Investigación del Dióxido de Carbono

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CERRO AZUL

INDICE

QUÉ ES EL DIÓXIDO DE CARBONO Y CUAL ES SU ESTRUCTURA...............................4

MÉTODO DE OBTENCIÓN, DEMOSTRACIÓN Y EJEMPLOS DEL DIÓXIDO DE CARBONO.......................................................................................................................................4

Respiración...................................................................................................................................5

Combustión...................................................................................................................................5

Bebidas sin alcohol.......................................................................................................................5

Vinagre y bicarbonato...................................................................................................................6

Hielo seco......................................................................................................................................6

DEMOSTRACIÓN DE LA PRESENCIA DEL CO2....................................................................6

USOS DEL DIÓXIDO DE CARBONO “CICLO DEL CARBONO”..........................................7

BENEFICIOS.................................................................................................................................11

PERJUICIOS DE ALTO CONTENIDO DEL DIÓXIDO DE CARBONO................................11

USO DEL DIÓXIDO DE CARBONO EN LAS INDUSTRIAS..................................................14

Industria médica......................................................................................................................14

Industria petrolera...................................................................................................................16

Industria refresquera..............................................................................................................27

CALENTAMIENTO GLOBAL DE CO2......................................................................................28

CONTAMINACIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO...................................................................29

Cambio climático.....................................................................................................................29

Lluvia ácida...............................................................................................................................29

Impactos en la salud humana..............................................................................................30

CONCLUSIÓN...............................................................................................................................30

REFERENCIAS.............................................................................................................................30

1


INTRODUCCIÓNEl dióxido de carbono (CO2) es un gas incoloro e inodoro que se forma en todos

aquellos procesos en que tiene lugar la combustión de sustancias que contienen

carbono. En ambientes interiores no industriales sus principales focos son la

respiración humana y el fumar; aunque los niveles de dióxido de carbono también

pueden incrementarse por la existencia de otras combustiones (cocinas y

calefacción) o por la proximidad de vías de tráfico, garajes o determinadas

industrias. La concentración de dióxido de carbono en un ambiente interior puede

aportar información sobre distintos aspectos y circunstancias de un edificio tales

como posibilidad de efectos sobre la salud de sus ocupantes, correlación con

problemas y quejas por olor o como dato para estudiar la ventilación de un local.

Para la determinación del dióxido de carbono pueden utilizarse tubos

colorimétricos o monitores portátiles ya sean foto acústicos o de infrarrojo, siendo

estos últimos los más versátiles y de uso más extendido, ya que permiten tanto

mediciones puntuales como mediciones promediadas en el tiempo mediante la

utilización de acumuladores de datos que luego pueden estudiarse con un equipo

informático. Es muy importante que la persona que lleve a cabo las mediciones

mantenga el sensor lejos de su área respiratoria, ya que en la respiración se

expiran entre 30.000 y 40.000 ppm de dióxido de carbono, cantidades que pueden

falsear las lecturas.se puede encontrar en todas partes de la tierra. Comprende

casi el 0.03% en volumen de la atmosfera.

2


MARCO TEORICO

DIOXIDO DE CARBONO “ CO2”

Qué es el Dióxido de Carbono y su Estructura

Método de Obtención, Demostración y ejemplos del Dióxido de carbono

Demostración de la Presencia del Dióxido de carbono

Usos del dióxido de carbono “Ciclo del Carbono”

Beneficios del Dióxido de carbono

Perjuicios de Alto contenido del Dióxido de carbono

Uso del Dióxido de carbono en las Industrias Calentamiento global Contaminación Conclusión Referencia

3


QUÉ ES EL DIÓXIDO DE CARBONO Y CUAL ES SU ESTRUCTURA

Dióxido de carbono. También denominado óxido de carbono (iv), gas carbónico y

anhídrido carbónico, es una sustancia cuyo estado natural es gaseoso y sus

moléculas están compuestas por dos átomos de oxígeno y uno de carbono. Su

fórmula química es co2. La representación por estructura de lewis es: o=c=o. es

una molécula lineal y no polar, a pesar de tener enlaces polares. Esto se debe a

que dada la hibridación del carbono la molécula posee una geometría lineal y

simétrica.

El dióxido de carbono es un gas incoloro, inodoro y con un ligero sabor ácido,

aproximadamente 1,5 veces más denso que el aire. La molécula se compone de

un átomo de carbono unido a dos átomos de oxígeno co2, es soluble en agua en

una proporción de un 0,9 de volumen del gas por volumen de agua a 20 °c.

El químico escocés joseph black lo denominó 'aire fijo', y lo obtuvo a partir de la

descomposición de la marga y la caliza, como parte de la composición química de

esas sustancias. El químico francés antoine Lavoisier lo identificó como un óxido

de carbono al demostrar que el gas obtenido por la combustión del carbón de leña

es idéntico en sus propiedades al 'aire fijo' obtenido por black.

MÉTODO DE OBTENCIÓN, DEMOSTRACIÓN Y EJEMPLOS DEL DIÓXIDO DE CARBONO

El dióxido de carbono se produce por diversos procesos:

Por combustión u oxidación de materiales que contienen carbono, como el carbón, la madera, el aceite u otros compuestos orgánicos.

Por la fermentación de azúcares.

Por la descomposición de los carbonatos bajo la acción del calor o los ácidos.

4


Comercialmente el dióxido de carbono se recupera:

De los gases de hornos de calcinación,

De los procesos de fermentación,

De la reacción de los carbonatos con los ácidos,

De la reacción del vapor con el gas natural, una fase de la producción comercial de amoníaco.

El dióxido de carbono se purifica disolviéndolo en una solución concentrada de carbonato alcalino y luego calentando la disolución con vapor y el gas se recoge y se comprime en cilindros de acero.

La atmósfera contiene dióxido de carbono en cantidades variables, aunque normalmente es de 3 a 4 partes por 10.000, y aumenta un 0,4% al año. Es utilizado por las plantas verdes en el proceso conocido como fotosíntesis, por el cual se fabrican los carbohidratos, dentro del ciclo del carbono.

EJEMPLOS

RespiraciónLos animales producen dióxido de carbono de manera natural durante la respiración. Inflar un globo es una forma simple de obtener una cantidad importante de CO2. Aunque esta no es una fuente pura, obtener dióxido de carbono de esta manera puede conducir a diversos experimentos interesantes. Por ejemplo, si puedes medir la cantidad de dióxido de carbono que contiene un globo, puedes observar los factores que pueden afectar la cantidad que producimos al respirar.

CombustiónLa combustión de cualquier material orgánico, incluyendo combustibles fósiles, genera agua, energía y dióxido de carbono. Esto significa que al quemar un papel, encender una vela o incluso un fósforo se produce dióxido de carbono. Esto puede ser muy útil para los propósitos de la demostración. Por ejemplo, si colocas una vela dentro de un frasco, la llama se apagará sola con el tiempo. Esto se debe a que la combustión requiere oxígeno, y la vela consume todo el que contiene el frasco, convirtiéndolo en dióxido de carbono. Obtener dióxido de carbono de esta manera es mejor para los alumnos mayores o, para los más pequeños, bajo supervisión, debido al peligro inherente de las llamas abiertas.

Bebidas sin alcoholEl ingrediente que le otorga efervescencia a las bebidas gasificadas es el dióxido de carbono. Éste se disuelve en el agua bajo determinadas circunstancias: el dióxido de carbono debe estar bajo presión. Cuando las burbujas de la bebida se elevan a la superficie y explotan, liberan CO2. Obtener dióxido de carbono de una bebida gasificada lleva demasiado tiempo, ya que tendrás que esperar un rato

5


hasta que se libere una cantidad importante, pero este método es simple y seguro. Coloca un frasco boca abajo sobre una bebida abierta y a temperatura ambiente. Al abrir la lata se libera la presión, lo que permite la salida del CO2. Cuando la bebida haya liberado todo el gas, habrás obtenido todo el dióxido de carbono que contenía.

