Universidad Veracruzana FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS

Universidad Veracruzana
FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS
POZA RICA TUXPAM
INGENIERÍA QUIMICA
“DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD SURFACTANTE DE
LA PLANTA POLUSH Y ABSORBENTE ORGANICO (LIRIO)
PARA ELIMINAR HIDROCARBURO EN AGUA”
TESIS
PARA PRESENTAR EL EXAMEN DEMOSTRATIVO DE LA
EXPERIENCIA EDUCATIVA DE EXPERIENCIAL RECEPCIONAL
DEL PROGRAMA EDUCATIVO DE INGENIERÍA QUIMICA
PRESENTA:
JULIETA AGUIRRE GARCÍA
SUJEY ADANNARY CRUZ GONZÁLEZ
DIRECTOR DE TESIS:
DR. SERGIO NATAN GONZÁLEZ ROCHA
POZA RICA DE HGO, VER.
ENERO DEL 2014
INDÍCE
Contenido
Pág.
Resumen
1
CAPÍTULO I
2
Introducción
2
1.1.-Objetivo general
2
1.2.-Objetivo especifico
2
1.3.-Hipótesis
3
CAPÍTULO II.- Marco teórico
4
2.1.-Surfactantes
4
2.2.-Fenómenos fundamentales
4
2.3.-Adsorción
4
2.4.-Asociación
5
2.5.-Tipos de surfactantes
7
2.6.-Dispersantes
8
2.7.-Tipos de dispersantes
8
2.8.-Aspectos de toxicidad
9
2.9.-Toxicidad en especies
10
2.10.-Eficacia de los dispersantes
11
2.11.-Ventajas
14
2.12.-Desventajas
15
2.13.-Aplicaciones de los surfactantes en la industria
16
petrolera
2.13.1.-Lodos de perforación
16
2.13.2.-Estimulación de pozo
17
2.13.3.-Recuperación mejorada de petróleo
18
2.13.4-Deshidratación
19
2.13.5.-Otros usos petroleros
20
2.14.-Puluxnu (Polush)
21
2.15.-Lirio
22
CAPÍTULO III.- Metodología
25
3.1.-Materiales y reactivos (Surfactantes)
25
3.2.-Materiales y reactivos (Absorción por lirio/polush)
25
3.3.-Normas utilizadas
25
3.4.-Método
26
3.5.-Surfactante
26
3.5.1.-Solución Polush/ Agua (Extracto A)
26
3.5.2.-Soluciones polush/Alcohol (Extracto B y C)
26
3.5.3.-Pruebas
26
3.6.-Cuantificación del área de dispersión
27
3.7.-Absorbente orgánico
28
3.8.-Preparación
de
las
mezclas
lirio/surfactante
y
28
lirio/polush/surfactante
3.9.-Pruebas
CAPÍTULO IV.- Resultados y discusión
4.1.-Surfactante
28
31
31
4.1.1.-Prueba 1.- Surfactante A
31
4.1.2.-Prueba 2.- Surfactante B
32
4.1.3.-Prueba 3.- Surfactante C
33
4.2.-Calculos (cuantificación del área de dispercion)
34
4.3.-Absorbente orgánico
37
4.3.1.-Tratamiento polush y lirio
37
4.3.2.-Pruebas
39
4.3.3.-Mezcla A.- Lirio/surfactante
40
4.3.4.-Prueba 1
40
4.3.5.-Prueba 2
40
4.3.6.-Prueba 3
41
4.3.7.-Mezcla B.-Lirio/polush/surfactante
41
4.3.8.-Prueba 4
42
4.3.9.-Prueba 5
42
4.3.10.-Prueba 6
43
4.4.-Prueba de grasas y aceites
44
4.4.1.-Evidencias de la prueba de grasas y aceites
44
4.5.-Cálculos
46
Conclusiones
49
Bibliografía
50
ÍNDICE DE TABLAS, FIGURAS, GRÁFICAS Y ANEXOS
Tabla 1.- Toxicidad de algunos dispersantes utilizados en
10
derrames de hidrocarburo en agua.
Tabla 2.- Limites de viscosidad en centistoke para
12
dispersar HC.
Tabla 3.- Ficha de identificación herbaria de puluxnu.
21
Tabla 4.- Matriz de resultados, surfactante
27
Tabla 5.- Matriz de resultados, Absorbente orgánico.
30
Tabla 6.- Resultados de surfactante.
34
Tabla 7.- Resultados de absorbente orgánico.
47
Figura 1.- Micelización
6
Figura 2.- Variación de la concentración de hidrocarburo
7
solubilizado en una solución de surfactante en función de
la concentración de este último.
Figura 3.- Variación de la eficacia de algunos dispersantes
13
con la temperatura y la salinidad.
Figura
4.-
Concentraciones
estimadas
de
petróleo
14
Figura 5.- Ejemplo del contenido de un lodo de
16
dispersado en la profundidad.
perforación.
Figura 6.- Ejemplo del método de acidificación.
17
Figura 7.- Esquema clásico de un pozo inyector y pozo
19
productor.
Figura 8.- Solanum Erianthum D. Don, Puluxnu.
22
Figura 9.- Solanum Erianthum D. Don, Puluxnu.
22
Figura 10.- Lirio acuático (Eichhornia crassipes).
23
Figura 11.- Lirio acuático (Eichhornia crassipes).
23
Figura 12.- Prueba 1
31
Figura 13.- Prueba 1
31
Figura 14.- Prueba 1
31
Figura 15.- Prueba 1
31
Figura 16.- Prueba 1
31
Figura 17.- Prueba 1
31
Figura 18.- Prueba 1
32
Figura 19.- Prueba 2
32
Figura 20.- Prueba 2
32
Figura 21.- Prueba 2
32
Figura 22.- Prueba 2
32
Figura 23.- Prueba 2
32
Figura 24.- Prueba 3
33
Figura 25.- Prueba 3
33
Figura 26.- Prueba 3
33
Figura 27.- Prueba de detergente foca y surfactante.
34
Figura 28.- Prueba de detergente foca y surfactante.
34
Figura 29.-Cuantificación del área de dispersión de la
35
mancha de HC inicial
Figura 30.- Cuantificación del área de dispersión, prueba 2
35
surfactante B
Figura 31.- Cuantificación del área de dispersión, prueba 3
36
surfactante C
Figura 32.- Recolección de polush
37
Figura 33.- Recolección de lirio
37
Figura 34.- Secado al ambiente del polush.
37
Figura 35.- Triturado del polush
37
Figura 36.- Secado del lirio acuático mediante estufa.
38
Figura 37.- Molienda del lirio
39
Figura 38.- Prueba 1
40
Figura 39.- Prueba 1
40
Figura 40.- Prueba 2
40
Figura 41.- Prueba 2
40
Figura 42.- Prueba 3
41
Figura 43.- Prueba 3
41
Figura 44.- Prueba 4
42
Figura 45.- Prueba 4
42
Figura 46.- Prueba 5
42
Figura 47.- Prueba 5
42
Figura 48.- Prueba 6
43
Figura 49.- Prueba 6
43
Figura 50.- Prueba 6
43
Figura 51.- Prueba 6
43
Figura 52.- Filtrado de las pruebas por medio de papel
44
filtro.
Figura 53.- Montaje del equipo soxhlet
45
Figura 54.- Colocación de la muestra en el equipo soxhlet
45
Figura 55.- Primer ciclo de la prueba
45
Figura 56.- Extracción de aceite mediante rotavapor
46
Figura 57.- Extracción de aceite mediante rotavapor.
46
Gráfica1.- Porcentaje de área de dispersión
36
Gráfica 2.-Porcentaje de absorción
48
Anexo A.- NMX-AA-005-SCFI-2000
51
Resumen
La industria del petróleo es actualmente un factor detonante económico de
muchos países desarrollados y de economías emergentes, esto en beneficio
social de los mismos; sin embargo en muchas de sus operaciones de producción,
perforación y transporte presentan fallas de naturalezas diversas que provocan
desastres naturales a consecuencia de los derrames ocurridos en ríos, lagos y
cuerpos de agua. Entonces es por esto que el trabajo plantea como objetivo el
evaluar la capacidad surfactante del polush Solanum Erianthum y la capacidad
absorbente del lirio acuático Eichhornia crassipes en hidrocarburos ligeros en
agua dulce, que son especies que por sus características pueden ser utilizadas
para minimizar el impacto de los productos químicos aplicados en esos casos. La
metodología se desarrolla para extraer de forma alcohólica y en agua la sustancia
surfactante del polush, y la pulverización del lirio acuático para la prueba de
absorción en los tratamientos A, B y C planteados con concentraciones utilizadas
en las pruebas. Como resultados se observo la capacidad con mejor respuesta en
el tratamiento Concluyendo con esto que es factible hacer uso de extractos
naturales y plantas de la región para eliminar en el agua dulce derrames de
hidrocarburos ligeros que son comunes en la región de Poza Rica.
Palabras clave: polush, lirio acuático, derrames de hidrocarburos, hidrocarburos
ligeros, extractos naturales.
1
Capítulo I.- INTRODUCCIÓN
El siguiente trabajo de investigación se enfoca en la problemática que existe en
derrames de hidrocarburo en agua, debido a la falta de atención hacia este
problema se produce la contaminación al medio ambiente afectando flora y fauna
de los ecosistemas. El ser humano ha hecho algunos químicos como lo son los
surfactantes o bien llamados dispersantes para poder remediar el daño provocado,
pero lejos de querer remediarlo está causando un mayor impacto ecológico,
debido a la toxicidad de estos.
La finalidad de este trabajo es buscar una alternativa como lo es un surfactante y
un absorbente orgánico para combatir el impacto ambiental que causa un derrame
de hidrocarburo, y a su vez nos permita retirar el crudo del agua sin afectar las
especies que se encuentran en este medio.
La elaboración del surfactante y del absorbente se llevara a cabo mediante plantas
las cuales podrían considerarse silvestres como el polush (Solanum Erianthum) y
contaminantes como el lirio acuático (Eichhornia crassipes), plantas de las cuales
no nos imaginamos poder tener algún provecho, es decir se pretende acabar con
dos problemas a la ves uno es solucionar los derrames de hidrocarburo y otro es
combatir las plagas tanto de lirio como de polush.
Objetivo general
Evaluar la capacidad surfactante del polush Solanum Erianthum y la capacidad
absorbente del lirio acuático Eichhornia crassipes en hidrocarburos ligeros en
agua dulce.



