Modelação de Derrames de Crudo

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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL 
PROYECTO DE GRADO INGENIERÍA AMBIENTAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN 
CUERPOS DE AGUA 
 
 
 
 
 
Bogotá, Colombia. Enero de 2013 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL 
PROYECTO DE GRADO INGENIERÍA AMBIENTAL 
 
 
 
 
 
 
PROYECTO DE GRADO 
Para optar por el título de Ingeniero Ambiental 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN 
CUERPOS DE AGUA 
 
JAIME ANDRES QUINTERO SALGADO 
INGENIERO AMBIENTAL 
 
MARIO DÍAZ-GRANADOS ORTIZ 
PROFESOR TITULAR UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
ASESOR PROYECTO DE GRADO 
 
 
Bogotá, Colombia. Enero de 2013 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
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RESUMEN 
 
La frecuencia con la que se presentan derrames en cuerpos de agua, ya sea en ríos 
o en el océano son una creciente preocupación. El desarrollo de eventos 
infortunados en los últimos años han dado de que hablar, y cada día las industrias 
petroleras están en el ojo del huracán debido al gran riesgo que representan en 
caso de un accidente o derrame inesperado. Colombia en los últimos años ha 
tenido un auge de extracción de petróleo y es por esto que presenta un riesgo 
debido a su infraestructura con una alta antigüedad y la limitada legislación que 
existe respecto al transporte de residuos peligrosos. 
 
Los derrames de petróleo pueden ocurrir tanto en la extracción, como en el 
transporte o distribución del crudo. Agentes externos como la violencia armada, 
robos o tuberías ilegales han sido fuentes de los derrames de crudo en el país (El 
Tiempo, 2012). 
 
La modelación de los derrames de crudo permite cuantificar de manera 
aproximada el comportamiento del mismo mediante ecuaciones empíricas y/o 
físicamente basadas, obteniendo así datos y gráficas que permiten generar planes 
de contingencia, mitigación, remediación de los sitios que son afectados por un 
derrame de crudo (Guerrero C., 2007). 
 
El presente proyecto de grado presenta un modelo de calidad de agua basado en 
el modelo ADZ-QUASAR al cual le fueron acoplados modelos de derrames de 
crudo que analizan principalmente fenómenos de Emulsificación y Evaporación 
del crudo. Este modelo fue realizado en SIMULINK obteniendo un modelo 
amigable con el usuario, que puede ser el inicio de un modelo más sofisticado 
que tenga en cuenta variables de calidad del agua como DBO, DQO o OD, y a su 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
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vez variables directamente relacionadas con los derrames de crudo en cuerpos de 
agua superficial. 
	
   	
  
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TABLA DE CONTENIDO 
	
  
Pág. 
INTRODUCCIÓN	
   10	
  
FORMULACIÓN	
   12	
  
JUSTIFICACIÓN	
   12	
  
OBJETIVOS	
   13	
  
OBJETIVO GENERAL	
   13	
  
OBJETIVOS ESPECÍFICOS	
   13	
  
ALCANCES	
   13	
  
LIMITACIONES	
   14	
  
MARCO TEÓRICO	
   15	
  
EL PETRÓLEO	
   15	
  
COMPOSICIÓN	
   15	
  
PROCESO DE OBTENCIÓN DEL PETRÓLEO	
   19	
  
CARACTERIZACIÓN DEL CRUDO EXTRAÍDO EN COLOMBIA	
   23	
  
TRANSPORTE DE CRUDO EN COLOMBIA	
   27	
  
CLASIFICACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS DERRAMES DE CRUDO	
   33	
  
PROCESOS NATURALES INVOLUCRADOS EN LOS DERRAMES DE CRUDO	
   38	
  
PROCESOS FÍSICOS	
   40	
  
 Dispersión 40 
 Sedimentación 40 
PROCESOS QUÍMICOS 41 
 Disolución 41 
 Emulsificación 41 
 Evaporación 42 
 Oxidación 43 
 Resurgimiento 43 
PROCESOS BIOLÓGICOS 43 
 Biodegradación	
   43	
  
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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 6 
MODELACIÓN MATEMÁTICA	
   45	
  
MODELOS EXISTENTES	
   45	
  
SIMULACIÓN DE TRAYECTORIAS DE DERRAMES	
   47	
  
PROCESOS DE LIMPIEZA	
   51	
  
ECUACIONES GOBERNANTES PARA CADA PROCESO	
   52	
  
ADVECCIÓN Y DISPERSIÓN 53 
EMULSIFICACIÓN 56 
EVAPORACIÓN	
   56	
  
SIMULACIONES PREVIAS	
   60	
  
MODELO DESARROLLADO	
   65	
  
RESULTADOS OBTENIDOS DE LA SIMULACIÓN	
   74	
  
ANÁLISIS Y CONCLUSIONES	
   78	
  
RECOMENDACIONES	
   81	
  
REFERENCIAS	
   82	
  
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
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TABLA DE ILUSTRACIONES 
 
Pág. 
ILUSTRACIÓN No. 1 : Esquema de composición del petróleo. 18 
ILUSTRACIÓN No. 2 : Producción de petróleo según el tipo de crudo 25 
ILUSTRACIÓN No. 3 : Producción según tipo de crudo y cuenca 
sedimentaria para el primer semestre de 2009. 
26 
ILUSTRACIÓN No. 4 : Ubicación Oleoducto Ocensa. 28 
ILUSTRACIÓN No. 5 : Ubicación Oleoducto Caño Limón-Coveñas. 29 
ILUSTRACIÓN No. 6 : Ubicación Oleoducto de Colombia. 30 
ILUSTRACIÓN No. 7 : Ubicación Oleoducto del Alto Magdalena. 30 
ILUSTRACIÓN No. 8 : Ubicación Oleoducto Central de los Llanos. 31 
ILUSTRACIÓN No. 9 : Mapa de Poliductos de Colombia. 32 
ILUSTRACIÓN No. 10 : Procesos físicos, químicos y biológicos de un 
derrame de crudo. 
39 
ILUSTRACIÓN No. 11 : Parámetros ADZ, retraso advectivo y tiempo de viaje 
ILUSTRACIÓN No. 12 : Contenido de la carpeta del programa. 
54 
65 
ILUSTRACIÓN No. 13 : Archivo calidad.mdl 66 
ILUSTRACIÓN No. 14 : Contenido Condiciones Iniciales. 67 
ILUSTRACIÓN No. 15 : Contenido del Modelo. 68 
ILUSTRACIÓN No. 16 : Contenido de la ventana Advección/Dispersión. 69 
ILUSTRACIÓN No. 17 : Contenido de la ventana Emulsificación. 69 
ILUSTRACIÓN No. 18 : Contenido de la ventana Evaporación. 70 
ILUSTRACIÓN No. 19 : Contenido de la ventana Gráficas. 71 
ILUSTRACIÓN No. 20 : Variables generadas luego de la simulación. 72 
ILUSTRACIÓN No. 21 : Resultados de la Advección/Dispersión del crudo. 74 
ILUSTRACIÓN No. 22 : Resultados de la Emulsificación del crudo. 75 
ILUSTRACIÓN No. 23 : Resultados de la Evaporación del crudo. 
 
75 
 
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ILUSTRACIÓN No. 24 : Cantidad de barriles de crudo remanentes en el agua 
luego de la evaporación. 
ILUSTRACIÓN No. 25 : Cantidad de barriles de agua emulsificados en el 
crudo. 
76 
 
76 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 9 
TABLA DE TABLAS 
Pág. 
TABLA No. 1 : Composición del petróleo. 15 
TABLA No. 2 : Distribución de la producción de petróleo en el país. 24 
TABLA No. 3 : Características de los derrames de hidrocarburos. 35 
TABLA No. 4 : Catálogo de software relacionado con los derrames de crudo. 46 
TABLA No. 5 : Propiedades de los contaminantes 
TABLA No. 6 : Información Hidráulica e Hidrológica 
TABLA No. 7 : Características del Derrame 
TABLA No. 8 : Datos a utilizar en la simulación 
60 
61 
62 
62 
 
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INTRODUCCIÓN 
 
La frecuencia con la que se presentan derrames en cuerpos de agua, ya sea en ríos 
o en el océanoson una creciente preocupación. Eventos como el ocurrido en el 
año 2010 con la explosión y el posterior hundimiento de una plataforma petrolera 
en el Golfo de México representan un alto riesgo para el medio ambiente. Existen 
diferentes fuentes de derrames de crudo, como lo son el transporte tanto terrestre 
como fluvial, la exploración, el almacenamiento, entre otros. A modo de 
ilustración, Venezuela es el sexto país del mundo con mayor producción de 
crudo, a agosto de 2012, y PDVSA alcanzaba la cifra de doce derrames de crudo 
en los cuales se afectaron cinco ríos, dos lagunas y un río (La Verdad, 2012). 
 
