Modelación de derrames de crudo en cauces - aplicación al Río Magdalena

Texto completo

(1)MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL PROYECTO DE GRADO DE INGENIERÍA CIVIL. MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCESAPLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA BOGOTA, D.C. MAYO DE 2005. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 1. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(2) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. REPÚBLICA DE COLOMBIA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL PROYECTO DE GRADO DE INGENIERÍA CIVIL. TESIS DE GRADO MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCESAPLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. SERGIO ROJAS GARCÍA INGENIERO CIVIL MARIO DIAZ-GRANADOS ORTIZ PROFESOR ASOCIADO UNIVERSIDAD DE LOS ANDES ASESOR DE TESIS BOGOTA, D.C. MAYO DE 2005. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 2. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(3) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. AGRADECIMIENTOS Un especial agradecimiento a Mario Díaz–Granados por su apoyo y conocimiento brindado durante toda la tesis.. A Frank Braunschw eig y Paulo Leotao del Instituto Superior Técnico de Lisboa, por sus constantes y oportunas asesorías .. Al Dr. Muhammad Ayub por su participación y orientación en mis estudios en el área de petróleos.. Y en especial a mis padres y hermana, en su apoyo incondicional a lo largo de mi vida. Gracias. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 3. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(4) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. RESUMEN. El agua y el petróleo son dos recursos naturales con una alta incidencia en el modelo de desarrollo del siglo XXI. Uno por su necesidad para vivir, y el otro por su requerimiento como principal fuente de energía a nivel mundial. No obstante, son recursos naturales que al integrarlos, pueden llegar a ser productos con alto riesgo de daño tanto para el medio ambiente como para los seres vivos. Uno de esos casos es el producido en los derrames de petróleo en ríos, causados por roturas de oleoductos u otros medios de transporte de los derivados pétreos, en donde el contaminante es rápidamente transportado por la corriente de los ríos. Por lo tanto, es necesario identificar las áreas o zonas de mayor riesgo o grado de vulnerabilidad de sufrir estos derrames, para modelar el derrame del contaminante, y crear mecanismos de acción para reducir los daños que se puedan producir.. Este documento presenta la aplicación de un modelo matemático para analizar las transformaciones y cambios que se producen durante un derrame de petróleo en ríos, los daños a zonas de mayor vulnerabilidad, y planes de limpieza y contención para reducir los daños e impactos que se puedan producir. En particular se analiza los derrames de crudo que se puedan presentar por roturas en el Oleoducto Central S.A. (OCENSA) en el río Magdalena entre las poblaciones de Nariño y Puerto Berrío.. Este trabajo es un. complemento al desarrollo de herramientas computacionales diseñadas para el ingeniero moderno que se vea enfrentado a derrames de contaminantes pétreos en cuerpos de agua, los cuales servirán de ayuda para agilizar los marcos metodológicos que finalizan en diseños y toma de decisiones, descubriendo un panorama futuro de altas probabilidades de ocurrencia.. Como resultados finales se encontró que los programas empleados son una buena herramienta para predecir la trayectoria y transformaciones en los procesos del crudo a medida que el derrame se va desplazando.. La integración de los dos modelos se. presenta como alternativa complementaria para predecir por medio gráfico, en formato de video y en formato texto todas las transformaciones de los procesos que presenta el crudo. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 4. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(5) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. como evaporación, advección, dispersión, retención en las riberas del río, cambios en su densidad, viscosidad y propiedades del agua.. Adicionalmente se mostraron los mecanismos de retención y limpieza más usuales en la elaboración de planes de emergencia y contingencia para derrames de crudo en cuerpos de agua. Cabe notar que las opciones ofrecidas por los programas no son exhaustivas, por lo que se plantea como herramientas de aproximación para la generación de planes de contingencia o emergencia. .. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 5. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(6) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. TABLA DE CONTENIDO. 2005-05. Pág.. 1.. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 11. 2.. FORMULACIÓN ............................................................................................................. 13 2.1. JUSTIFICACIÓN....................................................................................................... 13 2.2. OBJETIVOS ............................................................................................................. 15 2.2.1. Objetivo General .................................................................................................... 15 2.2.2. Objetivos Específicos .............................................................................................. 15 2.3. ALCANCES ............................................................................................................. 16 2.4. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 16. 3.. ASPECTOS GENERALES................................................................................................ 19 3.1. LUGAR DE INVESTIGACION ................................................................................... 19 3.2. PROBLEMÁTICA DE LOS DERRAMES DE CRUDO EN COLOMBIA............................ 19 3.2.1. Derrame de Machuca. ......................................................................................... 20 3.2.2. Derrame en Guaimalito. ...................................................................................... 22 3.3. INFORMACION EXISTENTE..................................................................................... 23 3.3.1. Geografía. ........................................................................................................ 23 3.3.2. Hidrología Zona de Evaluación............................................................................. 24 3.3.3. Secciones Transversales. ..................................................................................... 25 3.3.4. Propiedades del Crudo del Oleoducto OCENSA........................................................... 26. 4.. MARCO TEÓRICO ......................................................................................................... 28 4.1. EL PETROLEO......................................................................................................... 28 4.2. EL PETROLEO EN COLOMBIA ................................................................................ 30 4.3. PROCESOS CICLO PETROLERO............................................................................... 33 4.3.1. Exploración....................................................................................................... 33 4.3.2. Perforación y Extracción. .................................................................................... 35 4.3.3. Refinación......................................................................................................... 36 4.3.4. Transporte y Distribución. ....................................................................................... 37 4.4. SISTEMA DE TRANSPORTE DEL PETROLEO EN COLOMBIA.................................... 38 4.5. CARACTERISTICAS DE UN DERRAME DE CRUDO................................................... 42 4.6. PLANES DE EMERGENCIA Y CONTINGENCIA ......................................................... 43 4.6.1. Recuperación y Retención Mecánica ...................................................................... 45 4.6.2. El Método Químico y Biológico............................................................................. 46 4.6.3. El Método Físico................................................................................................ 47 4.6.4. La Táctica del Miedo .......................................................................................... 47. 5.. MODELACIÓN MATEMÁTICA....................................................................................... 48 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7.. 6.. ALGORITMO DISCRETO LAGRANGIANO ................................................................ 