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Desarrollo de criterios ambientalmente amigables para su aplicación en inhibidores de corrosión empleados en Ductos de Petróleos Mexicanos
sumergidos en aguas dulces de Tabasco, México.
INTRODUCCIÓN En años recientes, la industria petrolera internacional ha reconocido la necesidad de minimizar
el impacto ambiental producido por las sustancias químicas usadas para inhibir la corrosión
interior de líneas de transporte de gas y petróleo en instalaciones costa-fuera y continentales
(terrestres, ribereñas y lacustres) (Gough, 1999). Hacia finales de la década de los 80´s, los
principales productos usados para inhibir la corrosión estaban constituidos por compuestos
inorgánicos como sales de cromo (Banerjee et al. 1999), arsénico, plomo y zinc, molibdatos,
fosfatos y fosfonatos; compuestos orgánicos como: alquil fenoles, formaldehídos, piridinas,
imidazolinas, aminas terciarias, amonios cuaternarios, (Sastri, 1998), etc. Todos ellos con
elevada toxicidad a organismos acuáticos y a la salud humana (Frenier, 1996; Mayer et al.
1999 Gough, op. cit.). En respuesta a esta problemática, países como El Reino Unido, Noruega
y los Estados Unidos han realizado estudios para regular a estas sustancias antes de ser
descargadas en el ambiente acuático. Así pues, en el Reino Unido, la regulación de sustancias
químicas descargadas se basa en una clasificación alfabética que va de la letra A a la E. La
letra A agrupa a los compuestos que no pueden descargarse debido a su elevada toxicidad, y
baja biodegradabilidad; mientras que la letra E agrupa a los que pueden ser vertido sin
problemas de toxicidad y biodegradabilidad (Martin, et al., 1999). Los criterios consisten en
realizar pruebas de toxicidad en agua a partir de la Concentración Efectiva media ó CL50. Las
especies utilizadas por el Reino Unido para pruebas de este tipo en agua marina son la
diatomea Skeletonema costatum, el copépodo Acartia tonsa y el pez Scophthalmus maximus;
mientras que en sedimento, se emplea al anfípodo Corophium volutator. Las pruebas de
biodegradabilidad se llevan a cabo considerando las normas de la OCDE 306 ó 302
(Obeyesekere et al. 2001).
En el caso de Noruega y otros países escandinavos, no es la toxicidad aguda uno de los
criterios utilizados, sino la biodegradabilidad y el potencial de bioacumulación del compuesto.
Por ello, los componentes que reflejan una pobre biodegradabilidad (menor al 20 %) y un alto
potencial de bioacumulación (valores de Log Pow > 5) no pueden ser descargados. Para
componentes que reflejan biodegradación y potencial de bioacumulación moderado, los
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operadores están forzados a reemplazar estos componentes por otros que sean más
fácilmente biodegradables (biodegradabilidad mayor al 60 %) y con valores de Log Pow < 5. Lo
anterior indica que para cumplir con esta legislación los productos necesitan no solamente ser
menos tóxicos, sino altamente biodegradables y con bajo potencial de bioacumulación (Gough,
1999).
Para el Golfo de México, dentro de las aguas territoriales norteamericanas, al efluente total de
una plataforma se le asigna un “factor de dilución crítico”. Para su asignación, se utiliza el
diámetro de la tubería, volumen de agua descargado y profundidad de la descarga en el mar.
Una vez que se conoce el factor de dilución crítico, se realiza un ensayo de toxicidad a 7 días
con el crustáceo miscidáceo Mysidopsis bahia y el pez Cyprinodon variegatus empleando como
medio de dilución agua marina artificial (Martin et al, 1999).
En las tres regulaciones señaladas, se percibe que las cualidades ambientales de sustancias
químicas como lo son los inhibidores de corrosión, son cruciales para continuar con la
operación económicamente factible de las instalaciones de producción costafuera.
En México, la adopción de medidas que permitan utilizar inhibidores de baja toxicidad no ha
dado inicio ya que apenas ha sido incluida de manera enunciativa en la norma de referencia
NRF-005-PEMEX-2000 “Protección Interior de Ductos con Inhibidores” en donde se señala
textualmente: “Los factores ambientales, seguridad, salud ocupacional y la toxicidad del
inhibidor son factores que deben ser considerados en el proceso de evaluación del inhibidor
de corrosión” (Pemex, 2000). Lo anterior, implica por una parte, la necesidad de realizar
estudios técnicos que permitan identificar los criterios o niveles ambientalmente amigables de
toxicidad de los inhibidores de corrosión y por otra, su inclusión en la regulación
correspondiente y/ó en los términos de referencia de los contratos que en esta materia se
publiquen.
Además, a diferencia de los países mencionados en donde la legislación está diseñada para
ambientes marinos, en México el 30% de las operaciones de exploración, producción y
transporte de hidrocarburos se realizan en tierra y zonas lacustres, mientras que el 70% se
realiza en el mar (Golfo de México); por lo cual, son necesarias dos regulaciones en nuestro
País al respecto, cuando no se tiene ninguna.
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La intrincada red de ductos que conducen la producción de aceite y gas para consumo nacional
proveniente de la Sonda de Campeche, así como las actividades de exploración y producción,
principalmente de gas, que se ha concentrado en los municipios de Centla, Jonuta y
Macuspana (en estos lugares se han instalado 55 campos petroleros con un total de 295
pozos, 5 estaciones de recolección, 150 líneas de descarga de pozos (INE, 2000))
necesariamente implica la instalación de tuberías, ya sea para la perforación de pozos o para el
transporte y almacenamiento de productos, por lo que el empleo de inhibidores de corrosión
interior está considerado para evitar que el proceso de corrosión natural, disminuya la vida útil
de las tuberías.