Vinagre y bicarbonatoEl dióxido de carbono es producido por varias reacciones químicas, y puedes obtenerlo fácilmente con sustancias comunes. Vierte un poco de vinagre dentro de una botella de plástico vacía, luego añade un poco de bicarbonato dentro de un globo. Coloca el extremo del globo sobre la boca de la botella sin derramar el bicarbonato dentro de la misma. Cuando el globo esté fijo, elévalo de modo que el bicarbonato caiga dentro de la botella. El vinagre y el bicarbonato reaccionar, produciendo dióxido de carbono; el globo se llenara lentamente con CO2, proporcionándote una buena fuente.

Hielo secoEl hielo seco es la versión sólida y helada del dióxido de carbono. Esta sustancia es muy inusual debido a que se sublima: se convierte en gas a partir de un sólido en forma directa sin incluso alcanzar la etapa líquida. Esta es una fuente de CO2 pura y una fuente de la forma gaseosa una vez que el hielo se convierte en gas. Existen diversos experimentos y demostraciones interesantes para realizar con hielo seco. Por ejemplo, la forma sólida del dióxido de carbono ocupa menos espacio que la gaseosa, aunque estará presente la misma cantidad de moléculas. Demuestra las diferencias entre las formas sólida y gaseosa arrojando una pequeña cantidad de hielo seco dentro de un globo y luego séllalo. El globo se inflará con una pequeña cantidad de hielo seco. Como el hielo seco es muy peligroso, es una fuente de dióxido de carbono más apropiada para alumnos mayores, o para utilizar con la ayuda de un adulto en el caso de los alumnos menores.

DEMOSTRACIÓN DE LA PRESENCIA DEL CO2

El dióxido de carbono (CO2) es un tipo de gas que no se encuentra en grandes cantidades en la atmósfera terrestre pero que, a pesar de eso, es muy importante. El dióxido de carbono es un gas de invernadero, lo que significa que ayuda a atrapar el calor proveniente del Sol en nuestra atmósfera. Sin el dióxido de carbono en nuestro aire, la Tierra estaría muy fría.

¿De dónde proviene el dióxido de carbono existente en nuestro aire? Cuando los seres humanos y otros animales respiran, aspiran oxígeno y exhalan dióxido de carbono. El oxígeno se utiliza para obtener energía de la comida, lo que se conoce como respiración.

6


La combustión también produce altos niveles de dióxido de carbono, por ejemplo, en incendios naturales, como los forestales. También las cosas quemadas por los humanos producen CO2. Las chimeneas de las fábricas que queman carbón producen dióxido de carbono. Los motores de los automóviles, camiones y autobuses también expulsan dióxido de carbono al aire. En algunas ocasiones despiden otro gas llamado monóxido de carbono.

La Tierra no es el único lugar donde el dióxido de carbono es importante. Gran parte de la atmósfera de Venus está formada por CO2, al igual que la atmósfera de Marte. Si el dióxido de carbono es expuesto a temperaturas realmente bajas, se puede congelar como sólido. Este tipo de hielo recibe el nombre de "hielo seco". Las capas de hielo polar de Marte están parcialmente formadas por hielo seco.

USOS DEL DIÓXIDO DE CARBONO “CICLO DEL CARBONO”

A. Fotosíntesis y Respiración, El Ciclo Rápido. El CO2 es un gas importante en el efecto de invernadero. La cantidad de CO2 en la atmósfera es controlado por el ciclo de carbono. Ahora, voy a hablar sobre este ciclo en detalle. Probablemente han estudiado el ciclo, pero quizás no el componente geológico.

El primer componente del ciclo del carbono es la fotosíntesis y respiración de las plantas: CO2 + H2O + energía « CH2O (carbohidrato) + O2 Durante el día, las plantas usan la energía del Sol para convertir el CO2 de la atmósfera más agua en carbohidrato y oxígeno. Este proceso es la fotosíntesis. Durante la noche, hacen lo opuesto, se llama respiración. Usan el carbohidrato más el oxígeno para producir energía cuando no hay sol. Esto es lo que los humanos y animales hacen todo el tiempo.

7


Si quemamos las plantas, o productos con gran cantidad de material orgánico, como el petróleo o hulla, o si las plantas mueren y se descomponen, la reacción va a la izquierda; usan oxígeno y liberan CO2.

Si se deposita materia orgánica en sedimentos, este almacena CO2 de la atmósfera.

La práctica para la próxima semana es un dibujo del ciclo del carbono. Entonces sería un buen idea arreglar estés dibujos en sus apuntes. Si miran el grafico, la concentración de CO2 desde 1957 en Hawái, pueden ver la subió de 315 ppm a 357 ppm a causa de la combustión de selvas, y la producción de cemento, y la combustión de hidrocarburos como el petróleo.

Hay un variación de ~7 ppm cada año, cuyo mayor alcance es en Mayo, y un el punto más bajo en Septiembre. Sabe alguien por qué? La oscilación es por la fotosíntesis y la respiración.

Hay un exceso del proceso de la fotosíntesis en el hemisferio norte en primavera y verano, y un exceso de respiración en otoño e invierno. Aquí está la concentración de CO2 por latitud.

El promedio de la concentración esta dominando en el hemisferio del norte, porque tiene más tierra en latitudes medias y por lo tanto más vegetación estacional que el hemisferio del sur.

Puede ver la misma oscilación estacional en el hemisferio sur, pero es menos fuerte. En los trópicos, las plantas crecen por todo el año, entonces no hay una oscilación. Entonces pueden ver el impacto de la biósfera en la cantidad de CO2 en la atmósfera.

B. Procesos Rápidos Oceánicos. El segundo componente es los procesos rápidos en el océano. La química de la capa superficial del océano está bien mezclada con la atmósfera. Entonces el CO2 es consumido y liberado constantemente por el océano. Más o menos hay un equilibrio entre la cantidad consumida y la liberada. Pero hay dos procesos que almacenan CO2 en el océano.

El primer proceso es químico, el CO2 se combina con un ion de carbonato para forma bicarbonato: CO2 + CO3 2- (carbonato) + H2O « 2HCO3 - (bicarbonato) Esta reacción es más rápida con más CO2 en la atmósfera.

Entonces si hay más CO2 en la atmósfera, el océano almacena más CO2.

Entonces el océano regula el CO2 en la atmósfera, pero no lo suficientemente rápido para quitar todo el CO2 que nosotros estamos añadiendo. Otro proceso por el que los océanos consumen CO2 es mediante el plancton.

El plancton fotosintético de manera que utiliza el CO2. Cuando muere, se cae al fondo, descompone, y el CO2 se disuelve en aguas profundas, que no se mezclan

8


con la atmósfera. Un pequeña parte de la materia orgánica está enterrada en sedimentos, y CO2 esta eliminado más peruanamente de la atmósfera. Esto proceso es limitado por la cantidad de nutrientes en el océano, así como el nitrógeno y el fósforo. Hay otros procesos oceánicos, pero hablaré sobre estos en la próxima sección.

C. El Ciclo de Roca: Ciclo más Lento. El tercer componente en el ciclo del carbono es el ciclo de roca.

El ciclo de carbonato-silicato Por la tierra, cuando el CO2 reacciona con el agua en el suelo, forma el ácido carbónico: CO2 + H2O « H2CO3 (ácido carbónico) El ácido carbónico es muy efectivo para meteorizar las rocas, dicho de otra manera, es efectivo para destruir químicamente la roca. Para este tema, solamente vamos a hablar sobre rocas que contienen silicatos de calcio o magnesio.

Rocas silíceas son muy comunes en la corteza de la Tierra. El ácido carbónico meteoriza los silicatos a calcio, magnesio y dos iones de bicarbonato: (Ca, Mg)SiO3 (roca silicato) + 2CO2 + 3H2O ® (Ca, Mg)2+ + 2HCO3 - (bicarbonato)+ Si(OH)4 Los iones liberados de calcio, magnesio, y bicarbonato son llevados por los ríos al océano. En el océano, los organismos utilizan los iones para formar cochas de carbonato cálcico.

