curso de análisis y caracterización de gas, petróleo y agua
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I.- Curso de Anlisis y Caracterizacin de Gas, Petrleo y Agua.
Autor: Claver Guerra Carvallo
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Teora de la formacin de los Hidrocarburos en la Naturaleza.La teora orgnica, que es la hiptesis ms aceptada sobre el origen del petrleo, supone que la vida microscpica vegetal y animal del mar y de las reas de marea proporcion la materia prima del petrleo: hidrgeno y carbono. Durante millones de aos, los ros transportaron grandes volmenes de lodo, arena y productos de la erosin superficial hasta el piso del mar, los que se dispersaron por medio de las mareas y las corrientes.
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Bajo el peso creciente de estos desechos acumulados, los pisos de los ocanos se hundieron lentamente y se comprimieron para formar las rocas sedimentarias que contienen petrleo-arenisca, esquistos, piedra caliza porosa, y dolomita, una mezcla de carbonatos de calcio y magnesio. Los componentes orgnicos de los organismos microscpicos atrapados se transformaron al cabo de millones de aos en petrleo a travs de influencias qumicas, fsicas y biolgicas. El petrleo es de composicin qumica compleja y variable. Su color vara desde el caf verdoso claro hasta el negro. Puede ser fluido o tan viscoso que resulta casi slido.
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Fluidos de Reservorio
Comnmente los fluidos producidos por los pozos petroleros son: hidrocarburo liquido, hidrocarburo gaseoso y agua. El hidrocarburo producido es una mezcla compleja de molculas, que frecuentemente contiene impurezas tales como Nitrgeno, CO2, H2S.
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Andina YapacaniPet01 1002.10 5.46 8.27 11.34 14.44 17.42 20.28 22.98 25.54 27.98 30.29 9.98 32.50 36.62 42.17 43.92 48.37
Scan EI+ TIC 3.91e6
%
0 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00
Time
Cromatogama con detector de masa de un crudo liviano5
Beto SuarezPet02 100 2.6244.86
Scan EI+ TIC 1.85e549.10
4.52 43.87
50.13 52.56 53.93 56.40
%
6.93 9.98 13.20
19.46
21.58 25.12 27.72 30.26
36.60
40.38 42.16
0 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00
Time
Cromatograma con detector de masa de un crudo rico en asfaltenos6
Caracterizacin de Gas Natural
Mezcla de hidrocarburos que se encuentran en la fase gaseosa y compuesta primordialmente por metano y contiene adems cantidades variables de hidrocarburos ms pesados como Etano, Propano, Butano y ciertos gases que no son hidrocarburos, tales como: Nitrgeno, Dixido de Carbono, Acido Sulfhdrico, Helio , Argon y otros gases nobles. Su gravedad especfica vara entre 0.58 y 0.79 (aire = 1.0).
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Caracterizacin del Petrleo1.
Gravedad API
3.
Biotratabilidad
Liviano Medio Pesado Pesado Extra PesadoReologa
Tratables No Tratables. Estabilidad de Asfltenos
4.
2.
Newtonianos No Newtonianos
Estables No Estables.
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Caracterizacin del Agua
Corrosividad. Tendencia Incrustante.
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Composicin de los petrleos crudos
Los crudos tienen caractersticas fsicas y qumicas muy variables de un campo de produccin a otro e incluso dentro de un mismo yacimiento. La clasificacin mas simple, pero no menos importante, es la clasificacin de crudos en pesados y ligeros.Al estar formados principalmente por molculas hidrocarbonadas, la densidad de un crudo ser menor cuanto mayor sea la relacin atmica H/C. La densidad de los crudos puede oscilar entre 0,7 y 1,0, expresndose con mucha frecuencia en grados API. Todas estas diferencias afectan las condiciones de produccin, transporte, almacenamiento y refinacin, de ah la necesidad de un conocimiento de la composicin de los crudos y los productos.10
Constituyentes
HIDROCARBUROS.- Los crudos estn constituidos por mezclas de un elevado numero de componentes puros. Se dividen en varias familias qumicas segn su estructura. Por sus enlaces Carbono-Carbono, pueden ser: ALCANOS.- Unidos por enlaces simples. ALQUENOS.- Unidos por enlaces dobles. ALQUINOS.- Unidos por triple enlace.
Una misma molcula puede tener varios enlaces mltiples; y se les llama Conjugados en el caso de que dos enlaces mltiples estn separados por un enlace simple.
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Hidrocarburos Alifticos saturados o alcanos o parafinas
Cada Carbono esta ligado a cuatro tomos de C o H. Cn H2n+2 Parafinas normales o n-alcanos, cuando su estructura es de cadena recta. CH3 (CH2)n CH3 Su punto de ebullicin aumenta con el numero de tomos de Carbono.
La densidad aumenta con el peso molecular.12
Isoparafinas o Isoalcanos. Los tomos de Hidrgeno de las parafinas normales puedes ser sustituidos por Carbonos o Cadenas Hidrocaronadas. CH3 CH CH2 CH3 CH3 Isopentano
Estas ramificaciones pueden situarse en diferentes puntos de la cadena, lo que da lugar a cadenas diferentes , con igual nmero de carbonos, llamados ismeros.
Las Isoparafinas tienen un punto de ebullicin inferior al de las normal parafinas del mismo numero de tomos de Carbono.