Objetivos específicos
Elaborar un extracto de polush alcohólico y otro macerado en agua, para
determinar su capacidad surfactante.
Preparar el lirio acuático para la prueba de absorción del hidrocarburo en
agua dulce.
Realizar las pruebas de los extractos y mezcla de lirio para determinar la
eficiencia de los factores evaluados, en la dispersión de hidrocarburos en
agua.
2
Hipótesis
Los derrames de crudos ligeros pueden ser removidos mediante compuestos
naturales como el extracto de polush Solanum Erianthum y el lirio acuático
(Eichhornia crassipes).
3
Capítulo II.- MARCO TEÓRICO
Las actividades en la industria petrolera, existen muchas veces situaciones que
causan accidentes en los cuales se derraman hidrocarburos en medios terrestres
o acuáticos, bajo esta problemática el entender los conceptos relacionados a estos
eventos es de relevancia, por lo que en este capítulo se mostraran diversos
conceptos teóricos que apoyarán al desarrollo de la investigación propuesta.
2.1.Surfactantes
Son sustancias que presentan actividad en la superficie, reduciendo la tensión
superficial del líquido en el que esta disuelto o bien la tensión superficial de la
entercará si hubiera otra fase presente. Para que una sustancia sea TA se
requiere que contenga dos grupos: uno polar o hidrófilo (amigo del agua) y otro no
polar o hidrófobo (terror al agua).
2.2.Fenómenos fundamentales
Con excepción del poder bactericida de ciertos surfactantes, fenómeno del cual no
hay una explicación absolutamente segura, se puede decir que todas las
propiedades y usos de los surfactantes provienen de dos propiedades
fundamentales de estas sustancias: de una parte, su capacidad de adsorberse a
las interfaces y de otra parte su tendencia a asociarse para formar estructuras
organizadas.
2.3.Adsorción
Cuando una molécula de surfactante se ubica en forma orientada en una interfase
o una superficie, se dice que se adsorbe. La adsorción es un fenómeno
espontáneo impulsado por la disminución de energía libre del surfactante al
ubicarse en la interfase y satisfacer parcial o totalmente su doble afinidad. Tal
adsorción ocurre también cuando una sola afinidad está satisfecha como en el
caso de la adsorción en la superficie aire-agua o líquido-sólido. En tal caso el
llamado efecto hidrófobo es la principal fuerza motriz, ya que remueve el grupo
apolar del agua.
4
Todos los surfactantes poseen una molécula que presenta a la vez un grupo polar
(o hidrofílico) y un grupo apolar (hidrofóbo o lipofílico).
En vista de su dualidad polar-apolar, una molécula de surfactante no puede
satisfacer su doble afinidad ni en un solvente polar, ni en un solvente orgánico.
Cuando una molécula de surfactante se coloca en una interface agua-aire ó aguaaceite, ella puede orientarse de manera a que el grupo polar esté en el agua,
mientras que el grupo apolar se ubica "fuera" del agua, en el aire o en el aceite.
Desde un punto de vista energético, se puede decir que la energía libre de una
molécula de surfactante a la interfase es inferior a la de una molécula solubilizada
en el seno de una fase acuosa. La transferencia desde el seno de una fase
acuosa a la interfase, llamada adsorción es por lo tanto espontánea.
La adsorción de un surfactante en una superficie gas-líquido o en una interfase
líquido-líquido, produce en general una reducción de la tensión superficial o
interfacial, de donde el nombre "tensoactivo". La tensión es responsable de la
curvatura de las interfases, de la formación de gotas, de un gran número de
inestabilidades capilares y de numerosos fenómenos de estabilización de
interfases.
2.4.Asociación
Cuando a una solución (acuosa por ejemplo) se le añade cada vez más
surfactante, este comienza por adsorberse a las interfaces disponibles, luego su
concentración en forma monomolecular aumenta hasta que se forman las
primeras micelas.
La micela es un polímero de asociación en el cual el surfactante alcanza una
posición favorable.
En solución acuosa la fuerza motriz principal que favorece la formación de micelas
es el efecto hidrófobo, es decir, la sustracción de la parte apolar del surfactante del
contacto con las moléculas del agua y la formación un contacto más favorable
desde el punto de vista energético con las partes apolares de otras moléculas de
surfactante.
5
Figura 1.- Micelización
Fuente: El mundo de los surfactantes, Jean-Louis Salager, 1992
La micelización es entonces un tipo de microprecipitación en la cual el surfactante
se sustrae parcialmente de la fase acuosa, como se muestra en la figura 1. La
analogía con un fenómeno de precipitación está reforzada por el hecho de que la
micelización se produce a una concentración particular (llamada "concentración
micelar crítica" o CMC).
(El mundo de los surfactantes, Jean-Louis Salager, 1992)
El fenómeno de la micelización se produce como un compromiso entre dos tipos
de efectos: los efectos que tienden a favorizar la formación de una micela,
particularmente el efecto hidrófobo, que aumenta con el tamaño de la cadena
hidrocarbonada del surfactante.
De otra parte, los efectos que tienden a oponerse a la formación de una micela, tal
como la repulsión entre los grupos hidrofílicos, particularmente importante en el
caso de surfactantes iónicos. La presencia de un alcohol que se intercala entre las
moléculas de surfactante en la interface, o la adición de electrólitos que produce
un efecto de pantalla que reduce el campo eléctrico intermolecular, reduce las
fuerzas repulsivas y por este efecto favorece la micelización.
Los efectos que favorecen la micelización producen un descenso de la CMC
(Concentración Micelar Critica) y viceversa. Se ha hablado sólo de micelas en
medio acuoso, pero se puede considerar que los mismos fenómenos se producen
en medios apolares, bien que en forma diferente. Las micelas son responsables
de una propiedad fundamental de las soluciones de surfactantes: su poder
solubilizante.
6
La figura 2 muestra la variación de la concentración de hidrocarburo solubilizado
en una solución de surfactante en función de la concentración de este último. A
partir de la CMC, la solubilización aumenta considerablemente, ya que el
hidrocarburo penetra dentro del corazón de las micelas.
Figura 2.- Variación de la concentración de hidrocarburo solubilizado en una solución de
surfactante en función de la concentración de este último.
Fuente: El mundo de los surfactantes, Jean-Louis Salager, 1992
2.5.Tipos de surfactantes
Los tipos de surfactantes se clasifican en 4 grupos de acuerdo con sus
propiedades fisicoquímicas:
1.-Aniónicos: son aquellos que en solución se ionizan, el grupo hidrófobo queda
cargado negativamente.
Son de importancia por su empleo en la formulación de detergentes de uso
doméstico e industrial.
2.- Catiónicos: Compuestos de por lo menos una cadena de 8 a 25 átomos de
carbono, derivada de ácidos grasos o de un derivado petroquímico y un nitrógeno
cargado positivamente.
Son importantes en la industria por su eficiencia bactericida, germicida, algicida,
etc.
3.- No iónicos: Son estables frente a la mayoría de los productos químicos en las
concentraciones usuales de empleo, al no ionizarse en agua, no forman sales con
los iones metálicos y son igualmente efectivos en agua blanda o dura.
7
Por otra parte sus características los hacen altamente valiosos como materias
primas, base para formulación de diversos productos para la industria de la
agricultura, curtido, latex, textiles, procesos de metales, pinturas en emulsión,
petróleo, pulpa y papel, limpiadores.
4.- Anfóteros: Presentan en su molécula grupos aniónicos y catiónicos, formados
por una cadena grasa y un nitrógeno cuaternario, conteniendo un radical aniónico,
son productos estables en sistemas ácidos y alcalinos, básicos en el área
cosmética, por su buena tolerancia cutánea y en la formulación de limpiadores
alcalinos e inhibidores de corrosión.
2.6.Dispersantes
Los dispersantes son agentes químicos que modifican el comportamiento físico de
los hidrocarburos en la superficie del mar, de manera que son capaces de alterar
el balance natural entre dispersión y emulsión, favoreciendo el primer proceso e
inhibiendo el segundo.
Consisten en una mezcla de agentes tensoactivos, disuelta en un solvente que
facilita su penetración en los hidrocarburos. Dichos tensoactivos poseen grupos
hidrofílicos que se asocian
con moléculas de agua y colas hidrófobas que lo
hacen con los hidrocarburos, de manera que reducen la tensión superficial entre
ambas sustancias facilitando la formación de inclusiones de
hidrocarburos en
agua, y, una vez fragmentada la película oleosa, actúan como barrera entre las
partículas dispersadas impidiendo que vuelvan a agregarse.
2.7.Tipos de dispersantes
Los dispersantes químicos utilizados en la actualidad se diferencian en dos tipos
principales:

