Directrices de buenas prácticas para el personal
de manejo de impactos y respuesta a emergencias
Informe de IOGP N.° 532 Fecha de publicación: 2015
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Directrices de buenas prácticas para el personal
de manejo de impactos y respuesta a emergencias
sta publicación es parte de la serie Guía de buenas prácticas de IPIECA-IOGP, que resume los puntos de vista actuales sobre las buenas prácticas con relación a una variedad de temas sobre preparación y respuesta ante derrames de hidrocarburos. La serie pretende contribuir a alinear las prácticas y actividades de la industria, informar a las partes interesadas y servir como herramienta de comunicación para fomentar la conciencia y la educación.
La serie actualiza y sustituye la consolidada ”Serie de informes sobre derrames de hidrocarburos” de IPIECA, que se publicó entre 1990 y 2008. Aborda temas que son ampliamente aplicables tanto a la exploración como a la producción, así como a las actividades de navegación y transporte.
Las revisiones se están llevando a cabo por el Proyecto conjunto del sector (JIP, por sus siglas en inglés) sobre respuesta ante derrames de hidrocarburos de IOGP-IPIECA. El JIP se estableció en 2011 para implementar oportunidades de aprendizaje con respecto a la preparación y respuesta ante derrames de hidrocarburos, después del incidente en abril de 2010 con el control del pozo petrolífero en el Golfo de México.
La serie original de informes de IPIECA será retirada progresivamente a medida que se vayan publicando los diversos títulos de esta nueva serie de Guía de buenas prácticas durante 2014–2015.
Nota sobre las buenas prácticas
“Buenas prácticas” en el contexto del JIP es una declaración de directrices, prácticas y procedimientos reconocidos internacionalmente que capacitarán al sector del hidrocarburos y del gas para tener un nivel de desempeño aceptable en lo que concierne a la salud, la seguridad y el medio ambiente.
El concepto de buena práctica para un tema en particular cambiará con el tiempo a la luz de los avances tecnológicos, la experiencia práctica y la comprensión científica, así como los cambios en el entorno político y social.
Prólogo
Prólogo 2
Resumen ejecutivo 4
El papel del uso de dispersantes en respuestas
ante derrames de hidrocarburos 6
El destino de los hidrocarburos derramados
en el medio ambiente 6
Posibles efectos de los hidrocarburos derramados 7
Técnicas de respuesta 8
Los dispersantes y su funcionamiento 11
Dispersión natural 11
Emulsificación de agua en hidrocarburo 12
Historia de los dispersantes 12
Composición de los dispersantes modernos 13 Mecanismo de acción de los dispersantes 15 Ventajas y desventajas del uso de dispersantes 17
Capacidades y límites 18
Tasa de eliminación de los hidrocarburos 18 Límites causados por las condiciones predominantes 19 Tipo de hidrocarburo y propiedades físicas 20
Biodegradabilidad y toxicidad
de los hidrocarburos 23
Los compuestos químicos en los hidrocarburos crudos 23 Interacción de los organismos marinos
con el hidrocarburo dispersado 23
Biodegradabilidad de los hidrocarburos 23 Posible toxicidad de los hidrocarburos dispersados 25
Normativa acerca del uso de dispersantes 28
¿Por qué los gobiernos nacionales tienen normativas
acerca de los dispersantes? 28
Pruebas para fines de aprobación de dispersantes 29 Normativas para la autorización del uso de dispersantes 34
Los dispersantes y la planificación
para contingencias 36
Planificación para el uso de dispersantes 37 Análisis de beneficios ambientales netos 38 El Análisis de Beneficio Ambiental Neto (ABAN)
y el uso de dispersantes 40
Cómo se aplican los dispersantes 43
Principios de la aplicación de dispersantes en superficie 43 Capacidades de los diferentes sistemas de rociado
de dispersantes 43
Aspectos relacionados con la salud y
la seguridad por el uso de dispersantes 45 Evaluación de la eficacia de los dispersantes en el mar 46
Ejemplos del uso de dispersantes 48
Escenarios ilustrativos de usos
posibles de los dispersantes 50
Conclusión 56
Referencias 58
Lecturas adicionales 68
Agradecimientos 69
Rociado de dispersantes usando aeronaves especialmente equipadas.
El uso de dispersantes en derrames de hidrocarburos es una de las diversas técnicas de respuesta posibles en el mar que eliminan el hidrocarburo derramado flotante. El uso de dispersantes puede ser una forma eficaz de reducir al mínimo el daño ecológico y socioeconómico en general al evitar que el hidrocarburo llegue a los hábitats costeros y el litoral y mejorar los procesos de biodegradación natural que descomponen al hidrocarburo.
El uso de dispersantes mejora ampliamente la tasa y el grado de la dispersión y dilución naturales del
hidrocarburo provocadas por la acción de las olas. Los surfactantes presentes en el dispersante permiten que la energía de mezclado de las olas transforme una mayor proporción del hidrocarburo en pequeñas gotas de hidrocarburos. Estas pequeñas gotas son empujadas hacia la parte superior de la columna de agua por acción de las olas y se mantienen ahí por la turbulencia. Las pequeñas gotas de hidrocarburo dispersado están disponibles en una mayor proporción para los microorganismos degradadores de hidrocarburos presentes de manera natural, comparado con el hidrocarburo flotante o encallado.
Al igual que todas las técnicas del conjunto de herramientas de respuesta ante derrames de hidrocarburos, el uso de dispersantes tiene algunos límites, pero también tiene capacidades que lo vuelven particularmente útil para ofrecer respuestas a los grandes derrames de hidrocarburos en el mar. La mayoría de los hidrocarburos crudos son sensibles al uso de dispersantes, pero la eficacia del dispersante disminuye a medida que aumenta la viscosidad del hidrocarburo provocada por la “meteorización” del hidrocarburo.
En comparación con otras herramientas de respuesta ante derrames de hidrocarburos, el uso de dispersantes en superficie puede a menudo ser la técnica más rápida y eficaz para eliminar el hidrocarburo flotante.
l El rociado de dispersantes desde aeronaves permite que zonas extensas de hidrocarburos flotantes se dispersen en el mar en un tiempo relativamente corto.
l La capacidad de aplicación aérea puede ofrecer una respuesta a derrames en ubicaciones remotas de manera relativamente rápida.
l Existe menor exposición y riesgo de seguridad para el personal de respuesta.
l Los dispersantes se pueden usar en condiciones del mar que serían demasiado agitadas para el uso eficaz de contención y recuperación en el mar o para la quema in situ controlada in situ del hidrocarburo.
La planificación es un proceso esencial para enfrentar con eficacia los posibles derrames de hidrocarburos.
Para que los dispersantes puedan ser una opción de respuesta viable, deben estar disponibles sin demora.
Es, por lo tanto, importante considerar los diferentes aspectos del uso de dispersantes en la planificación para contingencias ante derrames de hidrocarburos. El Análisis de Beneficio Ambiental Neto (ABAN) es parte del proceso de planificación y es usado por la comunidad de respuesta para tomar las mejores decisiones para minimizar los impactos de los derrames de hidrocarburos en las personas y el medio ambiente. El caso del Análisis de Beneficio Ambiental Neto (ABAN) para el uso de dispersantes en hidrocarburos derramados en aguas con una profundidad mayor a los 10 o 20 metros es generalmente claro: los posibles beneficios son grandes y los posibles riesgos son muy pequeños, debido a la dilución rápida del hidrocarburo dispersado en un volumen grande de agua. Cuando el hidrocarburo derramado se encuentre en aguas con una profundidad menor a 10 o 20 m, se debe examinar con más detalle la idoneidad del uso de dispersantes.
Hay un posible riesgo de que el hidrocarburo dispersado provoque que los organismos marinos que viven en la parte superior de la columna de agua sean expuestos brevemente a nubes difusas de pequeñas gotas de hidrocarburo dispersado y a los compuestos hidrosolubles del hidrocarburo, a un mayor grado que si los dispersantes no se usaran. Esta exposición a los hidrocarburos dispersados puede, en potencia, tener efectos tóxicos en los organismos marinos.