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Hidrocarburos Cclicos Saturados, cicloalcanos o naftenos.
En esto hidrocarburos hay una ciclacin total o parcial del esqueleto carbonado. El numero de tomos de Carbono del anillo formado puede ser variable.
Tienen temperarturas de ebullicin y densidades superiores a los de los alcanos del mismo numero de tomos de carbono.En los petrleos crudos, los anillos mas frecuentes son los de 5 o 6 tomos de Carbono. En estos anillos, cada tomo de Hidrogeno puede ser sustituido por una cadena parafinica recta o ramificada, llamada alquilo. Formula General de un solo ciclo es CnH2n.
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Existen Cicloalcanos formados por 2,3,4,..anillos condensados. En los cicloalcanos de 4 y 5 anillos , se encuentran los hidrocarburos que han conservado, en parte, la estructura de la materia viva en el origen de la formacin del petrleo ( esteroides, hopanos); son los marcadores bioquimicos.
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Aromticos
Son Hidrocarburos cclicos poliinsaturados que estn presentes en una gran proporcin en los petrleo crudos. La presencia en su frmula de uno o mas ciclos con tres dobles enlaces conjugados les confiere notables propiedades. As el benceno,tolueno,xilenos, son materia prima fundamental de la petroqumica, adems contribuyen a aumentar el numero de octano de las gasolinas, mientras que los homlogos superiores son, en general , nefastos.
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Hidrocarburos Alifticos Insaturados, olefinas o alquenos.
En esta familia, algunos tomos de Carbono de la molcula estn ligados solo a 3 tomos, lo que implica la presencia de uno o varios dobles enlaces carbono carbono.Esta existencia de dobles enlaces da lugar a una situacin mucho mas compleja en la formacin de ismeros que en las familias precedentes. As los butenos son: Buteno 1, cis Buteno 2, trans Buteno 2,iso Buteno. Los primeros componentes de esta familia son materia basica de gran importancia en petroqumica (etileno, propileno, butenos,..)
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Compuestos orgnicos heteroatmicosCompuestos de Azufre:
El azufre es el heterotomo mas abundante en los petrleos crudos. Su concentracin puede variar entre el 0,1 y mas del 8% en peso. El azufre puede estar presente en forma inorgnica : S elemental, cido sulfhdrico H2S, sulfuro de carbonilo COS o formando parte de molculas orgnicas tales como:
Sulfuros, intercalndose en una cadena saturada CH3 CH2 S (CH2)4 - CH3 propil pentil sulfuro o como sulfuros cclicos teniendo 4 o 5 tomos de carbono en el ciclo.Disulfuros, de formula general R-S-S-R, presentes en fracciones ligeras. Tioles o mercaptanos CnH2n-1 SH, en los que el hidrgeno ligado al Azufre tiene carcter cido. Se encuentran en las fracciones de bajo punto de ebullicin.18
Tiofenos y sus derivados, presentes a partir de un punto de ebullicin de 250oC, constituyen un grupo importante de compuestos sulfurados. En estos el azufre se inserta en ciclos aromticos. Benzotiofeno Dibenzotiofeno El conocimiento de estos productos es importante ya que son nocivos por varios motivos: olor desagradable, produccin de S02 en la combustin, envenenamiento de catalizadores. Muchos de los procesos de refinacin tiene por finalidad la eliminacin de las molculas sulfuradas.19
Compuestos Oxigenados
Generalmente los crudos contienen menos oxigeno que azufre, pese a lo cual puede tener un papel nada desdeable, en particular es el responsable de la acidez de los crudos. El oxgeno se encuentra en los siguientes compuestos:Los Fenoles, formados por la sustitucin de un Hidrogeno de una anillo aromtico por un Hidroxilo (OH). Los Furanos y Benzofuranos en los que un anillo oxigenado esta condensado con uno o varios anillos aromticos.
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Los cidos Carboxlicos: R COOH En estos compuestos R puede ser un radical alquilo, un anillo aromtico o un anillo saturado. En este ultimo caso se trata de cidos naftnicos , en los que el grupo carboxilo esta unido a un grupo ciclopetano o ciclohexano. Los cidos naftnicos, abundantes en ciertos crudos, dan lugar a problemas de corrosin.
Los Esteres R COO R R y R son radicales alquilos o aromticos.
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Compuestos Nitrogenados
En los crudos de petrleo, el Nitrgeno se encuentra principalmente en las fracciones de punto de ebullicin superior a 250oC, estando especialmente concentrado en las resinas y asfaltenos. El Nitrgeno se encuentra bajo las siguientes formas: Amida, tanto saturadas como aromticas. Aminas Carbazoles, en los que un anillo nitrogenado esta condensado a uno o varios aromticos, son compuestos neutros. Por ejemplo el dibenzopirrol. Piridinas El Nitrgeno esta incorporado en un anillo hexagonal con tres dobles enlaces. Los compuestos de esta familia son los que pueden dar un carcter bsico a los productos petrolferos siendo un veneno para los catalizadores cidos. Ejemplo: 2 Metil piridina, Acridina.22
Compuestos Organometalicos
En las fracciones las pesadas, tales como resinas y asfaltenos se encuentran tomos metlicos como el Nquel y Vanadio.