Convencionales:
También
denominados
“ordinarios”,
“de
base
hidrocarbonada” o de Tipo 1, están compuestos por disolventes acuosos o
a base de hidrocarburos y contienen entre un 15 y un 25% de surfactantes.
Se aplican sin diluir previamente, con relaciones dispersante: hidrocarburo
de entre 1:1 y 1:5.
8

Concentrados: Se conocen también como “dispersantes de tercera
generación”, y están compuestos por una base disolvente de alcohol o
glicol y una mayor concentración de surfactantes y humectantes, de manera
que contienen una mayor cantidad de ingredientes activos que los
ordinarios y es necesario un menor volumen de los mismos para dispersar
una mancha. Se pueden emplear diluidos en agua de mar o sin diluir, con
tasas de aplicación comprendidas entre 1:5 y 1:30
2.8.Aspectos de toxicidad
Los hidrocarburos derramados en el mar flotan y se propagan formando una
mancha. La acción de las olas y la turbulencia debida a las mareas y a las
corrientes hacen que una parte de los hidrocarburos se fragmenten formando
pequeñas gotas que pueden ser arrastradas hacia el fondo en la columna de
agua. Este proceso, conocido como dispersión, puede intensificarse si se aplican
dispersantes.
Las primeras composiciones de dispersantes (conocidas en ocasiones como de
primera generación) eran por sí mismas altamente tóxicas. Sin embargo, durante
los últimos años se han desarrollado productos dispersantes con una toxicidad
moderada o baja. Por regla general, la toxicidad de los dispersantes modernos (de
segunda y de tercera generación) no supera a la de los hidrocarburos dispersados
y, utilizándolos en la dosis adecuada, la toxicidad producida por la dispersión
equivale a la toxicidad de los hidrocarburos dispersados.
El empleo de dispersantes debe decidirse mediante una comparación de los
daños potenciales que pueden causar al medio ambiente los hidrocarburos
tratados y no tratados, tomando en consideración tanto los efectos a largo plazo
como a corto plazo. Cuando se estén identificando las zonas en las que se pueden
aplicar los dispersantes, generalmente son preferibles las zonas con una gran
capacidad de dilución y lavado, como por ejemplo aguas abiertas. Por el contrario,
deben evitarse en general las zonas en las que la mezcla de dispersanteshidrocarburos pueda quedar concentrada o tener un largo periodo de residencia,
como por ejemplo aguas confinadas, pequeñas bahías y puertos.
9
Sin embargo, estas generalizaciones dependen de una tercera consideración: la
sensibilidad de los recursos ambientales a los hidrocarburos dispersados. Algunos
entornos ambientales son muy sensibles de manera que, aun con sistemas
ideales de dilución y lavado, se ven afectados negativamente por la toxicidad de
los hidrocarburos dispersados.
Tabla 1.- Toxicidad de algunos dispersantes utilizados en derrames de hidrocarburo en
agua.
Material ensayado
Especies
COREXIT EC9500A
No. 2 Fuel Oil
LC50
Menidia beryllina
25.20
96-hr
Mysidopsis bahía
32.23
48-hr
Menidia beryllina
10.72
96-hr
Mysidopsis bahía
16.12
48-hr
Menidia beryllina
2.61
96-hr
Mysidopsis bahía
3.4
48-hr
Menidia beryllina
7.07
96-hr
Mysidopsis bahía
9.82
48-hr
COREXIT EC9500A & No.
2 Fuel Oil (1:10)
Reference Toxicant (SDS)
Fuente.- Uso de dispersantes químicos, PDF, Arcopol.
2.9.Toxicidad en especies
El uso de dispersantes genera mucha controversia debido no sólo a que
representa una introducción deliberada al mar de un contaminante adicional, sino
que ocasiona el aumento local de la concentración de hidrocarburo en la columna
de agua, pudiendo provocar un daño biológico.
Si bien hay gran cantidad de datos de laboratorio, es poca la información que
existe
acerca
de
la
toxicidad
de
los
dispersantes
y
mezclas
de
hidrocarburo/dispersante y sus efectos en organismos marinos en derrames
reales, donde la dilución puede reducir significativamente las concentraciones y
tiempos de exposición.
10
Un dato muy útil para decidir si los dispersantes pueden ser utilizados para
proteger ciertos recursos sin poner en riesgo a otros, resulta del tipo de
dispersante que se decida utilizar y de conocer su potencial de dilución. Los
factores que influyen en él son la distancia entre los puntos de aplicación de
dispersante y las áreas susceptibles así como la dirección de las corrientes y la
profundidad de mezclado de las aguas superficiales.
Frecuentemente es posible aproximar tanto la concentración máxima probable de
hidrocarburo/dispersante y el tiempo de exposición para un lugar determinado. En
áreas donde el potencial de dilución es alto, como en el mar abierto,
probablemente las concentraciones altas no persistan más de unas pocas horas y
por lo tanto sus efectos biológicos sean poco significativos. En cambio, en áreas
costeras de baja profundidad, donde el intercambio de agua es bajo, las
concentraciones
elevadas
pueden
persistir
por
períodos
más
largos
y
posiblemente alcancen valores cercanos a los que se sabe causan efectos
observables en las pruebas de laboratorio.
Raras veces las circunstancias que favorecen el uso de dispersantes son bien
definidas. Frecuentemente es necesario sopesar la relación efectividad-costo y
definir cuáles son las prioridades conflictivas para la protección de diferentes
recursos del daño de la contaminación. Es importante entonces que se establezca
un orden de prioridades para los recursos a ser protegidos y se fijen las
circunstancias bajo las cuales pueden aplicarse dispersantes antes de que ocurra
un derrame.
2.10.Eficacia de los dispersantes
La eficacia del uso de los dispersantes en un derrame dependerá de las
características químicas del crudo y del ambiente exterior donde éste se
encuentre. Los crudos con alta viscosidad o el aumento de ésta por exposición del
hidrocarburo a la intemperie, dificultan la penetración del dispersante tendiendo
éste a resbalar hacia el agua antes de que pueda comenzar a penetrarlo.
Los dispersantes son efectivos, a temperatura de agua de mar entre 10 y 20
grados centígrados, y con viscosidades de crudo hasta un máximo de 2.000 cst.
11
A partir de aquí la acción de los dispersantes se reduce rápidamente hasta
desaparecer por completo.
Tabla 2.- Limites de viscosidad en centistoke para dispersar HC.
Límites de viscosidad
Viscosidad del HC<500 cst
La dispersión generalmente es sencilla con un dispersante concentrado,
aplicado diluido o sin diluir.
500 cst<Viscosidad de HC<5000 cst
Dispersion posible con dispersantes concentrados aplicados sin diluir.
5000 cst<Viscosidad de HC<10000 cst
Resultados inciertos. La dispersión es en ocasiones posibles con un
dispersante concentrado, hay que realizar una prueba inicial antes de aplicar
el tratamiento a toda la extensión de la mancha.
Viscosidad de HC>10000 cst
Dispersión generalmente imposible.
Fuente.- Uso de dispersantes químicos, PDF, Arcopol.
La acción del curtido del hidrocarburo por su exposición a la intemperie, acelera el
proceso de envejecimiento con el consiguiente aumento de su viscosidad.
Este proceso podrá variar acelerándose o retardándose dependiendo de factores
tales como la temperatura del agua del mar, viento, oleaje, etc.
No obstante, al cabo de 24 o 48 horas de haberse producido el derrame, el crudo
o la emulsión que se haya formado tendrá ya una viscosidad muy superior a la
ideal para que el uso de dispersantes sea eficaz.
El efecto de una viscosidad o densidad elevadas sobre el poder puede ser tal que
la cantidad de crudo disperso sea mínima o nula, aun con emulsionante
dispersantes de la tercera generación. Esto se debe a la dificultad de difundirse el
dispersante en la capa de crudo, lo cual es indispensable para conseguir la
emulsificación de éste. Para evitarlo, los dispersantes llevan disolventes que
disminuyen la viscosidad y la densidad de la mezcla a tratar, con lo que aumenta
el poder dispersante.
12
Los mejores disolventes también disminuyen la tensión interfacial crudo-agua, lo
cual da lugar a un gran incremento del poder emulsionante. Los disolventes más
usados son isopropanol, 2,butil-oxietanol, etc.
La salinidad también influye en la dispersión, ya que la coalescencia de las gotas
de una emulsión de hidrocarburos en el agua está impedida por los electrolitos.
Luego la mayoría de los dispersantes son menos efectivos que en el agua dulce.
La temperatura afecta a la efectividad de los dispersantes, ya que influye en la
velocidad con que difunde el dispersante en agua e hidrocarburo. Cuando la
temperatura ambiente es baja, disminuye la velocidad de difusión y aumenta la
viscosidad del crudo. Por lo tanto se recomienda que si la temperatura ronda los
0°C, se caliente el dispersante antes de ser aplicado.
Figura 3.- Variación de la eficacia de algunos dispersantes con la temperatura y la
salinidad.
Fuente.- Uso de dispersantes químicos, PDF, Arcopol.
Cuando se apliquen dispersantes a los derrames rara vez se darán las
condiciones óptimas para su uso, ya que la mancha no se extenderá uniforme
sobre la superficie del agua; en unas zonas tendrá más espesor que en otras, o
pueden existir corrientes que hagan variar la temperatura.
13
Figura 4.- Concentraciones estimadas de petróleo dispersado en la profundidad.
Fuente.- Uso de dispersantes químicos, PDF, Arcopol.
Por esto la dosificación podrá resultar, según la zona, o excesiva o insuficiente.
Dado que se dispone de pocos datos sobre el comportamiento de estos productos
en derrames accidentales, cada situación debe ser tratada en particular,
seleccionando el dispersante adecuado y la forma de aplicación más idónea.
La eficiencia de un dispersante puede determinarse mediante curvas de dispersión
o analizando la calidad de los productos terminados.
La efectividad de la dispersión disminuye a lo largo del tiempo y con el aumento de
la viscosidad.
2.11.Ventajas
 En contraste con los métodos de contención y recuperación, los
dispersantes pueden utilizarse donde hay fuertes corrientes y en diversos
estados de mala mar.
 Respuesta rápida y económica.
 Reducen el peligro de incendio
 Permiten su aplicación en condiciones de tiempo adversas
 Eliminan el HC de la superficie de la mar ayudando así a la fauna.
 Impide la formación del mouse de chocolate.
14
 La formación de diminutas gotitas ayuda a la biodegradación.
 Aumenta la superficie de exposición a las bacterias y al oxigeno.
 El viento (no así las corrientes) no arrastra los HC dispersos en la columna
de agua.
 Los aviones pueden aplicarlos rápidamente y en extensas zonas.
2.12.Desventajas
 La principal desventaja cuando utiliza el dispersante, es el incremento, de
concentración en esa área de aplicación, del HC en el agua, que puede
provocar efectos perniciosos en la vida marina. TOXICIDAD.
 Si no se logra la dispersión del derrame podría reducirse a eficacia de otros
métodos de reacción sobre los hidrocarburos tratados con dispersantes.
 Los dispersantes no son eficaces con todo tipo de hidrocarburos ni en todas
las condiciones.
 Solo pueden emplearse durante una ventana temporal limitada.
 Viscosidades grandes.
 Cerca de costa, penetran en sedimentos.
 Introducción de sustancia tóxica.
 Afecta a especies y crías.
 Negativos en estuarios y zonas pantanosas.
 Reducen foto oxidación.
 Incrementan turbidez.
 En playas, crudo penetra más profundamente.
 Los skimers no recogen la mezcla dispersante-HC.
15
Figura 5.- Ejemplo del contenido de un lodo de perforación.
Fuente.- Uso de dispersantes químicos, PDF, Arcopol.
2.13.Aplicaciones de los surfactantes en la industria petrolera
La industria petrolera debe enfrentar los problemas provocados por los fenómenos
interfaciales desde las operaciones de perforación hasta el condicionamiento de
los productos acabados.
2.13.1.Lodos de perforación
Durante la perforación de un pozo petrolero la barrena perfora diferentes
formaciones rocosas más o menos duras. La barrena se sitúa a la extremidad de
un tubo hueco en el cual se bombea un lodo de perforación.
Los lodos de perforación contienen: agua (para enfriar), aceite (para lubricar),
arcillas (para lograr las propiedades reológicas apropiadas), sales de metales
pesados (para aumentar la densidad), y se estabilizan mediante agentes
dispersantes (lignosulfonatos y defloculantes) para evitar la filtración del agua en
la roca almacén, emulsionantes (sulfonatos) y polímeros viscosantes (xantano).
Cuando se finaliza la perforación se inyecta cemento para consolidar el espacio