Resumen ejecutivo
Oil Spill Response Limited
Es adecuado que los países desarrollen normativas acerca del uso de dispersantes. Generalmente, estos constan de dos partes:
1. Normativas para la aprobación de dispersantes: describen cuáles dispersantes serían aprobados para usarse en aguas nacionales y asegurarse de que estos productos sean a la vez eficaces y de baja toxicidad comparados con el hidrocarburo.
2. Normativas para la autorización del uso de dispersantes: definen dónde y cuándo los dispersantes aprobados pueden ser autorizados, incluida la autorización previa, para su uso en derrames de hidrocarburos en aguas nacionales.
El uso de dispersantes es una técnica establecida y comprobada que forma parte del conjunto de herramientas de respuesta y puede ofrecer una contribución importante para minimizar el impacto ecológico y
socioeconómico de los derrames de hidrocarburos en el mar.
ociado de dispersantes desde un brazo de rociado montado en una embarcación.
Oil Spill Response Limited
El uso de dispersantes en derrames de hidrocarburos es una de las diversas técnicas de respuesta posibles en el mar. El uso de dispersantes puede ser una forma útil de reducir al mínimo el daño del impacto en general al eliminar el hidrocarburo de la superficie del mar y evitar que llegue a los hábitats costeros y el litoral y aumentar los procesos de biodegradación natural que descomponen al hidrocarburo. Al igual que todas las técnicas del conjunto de herramientas de respuesta, el uso de dispersantes tiene algunos límites, pero también tiene capacidades que lo vuelven particularmente útil para ofrecer respuestas a los grandes derrames de hidrocarburos en el mar.
El destino de los hidrocarburos derramados en el medio ambiente
A menudo, los derrames de hidrocarburos generan una gran preocupación acerca de sus posibles efectos en el medio ambiente. El medio ambiente que puede ser afectado por el hidrocarburo derramado consta de varios compartimentos: aire, litoral, superficie del mar, columna de agua y sedimentos (ver figura 1).
ante derrames de hidrocarburos
Figura 1 Componentes medioambientales en situación de riesgo potencial frente al hidrocarburos derramados
aire
sedimentos
columna de agua superficie del mar
litoral
Cada uno de estos compartimentos, con la excepción del aire (el cual puede tener importancia en cuanto a la exposición del personal de respuesta y la comunidad), puede contener una variedad de diferentes hábitats, cada uno con sus propias poblaciones de especies e individuos.
Los procesos naturales provocan que el hidrocarburo derramado, o sus componentes químicos, sean transferidos de un compartimento medioambiental a otro:
l La evaporación transfiere al aire los componentes volátiles del hidrocarburo.
l La proporción limitada de los componentes hidrosolubles del hidrocarburo se disuelven en la columna de agua.
l La acción del oleaje transfiere una parte del hidrocarburo desde la superficie del mar a la columna de agua en la forma de pequeñas gotas de hidrocarburo; esto se conoce como dispersión natural.
l El hidrocarburo derramado que se dispersa de forma natural en la columna de agua en zonas poco profundas por la acción de las olas en la zona de rompiente puede incorporarse a los sedimentos cercanos a la costa.
l El hidrocarburo derramado irá a la deriva en la superficie del mar bajo la influencia del viento y las corrientes, y puede encallar en la costa.
l El hidrocarburo puede finalmente dejar de flotar por la pérdida de los compuestos volátiles, la emulsificación, la biodegradación y la interacción con los sedimentos suspendidos en la columna de agua, y hundirse hasta el lecho marino.
Posibles efectos de los hidrocarburos derramados
El hidrocarburo derramado en el mar puede, en potencia, tener efectos negativos sobre una variedad de recursos ecológicos y socioeconómicos, dependiendo del compartimento medio ambiental en el cual se haya derramado. Se proporciona información adicional en las Guías de Buenas prácticas acerca de la ecología marina y costera de IPIECA-IOGP (IPIECA-IOGP, 2015, 2015a).
Aire
Los compuestos del hidrocarburo que se evaporan de un derrame grande de hidrocarburo crudo en la superficie del mar hacia el aire pueden representar un riesgo de incendio o explosión, pero esto se reduce rápidamente a medida que la concentración de estos componentes en el aire se diluye rápidamente. La exposición del personal de respuesta al vapor potencialmente peligroso del hidrocarburo derramado puede controlarse al usar equipo de protección personal adecuado (EPP) y/o reducirse por el uso de dispersantes para eliminar el hidrocarburo flotante. Consulte la Guía de buenas prácticas de IPIECA-IOGP acerca de la salud y la seguridad del personal de respuesta ante derrames de hidrocarburos (IPIECA-IOGP, 2012).
Superficie del mar
El hidrocarburo derramado flotante en la superficie del mar plantea riesgos a los recursos ecológicos como las aves marinas y los mamíferos marinos. El plumaje de las aves marinas que se introducen o bucean en el hidrocarburo se contamina con el mismo. Esto reduce las propiedades de aislamiento y puede ocasionar la muerte por hipotermia. El hidrocarburo flotante puede ser persistente y servir como una fuente de contaminación a largo plazo por hidrocarburo en la parte superior de la columna de agua. El hidrocarburo en la superficie del mar puede contaminar las embarcaciones de pesca y sus equipos, lo que podría requerir de una veda de pesca y afectar, por tanto, el sustento de los pescadores. Las actividades recreativas acuáticas pueden evitarse o interrumpirse por el hidrocarburo en la superficie del mar.
Columna de agua
Los componentes hidrosolubles del hidrocarburo y las pequeñas gotas de hidrocarburo dispersadas desde la superficie de la mancha de hidrocarburo se mueven hacia la columna de agua, donde la experiencia ha demostrado que las concentraciones declinan rápidamente en aguas abiertas debido a la dilución causada por las corrientes y las mareas. Sin embargo, las manchas de hidrocarburo que se extienden sobre amplias zonas y persisten por periodos significativos pueden transferir continuamente el hidrocarburo a la columna de agua, y causar así efectos tóxicos a largo plazo y contaminar la vida marina. La vida marina de interés comercial puede contaminarse, lo que la hace inadecuada para fines comerciales y recreativos. Con frecuencia, se imponen vedas temporales a las actividades de pesca donde ocurren grandes derrames de hidrocarburos como una medida de precaución y para proteger la confianza del mercado de los alimentos marinos. Esto tiene un impacto en los ingresos y el sustento de los pescadores.
Sedimentos
Las pequeñas gotas de hidrocarburo dispersado de manera natural que se incorporan a los sedimentos cercanos a la costa pueden causar una exposición a largo plazo para los organismos que viven en el lodo y el sedimento.
Litoral
El hidrocarburo derramado en la superficie del mar a menudo irá a la deriva hacia aguas poco profundas y
Arriba: ejemplos de la amplia gama de recursos ecológicos y
hidrocarburos que ha llegado a la costa son imágenes espantosas de los efectos de los derrames de
hidrocarburos. El hidrocarburo derramado puede sofocar los organismos costeros. El hidrocarburo atrapado en sustratos costeros puede ser una fuente de exposición a largo plazo para los organismos costeros y puede ser la causa de efectos tóxicos a largo plazo. El hidrocarburo derramado a la deriva que llegue a una playa turística la dejará inutilizable y esto puede tener un impacto en el ingreso de quienes dependen del turismo para vivir.
Las características económicas de la costa como las entradas de agua o puertos también pueden verse seriamente interrumpidas por el hidrocarburo a la deriva hacia la costa. El hidrocarburo encallado representa una vía de posible exposición para la comunidad y el personal de respuesta involucrado en la limpieza de la costa.