Resinas
Al someter a los Maltenos a una cromatografa lquida los productos son separados con los disolventes mas polares se llaman resinas. Por lo tanto su composicin depende del mtodo utilizado. En general son molculas con un fuerte carcter aromtico, conteniendo heteroatomos (N,O,S y a veces Ni y V) y de masa molecular entre 500 y 1000.
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Los refinadores de petrleo clasifican los crudos de acuerdo con su base, como sigue:1.
De base parafina; altos en cera y en fracciones de aceite lubricante; contienen pequeas cantidades de naftenos o de asfaltos; bajos en azufre, nitrgeno y compuestos oxigenados. De base asfalto; ricos en alquitrn, asfalto y aceites combustibles pesados. De base mixta; sus caractersticas son intermedias entre las de aquellos ya mencionados. De base aromtica; altos en compuestos aromticos de bajo peso molecular y en naftenos, con cantidades menores de asfaltos y aceites lubricantes.
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3.
4.
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Caracterizacin y Anlisis de Gas
Claver Guerra Carvallo
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Diagrama de Fases
Caracterizacin.
Reservorios de Gas Reservorios de Condensado Reservorios de Petrleo Condiciones Criticas.
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Comportamiento de Fases
Los reservorios de Hidrocarburos son caracterizados en diferentes formas. Convencionalmente los reservorios deben definirse en su presin y temperatura de reservorio, inicial. base a
Los diagramas P-T muestran el efecto de la Presin y Temperatura en el estado fsico de un Sistema Hidrocarburos.
la de
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Condiciones CrticasTemperatura Crtica.- es la temperatura encima de la cual el gas no puede ser licuado por el solo incremento de la presin.
Presin Crtica.- es la presin que un gas ejerce cuando esta en equilibrio con la fase liquida a la temperatura critica.Volumen Crtico.- es el volumen de 1 libra-masa de gas a la temperatura y presin critica.
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Temperatura, Presin y Volumen ReducidaTr = T Tc Pr = P Pc
vr =
v vc
o
rr = r rc
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Gas Ideal
Un gas ideal es un fluido en el cual el volumen ocupado por las molculas es insignificante con respecto al volumen ocupado por el fluido total. No existen fuerzas de atraccin o repulsin entre las molculas y las paredes del recipiente que lo contiene y todas las colisiones moleculares son perfectamente elsticas. Esto ultimo significa que no hay perdida de energa interna por las colisiones. Muchos gases se comportan como gases ideales a presiones cercanas a la atmosfrica y tambin cuando en el recipiente que lo contiene existe una distribucin normal de la presin. Cuando la presin incrementa, el volumen real varia enormemente del volumen ideal.
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Ley del Gas IdealpV = nRT
p = presin absoluta, psia V = Volumen, ft3. T = Temperatura absoluta, oR n = numero de libras-mole. I libra mol es el peso molecular del gas en libras. R = Constante Universal de los Gases, 10.732 psia ft3/lb-mol oR
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Comportamiento de los Gases Reales
El Gas Ideal describe el comportamiento de muchos gases a condiciones de temperatura y presin cercanas a la atmosfrica. A presiones moderadas, el gas tiende a comprimirse mas que lo que la Ley de Gas Ideal predice, particularmente para temperaturas cercanas a la temperatura critica. A altas presiones el gas tiende a comprimirse menos que lo que la Ley de Gas Ideal predice. El factor z, es un factor emprico llamado tambin factor de desviacin del gas , corrige la desviacin entre el volumen medido y el calculado usando la ley del gas ideal. z = Volumen real de n moles de gas a p y T / Volumen de n moles de gas a la misma p y T33
Ecuacin de Estado de un gas Real
Una de las mas aceptadas es la de Van der Waals. Tambin es comn la de Beattie - Bridgeman y Benedict-Webb-Rubin. La ecuacin de gas real mas comn utilizada en la industria es: pV = z n RT
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Determinacin de Factor z. Correlacin de Standing y Katz.Es un grafico del factor z. Es una correlacin de el factor z como una funcin de la presin y temperatura reducida.
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Punto de Roco
El punto de roco de hidrocarburo es la temperatura a la cual el hidrocarburo comienza a condensarse cuando el gas natural es enfriado a presin constante y en consecuencia deja de ser totalmente gaseoso. En muchos casos el evitar la formacin de tales lquidos en gas natural es muy importante. En las tuberas de transporte de gas la presencia de hidrocarburo lquido en combinacin con trazas de vapor de agua llevan a la formacin de hidratos como masa slida. En condiciones de operacin pueden ocasionar daos por impacto en los compresores y restringir y an bloquear las tuberas.37
Solubilidad del Gas en PetrleoLa solubilidad de un gas natural en petrleo crudo depende de :
Presin.
Temperatura.
Composicin del gas y del crudo. particular a gas en solucin
Para un gas y petrleo en temperatura constante; la cantidad de incrementa con la Presin; y
A presin constante; la cantidad de gas en solucin disminuye con un incremento en la Temperatura.
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Factor de Volumen de Formacin del gas
El factor de volumen de formacin del gas , Bg, es el volumen ocupado en el reservorio por un pie cbico de gas a condiciones estndar, 14.73 psia y 60oF. A partir de la ecuacin general de los gases reales. Bg = V/Vsc = psc/p x T/Tsc x z/zsc.
