % - - 0 - 0,5 0,9 1,0Gasolina

% a 300 F 1,6 1,8 4,0 15,0 11,0 18,7 37,8Claro N de octanaje - - 71,0 66,0 62,0 64,0 68,0

N oct. 3cc TEL - - 86,3 84,0 81,0 82,0 85,0% a 400 F 3,8 4,0 9,2 24,5 20,5 27,1 49,0

Claro N de octanaje 42,0 57,7 65,5 61,0 53,0 55,0 62,0N oct. 3cc TEL 66,0 66,6 81,90 80,0 74,0 78,0 80,0% a 450 F 5,2 5,7 11,20 29,6 26,5 32,4 53,3

Calidad - - buena buena - buena excelenteResid. reform. O.N. 85,2 89,0 96,0 89,5 88,0 84,0 87,0

Boscn Boscn Lagunillas Guara Ruiz Pirital Sta. RosaMaterial de propulsin

% a 550 F 10,0 10,7 19,0 38,0 40,0 44,0 64,3Gravedad API 44,5 35,6 - 42,5 40,0 47,7 55,7Calidad - - - buena buena buena buena

Querosn destilado% 375-500 FGravedad API 39,2 34,5 36,2 37,7 38,7 39,9 39,9Punto de humo 19,2 15,0 15,7 16,7 18,0 18,6 18,6% de azufre 3,0 3,0 alto 0,27 0,12 0,14 bajoCalidad - - - - - regular buena

Dest. o combustible Diesel% 400-700 F 16,0 16,5 29,6 24,9 40,0 32,7 27,0Indice Diesel 26,0 31,0 - 47,0 51,0 52,0 53,0Punto de fluidez -35,0 -15,0 - -10 17,0 10,0 5,0% de azufre 3,3 4,4 1,03 0,72 0,43 0,50 0,10Calidad - - - buena - buena excelente

Material desint. (Diesel)% 400-900 F 28,8 30,3 47,0 47,0 60,0 53,0 42,0N de octanaje (Trmico) 73,0 73,0 - 71,4 69,4 69,2 66,2Gravedad API 21,0 23,7 - 27,7 29,1 28,0 31,8Calidad (trmico) - - - buena buena buena -Calidad (cataltico) - - - - buena buena excelente

Material desint. (residuo)% arriba 550 F 90,0 89,0 81,0 62,0 59,0 55,1 34,7Gravedad API 6,5 7,5 - 15,3 22,6 22,3 30,0API com. desintegrado - - - 4,9 5,9 6,2 10,4% de gasolina (en abastec.) - - - 36,5 49,5 48,5 58,5% de gasolina (en crudo) - - - 22,6 29,4 26,8 20,3

Lubricantes destil. (descerados)% 700-900 F 12,8 13,8 17,4 22,1 20,0 20,3 15,0Punto de fluidez 55,0 60,0 - -10,0 105,0 95,0 12,0Indice de viscosidad 25,0 50,0 - 43,0 85,0 80,0 135,0% de azufre 4,3 4,7 1,95 1,65 0,98 1,0 0,20Residuo % ms 900 F 67,4 65,7 43,8 28,0 18,0 19,0 8,0Calidad de asfalto excelente excelente excelente buena - - -

Tabla 1-2. Los crudos venezolanos

Referencias Bibliogrficas

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Captulo 1 - Qu es el Petrleo?IndiceIntroduccinI. OrigenII. Composicin Qumica del PetrleoIII. Rendimiento de los CrudosReferencias Bibliogrficas

cap_01

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