Técnicas de respuesta
La implementación de cualquier técnica del conjunto de herramientas de respuesta debe enfocarse a minimizar el daño que podría causar el hidrocarburo derramado si no se tomara ninguna respuesta. El objetivo de las técnicas de respuesta ante derrames de hidrocarburos es eliminar el hidrocarburo flotante, y en ocasiones transferirlo a otro compartimiento, para reducir el posible daño causado por el derrame.
Figura 2 Las tres principales técnicas de respuesta para enfrentar un derrame de hidrocarburos en la superficie
contención y recuperación en el mar
quema controlada in situ rociado de dispersante
(aéreo y en superficie)
Las tres principales técnicas de respuesta en el mar para enfrentar un derrame de hidrocarburos son la contención y la recuperación, el rociado aéreo y en superficie, y la quema controlada in situ (Figura 2).
l Contención y recuperación en el mar de hidrocarburos derramados con barreras flotantes y recolección usando dispositivos de recuperación desnatadores (o skimmers): el hidrocarburo recuperado se almacena para procesamiento o eliminación posteriores.
l Quema controlada in situ: el hidrocarburo se confina en barreras resistentes al fuego y se incendia.
La quema controlada in situ convierte el hidrocarburo flotante en productos de la combustión que son llevados por el aire (principalmente en la forma de dióxido de carbono y vapor de agua con pequeñas cantidades de hollín y otros gases) y se diluyen rápidamente.
l Aplicación de dispersantes: transfiere el hidrocarburo flotante a la columna de agua en la forma de pequeñas gotas. El hidrocarburo dispersado se diluye rápidamente a bajas concentraciones en el agua.
La mayoría del hidrocarburo en estas pequeñas gotas será biodegradado después por organismos degradadores de hidrocarburos. El destino final de la mayoría del hidrocarburo es ser convertido biológicamente en dióxido de carbono y agua.
El principio de la respuesta es el mismo para cada una de estas técnicas: prevenir o limitar el contacto del hidrocarburo derramado con los recursos ecológicos y socioeconómicos que podrían verse afectados. En muchos casos, los recursos ecológicos más sensibles a los hidrocarburos son aquellos que se encuentran en las aguas costeras o en el litoral, y el objetivo de la respuesta es prevenir o limitar que el hidrocarburo derramado alcance estos recursos. Una consideración adicional es proteger la salud humana al minimizar la exposición del personal de respuesta y las comunidades locales al hidrocarburo. Esto se logra al eliminar el hidrocarburo de la superficie del mar y evitar que llegue al litoral.
La tabla 1 compara las características operativas principales de las técnicas de respuesta principales en el mar (también consulte Capacidades y límites en la página 18). El uso de dispersantes puede ser la respuesta más rápida y eficaz para eliminar el hidrocarburo flotante durante derrames de hidrocarburos en el mar debido a lo siguiente:
l El rociado de dispersantes desde aeronaves permite que zonas extensas de hidrocarburos flotantes se puedan tratar y dispersar en el mar en un tiempo relativamente corto. (Consulte Cómo se aplican los dispersantes en la página 43); y
l los dispersantes se pueden usar en condiciones del mar que serían demasiado agitadas para el uso eficaz de barreras y desnatadores o para la quema controlada in situ.
Ejemplos de las tres principales técnicas de respuesta a derrames de hidrocarburos costa afuera (de izquierda a derecha): contención usando barreras;
quema controlada in situ; y rociado de dispersantes.
MSRC
USCG
USCG
Tabla 1 Características operativas principales de las técnicas de respuesta principales en el mar
Factor Contención y
recuperación
Quema controlada in situ
Uso de dispersantes Tasa a la que se
puede encontrar el hidrocarburo derramado
Baja Baja Alta
Tasa de eliminación del hidrocarburo derramado
Baja Alta durante la quema Alta
Condiciones predominantes limitantes
Posiblemente hasta velocidades del viento de 20 nudos y altura máxima de las olas de 2,5 metros
Posiblemente hasta velocidades del viento de 10 nudos y altura de las olas de <1 metro
Aplicación aérea posiblemente hasta velocidades del viento de 35 nudos y altura de las olas de 5 metros Tipo de hidrocarburo
y propiedades
Es necesario que el desnatador coincida con la viscosidad cambiante
Los hidrocarburos que han perdido las fracciones más ligeras y los hidrocarburos emulsificados son
Los hidrocarburos de alta viscosidad pueden ser difíciles de dispersar, además de posible límite por el punto
En algunas circunstancias, es posible que no se requieran respuestas activas. Un derrame de una pequeña cantidad de un hidrocarburo no persistente, como el diésel marino, lejos en el mar será naturalmente dispersado y se disipará, y la respuesta se limitará a la supervisión.
Las barreras protectoras, la implementación de barreras fijas cerca de los recursos amenazados, se usan a menudo además de la respuesta ante un derrame de hidrocarburos en el mar. Esto demuestra que ninguna respuesta en el mar tiene probabilidad de eliminar todo el hidrocarburo flotante. Es inevitable que, en la mayoría de los impactos que involucran grandes volúmenes de hidrocarburos, una parte de este finalmente llegará a la costa y deberá limpiarse.
Cada una de las técnicas de respuesta del conjunto de herramientas tiene fortalezas y debilidades que hacen que una u otras sean más o menos apropiadas para las circunstancias predominantes de un derrame de hidrocarburos en particular. Puede resultar adecuado usar una variedad de técnicas de manera simultánea en diferentes ubicaciones. El Análisis de Beneficio Ambiental Neto (ABAN) ofrece un proceso sistemático para la toma de decisiones y una base para seleccionar la técnica de respuesta, o la combinación de técnicas, que den como resultado el menor impacto negativo en general del hidrocarburo derramado en el medio ambiente y los recursos socioeconómicos amenazados. El Análisis de Beneficio Ambiental Neto (ABAN) se aborda en mayor detalle en la sección sobre la planificación para contingencias de las páginas 36 a la 42.
Derecha: un derrame de diésel marino se dispersará naturalmente y se evaporará costa afuera sin la necesidad de intervención.
USCG
Dos procesos naturales de mezclado, causados por la acción de las olas, pueden ocurrir cuando el hidrocarburo derramado se encuentra en la superficie del mar. Estos procesos son la dispersión natural y la formación de emulsiones de agua en hidrocarburos; ambos son importantes para el comportamiento del hidrocarburo derramado y la eficacia de todas las técnicas de respuesta, incluido el uso de dispersantes.
Dispersión natural
Una capa delgada del hidrocarburo derramado en la superficie del mar se romperá a medida que el oleaje pase a través de esta. La capa de hidrocarburo en la zona afectada por las olas se convertirá en pequeñas gotas con una gama amplia de tamaños (Delvigne, 1985; Delvigne y Sweeney 1988). Estas pequeñas gotas de hidrocarburos son empujadas hacia los metros superiores de la columna de agua por la acción de las olas.
La distribución de tamaños de las pequeñas gotas producidas depende de:
l la energía de la ola: esta describe el poder o la fuerza y tamaño de una ola;
l la viscosidad del hidrocarburo: esta es la resistencia del hidrocarburo a fluir, una medida de qué tan líquido es el hidrocarburo; esta propiedad depende de la temperatura (es decir, las temperaturas más bajas producen mayor viscosidad); y
l la tensión interfacial hidrocarburos-agua (IFT, por sus siglas in inglés): la IFT crea una fuerza de contracción (una tensión) que minimiza la zona interfacial entre el hidrocarburo y el agua y, por consiguiente, produce gotas de hidrocarburo generalmente grandes cuando este se mezcla en el agua.
Las gotas mayores tienen una área superficial menor por volumen de hidrocarburo que las gotas pequeñas.