Toda esta serie de actividades, ponen en riesgo al ambiente asociado ya que se deben realizar
labores asociadas al manejo de los inhibidores (transportación, inyección y disposición de los
recipientes utilizados), de forma segura para evitar que sean derramados en suelos o
directamente en agua, sobre todo porque en asociación a las actividades petroleras que se
realizan en el sureste de México, se encuentran ambientes ecológicamente sensibles como por
ejemplo, los “Pantanos de Centla”, clasificados como reserva de la biosfera por el Gobierno
Federal en el año de 1992 y dentro de la lista de Humedales de importancia internacional
desde el año 1995 (INE, 2000) y el Área de Protección de Flora y Fauna Laguna de Términos,
designada como tal por el Ejecutivo Federal en el año de 1994 (D.O.F:,1994).
Todo el contexto señalado en los párrafos anteriores, se pretende relacionar con el uso
sustentable de los productos usados para inhibir la corrosión de líneas de transporte ó
simplemente llamados inhibidores de corrosión; sin embargo no se ha mencionado qué es esta
mezcla de compuestos y qué función tiene en las líneas de transporte.
Según Nathan (1973), un inhibidor de corrosión es una sustancia que retarda la corrosión
cuando es adicionada a un ambiente en pequeñas concentraciones. De acuerdo con Sastri
(1998), un inhibidor de corrosión es un compuesto químico que es adicionado al fluido por lo
que éste tiene un efecto sobre la superficie del metal.
En general, un inhibidor de corrosión, es una mezcla de sustancias químicas que reducen la
velocidad de oxidación de un metal cuando se adiciona a la solución en la que se encuentra
inmerso el metal. El inhibidor de corrosión funciona porque se adsorbe como una delgada capa
en la superficie de un material metálico ó porque induce la formación de una delgada capa de
producto de corrosión, o bien, porque cambia las características del ambiente ya sea
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produciendo un precipitado protector o por remoción o inactivación del agente agresivo para
que no corroa el material metálico. El inhibidor químico puede ser adicionado ya sea en forma
de líquido o vapor o ambos. La adición se puede efectuar de dos formas; por bacheo, es decir,
grandes cantidades del producto son adicionadas a la vez o bien, por adición continua de
cantidades preestablecidas. La selección de uno u otro proceso, depende de las características
de la solución en las que se encuentre el metal a proteger y de sus condiciones de operación
(Nathan op. cit.).
De acuerdo con el uso que se les dé a las líneas de transporte o almacenamiento de fluidos,
será el inhibidor de corrosión que se utilice; por ejemplo, en calderas se emplean cromatos,
nitritos, nitratos, boratos y silicatos (Nathan, op. cit.). Existen una gran cantidad de usos que
tienen los inhibidores de corrosión (para líneas de transporte de agua potable, de sistemas de
enfriamiento, de sistemas desalinadores, etc.), sin embargo debido a la naturaleza de este
trabajo, sólo se hará referencia a los que tienen que ver con líneas de transporte de
hidrocarburos, siendo éstos: Oleoductos, Gasoductos, Oleogasoductos, Gasolinoductos y de
alta persistencia para fluidos empacados.
Los oleoductos, transportan el crudo a las refinerías para su procesamiento. En México, los
oleoductos más importantes fuera de la zona marina, salen de Dos Bocas Tabasco en donde
llega la producción de crudo para consumo nacional proveniente de la Sonda de Campeche
(plataformas Pol-Chuc y Abkatúm); de este sitio, una vez que se deshidrata el aceite, se
conduce por tuberías al centro de distribución de Nuevo Teapa, Veracruz en donde a su vez se
envía mediante ductos, a las refinerías de Minatitlán, Veracruz; Salina Cruz, Oaxaca; Tula,
Hidalgo; Salamanca, Guanajuato y Cadereyta, Nuevo León para su procesamiento.
En la formación productora de aceite se encuentran elevadas concentraciones de sales
disueltas y agentes corrosivos como el bióxido de carbono, el ácido sulfhídrico y oxígeno. Estos
agentes provocan un tipo de corrosión conocida como picadura en la que, literalmente se
perfora la línea de transporte. Para combatir este tipo de corrosión, se emplean inhibidores que
tienen los siguientes grupos funcionales: amonio cuaternario, imidazolinas y piridinas
empleando para cada uno de ellos, un solvente adecuado; además de estos, se emplean otros
compuestos orgánicos que contienen azufre, fósforo y nitrógeno sobre todo cuando la
influencia del oxígeno es elevada. Con el fin de transportar el producto a la superficie metálica
a proteger, se le adicionan agentes surfactantes, anti-incrustantes y biocidas (Sastri op. cit.),
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con lo cual la complejidad química del producto final que se inyecta en oleoductos, se
incrementa notablemente.
Los gasoductos por su parte, transportan gas amargo ó gas residual. El primero es aquél que
presenta altas concentraciones de H2S, CO2 y humedad, mientras que el residual carece de
estos componentes. En México, el gas proveniente de la zona marina se transporta hacia el
Centro de Procesamiento, Compresión y Bombeo de Gas en Atasta, Campeche; de ahí se
envía por tuberías hacia los Complejos petroquímicos de Cd. Pemex, Tabasco y Nuevo Pemex
y Cactus en Chiapas.
Los productos empleados en las líneas de transporte para disminuir la corrosión provocada por
el gas presentan como grupos funcionales a las aminas, imidazolinas, amidas, amonios
cuaternarios y otros compuestos de alto peso molecular que contienen azufre y fósforo que se
utilizan como formadores de película. En estos grupos funcionales, cuando se emplean en
productos que protegen líneas de transporte de gas, el solvente puede ser un hidrocarburo no
volátil como el diesel o el isopropanol y el inhibidor debe ser dispersable en agua (Sastri op.
cit.). Lo anterior implica que la complejidad química del producto, al igual que en los usados
para ductos que transportan crudo, también es elevada.