Colombia es el vigésimo sexto país en producción de crudo (CIA, 2012). En el 
último año se presentaron 8 emergencias derivadas del transporte de crudo. En 
Barrancabermeja cerca de mil barriles de crudo habrían caído a la ciénaga de 
Juan Esteban (El Tiempo, 2012); en el Magdalena medio, se afectaron 5 cuerpos 
de agua debido a la instalación de una válvula ilegal (Caracol Radio, 2012). En 
Santander, en la quebrada de San Vicente de Chucurí, una válvula en la línea de 
bombeo falló, generando así un derrame que cubría una longitud de 1.8 
kilómetros (El Colombiano, 2012). En Boyacá ocurrió un derrame de crudo sobre 
los ríos Róyota y Arauca debido a la voladura del oleoducto Caño Limón Coveñas 
(El País, 2012). En Nariño, debido a combates entre las fuerzas armadas y la 
guerrilla ocurrió un derrame de crudo en el Río Guisa afectando a la población 
Indígena Awa (Nasaacin, 2012). En Huila, un camión cisterna se quedó sin frenos 
generando un derrame de altas proporciones en el municipio de Gigante. (El 
Tiempo 2, 2012). En este mismo municipio y unos días antes ocurrió un 
accidente de un camión cisterna que transportaba 9.800 galones de crudo 
afectando la quebrada La Cristalina (El Tiempo 3, 2012). 
 
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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 11 
Los ejemplos anteriores tienen como objetivo resaltar la cantidad de derrames de 
crudo que ocurren en Colombia, destacando que nuestro país tiene una 
producción menor a la de países vecinos como Venezuela y el número de 
derrames en el mismo periodo de tiempo es muy cercano. Lo anterior es una 
alerta para el futuro, ya que la producción de crudo en el país ha empezado a 
crecer con el descubrimiento de nuevos yacimientos de petróleo. Hace 10 años se 
perforaban 12 pozos petróleo al año, mientras que para 2012 se aspiraba cerrar 
unos 150 pozos exploratorios incrementando la producción de crudo en casi un 
70% en dicho periodo de tiempo (El País 2, 2012). 
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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 12 
FORMULACIÓN 
Justificación 
Según el Decreto 321 de 1999 (UNAL, s.f.), cada una de las empresas encargadas 
de la extracción y del transporte de crudo están obligadas a adoptar planes de 
contingencia contra derrames de hidrocarburos, sus derivados y sustancias 
nocivas. Aunque es necesaria la presencia de dichos planes para la aprobación de 
licencias ambientales, las herramientas de mitigación en ocasiones no son 
eficientes y la afectación a la comunidad y al medio ambiente no son lo 
suficientemente estudiadas, sobretodo a largo plazo. Las herramientas de 
mitigación son necesarias con el fin de investigar el comportamiento de los 
derrames de crudo, tomando en cuenta no sólo la longitud y magnitud del 
derrame como se realiza actualmente, sino cada una de las matrices implicadas 
en un derrame de crudo, (el aire, el suelo) y los efectos que puede tener dicho 
evento en la biota del lugar con el paso del tiempo. 
 
Aunque en la actualidad existen algunos programas como ROSA que permiten 
realizar una modelación pertinente de los diferentes derrames, su elevado costo y 
su dificultad de adquisición no permiten masificar dicho software en la 
cuantificación de los diferentes derrames, principalmente en un país como 
Colombia. 
 
Es por esto que surge y se justifica este proyecto de grado, pues en la actualidad es 
necesario idear modelos y herramientas que permitan cuantificar de manera 
adecuada el comportamiento del crudo en los diferentes cuerpos de agua de tal 
forma que se pueda mitigar apropiadamente cada derrame teniendo en cuenta 
cada una de las variables ambientales implicadas. 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
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Objetivos 
Objetivo general 
- Aplicar ecuaciones empíricas y físicamente basadas reportadas en la 
literatura a un modelo de transporte existente para ríos de planicie, 
realizando así una modelación unidimensional que permita determinar 
el comportamiento de un derrame de crudo, tomando en cuenta cada 
una de las variables ambientales implicadas en el mismo. 
Objetivos específicos 
- Recopilar información referente al crudo y los diferentes procesos 
físicos, químicos y biológicos que ocurren en los derrames del mismo. 
- Realizar un inventario de las diferentes herramientas computacionales 
(software) tanto de acceso libre como licenciado que se han 
desarrollado para modelar los derrames de crudo. 
- Seleccionar y analizar los modelos de transporte que permitan modelar 
de manera consistente la hidráulica de los ríos de planicie y de 
montaña. 
- Desarrollar un modelo en SIMULINK aplicando las ecuaciones 
gobernantes de cada proceso físico, químico o biológico en los 
modelos de transporte establecidos. 
- Simular un escenario de un derrame de petróleo ocurrido en el río 
Magdalena. 
Alcances 
El principal alcance del presente proyecto de grado es brindar una herramienta de 
fácil acceso, que permita cuantificar de manera adecuada la dispersión, 
evaporación, y emulsificación del crudo a partir de la utilización de un modelo 
hidráulico de ríos de planicie. 
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Limitaciones 
La principal limitación que tiene el presente proyecto de grado, es la utilización 
de un modelo hidráulico de ríos que es físicamente basado, y por lo tanto, al no 
tener una calibración hidráulica del mismo para el caso de estudio, es posible que 
los cálculos de las variables de modelación del crudo tengan algún sesgo derivado 
de la incertidumbre del modelo hidráulico. 
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MARCO TEÓRICO 
 
Los conceptos y definiciones que se describen a continuación, sirven como 
ilustración del marco conceptual que rige el presente documento, y su enfoque en 
la modelación de derrames de petróleo en cuerpos de agua. A fondo se tratan los 
temas relacionados con el petróleo y su enfoque en Colombia, junto con los 
procesos que se pueden modelar en un derrame de crudo. 
El petróleo 
 (El	
  Petróleo,	
  s.f.)	
  
El petróleo es un líquido oleaginoso de origen natural. Es insoluble en agua y de 
menor densidad que ésta (0,75 – 0,95g/ml). Al igual que el carbón, el petróleo es 
originado por rocas sedimentarias. El petróleo proviene de la descomposición de 
grandes cantidades de materia orgánica marina que se sedimenta por largos 
periodos de tiempo. El calor y la presión van transformado poco a poco la materia 
en diferentes tipos de sustancias, como hidrocarburos y compuestos azufrados que 
se transportan hacia la superficie o se almacenan en reservas subterráneas 
(Kingston, 2002). 
Antes de ser utilizado como combustible, el petróleo se obtenía para finescurativos. Los primeros registros de la destilación del petróleo provienen de 
Arabia. Sin embargo, no fue sino hasta el siglo XIX que el petróleo se empezó a 
utilizar para la combustión, y posteriormente, el funcionamiento de máquinas. 
Hoy en día, esta sustancia es la principal fuente de energía a nivel mundial. Para 
el año 2004, la producción mundial de petróleo oscilaba alrededor de los 82,4 
millones de barriles. 
 
Composición 
 (UDLAP,	
  s.f.).	
  (Vásquez	
  B.,	
  2005) 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 16 
El petróleo crudo puede existir en forma líquida, gaseosa y sólida. La composición 
del petróleo varía ampliamente dependiendo de su lugar de origen. Una gran 
proporción del petróleo es conformada por hidrocarburos. La fracción restante 
está compuesta por metales pesados y compuestos hidrocarbonados de azufre, 
nitrógeno y oxígeno. La composición del petróleo varía generalmente según los 
datos mostrados en la Tabla 1. 
Tabla No. 1 : Composición del petróleo. 
Compuesto Rango de composición (%) 
Carbono 84 – 87 
Hidrógeno 11 – 14 
Azufre 0 – 2 
Nitrógeno 0 - 2 
Fuente: Vásquez B., 2005. 
 