La mayoría de las gotas de hidrocarburo producidas por la acción del oleaje tendrán diámetros sustancialmente mayores a 0,05 a 0,1 mm (50-100 micras) y flotarán de regreso a la superficie del mar rápidamente. Las gotas de hidrocarburo más pequeñas ascienden más lentamente debido a su menor capacidad de flotación (Delvigne et al., 1987). El oleaje produce una baja proporción de estas gotas más pequeñas (Lunel, 1995b; Daling et al., 1990b). Estas tienden a ser retenidas en la parte superior de la columna de agua por la turbulencia que se produce debajo de las olas en mares en estado moderado (Csanady, 1973). Se dice que este hidrocarburo ha sido dispersado naturalmente hacia la columna de agua.
La dispersión natural sucede en mares de estado moderadamente agitado con oleaje y vientos superiores a los 10 nudos (alrededor de 5 m/s). Si el mar está demasiado agitado, la dispersión natural puede determinar el destino de la mayoría del hidrocarburo derramado. Por ejemplo, las severas condiciones de tormenta durante la puesta a tierra del buque tanque Braer frente a las islas Shetland, Reino Unido en 1993 provocó que las casi 85.000 toneladas (630.000 barriles) de hidrocarburos crudo Gullfaks fuera dispersado naturalmente con un impacto mínimo a la costa (ESGOSS, 1994; Lunel, 1995; Davies et al., 1997) y un impacto limitado en las pesquerías (Goodlad, 1996). Otro ejemplo
de dispersión natural es la puesta a tierra de la barcaza tanque North Cape en los EE.UU. durante 1996. Las condiciones eran velocidad del viento de 60 mph (52 nudos) y olas de 15 a 20 pies (3 a 5 m).
El impacto provocó un derrame de 19.700 barriles (3000 toneladas) de combustible para calefacción doméstica (combustóleo n.° 2). Este impacto tuvo un impacto sustancial en las pesquerías cercanas a la costa (Michel et al., 1997).
El clima severo provocó que la mayoría del hidrocarburos crudo del Braer se dispersara naturalmente.
Emulsificación de agua en hidrocarburo
La acción de flexión de las olas sobre la capa de hidrocarburo flotante y el resurgimiento a la superficie de las gotas más grandes de hidrocarburo que fueron dispersadas solo temporalmente provoca que gotas más pequeñas de agua se incorporen al hidrocarburo. Las gotas de agua se estabilizan y se evita la coalescencia entre sí por la precipitación de los asfaltenos que están presentes en los hidrocarburos crudos y los hidrocarburos combustibles residuales (pero no en combustibles destilados). El resultado es una emulsión de agua en hidrocarburos (Bridie et al., 1980; Bobra, 1991).
Figura 3 Ilustración esquemática del proceso de emulsificación
mancha de hidrocarburo
mancha de hidrocarburo
mancha de hidrocarburo
emulsión de agua en hidrocarburos
Las olas provocan que las gotas de hidrocarburo dispersadas naturalmente resurjan a la superficie.
Las gotas de hirocarburo que resurgen a la superficie
atrapan agua del mar.
Las olas subsecuentes acarrean más gotas de hidrocarburo hacia la superficie;
el hidrocarburo y el agua atrapada empiezan a mezclarse.
Numerosas olas provocan la mezcla de hidrocarburo y agua,
lo que crea una emulsión de agua en hidrocarburo.
Tras un período de horas y días, la proporción del agua atrapada dentro del hirocarburo puede elevarse a un 75%, incrementando el volumen de la emulsión de agua en hidrocarburos hasta por cuatro veces el volumen original del hidrocarburo solo (Sjoblom et al., 2003). La viscosidad de la emulsión formada será mucho mayor, por un factor de 100 o más, que la del hidrocarburo original. La formación de emulsiones de agua en hidrocarburos detiene el proceso de dispersión natural; la viscosidad se vuelve demasiado alta para que se forme cualquier gota pequeña de hirocarburo por la acción del oleaje.
Historia de los dispersantes
Al momento del derrame de hidrocarburos del Torrey Canyon en el Reino Unido en 1967, no había verdaderos dispersantes para derrames de hidrocarburos. Se usaron grandes cantidades (aproximadamente 11.000 toneladas) de detergentes industriales para limpiar el hidrocarburo de la costa de arena y rocas.
Se usaron algunos detergentes costa afuera para tratar de dispersar el hidrocarburo hacia el mar. El efecto fue dramático:
«El detergente usado para tratar de alejar el hidrocarburo de la costa fue notablemente dañino para la vida marina excepto en las capas superficiales extremas, donde se afectaron los huevos de sardina y algo de fitoplancton.
Sin embargo, el tratamiento directo de las costas contaminadas dio como resultado la muerte de grandes cantidades de organismos costeros de muchos tipos diferentes, y los efectos también se observaron en la zona sublitoral (aguas poco profundas de la costa).
Torrey Canyon Pollution and Marine Life, J. E. Smith (Editor), 1968.
Los detergentes fueron tóxicos para la vida marina en la costa (Corner et al., 1968) y la recuperación fue lenta (Southward y Southward, 1978). Los primeros dispersantes verdaderos de hidrocarburos derramados, con una toxicidad mucho menor, estuvieron disponibles a principios de la década de 1970. Eran mezclas de un 15 a un 25% de surfactantes (ver recuadro 1 en la página 15) en un solvente de queroseno de aromáticos bajos (inodoro). Comparados con los dispersantes disponibles en la actualidad, no eran muy eficaces y se tenían que usar a una alta tasa de tratamiento de 1 parte de dispersante por 2 a 3 partes del hidrocarburo derramado.
Este tipo de dispersante se conoce actualmente como dispersante UK tipo 1 o dispersante “basado en
hidrocarburo.” En muchos países no se permite el uso de dichos dispersantes debido a que han sido superados.
En aquel tiempo, todo el rociado de dispersante se llevaba a cabo desde botes o barcos. Las operaciones de rociado de dispersantes eran relativamente ineficientes debido a la alta tasa de tratamiento del dispersante que se requería. El equipo de rociado disponible en aquel tiempo solo podía rociar líquidos de baja viscosidad y no podía rociar dispersantes más concentrados (mayor contenido de surfactante) y, por lo tanto, de mayor viscosidad. Se desarrolló equipo de rociado que permitía que los dispersantes “concentrados” (de hasta un 50% de surfactante) se diluyeran con agua del mar justo antes de rociarse. El agua del mar era bombeada a través de un eductor que succiona y mezcla el dispersante antes de llegar a la boquilla de rociado. Estos dispersantes se usaban a razón de 1 parte de dispersante diluido (10% de dispersante concentrado más 90% de agua de mar) por 2 a 3 partes del hidrocarburo derramado. Estos se conocen actualmente como dispersantes UK tipo 2 o dispersantes de “concentrado diluible en agua”.
Durante mediados y finales de la década de 1970, se desarrolló la capacidad de rociar dispersantes desde aeronaves, tanto helicópteros como de alas fijas. Se formularon dispersantes mucho más eficaces y sistemas de rociado adecuados. Estos dispersantes modernos eran eficaces al usarse a razón de 1 parte de dispersante por 20 a 30 partes de hidrocarburo derramado; son por lo menos 10 veces más eficaces que el primer dispersante verdadero de tipo 1 para hidrocarburos derramados. Estos se conocen actualmente como dispersantes UK tipo 3 o dispersantes de “concentrado”.
Durante las décadas de 1980 y 1990, se desarrollaron nuevas formulaciones de dispersantes. Algunos de estos han demostrado eficacia en hidrocarburos emulsionados y más pesados. Todos los dispersantes modernos son mucho más eficaces y menos tóxicos que los primeros tipos.
Composición de los dispersantes modernos
Los surfactantes en los dispersantes modernos
Las formulaciones precisas de la mayoría de los dispersantes son información patentada. Sin embargo, los detalles de la formulación se pueden compartir, en confianza, con los reguladores locales como parte del listado del dispersante o el proceso de aprobación. La mayoría de los dispersantes consisten en una mezcla de dos o tres surfactantes no iónicos (Brochu et al., 1986) y en ocasiones incluyen un surfactante aniónico (Brandvik y Daling, 1998). La mayoría de los surfactantes modernos que se utilizan en los dispersantes son también ampliamente usados en productos domésticos, jabones, champú, detergentes, etc.