48 SIMULACIÓN DE LA CORRIENTE DEL RÍO.............................................................. 49 ADVECCIÓN ........................................................................................................... 50 DISPERSIÓN MECÁNICA......................................................................................... 51 CONDICIONES DE FRONTERA DE LA RIBERA DEL RÍO........................................... 53 EVAPORACIÓN ....................................................................................................... 54 DISOLUCIÓN........................................................................................................... 56. MODELOS EXISTENTES ................................................................................................ 57 6.1. 6.2. 6.3.. MODELOS QUE DESCRIBEN LA TRAYECTORIA DEL DERRAME.............................. 58 MODELOS DE PROCESOS DE LIMPIEZA .................................................................. 65 BASE DE DATOS DE PRODUCTOS PETREOS............................................................ 66. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 6. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(7) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 6.4. 7.. 2005-05. SELECCIÓN DEL MODELO ...................................................................................... 67. CASO DE ESTUDIO ........................................................................................................ 69 7.1. MODELACIÓN EN GNOME ...................................................................................... 72 .1.1.................................................................................................................................. 72 7.1.1. Interfaz Gráfica ..................................................................................................... 72 7.1.2. Requerimientos Características del Derrame............................................................... 77 7.1.3. Ajustes del Modelo ................................................................................................. 78 7.1.4. Resultados ............................................................................................................ 79 7.2. MODELACION EN ADIOS2....................................................................................... 82 7.2.1. Características del Producto Pétreo Derramado.......................................................... 83 7.2.2. Condiciones de Corrientes y Vientos.......................................................................... 84 7.2.3. Propiedades del Agua ............................................................................................. 84 7.2.4. Características de la Descarga del Producto Pétreo ..................................................... 85 7.2.5. Resultados ............................................................................................................ 86 7.2.6. Comparación de Resultados. GNOME Y ADIOS 2....................................................... 90 7.2.7. Procesos de Limpieza.............................................................................................. 92 7.2.8. Resultados Proceso de Limpieza................................................................................ 93. 8.. MODELACION EN MOHID............................................................................................. 98 8.1. MÓDULO HIDRODINÁMICO .................................................................................... 99 8.1.1. Ecuaciones Básicas ...............................................................................................100 8.1.2. Condiciones de frontera..........................................................................................103 8.2. MÓDULO LAGRANGIANO ......................................................................................104 8.2.1. Ecuaciones Básicas ...............................................................................................106 8.3. MÓDULO DEL CRUDO............................................................................................107 8.3.1. Ecuaciones Básicas ............................................................................................108 8.4. PROCEDIMIENTO MODELACION DE UN DERRAME DE CRUDO EN CAUCES ..........114 8.4.1. MOHID GIS .........................................................................................................115 8.4.2. Interfaz Gráfica ....................................................................................................116 8.4.3. MOHID GUI ........................................................................................................118 8.4.4. Procedimiento Para Generar un Proyecto..................................................................119. 9.. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................................123. ANEXOS ................................................................................................................................128 ANEXOS 1..............................................................................................................................128 BATIMETRÍA .....................................................................................................................128 REGISTROS HIDROLÓGICOS ..............................................................................................128 CARACTERÍSTICAS DEL PETRÓLEO ..................................................................................128 ANEXO 2 ...............................................................................................................................128 SOFTWARE ESPECIALIZADO .............................................................................................128 ANEXO SIMULACIONES.......................................................................................................128 ARCHIVOS ADIOS2 ESCENARIOS 1, 2 Y LIMPIEZA .............................................................128 ARCHIVOS GNOME ESCENARIOS 1 Y 2 ..............................................................................128 10. BIBLIOGRAFIA...............................................................................................................129. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 7. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(8) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. TABLA DE ILUSTRACIONES. 2005-05. Pág.. Ilustración 1. M apa del M unicipio de Segovia, Antioquia...................................................21 Ilustración 2. Escenario del Derrame de Crudo en Guaimalito. Colombia ...........................22 Ilustración 3. M apa del río M agdalena Estación Nariño a Estación Puerto Berrío..............24 Ilustración 4. M apa de Estaciones Hidrológicas de Colombia.............................................25 Ilustración 5. Secciones Transversales Tramo Nariño-Ambalema .......................................26 Ilustración 6. Grandes Descubrimientos Petroleros en Colombia........................................30 Ilustración 7. Áreas Colombianas con Actividad Petrolífera. 2004 .....................................31 Ilustración 8. Ubicación de Perforaciones Petroleras en Colombia .....................................33 Ilustración 9. Gasoductos en Colombia................................................................................39 Ilustración 10. Oleoductos en Colombia. .............................................................................41 Ilustración 11. Representación Esquemática de las Transformaciones del Crudo en los Derrames en Ríos. .........................................................................................................43 Ilustración 12. Técnicas de Contención M ecánica. Río M ississippi, M assachussets .........45 Ilustración 13. M apa del río M agdalena Estación de Nariño a Estación de Puerto Berrío ..73 Ilustración 14. Resultado del M odelo Topográfico en GNOM E.........................................74 Ilustración 15. Formato CUR para Corrientes del Río M agdalena ......................................75 Ilustración 16. Formato WND del Río M agdalena ..............................................................75 Ilustración 17. Ejemplo Formato para Corrientes del Río .HYD .......................................76 Ilustración 18. Interfaz Gráfica GNOM E. Adición Datos Características del Derrame .....78 Ilustración 19. Resultados Gráficos Escenario 1 en GNOM E.............................................80 Ilustración 20. Base de Datos, Librería de ADIOS2. Características Crudo de Vasconia. .83 Ilustración 21. Interfaz Gráfica ADIOS2. Propiedades del Agua .......................................85 Ilustración 22. Interfaz Gráfica ADIOS2. Representación Gráfica Procesos Escenario 1..86 Ilustración 23. Interfaz Gráfica ADIOS2. Gráfica y Tabla de Oil Budget. Escenario 1 ....88 Ilustración 24. Pluma de humo por quema del crudo. Interfaz Gráfica ADIOS2 ...............94 Ilustración 25. M ecanismos de Limpieza M ecánicos por Cadenas de Ríos o “booms” ......95 Ilustración 26. Procesos del Crudo después de Emplear M ecanismos de Limpieza............96 Ilustración 27. Tabla de Resultados al Emplear M ecanismos de Limpieza.........................97. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 8. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(9) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. Ilustración 28. Flujograma del M odelo Hidrodinámico con otros M odelos ......................100 Ilustración 29. Flujograma del M odelo Lagrangiano con otros M odelos ...........................105 Ilustración 30. Flujograma Parámetros de Entrada del M ódulo de Crudo con otros M ódulos .....................................................................................................................................108 Ilustración 31. Interfaz Gráfica M OHID GIS ....................................................................116 Ilustración 32. Interfaz Gráfica MOHID GIS. Río Magdalena.....................117 Ilustración 33. Interfaz Gráfica MOHID GIS. Caso de Estudio...................................117 Ilustración 34. Ventana Principal MOHID GUI..................................................118 Ilustración 35. Datos de Entrada de la Simulación en MOHID. .................................120 Ilustración 36. Propiedades de las Condiciones y Características de la Simulación..........120 Ilustración 37. M ódulos MOHID GUI Pre-procesador. Caso de Estudio.........................121 Ilustración 38. Interfaz Gráfica Programa Numérico de MOHID................................122. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 9. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(10) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. TABLA DE TABLAS. 2005-05. Pág.. Tabla 1. Composición del Petróleo ......................................................................................29 Tabla 2. Ley de Dispersión para Derrames de Crudo (Fay 1971; Hoult 1079; Walkman et al. 1973).........................................................................................................................52 Tabla 3. Descripción de la Ribera de Ríos y sus Parámetros (Torgrimson 1980) ...............54 Tabla 4. M odelos comerciales para simular derrames de crudo, divididos en áreas de enfoque. .........................................................................................................................58 Tabla 5. Propiedades de los Contaminantes para los Escenarios 1 y 2................................69 Tabla 6. Información Hidráulica e Hidrológica para los Escenarios 1 y 2 ..........................70 Tabla 7. Características del Derrame para los Escenarios 1 y 2...........................................71 Tabla 8. Resultados Escenario 1 M odelado en GNOM E.....................................................79 Tabla 9. Resultados Escenario 2 M odelado en GNOM E.....................................................82 Tabla 10. Porcentaje Acumulado de Crudo Dispersado y Evaporado. ADIOS2..................90 Tabla 11. Variación Porcentual entre Resultados de Dispersión y Evaporación por los Programas GNOM E y ADIOS2....................................................................................91. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 10. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(11) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. 1. INTRODUCCIÓN. La contaminación ambiental de hidrocarburos es un problema creciente en los países productores de petróleo como es el caso de Colombia, en donde se han registrado más de 820 roturas de oleoductos entre los años de 1998 hasta el 2003, sin contar los más de 940 atentados dinamiteros al oleoducto Caño Limón-Coveñas desde su inicio en 19861. Debido a estos altos índices de derrames de crudo, se le ha dado una gran importancia al desarrollo de herramientas y mecanismos de prevención y mitigación de impactos sobre medios terrestres, acuáticos, daños a la vegetación y a la fauna asociada. Se estima que las pérdidas por regalías, daños a las poblaciones, daños al medio ambiente, la pérdida de petróleo para uso o exportación, entre otros, supera los 817.000 millones de pesos para el año de 2003.2. La contaminación de ríos en Colombia producida por derrames de hidrocarburos había sido un tema poco estudiado hasta la década de los ochentas y al cual no se le había prestado mayor atención a pesar que el recurso del agua sea uno de las principales fuentes de desarrollo de civilizaciones, medios de transporte, generadores de tecnología y sistemas de obtención de agua potable casi directo para una elevada población colombiana. Finalmente a causa de algunos pocos eventos de derrames que causaron la muerte a cientos de personas, quedó al descubierto la fragilidad en las políticas de seguridad y prevención de estos derrames, razón por la cual se empezaron a diseñar nuevos lineamientos sobre la prevención de estos desastres 3.. Desafortunadamente los avances en herramientas computacionales de dominio público en derrames de crudo en cauces son muy escasos, razón por la cual se evidenció la necesidad de unificar herramientas computacionales existentes con el fin de modelar las. Datos tomados de : Página We b Colombia.com, 2002, parr. 12. http://www.colombia.com/e spe ciale s/2002/pose sion_pre side ncial/de re chos_humanos.asp 2 Datos tomados de : Página We b ECOPETROL.com.co, 2004. 3Para mayor información consultar la página http://www.de re chocolombiano.com/ambie ntal/conte nido/conve nio.htm 1. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 11. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(12) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. características y transformaciones que se presentan en un derrame de crudo en cauces para determinar los impactos que pudiesen causar aguas abajo, y así contribuir a la generación de planes de emergencia y estrategias de manejo y mitigación de efectos negativos.. La presente investigación presenta la aplicación de herramientas computacionales existentes, con el fin de modelar detalladamente un derrame de crudo, tomando como caso de estudio el río Magdalena y sus afluentes en la zona comprendida entre las poblaciones de Nariño y Puerto Berrío, causadas por roturas en el Oleoducto Central S.A. (OCENSA).. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 12. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(13) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. 2. FORMULACIÓN. 2.1.. JUSTIFICACIÓN. Colombia ha sido desde la década de los noventa uno de los países exploradores y exportadores de petróleo en el mundo, en tal proporción que en el año 2004 recibió más de 4.000 millones de dólares en exportaciones, que representa más del 25% del PIB de Colombia del 20044. Sin embargo, se ha presentado un fuerte descenso en los hallazgos de grandes reservas, que han tornado las balanzas hacia la importación de este producto (principal generador de energía en el mundo) a partir del 2006.5. A pesar de esto, debido en gran medida a las grandes ganancias económicas reportadas en el sector petrolero mundial y debido a la fuerte alza de los precios internacionales de petróleo, grandes firmas extranjeras como la British Petroleum, Oxy, Texaco, entre otras, han construido infraestructura de oleodcutos a los largo y ancho del territorio colombiano, que ha impulsado la construcción de más de 5000 kilómetros de oleoductos a través de la difícil topografía colombiana. Desafortunadamente, debido al conflicto interno colombiano con grupos los grupos guerrilleros como el Ejercito de Liberación Nacional (ELN-EP) y las Fuerzas Armadas Revolucionarias de Colombia (FARC) entre otros, han ocurrido cientos de roturas a oleoductos causadas por atentados dinamiteros que han causado grandes desastres ambientales y un sinnúmero de pérdidas humanas.. Un claro ejemplo de esto son las constantes roturas en el oleoducto Caño Limón-Coveñas o las presentadas en el Oleoducto Central S.A., las cuales han ocasionado daños y perjuicios sobre personas, la vida animal, la flora y los recursos hídricos. Por esta razón Tomado de : Pagina We b proe xport.com(2005) http://www.proe xport.com.co/inte le xport/aplicacion/frame s.asp?orige nadmin=e xpcoladmin 4. Dato tomado de : Pagina We b crisise ne rge tica.com (2005) http://www.crisise ne rge tica.org/article .php?story=20041005011327292 5. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 13. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(14) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. las autoridades e instituciones han desarrollado estrategias para el control y mitigación de impactos negativos, muchas veces disponiendo de herramientas computacionales que contribuyen a la toma de decisiones para el manejo apropiado de estos escenarios.. Una de estas herramientas es el programa ACOPLAN (Asistencia Computarizada para Planes. de Contingencia) 6. (Ecopetrol) .. desarrollado por la Empresa Colombiana de Petróleos. Este programa se generó para suministrar a los encargados de administrar. y operar los planes de contingencia, una herramienta de soporte en la toma de decisiones al momento de atender contingencias por derrames o escapes de hidrocarburos 7. Sin embargo no permite la simulación de detallada de un derrame de crudo en cauces como se busca en esta investigación. Además presenta un acceso restringido al público. Otro softw are especializado puede ser el ROSA (River Oil Spill Analyser) desarrollado en la Universidad de Mississippi en Estados Unidos, pero que tiene un costo al público bastante alto, haciendo de este programa una herramienta de difícil adquisición. Los requerimientos que hoy en día exige Colombia en el área ambiental8 son cada vez más estrictos, razón por la cual se requiere aún más de softw are especializado robusto y versátil, de fácil aplicación, ejecución y comprensión, que muestre de forma clara y exacta los riesgos y amenazas que puede causar un derrame de crudo, con el fin de desarrollar planes y estrategias de control y limpieza que permitan reducir al máximo estos perjuicios y daños que se puedan producir. Por lo tanto la finalidad de esta investigación es la de ofrecer una integración de herramientas computacionales de acceso libre, que simule el comportamiento de un derrame de crudo en ríos colombianos como es el caso del río Magdalena, para lograr desarrollar planes de contingencia y emergencia efectivos en escenarios de alto riesgo.. 6. Datos suministrados por: Pe rsonal Té cnico. Empre sa Colombiana de Pe tróle os. 2005. 7. Mayor información e n la página WEB http://www.gdsig.com.ar/xconfe re nciasig/P30.pdf Mayor información e n la página WEB http://www.inge nie roambie ntal.com/?cate =31. 8. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 14. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(15) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2.2.. 2005-05. OBJETIVOS. El principal objetivo del siguiente documento es el de mostrar de forma organizada y resumida el desarrollo e investigación de softw are existentes que simulen de forma clara y precisa un derrame de crudo en cauces para ser aplicado en ríos colombianos, y mostrar su marco procedimental para su uso. 2.2.1. Objetivo General. Mediante el uso de herramientas computacionales existentes, se busca modelar las características y transformaciones que presenta un derrame de crudo en cauces para determinar los impactos que pudiesen causar aguas abajo, con el fin de contribuir a la generaron de planes de emergencia y estrategias de control y limpieza. Para ésto, se deberá describir cuantitativamente el movimiento del derrame en función del tiempo, y la calidad del agua como una distribución espacial y temporal de sus contaminantes. 2.2.2. Objetivos Específicos. El trabajo tiene los siguientes objetivos específicos: •. Recopilar y analizar la información existente del área de estudio.. •. Inventariar el registro de las propiedades del crudo con alta probabilidad de ser la fuente de contaminación en los derrames causados por las roturas de los diferentes oleoductos colombianos.. •. Hacer un inventario de las herramientas computacionales como programas o modelos existentes, de acceso libre o licenciado que logren modelar de forma individual o integrada un derrame de crudo en ríos.. •. Dar a conocer las herramientas computacionales, que logren cumplir con el objetivo de modelar un derrame de crudo, mostrando sus ventajas, desventajas, aplicación y modo de uso.. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 15. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(16) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. •. 2005-05. Aplicar herramientas computacionales existentes para modelar un derrame de crudo en el río Magdalena entre las poblaciones de Nariño y Puerto Berrío, que presentan una alta vulnerabilidad de sufrir derrames de crudo.. •. Demostrar la eficiencia, fiabilidad y rapidez que proporciona el uso del computador como herramienta de análisis para evaluar los daños y perjuicios que pueda causar un derrame de crudo en cauces.. 2.3.. ALCANCES. Mediante el uso de softw are existente se expondrá la metodología para modelar las características de un derrame de crudo en ríos de alto caudal como el río Magdalena en Colombia. Adicionalmente se presentarán los cambios de las características del derrame como evaporación, advección, dispersión, disolución, entre otros, sin llegar a profundizar en aspectos como zonas muertas, tratados en diferentes papers con mayor detalle9, y otros efectos de difícil aplicación y baja incidencia sobre los resultados finales. Finalmente se plantea la opción de realizar planes de limpieza específicos como lo son la quema de crudo, agentes dispersores o mecanismos de retención para generar un plan de contingencia o emergencia para cualquier caso de estudio.. 2.4.. M ETODOLOGÍA. La metodología general para la realización de este proyecto investigativo que tiene como finalidad modelar un derrame de crudo en cauces, aplicado a casos colombianos como el Río Magdalena se realizará a partir de las siguientes etapas:. 9. Información adicional pue de se r consultada e n e l Journal of Hazarous Mate rials. Vol. 107, 2004. pág. 37-50. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 16. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(17) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. ETAPA 1:. 2005-05. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Y LITERARIA DE LOS AVANCES Y ACTUALIDAD EN EL ÁMBITO DE LA MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN RÍOS COLOMBIANOS.. ETAPA 2:. DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS Y CARACTERÍSTICAS GOBERNANTES EN LA TRAYECTORIA DE DERRAMES DE CRUDO EN AGUA. ETAPA 3:. BÚSQUEDA DE ZONAS DE ALTA VULNERABILIDAD DE SUFRIR UN DERRAME DE CRUDO EN EL RÍO MAGDALENA. ETAPA 4:. BÚSQUEDA Y ANÁLISIS DE MODELOS COMERCIALES EXISTENTES. VENTAJAS, DESVENTAJAS Y ASEQUIBILIDAD. ETAPA 5:. SELECCIÓN Y USO DEL PROGRAMA SELECCIONADO. ETAPA 6:. MODELACIÓN DE POSIBLES ESCENARIOS QUE SE PUEDEN PRESENTAR EN EL TRAMO DE ESTUDIO (RÍO MAGDALENA ENTRE LAS POBLACIONES DE NARIÑO Y PUERTO BERRÍO). ETAPA 7:. REVISIÓN DE RESULTADOS DE LA MODELACIÓN Y SU RESPECTIVO ANÁLISIS. ETAPA 8:. DOCUMENTACIÓN FINAL. Cada una de estas etapas correspondes al lineamiento que se siguió para el desarrollo de este proyecto de grado. Para cada una de ellas se realizaron diferentes actividades y metodología que se explicarán en más detalle a continuación. Etapa 1: Se realizó una revisión literaria especializada, con el fin de ampliar conocimientos en esta área. Posteriormente se hizo una recopilación y revisión de la información existente, con la finalidad de sintetizar la información relevante. Finalmente se organizó la bibliografía existente por temas para su fácil uso.. Etapa 2: Búsqueda de información de las propiedades del crudo transportado por los diferentes oleoductos de Colombia. Recopilación de información que mostrara y describiera los cambios en propiedades y características del crudo al ser derramado en un cuerpo de agua.. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 17. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(18) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. Búsqueda de los modelos matemáticos que gobernaran los procesos hidrodinámicos de un derrame de crudo en agua.. Etapa 3: Búsqueda de zonas de alta vulnerabilidad de sufrir un derrame de crudo en el río Magdalena Selección del tramo del río Magdalena que servirá como caso de estudio de esta investigación.. Etapa 4: Búsqueda de modelos comerciales que simularan derrames de crudo en cuerpos de agua. Identificación de los usos, ventajas y desventajas que ofrece cada modelo comparado con los requerimientos del caso de estudio a ser analizado. Identificar su modo de obtención, y si tenía acceso gratuito o restringido.. Etapa 5: Selección del programa que más se amoldara a los requerimientos de la modelación. Comprender bien el funcionamiento del modelo, sus módulos y su forma de uso. Determinar la integración de programas para conseguir una modelación más completa.. Etapa 6: Obtención de datos requeridos para la modelación en el o los programas seleccionados Suponer escenarios factibles de derrames de crudos en la zona de evaluación. (Escenarios Normales y Pesimistas) Introducir los datos y correr el o los programas. Etapa 7: Revisión de los resultados de la modelación Corroborar que la información suministrada este bien digitada Comparación entre los programas seleccionados Análisis de resultados y conclusiones. Etapa 8: Escribir el documento final. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 18. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(19) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. 3. ASPECTOS GENERALES. El objetivo principal de esta investigación se centra en la obtención y análisis de herramientas tecnológicas que puedan predecir el comportamiento y movimiento de crudo en cauces colombianos en escenarios de derrames por roturas de oleoductos. Por tal motivo se debe seleccionar casos de estudio con alta probabilidad de ocurrencia de derrames de crudo, y en donde la zona de evaluación presente un alto grado de vulnerabilidad.10 3.1.. LUGAR DE INVESTIGACION. El lugar de investigación seleccionado para este trabajo es la zona aledaña al río Magdalena entre las poblaciones de Nariño y Puerto Berrío, ya que es una zona que ha presentado incidentes que han ocasionado grandes impactos ambientales 11. Esta zona presenta una gran vulnerabilidad debido a su cercanía con el Oleoducto Central S.A. (OCENSA) construido en al año de 1989 con el objetivo de transportar crudo y combustible desde el Pie de Monte Llanero (Cusiana y Cupiagua) hasta las costas caribeñas en Coveñas.. 3.2.. PROBLEM ÁTICA DE LOS DERRAM ES DE CRUDO EN COLOM BIA. La gran cantidad de recursos acuíferos presentes en la zona noroccidental colombiana, que comprende los departamentos de Antioquia y Santander, han hecho que los daños que pueden llegar a sufrir por la rotura de un oleoducto y su posterior derrame sobre algunos de los cauces aledaños a esta zona como es el caso del río Magdalena y el río Cauca sean muy altos.. Por lo tanto queda en evidencia la necesidad de aplicar un plan. GONZÁLEZ LAXE ,Fe rnando. Conclusione s sobre e l de sastre de Pre stige . Este docume nto re sume su inte rve nción e n la Comisión Te mporal de l Parlame nto Europe o sobre e l Pre stige . Corte sía de Xornal. 10. Colombia Obje tiva. Un caso flagrante de violación de l DIH. http://www.ge ocitie s.com/CapitolHill/Lobby/6882/se is.html 11. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 19. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(20) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. integral y de monitorización que englobe desde prevención hasta la implementación de planes de contingencia y emergencia en caso de presentarse roturas en estos oleoductos.. Existe un gran número de casos de derrames de crudo que han afectado tanto a la población humana que vive en esta región colombiana, como al medio ambiente en la contaminación del agua y flora. Sin embargo solo se hará mención a dos casos que afectaron fuertemente a los habitantes de las zonas aledañas, sin mencionar los grandes daños a la flora y fauna. 3.2.1. Derrame de M achuca. Este derrame ocurrió el domingo 18 de octubre de 1998 en Machuca, un pequeño corregimiento del municipio de Segovia, enclavado en las montañas antioqueñas. Alrededor de la 1:30 de la mañana la Unión Camilista-Ejercito de Liberación nacional (UCELN) hicieron detonar en cercanías al Río Pocuné una carga de dinamita lo suficientemente grande para producir la rotura inmediata del Oleoducto Central S.A. (OCENSA), en el cual más de 73 personas perdieron la vida en su mayoría incineradas por causa de la bola de fuego que bajó de la montaña y que a través del Río Pocuné avanzó destruyendo todo lo que encontraba a su paso12. En la ilustración 1 se podrá identificar la zona del derrame con mayor precisión.. Colombia Obje tiva. Un caso flagrante de violación de l DIH. http://www.ge ocitie s.com/CapitolHill/Lobby/6882/se is.html 12. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 20. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(21) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. Il ustración 1. M apa del M unicipio de Segovia, Antioquia. Fuente: Ministerio de Transporte. El Informe anual sobre la situación de los Derechos Humanos en el Mundo lo reseñó de la siguiente forma13. “Según las Investigaciones oficiales, en seis minutos el petróleo derramado como resultado de la explosión bajó por una pendiente, cruzó el Río Pocuné y llego a la población en la otra orilla” (Informe Derechos Humanos, 2000).. Sin embargo. este no es un evento aislado, ya que los habitantes de esta población se habían tenido que acostumbrar a los continuos ataques guerrilleros a las instalaciones petroleras en los últimos años. No obstante, este trágico desenlace sí marcó una pauta para que las entidades del gobierno empezaran a preocuparse por los posibles daños y perjuicios que conllevan este tipo de derrames, y encontrar mecanismos para prevenirlos.. A pesar del poco tiempo de reacción que se pudo haber tenido para evitar el desastre y las pérdidas humanas, mediante el uso de herramientas de modelación de derrames de. Human Rights Watch (2000). Informe anual sobre la situación de los de re chos Humanos e n e l Mundo. Colombia. http://www.acnur.org/pais/docs/140.pdf 13. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 21. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(22) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. crudo se pudo haber diseñado escenarios cercanos al que aconteció en esta población antioqueña, de tal forma que por medio de mecanismos de emergencia se hubiera podido evitar tantas pérdidas humanas y daños ambientales.. 3.2.2. Derrame en Guaimal ito. El día 29 de Mayo de 2002 en la vereda Guaimalito, Norte de Santander, las Fuerzas Armadas Revolucionarios de Colombia (FARC) dinamitaron un tramo del oleoducto que transporta crudo desde el este del país en el Pie de Monte Llanero hasta el municipio de Coveñas en la costa Atlántica (OCENSA).. El derrame estimado fue de más de 7.000. barriles de crudo que no solo causó daños materiales y ambientales como se muestra en la ilustración 2, sino pérdidas económicas para las empresas petroleras y menos regalías para la región.. Adicionalmente afectó gravemente a más de 4.700 familias que se. proveían de es agua directamente del río Guaimalito, y a la fauna de esta zona debido a que la mancha negra de crudo se extendió varios metros a la redonda, ocasionando que toda la vegetación y el subsuelo quedaran estériles y muchas de sus plantas murieran14. Afortunadamente, gracias a la rápida acción de Ecopetrol se pudo evitar una catástrofe mayor. Il ustración 2. Escenario del Derrame de Crudo en Guaimal ito. Col ombia. Fuente: Asociación Colombiana para la Solidaridad y la Paz "Acospaz". 14. Asociación Colombiana para la Solidaridad y la Paz "Acospaz". Te rrorismo Bucaramanga – Colombia. .Se ptie mbre 5 de 2003.. ambie ntal. ocasionado por las FARC-EP.. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 22. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(23) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 3.3.. 2005-05. INFORM ACION EXISTENTE. La información secundaria que corresponde a la zona de evaluación en el río M agdalena entre las poblaciones de Nariño y Puerto Berrío se mostrará a continuación. Cabe resaltar que solo se hará mención a información relevante en el proceso de modelación de un derrame de crudo en el río M agdalena, sin ser muy específicos en la caracterización de la zona.. 3.3.1. Geografía. La zona geográfica que se está evaluando cercana a Vasconia es más conocida como el Valle del Magdalena Medio, ubicado entre las cordilleras Central y Oriental de los Andes como se muestra en la ilustración 3. Su clima se caracteriza por ser de selva tropical, con una gran biodiversidad que da la posibilidad de varios usos en agricultura, ganadería y pesca. La temperatura promedio es de 24 grados centígrados y su precipitación media anual promedio está entre 1500 a 2500 mm15. Esta zona se caracteriza por presentar una alta densidad poblacional, dedicada en su mayoría a la ganadería, la pesca y la minería basada en la búsqueda y explotación de oro.. HIGGINBOTTOM, Andy. BP's Colombian Pipe line Subsidiarie s have drive n Pe asants off the ir Land. Enero 30 de 2003. http://www.colombiasolidarity.org.uk/Docume nts/Re portonBPPipe line 1EEFC.doc 15. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 23. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(24) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. Il ustración 3. M apa del río M agdal ena Estación Nariño a Estación Puerto Berrío.. Fuente: Ministerio de Transporte. 