Esta reacción predominantemente es realizado por organismos, pero, también puede ocurrir inorgánicamente: Ca2+ + 2HCO3 - CaCO3 (carbonato cálcico) + CO2 + H2O Cuando los organismos mueren, las conchas caen al fondo, donde forman una roca compuesta de carbonato de calcio, llamada caliza, y si hay una cantidad de magnesio se llama dolomita.

Entonces si empezamos el proceso con dos moléculas de CO2 de la atmósfera, más la erosión van a dar lugar a dos bicarbonatos que formar una concha carbonatada y libera solo una molécula de CO2 a la atmósfera.

Entonces este proceso, de meteorización y sedimentación, quita una molécula de CO2 de la atmósfera.

El fondo del mar se expande, y después de millones de años queda sometido a subducción bajo de la corteza terrestre.

Con la temperatura y presión muy elevadas, el carbonato cálcico reacciona con el sillico, volviendo a formar rocas de silicatos. Este proceso se llama "metamorfismo:" CaCO3 (carbonato cálcico) + SiO2 (cuarzo) CaSiO3 (rocas de silicatos)+ CO2 El metamorfismo de rocas carbonatos libera una molécula de CO2, que es liberada a la atmósfera mediante el vulcanismo.

La ecuación simplificada para el ciclo de rocas es: CaSiO3 (rocas de silicatos)+ CO2 « CaCO3 (carbonato cálcico)+ SiO2 La meteorización química de las rocas silicatos empuja la ecuación a la derecha, y consume una molécula de CO2 de la

9


atmósfera, y metamorfismo empuja la ecuación a la izquierda, y libera una molécula de CO2 mediante el vulcanismo a la atmósfera

El ciclo de rocas orgánicas Cuando se erosionan rocas orgánicas, usan una molécula de oxígeno, y desprender una molécula de CO2, como el proceso de la respiración.

Este ciclo es menos importante que el ciclo carbonato-silicato, que recicla el 80% del carbono de la Tierra y su cuerpo.

D. Flujos y Reservas en el Ciclo del Carbono. Para entender las magnitudes de estos procesos, vamos a ver los flujos y reservas en el ciclo del Carbono.

Aquí están las cantidades del carbono almacenadas en diferentes partes del ciclo del carbono: Reservas (1015g C) (billones de toneladas métricas): Atmósfera 720 Biota terrestre 827 Biota marina 2 Océanos 38,000 Sedimentos orgánicos 15,000,000 Sedimentos carbonatadas 20,000,000 Como pueden ver, las reservas mayores de carbono están en las rocas.

Los flujos en el ciclo del carbono se refieren a la cantidad del carbono que fluye por año en los diferentes procesos. Aquí esta los flujos: Flujos anuales (1015g C/yr): Ciclo de plantas Fotosíntesis -110 Respiración 55 Descomposición ~54 Procesos oceánicos que eliminar -93 que liberar 90 Ciclo de rocas Sedimentación -0.2 Vulcanismo 0.2 Actividad humana ~ 5 Aunque las mayores reservas de carbono son almacenados en roca, noten que el flujo anual de ciclo de rocas es muy pequeño en comparación a los flujos entre la biósfera y la atmósfera y entre el océano y la atmósfera.

Entonces el ciclo de roca está muy importante en escala de tiempos geológicos, pero no en una escala de la vida humana.

El entierro de orgánicos y los procesos oceánicos disminuye algo de CO2 que añadimos los humanos a la atmósfera. Venus y la Tierra tienen más o menos el mismo monto del carbón.

Pero en la Tierra, la mayoría del carbón está en rocas mientras en Venus, la mayoría está en la atmosfera. Entonces el efecto de invernadero es mucho mayor en Venus, produce un calentamiento de 285 °C y Venus es mucho más caliente de la Tierra.

Entonces la Tierra esta habitable por su distancia del sol, pero también debido a su efecto de invernadero relativamente chico.

10


BENEFICIOSBeneficios para el cuerpo humano son innumerables. La vida se originó y ha existido en la Tierra durante miles de años bajo condiciones de contenidos de CO2 muy altos en el aire a su alrededor. De acuerdo a los estudios publicados, el contenido de CO2 era de aproximadamente 7-12% en el aire cuando las primeras criaturas con pulmones evolucionaron. De tal manera, estas criaturas podían experimentar todos los beneficios de salud del CO2 que se enlistan a continuación.

El dióxido de carbono (CO2) Se utiliza en las bebidas gaseosas y en los vinos espumosos. Es una sustancia esencial en la reacción de la FOTOSINTESIS que realizan las plantas, durante dicho proceso las plantas absorben CO2 y liberan O2, purificando así el aire. Es el producto final de la respiración de los seres vivos, como consecuencia de las reacciones de combustión del metabolismo, y, de hecho, es el resultado de la mayoría de las combustiones de hidrocarburos y substancias orgánicas (con carbono).

También se usa para fabricar hielo seco, porque sublima y pasa directamente de sólido a gas, manteniendo la bebida fría sin aguarle el sabor.

11


PERJUICIOS DE ALTO CONTENIDO DEL DIÓXIDO DE CARBONO

Nótese que concentraciones muy grandes de CO2 (más de 20%) producen efectos adversos en humanos y el CO2 puro es un gas tóxico. se enfoca en los niveles típicos o fisiológicos de CO2 en los pulmones los cuales varían de 20 a 50 mm Hg o alrededor de 2.7 a 7.5%.

Tener un nivel normal de CO2 en los pulmones y sangre arterial (40 mmHg o cerca de 5.3% al nivel del mar) es imperativo para una salud normal. ¿Tienen las personas modernas niveles de CO2 normales? se debe notar que los niveles de CO2 en los pulmones son inversamente proporcionales a las frecuencias de ventilación por minuto, en otras palabras, mientras más aire se respira, menores son los niveles de CO2 alveolar.

En el mes de mayo del 2013, se vio superar por primera vez en la historia del planeta el umbral de las 400 ppm de CO2, que era considerado por los expertos un “límite” al cual no llegar.

La exposición a corto plazo de CO2 a niveles por debajo del 2% (20,000 partes por millón o ppm) no ha reportado provocar efectos nocivos. Concentraciones más altas pueden afectar la función respiratoria y provocar excitación seguida por depresión del sistema nervioso central. Altas concentraciones de CO2 pueden desplazar oxígeno en el aire, resultando en concentraciones de oxígeno menores para la respiración. Por lo tanto, los efectos de la deficiencia de oxígeno pueden combinarse con efectos de toxicidad de CO2

Los voluntarios expuestos a 3.3% o 5.4 % de CO2 durante 15 minutos experimentaron profundidad aumentada de respiración. A 7.5%, una sensación de

12


inhabilidad para respirar (disnea), ritmo aumentado del pulso, jaqueca, mareos, sudor, fatiga, desorientación y distorsión visual desarrollada. Veinte minutos de exposición a 6.5 o 7.5% disminuyeron el rendimiento mental. Se reportó irritabilidad y malestar con exposiciones a 6.5% por aproximadamente 70 minutos. Exposición a 6% por varios minutos, o 30% por 20-30 segundos, afectaron el corazón, según lo prueban los electrocardiogramas alterados.

Los trabajadores expuestos brevemente a concentraciones muy altas mostraron daño en la retina, sensibilidad a la luz (fotofobia), movimientos oculares anormales, constricción de los campos visuales, y agrandamiento de puntos ciegos. Exposiciones hasta 3.0% por más de 15 horas, por seis días, resultaron en visión nocturna disminuida y sensibilidad al color.

