EL PETROLEO

1.- MATERIAL DEL MINEDUC
CON RELACION AL PETROLEO

El petróleo es un recurso energético de enorme importancia. La mayor parte de los artículos tecnológicos que usamos han sido fabricados a partir de algún producto obtenido del petróleo. De hecho, no son solamente los tecnológicos, pues si analizamos los objetos que nos rodean, nos daremos cuenta de que muchos de ellos han sido producidos a partir del petróleo. Este es el caso, por ejemplo, de la suela de los zapatos, la escobilla de dientes, los envases de productos domésticos como el champú, los limpiavidrios, el lavalozas, las fibras sintéticas de nuestra ropa, el piso plástico sintético sobre el cual caminamos, el bolígrafo con que escribimos o el teléfono.

¿Para qué sirve el petróleo?

El petróleo se utiliza, por su propiedad de combustible, principalmente como fuente de energía, pero además da origen a la Petroquímica, que es la industria donde sus componentes se utilizan en la síntesis de distintas sustancias químicas que son utilizadas en la confección de artículos de uso variado.

Te preguntarás cómo es que todavía se quema un recurso tan valioso que ha llevado millones de años en formarse y que, para todos los fines prácticos, se trata de un recurso no renovable. Este es un asunto complejo, ya que además del uso industrial que se le da para la producción de diversos artículos, la industria también utiliza procesos que involucran la generación de energía, como transportar materias primas y distribuir productos. La pregunta puede ser, más bien, en qué medida cada uno de nosotros está dispuesto a renunciar o reducir el uso de los artículos tecnológicos que parecen imprescindibles, como el automóvil o la televisión. Pero también se plantea el problema de cómo reducir el uso del petróleo como recurso para la generación de electricidad o calefacción durante el invierno.

Los problemas que se derivan del agotamiento de las reservas de petróleo se han situado en el centro de muchos debates. Esto porque el petróleo comenzará a faltar y deberemos enfrentarnos tanto a su escasez como al elevado costo de muchos artículos derivados de la industria petroquímica, así como a la dificultad de transportar insumos básicos a los habitantes de las grandes ciudades.

Ejercicio conexión con la sociedad:

Escribe una historia que se relacione con el agotamiento del petróleo, imaginando que este se ha terminado. ¿Cómo describirías, en ese contexto, un día de tu vida? Puedes pedirle a tu profesor(a) de Lenguaje y Comunicación que revise tu trabajo.

¿Qué sabes acerca de la composición del petróleo y la destilación?

El petróleo contiene una enorme variedad de hidrocarburos, que son compuestos formados por carbono e hidrógeno y que pueden ser separados, a través de una destilación fraccionada, según su punto de ebullición. El hidrocarburo más simple y de menor punto de ebullición es el metano (CH₄), constituyente principal del gas natural.

Los combustibles más importantes que se obtienen del petróleo son el gas natural, el gas licuado, las gasolinas, el gasóleo (o petróleo diesel) y el queroseno, mal llamado “parafina”. Los residuos resultantes del proceso de fraccionamiento son sustancias bituminosas como el alquitrán y los asfaltos, que se utilizan en grandes cantidades en la construcción de caminos, aeropuertos, etc.

La destilación fraccionada se realiza en torres de fraccionamiento que disponen de salidas a diferentes alturas. En las partes más bajas de la torre se sacan las fracciones menos volátiles y, a medida que la altura aumenta, se recogen las fracciones de menor punto de ebullición, gasolinas y gas.

La calidad de una gasolina se especifica por el denominado “índice de octano”, que corresponde al porcentaje del comúnmente mal llamado isooctano (ya que es el 2,2,4-trimetilpentano) en una mezcla isooctano/heptano, la que en un motor de prueba tiene un comportamiento dependiente de la proporción en que se encuentren ambos hidrocarburos, con lo que se generan gasolinas de diferentes octanajes. El isooctano tiene la propiedad de no producir una explosión espontánea cuando es comprimido con aire en el interior del cilindro. La autoignición es indeseable, ya que, en el motor de combustión, la explosión se produce por acción de la chispa generada en la bujía. De otro modo, el motor tiene menor rendimiento y un mayor desgaste. Por otra parte, el heptano es un mal combustible y explota espontáneamente al ser comprimido con aire.