3.3.2. Hidrol ogía Zona de Eval uación. Existen más de 14 estaciones hidrométricas entre las poblaciones de Nariño y Puerto Berrío, las cuales proveen una amplia información hidrológica del tramo de río Magdalena de estudio entre los que se encuentran el registro de caudales y niveles medios, mínimos y máximos.. Sin embargo por ausencia de información y posibles errores en las. mediciones, se determinó usar la información de nueve estaciones que en su orden son: Nariño, Corralitos, Piedras, Arrancaplumas, Puerto Salgar, Puerto Libre, San Miguel, Canteras y Puerto Berrío. Las tres principales son Nariño, Puerto Salgar y Puerto Berrío como se muestra en la Ilustración 4.. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 24. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(25) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. Il ustración 4. M apa de Estaciones Hidrol ógicas de Col ombia. Fuente: IDEAM. 3.3.3. Secciones Transversal es. Esta información se obtuvo por medio de estudios anteriores desarrollados por la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. Aquí se muestra una representación gráfica de la totalidad del tramo del río Magdalena a ser evaluado (Entre la estación de Nariño y la estación de Puerto Berrío), con más de 60 secciones transversales entre estas dos estaciones 16. En la siguiente gráfica se observa una sección transversal cercana a la estación de Nariño.. Datos suministrados por: Inge nie ra Jacke lline Gonzále z. Unive rsidad de los Ande s. La información se e ncue ntra e n la carpe ta de Batime tría de l Ane xo 1. 16. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 25. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(26) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. Il ustración 5. Secciones Transversal es Tramo Nariño-Ambal ema. Fuente: Universidad Nacional de Colombia, Bogotá.. 3.3.4. Propiedades del Crudo del Ol eoducto OCENSA Una de los principales objetivos de la modelación de derrames de crudo en agua es mostrar el cambio y transformaciones de las propiedades de los contaminantes pétreos temporal y espacialmente.. Es por esta razón que se debe conocer muy bien las. características y propiedades del petróleo justo antes de que se produzca la rotura del oleoducto en el cual estaba siendo transportado.. Por esta necesidad de mayor cantidad de información y por ende de investigación en laboratorio, “The Emergency Science Division (ESD)” 17 que hace parte de la Agencia de Protección Ambiental de Canadá, se dio a la labor de recopilar, investigar y desarrollar experimentos desde 1973 que lograran unificar la mayor cantidad de información en este tema alrededor del mundo, hasta llegar en el año de 1984 a un catálogo de las propiedades del petróleo.. En este catálogo no sólo se determinaron las propiedades. básicas de cada clase de producto pétreo, sino también su comportamiento en el caso de presentarse un derrame de cualquier tipo. Entre la información más importante para la modelación de derrames de crudo en agua se encuentran los métodos para determinar las ecuaciones de evaporación del petróleo, la formación y caracterización de las. 17. Si se de se a mayor información consultar la pagina We b de la e ntidad. www.e tce ntre .org/spills. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 26. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(27) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. emulsiones, la dispersión química, la caracterización de los compuestos orgánicos volátiles, y la toxicidad del contaminante en cuerpos de agua, entre los más importantes.. Para esta modelación se requiere la información del crudo transportado en el oleoducto OCENSA 18. Sin embargo, se ha obviado algunas de las propiedades al no encontrarlas útiles para el propósito de esta modelación. Entre las características más importantes para el objetivo de esta modelación están la gravedad API, la viscosidad, la formación de emulsiones, la dispersabilidad química, la volatilidad de los compuestos orgánicos ,la tensión superficial y la tensión interfacial.. 18. Para mayor información re visar la carpe ta de Caracte rísticas de l Pe tróle o de l Ane xo 1. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 27. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(28) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. 4. MARCO TEÓRICO. Los siguientes conceptos y definiciones permiten establecer con claridad el marco conceptual en el cual se desarrolla la modelación de derrames de crudo en cauces para aplicaciones a casos colombianos.. Los tres temas principales que se tratarán serán. petróleo en Colombia, hidrodinámica y planes de emergencia y contingencia.. 4.1.. EL PETROLEO. Es el recurso energético más importante en la actualidad. Sin embargo, ya que es un recurso natural no renovable, se está tratando de encontrar otro sustituto que pueda llegar a ofrecer niveles de eficiencia y productividad similares.. A pesar de esta búsqueda. incesante todavía no se ha podido encontrar este energético alternativo, razón por la cual el petróleo es y seguirá siendo, por lo menos en los próximos diez años, la fuente de energía de miles de millones de personas en el mundo y parte de la agenda diaria de todos los países, especialmente el colombiano19.. Entre las definiciones más conocidas del petróleo está la de ser un líquido aceitoso, inflamable, cuyo color varía de incoloro a negro y está formado por una mezcla de hidrocarburos. Tiene procedencia fósil, y se forma a partir de la descomposición lenta de plantas y animales marinos que fueron sepultados por sedimentos, a grandes presiones y temperaturas 20. En la actualidad es el combustible más empleado en el mundo, y una de las principales fuentes económicas de países como Colombia.. La composición elemental del petróleo normalmente está comprendida dentro de los siguientes intervalos:. Re vista Consume r. España. Página We b http://re vista.consume r.e s/we b/e s/20001201/actualidad/informe 1/27191_2.php 20 ESPER, Julio (2000). El pe tróle o [Ve rsión Ele ctrónica] www.monografias.com 19. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 28. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(29) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. Tabl a 1. Composición del Petról eo. Fuente: Datos suministrados por el Dr. Muhammad Ayub. Son líquidos insolubles en agua de menor densidad que ella. Dicha densidad está comprendida entre 0,75 y 0,95 g/ml. Algunas variedades son extremadamente viscosas mientras que otras son bastante fluidas. Adicionalmente posee una gran variedad de compuestos, del cual se pueden extraer más de 2000 productos diferentes. Es habitual clasificar a los petróleos dentro de tres grandes tipos considerando sus atributos específicos y los subproductos que suministran21: •. Petróleos asfálticos: Negros, viscosos y de elevada densidad: 0,95 g/ml. En la destilación primaria producen poca nafta y abundante fuel oil, quedando asfalto como residuo.. •. Petróleos parafínicos: De color claro, fluidos y de baja densidad: 0,75-0,85 g/ml. Rinden más nafta que los asfálticos. Cuando se refina sus aceites lubricantes se separa parafina.. •. Petróleos mixtos: Tienen características y rendimientos comprendidos entre las otras dos clases principales.. El petróleo se puede clasificar según su calidad con base en una investigación realizada por el Instituto Americano de Petróleo (API), en donde el API puede tomar valores entre 10 y generalmente no mayores a 50 grados API. Se obtiene mediante la siguiente representación matemática: API =. 141.5 − 131.5 en donde SG representa la gravedad SG. específica del crudo. Los petróleos con API menores de 20º se consideran pesados, entre AYUB, Muhammad (2004). Notas de Clase . Introducción a la Inge nie ría de pe tróle o. Unive rsidad de Regina. Canadá 21. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 29. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(30) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. API de 20º a 26º son intermedios y mayores a 26º son livianos. Por lo tanto los petróleos suaves, dulces o livianos se caracterizan por ser de mejor calidad ya que sus procesos de producción y refinación son menos costosos y más eficientes que con los petróleos pesados. 