Su comportamiento en el agua se debe principalmente a sus características 
fisicoquímicas, a la cantidad de crudo derramado y la influencia relativa de los 
procesos que intervienen durante su evolución. Es a partir de esto que se puede 
obtener la siguiente agrupación del petróleo. 
• Hidrocarburos. Los hidrocarburos son compuestos químicos de origen 
orgánico constituidos por hidrógeno y carbono. Representan un 50 a 98% 
de la composición del petróleo. 
o Parafinas. También llamados hidrocarburos alicíclicos o de cadena 
abierta. Son conocidos como alcanos, cuando sus carbonos están 
unidos por enlaces simples carbono-carbono, mientras que son 
llamados alquenos cuando tienen enlaces dobles y alquinos cuando 
tienen enlaces simples. Su estado es variable y este dependerá del 
número de átomos de carbono presentes. Con formula general 
CnH2n+2. 
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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 17 
o Naftenos. También denominados ciclopafarinas. Son hidrocarburos 
saturados, compuestos por uno o más anillos de carbono. Los 
naftenos son resistentes a la degradación y más densos que las 
parafinas a pesar de tener en ocasiones el mismo número de 
carbonos. 
o Aromáticos. Son compuestos conformados por uno o más anillos de 
benceno, donde el carbono está unido por enlaces dobles de 
carbono. A pesar de esto, este tipo de compuestos es muy estable y 
se comporta muchas veces como un hidrocarburos saturado. Los 
compuestos aromáticos son considerados como cancerígenos y 
tóxicos. 
Adicional a los hidrocarburos, el petróleo en general tiene una cantidad 
importante de otros compuestos, que tienen relevancia en el tipo de crudo que se 
produce y el fin del mismo. 
• Compuestos azufrados. El contenido de compuestos azufrados del petróleo 
varía generalmente entre 1% y 5%, en general son componentes 
indeseables en el crudo ya que presentan un olor desagradable y pueden 
generar corrosión. Petróleos con mayores cantidades requieren 
tratamientos muy costosos. 
• Compuestos de resinas y asfaltos. Son compuestos que tienen elevadas 
cantidades de oxígeno y azufre y en ocasiones algo de nitrógeno. En esta 
categoría se encuentran dos compuestos que son importantes en el proceso 
de emulsificación del crudo. 
o Asfaltenos. Sólidos. Son considerados como la fracción más pesada 
del crudo, y se encuentran en suspensión coloidal por hidrocarburos 
aromáticos en el mismo. 
o Resinas. Semisólidas. Las resinas tienen una alta relación con 
respecto a los asfaltenos, ya que estas son las responsables de 
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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 18 
mantener separados a los mismos manteniendo así el sistema en 
estabilidad. 
• Metales pesados. El petróleo contiene generalmente casi todos los 
compuestos metálicos. Sin embargo, la proporción de Níquel y Vanadio 
supera la del resto de compuestos comúnmente. La presencia de metales 
en el petróleo es indeseada, pues genera corrosión e incentiva la 
producción de coque. 
Además de los compuestos nombrados, se encuentran compuestos ricos en 
oxígeno y en nitrógeno pero que se encuentran en el crudo en cantidades 
insignificantes. 
En la Ilustración 1 se presenta un esquema general de la composición del 
petróleo. 
Ilustración No. 1 : Esquema de composición del petróleo. 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 19 
Tomado de: Kingston, 2002. 
Dependiendo del tipo de hidrocarburos predominantes en la composición del 
petróleo, éste recibe diferentes nombres: 
• Petróleo de base parafínica: Este tipo de petróleos es de color claro y baja 
densidad (0,85g/ml aproximadamente). Conformados en su mayoría por 
hidrocarburos parafínicos (también llamados hidrocarburos saturados), de 
ahí su nombre. El proceso de refinación y separación de este tipo de 
petróleo da como resultado grandes cantidades de nafta, querosene y 
aceites lubricantes. 
 
• Petróleo de base asfáltica: Este tipo de petróleo es de color oscuro, viscoso 
y con alta densidad (0,95g/ml aproximadamente). Está conformado en su 
mayoría por hidrocarburos cíclicos y aromáticos como el benceno, el ciclo 
hexano, entre otros. La destilación de este tipo de petróleo da como 
resultado una gran cantidad de aceite combustible y poca nafta. 
 
El petróleo también puede ser clasificado según su densidad o gravedad API 
(American Petroleum Institute) como ligero (Gravedad API mayor a 31,1 ºAPI), 
medio (Gravedad API entre 22,3 y 31,1 ºAPI), pesado (Gravedad API entre 10 y 
22,3 ºAPI) o extrapesado (Gravedad API menor a 10 ºAPI), así como por la 
cantidad de azufre que contiene, siendo dulce un petróleo con poco azufre 
(menor al 0.5%) y ácido aquel con mayores cantidades (más del 1%). 
A partir de estas clasificaciones se puede concluir que el petróleo de mejor 
calidad es aquél que pueda ser clasificado como liviano y dulce. 
 
Proceso de obtención del petróleo 
El proceso puede ser dividido en 6 grandes etapas, cada una con vulnerabilidad y 
probabilidad diferentes de generar afectación al medio ambiente en caso de un 
evento adverso. 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 20 
Exploración. Consiste principalmente en la búsqueda de yacimientos 
petroleros que pueden estar a profundidades superiores a los 6000 metros. 
Para esta fase del proceso, es necesario realizar estudios geográficos o 
topográficos y geológicos. A continuación se muestran los estudios 
geológicos más empleados en la búsqueda del petróleo (Rojas G., 2005): 
o Levantamientos topográficos, mediante el uso de esta herramienta se 
puede inferir la estructura geológica que se encuentra debajo de una 
estructura superficial que se evalúa. 
o Fotografías aéreas e imágenes satelitales. Su excesivo costo y baja 
confiabilidad hacen de esta alternativa una solución de difícil 
aplicación. 
o Mecanismos de detección alejada. Se emplean radares o satélites 
de tecnología infrarroja; este sistema es mucho más eficiente que el 
uso de fotografías áreas. 
o Levantamientos geofísicos. Mediante el uso de equipos magnéticos 
y/o electromagnéticos que aprovechan el campo magnético terrestre 
con el fin de detectar posibles yacimientos.o Sismología. Es una técnica bastante utilizada en zonas de alta 
variabilidad de espesor y dureza de las rocas, lo que limita el uso de 
levantamientos geofísicos. 
Mediante la utilización de estos estudios previos, se adquiere una 
aproximación de la capacidad de generación de hidrocarburos, de la 
calidad de las rocas que hay en el subsuelo y se pueden calcular sitios 
estimados donde se deben realizar pozos exploratorios. 
 
Perforación y Explotación/Extracción. Posteriormente a la ubicación de un 
yacimiento mediante las técnicas descritas en el numeral anterior, se debe 
proceder a la perforación de un pozo. Para esto es necesario taladrar el 
subsuelo por medio de brocas especiales, de tal forma que se pueda llegar 
a profundidades considerables donde los estudios determinaron la 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 21 
profundidad del yacimiento. Luego de que el pozo está construido, y se ha 
colocado una tubería de perforación, se utilizan tubos de menor diámetro, 
o de producción (“Tubing”) con el fin de extraer el petróleo. Es necesario 
adosar cemento a esta tubería con el fin de impedir una falla en el suelo, y 
la infiltración de agua en la misma. Según las características del yacimiento 
de petróleo, puede ser necesario el uso de herramientas hidráulicas con el 
fin de extraer el mismo. 
Según información obtenida en Ecopetrol, las profundidades de los 
principales yacimientos petroleros en el país varían entre 600 y 8000 
metros. 
 
Tratamiento (Guerrero C., 2007). Luego de la perforación y posterior 
extracción del crudo, éste debe ser tratado con el fin de remover algunos 
gases que se encuentran disueltos en el mismo debido a la presión en la 
que se encuentran en las capas inferiores del suelo. En general, los gases 
removidos son metano (CH4), etano (C2H6), gas seco, propano (C3H8) y 
butano (C4H10). 
 
Refinación (Guerrero C., 2007). En este proceso se somete al crudo a 
procesos físicos y químicos con el fin de obtener productos que tienen usos 
diferentes. Inicialmente, el crudo se somete a un proceso de destilación 
primaria (“Topping”) o separación física donde se intenta obtener 
fracciones de composición y propiedades aproximadamente constantes 
llevando el crudo a una temperatura de 350ºC. A partir de este proceso de 
obtienen tres fracciones líquidas: naftas, kerosenes, y fuel-oil. 
Posteriormente al proceso físico, se complementa con un proceso de 
destilación secundaria (“Cracking”) en donde las fracciones obtenidas en el 
primer proceso se llevan a 500ºC, obteniendo así hidrocarburos más 
livianos. Los productos derivados de la refinación son llamados derivados y 
se clasifican principalmente en combustibles y petroquímicos. 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 22 
En Colombia se encuentran dos refinerías: Barrancabermeja y Cartagena. 
A continuación se listan algunos derivados del crudo producidos en el país, 
junto con los usos principales de los mismos (Rojas G., 2005). 
o Gasolina motor corriente y extra: Vehículos de combustión interna 
principalmente. 
o Gasolina de aviación: Para uso en aviones con motores de 
combustión interna. 
o ACPM o Diésel: Vehículos de carga pesada, camiones y/o buses. 
También se utiliza para algunas calderas industriales. 
o Querosene: Utilizado en algunas estufas domésticas y en 
maquinaria industrial. 
o Gas propano o GLP: Combustible doméstico e industrial. 
o Bencina industrial: Se usa como materia prima para la fabricación 
de disolventes y como combustible doméstico. 
o Combustóleo o Fuel-Oil: Combustible pesado usado en industrias. 
o Asfaltos: Utilizados en la producción de asfaltos y como sellante en 
construcción. 
o Bases lubricantes: Aceites lubricantes. 
o Polietileno: Materia prima utilizada en la producción de plásticos. 
o Tolueno: Disolvente. Se utiliza en la fabricación de pinturas, 
adhesivos, pegantes, thinner, etc. 
 
Transporte. Éste es quizá el proceso más peligroso y que representa mayor 
vulnerabilidad en cuanto a derrames de crudo en cuerpos de agua 
superficial. Este proceso involucra el movimiento del crudo y sus derivados 
desde el pozo de extracción hasta la refinación y posteriormente la 
distribución a los diferentes consumidores. Es por este motivo que existen 
dos tipos de transporte de crudo, el terrestre (que implica movimiento 
mediante oleoductos, poliductos, o en vehículos cisterna) y marítimo 
empleando buques cisterna con grandes capacidades de almacenamiento. 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 23 
Teniendo en cuenta que el objetivo del presente proyecto de grado es 
evaluar el comportamiento del crudo en caso de un derrame en un cuerpo 
de agua, en este caso ríos, el transporte marítimo no se evalúa, ya que las 
condiciones del mar son diferentes a las de los cuerpos de agua dulce. 
En el caso del transporte terrestre, la capacidad de los oleoductos es 
directamente proporcional al tamaño y/o diámetro de las tuberías de 
transporte. En el caso de los oleoductos colombianos, el diámetro oscila 
entre 6 y 36 pulgadas, y pueden encontrarse tanto en superficie como bajo 
tierra a profundidades bajas, cercanas a los 2 metros. El material usado 
para los oleoductos es acero. Como complemento a las tuberías se 
encuentran unas válvulas que regulan el paso del crudo por la misma, esto 
permite regular el flujo en caso de un accidente o derrame, aunque en 
ocasiones estas mismas válvulas han fallado generando problemas en el 
sitio donde estas se encuentran. 
 