En el motor Diesel, en cambio, la ignición debe ocurrir por la simple compresión de la mezcla del combustible con el aire. En este caso, un componente como el octano actúa desfavorablemente. El índice de cetano, en tanto, da cuenta de la calidad del combustible diesel. El hexadecano normal o n-hexadecano, un hidrocarburo lineal de 16 átomos de carbono, tiene un breve retardo de la ignición y se le asigna un índice cetano de 100; el heptametilnonano, un hidrocarburo del mismo número de átomos de carbono, pero muy ramificado, presenta un considerable retardo en la ignición y se le ha asignado un índice cetano de 15. El índice de cetano es, en consecuencia, una medida de la calidad de la ignición del diesel y es equivalente al porcentaje por volumen del cetano en la mezcla con heptametilnonano, la que se compara con la calidad de ignición del combustible prueba.

¿Cuál es la constitución de los hidrocarburos?

Los hidrocarburos son compuestos que están constituidos por carbono e hidrógeno, donde los enlaces carbono-hidrógeno son covalentes. Dependiendo de si todos los enlaces son simples o si existe entre carbono y carbono un doble o un triple enlace, se forman los Alcanos, Alquenos y Alquinos.

En los alcanos, la fórmula general que determina el número de átomos de hidrógeno en relación al número de átomos de carbono es C_nH_2n+2. Todos estos compuestos tienen como terminación “ano” y para indicar el número de átomos de carbono se usan prefijos como met (1), et (2), prop (3), but (4), pent (5), y luego se continúa con los prefijos griegos.

Algunos alcanos importantes son:

Metano, de fórmula condensada CH₄, es un combustible y el principal componente del gas natural.

Propano (C₃H₈) y butano (C₄H₁₀), dos gases combustibles y componentes fundamentales del llamado “gas licuado”.

Ejercicio de conexión con la sociedad:

Investiga sobre el poder calorífico del metano en comparación con el propano y butano. ¿Cuál es considerado un mejor combustible? ¿Por qué muchas personas que se cambiaron de “gas licuado” a “gas natural” tuvieron que adecuar sus artefactos? ¿Qué ventajas y desventajas tiene el “gas natural” por sobre el “gas licuado”?

Los alquenos poseen un doble enlace entre carbono y carbono, su fórmula condensada es C_nH_2n. Uno de los alquenos más importantes es el eteno o etileno, de fórmula C₂H₄. Se trata de una sustancia gaseosa a temperatura ambiente y que constituye la materia prima para la producción de polímeros como el polietileno. Otros alquenos dan origen a otros polímeros.

Conexión con la naturaleza:

Investiga y responde: ¿Qué son las feromonas? ¿Son alcanos, alquenos o alquinos? ¿Qué función cumplen?

Los alquinos tienen como fórmula general C_nH_{2n - 2} y poseen un triple enlace entre dos átomos de carbono. El acetileno o etino es el alquino más simple y a la vez un combustible muy importante.

2.- PETRÓLEO NATURAL.

Constituido principalmente por hidrocarburos parafínicos, nafténicos y aromáticos, además de azufre, es el resultado de un largo proceso de degradación bacteriana de organismos acuáticos animales producida en el fondo de los océanos durante millones de años.
El petróleo queda depositado en la llamada “roca madre”, desde donde migra a través de areniscas, calizas y otras rocas porosas (“rocas almacén”) hasta alcanzar una anomalía geológica (anticlinal o falla), donde una capa impermeable de marga o de arcilla forma una “trampa” que lo mantiene retenido. Se encuentra casi siempre situado entre una capa inferior de agua salada (más densa que el petróleo) y una capa superior de hidrocarburos gaseosos, aunque también puede ascender y salir libre a la superficie.
¿Que es?
Líquido natural, oleaginoso, más ligero que el agua, de color variable, que puede ir del negro y pasando por el pardo y el amarillo, a ser casi incoloro .Tiene un olor fuete y característico.
¿Donde se encuentra?
Se encuentra nativo en la Tierra y a veces aflora espontáneamente a la superficie. No es una especie mineral bien definida, sino una mezcla líquida de hidrocarburos líquidos, sólidos y gaseosos.
Otros nombres:
Se llama también aceite mineral o simplemente mineral.
Primera aparición:
Su existencia fue conocida desde muy antiguo. Los egipcios lo utilizaron para sus embalsamamientos y para usos medicinales; y en Babilonia se empleó para unir los mosaicos y piedras en las construcciones. También fue empleado para calafatear buques y como material de construcción en Mesopotamia.
Origen y teorías:
Respecto al origen y formación de los yacimientos petrolíferos, se han emitido numerosas opiniones e hipótesis, que se pueden concretar en las tres siguientes: química, volcánica y orgánica. Se ha demostrado la exactitud de la teoría orgánica, según la cual, el petróleo se forma de substancias de origen animal.
Materia prima:
Como materia prima está principalmente el Plancton del agua salada, que se deposita en lugares exentos de oxigeno y experimenta una descomposición lenta.
Composición química:
La composición química del petróleo oscila entre amplios límites y, en cada caso, está en función de la diferente época de formación, . El componente principal de todos los petróleos son los hidrocarburos;
Se encuentran además, en la mayoría de los petróleos, cantidades más o menos grandes de hidrocarburos no saturados, que se forman artificialmente en mayor cantidad en el cracking producido en los petróleos de origen índico.
Al lado de los hidrocarburos se encuentran también en los petróleos diferentes componentes oxigenados, entre ellos ácidos nafténicos, y otros ácidos orgánicos, fenoles, aldehídos y substancias asfálticas; Todos los petróleos, además, contienen nitrógeno.
La obtención del petróleo bruto comprende dos operaciones principales: la prospección o búsqueda del yacimiento, no sólo en tierra, sino también bajo las aguas marinas, y su explotación que según el lugar de yacimiento, puede ser off shore , explotación en el agua, y on shore , explotación en tierra.