anular entre el tubo y la pared del hueco perforado por la barrena. Se desplaza el
lodo por la inyección de un acondicionador seguido de la inyección de cemento.
Como el cemento no debe fraguarse en el interior del tubo, se utiliza un retardador
que es un agente dispersante de tipo lignosulfonato o sulfonato de calcio.
16
En las formaciones con gran permeabilidad se reduce la filtración del agua
adicionando antifloculantes de tipo sulfonato de naftaleno.
2.13.2.Estimulación de pozos
Como el desplazamiento en un pozo de petróleo presenta geometría cilíndrica, la
mayor resistencia se produce cerca del pozo. Se realizan en general operaciones
de acabado que tienden a facilitar el desplazamiento del petróleo en la vecindad
de los pozos: fractura, acidificación, etc.
Aquí, se discutirá la acidificación. Este método consiste en inyectar una solución
ácida capaz de disolver parcialmente la roca y por lo tanto aumenta la porosidad y
como consecuencia, la permeabilidad, en la vecindad del pozo.
Se utiliza ácido clorhídrico para las rocas calcáreas (caliza) y una mezcla de ácido
clorhídrico y fluorhídrico para las rocas silícicas (arenisca).
Estos
ácidos
presentan
muchos
inconvenientes;
por
una
parte
son
extremadamente corrosivos y atacan las partes metálicas de las bombas y de las
tuberías; por otro lado, poseen tendencia a atacar la roca muy rápidamente y por
este hecho no penetran muy lejos dentro del yacimiento.
Finalmente su contacto con el petróleo puede producir precipitaciones de
asfaltenos y de otros sólidos susceptibles de tapar el medio poroso. Se pueden
remediar todos estos inconvenientes inyectando la solución ácida en forma de una
emulsión de ácido en kerosén
Figura 6.-Ejemplo del método de acidificación.
Fuente: Uso de los surfactantes en la industria petrolera, Jean-Louis Salager, 1991.pdf.
17
La fase continua de la emulsión es un corte petrolero ligero que contiene un
emulsionante, gotas de ácido y un dispersante de partículas sólidas (alquilfenol y
alquilamonio etoxilados), al igual que inhibidores de corrosión (surfactantes
catiónicos). Como la fase continua es un hidrocarburo, el contacto entre el ácido y
las armaduras metálicas se reduce considerablemente y por consecuencia se
controla la corrosión.
De otra parte la emulsión penetra en los poros y las gotas de ácido son
transportadas relativamente más lejos en los poros antes del contacto con los
granos rocosos. Se tiene por lo tanto una mayor penetración que por la inyección
del ácido puro. Por otro lado la resistencia mecánica del medio poroso es menos
afectada.
2.13.3.Recuperación mejorada de petróleo
En el estado actual de la tecnología y en las condiciones económicas vigentes, se
abandona un yacimiento petrolero cuando este ha producido un 30% del crudo
existente originalmente. En otras palabras, queda aún el 70% del crudo original en
el yacimiento. Este crudo está atrapado por las fuerzas capilares, encontrándose
en forma de glóbulos desconectados y por lo tanto no movilizables por las técnicas
convencionales de drenaje acuoso.
En los años 70 se realizó un gran esfuerzo de investigación financiado por la
industria petrolera para estudiar procedimientos susceptibles para recuperar el
petróleo abandonado. Estos métodos llamados de recuperación asistida o
mejorada del petróleo (RMP en español, EOR en Inglés), implican la inyección de
fluidos destinados a desplazar el petróleo. Uno de los métodos químicos de los
más prometedores desde el punto de vista de la recuperación final, pero de los
más complejos desde el punto de vista técnico, es la inyección de surfactante para
producir bajas tensiones o microemulsiones.
La siguiente figura muestra el esquema clásico del pozo inyector (I) y de los pozos
productores (P) utilizados en la RMP. En el caso del drenaje con solución de
surfactantes se inyecta la solución tensoactiva, la cual se empuja con una solución
de polímeros hidrosolubles suficientemente viscosa para producir un buen barrido.
18
Figura 7.- Esquema clásico de un pozo inyector y pozo productor.
Fuente: Uso de los surfactantes en la industria petrolera, Jean-Louis Salager, 1991.pdf.
Al bajar la tensión interfacial, los glóbulos de petróleo se movilizan y se forma un
banco de aceite (desplazamiento difásico agua-aceite) que llega a los pozos
productores.
Dado el impacto económico, se realizaron numerosos estudios sobre este tema y
se dispone hoy en día de centenares de referencias cuyo interés no se limita
simplemente a la RMP. En efecto todo lo que se ha aprendido sobre los sistemas
surfactante-agua-aceite en los estudios sobre la RMP, ha permitido avanzar a muy
grandes pasos en dos ramas vecinas, las cuales habían permanecido en el
empirismo hasta la década de los 70´s las emulsiones y las espumas.
2.13.4.Deshidratación
Una de las operaciones industriales donde los surfactantes aparecen como un
producto milagroso es la deshidratación de crudo. En efecto, el petróleo llega a la
superficie bajo forma de una emulsión agua en aceite, y es por lo tanto
indispensable eliminar el agua hasta un máximo de 1% BSW.
Esta eliminación se realiza en un aparato de deshidratación que pone en juego las
fuerzas de sedimentación (calentamiento, campo electroestático) pero también la
formulación fisicoquímica o a través de los productos deshidratantes o
desemulsionantes.
19
Estos productos son surfactantes poliméricos de tipo hidrofílicos, capaces de
combinarse con los surfactantes naturales (asfaltenos, resinas), para obtener una
formulación apropiada a la cual la emulsión se romperá más rápidamente.
La acción del desemulsionante es a veces misteriosa y su escogencia como su
dosificación ha estado largo tiempo reservado al campo de algunos expertos y de
numerosos vendedores. Hoy ya no es así, y se puede abordar el problema de los
agentes deshidratantes de manera casi cuantitativa.
2.13.5.Otros usos petroleros
Los surfactantes se utilizan en muchos otros casos de interés para la industria
petrolera, algunos de los cuales se tratan en otras secciones como la acción
inhibidora de la corrosión de los surfactantes catiónicos, y el poder bactericida que
se utiliza en el agua reinyectada o en los tanques de almacenamiento.
La aplicación recién más importante en Venezuela es el acondicionamiento
emulsionado de los crudo pesados. A principios de los años 80 se realizaron
numerosos estudios, en particular en el laboratorio FIRP, con el propósito de
encontrar una forma económica de fluidizar los crudos extra-pesados de la faja del
Orinoco.
Algunos años más tarde INTEVEP S.A. desarrolló el producto llamado
Orimulsión™, emulsión O/W (70/30) de bitúmen estabilizada por un surfactante no
iónico fabricado en el país por la empresa Etoxyl.
Esta emulsión se está comercializando como combustible sustituto del carbón
para plantas termoeléctricas. BITOR S.A., filial de PDVSA tiene planes de
comercialización del orden del millón de barriles diarios para fines de la década.
No cabe duda que la complejidad del problema y la magnitud de la producción
prevista requieren todavía un esfuerzo de investigación y desarrollo para
garantizar un óptimo técnico-económico de tal producto.
Otros productos con excelente potencial de desarrollo en Venezuela son las
emulsiones asfálticas, bien sea como concreto asfáltico de carreteras, bien sea
como recubrimiento o pintura aislante, bien sea mezclado con polímeros para
mantas protectoras o impregnados.
20
En lo que concierne a los productos acabados (gasolinas, combustible, aceites
lubricantes) contienen numerosos aditivos, usados muy a menudo por sus
propiedades surfactantes: detergentes, solubilizantes, dispersantes, antiestáticos,
inhibidores de corrosión etc.
(Uso de los surfactantes en la industria petrolera, Jean-Louis Salager, 1991.)
2.14.Puluxnu (Polush)
Tabla 3.- Ficha de identificación herbaria de puluxnu
Nombre común de la planta:
Hábito de la planta:
Altura de la planta:
Color de las flores:
Abundancia de las planta:
Puluxnu.
Arbusto.
Aproximadamente 1m (llega a 3-8m)
Blanco.
Abundante por su crecimiento de
manera silvestre.
Textura de la planta:
Lugar de recolección:
Aterciopelada.
Prolongación Venustiano Carranza
S/N CP.93390, Poza Rica, Ver.
Características del lugar de
recolección:
Suelo tipo arcilla con una capa
vegetal de aproximadamente 40 cm.
Sección del terreno en la parte oeste
de la Facultad de Ingeniería de la
UV, colindando con el Fracc. AIPM.
Temperatura:
Humedad Relativa:
35°C.
65%
Fuente.- Tesis, Avril González Sierra, Abril 2013.
El Solanum Erianthum también conocido por la comunidad totonaca como
Puluxnu, es un arbusto común que crece como maleza muy común en México
sobre todo en los trópicos. En Veracruz esta especie es común debajo de los
1000m de altitud especialmente en regiones con una temporada seca
pronunciada. También es conocida como berenjena macho, berenjena sin
espinas, friega plato, hoja de lava trastes, malabar, quitamanteca, sacamanteca,
entre otros, según la región donde se encuentre.
21
Se reconoce por ser una planta leñosa, con ausencia de espinas, con flores
blancas típicas de las de la familia de las Solanacea, hojas enteras aterciopeladas.
Llegan a medir de 2 a 8 m de altura, con frutos en forma de baya globosa verde
cuando inmaduro, pero amarilla cuando madura, de 9 a 12 mm de diámetro, con
pelos cortos y semillas numerosas. Es utilizada de manera ornamental, para dar
sombra a las plantas de café así como para lavar trastes, uso que se le da en la
región del Totonacapan. (Conabio, Agosto 2009).
Figura 8 y 9 - Solanum Erianthum D. Don, Puluxnu.
Fuente.- Tesis, Avril González Sierra, Abril 2013.
2.15.Lirio
El lirio acuático (Eichhornia crassipes) es una planta libre flotadora miembro de la
familia de las Pontederiaceae, que ocupa un lugar sobresaliente entre las
comunidades de hidrófitas de agua dulce de las regiones tropicales y subtropicales
del mundo. Las flores que la conforman, por su forma y color, son tanto la
estructura más vistosa de la planta como el principal motivo que ha favorecido su
introducción en estanques y acuarios de todo el mundo.
Los lóbulos de la flor presentan tonalidades que van del color morado al lila y al
azul claro, destacando en el lóbulo superior central una mancha de color amarillo.
22
La planta es muy tolerante, y de alta capacidad de captación de metales pesados,
tales como Cd, Cr, Co, Ni, Pb, Hg etc., que podría ser utilizado para la biolimpieza
de aguas residuales industriales. No solo en metales pesados, Eichhornia
crassipes puede también remover toxinas, tales como cianidas, un proceso que es
de beneficio ambiental en las zonas que han sufrido las operaciones de minería de
oro.
El jacinto de agua también se utiliza para mejorar la nitrificación en las aguas
residuales tratadas con células de tecnología viva. Sus zonas radiculares son
excelentes micrositios de las comunidades bacterianas.
Su distribución en México es sumamente amplia, ya que crece en una gran
diversidad de hábitats dulceacuícolas localizados desde el nivel del mar hasta los
2 250 metros de altitud. Los únicos lugares en los que no se ha registrado son los
estados de Baja California Sur, Chihuahua, Zacatecas, Tlaxcala y Yucatán.
Figura 10 y 11.- lirio acuático (Eichhornia crassipes).
Fuente.- Conabio, 2009.
En las regiones fuera de su área natural de distribución, el lirio acuático es
considerado maleza (planta indeseable) por la serie de problemas que acarrea su
presencia y, sobre todo, por el crecimiento tan rápido de su población. En hábitats
perturbados sustituye con frecuencia a elementos de la flora nativa. Tiene diversos
efectos perjudiciales, entre los que se pueden mencionar el entorpecimiento de la
navegación por ríos y lagunas, la elevación de los índices de evaporación y el
23
impedimento del paso de la luz al fondo de los estanques, lo que trae como
consecuencia la eliminación de microalgas que son el alimento de crustáceos y
peces. Sabemos que el lirio acuático es una de las malezas, o planta invasora,
más difíciles de exterminar en áreas inundables manejadas por el hombre en las
regiones tropicales y subtropicales del mundo. (Revista Ciencias de la UNAM, María
Guadalupe Miranda A., 1999).
24
Capítulo III.- METODOLOGÍA
La investigación, se llevó a cabo mediante la metodología siguiente, contemplando
los materiales, reactivos, normas y método de desarrollo descrito a continuación.
3.1.Materiales y reactivos (Surfactante)