Exposición a 10% por 1.5 minutos provocó parpadeo ocular, excitación y actividad muscular aumentada y contracción. Concentraciones superiores al 10% provocaron dificultad para respirar, audición deficiente, náuseas, vómitos, sensación de estrangulamiento, sudor, estupor por varios minutos con pérdida de conciencia a los 15 minutos. Exposiciones al 30% rápidamente resultaron en inconsciencia y convulsiones. Varias muertes se atribuyeron a la exposición a concentraciones superiores del 20%. Los efectos del CO2 pueden ser más pronunciados con esfuerzo físico, tal como trabajo pesado.

¿Qué pasa si el gas dióxido de carbono entra en contacto con la piel?

El gas CO2 no es irritante para la piel. El contacto con CO2 líquido puede provocar congelamiento. Síntomas de congelamiento incluyen entumecimiento, ardor y picazón en el área afectada. Síntomas de congelamiento más severo que incluyen sensación de quemazón y rigidez del área afectada. La piel puede volverse amarilla o blanca serosa. Ampollas, muerte tisular y gangrena pueden también desarrollarse en casos severos.

¿Puede el gas dióxido de carbono dañar los ojos?

La exposición a muy altas concentraciones de gas puede provocar una sensación punzante. Inhalación de altas concentraciones de CO2 ha reportado producir efectos en la visión. Vea "Riesgos de la salud asociados con la respiración de gas de dióxido de carbono" anterior para detalles. El contacto directo con el CO2líquido puede provocar congelamiento del ojo. Daño ocular permanente o ceguera pueden también ocurrir.

¿Qué pasa si el gas dióxido de carbono es ingerido accidentalmente (si entra al sistema digestivo)?

La ingestión no es una vía relevante de exposición para gases o para CO2líquido.

¿Cuáles son los efectos en la salud a largo plazo de la exposición al gas dióxido de carbono?

13


Varios estudios han monitoreado trabajadores expuestos repetidamente a niveles elevados de gas CO2 . La exposición a 1-1.5% de 42-44 días provocó un desequilibrio de base de ácido reversible en la sangre y un volumen aumentado de aire inhalado por minuto (minuto volumen). En otro estudio, efectos nocivos no se observaron en 19 trabajadores de sótanos de cervecería expuestos repetidamente a concentraciones promedio de 1.1% de CO2, con niveles ocasionalmente hasta de 8% por unos cuantos momentos. Los ocupantes submarinos expuestos a 3% de CO2, 16 horas/día por varias semanas experimentaron enrojecimiento de la piel, una respuesta deficiente del sistema circulatorio para ejercitarse, una caída de la presión sanguínea, consumo de oxígeno disminuido y deficiencia de la atención. Adaptación a algunos de los efectos de exposición a largo plazo al CO2 se han reportado.

USO DEL DIÓXIDO DE CARBONO EN LAS INDUSTRIAS

Industria médica

En la aplicación médico quirúrgica el CO2 es usado principalmente para la

insuflación en cirugías poco invasivas como endoscopias, laparoscopias y

artroscopias para ampliar y estabilizar cavidades del cuerpo facilitando la

visualización del campo quirúrgico.

Además se usa en el área médica y estética, para el tratamiento de problemas

vasculares, psoriasis, acné, úlceras, así como flacidez, adiposidad localizada,

ojeras entre otros.

– La vasodilatación (expansión de las arterias y arteriolas). Como descubrieron los estudios fisiológicos, la hipocapnia (baja concentración de CO2 en la sangre arterial) constriñe los vasos sanguíneos y conlleva a una perfusión disminuida de todos los órganos vitales.

– El efecto Borh fue descrito por primera vez en 1904 por el fisiológo Danés; Christian Bohr (padre del físico Niels Bohr). Esta ley se puede encontrar en los libros de medicina modernos sobre fisiologías. El efecto Bohr dicta que la hipocapnia arterial causa una liberación reducida de oxígeno en los tejidos capilares.

14


– Los niveles de oxígeno celular son controlados por el CO2 alveolar y la respiración. La hiperventilación, sin importar los cambios de CO2 arterial, causan hipocapnia alveolar (deficiencia de CO2), lo cual conlleva a hipoxia celular (bajas concentraciones de oxígeno celular).

– El transporte de oxígeno, de tal forma, depende de la respiración y estos dos efectos (Vasoconstricción-Vasodilatación y el efecto Bohr) explican la influencia de la hipocapnia (bajo contenido de CO2 en la sangre y células) en la circulación y entrega de O2 reducida.

– La Generación de Radicales Libres toma efecto debido a la respiración celular anaeróbica causada por la hipoxia celular. De tal manera, las defensas hacia los antioxidantes del cuerpo humano también son regulados por el CO2 y la respiración, tal como lo han descubierto estos estudios médicos.

– La respuesta inflamatoria, así como la inflamación crónica, también son reguladas por la respiración debido a que la hipoxia conlleva a, o intensifica la inflamación. De tal forma, la hiperventilación promueve naturalmente los problemas inflamatorios de salud y el CO2 y la Tierra (tierra eléctrica del cuerpo humano) son agentes anti-inflamatorios claves.

– La estabilización de nervios se debe a los efectos calmantes o sedantes del dióxido de carbono en las células nerviosas. La falta de CO2 en el cerebro conlleva a la “activación espontánea y asíncrona de las neuronas” (cita médica) “invitando” virtualmente a todas las anormalidades mentales y psicológicas desde ataques de pánico y ataques de epilepsia a problemas para dormir, depresión y esquizofrenia.

– La relajación muscular o relajación de las células musculares es normal en altos niveles de CO2, mientras que la hipocapnia causa tensión muscular, pobre postura, y algunas veces, agresión y violencia.

– La broncodilatación – o dilatación de las vías respiratorias: los bronquios y bronquiolas se dilatan por el dióxido de carbono, y su constricción ocurre debido a la hipocapnia.

– La regulación del pH sanguíneo y la regulación de otros fluidos corporales.

– CO2: Cura el daño pulmonar: Niveles elevados de dióxido de carbono previenen las heridas y promueven la cura de los tejidos pulmonares.

15


– CO2: Cura la piel y tejidos.

– La síntesis de Glutamina en el Cerebro, fijación de CO2 y otras regulaciones químicas: existen muchas otras regulaciones relacionadas al uso de dióxido de carbono.

– La regulación y fluidez de la respiración es controlada por el CO2. La falta de CO2 conlleva a “apnea central hipocapnia”, el cual es un término científico popular utilizado por muchos doctores y científicos para describir los orígenes de la apnea del sueño.

Industria petrolera

Inyección de CO2

El dióxido de carbono (CO2) se ha usado como método de recobro mejorado por más de cincuenta y cinco años. Datos experimentales y de campo han mostrado

16


los procesos para trabajar, con incrementos de recobro siendo tan altos como 22 por ciento del petróleo original en sitio. (Brock y Bryan 1989). Existen esencialmente dos métodos de inyección de CO2. En un tipo, el CO2 es inyectado en la periferia de un campo donde la producción ha ido decayendo largamente por medios de recobro primario y el petróleo y el CO2 son barridos a lo largo de un frente hacia los pozos productores. En este proceso, el agua es usualmente inyectada alternativamente con el CO2 (Gas Alternado con Agua o WAG), con ello se evita tener dos problemas comunes asociados con la inyección continua de dióxido de carbono: Una saliente viscosa del CO2 a través del yacimiento y/o rebasamiento por gravedad del petróleo. Ambos factores reducen la eficiencia de barrido del CO2 a través de los canales de flujo del reservorio. El otro método de recobro es el proceso Huff and Puff (Inyección Alterna). Donde el CO2 es inyectado dentro del pozo y es cerrado por dos o cuatro semanas. Más tarde, el CO2 y el petróleo son producidos de vuelta por el mismo pozo. El ciclo de producción e inyección es generalmente repetido dos a tres veces. La cantidad de incremento del petróleo recuperable de cada sucesivo tratamiento generalmente declina del realizado previamente, hasta que este ya no es viable económicamente para inyectar más CO2. El caso de estudio será sobre el campo Timbalier Bay, Lousiana donde dos proyectos Huff and Puff de CO2 fueron conducidos en el Reservorio (BA) a 4900 pies identificada como una unidad de Arena.