Maneras de encontrarlo:
El método más importante para encontrar el yacimiento es el eléctrico, basado en que, creada una diferencia de potencial entre dos puntos del suelo y trazadas por medio de un potenciómetro las líneas equipotenciales, se deduce por diferencia de conductibilidad la existencia de capas petrolíferas, pues estas son aisladoras. Hay otros procedimientos, como el gravimétrico , fundado en la diferencia de densidad de las capas; el magnético y el sísmico.
Yacimientos:
Para que se forme un yacimiento petrolífero es preciso que el petróleo sea expulsado por presiones de las rocas petrolígenas, que son en las que se forman, y se acumule en grandes cantidades en rocas más permeables, que se llaman petrolíferas ; por consiguiente, el petróleo no se encuentra donde se formó, sino que es expulsado como de una esponja, a zonas de menor presión. Si en esta emigración, el petróleo no queda encerrado en alguna estructura especial, llega a la superficie terrestre y se pierde por evaporación y oxidación.
Las estructuras en las que se encuentra el petróleo recibe el nombre de “cierres o trampas”, y además de su estructura especial , tienen que estar recubiertas de rocas impermeables. Se encuentran de preferencia en las formaciones sedimentarias afectadas por una tectónica suave. Las “trampas” más características están constituidas por pliegues anticlinales y cupuliformes, diapidos, fracturas de compresión y discordancias.
En todas estas estructuras, los gases se acumulan en las zonas más elevadas, seguidamente se localiza el petróleo, y en las zonas más bajas las aguas saladas que generalmente acompañan a los hidrocarburos.
Estos fenómenos se han sucedido en todas las eras geológicas, pues se encuentran yacimientos en terrenos correspondientes a las diferentes edades y diversas partes del mundo.

