Este documento presenta cálculos básicos y factores de conversión para unidades de medida comúnmente usadas en la industria petrolera. Explica conceptos como unidades fundamentales del Sistema Internacional, factores de conversión de volumen, temperatura, presión, densidad y gravedad API. También cubre áreas, volúmenes, concentración de soluciones y preparación de soluciones patrón para pruebas de botellas, jarras y demandas.

1. CÁLCULOS BÁSICOS
PARA TRATAMIENTO
DE FLUIDOS EN LA
INDUSTRIA DEL
PETRÓLEO
JESÚS ARMANDO PIRATEQUE LAYTON
RICHARD MONTEIRO GOMES E SOUZA
BU Oil & Mining Services

2. INTRODUCCIÓN
Por muchos siglos las unidades de medidas fueron inexactas. Esto trajo muchos
problemas de comunicación ya que los científicos no podían reportar datos de sus
investigaciones que pudieran reproducirse.
Para el año de 1975, científicos franceses adoptaron un sistema de unidades
estándares denominado sistema métrico. En 1960, se actualizó el sistema métrico y
lo llamaron Sistema Internacional de Unidades, SI.

3. UNIDADES FUNDAMENTALES

4. FACTORES DE CONVERSIÓN DE VOLUMEN

5. FACTORES DE CONVERSIÓN
DE TEMPERATURA
La Temperatura es una propiedad de la materia que está relacionada con la
sensación de calor o frío que se siente en contacto con ella. Cuando tocamos un
cuerpo que está a menos temperatura que el nuestro sentimos una sensación de
frío, y al revés de calor. Sin embargo, aunque tengan una estrecha relación, no
debemos confundir la temperatura con el calor.
Actualmente se utilizan tres escalas para medir al temperatura, estas son:
 Celsius
 Fahrenheit
 Kelvin o absoluta

6. En esta escala se toma como referencia el punto de fusión del hielo que es 0°
C y el punto de ebullición del agua 100 ° C, y se divide en 100 partes iguales,
cada una de un grado Celsius.
La escala Celsius se utiliza tanto en la vida cotidiana, como en la ciencia y en
la industria, en casi todo el mundo; el nombre se debe al físico Andrés Celsius
que la propuso en 1742.

7. En esta escala, aun utilizada en la vida cotidiana en los Estados Unidos, la
temperatura de congelación del agua es de 32 °F, y la de ebullición es de 212 °F.
Hay 180 grados entre la congelación y la ebullición en lugar de 100 como en la
escala Celsius.
Para determinar la escala, Daniel Gabriel Fahrenheit, en 1724 utilizó dos puntos.
Uno fue el punto de fusión de una mezcla de sal de amonio o agua salada, hielo
y agua, y el otro fue la temperatura del cuerpo humano. Al primer punto le
atribuyó 0 °F y al segundo 100 °F.

8. Llamada así en honor a su creador, el físico inglés Wiliam Kelvin, las unidas
tienen el mismo tamaño que las de la escala Celsius, pero el cero se desplaza de
manera que 0 K = -237,15 °C y 273,15 K = 0 °C.
En esta escala el cero corresponde a lo que tal vez sea la menor temperatura
posible, llamada cero absoluto: en esta temperatura, la energía cinética de las
moléculas es cero.
Se usa en ciencia, especialmente en trabajos de física o química; también en
iluminación de video y cine como referencia de la temperatura de color.

9. La presión (símbolo p) es una magnitud física escalar que mide como la
proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie,
y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante
sobre una superficie.
FACTORES DE CONVERSIÓN
DE PRESIÓN

10. PRESIÓN EN LOS LÍQUIDOS
Los líquidos ejercen fuerzas perpendiculares
a las paredes que los contienen, y sobre el
fondo
A diferencia de
los líquidos
Los sólidos ejercen fuerzas perpendiculares
sobre la superficie de cualquier objeto que
esté sumergido

11. PRESIÓN HIDROSTÁTICA
La presión hidrostática es la fuerza por unidad de área que ejerce un líquido en
reposo sobre las paredes del recipiente que lo contiene y sobre cualquier
cuerpo que se encuentre sumergido, como esta presión se debe al peso del
líquido, esta presión depende de la densidad (p), la gravedad (g) y la
profundidad (h) del el lugar donde medimos la presión.
 Factores de los que depende la Presión Hidrostática
A mayor profundidad
mayor presión
Cuanto más denso un líquido,
más se hunde, por lo que
mayor presión ejerce.
P = ρgh

12. PRESIÓN MANÓMETRICA
Y ABSOLUTA
Se llama presión manométrica a la diferencia entre la presión absoluta o real
y la presión atmosférica. Se aplica tan solo en aquellos casos en los que la
presión es superior a la presión atmosférica, pues cuando esta cantidad es
negativa se llama presión de vacío.
El manómetro es el dispositivo para medir la
presión interna de un recipiente que contiene un
líquido o un gas.
El barómetro es un dispositivo
utilizado para medir la presión
atmosférica.