Los oleogasoductos transportan mezclas de aceite y gas. Las formaciones productoras de
hidrocarburos generalmente presentan esta mezcla en mayor o menor proporción uno u otro.
En nuestro país, aun cuando el aceite proveniente de la zona marina se recibe para su
deshidratación en Dos Bocas, Tabasco y después se envía al centro de distribución de Nuevo
Teapa, Veracruz, presenta gas amargo, aunque en baja proporción. Del mismo modo, el gas
que se recibe y procesa en Atasta, Campeche presenta aceite, también en baja proporción.
Dado lo anterior, los inhibidores de corrosión que se utilizan para este uso, generalmente
presentan grupos funcionales empleados en tuberías de aceite y gas que ya fueron
mencionados y dependerá de las características de fluido y de las condiciones de operación de
este en el metal, para determinar el tipo y concentración del constituyente principal en el
producto final a inyectar.
Los gasolinoductos transportan gasolinas ligeras las cuales, mediante una ultima refinación y
adición de inhibidores, se emplean como combustibles.
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En nuestro país las gasolinas ligeras, al igual que el gas, llegan al Centro de Procesamiento,
Compresión y Bombeo de Gas en Atasta, Campeche; de ahí se envían por tuberías hacia los
Complejos petroquímicos de Cd. Pemex, Tabasco y Nuevo Pemex y Cactus en Chiapas. Los
inhibidores empleados en este tipo de tuberías pueden ser derivados fenólicos, aminas
terciarias, alquenos, ácidos grasos de cadena larga, ácidos carboxílicos con grupos alquilo de 3
a 20 carbonos, ésteres de dietanolamina, ácidos nafténicos e imidazolinas (Sastri, 1998).
Por último, los fluidos empacados son aquéllos que permanecen por tiempo indefinido en
tuberías, pudiendo ser aceite ó gas excepto cuando se les realizan pruebas hidrostáticas a
instalaciones nuevas para probar su integridad. En este caso se les llena con agua del medio
exterior circundante pudiendo ser marina o dulce. Las tuberías se presurizan y cualquier fuga
es detectada en una primera fase mediante pérdida de presión y después mediante la
identificación del sitio en el que tuvo lugar la falla (Whale y Whitham, 1991). En las pruebas
hidrostáticas y como medida para prevenir la corrosión interior de las tuberías, al agua se le
adicionan sustancias que atrapen el oxígeno como compuestos orgánicos que contienen
azufre, fósforo y nitrógeno; además, también se adicionan biocidas que reducen o eliminen la
corrosión de la superficie interna de las tuberías provocada por microorganismos (Nathan,
1973). En nuestro país, además de realizar esta prueba a todas las tuberías nuevas o como
medida de mantenimiento, se cuenta con tuberías que pueden almacenar por tiempo indefinido
crudo o gas. Estas instalaciones se localizan en la periferia del Centro de Procesamiento,
Compresión y Bombeo de Gas en Atasta, Campeche y en la periferia del Complejo
Petroquímico de Cd. Pemex , Tabasco. Por lo tanto, dependiendo del uso que se le dé a la
tubería, es decir el tipo de hidrocarburo que se mantenga y de sus características, será el grupo
funcional de inhibidor que se utilice, pudiendo ser alguno o algunos de los ya mencionados.
Asimismo, debido a la naturaleza estática del fluido en estas tuberías, se ven favorecidas las
condiciones para el crecimiento de bacterias implicadas en el proceso de corrosión
microbiológica, por lo que es necesaria la adición de biocidas en estos sistemas. Otros
compuestos como aminas orgánicas o sales de aminas, también son utilizados en tuberías que
mantienen fluidos empacados (Nathan op. cit.).
Como se ha señalado, la diversidad de agentes empleados en la formulación de inhibidores de
corrosión utilizados en líneas de transporte de hidrocarburos es muy grande. Más grande es
aún el número de combinaciones posibles si se emplean diferentes solventes, surfactantes,
buffers, emulsificantes, formadores de película, inhibidores de incrustación y biocidas; todos
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ellos, de acuerdo con Hedges et al (1996), son constituyentes de un inhibidor de corrosión junto
con el ingrediente activo. Por si esto no fuera suficiente, también a concentraciones diferentes,
lo que modifica el posible impacto al ambiente.
Ahora bién, por propiedad intelectual y como medida de explotación comercial de estos
productos, las compañías encargadas de su síntesis y producción no proporcionan la
composición química de sus ingredientes activos (Bregman, 1963) por lo cual la identificación y
cuantificación de éstos, sería muy costosa. Finalmente el ingrediente activo se utiliza como
parte de un complejo químico y no en forma aislada, formando como tal, un inhibidor de
corrosión; el cual en caso de ser liberado accidental o fortuitamente en el ambiente (sea este
agua, suelo o aire), podría interactuar con los seres vivos como un complejo y no de manera
separada.
En este estudio se contempla la evaluación química, toxicológica y de biodegradabilidad-
cinética toxicológica del complejo denominado inhibidor de corrosión con el fin de que,
mediante su integración multivariada, se establezca un criterio BASE que permita dar a conocer
a los tomadores de decisión los posibles daños al ambiente acuático asociado con las líneas de
transporte de hidrocarburos, principalmente en los Estados de Tabasco y Campeche, y la forma
para revertir o al menos disminuir los posibles efectos. Como parte importante dentro del
estudio, las pruebas de toxicidad se realizarán con especies de referencia nacional e
internacional y con especies colectadas en la zona de influencia de las líneas de transporte en
los humedales del Sureste de México, algunas de ellas no sólo son de importancia ecológica
sino también socioeconómica. Además, se buscará desarrollar procedimientos rápidos pero
sensibles con la consecuente reducción en costos, para que la evaluación de los productos en
un futuro pueda ser realizada de una manera simple y con poca infraestructura.