Hidrocarburo (HC)

Alcohol etílico

Hojas de polush

H2O

Vasos de precipitado 250 mL

Pipetas 5 mL

Mortero con pistilo

Perilla

Balanza analítica
3.2.Materiales y reactivos (Absorción por lirio/polush)

Hexano

Mortero con pistilo

Estufa

Parrilla

Equipo soxhlet

Rotavapor

Embudo

Papel filtro

Vasos de precipitado 250 mL

Balanza analítica

Balanza granataria
3.3.Normas utilizadas
NMX-AA-005-SCFI-2000.- Determinación de grasas y aceites recuperables en
aguas naturales, residuales y residuales tratadas.- Método de prueba (cancela a la
NMX-AA-005-1980); se toman como referentes las NOM-001-ECOL-1996, NMX25
AA-003-1980, NMX-AA-115-SCFI-2000, NMX-AA-116-SCFI-2000. Esta norma se
basa en el método 5520 E “Soxhlet Extraction Method”, (APHA).
3.4.Método
El método de resolución aplicado al estudio, toma en cuenta un derrame que
ocurra en agua dulce como los que usualmente se dan en los arroyos y ríos de la
región; para el desarrollo de las pruebas, se planteo un diseño de dos pruebas
por cada mezcla, tratando con tres tipos de solución, de las cuales se explica a
continuación su elaboración.
3.5.Surfactante
3.5.1.-Solución Polush/ Agua (Extracto A)
Esta solución se realizará utilizando 8 hojas de polush (equivalente a 9.96 g)
previamente secas al ambiente, se triturará en un mortero, y se le añadirá 100 mL
de agua, se dejará macerar durante 3 días, pasado este tiempo se procede a
decantar para extraer la hoja y quedarnos solo con el extracto al 9 % en peso.
3.5.2.-Soluciones polush/Alcohol (Extracto B y C)
Se realizarán dos tipos de soluciones con concentraciones diferentes de hoja
polush:

El extracto B al 9 % en peso, se realizará de igual manera que el anterior,
utilizando 8 hojas (9.96 g) de polush,
dejando secar previamente,
enseguida se triturará en un mortero y se le añadirá 100 mL de alcohol y se
dejará macerar durante tres días.