El factor de expansin es simplemente la reciproca de Bg. E = Vsc/V = p/psc x Tsc/T x zsc/z
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Contenido de vapor de agua del gas natural
El agua puede ser arrastrada con el gas en la fase vapor o como gotas. El gas es capaz de mantener una mxima cantidad de vapor de agua a una temperatura y presin dadas.
Un gas es completamente saturado cuando contiene la mxima cantidad de vapor de agua para condiciones de temperatura y presin dadas.Esta temperatura de saturacin a una especificada presin es el punto de roci del gas.
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Solubilidad del agua en Gas
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Composicin de Mezclas Gaseosas
La composicin de un gas comnmente se expresa como fraccin molar, fraccin volumtrica o fraccin gravimetrita de sus componentes. La fraccin molar de un componente, yi, se define como
yi = ni/ Sni
yi = fraccin molar del componente i ni = Numero de moles del componente i Sni = Numero total de moles de todos los componentes en la mezcla.
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Peso Molecular Aparente
Aunque en un estricto sentido, una mezcla de gas no tiene un nico peso molecular, este se comporta como si as fuera. El concepto de peso molecular aparente o promedio es muy utilizado en la caracterizacin de una mezcla gaseosa.
El peso molecular aparente de una mezcla gaseosa es una seudo propiedad de la mezcla y es definida como:Ma = SyiMi
Ma = peso molecular aparente de la mezcla yi = fraccin molar del componente i Mi = peso molecular del componente i43
Capacidad Calorfica
La ecuacin calorimtrica : Q = C(Tf - Ti)
expresa que en un cuerpo dado la cantidad de calor cedido o absorbido es directamente proporcional a la variacin de temperatura. La constante de proporcionalidad C recibe el nombre de capacidad calorfica y representa la cantidad de calor que cede o toma el cuerpo al variar su temperatura en un grado.
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Calor Especifico
El calor especfico de una sustancia equivale, a una cantidad de calor por unidad de masa y de temperatura; o en otros trminos, es el calor que debe suministrarse a la unidad de masa de una sustancia dada para elevar su temperatura un grado. Q = c m (Tf - Ti).
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Capacidad Calorfica y Calor Especifico
A diferencia del calor especfico, la capacidad calorfica es una caracterstica de cada cuerpo y se expresa en el SI en J/K. Su relacin con el calor especfico resulta de comparar las ecuaciones anteriores en las que ambas magnitudes estn presentes: C=mc
De acuerdo con esta relacin, la capacidad calorfica de un cuerpo depende de su masa y de la naturaleza de la sustancia que lo compone.
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Gas Dulce y Gas Agrio
Son definiciones utilizadas en Corrosin y se definen as: GAS AGRIO Aquel que contiene mas de 250 ppmv de H2S. Su pH es menor de 6.5
GAS DULCE Aquel que tiene una presin parcial de CO2 mayor o igual a 7.0 psi y pH 7.0 o menos.
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II.- Curso de Anlisis y Caracterizacin de Petrleo, Gas y Agua.Autor: Claver Guerra Carvallo
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Caracterizacin del PetrleoClaver Guerra Carvallo
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Gravedad APIPetrleo
Rango de o API 45.4 31.1 30.2 22.3 21.5 10.0 6.5 0.150
o API
=
Ligero Medio
141.5/ Grav. Especifica - 131.5
Tipos de Petrleos.
Pesado Extra Pesado
Reologa
Newtonianos. No Newtonianos
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Reologa
La reologa se define como la ciencia que estudia la deformacin y el flujo de la materia. Esto es como un material responde a una fuerza. Por ejemplo, la miel podr fluir a travs del orificio de un embudo de vidrio, esto no ocurrir con la mayonesa. Sin embargo la mayonesa es mucho ms fcil de esparcir sobre una rodaja de pan que la miel. La reologa provee las herramientas para entender estos comportamientos diferentes.
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Fluidos Newtonianos
La viscosidad es constante independientemente del esfuerzo de corte al cual se somete el fluido. Un grfico de esfuerzo de corte viscosidad en funcin de la velocidad de corte se conoce como reograma. El reograma para un fluido Newtoniano es una lnea recta cuya pendiente es la Viscosidad.
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Fluidos No Newtonianos
La viscosidad depende del esfuerzo de corte aplicado.
Fluido Plstico Fluido Seudo plstico Fluido Dilatante
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Fluido de Bingham Plstico
El producto presenta un valor umbral de esfuerzo de corte (ty ), el cual es necesario sobrepasar para que el fluido se ponga en movimiento.
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Fluido Dilatante
La viscosidad aumenta a medida que aumenta el esfuerzo de corte al cual es sometido el fluido.
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Fluido Seudo plstico:
La viscosidad disminuye a medida que aumenta el esfuerzo de corte sobre el fluido.