Distribución. Éste es el último paso en la cadena producción de crudo. La 
distribución está dada según la clasificación API, y la función de cada 
derivado. La distribución se realiza principalmente por distribuidores 
mayoristas que son en su mayoría compañías multinacionales y que 
ofrecen una red de estaciones minoristas en diferentes ciudades y 
ubicaciones en las mismas. 
 
Caracterización del crudo extraído en Colombia 
Para el año 2009, el crecimiento de producción en crudo era cercano al 4% 
(Campetrol, 2009), cifra que en la actualidad se mantiene rondando entre 3 y 4% 
(Dinero, 2012); por lo tanto se podría pensar que estudios de caracterización del 
petróleo realizados hace 3 años pueden tener alguna validez en la actualidad. 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 24 
Un estudio realizado por la Cámara Colombiana de Servicios Petroleros 
(CAMPETROL) en al año 2009, identificó que alrededor del 80% de la producción 
total del crudo en Colombia proviene de pozos de extracción ubicados en los 
Llanos Orientales y el valle Medio del Magdalena. En la Tabla 2 se encuentra la 
distribución de la producción de barriles en cada una de la cuencas, y la 
participación de dichas cuencas petrolíferas en la producción nacional, resaltando 
que estos datos son para el año 2009. 
 
Tabla No. 2: Distribución de la producción de petróleo en el país 
CUENCA 
Producción por Cuenca 
(Barriles/día) 
Participación en la 
Producción Total 
Nacional 
Caguán-Putumayo 24,000 3.75% 
Catatumbo 3,283 0.51% 
Cordillera Oriental 79 0.01% 
Llanos Orientales 425,231 66.45% 
Valle Inferior del Magdalena (VIM) 458 0.07% 
Valle Medio del Magdalena (VMM) 98,687 15.42% 
Valle Superior del Magdalena 
(VSM) 
88,149 13.78% 
Total 639,887 100% 
Tomado de: Campetrol. 
 
El margen de variación entre las diferentes cuencas en el país es bastante elevado. 
Se puedenencontrar crudos con 63º API en el campo Cerro Gordo en el 
Catatumbo en Norte de Santander, y por el otro lado crudos de 0.92ºAPI en el 
campo Valdivia-Almagro en los Llanos Orientales en el Meta. En promedio, los 
crudos extraídos en el país tienen una gravedad API cercana a 26.71º. Dada la 
amplia variedad de crudos encontrados en el país, estos se dividen en crudos 
livianos, medianos y pesados. (Campetrol, 2009). 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 25 
En el estudio también se identificó que la producción de petróleo en el país se 
concentra principalmente en crudos Medianos, Pesados y Extrapesados. Esto ha 
sido constante a través del tiempo, y se intensifica más con el paso del tiempo tal 
y como se ve en la Ilustración 2. 
 
Ilustración No. 2 : Producción de petróleo según el tipo de crudo 
 
Fuente: Campetrol. 
 
Para el año 2009, había un total de 286 campos productores de petróleo en 
Colombia, de los cuales 257 estaban en explotación y 23 en pruebas. De esta 
cantidad de campos 87 eran productores de crudos livianos, 85 de crudos 
medianos y 88 de crudos pesados (Campetrol, 2009). Esto evidencia una 
distribución equitativa de campos en el país para cada uno de los tipos de 
petróleo. Cabe resaltar que aunque existen números equitativos en el número de 
campos, no lo es así cuando se tiene en cuenta la cantidad de crudo que existe en 
las cuencas y que es extraído ya que la mayor producción de crudo está dada en 
crudos medianos, pesados y extrapesados según la Ilustración 2, obtenida de la 
literatura consultada. Es necesario destacar a su vez, que la mayor producción de 
36% 37% 42.20% 43.50% 
34.90% 36.60% 
34.50% 35.20% 
29.10% 26.40% 23.30% 20.70% 
0% 
10% 
20% 
30% 
40% 
50% 
60% 
70% 
80% 
90% 
100% 
2006 2007 2008 2009-I 
Crudos Pesados-Extrapesados Crudos Medianos Crudos Livianos 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 26 
petróleo en el país está en los Llanos Orientales seguido del Valle Medio del 
Magdalena, tal y como se observa en la Ilustración 3. 
 
Ilustración No. 3 : Producción según tipo de crudo y cuenca sedimentaria para el 
primer semestre de 2009. 
 
Adaptado de: Campetrol. 
 
En Colombia, la mayor producción de crudo está dado en el crudo pesado y 
aunque el transporte del mismo representa una gran dificultad debido a su 
excesiva viscosidad, al elevar la temperatura del mismo éste se mantiene en 
estado líquido facilitando así su transporte. En la actualidad, el crudo pesado es el 
más apetecido en el mercado de petróleo, ya que a pesar de que para su 
explotación es necesaria la utilización de tecnología de punta, por su alta 
capacidad calorífica lo que ha incrementado el auge del petróleo en Colombia. 
La refinación de crudos pesados para producción de combustibles tales como 
gasolina, o ACPM es un poco más costosa, y es de acá de donde se evidencia la 
baja calidad de los combustibles que son distribuidos en el país. 
0 
50 
100 
150 
200 
250 
300 
Crudo Pesado-Extrapesado Crudo Mediano Crudo Liviano 
M
ile
s 
de
 B
ar
ri
le
s 
po
r 
dí
a 
Llanos VMM VSM Caguán-Putumayo Catatumbo VIM Cordillera Or. 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 27 
La diferenciación en caso de un derrame está dada principalmente en que crudos 
pesados van a tener una fuerza de empuje mayor y por ende van a sedimentarse 
mucho menos, van a permanecer mucho más en superficie y por esto los 
mecanismos rutinarios de control de derrames, como barreras son bastante útiles 
en la remoción total del crudo. 
Transporte de crudo en Colombia 
Colombia posee una extensa red de transporte terrestre de hidrocarburos que 
aunque no abarca todo el territorio nacional, ha tenido un auge importante en los 
últimos años. En Colombia se encuentran 5 oleoductos una red de poliductos 
importante donde hay unos con mayor importancia que otros debido a la longitud 
y la cantidad de crudo que transportan. 
 
o Oleoducto OCENSA. Es el oleoducto más grande del país, tiene una 
extensión de 790 kilómetros y transporta los crudos del piedemonte 
llanero (Cusiana - Cupiagua) hasta el terminal marítimo de Coveñas 
en Sucre (ver Ilustración 4). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 28 
Ilustración No. 4 : Ubicación Oleoducto Ocensa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tomado de: Ecopetrol. 
 
o Oleoducto Caño Limón-Coveñas. Es el segundo oleoducto más 
grande del país con una extensión de 770 kilómetros, donde se 
transportan los crudos extraídos en Arauca hasta Coveñas en Sucre 
(ver Ilustración 5). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 29 
 
Ilustración No. 5 : Ubicación Oleoducto Caño Limón-Coveñas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tomado de: Ecopetrol. 
 
o Oleoducto de Colombia. Tiene una extensión de 481 kilómetros y 
conecta a la estación de Vasconia con el puerto de Coveñas (ver 
Ilustración 6). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 30 
 
Ilustración No. 6 : Ubicación Oleoducto de Colombia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tomado de: Ecopetrol. 
 
o Oleoducto del Alto Magdalena. Transporta los crudos que se 
obtienen en el Valle Superior del Magdalena (ver Ilustración 7). 
 
Ilustración No. 7 : Ubicación Oleoducto del Alto Magdalena. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tomado de: Ecopetrol. 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 31 
 
o Oleoducto Central de los Llanos. Es un oleoducto pequeño que 
transporta los crudos producidos en los campos ubicados en los 
llanos colombianos (ver Ilustración 8). 
 
Ilustración No. 8 : Ubicación Oleoducto Central de los Llanos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tomado de: Ecopetrol. 
 
Además de los oleoductos hasta acá nombrados, que tienen como objetivo 
llevar el crudo extraído a los puntos de refinación, también hay unos 
poliductos que conectan a las principales ciudades del país, con el fin de 
transportar los diferentes tipos de derivados entre un sitio y otro. Estos 
poliductos son quizá los sitios más vulnerables a la acción de personas y 
donde se ha visto un mayor número de tuberías ilegales y accidentes con 
derrames de crudo por culpa de personas inescrupulosas que tratan de 
robar el crudo transportado. La estructura de los poliductos en el país se 
muestra en la Ilustración 9. 
 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 32 
Ilustración No. 9 : Mapa de Poliductos en Colombia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tomado de: Ecopetrol. 
 