El extracto C se realizará con 12 hojas (14.94 g) de polush, se añadirá
posteriormente 100 mL de alcohol se dejará de igual manera macerar
durante tres días, extracto al 13% en peso.
3.5.3.Pruebas
Prueba 1.-En 150 mL de agua, se agregará 1 mL de Hidrocarburo (HC) y
posteriormente se agregará 1 mL de extracto A gota a gota hasta lograr que el
hidrocarburo se separe en pequeñas micelas.
26
Prueba 2.-En 150 mL de agua, se agregará 1 mL de HC y posteriormente se
agregará 1 mL de extracto B gota a gota hasta lograr que el hidrocarburo se
separe en pequeñas micelas.
Prueba 3.-En 150 mL de agua, se agregará 1 mL de HC y posteriormente se
agregará 1 mL de extracto C gota a gota hasta lograr que el hidrocarburo se
separe en pequeñas micelas.
La matriz donde se reflejarán los resultados se muestra a continuación.
Tabla 4.-Matriz de resultados, surfactante.
Observaciones
Polush/Agua C (9.96/100) 9% A
F. micelas
F. Emulsión.
Polush/alcohol (9.96/100) 9% B
Polush/alcohol (14.94/100) 13% C
3.6.Cuantificación del área de dispersión
La cuantificación de la dispersión del HC se realizará de forma visual, bajo un
mallado de 1 cm2 sobre la superficie total del vaso de precipitado; mediante una
foto mallada a 1 cm2, se procederá a realizar el conteo de micelas y el área
aproximada de cada una en las celdas.
El porcentaje de la eficiencia se hará mediante la siguiente formula:
%Ad= ∑AM X 100%
AI
Donde:
%Ad= Porcentaje de área de dispersión.
∑AM= Sumatoria de área de las micelas.
AI= Área inicial de la mancha.
27
3.7.Absorbente Orgánico
A continuación se presentan las pruebas a realizar para obtener el absorbente
orgánico.
Antes que nada se van a recolectar las plantas en este caso el lirio y el polush.
3.8.Preparación de las mezclas lirio/surfactante y lirio/polush/surfactante
Tratamiento al lirio:
Lavar bien el lirio para quitar cualquier basura o tierra que pueda afectar, el
siguiente paso es separar, la parte que se va a ocupar es el tallo o bien llamado
bulbo del lirio, se retirará esta parte de las hojas y se procederá a meter a la estufa
a una temperatura de 60 °C, esto con la finalidad de secarlo, esperar cierto tiempo
y checar constantemente para ver si el mismo ya está en las condiciones
deseadas. Una vez seco el lirio se procederá a moler finamente en un mortero
hasta obtener pequeños trocitos y polvo de la planta. Hecho esto el lirio está listo
para usarse.
Tratamiento al polush
El tratamiento que se le va a dar al polush va a diferir un poco al del lirio en este
caso no se lavará porque una de las características de la planta es que sus hojas
son aterciopeladas y si la planta se lava se puede perder esa característica,
tampoco se va a secar en estufa por la misma razón en este caso el polush se va
a secar al ambiente, se va a mantener así el tiempo que se considere hasta
obtener una planta totalmente seca.
Una vez seco el polush se cortará en pequeños trocitos, el polush ya no se molerá
porque en este caso la planta seca no se prestará para poder realizarlo así. Una
vez que el polush ya estará totalmente molido puede utilizarse en las muestras.
3.9.Pruebas
Mezcla A.- Lirio/Surfactante:
Prueba 1.- En 150 mL de agua se añadirá 1 mL (0.92 g) de HC, enseguida se
agregará 1 mL (0.86 g) del surfactante A gota a gota
se dejará actuar y se
agregarán los mL deseados hasta obtener un resultado favorable del surfactante,
28
una vez obtenido lo deseado se añadirá 1 g del lirio en polvo y se dejará actuar el
tiempo necesario.
Prueba 2.- En 150 mL de agua se añadirá 1 mL (0.92 g) de HC, enseguida se
agregará 1 mL (0.86 g) del surfactante B gota a gota se dejará actuar y se
agregarán los mL deseados hasta obtener un resultado favorable del surfactante,
una vez obtenido lo deseado se añadirá 1 g del lirio en polvo y se dejará actuar el
tiempo necesario.
Prueba 3.- En 150 mL de agua se añadirá 1 mL (0.92 g) de HC, enseguida se
agregará 1 mL (0.86 g) del surfactante C gota a gota se dejará actuar y se
agregarán los mL deseados hasta obtener un resultado favorable del surfactante,
una vez obtenido lo deseado se añadirá 1 g del lirio en polvo y se dejará actuar el
tiempo necesario.
Mezcla B.- Lirio/Polush/surfactante:
Prueba 4.- En 150 mL de agua se añadirá 1 mL (0.92 g) de HC, enseguida se
agregará 1 mL (0.86 g) del surfactante A gota a gota
se dejará actuar y se
agregarán los mL deseados hasta obtener un resultado favorable del surfactante,
una vez obtenido lo deseado se añadirá 0.5 g de lirio y 0.5 g de polush y se dejará
actuar el tiempo necesario.
Prueba 5.-En 150 mL de agua se añadirá 1 mL (0.92 g) de HC, enseguida se
agregará 1 mL (0.86 g) del surfactante B gota a gota se dejará actuar y se
agregarán los mL deseados hasta obtener un resultado favorable del surfactante,
una vez obtenido lo deseado se añadirá una porción del 50/50 de lirio y polush es
decir se agregará 0.5 g de lirio y 0.5 g de polush y se dejará actuar el tiempo
necesario.
Prueba 6.-En 150 mL de agua se añadirá 1 mL (0.92 g) de HC, enseguida se
agregará 1 mL (0.86 g) del surfactante C gota a gota se dejará actuar y se
agregarán los mL deseados hasta obtener un resultado favorable del surfactante,
una vez obtenido lo deseado se añadirá una porción del 50/50 de lirio y polush es
29
decir se agregará 0.5 g de lirio y 0.5 g de polush y se dejará actuar el tiempo
necesario.
La matriz donde se reflejarán los resultados se muestra a continuación.
Tabla 5.-Matriz de resultados
Mezclas
Surfactante
Lirio/surfactante A
% de crudo absorbido
Lirio/Polush/surfactante B
% de crudo absorbido
30
Capítulo IV.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En este capítulo se muestran los resultados obtenidos con los tratamientos de
extracto de polush y lirio acuático.
4.1.Surfactante
IV.1.1.-Prueba 1
Figuras 12, 13 y 14 respectivamente.- Prueba 1, Laboratorio de Ciencias Químicas.
Al vaso de precipitado se le agregó 150 mL de agua, posteriormente se añadió 1
mL HC al agua.
Figuras 15, 16 y 17 respectivamente.- Prueba 1 surfactante A, Laboratorio de Ciencias
Químicas.
Y por último se agregó el surfactante A, gota a gota hasta obtener un resultado
favorable, como se observa en la figura 16 el surfactante tardo en penetrar la
mancha de HC.
31
Figura 18.- Prueba 1 resultado de surfactante A, Laboratorio de Ciencias Químicas.
Es así que se decidió agregar 1 mL más de surfactante y se observó que la
mancha se separó en pequeñas micelas.
4.1.2.-Prueba 2
Figuras 19, 20 y 21 respectivamente.- Prueba 2, Laboratorio de Ciencias Químicas.
En esta prueba de igual manera se agregó 150 mL de agua y se añadió 1 mL de
HC.
Figuras 22 y 23 respectivamente.- Prueba 2 resultados del surfactante B, Laboratorio de
Ciencias Químicas.
32
Y enseguida se agregó 1 mL de surfactante B, al caer las primeras gotas se
empezaron a formar pequeñas micelas, como se observa en la figura 23.
4.1.3.-Prueba 3
Figuras 24, 25 y 26 respectivamente.- Prueba 3, resultados surfactante C, Laboratorio de
Ciencias Químicas.
En 150 mL de agua se agregó 1 mL de HC, se añadió el surfactante C que tiene
mayor concentración de hoja polush, al caer la tercer gota de extracto se
empezaron a formar las primeras micelas obteniendo así un resultado favorable.
Siendo este el mejor resultado obtenido.
Como bien se sabe actualmente los derrames de HC son combatidos con muchos
químicos entre ellos están los detergentes, los cuales cumplen con la función de
un surfactante, la cual es romper la mancha de HC en pequeñas micelas para que
de esta manera sea más fácil poder retirarlo del medio en este caso del agua, por
mencionar alguno está el detergente foca, comúnmente utilizado para lavar ropa y
trastes por lo tanto se realizó una última prueba, en la cual se compara la función
que hacen en la mancha de HC el detergente foca y el surfactante de polush, esto
con la finalidad de comprobar que los dos se comportan de la misma manera y