La lista de ingredientes de los ampliamente acopiados dispersantes COREXIT® ha sido publicada por su fabricante, como se muestra en la tabla 2 en la página 14.
Algunos de los surfactantes no iónicos más ampliamente usados tienen una parte hidrófila basada en el sorbitán (un azúcar derivado del sorbitol) y una parte lipófila basada en un ácido graso (un hidrocarburos vegetal) (Al-Sabagh et al., 2007). Estos surfactantes no iónicos tienen el nombre comercial genérico de “Spans”.
Otros surfactantes no iónicos usados son generalmente conocidos como “Tweens”, y estos son esteres de sorbitán. Los spans y los tweens tienen aplicaciones en las industrias farmacéuticas, cosmética, alimentaria y agroquímica. El surfactante aniónico usado en muchos dispersantes modernos es el diiso-octil sulfosuccinato de sodio (en ocasiones conocido como DOSS) Este surfactante es también usado en muchos productos domésticos como limpiadores y productos para la salud.
Tabla 2 Lista de ingredientes de los ampliamente acopiados dispersantes COREXIT®, de la forma publicada por el fabricante
JUICE
dispersante
los dispersantes contienen ingredientes que también se encuentran en
pasta dental loción de bronceado
jugos de frutas
Figura 4 Los dispersantes contienen los mismos ingredientes usados en muchos productos domésticos Número de servicio
de resúmenes químicos
Nombre Nombre genérico Ejemplos de uso
comunes, cotidianos
1338-43-8 Sorbitán, mono-(9Z)-9- octadecenoato
Span Crema para la piel, champú corporal, emulsificante en jugos 9005-65-6 Sorbitán, mono-(9Z)-9-
octadecenoato, derivados de poli (oxi-1, 2-etanodiilo)
Tween Baño para bebé,
enjuague bucal, loción facial, emulsificante en alimentos 9005-70-3 Sorbitán, mono-(9Z)-9-
octadecenoato, derivados de poli (oxi-1, 2-etanodiilo)
Tween Loción corporal/facial, lociones de bronceado
577-11-7 Ácido butanodioico, éster 2-sulfo, 1,4-bis (2-etilhexil), sal de sodio (1:1) [contiene 2-propanodiol]
DOSS Agente humectante en
productos cosméticos, gelatina, bebidas 29911-28-2 Propanol, 1-(metiletoxi
2-butoxi-1-)
Disolvente de éter de glicol
Productos de limpieza domésticos
64742-47-8 Destilados (hidrocarburos), ligeros hidrotratados
Disolvente de hidrocarburo
Refrescante de aire, limpiador
111-76-2 El etanol, 2-butoxi \
[NO se incluye en la composición de COREXIT® 9500]
Disolvente de éter de glicol
Limpiadores
Los disolventes en los dispersantes modernos
Los disolventes usados en los dispersantes modernos incluyen los éteres del glicol, hidrocarburos y agua (Fiocco et al., 1995). Es necesario un disolvente para producir un dispersante líquido que pueda rociarse fácilmente. Muchos surfactantes son líquidos y/o sólidos de alta viscosidad, por lo que necesitan mezclarse en un disolvente para producir un dispersante de viscosidad relativamente baja. El disolvente también ayuda a que el surfactante penetre en el hidrocarburo derramado.
Mecanismo de acción de los dispersantes
El uso de dispersantes aumenta la tasa y el grado de la dispersión natural causada por la acción de las olas (Canevari, 1969; Fiocco y Lewis, 1999; Lessard y DeMarco, 2000).
Cuando se rocía dispersante sobre hidrocarburo derramado flotante, el dispersante se empapa en el hidrocarburo. Los surfactantes presentes en el dispersante migran a la interfaz hidrocarburos/agua y se orientan de forma que la parte hidrófila de la molécula del surfactante quede en el agua y la parte lipófila de la molécula del surfactante quede en el hidrocarburos. Esta orientación del surfactante reduce ampliamente la IFT hidrocarburos/agua, permitiendo que la energía de mezclado de una ola rompiente (u otra fuente de energía) convierta una proporción mucho mayor del volumen del hidrocarburo tratado con dispersante en pequeñas gotas de hidrocarburo. Estas pequeñas gotas de hidrocarburo, con un diámetro máximo de 0,05 a 0,1 mm (de 50 a 100 micras) o menor (Mukherjee et al., 2012), son empujadas hacia la parte superior de la columna de agua por acción de las olas y es brevemente visible como una nube marrón claro (“café con leche”) en el Los surfactantes son sustancias de superficie activa que se usan en variadas aplicaciones de limpieza.
Las moléculas de los surfactantes tienen dos partes unidas: una parte hidrófila (afín al agua) conectada con una parte lipófila (afín al hidrocarburos). Se pueden clasificar los surfactantes en varios grupos como los aniónicos (con una parte hidrófila cargada negativamente), no iónicos (con una parte hidrófila no cargada), catiónicos (con una parte hidrófila cargada positivamente) o anfóteros (que combinan cationes y aniones en la misma molécula). Hay miles de surfactantes disponibles comercialmente.
Son los ingredientes activos de muchos productos domésticos como jabones, champús, aditivos para alimentos, cosméticos, limpiadores y detergentes. Ningún surfactante está fabricado específicamente para usarse en dispersantes.
La función de los surfactantes
La función de los surfactantes en la mayoría de las aplicaciones es reducir la tensión interfacial (IFT, por sus siglas en inglés) entre dos fluidos. Los surfactantes que se usan en los limpiadores comunes reducen la tensión superficial del agua (también conocida como tensión interfacial aire/agua o IFT, por sus siglas en inglés) de forma que el agua pueda mojar con mayor eficacia las fibras y superficies que se deben limpiar. Sueltan y encapsulan la suciedad, lo que garantiza que la suciedad no se deposite nuevamente en las superficies.
Los surfactantes que se usan en los dispersantes reducen la IFT hidrocarburos/agua al orientarse en la interfaz hidrocarburos/agua. La parte lipófila de la molécula del surfactante está en el hidrocarburos y la parte hidrófila, en el agua. El surfactante forma un “puente” entre el hidrocarburos y el agua.
La interfaz entre el hidrocarburos y el agua está ahora ocupada por los surfactantes y esto reduce la IFT hidrocarburos/agua en alrededor de 30 veces si se usan dispersantes modernos bien formulados.
Recuadro 1 Surfactantes
(Leibovich y Lumley, 1982; Robbins et al., 1995; Varadaraj et al., 1995; Lunel, 1995a). La nube de hidrocarburo se pierde de vista rápidamente a medida que se diluye rápidamente a bajas concentraciones de hidrocarburo por la turbulencia en la parte superior de la columna de agua (Cormack y Nichols, 1977; Mackay y Chau, 1986;
Mackay, 1995).
Los surfactantes permanecen en la superficie de las pequeñas gotas de hidrocarburo dispersadas en el agua.
Esta muy delgada capa de surfactante evita la coalescencia de las pequeñas gotas de hidrocarburo en caso de que llegaran a entrar en contacto entre sí, aunque esto es cada vez menos probable ya que el hidrocarburo dispersado es diluido rápidamente a concentraciones muy bajas en el agua. Los surfactantes también evitan que las pequeñas gotas de hidrocarburo dispersado se adhieran a las superficies sólidas como las plumas de las aves o sustratos en la costa como la arena, las rocas o los guijarros.