ANTECEDENTES
Existe un número considerable de trabajos que tienen que ver con inhibidores de corrosión
ambientalmente amigables; la mayor parte de ellos del año 1995 en adelante. Todos ellos
publicados por investigadores extranjeros y atendiendo las necesidades de los países en los
que ellos viven. La mayoría de los estudios han sido presentados en los Congresos de la
National Association of Corrosion Engineers (NACE), por investigadores que prestan o
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prestaron sus servicios en compañías fabricantes de estos productos; algunos de ellos serán
referidos en esta parte del trabajo.
Price at al. (1996), realizaron en Estados Unidos, la síntesis de nuevas moléculas con el fin de
emplearlos como ingredientes activos de inhibidores de corrosión. A sus productos les
realizaron pruebas de toxicidad aguda con Mysidopsis bahia y obtuvieron valores de CL50 entre
150 y 200 ppm. También realizaron pruebas de biodegradabilidad las cuales mostraron una
degradación de la materia orgánica del 100% con un tiempo de 15 días; por lo anterior
consideran en su estudio que sus productos son ambientalmente amigables. Sin embargo, no
se mencionan siquiera los grupos funcionales de los productos sintetizados ni el uso que a
éstos les dieron.
Frenier (1996) por su parte, también en los Estados Unidos, señala en su estudio que el
formaldehído ha mostrado ser un carcinógeno animal que aparece en la lista de OSHA como
sustancia especialmente regulada y en la Lista 9C del National Toxicity Program Source que se
refiere a sustancias carcinógenas; por ello, recomienda que sea removido de la formulación de
inhibidores, lo mismo que los alcoholes acetilénicos como el propargyl, hexynol o etiloctynol,
quienes han sido excelentes compuestos usados como inhibidores de corrosión pero son
tóxicos a mamíferos y de rápida absorción en la piel. Además al igual que Price (op. cit.)
también realizó pruebas de toxicidad con productos que sintetizó. Las pruebas se realizaron
con organismos dulceacuícolas (Pimephales promelas y Ceriodaphnia dubia) y obtuvieron LC50
de 5 a 20 ppm, concluyendo que sus productos reflejaron una toxicidad moderada. El producto
empleado presentó un compuesto nitrogenado cuaternario, un surfactante no aniónico y como
solvente se utilizó ácido clorhídrico. El producto se diseño para ser usado en calderas.
Martin y colaboradores (1999), mencionan en su trabajo realizado en el Reino Unido con
inhibidores de corrosión del tipo imidazolinas, los cuales son usados en líneas que transportan
hidrocarburos, que la toxicidad del compuesto químico está en función del número de carbonos
que este presenta. En ese sentido menciona que la inhibición óptima se da con C18, inhibición
razonable con C10 y por debajo de este número, el poder inhibitorio del compuesto se suprime
del mismo modo que la toxicidad.
Gough (1999), quién trabaja en el Reino Unido, empleó ingredientes activos de inhibidores de
corrosión utilizando Skeletonema costatum y el sistema Microtox y encontró que las
imidazolinas y las aminas cuaternarias fueron las más tóxicas con valores de CE50 menores a
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10 ppm. La modificación de estos ingredientes activos insertando algunos sustituyentes no
señalados, redujo 10 veces en promedio (valores de CE50 cercanos a 100 ppm) la toxicidad, sin
disminuir la eficiencia del producto. Por lo que concluye que es técnicamente factible la síntesis
de productos eficientes y menos tóxicos al ambiente acuático asociado. El mismo autor pero en
el año 2000 (Gough, 2000), realizó un trabajo similar pero con otros productos y encontró
resultados interesantes en dos ingredientes activos, uno a base de ácido sarcosínico y otro una
betaína. Ambos ingredientes presentaron una EC50 de 160 ppm determinada con el sistema
Microtox y una biodegradación del 70%. El ácido sarcosínico se probó con agua dulce y la
betaína con agua marina.
Hedges et al. (1996), trabajaron con un crustáceo marino (Tisbe battagliai) y encontraron
valores de CL50 con imidazolinas, sales de imidazolinas, amonios terciarios y cuaternarios
menores a 10 ppm; mientras que compuestos anfotéricos presentaron valores de toxicidad
menores ya que se registraron CL50 de entre 100 y 1,000 ppm. El estudio se realizó en el Reino
Unido.
En otro trabajo (Downward et al. 1997) se señalan valores de CL50 y CE50 que presentó un
inhibidor de reciente síntesis. Los valores se encuentran entre 19 y 340 ppm de la solución, la
cual se encuentra en el mercado al 75%. Los valores que se presentan en el trabajo son con
organismos de agua dulce (Daphnia magna, Pimephales promelas y Oncorhynchus mykiis) y
marinos (Litopenaeus duorarum), siendo D. magna la especie más sensible y L. duorarum la
menos. El compuesto corresponde a una sal fosfónica cuaternaria. Este trabajo se realizó en
el Reino Unido y en los Estados Unidos.