cumplen con la misma función a continuación se muestra la evidencia.
33
Figura 27 y 28 respectivamente.- Detergente foca y surfactante polush, Laboratorio de
Ciencias Químicas.
Tabla 6.- Resultados de surfactante.
Observaciones
Polush/Agua A (9.96/100) 9%
No
se
formaron
micelas
ni
emulsiones
Polush/alcohol B (9.96/100) 9%
Se formaron las primeras micelas
y emulsiones,de gran tamaño
Polush/alcohol C (14.94/100) 13%
En esta ocasión las micelas y
emulsiones
fueron
de
menor
tamaño y más abundantes
De acuerdo a las observaciones que se hicieron de las mezclas se puede
descartar la mezcla Polush/agua ya que en esta no se cumplió con el objetivo.
Para determinar el porcentaje de dispersión en las dos muestras restantes se
cuantificaron las micelas formadas en el área.
4.2.-Cálculos (Cuantificación del área)
En la figura 29 que se muestra a continuación, se determinó de forma visual el
área inicial de la mancha antes de agregar surfactante, bajo un mallado de 1 cm2
sobre la superficie del vaso dando como resultado 3.25 cm2.
34
Figura 29.-Cuantificacion del área de dispersión de la mancha inicial de HC. Laboratorio
de Ciencias Químicas.
Por consiguiente se procedió a cuantificar las micelas formadas en cada una de
las muestras
Mezcla B.- Polush/alcohol (9.96/100) 9%
Figura 30.-Cuantificacion del área de dispersión, prueba 2 surfactante B, Laboratorio de
Ciencias Químicas.
En esta prueba se formaron 13 micelas cada una con un área diferente dando una
sumatoria de 1.4205 cm2, aplicando la siguiente formula podemos obtener el
porcentaje de área de dispersión.
%Ad= ∑AM X 100%
AI
%Ad= 1.4205 cm2 X 100% = 43.69%
3.25 cm2
35
Entonces se puede decir que la sumatoria de todas las micelas es equivalente a
43.69% de área de dispersión utilizando el surfactante B al 9%.
Mezcla C Polush/alcohol (14.94/100) 13%
Figura 31.- Cuantificación del área de dispersión, prueba 3 surfactante C, Laboratorio de
Ciencias Químicas.
En esta mezcla se formaron 14 micelas también con un área diferente dando un
total de 1.7653 cm2
%Ad= 1.7653 cm2 X 100% = 54.31%
3.25 cm2
Entonces se puede decir que la sumatoria de todas las micelas es equivalente a
54.31% de área de dispersión.
La siguiente grafica mostrara los resultados de la dispersión en el área cada una
de las mezclas
100
%Área de dispersión
90
80
70
Tratamientos:
1= Surfactante B
2= Surfactante C
3= Sin Surfactante
60
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
Tratamiento hidrocarburo en agua
Gráfica 1.- Porcentaje de área de dispersión
36
Como puede observase en la gráfica 1 comparando las mezclas, se obtuvieron
mejores resultados en la mezcla C (tratamiento 1), la cual es la que tiene mayor
concentración de planta polush, por lo tanto entre mayor concentración mayor es
la eficiencia del surfactante, es decir se obtiene una dispersión satisfactoria.
4.3.Absorbente Orgánico
4.3.1.-Tratamiento al polush y lirio
Figuras 32 y 33, respectivamente.- Recolección de las plantas, Laboratorio de Ciencias
Químicas.
Las figuras 32 y 33, muestran las plantas que utilizamos en este proceso, primero
se recolecto la materia prima y se procedió a quitar cualquier basura que pudiera
afectar en las pruebas.
Figuras 34 y 35 respectivamente.- Secado al ambiente y triturado del polush, Laboratorio
de Ciencias Químicas.
37
Las figuras 34 y 35 muestran el tratamiento que se le dio al polush, se secó al
ambiente y una vez secas las hojas se procedió a cortar en pequeños trocitos, se
intentó moler en el mortero pero la hoja no se prestaba ya que como está
aterciopelada y muy seca, solo se resbalaba con el pistilo, por lo que se decidió
cortarla finamente.
Figura 36.- Secado del lirio acuático mediante estufa, Laboratorio de Ciencias Químicas.
El tratamiento que se le dio al lirio acuático, después de haberse lavado, fue cortar
de la planta solo los bulbos o también llamados tallos, ya que esta es la parte en la
cual la planta lleva a cabo el proceso de absorción, al presionar estos bulbos
podía percibirse como salía agua de ellos después de esto el siguiente paso fue
introducirlo a una estufa a una temperatura constante de 60°C,como se muestra
en la figura 36, la finalidad del secado en la estufa, era eliminar toda esa agua que
se encontraba dentro de los tallos y obtenerlo totalmente seco para poder
convertirlo en polvo, el tiempo que se llevó en secarse fueron 4 horas
aproximadamente, vigilándolo cada 10 minutos, para poder observar, en primer
38
lugar que no se quemara y en segundo lugar cuando ya estuviera totalmente seco,
las observaciones fueron que no todos los bulbos se secaron al mismo tiempo
unos tardaron más que otros, es de suponerse que es porque unos estaban más
llenos de agua que otros y fue más difícil eliminar el agua de ellos.
Figura 37.- Molienda del lirio, Laboratorio de Ciencias Químicas
Una vez seco el lirio se procede a molerlo lo más fino posible en el mortero hasta
obtener un tipo polvo para que pueda ser más fácil manejarlo.
4.3.2.Pruebas
Como punto de referencia se pesó en la balanza analítica, 1 mL de hidrocarburo y
1 mL del surfactante para saber su cantidad en gramos y estos fueron los valores
obtenidos.
1 mL HC= 0.92 g.
1 mL Surfactante= 0.86 g.
39
A continuación se muestran las diferentes pruebas que se realizaron con las dos
mezclas, mezcla A (Lirio/Surfactante) y mezcla B (Lirio/Polush/surfactante) con los
tres tipos de surfactante (A, B, C).
Todas las pruebas se dejaron reposar por 24 Horas para poder obtener resultados
favorables.
4.3.3.Mezcla A.- Lirio/Surfactante
4.3.4.-Prueba 1
Figuras 38 y 39 respectivamente.- Prueba 1, Laboratorio de Ciencias Químicas.
En la prueba 1 se agregó 1 mL de HC, 1 mL del surfactante A y 1 g de lirio, como
se observa en la figura 39 el lirio no provocó nada en la mancha de HC, todo el
polvo se quedó flotando en la superficie y no precipitó.
4.3.5.-Prueba 2
Figuras 40 y 41 respectivamente.- Prueba 2, Laboratorio de Ciencias Químicas.
40
En la prueba 2 se agregó 1 mL de HC, 1 mL del surfactante B y 1 g de lirio, como
puede observarse en la figura 41 la mancha de HC comienza a reaccionar con el
lirio pero de igual manera el lirio todavía no es capaz de absober la mancha
completa y solo un poco de lirio es el que precipita manchado de HC.
4.3.6.-Prueba 3
Figuras 42 y 43 respectivamente.- Prueba 3, Laboratorio de Ciencias Químicas.
En las figuras 42 y 43 se muestra la prueba 3, como se ha estado manejando se
agregó 1 mL de HC, 1 mL de surfactante C y 1 g de lirio, como se puede observar
la prueba 3 tuvo casi la misma reacción que la prueba 2 con una pequeña
diferencia de que en las otras 2 pruebas el HC se adhería a las paredes del vaso
de precipitado y en esta ocasión la mancha podía manejarse, es decir moverse sin
que se adhiriera al vaso.
4.3.7.-Mezcla B.- Lirio/Polush/Surfactante
En la mezcla B se cambio el mecanismo como observamos el lirio no causo el
resultado que deseábamos, es así entonces que se decidió probar con la hoja
polush y lirio, es decir se mezclaron los dos para hacer un solo absorbente y
obtuvimos las siguientes pruebas con los 3 tipos de surfactantes.
41
4.3.8.-Prueba 4
Figuras 44 y 45 respectivamente.- Prueba 4, Laboratorio de Ciencias Químicas.
En la prueba 4 se añadió 1 mL de HC, 1 mL de surfactante A y 1 g de la mezcla
lirio/polush, es decir 0.5 g de lirio y 0.5 g de polush, como puede observarse en la
figura 45, el polush comenzó a precipitar pero la mancha seguía y volvió a
adherirse al vaso, con esto también descartamos que el surfactante A no tiene
efectividad alguna.
4.3.9.-Prueba 5
Figuras 46 y 47 respectivamente.- Prueba 5, Laboratorio de Ciencias Químicas
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En las figuras 46 y 47 se muestra la prueba 5 en la cual se agregó 1 mL de HC, 1
mL de surfactante B y 1 g de la mezcla polush/lirio, esta ocasión el resultados fue