Las pequeñas gotas de hidrocarburo dispersado en la columna de agua quedan fácilmente disponibles a los microorganismos degradadores de hidrocarburos presentes de manera natural. Un volumen de hidrocarburo en la forma de pequeñas gotas tiene un área de superficie (hidrocarburos/agua) mucho mayor que la misma cantidad de hidrocarburo presente como una mancha de hidrocarburo obvia en la superficie del mar. La formación de pequeñas gotas de hidrocarburo permite que los microorganismos en el agua tengan contacto con una proporción del hidrocarburo mucho mayor y esto facilita la biodegradación.
profundidad indicativa
acción de la ola dispersante
turbulencia del agua
mancha de hidrocarburo flotante
olas presentes dispersión natural dispersión química
las gotas más grandes vuelven a la superficie
rápidamente
las gotas más pequeñas se dispersan y diluyen marea negra
surfactante
microorganismo
atrae agua
atrae hidrocarburos surfactantes
hidrocarburos
Figura 5 Cómo funcionan los dispersantes
Figura 6 Las diferentes etapas de la dispersión de los hidrocarburos Los surfactantes constan de dos partes: las moléculas atraen agua en un lado y hidrocarburos en el otro.
Los microorganismos transforman el hidrocarburos en dióxido de carbono (CO2) y agua principalmente(H2O).
Los surfactantes reducen la tensión interfacial entre el hidrocarburo y el agua para que las manchas de hidrocarburos puedan descomponerse.
Izquierda: esta secuencia de imágenes muestra la vista aérea de una sola ola pasando a través de hidrocarburo tratado con dispersante;
note la formación de la nube marrón claro, indicando el uso exitoso del dispersante.
OHMSETT prueba desarrollada por el gobierno de los EE. UU.
Ventajas y desventajas del uso de dispersantes
Con una planificación exhaustiva, el uso de dispersantes puede implementarse rápidamente y pueden tratarse zonas amplias de hidrocarburo flotante de manera significativamente más rápida si se compara con otras técnicas de respuesta. La aplicación eficaz de dispersante tiene las siguientes ventajas:
l Minimiza el daño a largo plazo y la interrupción de la fauna, los hábitats costeros y las características socioeconómicas sensibles que podrían ocurrir si el dispersante no se usara y que el hidrocarburo permaneciera en la superficie o alcanzara las aguas costeras y el litoral.
l Incrementa la disponibilidad del hidrocarburo para su biodegradación y de este modo acelera su descomposición natural y asimilación en el medio ambiente.
l Puede reducir los vapores potencialmente peligrosos en las cercanías de un derrame y ofrece un beneficio de seguridad al personal de respuesta en embarcaciones en la zona inmediata, así mismo, minimiza la exposición al hidrocarburo del personal de respuesta y las comunidades locales en el contexto más amplio.
l Se elimina la necesidad de operaciones potencialmente prolongadas y a gran escala de limpieza del litoral.
l Evita la creación de un gran volumen de materiales de desecho a menudo asociado con las operaciones de limpieza del litoral; dichos desechos plantean serios desafíos medioambientales durante su manejo, almacenamiento y eliminación.
Sin embargo, hay un posible riesgo de que el hidrocarburo dispersado provoque que los organismos marinos que viven en la parte superior de la columna de agua sean expuestos brevemente a nubes difusas de pequeñas gotas de hidrocarburo dispersado y a los compuestos hidrosolubles del hidrocarburo, a un mayor grado que si los dispersantes no se usaran. Esta exposición a los hidrocarburos dispersados puede, en potencia, tener efectos tóxicos en los organismos marinos.
La evaluación de las consecuencias del uso de dispersantes se analiza en el contexto del Análisis de Beneficio Ambiental Neto (ABAN) en la sección de planificación para contingencias (ver páginas 36-42).
Todas las técnicas de respuesta ante derrames de hidrocarburos tienen capacidades que las hacen más adecuadas que otras, o tienen límites significativos, dependiendo de las circunstancias del derrame. La opción de las técnicas de respuesta no se debe basar en las preferencias preexistentes, sino en comprender cuáles técnicas tienen mayor capacidad de lograr el resultado deseado, es decir, minimizar el daño general que podría causar el derrame de hidrocarburos.
El objetivo en común de todas las técnicas de respuesta en el mar (contención y recuperación en el mar, quema controlada in situ y uso de dispersantes) es eliminar el hidrocarburo flotante y reducir la cantidad de hidrocarburo que amenaza las zonas cercanas a las costas donde puede contaminar los hábitats costeros. Las capacidades y límites de estas técnicas de respuesta en el mar se pueden categorizar de la siguiente manera:
a) la tasa a la cual se puede eliminar el hidrocarburo derramado;
b) las condiciones predominantes bajo las cuales la respuesta es eficaz o viable; y
c) el tipo de hidrocarburo o los factores limitantes de las propiedades físicas que pueden limitar la eficacia de la técnica de respuesta.
Tasa de eliminación de los hidrocarburos
La tasa a la cual el hidrocarburo flotante debe ser eliminado para evitar o limitar el daño a un recurso, depende de la cantidad del hidrocarburo derramado, la proximidad del recurso amenazado y las condiciones predominantes de los vientos y corrientes. La logística también puede influir en la tasa de eliminación, ya que los tiempos de implementación para algún tipo de equipo pueden ser mayores en zonas remotas.
Cualquier técnica de respuesta debe ser puesta en acción lo más pronto posible después de que el hidrocarburo se haya derramado. Al derramarse en el mar, la mayoría de los hidrocarburos se extienden rápidamente y pueden rápidamente cubrir un área extensa.
La respuesta ante derrames relativamente pequeños de menos de unas cuantas toneladas (decenas de barriles) de hidrocarburo en aguas protegidas puede con frecuencia ser razonablemente eficaz usando barreras y desnatadores para recuperar el hidrocarburo. Una respuesta ante derrames más grandes en el mar es más difícil, ya que el hidrocarburo flotante se esparce rápidamente para cubrir una gran zona de la superficie del mar. El espesor del hidrocarburo es a menudo muy poco uniforme, con áreas dispersas de hidrocarburo de mayor espesor separadas por grandes zonas de hidrocarburo muy ligero (lustre) o agua transparente. Esto ocasiona que una respuesta en el mar sea difícil y requiera de vigilancia aérea para identificar las zonas del hidrocarburo más espeso (ver Guía de buenas prácticas de observación aérea de contaminación del mar por hidrocarburos de IPIECA-IOGP: IPIECA-IOGP, 2015b). La “tasa de encuentro”, la tasa a la que el hidrocarburo flotante puede ser tratado mediante una técnica, es bajo tanto para la contención y la recuperación en el mar, como para la quema controlada in situ debido a los límites propios
Capacidades y límites
La tasa de encuentro de los sistemas de barreras costa afuera pude ser baja.
USCG
de las barreras que solo permiten su operación en corrientes de baja velocidad o cuando son remolcadas desde embarcaciones a baja velocidad (un máximo de unos cuantos nudos, incluso para sistemas de
“agua rápida”). La tasa de encuentro del uso de dispersante es, por mucho, la mayor de todas las técnicas de respuesta. Rociar desde grandes aeronaves de alas fijas puede producir grandes tasas de encuentro a medida que los tiempos de respuesta y de tráfico son generalmente mucho más rápidos que en las embarcaciones. Sin embargo, en algunos escenarios, las embarcaciones pueden permanecer “en posición”
mucho más tiempo y transportar mucho más dispersante.
Si el hidrocarburo derramado se encuentra ya muy cerca del recurso que puede verse afectado y los vientos predominantes causan que el hidrocarburo vaya a la deriva rápidamente hacia el recurso, es posible que no haya tiempo suficiente para una respuesta eficaz en el mar usando ninguna técnica.
Límites causados por las condiciones predominantes
Estado del mar
Las condiciones predominantes del mar tienen una gran influencia en la eficacia de las técnicas de respuesta.
La eficacia de las barreras usadas para confinar el hidrocarburo flotante antes de la recuperación con desnatadores o incineración en una quema controlada in situ se reducen ampliamente en mares agitados.