Además del transporte por medio de tuberías, también se realiza transporte 
de combustible principalmente mediante el uso de camiones cisterna entre 
las ciudades que tienen un punto del poliducto y las que no. De esto se 
genera un riesgo asociado a fallas mecánicas y/o humanas que deriven en 
un accidente de tránsitoque pueda generar algún derrame afectando así un 
cuerpo de agua superficial. Cabe resaltar, que la estructura montañosa del 
país y la baja calidad técnica de los vehículos de transporte han hecho que 
se presenten derrames de crudo de grandes proporciones (La Nota, 2011). 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 33 
Clasificación y evaluación de los derrames de crudo 
A través de la historia se han analizado principalmente los derrames de crudo en 
cuerpos de agua salada, esto porque los más grandes incidentes se han dado por 
problemas en pozos de extracción marítimos o accidentes de buques que 
transportan millones de barriles de petróleo entre un sitio y otro. Es por esto que 
no existe una clasificación adecuada para los derrames de petróleo en cuerpos de 
agua dulce, y es necesario recurrir a clasificaciones realizadas para agua salada. 
El modelo vigente respecto a la clasificación de derrames es el propuesto por Fay 
(1971), el cual fundamenta la categorización en el volumen de crudo derramado. 
Además considera que existen tres fases de dispersión mecánica horizontal que 
son reguladas por las fuerzas de gravedad, viscosidad y tensión superficial. 
A continuación se muestra la clasificación dada por Fay (1971) y reportada por 
(Betancourt Q., 2001). 
 
• Derrames menores. Volumen derramado menor a 30m3. Tiene una 
configuración variable prácticamente impredecible, el grosor de la capa 
superficial en la primera fase del derrame ronda los 1.76mm, mientras que 
en su última fase tiene valores de 0.023mm. El color cambia de oscuro a 
brillo plateado, en función del espesor de la capa. 
Con respecto al tiempo de duración de las fases la primera es de 
aproximadamente 12 minutos, la segunda de 3 horas y la tercera de 20 
horas. Teniendo en cuenta el bajo grosor de las capas se hace difícil 
recuperar el petróleo y tiene un elevado costo. 
 
• Derrames medianos. Son derrames con volúmenes mayores a 30 m3, y 
menores a 800 m3. En estos derrames se observan formaciones de manchas 
compactas con áreas de 0.26 Km2 en los primeros 36 minutos, 1.26 Km2 el 
primer día y 15 Km2 a los 4 días. El espesor de la capa de crudo varía entre 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 34 
0.0529mm y 2.95mm, este último generado en los primeros instantes del 
derrame. 
 
• Derrames mayores. Son derrames con volúmenes mayores a 800 m3. Se 
observó que para derrames de 1600 m3 estos continúan compactos durante 
2 días y con volúmenes aún mayores pueden alcanzar compactación hasta 
por 8 días, separándose luego en algunas manchas entre 25 Km2 y 141.4 
Km2 entre los 6 y 19 días cuando el volumen derramado está entre 1600 m3 
y 16000 m3 respectivamente. El espesor del crudo alcanza los 0.45mm. 
 
En la Tabla 3 se muestra una tabla en la que se encuentran características 
principales de los derrames de hidrocarburos para ciertos volúmenes de los 
mismos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 35 
Tabla No. 3: Características de los derrames de hidrocarburos 
	
  
Volumen 
(m3) 
Fase Tiempo 
Área 
(Km2) 
Espesor 
(mm) 
Aspecto 
32 
1ª. 12 min. 0.0181 1.760 Colores Oscuros 
2ª. 
2.7 hrs. 
(162 min) 
0.0661 0.480 Colores mates con bandas brillantes 
3ª. 
20 hrs 
(1200 min) 
1.3000 0.023 
Colores brillo plateados hasta llegar a 
tonalidades arco iris 
800 
1ª. 36 min 0.269 2.950 
Colores oscuros durante los cuatro 
primeros días, luego cambia a colores 
mate, hasta llegar a tonalidades de 
arco iris. 
2ª. 
24 hrs 
(1440 min) 
1.600 0.496 
3ª. 
4 días 
(5760 min) 
15.000 0.053 
1600 
1ª. 45 min 0.470 3.370 
La mancha de petróleo continúa 
oscura hasta alcanzar un espesor de 
0.45 mm, a partir de allí el derrame, 
pasa por coloraciones que a su vez se 
repiten en los casos anteriores, las 
tonalidades inicialmente se vuelven 
mate y después llegan a tonalidades 
de arco iris. 
2ª. 
39 hrs. 
(2340 min) 
3.400 0.460 
3ª. 
6 días 
(8640 min) 
25.100 0.063 
16000 
1ª. 97 min 3.260 4.860 
2ª. 
179 hrs. 
(10740 min) 
34.600 0.450 
3ª. 
19 días 
(27360 min) 
141.40 0.112 
Tomado de: Betancourt Q., 2001 
 
La clasificación del derrame según el volumen de crudo derramado, es importante 
con el fin de tener una cuantificación aproximada del área de derrame y del 
tiempo en el cual se pueden tomar medidas con el fin de mitigar el derrame 
ocurrido, cabe resaltar que estos valores son dados en agua salada es decir, en el 
mar, donde existe un flujo de agua menor al evidenciado en un río, y por este 
motivo, los tiempos que se han mostrado en la Tabla 3 pueden ser aún menores. 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 36 
Posteriormente a la clasificación es necesario hacer una evaluación del derrame 
esto con el fin de obtener información detallada y organizada que permita realizar 
un plan de contingencia adecuado y con esto evitar la acción destructiva del 
derrame. 
Para esto existe un plan de contingencia para derrames de hidrocarburos, 
derivados y sustancias nocivas por parte de Ecopetrol (Decreto 321 de 1999), 
donde se plantean los siguientes aspectos que se deben considerar en el momento 
de un derrame. (UNAL, s.f.) 
 
1. Origen del Derrame. Se determina la fuente del derrame. 
2. Características del Hidrocarburo, Derivado o Sustancia Nociva. Tipo de 
sustancia y sus principales características físico-químicas. 
3. Riesgos para la seguridad de la vida humana e instalaciones. Determinación 
de posibles riesgos del personal involucrado en la emergencia, tanto 
comunidad, como operativo. 
4. Estimación aproximada del volumen máximo potencial del derrame. 
Evaluación detallada del daño e inventarios de infraestructura que pueda 
generar derrames adicionales. Evaluación de posible efecto “dominó” en otras 
áreas. 
5. Evaluación de las condiciones ambientales y climatológicas predominantes. 
Determinación de niveles pluviométricos, dirección y velocidad de los 
vientos, aspectos geomorfológicos, condiciones de oleaje, temperatura del 
mar y morfología costera (en caso de derrames en aguas marinas y 
fluviomarinas). 
6. Trayectoria esperada del derrame. A partir de la información ambiental y 
climatológica, realizar predicciones sobre los movimientos del derrame y 
verificar dichos comportamientos con sobrevuelos aéreos. En este aspecto, es 
importante la participación de la comunidad a través de los Comités Locales 
para la Prevención y Atención de Desastres, que deben colaborar con 
información oportuna hacia el Director en escena del derrame, sobre el 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 37 
comportamiento de la mancha y su trayectoria, con el fin de que este preste 
una atención más inmediata sobre el derrame. 
7. Identificación de los recursos amenazados. Identificar recursos humanos 
amenazados, tanto en las instalaciones, como en áreas cercanas al sitio de 
ocurrencia del derrame, para que en caso necesario se consideren 
evacuaciones temporales de dicho personal. Así mismo se deben considerar 
recursos ambientalmente sensibles, tales como zonas de abastecimiento de 
agua potable, áreas de pesca, sitios de interés científico y áreas turísticas, 
entre otros. 
8. Equipos disponibles. Evaluar la disponibilidad de los recursosde equipos para 
el control del derrame. Identificar equipos adicionales que sean requeridos 
para la atención y manejo del derrame, que sean solicitados por el Director en 
Escena. 
9. Personal disponible. Evaluar la disponibilidad del personal humano, asesores 
y expertos para el control del derrame en el área de ocurrencia de la 
emergencia. Identificar el personal adicional (operarios, asesores o expertos) 
que sean requeridos para la atención y manejo del derrame. 
10. Tiempos máximos de desplazamiento al sitio de ocurrencia. Establecer y 
evaluar los tiempos máximos de respuesta del equipo del Plan de 
Contingencia Local. 
11. Entidades de ayuda mutua en el área de influencia. Identificar las entidades 
que puedan brindar colaboración y apoyo logístico para el control del 
derrame. El Plan Local de Contingencia debe tener un contacto directo y 
permanente con el Comité Local para la Prevención y Atención de Desastres, 
que es el interlocutor ante las comunidades de la zona, de todos los aspectos 
de comunicación y ayuda logística necesaria. 
12. Establecimiento de las prioridades de protección y formulación de la estrategia 
de respuesta. Definir las acciones a realizarse por parte del equipo de 
respuesta del Plan de Contingencia local, en cuanto a las prioridades de 
acción y recursos a proteger con el fin de minimizar el área potencial a verse 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 38 
afectada. Así mismo se definen las estrategias de limpieza del derrame. 
 
Con una buena evaluación del derrame y una realización adecuada del plan de 
contingencia se logran plantear soluciones a corto plazo que permitan minimizar 
los impactos generados por los derrames de crudo en cuerpos de agua. A partir de 
estos planes de contingencia es donde entran los modelos hidrodinámicos que 
contengan variables ambientales que puedan simular el comportamiento del 
crudo en el sitio del derrame, esto con el fin de cuantificar de manera pertinente 
cada una de las variables que se tratan en el siguiente ítem. 
 