favorable ya que tanto el lirio como el polush se quedaron suspendidos en la
superficie absorbiendo el HC poco a poco y después de un tiempo se comenzó a
precipitar hacia el fondo del vaso
4.3.10.-Prueba 6
Figuras 48 y 49 respectivamente.- Prueba 6, Laboratorio de Ciencias Químicas.
Figuras 50 y 51 respectivamente.- Prueba 6 después del filtrado, Laboratorio de Ciencias
Químicas.
43
En las figuras 48, 49, 50 y 51 se muestran los resultados de la prueba 6 en la cual
se añadió 1 mL de HC, 1 mL de surfactante C y 1 g de la mezcla polush/lirio, en
esta prueba y en la prueba 5 fue donde se obtuvieron los resultados deseados,
como se puede observar en las figuras el surfactante C en conjunto con la mezcla
polush/lirio nos llevaron al objetivo deseado, el cual era retirar la mayor cantidad
posible de HC en el agua.
En la figura 51 se observa cómo queda el agua después de retirar los sólidos por
medio de un filtrado, en este caso la mezcla polush/lirio, otra observación es que
tanto se retiró el HC del agua también se pudo retirar de las paredes del vaso de
precipitado.
4.4.Prueba de grasas y aceites mediante la norma NMX-AA-005-SCFI-2000.
La última prueba que se realizo fue la de grasas y aceites, esto con la finalidad de
determinar qué cantidad de aceite se había absorbido mediante la mezcla
polush/lirio/surfactante y lirio/surfactante.
4.4.1.Evidencias de la norma NMX-AA-005-SCFI-2000.
Para comprobar los resultados se corrieron 2 pruebas, la prueba 3 y la prueba 6
que fueron en las cuales donde se obtuvieron mejores resultados.
A continuación se muestran las evidencias del proceso de grasas y aceites
mediante el equipo soxhlet y rotavapor.
Figura 52.- Filtrado de las pruebas por medio de papel filtro, Laboratorio de Microbiología
de la Facultad de Ciencias Químicas.
44
Figuras 53 y 54 respectivamente.- Montaje y colocación de la muestra en el equipo
soxhlet, Laboratorio de Microbiología de la Facultad de Ciencias Químicas.
Figura 55.- Primer ciclo de la prueba, Laboratorio de Microbiología de la Facultad de
Ciencias Químicas.
En el equipo soxhlet la muestra se corrió 15 ciclos para poder obtener un resultado
confiable, los ciclos se contaban cada vez que el hexano regresaba al matraz de
origen, como se muestra en la figura 55.
45
Figuras 56 y 57 respectivamente.- Extracción de aceite mediante rotavapor, Laboratorio
de Microbiología de la Facultad de Ciencias Químicas.
4.5.Cálculos
De acuerdo con la norma NMX-AA-005-SCFI-2000, para calcular las grasas y
aceites recuperables (G y A) en la muestra se utiliza la siguiente ecuación:
G y A (mg/L)= (A - B) / V
Dónde:
A= es el peso final del matraz de extracción (mg);
B= es el peso inicial del matraz de extracción (mg), y
V= es el volumen de la muestra, en litros.
Con los datos obtenidos en las muestras los resultados son los siguientes:
Prueba 1.- Lirio
A= 298.10 g = 298 100 mg
B= 297.30 g = 297 300 mg
C= 225 mL = 0.225 L
Aplicando la ecuación:
G y A (mg/L)= (298 100 mg – 297 300 mg) / 0.225 L = 3555.55 mg/L
46
En los 100 mL de la prueba tenemos 0.3 g del Hc en el agua, dando un porcentaje
con el lirio de 0.62/0.92 67 % de HC absorbido.
Prueba 2.- Lirio/Polush
A= 297.45 g = 297450 mg
B= 297.30 g = 297300 mg
C= 225 mL = 0.225 L
Aplicando la ecuación:
G y A (mg/L)= (297 450 mg – 297 300 mg) / 0.225 L = 666.66 mg/L
En los 100 mL de la prueba tenemos 0.066 g de HC en el agua, dando en
porcentaje un el lirio de 0.854/0.92 92 % de HC absorbido
Tabla 7.- Resultados del absorbente orgánico.
Mezclas
Surfactante
Lirio/Surfactante
67% de crudo absorbido
Lirio/Polush/Surfactante
92% de crudo absorbido
Como puede observarse en la tabla se muestran los resultados finales del
absorbente orgánico el primer resultado no fue tan favorable como se deseaba el
lirio no fue suficiente para poder absorber toda la mancha de HC, en cambio el
segundo resultado nos fue muy favorable ya que de acuerdo a los cálculos se
obtuvo que el lirio y el polush en conjunto absorben un 92% de HC, siendo este el
resultado final y comprobando tanto visualmente como matemáticamente que el
lirio y polush mezclados son un buen absorbente.
A continuación se muestran los resultados graficados para poder apreciar mejor
los porcentajes.
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100%
90%
% de absorción
80%
70%
60%
Absorbentes
1= Lirio/surfactante
2= Lirio/polush/surfactante
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0
1
2
Absorbentes
Grafica 2.- Porcentaje de absorción
Una vez más se comprueba con la gráfica, que el mejor absorbente es el 2 que
corresponde a la mezcla lirio/polush/surfactante, teniendo un porcentaje mayor
que el absorbente 1 el cual arrojo un 67% de crudo absorbido, mientras que el otro
arrojo un 92% con el cual se obtiene un resultado muy favorable ya que estuvo un
25% por encima de la mezcla lirio/surfactante.
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CONCLUSIONES
En este trabajo de investigación se puede concluir que los dos productos naturales
utilizados, es decir el surfactante y absorbente orgánico a base de lirio, trabajando
en conjunto arrojaron resultados favorables.
Una de las muy interesantes conclusiones a las que se llego es que siendo estas,
plantas silvestres y algunas consideradas como plagas tienen un gran nivel de
aprovechamiento y pueden de gran utilidad si se saben utilizar de la manera
correcta, en este caso cumplió con el objetivo deseado, el cual era remover
hidrocarburos ligeros en agua dulce.
En cuanto a la planta puluxnu comúnmente llamado polush o lavatrastes, se pudo
observar que cumple con las características de un surfactante y que entre mayor
sea la concentración de la planta mayor es su efecto, pero porque utilizar un
alcohol como disolvente y no algún otro compuesto aromático común como
benceno o xileno, la respuesta es porque el alcohol etílico es menos nocivo para
los ecosistemas, ya que nuestro objetivo principal es dañar lo menos posible al
ambiente.
Por otra parte la planta Eichhornia crassipes conocida como lirio acuático, se
utilizó como
absorbente orgánico debido a las propiedades y la función que
realiza en el agua, teniendo varios resultados poco favorables en algunas pruebas,
se decidió mezclar con puluxnu y fue así como se obtuvo la respuesta deseada,
absorbiendo un 92% de HC y se pudo concluir que estas dos plantas en conjunto
cumplen con el objetivo deseado.
Adicionalmente, se queda abierta la investigación sobre este tipo de compuestos
con variantes en las concentraciones para determinar el efecto de remoción en
hidrocarburos ligeros en agua de mar, ya que este trabajo sólo analizo el efecto en
agua dulce, y también las pruebas para caracterizar los compuestos que contiene
el extracto de polush mediante pruebas cromatográficas.
49
BIBLIOGRAFÍA
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&id=928%3Ael-lirio-acuatico-iuna-planta-nativa-de-mexico-
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Archivos pdf.
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González S.A.(2013), Aprovechamiento del extracto compuesto de la planta
endémica solanum erianthum d. Don para la estabilidad de suelos
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2013, http://www.firp.ula.ve/archivos/cuadernos/S311A.pdf.
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Libros.
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Holum J.R., Principios de fisicoquímica, química orgánica y bioquímica,
editorial limusa 1982; México, pp – 163,164.

Perry R.H., Manual del ingeniero químico, editorial Mc Graw-Hill 1984,
sección 16-2.
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ANEXO
NMX-AA-005-SCFI-2000.- Determinación de grasas y aceites recuperables en
aguas naturales, residuales y residuales tratadas.
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