Introducción: La base de cualquier proyecto de recobro mejorado se basa en mejorar propiedades de la roca y fluidos del yacimiento. El objetivo de cualquier proceso miscible es el de incrementar el factor de recobro mediante la reducción de la saturación residual de petróleo (Sro) al valor más bajo posible. Éste depende del Número Capilar (Nc), ver Gráfica 1. Al aumentar Nc entonces Sro disminuye, esto se logra gracias ya que al mezclarse misciblemente el CO2 con el petróleo la tensión interfacial se reduce a prácticamente cero. La presión de mínima miscibilidad es vital y se halla por tres métodos (básicos):

Burbuja ascendente: se inyecta una burbuja de gas desde el fondo de una celda y se observa cualitativamente si ésta llega al tope.

Slim Tube: Se simula lo que se hace al inyectar gas al en el yacimiento. Éstos experimentos de flujos usualmente constituyen la mejor técnica para determinar la miscibilidad (entre CO2 y Petróleo). El aparato típico consiste de 40 pies (ft) de un tubo de acero inoxidable de serpentín empacado con un tamiz o malla de arena. Para cada prueba, el empaque de arena es saturado con petróleo y llevado a la temperatura y presión deseada. El CO2es inyectado a una velocidad no mayor de 40 ft/día hasta que 70 por ciento (%) del volumen poroso es desplazado. Después de esto, la velocidad es doblada. El efluente del Slim Tube fluye a través de un tubo de vidrio de alta presión, ahí se ve si hay una o dos fases saliendo. Para determinar si la miscibilidad ha sido logrado se procede a realizar una

17


gráfica.(Ver figura 2).El petróleo recuperado es aquel obtenido después de la inyección de 1,2 veces el volumen poroso. Un rompimiento pronunciado de la curva de recobro muestra que el desplazamiento inmiscible ha cambiado a uno miscible. Los recobros son usualmente del 90 al 95 % en la región miscible (Orr.1981).

Diagramas Ternarios: se realiza mediante ecuaciones de estado ajustadas. El diagrama ternario representa el comportamiento de fases de una mezcla de tres componentes. (Figura 3).

Una segunda propiedad relacionada a los fluidos, es la eficiencia de barrido que es asociada a la razón de movilidades del petróleo y agua, ella se define:

Si M> 1 Desfavorable

Si M<>

Para la estimulación de la producción, el proceso de inyección de CO2 inmiscible o miscible sirve para incrementar el flujo de petróleo hacia el pozo, ya que la movilidad del petróleo se mejora.

Metodología

En el método WAG de recobro mejorado, el CO2 es inyectado a unas condiciones de presión y temperatura que hacen que éste sea miscible con el petróleo. Causando primero y principalmente, una disminución de la viscosidad del petróleo, permitiéndole fluir más fácilmente a través del reservorio (Holm y Josendal 1974; Archer Wall 1992). Segundo, la inyección de CO2 (y agua) dentro de un campo incrementa el gradiente de presión entre los pozos inyectores y productores, ocasionando que el petróleo sea empujado hacia afuera más rápidamente (Archer y Wall 1992).

En los procesos de inyección continua o cíclica de CO2, éste es inyectado a condiciones donde él es miscible con el petróleo. Aunque inmiscible, una cantidad finita de CO2 todavía se disuelve dentro del petróleo, por lo tanto este proceso también reduce la viscosidad del crudo. Sin embargo, el mecanismo primario para la inyección de CO2 cíclico es fundamentado en un incremento del volumen o barrido del petróleo que causa que éste sea forzado a salir del poro. (Monger, 1991).

Algunos de los modelos más recientes de Inyección de CO2 dentro del subsuelo han implicado la suposición que el CO2 reacciona solo con el petróleo y que el agua del sistema de la roca no es afectado (Archer y Wall 1992). A pesar, tasas de

18


producción de una temprana inyección de CO2 proyectan sufrimientos de corrosión y escamaciones de las bombas y otros equipos. (Patterson 1979). Fue entonces concluido que la inyección de CO2 ha causado disolución de minerales carbonatados en el subsuelo y la precipitación de calcita ocurrida a medida que la presión va decayendo durante la producción. El sistema agua-roca-petróleo- CO2 son claramente no inertes (Existe desarrollo de reacciones químicas).

Fundamentos de la tecnología: Usualmente un proyecto de recobro mejorado de petróleo usando CO2 es puesto dentro del lugar cuando la producción de petróleo ha decaído y las tasas de recobro estimados son condenadas de ser inaceptablemente bajas.

El CO2 se usa como solvente que se mezcla completamente con el petróleo residual para superar las fuerzas capilares e incrementar la movilidad del petróleo. La eficiencia del desplazamiento es cerca del 100% donde el solvente contacta el petróleo y la miscibilidad ocurre.

Un suficiente suplemento de un solvente particular tiene un impacto económico, en Canadá por ejemplo, por la abundancia del gas natural se usa éste como primera opción, mientras que en los Estados Unidos por las grandes reservas de CO2 en los estados del oeste, han sido aprovechadas para el recobro mejorado en los campos de la cuenca Permian al oeste de Texas.

Los desplazamientos miscibles de recobro mejorado (EOR) pueden ser subdividas como: Tapón miscible, gas enriquecido y gas conducido a alta presión incluyendo el CO2. Para cada uno de estos procesos existen un rango de presiones o profundidades, temperaturas y gravedades del petróleo necesarias para alcanzar y mantener la miscibilidad. El CO2 tiene mucha menor viscosidad que el petróleo, por lo tanto la estratificación del yacimiento con desarrollo de permeabilidades verticales y horizontales contrastan fuertemente afectando la eficiencia del barrido. Una temprana irrupción, pasando por alto problemas de fingering viscous (adedamientos viscosos) han plagado muchos proyectos.

En el proceso de tapón miscible, un tapón líquido de hidrocarburos o CO2 por encima de la mitad del volumen de poros (PV) del yacimiento es inyectado y mezclado con el petróleo en contacto. Esto es seguido por medio de agua o gas que empuja el tapón a través del yacimiento.

El dióxido de carbono es un caso especial de recobro miscible a alta presión. Este gas es altamente soluble en el crudo, expandiendo el petróleo y reduciendo su viscosidad, mientras simultáneamente extrae los hidrocarburos livianos por vaporización. El frente desplazante de gas, enriquecido por hidrocarburos vaporizados a través de múltiples contactos, forma un tapón miscible tan largo

19


como la presión de mínima miscibilidad (MMP) es mantenida. Ya que el CO2 puede extraer componentes más pesados, este es miscible con crudos teniendo pocos componentes de C 2 -C 6. El dióxido de carbono tiene un menor MMP que el gas natural, nitrógeno o gas de combustión y por lo tanto puede ser aplicado en pozos más someros (yacimientos que poseen una menor presión).

El mayor problema con los flujos de gas miscibles para el EOR es la razón de movilidades adversas causadas por las bajas viscosidades típicas del gas inyectado en comparación con el petróleo, quizás por medio de uno o dos órdenes de magnitud. El resultado es un inestable frente entre el gas y el petróleo, el cual permite que se formen y propaguen a través del fluido desplazado adedamientos viscosos, dejando mucho de los hidrocarburos aislados. Actualmente, los medios primarios para atacar estos problemas es la técnica alternada de gas y agua. En este proceso, el agua y el CO2 son alternadas, El proceso WAG pretende el virtual decrecimiento de la movilidad del CO2, manteniendo la presión y salvando costos operativos por medio de la substitución de agua menos costosa.

Idealmente, el gas provee miscibilidad y el agua mejora la eficiencia de barrido. Sin embargo, un estudio de WAG en 15 inyecciones de CO2 seguidas por medio de la inyección de Agua. Implica que la segregación gravitacional entre el agua y el gas es pensado de comprometer la efectividad del proceso WAG.