Procesos naturales involucrados en los derrames de crudo 
La alta variabilidad de las condiciones en los derrames de crudo en ríos hace que 
la obtención de información confiable de las diferentes condiciones sea difícil. 
Debido a esto es que cada derrame tendrá resultados diferentes según su 
ubicación, las condiciones climatológicas, meteorológicas y topográficas y por 
ello los procesos físicos, químicos y biológicos que allí ocurren también serán 
diferentes. 
 
Por otro lado los procesos físicos, químicos y biológicos evidenciados dependerán 
del tipo de hidrocarburo derramado, por ejemplo productos como el queroseno se 
evaporan rápidamente y por este motivo no es necesario realizar una limpieza, 
mientras que productos de baja evaporación como bases parafinadas tienen 
menor disipación y por este motivo es necesario recurrir a una limpieza. Las 
principales propiedades físicas implicadas en los derrames de crudo son la 
densidad, la viscosidad y el punto de evaporación de una sustancia. Condiciones 
meteorológicas como el viento, la radiación solar, la temperatura y condiciones 
hidrodinámicas como corrientes, oleaje y mareas (en mares) deben ser tenidas en 
cuenta en el estudio de los derrames. 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 39 
Los procesos de dispersión, evaporación, emulsificación y disolución son 
importantes en las primeras etapas del derrame es decir cuando el tiempo 
transcurrido es bajo, mientras que la oxidación, sedimentación y degradación 
biológica son importantes cuando ha transcurrido un tiempo suficiente como para 
que el contaminante pueda tener un efecto químico o biológico. (Betancourt, 
2007) 
 
La Ilustración 10 muestra el comportamiento de un derrame de petróleo en un 
cuerpo de agua estático, es decir que no hay flujo. 
 
Ilustración No. 10 : Procesos físicos, químicos y biológicos de un derrame de 
crudo 
 
 
Tomado de: Betancourt Q., 2007 
 
A continuación se describen los diferentes procesos que intervienen en el 
comportamiento de un derrame de petróleo (Betancourt Q., 2007), teniendo en 
cuenta que la descripción analítica de cada una de ellas está fundamentada en 
procesos en el mar. 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 40 
Procesos Físicos 
Dispersión 
Es el primer proceso en producirse, ocurre una pequeña atenuación de la 
mancha con la distancia. Tan pronto como el petróleo es derramado, éste 
comienza a deslizarse uniformemente sobre la superficie del cuerpo de 
agua y posteriormente se ve afectado por las corrientes, el viento, 
fragmentándose en bandas paralelas a la dirección del viento (Betancourt 
Q., 2007). 
 
La dispersión depende de propiedades físicas de los fluidos tales como 
densidad, viscosidad, tensión superficial del petróleo y del agua, y además 
de ello condiciones ambientales tales como temperatura, corrientes de 
agua, velocidad de viento (Betancourt Q., 2007). Es por esto que cada 
derrame es diferente tanto en su forma, tamaño y espesor, ya que como se 
ha dicho la clasificación del mismo dependerá directamente del volumen 
derramado. 
 
Aunque no existe una representación mediante un modelo matemático 
para la dispersión, se han obtenido ecuaciones físicamente basadas que 
pueden representar de manera empírica los fenómenos de dispersión. 
Blokker (1964), Fay (1969), Fay (1971), Hoult (1972), Mackay (1980) son 
algunos de los más representativos en cuanto a ecuaciones de dispersión de 
crudo. 
 
Sedimentación 
Es un proceso de dispersión vertical, donde la evaporación, la disolución, y 
oxidación provocan el aumento del peso de moléculas de crudo, lo que 
hace que tiendan a hundirse en el medio que en este caso es agua 
(Betancourt Q., 2007). 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 41 
 
Aunque algunos derivados pesados del petróleo tienen densidades mayores 
de la densidad del agua dulce (1000 Kg/m3) y que por lo tanto tienden a 
sedimentarse, no todos los hidrocarburos logran alcanzar tales valores de 
densidad, por lo que la sedimentación ocurre por la adición del crudo a 
partículas suspendidas o material orgánico sedimentable. 
Procesos Químicos 
Disolución 
Es el proceso generado debido a la diferencia de solubilidad entre el crudo 
y el agua. La aparición de este fenómeno está determinada por menor peso 
molecular y mayor polaridad del crudo. Es un proceso tardío. 
 
La disolución usualmente solo representa el 1% de la masa perdida, pero 
los productos pueden llegar a ser de gran importancia por sus efectos 
tóxicos, por lo que en ocasiones se requiere de una descripción detallada 
del petróleo para su estimación (Betancourt Q., 2007). La disolución de los 
hidrocarburos del petróleo dentro del agua representa un riesgo para los 
organismos acuáticos, porque generalmente los productos solubles en el 
agua son bastante tóxicos. 
A modo de ilustración, los hidrocarburos aromáticos son altamente 
solubles, por ejemplo los BTEX (Benceno, Tolueno, Etilbenceno, Xilenos) y 
por esto constituyen entre el 70 y 80% de la fracción de aromáticos 
disueltos en un derrame de crudo, pese a que a su vez tienen una alta tasa 
de evaporación. (Betancourt Q., 2007) 
 
Emulsificación 
Es la transferencia de agua al hidrocarburo. Las emulsiones pueden 
alcanzar entre 80% y 90% de contenido de agua. Este fenómeno depende 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONALDE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 42 
del viento y la viscosidad del crudo. Las emulsiones agua-petróleo ocurren 
por medio de la mezcla de pequeñas gotas de agua, que quedan 
suspendidas en el petróleo, mientras que las emulsiones petróleo-agua 
ocurren por la mezcla de pequeñas gotas de petróleo en el agua. Estos 
procesos son provocados por el flujo del agua (Betancourt Q., 2007). 
 
El petróleo con alto contenido de asfaltenos (mayor de 0.5%) tiende a 
formar emulsiones estables las cuales pueden permanecer durante meses 
después de ocurrido el derrame. Por otro lado los petróleos con bajo 
contenido de asfaltenos tienen menos tendencia a formar emulsiones, 
aumentando así su tendencia a disiparse. (Betancourt Q., 2007) 
 
Las emulsiones aumentan la capacidad contaminante del petróleo en 3 o 4 
veces, retrasando los procesos de disipación natural. Las emulsiones 
provienen principalmente de crudos pesados con alta viscosidad, crudos y 
productos refinados con alto contenido de asfaltenos y crudos con alto 
contenido de impurezas. (Betancourt Q., 2007) 
 
Evaporación 
Este proceso aumenta a medida que se incrementa el área del vertimiento, 
la velocidad y cantidad evaporada dependen de la composición del 
hidrocarburo. La evaporación junto con la sedimentación son los procesos 
de remoción de masa más importantes en un derrame de petróleo. 
 
Además de las variables ya mencionadas, la evaporación es controlada por 
el coeficiente de transferencia de masa, la velocidad del viento, la 
difusividad del petróleo y la presión de vapor del mismo. Los modelos 
numéricos desarrollados se han hecho en base al coeficiente de 
transferencia de masa y la presión de vapor. 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
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Los crudos ligeros se evaporan entre un 20% y un 60% mientras que los 
petróleos medios pueden perder entre un 20% y 30% en el primer día del 
derrame. (Betancourt Q., 2007) 
 
Oxidación 
Es el proceso por el cual las moléculas de crudo son expuestas al oxígeno 
del aire y la luz. La velocidad de oxidación depende de las sustancias 
particulares que contiene el crudo, en general las emulsiones están más 
expuestas a la oxidación. 
 
La oxidación-reducción es activada mediante la acción de los rayos solares, 
sobre la superficie expuesta del derrame, desencadenando reacciones con 
el oxígeno libre. El resultado final de este proceso es el rompimiento de las 
largas cadenas de hidrocarburos y la formación de compuestos solubles y 
persistentes llamados alquitranes. Este es un proceso muy lento y es posible 
que en películas delgadas de hidrocarburos, tan solo el 0.1% del petróleo 
presente sea oxidado por día. (Betancourt Q., 2007) 
 
Resurgimiento 
Ocurre luego de un prolongado tiempo cuando la densidad del petróleo 
hundido se reduce por oxidación anaeróbica por lo tanto las moléculas de 
petróleo vuelven a flotar y pueden producirse de nuevo los procesos 
mencionados anteriormente. 
Procesos Biológicos 
Biodegradación 
Este es un proceso que tarda más tiempo en actuar. La velocidad de 
aparición de este proceso biológico está determinado por la presencia o no 
de microorganismos con la capacidad de utilizar el hidrocarburo 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 44 
derramado para su metabolismo. Existe una gran variedad de 
microorganismos que pueden degradar parcial o totalmente los 
hidrocarburos en sustancias que pueden ser solubles en agua, CO2 o en la 
misma agua. Sin embargo hidrocarburos pesados con largas cadenas de 
carbono, tienen una menor biodegradabilidad debido a la dificultad por 
parte de los microorganismos para tomar la energía disponible de ellos. 
 