13. DENSIDAD Y VISCOSIDAD
En física y química, la densidad (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a
la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia.
La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que
ocupa.
ρ =

14. La viscosidad es la capacidad de un fluido para oponer resistencia al cambio de
forma o al movimiento. Entre menos viscoso sea un líquido se dice que es casi
ideal, porque los fluidos ideales son los gases, por lo que no oponen resistencia
a la deformación o al movimiento.
Para medir viscosidad se utiliza un
viscosímetro, y/o la fórmula
matemática de velocidad límite de
la Ley de Stokes.
Donde:

15. GRAVEDAD ESPECÍFICA Y °API
La gravedad específica o densidad relativa es una comparación de la densidad de
una sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. Ambas
densidades se expresan en las mismas unidades y en iguales condiciones de
temperatura y presión. La densidad relativa es adimensional (sin unidades), ya que
queda definida como el cociente de dos densidades.
A veces se la llama densidad específica (del inglés specific density) especialmente
en los países con fuerte influencia anglosajona. Tal denominación es incorrecta, por
cuanto que en ciencia el término “específico" significa por unidad de masa.
 Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua
líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la
densidad absoluta del agua es de 1000 kg/m3
 Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1
atm y la temperatura de 0 °C.

16. La gravedad API, o grados API, de sus siglas en inglés American Petroleum
Institute, es una medida de densidad que, en comparación con el agua, precisa
cuán pesado o liviano es el petróleo. Si son superiores a 10, es más liviano que el
agua, y por lo tanto flotaría en ésta. La gravedad API se usa también para
comparar densidades de fracciones extraídas del petróleo.
Por ejemplo, si una fracción de este aceite flota en otra, denota que es más
liviana, y por lo tanto su grado API es mayor. Matemáticamente la gravedad API
carece de unidades (véase la fórmula abajo). Sin embargo, siempre al número se
le aplica la denominación grados API. La gravedad API se mide con un
instrumento denominado densímetro. Existe gran variedad de estos dispositivos.
La gravedad API está dada como:

17. EJEMPLOS DE CONVERSIÓN
DE UNIDADES
Ejemplo 1. Cuántos litros son 20 galones?
Como se quiere pasar de galones a litros, se ha de hallar el número de litros por galón
dividiendo ambos miembros de la ecuación anterior por 0,264 galones.
Una dificultad corriente al convertir unidades consiste en saber si se divide o se
multiplica por el factor de conversión. Para saber como se ha de proceder, se escribe
en primer lugar la relación entre una unidad y la otra.
Teniendo en cuenta lo anterior se procede de la siguiente manera:
O bien

18. Ejemplo 2. En un campo de producción la entrada es de 47000 barriles de
agua por día, a cuánto equivale en galones por hora?

22. Entonces

23. ÁREAS Y VOLUMENES DE FIGURAS GEOMÉTRICAS

24. EJEMPLOS DE VOLUMENES Y ÁREAS
Calcular la cantidad de hojalata que se necesitará para recubrir 10 veces un tanque
de 10 m de diámetro y 20 m de altura
20 m
10 m
8 m
6 m
1,5 m

25. FORMAS DE EXPRESAR
LA CONCENTRACIÓN
Comúnmente se dice que una solución esta diluida, cuando tiene poco soluto con respecto
al solvente; concentrada, cuando una cantidad considerable de soluto se ha disuelto y
saturada cuando el solvente ya no tiene capacidad de disolver o se ha disuelto todo el
soluto posible. Estas son formas comunes (prácticas y caseras) de relacionar al soluto y al
solvente, pero obviamente son inexactas, por ello se crearon otras formas (exactas) de
expresar la concentración, por ejemplo:
a. Porcentaje (%p/v; %v/v)
b. Partes por millón (ppm)
c. Formalidad
d. Molaridad
e. Normalidad
Todas estas formas expresan la cantidad de soluto con respecto a la cantidad de solvente
(la concentración) y su única diferencia es que en unas se dice la cantidad en masa (peso)
del soluto y en otras se involucra el PM del soluto. Estas formas son interconvertibles es
decir se puede expresar su concentración en % y convertir a su concentración Normal
equivalente.