Obeyesekere y colaboradores (2002), realizaron síntesis de nuevos compuestos para usarse
como inhibidores de corrosión ocasionada por el CO2 en pozos petroleros del mar del Norte. El
objetivo fundamental de este trabajo fue lograr que algunos de los compuestos sintetizados,
cumplieran con la regulación más estricta existente en el mar del Norte para descargar residuos
de sus productos. Se sintetizaron y probaron 50 compuestos empleando como solventes al
etilén glicol, etilén glicol monobutil éter y propilén glycol. Uno de los productos cumplió con la
regulación más estricta para la zona (denotada por la letra E) y presentó una CL50 >10,000 ppm
con Acartia tonsa y 5,100 ppm con Skeletonema costatum. Otro producto más, cumplió con la
segunda regulación más estricta (letra D) y presentó una CL50 de 546.1 ppm para A. tonsa y
de 140 ppm para S. costatum. Ambos productos se biodegradaron en 21 y 28% en la prueba
de la OCDE a 28 días y tuvieron un coeficiente de partición octanol/agua (Pow) de 1.9 y 1.4 .
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Los compuestos probados fueron sales solubles en agua el primero y un éster de fosfato con
sal de imidazolina el restante.
Existen compuestos en los que sus productos metabólicos son más tóxicos que los precursores
como lo señala Phillips et al, (2000) quienes trabajaron con hidrocarburos aromáticos en suelo
utilizando como organismos de prueba, plantas y bacterias -sistema Microtox®- o como se
señala en González-Barrios et al (2000) quienes encontraron que el plaguicida DDT
(diclorodifeniltricloroetano) el cual se degrada a DDE (diclorodifenildicloroetileno), se
bioacumula en diversos órganos con un efecto tóxico mayor que el del DDT. Smith, et al.
(1998), quienes trabajaron con Mysidopsis bahia y Menidia berillyna señalan que algunos
productos químicos o mezclas como las que pueden estar presentes en el agua producida que
proviene de los pozos petroleros, pueden incrementar su toxicidad aun cuando se promueva la
degradación de la mezcla. Por lo cual, los metabolitos, producto del proceso de degradación o
mineralización de estos productos, pueden resultar más tóxicos que sus precursores.
Lo señalado en los últimos párrafos, es un ejemplo de que, debido a la relativamente reciente
regulación ambiental en materia de inhibidores de corrosión a nivel internacional, la síntesis de
nuevos productos es una tarea que en esos países se lleva a cabo de manera rutinaria desde
mediados de la década pasada. Así por ejemplo, existen extractos de plantas que actualmente
se están usando como inhibidores de corrosión (Gunasekaran, 2004; Davis, et al., 2001) como
la margosa ó Azadirachta indica, la granada ó Punica granatum, el melón amargo ó Momordica
charantia (Quraishi et al, 1999), el tabaco (Davis, et al., 2001) la manzanilla (Abdel-Gaber et al,
2005) y el nopal (El-Etre, 2003) entre otros; además de la miel de abeja (El-Etre, 2000), el
ácido cítrico (Müller, 2004; Almeida et al, 1998), aminoácidos como el triptófano (Moretti, 2002)
y uracilo (Dafali et al, 2003) así como fármacos originalmente utilizados para el combate de
infecciones bacterianas (Abdallah, 2004).
México, aun cuando no es un país desarrollado, si es la séptima potencia mundial en
producción de crudo, por lo cual la tarea de establecer mecanismos que tiendan a proteger el
medio ambiente de las actividades implicadas con los procesos de producción y transporte de
hidrocarburos, tiene que avanzar a marchas forzadas sobre todo cuando la mayor parte de
éstas, se realizan en ambientes ecológicamente sensibles como los ubicados en el Sureste de
México.
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MÉTODOS y RESULTADOS OBTENIDOS
De acuerdo a lo programado para realizarse en este año, y considerando lo limitado del
financiamiento otorgado para el año de 2006, a continuación se presentan los resultados
obtenidos. Se pudo avanzar significativamente en estructurar la mayoría de las referencias
bibliográficas quedan soporte a este estudio, además de que se consumó la parte concerniente
a la obtención y selección de los inhibidores que serían empleados en las pruebas toxicológicas
establecidas. La composición química de estas formulaciones no está accesible, pues se
consideran como secretos industriales y no fue posible obtener información sobre los principios
activos ni de los aditivos, aún para cuestiones académicas; por lo antes dicho, fue necesario
realizar un análisis por espectrofotometría de infrarrojo para poder tener al menos una
aproximación a la caracterización química de los principales grupos funcionales presentes.
Como parte de lo realizado en este año de vigencia del proyecto, se hicieron todas las
evaluaciones de toxicidad con el procedimiento referenciado que emplea a la bacteria Vibrio
fischerii, conocido comúnmente como Microtox® y con dos especies de cladócero que también
se consideran como especies de referencia (Daphnia magna y Ceriodaphnia dubia). Por otra
parte, se realizó la colecta y aislamiento de las especies del sitio que serían empleadas en el
resto del estudio; esto implicó que se determinaran las mejores condiciones para su
reproducción y desarrollo en condiciones de laboratorio, lo que en si representa un avance
significativo, pues ahora se cuenta con las metodologías para la propagación controlada de las
especies seleccionadas, lo que garantizará la obtención de organismos de prueba.
A continuación se detalla lo antes mencionado.
SELECCIÓN Y COLECTA DE INHIBIDORES
Los inhibidores de corrosión que se emplearon en este estudio, proceden de las áreas de
operación de Ductos de las Regiones: Marina Noreste (RMNE), de la Región Sur (RS) y de la
Región Norte (RN) de Pemex Exploración y Producción (PEP); además se utilizaron productos
que tiene bajo se resguardo el Laboratorio de Corrosión del Instituto Mexicano del Petróleo
(IMP) y que fueron entregados por las compañías fabricantes y/o distribuidoras con el fin de ser
evaluados pues formarían parte de un proceso de licitación. Por lo tanto, se asumió que estos
últimos serían productos con elevada eficiencia para inhibir la corrosión y por ello, estar en
posibilidades de ser empleados por PEP. El número total de inhibidores de corrosión que se
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utilizaron fue de 16. Además, 2 productos adicionales son utilizados, uno de ellos fue colectado
en la Región Marina Noreste de PEP y otro en el laboratorio de corrosión del IMP, estos
productos son inhibidores de incrustación y son utilizados en los ductos que transportan aguas
producidas de instalaciones terrestres hacia plataformas.