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Muestra Crudo Loreto-Lote 1AB-Analisis Reologico250.00 48 hrs
24 hrs 200.00
12 hrs
72 hrs 96 hrs 150.00 144 hrs 192 hrs
Viscosity, cp
240 hrs Temperatura de Analisis: 45 C100.00o
50.00
0.00 0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
Shear Rate, 1/sec
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Muestra de Crudo Maynas - Lote 8.-Analisis Reologico160.00
140.00
12hrs hrs120.00
Temperatura de Ensayo: 40 o C100.00
Viscosity, cp
80.00
60.00
48 hrs 72 hrs 240hrs
40.00
Ensayos efectuados a 12, 24, 48, 72, 96, 144, 192, 240hrs20.00
0.00 0.00
1.00
2.00
3.00
4.00 Shear Rate 1/sec
5.00
6.00
7.00
8.00
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Biotratabilidad
Biotratables. No o poco biotratables.
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Petrleo + Bacteria + Agua + Nutriente
Presin ,TemperaturaHidrocarburos Livianos + cidos Orgnicos + Biosurfactantes + Gases
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Aplicabilidad de las Bacterias-
Modifican, la estructura de hidrocarburos de alto peso molecular, en molculas de menores dimensiones; generando una reduccin de la viscosidad , lo cual va a favorecer el flujo.Pueden ser sometidas a altas presiones y temperaturas y una salinidad de hasta 30%.
-
- La utilizacin de Bacterias, representa una Tecnologa de fcil aplicacin, sin la necesidad de utilizar equipos complejos y caros.
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Tratamiento dentro de Formacin Petrolera. Cromatografa Liquida359-02adcional35902A 10016.03 13.66 12.95 1.03 3.61 9.02 20.75 23.31 24.92 26.57 29.75 3.64
PETROL00201Scan EI+ TIC 3.37e6 000201 10016.03 19.58 13.13 21.32 12.02 7.79 23.32 24.30
Scan EI+ TIC 1.67e6
%
%
0 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00
Time
0 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00
Time
Antes Tratamiento MEOR
Despus Tratamiento MEOR
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Estabilidad de Asfltenos
Estables No Estables
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Asfltenos
Asfltenos son materiales orgnicos que consisten de compuestos aromticos y anillos naftenicos que contienen tomos de nitrgeno, azufre, oxigeno, y metales pesados como el Vanadio y el Nquel. Son las molculas de mas alto peso y tienen la mayor fraccin polar del petrleo. La fraccin de asfalteno en el crudo es definida como la parte orgnica del petrleo que no es soluble en solventes de cadena lineal tal como el n - pentano, n - heptano o n - hexano. Son solubles en solventes aromticos como el Tolueno. Los asfltenos existen como una suspensin coloidal estabilizada por molculas de resinas (sistemas de anillos aromticos) presentes en el petrleo. La estabilidad de las dispersiones asflticas depende de la relacin de molculas de resinas - asfltenos. La determinacin de la cantidad de resinas es importante para estimar el potencial dao causado por asfltenos.65
Los Asfaltenos precipitan como resultado de:
Cada de Presin Flujo Turbulento Reaccin con cidos. Reaccin con CO2. Mezcla con condensados. Mezcla con petrleos incompatibles. Otras condiciones que rompan la estabilidad de las dispersiones asflticas. Ejemplo, los cidos matriciales, el ion Fierro en solucin favorece la precipitacin de depsitos de asfaltenos.
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Estructura propuesta para los asphaltenos del crudo Maya
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Anlisis de Contenido de Asfltenos
Solubilidad en Heptano. Cromatografa Liquida.
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Indice de Estabilidad de Asfaltenos (IEA)IEA = Saturados + Asfaltenos Resinas + Aromaticos
IEA = = =
> 0.9 0.7 - 0.9 < 0.7
inestable posibles problemas estable
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Pfeiffer-Saul Modelo de Petrleo
s = Saturados (no solvente) A = Asfaltenos (soluto) R = Resinas (dispersante) a = Pequenos Anillos Aromaticos (solvente)
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Resinas
Uno de los cuatro principales componentes del petrleo, al lado de los asfaltenos, aromticos y saturados ( incluye las ceras). Las Resinas, aromticos y saturados son conocidos como MALTENOS. Son definidas como la fraccin insoluble en alcalis y cidos y es completamente miscible con petrleo, incluyendo fracciones livianas.
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Parafina
Qu es una Parafina?Parafinas compuestas de Carbono e Hidrogeno , CnH2n+2
Cera es Parafinas normales C16 que son solidos cristalinos a 20 oC (68oF).Composicin Qumica Pueden ser de cadena recta (NORMAL), con ramales y cclica. Relacin de Composicin a punto de escurrimiento72
Causas de Precipitacin de la Parafina. La cera precipita cuando hay una reduccin de Temperatura y/o Presin.
Efecto de la Parafina en las Operaciones. - Pozos y bombas - Lneas, equipos y tanques - Proceso de desemulsificacin
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ASTM D-97
ASTM D-594974
Coolant In Coolant Out
Oil Level (80 mL) Stirring Bar
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Caracterizacin de una fraccin de petrleo por su ndice de refraccin, densidad y su peso molecular.
Al igual que la densidad, el ndice de refraccin n de los hidrocarburos varia a la vez con la estructura qumica . n parafinas < n naftenos < n aromticos, y con el peso molecular, crece. Se han establecido correlaciones entre el ndice de refraccin, densidad y peso molecular, y los porcentajes de carbono parafnico, naftenico y aromtico. El ndice de Refraccin es uno de los ensayos mas precisos que se pueden realizar a una fraccin de petrleo. El mtodo ASTM D 1218 tiene una reproducibilidad excepcional del 0,00006. El nico limite de aplicacin es el color de la muestra que debe ser inferior a 5 en la escala ASTM D 1500.76
Caracterizacin de crudos y de fracciones de petrleo a partir de anlisis estructurales
A medida que aumenta la temperatura de ebullicin de las fracciones de petrleo, estas son cada vez mas complejas y los mtodos analticos deben adaptarse a esta complejidad.