Usos del Dióxido de Carbono: La muy alta solubilidad del dióxido de carbono en el petróleo y en menor grado en el agua permite:

1. Una larga reducción en la viscosidad del petróleo y un pequeño incremento en la viscosidad del agua.

2. Expansión del petróleo en un rango del 10 al 20 por ciento (%), dependiendo sobre su tipo de composición y presión de saturación.

3. Reducción en la densidad del petróleo. Esto disminuye el efecto de la segregación gravitacional durante la inyección de CO2 gaseoso.

4. Una reducción de la tensión interfacial. Con CO2 en el estado gaseoso a una presión suficientemente alta donde la miscibilidad con el petróleo pueda ser lograda.

5. Acción química sobre las rocas carbonáticas o lutíticas.

Desventajas de la Inyección de CO2: La inyección de CO2 dentro de la zona de petróleo del yacimiento puede conducir a cambios de la solubilidad de asfáltenos en el petróleo. El aumento del gas, (Gas Oil- Rate “GOR” o RGP) mediante el

20


incremento del contenido de metano de un sistema de petróleo rutinariamente causa la precipitación de asfáltenos. (Monger y Trujillo 1987). Experimentalmente se determinó que la cantidad de depósitos de asfáltenos en la superficie de los granos era una función de la cantidad de asfáltenos disueltos en el petróleo inicialmente. La inyección de CO2 mezclado con petróleo conduce a la deposición de componentes de peso molecular más altos que la inyección de hidrocarburos solamente. El sitio de la deposición de asfáltenos es específico mineralógicamente con los minerales de arcilla y calcita a través de las capas orgánicas.

Una de las consecuencias mayores de la inyección de CO2 dentro de las zonas de petróleo en las rocas, es que los granos se convierten recubiertos con cubiertas bituminosas. Esto puede servir para aislar los granos de minerales de los fluidos reactivos así como a su vez resulta en que la roca empiece a incrementar su mojabilidad al petróleo a medida que la inyección de CO2 procede.

Existen numerosos aspectos acerca de la inyección de largas cantidades de CO2 dentro del subsuelo. Entre ellos se destaca que la inyección de CO2 dentro de un acuífero salino puede resultar en la precipitación de minerales. La razón para este proceso es que el agua salina típicamente contiene calcio acuoso, entonces el añadir CO2 puede conducir a la precipitación de calcita mediante la reacción del tipo: CO2

También el CO2 inyectado puede reaccionar más allá con los minerales de calcio en el subsuelo: CO2 + H2 O + CaAl2Si2O8 (Anortita) ⇒ Al2 Si2 O5 (OH) 4 (Caolinita) +CaCO3 (Calcita)

La caolinita generada es una partícula discreta de arcilla que reduce la porosidad y permeabilidad ligeramente.

A pesar de éstos factores adversos, la disolución de CO2 dentro del agua del acuífero puede conducir a la formación de soluciones ácidas del tipo: CO2

(aq) +2H2O HCO3-+ H+

(aq)

CaCO3 + 2H+(aq) Ca 2+

(aq) + HCO3

-

Tales soluciones ácidas son capaces de causar la disolución de los minerales carbonáticos (o cualquier mineral). Los efectos de la inyección con salmuera más CO2 muestran que la disolución de cementos de carbonatos ocurren directamente como un resultado de la adición de CO2, mediciones de análisis de rocas, revelan que las rocas pueden derivar mayores permeabilidades después de la inyección de CO2 a través de pequeños cambios en la porosidad donde el petróleo residual observado es bajado. El desarrollo de un sistema dual de porosidad tiene potencialmente una gran significancia por la manera que

21


el CO2 podría moverse en el yacimiento (Caso para las areniscas del Mar del Norte cementadas con carbonatos).Dependiendo sobre las condiciones de la inyección de CO2 se puede teóricamente conducir ya sea a la precipitación o disolución de minerales. Actualmente inyectar CO2 dentro del subsuelo no tiene una garantía de éxito o un modelo exacto que represente su comportamiento en la formación.

Descripción del proceso: La inyección de dióxido de carbono es llevado mediante cantidades largas de inyección de CO2 (15 % o más del volumen poroso de hidrocarburos) dentro del yacimiento. Aún siendo elCO2 no miscible con el crudo éste es capaz de extraer los componentes livianos a intermedios del petróleo y si la presión es lo suficientemente alta, desarrolla miscibilidad para desplazar el crudo del reservorio y aumentar el factor de recobro considerablemente.

Mecanismos que operan:

Generación de Miscibilidad

Barrido del crudo

Disminución de la viscosidad del petróleo

Reducción de la tensión interfacial entre el petróleo y la fase de CO2- petróleo en la región miscible cercana.

Ventana de Aplicación: Criterio para proyectar Recobros Mejorados por CO2 miscibles en yacimientos de Petróleo. De acuerdo a Abdus y Thaker (1994):

Profundidad: Debe ser lo suficientemente profundo (mayor a los 2000 pies) para permitir una adecuada presión que debe estar estimada en base a la producción óptima (presión mínima de miscibilidad), ésta se encuentra en el rango por encima de 1200 psi para un crudo de alta gravedad API (mayor a 30) a bajas temperaturas, hasta 4500 psi para los crudos pesados a mayores temperaturas. (Valores sugeridos por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) menor a 9800 y mayor de 2000 ft).

Gravedad API: Debe ser mayor de 26°API (preferiblemente mayor de 30). Según DOE mayor de 27 hasta 30°API

Viscosidad del crudo: Debe ser menor de 15 centipoise (preferiblemente menor de 10 cp).Valores del DOE menor o igual de 10 a 12cp.

22


Composición del crudo: Altos porcentajes de hidrocarburos intermedios (C2 -C20) especialmente C5 –C12.

Saturación de crudo: Debe ser mayor del 30 por ciento del volumen poroso.

Tipo de Formación: Areniscas o Carbonatos con un mínimo de fracturas y altas permeabilidades.

Espesor neto: Relativamente delgado.

Permeabilidad promedio: no crítico si suficientes tasas de inyección pueden ser mantenidos. (Según DOE mayor de 1 a 5 md)

Datos adicionales suministrados por el DOE: Presión: mayor de 1200 a 1500;[psia].

Temperatura: menor de 250 °F, pero no crítica.

Saturación de petróleo residual después de la inyección de agua, fracción del espacio poroso: mayor de 0.25 a 0.30.

Limitaciones:

1.- Muy bajas viscosidades de CO2 resultan en un pobre control de la movilidad.

2.-Disponibilidad de CO2.

3.-Temprano rompimiento del CO2.

4.-Corrosión en los pozos productores.

5.-Necesidad de separar el CO2 del hidrocarburo vendible

6.- Represurización de CO2 para su reciclaje.

7.- Un alto requerimiento de CO2 por incremento de barriles producidos.

Adicionalmente se van a resaltar los criterios óptimos para los procesos de CO2 miscibles de una simulación (Tabla 1) y un Criterio para la inyección alterna de CO2. (Tabla 2. Crudos desde livianos a pesados)

Factores Favorables para las operaciones de inyección de CO2 por ciclos alternos:

23


1.- Altas saturaciones de petróleo

2.- Yacimientos Profundos

3.-Máximo de 3 ciclos

4.-Altas tasas y volúmenes de inyección

5.-Intervalos de remojo de dos a cuatro semanas 6.-Soporte de presión moderada para la producción.

Caso de Estudio

Proceso de Inyección Alterna de CO2 en un yacimiento dentro del campo Timbalier Bay con empuje de Agua de Fondo.