26. Es importante conocer con exactitud la concentración de una solución, porque la mayoría
de las operaciones químicas son cuantitativas (se requiere conocer cuánto) e igualmente
importante es entender como se realizan los cálculos y como se preparan en el laboratorio.
Las formas anteriormente mencionadas no son todas, existen por ejemplo la molalidad y la
fracción mol (que son menos frecuentes), pero no menos importantes .
FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN
a. Porciento (%p/v; %v/v)
La nomenclatura p/v y v/v , significa si la solución es peso-volumen o volumen-volumen
(sólido disuelto en líquido o líquido disuelto en líquido), generalmente son p/v , por
ejemplo una solución de NaOH.
El porcentaje (%) es una fracción relativa de algún valor multiplicada por 100.

27. Ejemplo: ¿Cuál es la concentración en % cuando se añaden 130g de NaOH y se completa
con agua (o se afora) hasta alcanzar un volumen de solución de 1 litro?.
% p/v = 13 % , se dice que es una "solución de NaOH al 13 %".
Ejemplo: Se disolvieron 10 ml de alcohol y se aforó con agua para completar 100 ml de
solución. ¿ Cuál es su concentración en % ?
% v/v = 10% , se dice que es una "solución de alcohol al 10 %"

28. b. Partes por millón (ppm)
Partes por millón significa que hay una millonésima parte del soluto con respecto a la
solución (si se toma como equivalente g = ml) , es decir 1 mg de soluto por un litro (mg/l) o
un gramo por 1000 litros de solución (g/m3) , etc. La concentración ppm se utiliza para
relacionar el soluto con respecto a la solución, y al igual que en % , no se requiere del PM de
la substancia.
Ejemplo: ¿ Cuál es la concentración en ppm de Mn disuelto en agua de pozo no tratada, si se
tienen 0.018 g de Mn, disueltos en 500 ml de solución?
ppm = 0.9 , se dice que es una "solución al 0.9 ppm de manganeso".

29. PREPARACIÓN DE SOLUCIONES PARA PRUEBA DE BOTELLAS,
JARRAS Y DEMANDAS
Las soluciones patrón más usadas para dosificación en pruebas de
botellas, jarras y/o demandas suelen prepararse al 1%, esto gracias a
que existe mayor interacción soluto – solvente, siendo el soluto el
producto a utilizar y el solvente el agua; por solución al 1% se puede
interpretar como tener en una bolsa con 100 canicas 99 canicas negras
(solvente) y 1 canica blanca (soluto), lo que permite que dicha canica
pueda interactuar mejor con el resto del solvente aumentando su
solubilidad, poder de disociación y eficiencia al momento de
dosificación.
Ejemplo 9. Qué volumen de Rompedor Inverso se necesita para
preparar una solución al 1% en 100 ml de solución para demanda en
el sistema.
De la ecuación anterior se despeja volumen de soluto

30. La micropipeta es un instrumento de laboratorio
empleado para succionar y transferir pequeños
volúmenes de líquidos y permitir su manejo en las
distintas técnicas analíticas.
MEDICIÓN DE VOLUMENES PARA PRUEBAS DE BOTELLAS
JARRAS Y DEMANDAS
Tipos de micropipetas
Los tres tipos más habituales son: P1000, P200, y P20.
 P1000 es útil para volúmenes de 200 hasta 1000 μL
 P200 es útil para volúmenes de 20 hasta 200 μL
 P20 es útil para volúmenes de 0.5 hasta 20 μL