Se podría decir que los factores que mayor influencia tienen sobre este 
proceso son el contenido de nutrientes en el agua como el fósforo, el 
nitrógeno y el contenido de oxígeno disuelto. La presencia de oxígeno es 
indispensable para este proceso. La sedimentación incrementa el área 
superficial del hidrocarburo y por lo tanto el área disponible para la 
actividad de los microorganismos (Betancourt Q., 2007). 
 
Con los procesos, características e información relacionada con el petróleo 
tratados hasta el momento, se presenta un fundamento básico relacionado 
con los derrames de crudo y su impacto en los cuerpos de agua. Por otro 
lado, es importante resaltar la utilidad de otros documentos de proyectos de 
grado relacionados con el tema, como los realizados por Sergio Rojas 
(Rojas G., 2005) y Yenny Guerrero (Guerrero C., 2007) en donde se puede 
encontrar una información más a fondo relacionada con los derrames de 
crudo, y como estos son tratados tanto en Colombia, como en el mundo en 
general. Y de donde se tomará un fragmento del siguiente capítulo del 
presente documento de grado. 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 45 
MODELACIÓN MATEMÁTICA 
 
Dada la alta complejidad de los derrames de crudo en agua en donde se requiere 
solucionar sistemas de ecuaciones diferenciales y analíticas de manera acoplada, 
la aparición de herramientas computacionales en la década de los 80’s fue el 
determinante para que se pudieran realizar modelos que simularan el 
comportamiento de un derrame en un cuerpo de agua. 
 
Los programas y herramientas computacionales desarrollados tuvieron el objetivo 
de incrementar el conocimiento y la investigación relacionada con el desarrollo 
de planes de emergencia y contingencia en caso de derrames de crudo en agua, 
de tal forma que se mejoraran las habilidades y conocimientos en la prevención y 
actividades de respuesta en caso que se produzca un derrame. 
 
Aunque actualmente se encuentran en línea una buena cantidad de programas 
comerciales (algunos gratuitos, otros con costo) estos varían en la eficiencia, la 
sofisticación, y el objetivo que tienen en cuanto a la simulación de un derrame. 
Por otro lado, el objetivo de la mayoría de programas que realizan simulaciones, 
tal y como sucede en las ecuaciones empíricas de cada uno de los aspectos 
importantes en un derrame están enfocados en derrames en mares u océanos, los 
cuales deben ser corregidos, o realizar unas modificaciones con el fin de poderse 
utilizar en la modelación de ríos, que es el objetivo del presente proyecto de 
grado. 
 
Modelos existentes 
 
A continuación se lista una serie de programas realizada en el año 2000, por parte 
de la Organización Marítima Internacional (IMO por su nombre en inglés), donde 
se elaboró un catálogo con los programas más importantes relacionados con los 
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derrames de crudo. Aunque la antigüedad de la lista es ya de 12 años, muchos 
modelos aún se encuentran vigentes, con versiones más sofisticadas a las 
evidenciadas en dicha lista, y es por esto que para la IMO, muchos de estos 
programas aún tienen aplicabilidad y vigencia en cuanto a la simulación de 
derrames de crudo. 
A partir de ‘Catalogue of computer programs and internet information related to 
responding to oil spills’ se obtiene la lista de programas de la Tabla 4. 
 
Tabla No. 4: Catálogo de software relacionado con los derrames de crudo 
Trayectoria de derrames Procesos de limpieza Bases de datos de equipos 
CATS SIMAP World Catalogue of Oil Spill 
Response Products TAP SOCRATESGNOME BMT GIS 
OILMAP ADIOS 2 
WinOIL 
Técnicas de respuesta 
Logística de disponibilidad de 
equipos y/o sistemas de Tto. OSSM 
WOSM – Oil Map MEC Inventory Maintenance 
Management System (IMMS) OSIS DMP 
AquaDyn In-Situ Burn Calculator 
ROSA 
MOHID 
Bases de datos de crudo y 
productos refinados 
Base de datos de costos de 
respuestas de derrames 
Entrenamiento para planes de 
contingencia en derrames 
ADIOS PCT NEPIMS 
Oil Properties Catalogue Oil Guard 
 PISCES 
Otras bases de datos y/o sistemas 
MARPLOT MPIRS PERIS 
CGAIR SERIS SARIS 
Fuente: IMO (International Maritime Organization) 
 
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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 47 
En la Tabla 4 se encuentran 28 herramientas que tienen diferentes utilidades en el 
caso de derrames de crudo. Además de éstas se pueden encontrar otras 
herramientas en internet resaltando que existen algunas de acceso nulo o 
restringido que fueron desarrolladas por industrias petroleras y/o universidades en 
Estados Unidos o Europa. 
 
Teniendo en cuenta los alcances del presente proyecto de grado, únicamente se 
describe el software relacionado con la trayectoria de los derrames y los procesos 
de limpieza. Los programas ADIOS2 y ROSA, son los modelos utilizados para 
modelación de derrames en Ecopetrol. Para información adicional, se recomienda 
revisar la bibliografía de la IMO (IMO, 2000). 
 
Simulación de Trayectorias de Derrames 
• AquaDyn (Hydrodynamic Simulation Model for Open Channels). (SSG, s.f.) 
El software fue desarrollado por la empresa HydroSoft Energie Inc. (HSE), y 
permite la modelación hidrodinámica de canales abiertos como ríos, 
estuarios y lagos. Allí se pueden predecir los impactos causados en una 
corriente de agua que puede tener diferentes condiciones de flujo. 
Como parámetros necesarios para el funcionamiento del modelo, se debe 
conocer el nivel de agua, la elevación del lecho, la velocidad y la 
dirección del viento. En el modelo se puede simular cualquier 
contaminante desde que se conozca la concentración y la dispersión tanto 
longitudinal como transversal. 
Este modelo es gratuito en su versión de prueba aunque existe una versión 
de pago, desconociendo su costo. 
 
 
 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 48 
• CATS® (Current Analysis for Trajectory Simulations). (IMO, 2000). 
Es un programa elaborado por la Administración Nacional Oceánica y 
Atmosférica (NOAA por su nombre en inglés), más específicamente por la 
División de Respuestas a Materiales Peligrosos (HAZMAT por su nombre en 
inglés). Este modelo genera corrientes en dos dimensiones utilizando 
elementos finitos, su aplicación está basada en derrames ocurridos en el 
mar. La aplicación requiere una caracterización en vectores de la posición 
del derrame y la profundidad del lecho, esto con el fin de simular de 
manera pertinente la topografía del sitio de ubicación del derrame. 
El modelo es gratuito. 
 
• GNOME (General NOAA Oil Modelling Environment). (NOAA, 2002). 
Es un modelo que al igual que CATS, fue desarrollado por la NOAA en su 
división HAZMAT; El modelo estima la trayectoria del derrame prediciendo 
cambios físicos y químicos en el tiempo dadas unas condiciones de entrada 
relativas al viento, el clima, la corriente del río y patrones de circulación y 
tipo de crudo. Este software presenta una buena ventaja y es que permite 
simular cualquier escenario de manera sencilla, sin tener que recurrir a 
información adicional fuera de la base de datos del programa. El modelo 
no presenta simulación en zonas muertas, y sólo se ha utilizado en algunas 
zonas en USA. 
El modelo es gratuito. 
 
• MOHID. (MARETEC, s.f.). 
Es un modelo desarrollado por el Instituto Superior Técnico de Portugal en 
cooperación con la compañía Hidromod Ltda. Es un modelo que se ha 
implementado en diversos escenarios reales debido a que este es un 
programa numérico que realiza la simulación en tres dimensiones, y puede 
ser utilizado en diferentes cuerpos de agua (océanos, ríos y/o embalses) 
bajo diferentes escenarios hidrodinámicos. Modela de manera pertinente la 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
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dispersión del crudo, junto con la evaporación, emulsificación, dispersión, 
disolución y sedimentación presentando los resultados en volumen finitos 
que son determinados por el usuario. 
El modelo es gratuito. 
 
• OILMAP (Oil Spill Prediction Modelling System). (OILMAP, s.f.) 
Es un modelo desarrollado por la compañía Applied Science Associated 
Ltd. con la cooperación de compañías petroleras como Exxon, Chevron, 
Mobil y la cooperación del Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los 
Estados Unidos, la Asociación de Petróleos de Canadá, y Ambiente de 
Canadá. Este modelo predice la trayectoria de un derrame de crudo en 
cuerpos de agua marinos y costeros, permitiendo así responder a planes de 
contingencia diseñados por las compañías petroleras nombradas 
anteriormente. 
Para el funcionamiento de este software se requieren datos de tipo 
hidrodinámico y meteorológico. Como resultado se obtienen una serie de 
mapas que pueden ser procesados en herramientas como ArcMap de la 
compañía ESRI®, los resultados al ser de tipo gráfico son bastante 
amigables con el usuario y de fácil interpretación. 
El modelo es gratuito. 
 
• OSIS (Oil Spill Information System). (Argoss, s.f.) 
Es un modelo elaborado por la compañía BMT Argoss (Antes llamada BMT 
Marine Information System Limited), basado en bastantes años de 
investigación del comportamiento de derrames de petróleo tanto en 
situaciones en laboratorio como en el mar. Es un modelo ampliamente 
utilizado en el mundo que simula la trayectoria de un derrame, además 
incluye modelos probabilísticos que permiten apoyar la planificación de 
planes de contingencia en caso de derrames. 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 50 
Para el funcionamiento del modelo OSIS es necesario tener un SIG del sitio 
del derrame, con el fin de configurar, calcular y presentar los resultados del 
sitio del derrame. 
Es necesario adquirir una licencia del producto para su uso. 
 