4.2.. EL PETROLEO EN COLOM BIA. La historia de la industria petrolera de Colombia no es muy larga, ya que hasta el año de 1983 se presentó el primer gran descubrimiento de la reserva petrolera de Caño Limón con 1.300 millones de barriles, seguida por Cusiana y Cupiagua en el año de 1989 y 1993 respectivamente con más de 2000 millones de barriles 22. En la ilustración 6 se observan los grandes descubrimientos de petróleo en Colombia. Sin embargo los índices de reservas han venido en declive a tal punto que se espera que antes del 2006 Colombia pase de ser un país exportador a uno importador de crudo23.. Afortunadamente, tanto la. Empresa Colombiana de Petróleos (Ecopetrol) como las empresas multinacionales del petróleo en Colombia han tomado cartas en el asunto y han desarrollado planes de exploración para los próximos años, con el fin de alargar la producción y exportación de petróleo tanto para el bien económico de Colombia como de ellos mismos. Il ustración 6. Grandes Descubrimientos Petrol eros en Col ombia.. Fuente: Diseño editorial. El Tiempo. Datos obte nidos de : Página We b Empre sa colombiana de Pe tróle os. http://www.Ecope trol.com.co/paginas.asp?pub_id=36271&cat_id=557&idCate goriaprincipal=1&cat_tit=Nue stra % 20Historia 23 Dato tomado de : Pagina We b crisise ne rge tica.com (2005) http://www.crisise ne rge tica.org/article .php?story=20041005011327292 22. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 30. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(31) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. Las principales cuencas de mayor actividad exploratoria son las de los Valles superior y medio del Magdalena, Catatumbo, La Guajira, Cordillera Oriental, Putumayo y los Llanos Orientales. En la ilustración 7 se muestra la ubicación de las áreas principales de actividad petrolera en Colombia.. Il ustración 7. Áreas Col ombianas con Actividad Petrol ífera. 2004. Fuente: ECOPETROL.. En la actualidad la industria petrolera Colombiana está en cabeza de la Empresa Colombiana de Petróleos (Ecopetrol), la cual tiene representación en todas los campos petroleros productores de petróleo en el territorio colombiano, y es la encargada de supervisar a las compañías multinacionales de cumplir con los acuerdos y requisitos. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 31. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(32) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. aprobados por las leyes y reglamentos colombianos que rigen este sector productor del país, adicionado al ejercicio de las distintas actividades propias de la industria y comercio del petróleo y afines.. Ecopetrol fue creada en el año de 1948 debido a la necesidad de que todos los bienes petroleros pasaran a propiedad de la nación. Posteriormente, por sus propios medios emprendió las actividades en los distintos frentes de la industria petrolera colombiana y progresivamente fue adecuando su estrategia operativa y administrativa hasta alcanzar la organización actual24.. Entre estas empresas petroleras multinacionales que tienen representación en el país se encuentra la British Petroleum con cinco reservorios en el Piedemonte Llanero entre los que sobresalen los campos petroleros de Cusiana y Cupiagua en el Casanare.; Oxy con Rondón y Cosecha en Arauca; Mera Petroleum con Sirruma-1 y Molino de Viento en la Guajira; QRC en Iraca B2X; Perenco en Candalay uno y Remache Norte-2 en el Piedemonte Llanero; Petrotesting en Frankmave-1; Hocol en Tángara uno y Granadilla-1; y finalmente ECOPETROL en consorcio con Hocol en Granadilla-1, y en González y en Caguí en el noreste colombiano.25 En la ilustración 8 se puede ver en mayor detalle la ubicación de las principales perforaciones petroleras de Colombia.. 24 25. Información obte nida de la página We b de ECOPETROL. www.Ecope trol.com Pe riódico El Tie mpo. (Lune s 25 de Abril de 2005). Pe tróle o: miran zonas ine xploradas. Pág. 1-3. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 32. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(33) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. Il ustración 8. Ubicación de Perforaciones Petrol eras en Col ombia. Fuente: ANH y ECOPETROL. Diseño Editorial. El Tiempo. 4.3.. PROCESOS CICLO PETROLERO26. El ciclo petrolero es el procedimiento que se debe emplear en el proyecto petrolero de cualquier país, el cual consta de las siguientes fases: Exploración, extracción, producción, refinación, purificación, transporte y distribución. 4.3.1. Expl oración Consiste en buscar mediante herramientas tradicionales o avanzadas, yacimientos petroleros que pueden estar a profundidades inclusive superiores a los 6000 metros. Entre los estudios geológicos más empleados para la búsqueda del petróleo se encuentran los siguientes: AYUB, Muhammad (2004). Notas de Clase . Introducción a la Inge nie ría de pe tróle o. Unive rsidad de Regina. Canadá 26. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 33. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(34) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. •. 2005-05. Levantamientos topográficos, en donde por la estructura superficial de la zona evaluada, se puede inferir la estructura geológica debajo de ésta.. •. Fotos Aéreas e Imágenes Satelitales: Desafortunadamente sus altos costos y baja confiabilidad hacen de esta alternativa una solución no muy utilizada.. •. Mecanismos. de detección alejada: Por. medio de técnicas infrarrojas. empleando radares o satélites, se ha a reemplazado al sistema tradicional de fotos aéreas. •. Levantamientos geofísicos, utilizando equipos especializados entre los que se encuentran equipos magnéticos y electromagnéticos que aprovechan el campo magnético terrestre como información para detectar posibles yacimientos; equipos de gravedad tradicionales como el péndulum o el gravitómetro, en donde se determina la probabilidad de la existencia de yacimientos basado en pequeños cambios en los campos gravitacionales de la Tierra, por la densidad de las rocas.. •. Sismología, muy empleada en zonas de alta variabilidad de espesores y dureza de las rocas.. Entre los equipos más empleados se encuentran los. geófonos, los cuales capturan la reflexión de las ondas sísmicas por las diferentes capas de rocas existentes a variadas profundidades. En la actualidad por medio de herramientas computacionales se logra simular de forma muy precisa la estructura del suelo bajo de la zona de evaluación en modelos en dos o tres dimensiones según las necesidades requeridas.. Con los estudios previos se llega a una primera aproximación de la capacidad de generación de hidrocarburos y de la calidad de las rocas que hay en el subsuelo, y se dan los primeros estimativos de donde se debe perforar los pozos exploratorios.. Los yacimientos de petróleo se encuentran en el lugar en donde se formaron, también llamada roca madre, o atrapados en rocas impermeables luego de haberse filtrado por medio de poros o fracturas de las capas subterráneas.. En Colombia el petróleo se ha. encontrado en diferentes formaciones, tales como Carbonera, Guadalupe, Mirador, Barco, Caballos, Villeta, etc.. Adicionalmente Colombia posee 18 cuencas sedimentarias, que. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 34. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(35) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. son extensas zonas en que geológicamente se encuentra dividido un país que pueden contener hidrocarburos. 4.3.2. Perforación y Extracción. Se presume que los inicios de la perforación para la extracción de petróleo se remonta al año 600 a.C. cuando los chinos, implementando herramientas de percusión, haciendo grandes huecos o pozos lograban extraer petróleo a no muy altas profundidades. Posteriormente en la primera mitad del sigo XIX, se desarrollaron grandes avances por parte de los estadounidenses y europeos en la elaboración de maquinaria y métodos de perforación. Finalmente en 1950 se empezaron a emplear en el mundo entero las torres de perforación rotatorias que aún en nuestros días se siguen usando.. Para poner un pozo a producir se taladra el subsuelo por medio de brocas especiales, de tal forma que se pueda llegar a profundidades considerables donde se espera esté el yacimiento. Luego que el pozo está construido y la tubería de perforación colocada, el petróleo fluye por medio de orificios o fracturas inducidas hacia el pozo, y se extrae por medio de una tubería de diámetro inferior al pozo llamada tubería de producción o “tubing”.. Si el yacimiento tiene energía propia, generada por presiones subterráneas o por la presión que ejerce el agua y el gas sobre el petróleo, éste saldrá por si solo regulado en la superficie por mecanismos de control llamado árbol de navidad, en donde por medio de diferentes válvulas regula el paso del petróleo. Generalmente no se obtiene más del 30% del volumen del yacimiento mediante este proceso.. Si no existe o ya se acabó esta presión, se emplean métodos de extracción secundaria o terciaria, según sea el caso.. Los más comunes son el uso del balancín, en el cual. mediante un permanente balanceo acciona una bomba en el fondo del pozo que ayuda a la succión del petróleo hasta la superficie, y los métodos por inyección de agua, gas o vapor de agua a través del mismo pozo productor o por medio de pozos inyectores paralelos que aumentan la presión del yacimiento para que el petróleo aflore por si solo.. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 35. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(36) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. Para el caso colombiano, las profundidades del yacimiento varían entre 2000 a 25000 pies o 600 a 8000 metros de profundidad, dependiendo de la región y la estructura geológica.. Adicionalmente el método de extracción secundario más empleado es el. 27. balancín . 4.3.3. Refinación Una refinería es un enorme complejo donde el petróleo crudo se somete en primer lugar a un proceso de destilación o separación física y luego a procesos químicos que permiten extraer buena parte de la gran cantidad de componentes que contiene, mediante los cuales el petróleo crudo es convertido en productos útiles con innumerables usos.. Los productos que se sacan del proceso de refinación se llaman derivados y los hay de dos tipos: los combustibles como la gasolina, y los petroquímicos, como el polietileno.. En Colombia se encuentran dos. grandes. refinerías: El Complejo Industrial de. Barrancabermeja y la refinería de Cartagena.. Algunos derivados del petróleo obtenidos luego del proceso de refinación y sus usos se muestran a continuación: •. Gasolina motor corriente y extra: Para consumo en los vehículos automotores de combustión interna, entre otros usos.. •. Gasolina de aviación: Para uso en aviones con motores de combustión interna.. •. ACPM o Diesel: De uso común en camiones y buses.. •. Queroseno: Se utiliza en estufas domésticas y en equipos industriales. Es el que comúnmente se llama "petróleo".. •. Gas propano o GLP: Se utiliza como combustible doméstico e industrial.. •. Bencina industrial: Se usa como materia prima para la fabricación de disolventes alifáticos o como combustible doméstico. 27. Datos obte nidos de la Empre sa Colombiana de Pe tróle os (Ecope trol). UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 36. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(37) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. •. 2005-05. Combustóleo o Fuel Oil: Es un combustible pesado para hornos y calderas industriales.. •. Asfaltos: Se utilizan para la producción de asfalto y como material sellante en la industria de la construcción.. •. Bases lubricantes: Es la materia prima para la producción de los aceites lubricantes.. •. Polietileno: Materia prima para la industria del plástico en general. •. Tolueno: Se usa como disolvente en la fabricación de pinturas, resinas, adhesivos, pegantes, thinner y tintas, y como materia prima del benceno.. 4.3.4. Transporte y Distribución.. El transporte de petróleo involucra el movimiento seguro del hidrocarburo y sus derivados desde el pozo de perforación, pasando por su refinación, hasta el consumidor final. Por esta razón se habla no solo de transporte terrestre, sino también de marítimo empleando buques tanque con capacidades de almacenamiento de hasta 2 millones de barriles. Sin embargo, dado el propósito de esta investigación de grado se tratará solo el transporte terrestre, por medio de oleoductos, poliductos, propanoductos, etc.. La capacidad de transporte de los oleoductos varía y depende del tamaño o diámetro de las tuberías.. Para el caso colombiano, este diámetro varía entre 6 y 36 pulgadas.. Adicionalmente estas tuberías se pueden encontrar superficialmente o subterráneas desde 1.50 hasta 2 metros de profundidad.. La gran mayoría de ductos trabajan por pendiente, sin embargo debido a las condiciones topográficas de ciertos países como es el caso de Colombia, se deben tener estaciones de bombeo que impulsen el petróleo para que éste logre superar lugares de gran altura como las cordilleras Central y Oriental como es el caso del Oleoducto Central S.A. (OCENSA).. Adicionalmente, los oleoductos presentan válvulas de control en sitios muy. específicos con el fin de controlar el paso del hidrocarburo y atender oportunamente. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 37. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(38) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. situaciones de emergencia, como las que ocurren periódicamente en los principales oleoductos colombianos.. La objetivo del transporte de petróleo y sus derivados es llevar estos productos a los consumidores finales que son en su gran mayoría los distribuidores mayoristas y minoristas.. Para Colombia, la distribución de los combustibles está siendo liderada por. las compañías mayoristas (en su mayoría multinacionales) y por una red de estaciones minoristas.. 4.4.. SISTEM A DE TRANSPORTE DEL PETROLEO EN COLOM BIA28. Colombia en la actualidad posee una extensa red de transporte terrestre de hidrocarburos, representada en las redes de poliductos, gasoductos, oleoductos, entre otras. Entre éstas se encuentran las principales líneas de oleoductos y poliductos con más de 4000 kilómetros cada una, que convergen en el Atlántico en los terminales de Coveñas y Santa Marta, y en el Pacífico en los terminales de Buenaventura y Tumaco. Adicionalmente posee 378 kilómetros de propanoductos para el transporte de GLP, 663 kilómetros de combustoleoductos para el transporte de combustible y más de 1.000 kilómetros de gasoductos para un total de 11.859 kilómetros de red de transporte de tubería. En la ilustración 9 se puede observar las líneas de transporte de gas en Colombia.. ECOPETROL. Ce ntro de Ope ración. Producción de crudo y gas. http://www.Ecope trol.com.co/paginas.asp?pub_id=481&cat_id=554&idCate goriaprincipal=1&cat_tit=Ce ntros% 2 0de % 20Ope raciÃ³n 28. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 38. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(39) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. Il ustración 9. Gasoductos en Col ombia. Fuente: ECOPETROL. Para el funcionamiento adecuado de estos sistemas de transporte se implementó por parte de Ecopetrol un sistema de gerenciamiento regional, cuya distribución geográfica es la siguiente: CAÑO LIMÓN- COVEÑAS • Sede: Cúcuta • Negocio: Transporte de crudo • Áreas: Arauca, Norte, Coveñas. ANDINA • Sede: Bogotá • Negocio: Transporte de combustibles • Áreas: Llanos y Sabana. CARIBE • Sede: Santa Marta • Negocio: Transporte de combustibles • Áreas: Pozos Colorados, Sucre.. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 39. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(40) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. MAGDALENA • Sede: Barrancabermeja • Negocio: Transporte de crudo y combustibles • Áreas: Galán, Vasconia. OCCIDENTE • Sede: Yumbo, Cali (Valle) • Negocio: Transporte de combustibles • Áreas: Antioquia, Valle, Caldas.. De los sistemas existentes de oleoductos cabe destacar los siguientes: • Oleoducto Caño Limón-Coveñas: tiene 770 kilómetros de longitud y a través de él se transportan los crudos producidos en el campo Caño Limón (Arauca). • Oleoducto del Alto Magdalena: transporta los crudos que se obtienen en el Valle Superior del Magdalena y en el cual ECOPETROL participa con el 49%. • Oleoducto Colombia: tiene 481 kilómetros y conecta la estación de Vasconia con el puerto de Coveñas. ECOPETROL tiene el 42.5% de participación. • Oleoducto Central S.A. (Ocensa): con 790 kilómetros de longitud, transporta fundamentalmente los crudos del Piedemonte llanero (Cusiana- Cupiagua) hasta el terminal marítimo de Coveñas. • Oleoducto Trasandino: con 306 kilómetros, transporta petróleo desde Ecuador hasta el puerto de Tumaco, sobre el océano pacífico29. En la ilustración 10 se muestran los oleoductos, refinerías, gasoductos, entre otros y su distribución geográfica en Colombia.. Información adicional pue de se r consultada e n e l Ce ntro de Ope racione s de ECOPETROL. www.Ecope trol.com.co 29. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 40. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.

(41) MODELACIÓN DE DERRAMES DE CRUDO EN CAUCES APLICACIÓN AL RÍO MAGDALENA. 2005-05. Il ustración 10. Ol eoductos en Col ombia.. Fuente: ECOPETROL. Estos ductos terminan el transporte en las refinerías, las cuales son plantas donde mediante la destilación se transforma en subproductos muy importantes como gases, combustibles, gasolina para automóviles y aviones, ACPM para carros pesados, queroseno, aceites lubricantes, parafina, vaselina, asfaltos y numerosos derivados tales como plásticos y resinas.. Entre las principales refinerías se encuentran la de. Barrancabermeja, Tibú, La Dorada, El Guamo y Cartagena.. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 41. ROJAS GARCIA, SERGIO. 2005.