Las barreras pueden ser arrolladas por las olas, según el tamaño (calado y francobordo) de la barrera así como la capacidad de flotación y de respuesta a las olas o de navegar en ellas. Incluso las barreras marinas grandes pueden ser ineficaces a alturas de las olas de aproximadamente 1,4 a 1,8 metros y velocidades del viento mayores o alrededor de los 20 nudos. Muchos desnatadores se ven limitados por el estado del mar, y algunos tipos que se vuelven cada vez más ineficaces a medida que la altura de las olas supera los 0,6 a 1 metros.
La dispersión rápida de los hidrocarburos tratados con dispersante empieza a una velocidad del viento de aproximadamente 7 nudos (3 m/s, o una brisa ligera a media) con alturas de las olas de 0,2 a 0,3 metros.
Sin embargo, los dispersantes se pueden rociar sobre el hidrocarburo flotante en condiciones de mar calmo, y la dispersión comenzará cuando ocurran las condiciones propicias en el mar. Los vientos huracanados con velocidades mayores a los 35 nudos (18 m/s) y altura de las olas de 5 metros son generalmente los límites máximos para rociar dispersante desde aeronaves, aunque se han aplicado dispersantes desde aeronaves en vientos mayores a los 50 nudos (ESGOSS, 1994). Además, dirigir los dispersantes se vuelve un desafío en condiciones de vientos fuertes, y el hidrocarburo flotante desaparecerá o será sumergido temporalmente en mares agitados. Las condiciones limitantes para el rociado de dispersantes desde buques serán menores por los mismos motivos.
Los mares extremadamente agitados evitarán cualquier respuesta ante derrames de hidrocarburos en el mar.
Sin embargo, estas condiciones pueden provocar una extensa dispersión natural de los hidrocarburos derramados más ligeros.
Efecto de la salinidad del agua en la eficacia del dispersante
La mayoría de los dispersantes disponibles comercialmente han sido formulados para ser más eficaces en el agua salada con un contenido de sal (salinidad) de 30 a 35 psu (unidades prácticas de salinidad) (Belk et al., 1989; Georges-Ares et al., 2001). La eficacia de estos dispersantes disminuirá en aguas salobres (salinidad de 5 a 10 psu) y puede ser muy baja en agua dulce (Kulekeyev et al., 2014). (Ver figura 7 en la página 20).
Aunque hay disponibles dispersantes para agua dulce, la dispersión de hidrocarburos en agua dulce no se recomienda en la mayoría de las circunstancias debido a que no hay un volumen suficiente de agua en los ríos, y con frecuencia tampoco en los lagos, para permitir la dilución del hidrocarburo dispersado a bajas concentraciones.
Tipo de hidrocarburo y propiedades físicas
Muchos diferentes tipos de hidrocarburos y sus productos pueden ser derramados en el mar, incluidos los hidrocarburos crudos, el combustible diésel e hidrocarburos combustibles pesados (residuales).
Las propiedades físicas de los hidrocarburos crudos derramados y los hidrocarburos combustibles pesados cambian a medida que pierden los componentes volátiles por la evaporación, y puede formarse emulsiones estables de agua en hidrocarburos (Payne y McNabb, 1984; Daling et al., 1990; Lewis et al., 1995). Estos cambios se conocen en su conjunto como “meteorización” y se caracterizan por el aumento progresivo de la viscosidad del hidrocarburo flotante con el tiempo. La tasa de meteorización está relacionada con las condiciones predominantes del mar, la temperatura, el tipo de hidrocarburo y la condiciones de la descarga.
Figura 7 Efecto de la salinidad sobre la eficacia del dispersante en una prueba de laboratorio usando ocho productos
no dispersante
fotooxidación
encallamiento evaporación
emulsificación
disolución
dispersión
biodegradación
sedimentación distribución y fragmentación
Figura 8 El destino de los hidrocarburos derramados y el efecto natural de la meteorización
eficacia (%)
salinidad (psu)
Kulekeyev, 2014
Las propiedades físicas del hidrocarburo que tienen una influencia importante en la eficacia de todas las técnicas de respuesta son la densidad, el punto de escurrimiento y la viscosidad. Para los hidrocarburos que forman emulsiones estables de agua en hidrocarburos, el factor más importante es la viscosidad del hidrocarburo emulsionado, relacionado con el contenido del agua.
Densidad
La densidad de un hidrocarburo, medido como la gravedad específica (el peso en relación con el agua dulce) o en grados API, proporciona una categoría general del tipo de hidrocarburo. Los hidrocarburos se clasifican generalmente en cuatro grupos de acuerdo con su densidad. Los hidrocarburos del grupo 1 se describen como muy ligeros y en gran medida son no persistentes. Los hidrocarburos del grupo 4 son pesados, siendo los grupos 2 y 3, los estados intermedios. En algunas clasificaciones se define un quinto grupo de hidrocarburos extremadamente pesados con tendencia a hundirse. El conocimiento de la densidad del hidrocarburo proporciona al personal de respuesta una indicación general de la forma en que un hidrocarburo puede comportarse y cuáles técnicas de respuesta pueden ser eficaces.
Punto de escurrimiento
Los hidrocarburos que se encuentran a una temperatura significativamente menor a su punto de escurrimiento (de 10 a 15 °C) son semisólidos y no fluyen. Esto tiene implicaciones para los dispositivos de recuperación mecánica y los métodos de limpieza del litoral, pero también indica que el uso de dispersantes tiene probabilidades de no ser exitoso, ya que no puede penetrar un hidrocarburo semisólido y desaparecerá.
Viscosidad
Esta es una propiedad importante con implicaciones para todas las técnicas de respuesta. Los hidrocarburos de viscosidad muy alta se pueden confinar en barreras, pero algunos tipos de desnatadores requieren que el hidrocarburo fluya hacia ellos y su eficacia y eficiencia pueden ser bajas en caso de hidrocarburos y emulsiones de alta viscosidad. Los hidrocarburos de alta viscosidad también pueden ser difíciles de bombear.
Los hidrocarburos inflamables que han perdido sus fracciones más ligeras a través de la evaporación pueden resultar desafiantes, particularmente si los hidrocarburos se han emulsionado (es decir, con un alto contenido de agua), lo que limita la eficacia de la quema controlada in situ.
La viscosidad de los hidrocarburos derramados cambia con el tiempo a medida que “meteorizan”, lo que afecta la eficacia de los dispersantes en el hidrocarburo flotante (Canevari et al., 2001; Clark et al., 2005).
A medida que la viscosidad del hidrocarburo flotante aumenta con el tiempo, la posible eficacia del uso del dispersante disminuye. Esto se conoce a menudo como la “ventana de oportunidad” para el uso de dispersantes. Esta ventana depende de la temperatura.
La viscosidad es la resistencia a fluir (escurrir) de un hidrocarburo y se mide en cP (centiPoise;
viscosidad dinámica) o cSt (centiStrokes: viscosidad cinemática). La viscosidad dinámica en centiPoise = la viscosidad cinemática en centiStrokes multiplicada por la densidad del hidrocarburo. Para efectos de uso práctico en términos de respuestas a derrames de hidrocarburos, viscosidad dinámica y viscosidad cinemática pueden usarse indistintamente. La viscosidad disminuye ampliamente a medida que la temperatura aumenta.
Recuadro 2 Viscosidad
No existe un límite de las viscosidad del hidrocarburo que sea universalmente aceptado más allá del cual los dispersantes se consideren ineficaces; esto depende de muchos factores como el dispersante usado, la naturaleza del hidrocarburo y las condiciones predominantes (Colcomb et al., 2005). Las pautas generales acerca de la posible eficacia del dispersante y la viscosidad del hidrocarburo se muestran en la tabla 3.
Para ayudar en la planificación para contingencias ante derrames de hidrocarburos y para la opción de las técnicas de respuesta, puede estar disponible información específica acerca de un hidrocarburo particular que podría ser derramado (por ejemplo, un hidrocarburo crudo de una instalación de producción costa afuera), junto con los estudios de meteorización y de modelado que se han emprendido anteriormente.
La dispersión exitosa de hidrocarburos meteorizados es posible bajo ciertas circunstancias.