En la siguiente tabla, se señalan los inhibidores de corrosión e incrustación que se utilizan y los
usos ó servicios que les prestan a los ductos, así como las claves con las que se les
identificarán en este trabajo.
Tabla 1.- Inhibidores que se utilizan en este trabajo. Se señala la clave, usos y región de Pemex Exploración y Producción en donde fueron colectados.
INHIBIDOR CLAVE
ASIGNADA EN ESTE
TRABAJO
USO REGIÓN DE PEP EN DONDE SE EFECTUÓ LA
COLECTA
1 OG-01 Oleogasoductos RMNE
2 OG-02 Oleogasoductos R SUR
3 OG-03 Oleogasoductos R Norte
4 I-01 Inhibidor de incrustación RMNE
5 I-02
Inhibidor de incrustación
Laboratorio de corrosión
del IMP
6 GASOL-01 Gasolinoductos RMNE
7 GASOL-02 Gasolinoductos
Laboratorio de corrosión del IMP
8 GAS-01 Gasoductos RMNE
9 GAS-02 Gasoductos R SUR
10 GAS-03 Gasoductos R Norte
11 E-01 Ductos empacados RMNE
12 E-02
Ductos terrestres empacados
Laboratorio de corrosión
del IMP
13 OLEO-01 Oleoductos R SUR
14 OLEO-02 Oleoductos
Laboratorio de corrosión del IMP
15 OLEO-03 Oleoductos R Norte
13
16 M-01 Multifuncional
Laboratorio de corrosión del IMP
17 M-02 Multifuncional R Norte
18 M-03 Multifuncional RMNE
Como se puede apreciar, son un total de 18 productos; 6 proceden de la Región Marina Noreste de PEP, cinco son inhibidores de corrosión y uno de incrustación (Claves: OG-01, I-01, GASOL-01, GAS-01, E-01 y M-02). Otros 3 se colectaron en la Región Sur y todos son inhibidores de corrosión (Claves: OG-02, GAS-02 y OLEO-01); 4 más se obtuvieron de la Región Norte y todos son también inhibidores de corrosión (Claves: OG-03, GAS-03 OLEO-03 y M-02). Los restantes 5, proceden del Laboratorio de Corrosión del IMP siendo cuatro de corrosión y el restante de incrustación (Claves: I-02, GASOL-02, E-02, OLEO-02 y M-01).
DETERMINACIÓN DE GRUPOS FUNCIONALES DE INHIBIDORES DE CORROSIÓN.
La determinación cualitativa de grupos funcionales de los inhibidores de corrosión se realiza mediante análisis por espectrometría de infrarrojo utilizando el Método ASTM-E1252 (ASTM, 1998) empleando un espectrómetro FT-IR.
A la fecha se han efectuado análisis de infrarrojo a los 18 productos seleccionados y los resultados obtenidos se resumen en la tabla siguiente.
Tabla 2.- Resultados de la caracterización de grupos funcionales de los inhibidores utilizados. Las pruebas se realizaron mediante espectrometría de infrarrojo, eliminado por completo el contenido de agua de las muestras.
USOS O SERVICIOS GRUPOS FUNCIONALES SIGNIFICATIVOS
Oleogasoductos Hidrocarburos saturados, insaturados, amidas, aminas. Disolvente base hidrocarburo ó base agua.
Gasolinoductos Hidrocarburos saturados, aromáticos, insaturados, amidas, y aminas. Disolvente base hidrocarburo.
Gasoductos Hidrocarburos saturados, aromáticos y/ó insaturados, amidas, aminas secundarias, alcohol, derivado fenólico, éter. Disolvente
base agua.
Ductos empacados Hidrocarburos saturados, aromáticos, aminas y/ó amidas. Disolvente base hidrocarburo.
Oleoductos Hidrocarburos saturados, aromáticos, amidas, aminas cuaternarias, alcohol, grupo éter. Disolvente base agua.
Multifuncional Hidrocarburos saturados, alifáticos, aromáticos, aminas, aminas y posible sal de amina. Disolvente base agua e hidrocarburo.
14
Inhibidor de incrustación Acido fosfónico y acido orgánico. Disolvente base agua.
Como se puede apreciar, los grupos funcionales que mas se presentan en los inhibidores evaluados (excepto los inhibidores de incrustación) son hidrocarburos saturados, insaturados, aromáticos, aminas, amidas; en el caso de los Gasoductos, también se identifican alcoholes, derivados fenólicos y éter y en los Oleoductos alcoholes y éteres. Los disolventes pueden ser base agua o hidrocarburos los cuales son gasolinas ó isopropanol.
PRUEBAS DE TOXICIDAD
Especies de Referencia
Vibrio fisherii (antes Photobacterium phosphoreum) o sistema Microtox. En esta prueba se determinó la concentración efectiva media (CE50) del producto evaluado que reduce en un 50% la emisión natural de luz que tienen estas bacterias en condiciones normales. Se empleó un luminómetro y el procedimento referido en la NMX-AA-112-1995 (SECOFI, 1995). Como se trata de aplicar los resultados en sistemas dulceacuícolas, las diluciones que se prepararon para cada corrimiento, se efectuaron con NaCl al 2% para evitar el choque osmótico a las bacterias ya que éstas son de origen marino. Cada producto seleccionado se evaluó en 5 ocasiones con cada inhibidor. El tiempo de exposición en estas pruebas fue de 15 minutos.