31. Existen micropipetas manuales, en las que el
volumen a aspirar se fija girando un botón en su
parte superior que está conectado a un sistema
análogico de confirmación de volumen, y
automáticas, en las cuales dicho sistema es digital.
Hay micropipetas simples, que sólo acogen una
punta cada vez, y multicanales, que permiten
incorporar múltiples puntas (por ejemplo, ocho),
absorbiendo el mismo volumen en todas ellas.
Tips para el uso de micropipetas
• No Trate de colocar la micropipeta para volúmenes mayores que el máximo, o
para volúmenes menores del cero, esto descalibrará y dañará la micropipeta.
• Toda micropipeta utiliza puntas desechables (no utilice la pipeta sin usar la punta
apropiada, hacer esto contaminará la micropipeta y la puede dañar).
• No utilizar la micropipeta con líquidos que atacan el polipropileno.
• No utilizar líquidos que estén emitiendo vapores.
• La temperatura de los líquidos debe estar entre 15 y 40 º C.
• Al poner la punta, asegúrese que la punta sea del tipo correcto y que esta
correctamente ajustada.
• Generalmente para P1000 las puntas son azules, para P200 son amarillas y para
P20 pueden ser amarillas o blancas.

32. PRUEBA DE BOTELLAS Y DOSIFICACIÓN DE PRODUCTO
EN LAS MISMAS
La selección de agentes desemulsificantes está basada en pruebas empíricas de
laboratorio conocidas como Pruebas de botella, las cuales se han estandarizado
como técnica de selección de estos productos en los laboratorios de la industria
petrolera, (el procedimiento específico es descrito en el método API MPMS 10.4
1988).
Las pruebas de botella ayudan a determinar cual química puede ser más efectiva
para romper la emulsión de campo. Los resultados de esta prueba indican la menor
cantidad de química necesaria para separar la mayor cantidad de agua de la
emulsión W/O.

33. PROCEDIMIENTO PARA LA APLICACIÓN DE PRUEBAS DE BOTELLA
Preparar una serie de
botellas graduadas
Agregar 100 ml de la
emulsión agua en crudo
fresca o preparada en
laboratorio
Observar la calidad de la
interfase, el agua
separada y las paredes de
la botella
Colocar las botellas en un
baño termostático simulando
la temperatura del sistema
Con la data obtenida
construir una gráfica del
% agua separada en
función del tiempo.
Leer el volumen de agua
coalescida cada 30 min
Dosificar diferentes
concentraciones de
producto deshidratante a
cada botella
Gráfica de estabilidad,
que permita conocer el
tiempo necesario para
separar ½ ó 2/3 del
volumen de fase acuosa
Dejar una botella sin
dosificar química como
patrón de medida
Homogenizar la
mezcla en un agitador
mecánico

34. Preparar una serie de
botellas graduadas
Agregar 100 ml de la
emulsión aceite en agua
fresca o preparada en
laboratorio
Medir turbidez de las
muestras, incluyendo
el blanco
Con la data obtenida construir
una gráfica y/o tabla de
turbidez en función de las ppm
dosificadas.
Observar la botella con
mejor arrastre de aceite
hacia la interface
Dosificar diferentes
concentraciones de
producto clarificador a cada
botella
Dejar una botella sin
dosificar química como
patrón de medida
Homogenizar la
mezcla en un agitador
mecánico o
manualmente
PROCEDIMIENTO PARA LA APLICACIÓN DE DEMANDAS
Verter las muestras a
vasos plásticos

35. CÁLCULOS PARA DOSIFICACIÓN EN BOTELLAS
Para calcular el volumen adecuado a dosificar en cada botella según las ppm
deseadas, se parte de la siguiente ecuación
Donde :
V1: volumen de la solución inicial necesitada para hacer la nueva solución
C1: concentración de la solución inicial
V2: Volumen final de la nueva solución
C2: Concentración final de la nueva solución

36. Ejemplo 10. Realizar demanda de Rompedor Inverso al fluido de entrada del FWKO B a 1.6;
1.8; 1.9; 2.0 y 2.2 ppm
Para iniciar la prueba de la demanda se decide preparar una solución de Rompedor Inverso
al 1% como se mostró anteriormente. Ya tomada la muestra y servidas en botellas
graduadas de 100 mL, se procede a calcular el volumen de producto requerido para cada
concentración deseada.
Calculando el volumen requerido para 1.6 ppm de la ecuación sabemos lo
siguiente:
V2 = 100 ml
C2 = 1,6 ppm
V1 = volumen requerido
C1 = 1% = 10000 ppm

37. DOSIFICACÍON EN CAMPO EN ppm
Se parte de la relación de galones de producto (gpd) y
barriles de fluido por día (BFPD)
Donde 23810 es una constante que se obtiene de
relacionar la cantidad de barriles en un millón de galones.
Fluido: Fluido tratado (Water/Oil)