Como extraerlo:
En cuanto a la explotación se verifica por medio de orificios practicados en el suelo hasta alcanzar la capa petrolífera; cuando el pozo alcanza ésta se puede presentar dos casos: que el petróleo se encuentre a presión suficiente y salga espontáneamente hasta la superficie, o que esta presión sea insuficiente y el líquido no pueda aflorar en el primer casos no hay necesidad de aparatos especiales; en el segundo se necesitan bombas y máquinas adecuadas para extraerlo.
Los pozos modernos se perforan recurriendo a métodos mecánicos
Todos son diferentes:
Los petróleos brutos deshidratados tienen una constitución química muy variable según su procedencia, pero se puede considerar a todos compuestos por hidrocarburos, parafínicos, nafténicos y bencénicos, y algunas impurezas como azufre, oxígeno y nitrógeno.
Subproductos:
Cada una de estas porciones se separa por destilación fraccionada para aislar los productos comerciales, obteniéndose así la gasolina, entre los 60 º y los 215º ; la nafta, entre los 150º y los 270º ; el gasóleo entre los 270º y 300º, y el fuelóleo, por encima de los 300º.
Origen y formación del petróleo
Aunque se conoce de su existencia y utilización desde épocas milenarias, la historia del petróleo como elemento vital y factor estratégico de desarrollo es relativamente reciente, de menos de 200 años.
Factores para su formación:
o Ausencia de aire
o Restos de plantas y animales (sobre todo, plancton marino)
o Gran presión de las capas de tierra
o Altas temperaturas
o Acción de bacterias
Los restos de animales y plantas, cubiertos por arcilla y tierra durante muchos millones de años sometidos por tanto a grandes presiones y altas temperaturas, junto con la acción de bacterias anaerobias (es decir, que viven en ausencia de aire) provocan la formación del petróleo.
El hecho de que su origen sea muy diverso, dependiendo de la combinación de los factores anteriormente citados, provoca que su presencia sea también muy variada. En cualquier caso, el petróleo, de por sí, es un líquido y se encuentra mezclado con gases y con agua.
LOCALIZACIÓN
Al ser un compuesto líquido, su presencia no se localiza habitualmente en el lugar en el que se generó, sino que ha sufrido previamente un movimiento vertical o lateral, filtrándose a través de rocas porosas, a veces una distancia considerable, hasta encontrar una salida al exterior –en cuyo caso parte se evapora y parte se oxida al contactar con el aire, con lo cual el petróleo en sí desaparece o hasta encontrar una roca no porosa que le impide la salida. Entonces se habla de un yacimiento.
Anticlinal: En un repliegue del subsuelo, que almacena el petróleo en el arqueamiento del terreno.
Falla: Cuando el terreno se fractura, los estratos que antes coincidían se separan. Si el estrato que contenía petróleo encuentra entonces una roca no porosa, se forma la bolsa o yacimiento.
En las últimas décadas se ha desarrollado enormemente la búsqueda de yacimientos bajo el mar, los cuales, si bien tienen similares características que los terrestres en cuanto a estructura de las bolsas, presentan muchas mayores dificultades a la hora de su localización y, su explotación.
Exploración
Para descubrir los lugares donde existen yacimientos de petróleo no existe un método científico exacto, sino que es preciso realizar multitud de tareas previas de estudio del terreno. Los métodos empleados, dependiendo del tipo de terreno, serán geológicos o geofísicos.
MÉTODOS GEOLÓGICOS
El primer objetivo es encontrar una roca que se haya formado en un medio propicio para la existencia del petróleo, es decir, suficientemente porosa y con la estructura geológica de estratos adecuada para que puedan existir bolsas de petróleo.
Hay que buscar, luego, una cuenca sedimentaria que pueda poseer materia orgánica enterrada hace más de diez millones de años.
Tras nuevos estudios "sobre el terreno" que determinan si hay rocas petrolíferas alcanzables mediante prospección, la profundidad a la que habría que perforar, etc., se puede llegar ya a la conclusión de si merece la pena o no realizar un pozo-testigo o pozo de exploración. De hecho, únicamente en uno de cada diez pozos exploratorios se llega a descubrir petróleo y sólo dos de cada cien dan resultados que permiten su explotación de forma rentable.
MÉTODOS GEOFÍSICOS
Cuando el terreno no presenta una estructura igual en su superficie que en el subsuelo (por ejemplo, en desiertos, en selvas o en zonas pantanosas), los métodos geológicos de estudio de la superficie no resultan útiles, por lo cual hay que emplear la Geofísica, ciencia que estudia las características del subsuelo sin tener en cuenta las de la superficie.
Aparatos como el gravímetro permiten estudiar las rocas que hay en el subsuelo. Este aparato mide las diferencias de la fuerza de la gravedad en las diferentes zonas de suelo, lo que permite determinar qué tipo de roca existe en el subsuelo.
También se emplea el magnetómetro, aparato que detecta la disposición interna de los estratos y de los tipos de roca gracias al estudio de los campos magnéticos que se crean.
Igualmente se utilizan técnicas de prospección sísmica, que estudian las ondas de sonido, su reflexión y su refracción, datos éstos que permiten determinar la composición de las rocas
del subsuelo. Así, mediante una explosión, se crea artificialmente una onda sísmica que atraviesa diversos terrenos, que es refractada (desviada) por algunos tipos de roca y que es reflejada (devuelta) por otros y todo ello a diversas velocidades.
Estas ondas son medidas en la superficie por sismógrafos.
Pero, con todo, la presencia de petróleo no está demostrada hasta que no se procede a la perforación de un pozo.