El reservorio (BA) se encuentra ubicado a 4900 pies y fue depositado durante el período del plioceno tardío. La arena es relativamente suave estructuralmente (inclinación menor a 1°) en el área de Timbalier Bay. La formación es no volumétrica con un crudo de gravedad API de 26° (densidad de 0.898 g/cm3) y de recobro de petróleo primario del 18%. El campo Timbalier Bay fue escogido para probar el proceso de inyección por las tuberías de CO2 y facilidades que pudiesen reducir las inversiones. El yacimiento BA fue seleccionado para el Huff and Puff por su alta saturación de petróleo residual y su relativamente baja gravedad API.

Dos proyectos para la inyección de CO2 fueron realizados en el pozo #271 y #272. Previo a la inyección de CO2, ambos pozos producían con un mecanismo artificial de levantamiento (gas lifting) con cortes de agua del 99%. Después de la inyección de CO2, la producción de cada pozo incrementó a 200 Barriles de petróleo por día (BOPD). Generalmente el proceso de inyección alterna de CO2, administrado apropiadamente, da un rápido pago con un bajo capital de inversión. Estos son factores importantes cuando los precios del petróleo son difíciles de pronosticar.

Caracterización del yacimiento: Ésta arena cubre un área de 422 acres y ha sido perforada por medio de 36 pozos. La zona de hidrocarburo original era delgada desde 0 a 30 pies y estaba demarcada por un acuífero. El hidrocarburo original en sitio fue de 4.4 billones de pies cúbicos (BCF) de gas y 5.2 millones de barriles normales de crudo (MMSTB). (Ver Tabla 3. Este yacimiento empieza a producir el 6 de junio 1955 y subsecuentemente ha estado produciendo por medio de 14 pozos. A partir del primero de enero de 1986, al momento del planteamiento de los proyectos de CO2 la arena tenía un acumulado de 4.165 BCF de gas, 1.08 MMSTB de crudo y 6.6 Millones de barriles de agua (MMBW). El recobro del

24


yacimiento era de 91 % del gas original en sitio de la capa de gas y 18 % del petróleo original en sitio.

La baja tasa de petróleo es debido al pobre desarrollo de la arena tope en el norte de la sección del yacimiento, disminución de la capa de gas, pobre eficiencia de barrido y pobres eficiencias de completación. Como resultado, los intentos de estimar los hidrocarburos en sitio por medio del balance de materiales fueron no satisfactorios.

Depleción de la capa de Gas: La presión original fue de 2390 psia. Los tres primeros pozos en este reservorio fueron perforados por debajo del contacto gas-petróleo y produjeron a unas altas tasas de gas-petróleo (RGP). Por los primeros seis años la RGP varió entre 10000 y 20000 pies por Barriles [ft/BN]. La presión cayó aproximadamente a 2235 psia en menos de un año y posteriormente se ha mantenido bastante constante.

Después de la disminución de la capa de gas, el banco de petróleo migró dentro y saturó la zona de gas producida. Esto es confirmado por medio de registros sobre los dos pozos #271 y #272(Ver Figura 4), perforados en 1977 en los dos altos estructurales. En ambos, el perfil midió 10’ a 15’ de crudo sobre agua. Algo del petróleo líquido que se movió dentro de la capa de gas vaciada es ahora no recuperable (residual) lo cual resulta en una baja eficiencia de recobro primario.

Eficiencia pobre de barrido: La conificación de agua resulta en una baja eficiencia de barrido y es común en yacimientos con bandas delgadas de crudo de alta permeabilidad asociados a acuíferos. La viscosidad estimada de este crudo de 26°API a la presión y temperatura del yacimiento es de 2.8 cp proveyendo una no favorable razón de movilidades de aproximadamente 6. La tasa de producción crítica por encima de la cual la conificación del agua ocurrirá fue calculada. La conificación del agua sucedió porque el yacimiento fue producido sobre la tasa crítica. Aunque la conificación ocurrió, los recobros fueron maximizados para este tipo de reservorio. Pero la conificación de agua igualmente disminuyó la eficiencia de barrido y por lo tanto la recuperación primaria.

Procedimiento de la Inyección alterna de CO2: La respuesta del incremento de petróleo esperado de 600 barriles normales (STB) por pozo fue estimado. Además un volumen de inyección de CO2 de 500 toneladas y un intervalo de remojo de dos semanas fueron mayormente reportados. Esta información fue usada como una guía para desarrollar el procedimiento general para ambos pozos:

Registros de Caliper y temperatura fueron corridos

25


Muestras de petróleo, agua y gas fueron reunidos para el programa de inhibición de corrosión.

Datos de presión de build-up (restauración de presión) fueron reunidos.

El anular entre el revestidor y la tubería fueron tratados con químicos que inhiben la corrosión.

Cada pozo fue probado por varios días para establecer niveles bases de tasas de producción.

600 toneladas de CO2 fueron inyectadas en cada pozo.

Los pozos fueron cerrados para permitir que el CO2 contactara el petróleo.

Los pozos fueron abiertos después de diferentes periodos de cierre. La diferencia en los intervalos de remojo para los dos pozos fueron porque tanto el pozo #271 y #272 compartían una línea de flujo común para las facilidades de producción de CO2 y solo un pozo podía ser probado a la vez.

Si el pozo producía a una alta tasa de producción de CO2 sin ningún fluido por 24 horas, el pozo era cerrado de nuevo, para evitar el vaciamiento del CO2 y la prematura caída de energía, además de permitir un mayor contacto del CO2 con el petróleo.

Resultados:

Se ha concluido que un proceso inmiscible se incrementa el recobro de petróleo por la expansión del crudo por el CO2 (Tabla 4. Valores promedios en general). Adicionalmente, se encontró que los tratamientos de inhibidores de corrosión de CO2 fueron efectivos.

La estimulación del CO2 permitió un incremento de las tasas de petróleo producido en ambos proyectos. Las eficiencias del pozo #271 fueron cercanas al ideal con un incremento de petróleo de prácticamente el doble del estimado. En comparación las eficiencias del recobro en el pozo #272 fueron menores a las ideales con solo la mitad del incremento supuesto. Se atribuye a un mejor desarrollo de la arena hidrocarburífera en el primer pozo y que el pozo #271 fue cerrado por un mayor tiempo 51 días, mientras que el #272 sólo por 28 días.

26


¿Cómo capturar, usar y almacenar el CO2?

El proceso de captura de CO2 consiste en separar este compuesto de los demás gases resultantes de los procesos industriales o de combustión, para después ser trasladado desde su origen al lugar en que podría utilizarse o almacenarse de forma segura. El almacenamiento es la etapa final del proceso de CCUS y consiste en su confinamiento para aislarlo de la atmósfera y los mantos acuíferos. Las formaciones geológicas subterráneas profundas (más de 800 metros de profundidad) son los sitios idóneos para el almacenamiento permanente de CO2, incluyendo entre ellos los yacimientos de hidrocarburos.

Por ello, usar CO2 en la recuperación mejorada de petróleo puede ser un paso previo a su almacenamiento permanente; en cuyo caso, tras finalizar la explotación los pozos son sellados permanentemente, asegurando la integridad del proceso de reducción de emisiones de CO2. La captura, uso y almacenamiento de CO2 representa una oportunidad de desarrollo industrial claramente alineada con las necesidades de la economía de bajo carbono y la estructura energética de México.

La presencia de una industria petrolera y química madura en el país, así como el uso extensivo de plantas termoeléctricas hace posible aprovechar este reto tecnológico para apuntalar las capacidades en una de las agendas tecnológicas emergentes con mayor potencial de crecimiento a nivel global. Tomado de ( “Captura, Uso y Almacenamiento de CO2: Oportunidades de desarrollo industrial

27


en el marco de la economía de Bajo Carbono”, Especial de Innovación Energética Sustentable, SENER-PROMEXICO-Las Paginas Verdes, enero 2012).

Industria refresquera

El gas que llevan las bebidas refrescantes es dióxido de carbono (CO2), que se incorpora disuelto en agua cuando se diluye el producto base concentrado.