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Anlisis por series de hidrocarburos. Utilizacin de la espectrometra de masas para el reparto por series.
En un espectrmetro de masas las molculas, en forma gaseosa, se ionizan y se fragmentan .Estos fragmentos ionizados se detectan en funcin de su peso con respecto a la carga (m/e). La representacin grfica de la intensidad de los iones en funcin de m/e es lo que constituye el espectro de masas.
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Caracterizacin de una fraccin de petrleo por la distribucin de sus tomos de Carbono.
Al anlisis por series proporcionado por la espectrometra de masas se puede aadir una distribucin por tipos de Carbonos que se obtiene por espectrometra de absorcin infrarroja.
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Caracterizacin del Petrleo a partir de reacciones qumicas
A pesar de numerosos esfuerzos realizados mediante tcnicas de laboratorio, el conocimiento del contenido de hidrocarburos olefnicos sigue siendo un problema aun no resuelto. A continuacin mencionaremos dos mtodos usualmente utilizados, que permiten aportar una respuesta a este problema.
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ndice de Bromo
Este anlisis se realiza segn los mtodos siguientes: ASTM D1159 ASTM D2710 Se basa en la propiedad del doble enlace etilnico de fijar 2 tomos de Bromo mediante una reaccin de adicin. Expresado como masa de Bromo fijada por masa de producto analizado. El ndice de Bromo permite, conociendo el peso molecular medio de la fraccin analizada , calcular el porcentaje en peso de los hidrocarburos olefnicos. La reactividad de las olefinas a la adicin de bromo puede no ser completa o dependiendo de la posicin respectiva de los dobles enlaces y de las ramificaciones en las molculas (impedimento esterico a la adicin).81
ndice de Anhdrido Maleico
Este ndice se basa en la propiedad de los dobles enlaces olefnicos conjugados de adicionarse con anhdrido maleico segn la reaccin:CH2 CH + CH CH2 CH - CO CH - CO O CH CH2 CH - CO CH CH2 CH - CO O
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La reacciona se realiza con un exceso de aditivo, que se mide despus de la misma (Mtodo de AMOCO). El ndice se expresa en mg de anhdrido reaccionado por gramo de producto. Su uso esta muy extendido para evaluar la cantidad de diolefinas conjugadas existentes en una fraccin, debido a su facilidad de polimerizar de forma espontnea y formar gomas , lo que no es aceptable en un gran numero de aplicaciones. Debe observarse que los hidrocarburos estirenicos reaccionan de forma incompleta con el anhdrido.
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Caracterizacin del AguaClaver Guerra Carvallo
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La molcula de Agua
El agua, una molcula simple y extraa. Es la sustancia ms abundante en la biosfera, dnde la encontramos en sus tres estados y es adems el componente mayoritario de los seres vivos, pues entre el 65 y el 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas es agua. El agua fue adems el soporte donde surgi la vida. Molcula con un extrao comportamiento que la convierten en una sustancia diferente a la mayora de los lquidos, posee una manifiesta reaccionabilidad y posee unas extraordinarias propiedades fsicas y qumicas .Molcula de Agua
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Estructura del AguaLa molcula de agua est formada por dos tomos de H unidos a un tomo de O por medio de dos enlaces covalentes. La disposicin tetradrica de los orbitales sp3 del oxgeno determina un ngulo entre los enlaces H-O-H aproximadamente de 104'5:, adems el oxgeno es ms electronegativo que el hidrgeno y atrae con ms fuerza a los electrones de cada enlace.
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Accin DisolventeEl agua es el lquido que ms sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la ms importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrgeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga inica ( alcoholes, azcares con grupos R-OH , aminocidos y protenas con grupos que presentan cargas + y - , lo que da lugar a disoluciones moleculares.
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Tambin las molculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones inicas. En el caso de las disoluciones inicas los iones de las sales son atrados por los dipolos del agua, quedando atrapados" y recubiertos de molculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados. La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones : Medio donde ocurren las reacciones Sistemas de transporte
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Elevada Fuerza de cohesinLos puentes de hidrgeno mantienen las molculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un lquido casi incomprensible.
Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrosttico, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presin generada por sus lquidos internos.
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Elevada fuerza de adhesinEsta fuerza est tambin en relacin con los puentes de hidrgeno que se establecen entre las molculas de Agua y otras molculas polares y es responsable, junto con la cohesin del llamado fenmeno de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar en un recipiente con agua, sta asciende por el capilar como si trepase agarrndose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, donde la Presin que ejerce la columna de agua, se equilibra con la presin capilar.90
smosis1.
smosis y presin osmtica.
Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentracin separadas por una membrana semipermeable (deja pasar el disolvente pero no el soluto), se produce el fenmeno de la smosis que sera un tipo de difusin pasiva caracterizada por el paso del agua ( disolvente ) a travs de la membrana semipermeable desde la solucin ms diluida (hipotnica) a la ms concentrada (hipertnica), este trasiego continuar hasta que las dos soluciones tengan la misma concentracin (isotnicas o isoosmticas).