Los resultados de las pruebas realizadas se presentan en la tabla siguiente:
Tabla 3.- Resultados de CE50 obtenidos en los inhibidores evaluados utilizando Vibrio fischerii (Microtox) con un tiempo de exposición de 15 min. Las unidades utilizadas son partes por millón.
CE50 (ppm) Estadistica básica de la CL50
INHIBIDOR Clave asignada en este trabajo Réplica 1 Réplica 2 Réplica 3 Réplica 4 Réplica 5 Desv Std media Varianza
Coef. de variación
(%)
1 OG-01 0.4544 0.531 0.3817 0.4828 0.4525 0.05426 0.46048 0.00294 11.78
2 OG-02 0.0019 0.002 0.0016 0.0021 0.0013 0.00033 0.00178 0.00000 18.38
3 OG-03 0.1029 0.1053 0.0985 0.1046 0.0582 0.02013 0.09390 0.00041 21.44
4 I-01 0.1194 0.1294 0.1309 0.1335 0.1394 0.00729 0.13052 0.00005 5.59
5 I-02 0.3996 0.324 0.3379 0.3335 0.3428 0.02990 0.34756 0.00089 8.60
6 GASOL-01 0.3095 0.2567 0.2714 0.3513 0.3102 0.03714 0.29982 0.00138 12.39
7 GASOL-02 0.3445 0.3965 0.394 0.3924 0.3648 0.02292 0.37844 0.00053 6.06
8 GAS-01 0.0018 0.0019 0.0015 0.0016 0.0019 0.00018 0.00174 0.00000 10.44
9 GAS-02 0.0053 0.0051 0.005 0.0013 0.006 0.00185 0.00454 0.00000 40.81
10 GAS-03 0.0033 0.0034 0.0035 0.0035 0.0039 0.00023 0.00352 0.00000 6.48
11 E-01 0.1852 0.2312 0.3059 0.0901 0.1231 0.08598 0.18710 0.00739 45.95
12 E-02 0.0303 0.0445 0.0562 0.0545 0.0479 0.01032 0.04668 0.00011 22.12
13 OIL-01 0.0057 0.0043 0.0048 0.0051 0.0058 0.00063 0.00514 0.00000 12.20
14 OIL-02 0.0021 0.0018 0.0017 0.0016 0.0019 0.00019 0.00182 0.00000 10.57
15 OIL-03 0.0052 0.0059 0.005 0.0044 0.0042 0.00068 0.00494 0.00000 13.70
15
16 M-01 0.0162 0.0206 0.0194 0.0203 0.0129 0.00329 0.01788 0.00001 18.38
17 M-02 0.0263 0.056 0.0307 0.0326 0.0475 0.01257 0.03862 0.00016 32.54
18 M-03 0.0695 0.0516 0.0715 0.058 0.0611 0.00823 0.06234 0.00007 13.20
El gradiente de toxicidad (de mayor a menor) con Vibrio fischerii (Microtox), se presenta en la
siguiente figura:
Como se puede apreciar, el producto más tóxico hacia V. fischerii, fue el GAS-01 utilizado en gasoductos, mientras que el menos tóxico resultó ser el OG-01 empleado en olegasoductos.
Ceriodaphnia dubia y Daphnia magna.
En las pruebas con estas dos especies se determina la concentración que ocasiona la mortalidad en el 50% de los organismos expuestos (CL50) utilizando el método referido por Environment Canada (1992) para C. dubia y el Método referido en la NMX-AA-087-1995-SCFI (SECOFI, 1995a) para D. magna.. En el caso de las pruebas con C. dubia se varia el volumen de prueba de 30 a 10 ml ya que, de acuerdo con Muñoz-Mejía (1997), los resultados que se obtienen son comparativos y el volumen de prueba se disminuye en dos terceras partes. Cada inhibidor se evalúa 5 veces.
Los resultados hasta la fecha obtenidos, se presentan en las tablas siguientes:
Microtox
00.05
0.10.15
0.20.25
0.30.35
0.40.45
0.5G
AS-
01
OG
-02
OIL
-02
GA
S-03
GA
S-02
OIL
-03
OIL
-01
M-0
1
M-0
2
E-02
M-0
3
OG
-03
I-01
E-01
GA
SOL-
01
I-02
GA
SOL-
02
OG
-01
Gradiente de toxicidad de inhibidores (mayor a menor)
CE 5
0 (p
pm)
16
Tabla 4.- Resultados de CL50 obtenidos en los inhibidores evaluados utilizando Daphnia magna con un tiempo de exposición de 48 hrs. Las unidades utilizadas son partes por millón. Con un asterisco (*) se señalan las pruebas que aun están en proceso.