38. Ejemplo 11. En la facilidad de CPF1 se realizó un direccionamiento de agua de
producción hacia el paquete de aguas 3 y 4, debido a la puesta en marcha un
nuevo Skim Tank, por múltiples variaciones del fluido se requiere cambiar las
dosificación de Rompedor Inverso en la línea de 24”, sabiendo que esta
transporta 540000 bbl y se ha tratado con 0.8 ppm al haber evaluado el
producto.
Se parte de la fórmula y se despeja la variable gpd que es la pedida,

39. TIEMPOS DE RESIDENCIA
El tiempo de residencia de un equipo (tanque, tratador, entre otros) en un
fluido, es una distribución de probabilidad que describe la cantidad de tiempo
que un elemento diferencial de un fluido puede pasar dentro de ese equipo.
El tiempo de residencia viene dado por la siguiente ecuación:

40. Ejemplo 12. Calcular el tiempo de residencia del crudo y agua en el Surge Tank
226 que tiene una capacidad de 24000 bbl, una interface del 55% y un caudal
de agua y crudo de 86961 y 9726 bpd respectivamente.
De la capacidad del tanque y el porcentaje de interface se calcula cuanto que
volumen de crudo y agua hay en el equipo.
o de igual manera:

41. Teniendo los volúmenes de agua y crudo se procede a calcular el
tiempo de residencia

42. TIEMPO DE RESIDENCIA EQUIPOS DE
TRATAMIENTO TÉRMICO
Los tiempos de retención de los líquidos en el recipiente dependerá de la capacidad
del tratador. El tiempo de retención se determinará según las ecuaciones mostradas
a continuación, las cuales son recomendadas por la norma API SPEC 12 – L.
El tiempo de residencia del crudo en el tratador juega un papel importante en la
separación, este tiempo está relacionado con la zona separación o sección de
coalescencia, y está comprendido entre 30 y 100 minutos de acuerdo a
recomendación de la norma API SPEC 12 – L.
El tiempo de residencia del agua en la zona de extracción del agua libre está
comprendido en un rango de 15 a 30 minutos de acuerdo a la recomendación de la
norma API SPEC 12 – L.

43. TIEMPO DE RESIDENCIA
TRATADORES ELECTROSTÁTICOS

44. Ejemplo 13. Calcular el tiempo de residencia del tratador electrostático ET 101-
C que trata 27000 BFPD con un BSW de 1,6% , con una interface del 32% y tiene
una capacidad de 800 bbl del área de manifold 100 K.

45. TIEMPO DE RESIDENCIA TRATADORES
TERMO – ELECTROSTÁTICOS Y TRATADORES TÉRMICOS

46. Ejemplo 14. Calcular el tiempo de residencia del tratador termo electrostático
EHT 530 que trata 5000 BFPD con un BSW de 1,8% , con una interface del 30% y
tiene una capacidad de 620 bbl.

47. MEDICIÓN DE INYECCIÓN DE QUÍMICA EN CAMPO

48. APLICACIÓN
Los calibradores de ajuste para las bombas utilizan vidrio de precisión científica para
proporcionar la lectura más exacta posible para calibrar la velocidad de flujo de una
bomba de dosificación de productos químicos. También se utiliza para controlar
periódicamente el rendimiento y la precisión de un sistema de inyección de química.

49. PRUEBA DE UN MINUTO
Para comprobar de velocidad de bombeo de una bomba de productos químicos, aislar el
producto químico en el tanque de la medida precisa. La calcomanía en el vidrio de nivel
cuenta con (2) escalas individuales calibradas. La escala en la parte izquierda es una escala de
volumen en mililitros; en una prueba de un minuto, la escala leerá la velocidad de la bomba
en mililitros. La escala de la derecha va a depender del tipo de flujo se requiere, es decir,
galones US por día (USG). Galones por hora (GPH), litros por día (LPD) o litros por hora (LPH).
Mantenga cerrada la válvula de aislamiento y observe el número de marcas que el nivel del
líquido pasa en un minuto. Esto le dará la velocidad actual de la bomba química. Si la tasa no
es la deseada, haga un ajuste a la tasa de dosificación de la bomba y realizar hasta un minuto
pruebas como sea necesario para establecer la velocidad de bomba de productos químicos a
la tasa deseada.