• OSSM (General Oil Modelling Environment). (IMO, 2000) 
Es un modelo que al igual que CATS y GNOME fue elaborado por la 
NOAA, y su subdivisión HAZMAT. Este modelo muestra el movimiento del 
crudo horas después al derrame mediante una gráfica o video. 
Adicionalmente despliega probabilidades de afectación a ciertas zonas en 
el sitio del accidente. El modelo también puede ser utilizado en la 
generación de tablas y gráficas únicamente utilizando ecuaciones de 
balance de masa. 
Es necesario adquirir una licencia del producto para su uso. 
 
• ROSA (River Oil Spill Analyzer). (Zhubrin, 1996) 
Es un modelo desarrollado por Sergei Zhubrin del Instituto de Ingeniería 
Eléctrica de Moscú y simula el proceso de transporte y mezcla de 
contaminantes en ríos. El modelo simula la trayectoria y el movimiento de 
crudo en ríos prediciendo la calidad del agua en función del tiempo y el 
espacio, es decir es un modelo dinámico. 
Como parámetros de entrada al modelo son necesarios el tiempo del 
derrame, la cantidad, y condiciones hidrológicas del río, junto con la 
geometría y batimetría del tramo a estudiar. Se simula la dispersión, 
emulsificación, evaporación y sedimentación. El modelo es bastante 
utilizado debido a su validación en laboratorio y en casos reales. 
Para suuso es necesario adquirir una licencia. 
 
 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 51 
• TAP (Trajectory Analysis Planner). (NOAA, s.f.) 
Al igual que muchos modelos mostrados hasta este momento, fue 
desarrollado por NOAA y HAZMAT. Es un modelo que investiga la 
probabilidad que un derrame de crudo se desplace a un área particular. 
Esta herramienta permite anticipar el diseño de planes de contingencia con 
el fin de responder a los mismos. 
Como datos de entrada del modelo, es necesario localizar el área de 
análisis, e ingresar datos hidrológicos históricos junto con el tipo y cantidad 
de petróleo y características del sitio de derrame. Los resultados se 
presentan en gráficas del sitio de estudio. 
Acceso restringido. 
 
• WinOIL y WOSM and Oil Map Worldwide. (IMO, 2000) 
Se agrupan estos dos modelos ya que son modelos desarrollados por una 
agrupación de algunas de las más grandes empresas petroleras denominada 
como ‘Petroleum Consortium’ donde están Chevron-Texaco, Imperial Oil y 
el U.S. Mineral Management Service. Este modelo predice el movimiento y 
trayectorias de un derrame de crudo en agua tanto superficial como 
subterráneo. Simula procesos como la advección, dispersión, evaporación, 
disolución, emulsificación y la sedimentación. Se puede calcular la 
probabilidad de la efectividad de las medidas de mitigación de un derrame 
como las barreras colocadas en superficie. 
El uso de los programas está restringido a las empresas petroleras que 
desarrollaron el software. 
 
Procesos de Limpieza 
• ADIOS 2 (Automated Data Inquiry for Oil Spills). (NOAA, s.f.) 
Es una herramienta elaborada por la NOAA y HAZMAT que tiene datos de 
más de 1000 productos derivados del petróleo. ADIOS es la base más 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 52 
robusta para productos pétreos, y donde los datos de entrada para el uso de 
la herramienta son mínimos. En esta herramienta se encuentran datos de 
densidad, viscosidad, contenido de agua, concentración de benceno, y 
potencial de evaporación, dispersión y suspensión para cada producto. Por 
otro lado además de la amplia información en materia de derivados, 
también la herramienta presenta como alternativas de limpieza la quema 
del crudo y la limpieza mecánica, que pueden ser utilizadas como plan de 
contingencia o emergencia. ADIOS muestra el cambio del crudo en 
función del tiempo, siendo un modelo dinámico y muestra los resultados 
en gráficas, tablas o documentos de texto. 
Es de acceso gratuito. 
 
• SOCRATES (Shoreline Oil Cleanup Recovery and Treatment Evaluation 
System). (IMO, 2000) 
Es un programa de limpieza elaborado por BMT Marine Information System 
Limited y con colaboración de AEA Technology. Esta herramienta es de la 
misma autoría del modelo OSIS descrito anteriormente. Su uso está 
enfocado en ser una herramienta de decisión para seleccionar el mejor 
plan de contingencia y emergencia en caso de un derrame de crudo. 
Muestra las zonas óptimas donde se deben realizar las técnicas de 
limpieza, y muestra metodologías apropiadas para la limpieza del agua 
contaminada con crudo, junto con costos estimados de ello. 
Para el uso del programa es necesario una licencia. 
 
Ecuaciones gobernantes para cada proceso 
 
Para el desarrollo del presente proyecto de grado y por ende la elaboración de un 
modelo en SIMULINK, únicamente se tuvieron en cuenta como variables 
relacionadas con el crudo la dispersión, la advección, la evaporación y la 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 53 
emulsificación. Es por este motivo que a continuación se realizará una breve 
descripción de las ecuaciones utilizadas para modelar cada proceso, y su posterior 
programación en el software mencionado. 
 
Advección	
  y	
  Dispersión	
  
La advección, dispersión y disolución no fueron modelados desde cero 
debido a la utilización de un modelo de calidad del agua que tuviera la 
modelación de un modelo hidráulico y que para el caso de ADZ-QUASAR 
es el modelo de Zona Muerta Agregada o ADZ, pues se agregan zonas en 
un solo volumen con un tiempo de residencia agregado además tiene solo 
dos parámetros, que se pueden determinar de datos hidro-geométricos y de 
trazadores de campo, lo cual lo hace ser muy eficiente en los resultados. 
(Camacho, 2007). 
En el modelo ADZ se asume un sistema incompletamente mezclado donde 
el soluto o contaminante sufre procesos de advección pura y dispersión 
longitudinal, donde el tiempo total de viaje del soluto en el tramo está 
definido por el tiempo de retraso en la llegada del soluto (proceso de 
advección) y el tiempo de residencia agregado de la zona de mezcla 
(proceso de dispersión), y que puede representarse mediante la Ilustración 
11: (Camacho, 2007) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 54 
Ilustración No. 11 : Parámetros ADZ, retraso advectivo y tiempo de viaje. 
Tomado de: Camacho, 2007. 
 
A partir de la gráfica anterior se derivan algunas de las expresiones 
matemáticas que describen este modelo, tales como: 
 
𝑡 = 𝑇! +  𝜏 
Donde: 
𝑡 es el tiempo medio de viaje del soluto; Tr es el tiempo de residencia del 
soluto; 𝜏 es el tiempo de retraso advectivo. 
Con el conocimiento de la longitud del tramo, pueden calcularse la 
velocidad media de flujo y la velocidad máxima de flujo a partir del tiempo 
medio de viaje y el tiempo de retraso advectivo, respectivamente. 
 
𝑈 =
𝐿
𝑡                                          𝑈!á! =
𝐿
𝜏 
 
El modelo asume condiciones de flujo permanente y un sistema no 
mezclado, por lo tanto se definen secciones de longitud finita en las cuales 
se calcula la concentración aguas abajo mediante el uso de la siguiente 
ecuación diferencial: 
MODELACIÓN UNIDIMENSIONAL DE DERRAMES DE CRUDO EN CUERPOS DE AGUA 2012-2 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES QUINTERO S., JAIME ANDRÉS 55 
𝑑𝑆 𝑡
𝑑𝑡 =
1
𝑡 − 𝜏 ∙ (𝑆! 𝑡 − 𝜏 − 𝑠 𝑇! ) 
 
Donde S(t) es la concentración del soluto aguas abajo del sitio de 
simulación, Su es la concentración de soluto aguas arriba. La simulación se 
realiza en sub-tramos del sitio de estudio. 
 
El modelo ADZ también contempla un modelo para condiciones de tiempo 
discreto y sistema no mezclado definiendo así la siguiente ecuación para 
uno de los tramos. 
 
𝑆 𝑘 =  −𝑎 ∙ 𝑆!!! + 𝑏 ∙ 𝑆!(𝑘 − 𝛿) 
donde: 
S(k) es la concentración del soluto aguas abajo en un instante de tiempo k; 
Sk-1 es la concentración del soluto aguas abajo en un instante de tiempo 
anterior k-1; 
Su es la concentración de soluto aguas arriba; 
a y b son unas constantes que pueden ser calculadas con el uso de las 
siguientes ecuaciones: 
𝑎 =  −𝑒!
!!
!!                    𝑏 = 𝑎 + 1 
 
𝛿 es el retraso advectivo que también puede calcularse con la siguiente 
ecuación: 
𝛿 =
𝜏
Δ𝑡 
 
Con base en las anteriores ecuaciones se puede representar el 
comportamiento hidráulico de viaje del crudo como un soluto 
conservativo, es decir que no tiene en cuenta algún tipo de variable de 
decaimiento de la concentración sino únicamente lo que tiene relación con 
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la advección y dispersión longitudinal. Para evaluar el decaimiento del