Los gases son más solubles a temperaturas bajas, siendo la concentración de saturación a 0ºC próxima al 0,6 %. La cerveza fría se satura, antes de envasar, con el dióxido de carbono recuperado de la fermentación con levaduras del mosto. En el cava, el dióxido de carbono es el que se ha generado durante la fermentación en la propia botella (en los vinos ‘gasificados’ se añade después, como en los refrescos).

El dióxido de carbono también está en otros alimentos de textura esponjosa, como el pan, en el cual proviene de la fermentación de la masa con la levadura Saccharomyces cerevisiae, mientras que en bollería, como en los bizcochos y magdalenas, lo que se utiliza para producir el gas es una levadura ‘química’, una mezcla de compuestos sólidos que en presencia de agua reaccionan para desprender CO2.

28


CALENTAMIENTO GLOBAL DE CO2

Cuando hablamos de calentamiento global nos referimos al aumento promedio de la temperatura del planeta generado por el exceso de carbono en la atmósfera, que actúa dificultando la dispersión del calor solar. Así el calor de la radiación entra pero no sale en la medida en que debería. Para comprender el origen y las causas del cambio climático debemos entender primero qué es el “efecto de invernadero”. Este es un proceso natural que regula la temperatura de la Tierra para hacer posible la vida. Mediante el efecto invernadero, la atmósfera que rodea la Tierra permite que una parte de la energía solar se acumule en la superficie del planeta para calentarlo y mantener una temperatura promedio aproximada de 15ºC.

El proceso se inicia cuando la radiación del sol llega a la tierra. Una parte de esta radiación es absorbida por los océanos, la tierra y bosques, y otra es reflejada al espacio. Los GEI (Gases de Efecto Invernadero) absorben parte de la radiación solar infrarroja reflejada por la Tierra y como resultado, esta se mantiene lo suficientemente caliente para hacer posible la vida sobre el planeta.

Pero el ser humano ha alterado el efecto invernadero natural, convirtiéndolo en una de las amenazas más serias para el desarrollo sostenible. En los últimos años, una serie de actividades humanas han producido la excesiva emisión de GEI, principalmente de dióxido de carbono (CO2), que es responsable casi del 50-60 % del calentamiento global previsto para los próximos años. De esta manera, se ha sobrepasado la capacidad de absorción de la Tierra; con lo que se eleva el calor retenido en la superficie terrestre y aumenta gradualmente la temperatura global del planeta.

CONTAMINACIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO

29


El dióxido de carbono se produce naturalmente en la atmósfera. Es un ingrediente esencial en la fotosíntesis, el proceso por el cual las plantas fabrican alimentos y energía. Los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera han aumentado desde la Revolución Industrial. Las causas principales son la deforestación y y la quema de combustibles fósiles como el carbón. A medida que los niveles de dióxido de carbono aumentaron, han tenido efectos en la contaminación del aire. El dióxido de carbono representa menos del 1 por ciento de los gases atmosféricos. No obstante, existe un delicado balance entre el dióxido de carbono y los otros gases. La preocupación sobre el dióxido de carbono, es su cambio importante en un período de tiempo relativamente corto.

Cambio climáticoOtro efecto ambiental del dióxido de carbono en la contaminación del aire, es el cambio climático. La temperatura de la superficie de la tierra se ha elevado en los últimos 100 años, según los estudios realizados por la la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA por sus siglas en inglés). Los científicos creen que la contaminación de dióxido de carbono es el primer culpable. No obstante, la evidencia muestra que los niveles de agua del océano han aumentado, resultando en una pérdida de costas y humedales costeros.

Lluvia ácidaEl dióxido de carbono contribuye al efecto ambiental conocido como lluvia ácida. La emisiones liberadas de la de la quema de combustibles fósiles de las plantas de energía se combinan con la humedad del aire. El resultado es una precipitación con un alto contenido ácido. La evidencia documentada muestra el daño físico a los árboles y el resto de la vida vegetal. La contaminación del agua y el suelo se produce por la precipitación ácida. Un factor que complica es la movilidad de las emisiones. Los efectos del dióxido de carbono pueden verse y sentirse muy lejos de sus fuentes, haciendo que su impacto en la contaminación del aire sea más serio.

Impactos en la salud humanaLas emisiones de dióxido de carbono impactan en la salud humana desplazando el oxígeno en la atmósfera. Respirar se hace más difícil a medida que los niveles de dióxido de carbono aumentan. En las zonas cerradas, los altos niveles de dióxido de carbono pueden llevar a problemas de salud como dolores de cabeza. Los niveles de dióxido de carbono pueden indicar altos niveles de otros contaminantes del aire peligrosos como los compuestos orgánicos volátiles, que contribuyen a la contaminación del aire en el interior y el exterior.

30


CONCLUSIÓNAl haber concluido este trabajo nos sentimos satisfechos de Haber obtenido amplios conocimientos del dióxido de carbono: Aprendimos sobre cuanto era el porciento que existían en la atmosfera que es de 7-12%,tanto su estructura las formas de Obtención, realizamos una Practica donde observamos la presencia del CO2 Descubrimos las maneras en que se produce el dióxido de carbono de forma natural, Gracias a la investigación sabemos los beneficios que este nos ofrece y los usos que se le dan, así también de cómo ha incrementado cada vez más la producción del CO2 en fábricas que hacen papel, o de cervezas, en la quema de árboles y en diversas formas como respirar, Algo que nos sorprendió fue el Uso de dióxido de carbono en la Industria Medica, Así como en la Industria de Refrescos y En la Industria Petrolera que se utiliza en Inyección de CO2 para aprovechar al 100% un pozo petrolero o cuando se presenta un problema que no fluye se usa el dióxido de Carbono para bajar la viscosidad del crudo. Encontramos información sobre los perjuicios de personas que tuvieron contacto con alto contenido de Dióxido de Carbono que uno de los síntomas fue que sus pupilas se dilataron, síntoma de jaqueca…etc., que nosotros no teníamos idea de tales perjuicios a lo que nos mencionaba era que: así como tener bajo o alto nivel de CO2 seria dañino Para esto al investigar el calentamiento global sabemos que es el aumento promediado de toda la temperatura del planeta que se ha generado por el exceso de Carbono y de manera que se dificulta la dispersión del calor solar. Tanto en la contaminación aprendimos que del elevado nivel de CO2 causa Lluvias acidas y Cambio climático que cada vez es más notable en los polos y como va aumentando cada año temperaturas muy muy excesivas de calor.

REFERENCIASDr. Jose Beltran. (1970). QUÍMICA AVANZADA NUFFIELD. In Spain: REVERTÉ.ALLINGER., CAVA DE JONGH & JOHNSON LEVEL STEVENS. (1971). QUÍMICA ORGÁNICA SEGUNDA EDICIÓN. In New York: REVERTÉ.L., M., De Antonio. (2004). Termotecnia Básica para Ingenieros Químicos. In Spain: COMPOBELL,SL..http://www.sosclima.org/almacenamiento-geologico-de-dioxido-de-carbon-espana

31


Donald G. Kaufman; Cecilia M. Franz (1996). Biosphere 2000: protecting our global environment. Kendall/Hunt Pub.This topic considers both natural and anthropogenic drivers of climate change including the chain from greenhouse gas (GHG) emissions to atmospheric concentrations to radiative forcing to climate responses and effects. CO2 is the most important anthropogenic GHG. Its annual emissions have grown between 1970 and 2004 by about 80%, from 21 to 38 Gt, and represented 77% of total anthropogenic GHG emissions in 2004. "Food Factories" (Fotosínetesis en plantas verdes). Consultado el 10 de octubre de 2011.Raynaud, D., J. Jouzel, J.M. Barnola, J. Chappellaz, R.J. Delmas & C. Lorius, 1993. The ice core record of greenhouse gases. Science, 259:926-934.

32

http://books.google.com/books?id=nm5FAAAAYAAJ

http://books.google.com/books?id=nm5FAAAAYAAJ

Documents

Investigación del Dióxido de Carbono