La imagen muestra hidrocarburos crudo Alaskan North Slope siendo dispersado durante una prueba en el Mar del Norte después de una meteorización de 55 horas y a una viscosidad de 15.000 a 20.000 cP; la nube de hidrocarburo dispersado es de color marrón ligero en el agua.
Tabla 3 El impacto de la viscosidad del hidrocarburo en la eficacia del dispersante
Tecnología AEA
Tipo/viscosidad del hidrocarburo Eficacia del dispersante Combustibles destilados ligeros
(gasolina, queroseno, diésel)
No se recomienda el uso de dispersantes En la mayoría de las condiciones, estos hidrocarburos se evaporan y dispersan de manera natural muy rápidamente.
Hidrocarburos con viscosidad de hasta 5000 cSt El uso de dispersantes tiene probabilidad de resultar eficaz
Hidrocarburos con viscosidad entre 5000 y 10.000 cSt
El uso de dispersantes podría ser eficaz
Hidrocarburos con viscosidad mayor a 10.000 cSt El uso de dispersantes tiene probabilidad de resultar ineficaz (aunque se ha informado de éxito en hidrocarburos con viscosidad mayor a 20.000 cP).
La transferencia de hidrocarburos derramados flotante a la columna de agua en forma de pequeñas gotas de hidrocarburos por el uso de dispersantes hace que el hidrocarburo esté más disponible biológicamente para los organismos marinos. El hidrocarburo dispersado finalmente será biodegradado en gran medida por microorganismos de ocurrencia natural ya presentes en el mar. Algunos de los compuestos químicos de los hidrocarburos son hidrosolubles y potencialmente tóxicos para los organismos marinos. La magnitud de cualquier toxicidad observada dependerá de la exposición (la concentración y la duración) de los organismos marinos al hidrocarburo dispersado y a los compuestos hidrosolubles del hidrocarburo. Algunos de estos compuestos serán transferidos a la columna de agua, sin importar si se usan o no dispersantes.
Los compuestos químicos en los hidrocarburos crudos
Los hidrocarburos crudos se componen de una gran cantidad de compuestos químicos individuales. Casi todos estos son hidrocarburos, compuestos únicamente de hidrógeno y carbono. Los hidrocarburos se pueden clasificar por el peso molecular o por la longitud de la cadena de carbono; la mayoría de los hidrocarburos en el hidrocarburos crudo contienen de 5 a 35 átomos de carbono. También se pueden clasificar los hidrocarburos de acuerdo con el tipo químico, es decir alcanos (parafinas), cicloalcanos (naftenos) y compuestos aromáticos (que contienen uno o más anillos bencénicos). Las proporciones relativas de estos compuestos químicos difieren entre los hidrocarburos crudos y son responsables de la gama de propiedades físicas que muestran los hidrocarburos crudos. La mayoría de los hidrocarburos presentes en la mayoría de los crudos son alcanos y cicloalcanos y pueden variar de líquidos volátiles a líquidos no volátiles o sólidos (ceras) dependiendo de su tamaño (cantidad de átomos de carbono) y la temperatura predominante.
Interacción de los organismos marinos con el hidrocarburo dispersado
Muchos microorganismos marinos (bacterias y levaduras) tienen la capacidad de metabolizar y degradar los compuestos químicos presentes en los hidrocarburos. El metabolismo es el proceso bioquímico que descompone las sustancias complejas, como los compuestos químicos de los hidrocarburos, para producir energía y materia de desecho (por ejemplo, dióxido de carbono y agua, en el caso del hidrocarburos).
El metabolismo continúa a través de una serie de pasos que involucran enzimas que convierten los compuestos químicos en compuestos intermedios o metabolitos. Las consecuencias de este proceso dependen del compuesto químico considerado y del organismo marino involucrado, es decir:
l la biodegradación del hidrocarburo se puede considerar benéfica para los organismos, debido a que los metabolitos son una fuente de energía;
l sin embargo, podría haber algunos efectos tóxicos para distintas formas de vida marina causados por la exposición a los componentes parcialmente hidrosolubles que se transfieren de las gotas de hidrocarburo al agua, o por la ingestión de las gotas por organismos que se alimentan por filtración, los cuales pueden ser consumidos por organismos mayores. La severidad de los efectos tóxicos es proporcional a la exposición y puede ir desde efectos subletales (narcosis temporal, cambios en la reproducción o alimentación) que a menudo son reversibles, hasta la muerte para algunos individuos de la población afectada.
Biodegradabilidad de los hidrocarburos
La biodegradación continúa principalmente por la oxidación bioquímica (Leahy y Colwell, 1990; Atlas y Bartha, 1992; Atlas y Cerniglia, 1995; Prince, 1997; Prince et al., 2013). Los diferentes compuestos químicos en los hidrocarburos crudos serán biodegradados a diferentes tasas y a diferentes grados por organismos
degradadores de hidrocarburos presentes de manera natural (Singer y Finnerty, 1984; Lindstrom y Braddock, 2002; Campo et al., 2013). Los alcanos de cadena lineal serán los más rápidamente biodegradados, seguidos
alcano
cicloalcano
benceno aromático
cicloalcanos. Muchos hidrocarburos de ramificación compleja, cíclicos y aromáticos, los cuales de otra forma no serían biodegradados naturalmente, pueden ser oxidados a través del metabolismo conjunto de una mezcla de hidrocarburos debido a la abundancia de otros sustratos que se pueden metabolizar fácilmente dentro del hidrocarburo (Heitkamp y Cerniglia, 1987). El destino final de la mayoría del hidrocarburo biodegradado es convertirse finalmente en dióxido de carbono y agua (MacNaughton et al., 2003).
Los compuestos del hidrocarburo que son resistentes a la biodegradación son principalmente inertes biológicamente y de baja toxicidad. Los dispersantes mismos son fácilmente biodegradables y no interfieren con la degradación del hidrocarburo, excepto mejorarlo al incrementar la disponibilidad del hidrocarburo como se describe a continuación.
La tasa de biodegradación también depende de la disponibilidad del hidrocarburo, y también del oxígeno y la disponibilidad de nutrientes. La disponibilidad de oxígeno y nutrientes no es generalmente un factor limitante en aguas costa afuera, sin embargo, pueden serlo cuando el hidrocarburo encalla, particularmente en sedimentos suaves. Los microorganismos forman colonias en la interfaz hidrocarburos/agua; las pequeñas gotas de hidrocarburo tienen una área de superficie 100 veces mayor que el volumen equivalente de hidrocarburo en las manchas de hidrocarburo flotantes, la dispersión, así, mejora ampliamente la tasa de biodegradación. La biodegradación del hidrocarburo que encalla en los litorales puede demorarse debido al mayor espesor, lo que reduce el área de superficie disponible. También puede limitarse debido al secado por la exposición al aire en las zonas de mareas. Además, los hidrocarburos pueden sepultarse en las playas con sedimentos y esto también puede demorar la biodegradación debido a la falta de oxígeno.
Las condiciones más favorables para la biodegradación ocurren cuando el hidrocarburo es dispersado costa afuera. El proceso de biodegradación para las gotas de hidrocarburo inicia generalmente en uno o dos días y finaliza en unas cuantas semanas. Las zonas expuestas al hidrocarburo por filtración natural y contaminación industrial pueden ya contener grandes cantidades de comunidades de microorganismos degradadores de hidrocarburos. Sin embargo, los microorganismos adecuados están presentes en todos los mares y pueden adaptarse rápidamente y extender sus poblaciones donde el hidrocarburo se encuentra disponible, como en el caso de derrames.
1-2 días
Las gotas dispersas se diluyen en la columna de agua.
Las bacterias rodean las gotas dispersas.
La presencia de bacterias aumenta y ocurre una rápida biodegradación.
La biodegradación continúa, eliminando la toxicidad.
Los microorganismos regresan al uso antes
del derrame.
4-6 semanas Figura 9 El proceso típico de biodegradación para hidrocarburos derramados