Y se entiende por presin osmtica la presin que sera necesaria para detener el flujo de agua a travs de la membrana semipermeable.91
2. La difusin y la dilisis. Los lquidos presentes en los organismos son dispersiones de diversas sustancias en el seno del agua. Segn el tamao de las partculas se formarn dispersiones moleculares o disoluciones verdaderas como ocurre con las que se forman con las sales minerales o por sustancias orgnicas de molculas pequeas, como los azcares o aminocidos. Las partculas dispersas pueden provocar adems del movimiento de smosis , estos otros dos: La dilisis. En este caso pueden atravesar la membrana adems del disolvente, molculas de bajo peso molecular y stas pasan atravesando la membrana desde la solucin ms concentrada a la ms diluida. Es el fundamento de la hemodilisis que intenta sustituir la filtracin renal deteriorada. La difusin. Es el fenmeno por el cual las molculas disueltas tienden a distribuirse uniformemente en el seno del agua. Puede ocurrir tambin a travs de una membrana si es lo suficientemente permeable. As se realizan los intercambios de gases y de algunos nutrientes entre la clula y el medio en el que vive.
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Hemos dicho antes, que el agua es un gran solvente y que en ella se disuelven muchas sustancias. Estas cantidades disueltas son funcin de su naturaleza qumica, Presin , Temperatura y de la composicin inica del agua. El agua producida en campos petroleros tiene una gran cantidad de compuestos inorgnicos en solucin y tambin algunos orgnicos.
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YacimientoCAPNOR CAPNOR CAPSUR CAPSUR DORI DORI DORI FORE FORE HUAY HUAY HUAY JBTO JBTO JBTO JIBRO JIBRO SHIV SHIV SHIV CARM SJAC TAMB
pH8.6 8.2 7.4 6.67 6.62 6.01 5.92 7.3 7.7 6.43 7.06 7.46 7.3 7.3 7.4 6.06 7.4 6.9 7.5 7.4 7.7 7.9 6.5
Sp.Gr1.0040 1.0050 1.0640 1.1714 1.1134 1.1165 1.1132 1.0657 1.0550 1.1381 1.1206 1.0924 1.0721 1.0746 1.0754 1.0587 1.0670 1.0333 1.0523 1.0352 1.0276 1.0450 1.1150
TDS p-Alk m-Alk HCO36717 31 10189 39 92543 0 177575 0 163215 0 167622 0 162884 0 94515 0 83672 0 143153 0 124994 0 95817 0 103721 0 107311 0 108534 0 84449 0 96370 0 47849 29 75221 20 50635 19.512 39686 0 78229 39 164528 0 492 361 302 273 146 127 137 312 390 117 146 141 205 234 244 185 195 283 293 205 322 371 236 600 440 368 333 179 155 167 381 476 143 178 172 250 286 298 226 238 345 357 250 393 453 288
Cl3573 5825 56704 108739 100453 103253 100101 57342 50704 87907 76739 58725 63408 65570 66291 51776 58977 29020 45628 30769 23918 47198 100990
SO4= Ca+2 Mg+2 Na+1 Fe(Tot) T.Hard25 39 52 19 32 28 49 284 277 16 32 54 55 56 55 47 88 64 296 113 74 284 73 78 359 6427 13606 11042 12057 12294 4178 3005 10038 8303 6320 6052 5535 5701 5223 5710 2806 4489 2732 2227 2693 12167 24 36 679 472 1208 1233 732 391 625 627 703 452 414 527 477 610 558 219 329 244 97 337 624 2417 3485 28295 54267 50287 50882 49527 31937 28575 44393 39015 30081 33528 35323 35699 26552 30785 15369 24107 16516 12966 27223 50370 0.0 5.0 18.0 139 14 14 14 2 11 29 24 13 14 14 14 14 14 25 14 11 11 41.0 16.0 293 1048 18862 35958 32578 35217 33748 12053 10083 27677 23650 17760 16834 16007 16214 15568 16571 7916 12575 7834 5966 8119 32986
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Corrosividad y Tendencia Incrustante1.
Corrosividad. CO2 H 2S
2.
Tendencia Incrustante.Carbonato de Calcio Sulfato de Calcio Sulfato de Bario
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Corrosin por CO2
El Dixido al disolverse en agua forma cido carbnico, el cual corroe las tuberas de acero al carbn. El producto de corrosin ( Fe CO3) provee alguna proteccin al acero. La proteccin depende de factores ambientales ( temperatura, presin parcial del CO2, electrolito, velocidad del fluido, flujo simple o multifasico, factores geomtricos y el pH de la solucin) y del tipo de acero. Las caractersticas del acero, composicin qumica y tratamiento trmico, determinan la Micro estructura del acero.
La velocidad de corrosin de un acero conteniendo 0.5%Cr es menor que para un acero al Carbono.La velocidad de Corrosin del acero aumenta con el incremento en el contenido de Cu.96
La ecuacin de DeWaard-Lotz-Dugstad (1995) predice la velocidad de corrosin en funcin de la Temperatura.Si se genera una incrustacin protectora de FeCO3,las altas temperaturas pueden ser menos corrosivas, pero si la incrustacin no esta presente,las altas temperaturas incrementan notablemente la corrosin.Velocidad de Corrosion com o funcion de la Tem peratura2500
2000
Velocidad de Corrosion,mpy
1500
1000
500
0 0 100 200 Te m pe r a t ur a , o F 300 400
Sin formacion de incrustacion Incrustacion Protectora97
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Corrosin por H2S
La reaccin completa de corrosin de Hierro por H2S en medio acuoso es la siguiente: Fe + H2S ----- FeS + H2
El H2S tiene dos orgenes fundamentales: - Natural - Generado por Bacterias Sulfato Reductoras.
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Incrustaciones
Formas Ms Comunes
- NaCl (Cloruro de Sodio) - CaCO3 (Carbonato de calcio). - CaSO4 (Sulfato de Calcio). - BaSO4 (Sulfato de Bario). - SrSO4 (Sulfato de estroncio). - Naftenato de Calcio
Incrustaciones Relacionadas a Corrosin.
- Fe2O3 y Fe3O4 (xido de hierro). - FeS (sulfuro de hierro). - Fe2CO3 (carbonato de hierro).
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Diagnostico
Existen modelos que diagnostican muy bien la formaciones de incrustaciones. Tenemos por Ejemplo los siguientes Modelos: - Pitzer - Oddo Tomson - Stiff - Davis
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AnlisisClaver Guerra Carvallo
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Anlisis de Gas
Composicin molar por Cromatografa. Capacidad Calorfica. Gravedad Especifica. Punto de Roci. Factor de Compresibilidad. Solubilidad del Agua en Gas.
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Cromatografa
Mtodo que determina la composicin qumica del gas natural. Los componentes de una muestra representativa se separan fsicamente por este mtodo y se comparan con los de una mezcla de referencia de composicin conocida.
El anlisis cromatografico proporciona datos para el calculo de propiedades fisicoqumicas, como por ejemplo, la densidad relativa y Capacidad Calorfica.
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Especificaciones del Gas NaturalDeterminacin Mtodo Unidades Especificacin Mnima 35.42 Especificacin Mxima 6.1 4.4 Poder Calorfico Acido Sulfhdrico Azufre Total ASTM D - 1826 MJ/m3 mg/m3 ppm
ASTM - 4466
ASTM D-4468
mg/m3 ppmmg/m3
258 200112
Humedad Nitrgeno + Bixido de carbono
ASTM D 1142 Higrometro
ASTM D - 1945
% Vol.
3
Contenido de Licuables adems del Propano
MJ/m3 megajoules por metro cbico. mg/m3 miligramos por metro cbico. ppm partes por milln. % Vol. por ciento en volumen. l/m3 litros por metro cbico K grados Kelvin kPa kilopascal
ASTM D - 1945
l/m3
0.059
Oxigeno
ASTM D -1945
% Vol.
0.5
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Anlisis de Petrleo
Gravedad API. Viscosidad. Punto de Escurrimiento.
Anlisis SARA. ASTM 2549-91, 2007-93, UOP 143.Composicin Molecular. BSW Salinidad.
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Anlisis de Agua
CO2 disuelto H2S disuelto
Fierro Otros Bicarbonatos
CalcioBario Estroncio Sodio
CarbonatosSulfatos Cloruros Orgnicos disueltos.
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MuestreoClaver Guerra Carvallo
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Muestreo por Gas
El muestreo de gas esta basado en la norma ISO 10715.
Equipos. Botella de acero inoxidable.Procedimiento.
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Muestreo de Petrleo
Equipos. Tcnicas
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Muestra de Crudo
Es muy importante disponer de una muestra representativa.La mayora de los estudios es realizado con petrleo muerto.
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Manipuleo de la muestra de crudo
Asegurarse que la muestre este libre de fluidos de perforacin y de terminacin.El tamao de la muestra es variable dependiendo de los anlisis que se deseen efectuar. La muestra debe obtenerse y almacenarse bajo condiciones representativas. Debe evitarse la perdida de fracciones livianas.
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Anlisis de muestras de crudo
Cromatografa Liquida.
Punto de Fluidez.Punto de Opacidad/ Temperatura de aparicin de la cera. Calormetro de exploracin diferencial. Microscopia ligera polarizada Reologa
Muestreo de Agua
Equipos Tcnicas
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Muestreo de agua y slidos para anlisis bioqumicas.
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Muestreo para Anlisis de Oxigeno
Tomar la muestra de agua de la lnea bajo condiciones de flujo.
Conectar una manguera plstica a la vlvula instalada en el punto de muestreo. Dejar circular para eliminar el oxigeno de la manguera.Reducir el flujo de tal manera que no cause turbulencia en el deposito de muestreo A.
A
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Tcnicas de Muestreo Bacteria Planctnica
Seleccionar un lugar representativo.Evitar muestras estancadas.
La muestra debe estar libre de contaminacin.Utilizar un contenedor limpio y estril.
Etiquetar apropiadamente (lugar, fecha , etc.).
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Determinacin de Bacterias Sulfato Reductoras
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Tcnica de Muestreo Bacteria Sesil
Depsitos .- Productos de corrosin, incrustaciones, slidos removidos por chancheo.Cupones.
Bio Probetas.
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Bioprobeta
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