CL50 (ppm) Estadistica básica de la CL50
INHIBIDOR Clave asignada en este trabajo Réplica 1 Réplica 2 Réplica 3 Réplica 4 Réplica 5 Desv Std media Varianza
Coef. de variación
(%)
1 OG-01 5.83 8.64 7.89 6.51 5.94 1.24570 6.96200 1.55177 17.89 2 OG-02 0.77 0.71 0.69 0.79 0.7 0.04494 0.73200 0.00202 6.14 3 OG-03 * * * * * 4 I-01 2332.2 2189.46 2374.18 2343.62 2427.89 88.62273 2333.4700 7853.9890
03.80
5 I-02 2743.26 2743.83 2762.497 2746.06 2630.37 53.60078 2725.2034 2873.0437 1.97 6 GASOL-01 5.95 7.8 8.74 8.15 5.22 1.50939 7.17200 2.27827 21.05 7 GASOL-02 4.08 4.23 2.12 3.52 3.39 0.83383 3.46800 0.69527 24.04 8 GAS-01 0.55 0.55 0.44 0.62 0.56 0.06504 0.54400 0.00423 11.96 9 GAS-02 1.3 2.34 1.98 1.11 1.22 0.53991 1.59000 0.29150 33.96
10 GAS-03 2.49 * * * * 11 E-01 6.63 5.61 8.59 7.75 7.65 1.14886 7.24600 1.31988 15.86 12 E-02 0.7 0.66 0.75 0.72 0.7 0.03286 0.70600 0.00108 4.65 13 OIL-01 2.63 2.24 2.31 1.42 1.56 0.51853 2.03200 0.26887 25.52 14 OIL-02 0.52 0.37 0.36 0.33 0.49 0.08503 0.41400 0.00723 20.54 15 OIL-03 8.24 * * * * 16 M-01 8.24 9.9 13.9 12.73 14.07 2.58391 11.76800 6.67657 21.96 17 M-02 * * * * * 18 M-03 2.65 2.58 3.52 2.72 2.98 0.38328 2.89000 0.14690 13.26
Tabla 5.- Resultados de CL50 obtenidos en los inhibidores evaluados utilizando Ceriodaphnia dubia con un tiempo de exposición de 48 hrs. Las unidades utilizadas son partes por millón. Con un asterisco (*) se señalan las pruebas que aun están en proceso.
CL50 (ppm) Estadistica básica de la CL50
INHIBIDOR Clave asignada en este trabajo Réplica 1 Réplica 2 Réplica 3 Réplica 4 Réplica 5 Desv Std media Varianza
Coef. de variación
(%)
1 OG-01 0.56 0.52 0.61 1.23 1.2 0.3585 0.8240 0.1285 43.5086 2 OG-02 2.27 3.37 2.79 2.78 2.46 0.4184 2.7340 0.1750 15.3023 3 OG-03 * * * * * 4 I-01 3025.31 2662.79 2921.31 3022.89 2924.77 147.8930 2911.4140 21872.351
15.0798
5 I-02 2748.94 2838.06 3092.89 3012.57 2926.94 136.3898 2923.8800 18602.1839
4.6647 6 GASOL-01 1.03 0.66 0.61 0.61 0.9 0.1920 0.7620 0.0369 25.1989 7 GASOL-02 0.74 0.77 0.4 0.44 0.4 0.1881 0.5500 0.0354 34.2089
8 GAS-01 1.38 1.16 1.07 1.43 1.48 0.1790 1.3040 0.0320 13.7246 9 GAS-02 3.93 4.91 6.26 4.26 4.63 0.8974 4.7980 0.8053 18.7030
10 GAS-03 0.97 0.98 1.48 1.07 1.15 0.2089 1.1300 0.0436 18.4890 11 E-01 0.72 0.32 0.41 0.35 0.32 0.1695 0.4240 0.0287 39.9762 12 E-02 0.44 0.48 0.46 0.34 0.57 0.0826 0.4580 0.0068 18.0313 13 OIL-01 4.04 5.92 5.95 3.05 3.24 1.4144 4.4400 2.0006 31.8568 14 OIL-02 2.19 2.16 1.19 1.48 1.44 0.4548 1.6920 0.2069 26.8812 15 OIL-03 5.67 5.57 5.64 5.59 5.67 0.0460 5.6280 0.0021 0.8181 16 M-01 18.43 19.07 16.4 16.51 16.7 1.2379 17.4220 1.5324 7.1053 17 M-02 * * * * * 18 M-03 1.26 0.68 0.92 0.74 1.08 0.2397 0.9360 0.0575 25.6143
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COLECTA, SELECCIÓN, AISLAMIENTO, IDENTIFICACIÓN PRODUCCIÓN EN LABORATORIO Y PRUEBAS DE TOXICIDAD CON ESPECIES DEL SITIO.
Algas clorofitas
La colecta de algas verdes se realizó en un Canal que conduce tubería de Pemex y que cruza la reserva de la biosfera de “Pantanos de Centla”; dicho Canal se encuentra en el derecho de vía del corredor de Ductos Atasta-Cd. Pemex, aproximadamente en el KM 21+500. Las muestras se colectaron en recipientes de 20 L y se filtraron utilizando un filtro wattman del No. 1 para separar partículas gruesas del agua colectada. Al término de la colecta, se procedió a preservar las muestras a 4 °C hasta que arribaron al laboratorio, en donde se filtraron de nuevo en condiciones estériles utilizando un filtro de acetato de celulosa de 0.45 µm. Una fracción del material retenido se inoculó en cajas petri con medio de crecimiento para algas clorofítas denominado Basal de Bold (Stein, 1973) y 15 g L-1 de agar para iniciar crecimiento en placa. Se proporcionó iluminación continua con lámparas fluorescentes “luz de día” (aproximadamente 10,000 luxes) a temperatura ambiente (23 ± 2 °C) para iniciar crecimiento multiespecífico (algas y bacterias). Después de 2 semanas (aproximadamente) de crecimiento, se efectuó resiembra en aquéllas colonias que presentaron coloración indicativa de crecimiento algal empleando para ello asas microbiológicas. Este segundo grupo de cajas petri se sometió a las condiciones de iluminación, temperatura y tiempo de crecimiento mencionados. De este grupo de cajas, se tomó otra muestra para inocularla en otra caja de petri mediante el empleo de estría cruzada. Una vez transcurridas dos semanas, se observó en el microscopio a los grupos algales presentes para tratar de identificar crecimiento monoespecífico, repitiendo el tratamiento hasta que éste se obtuvo. Una vez con el cultivo monoespecífico, se inoculó en medio Bold Basal para producir la especie en forma líquida y dar inicio con su identificación taxonómica. Derivado de este trabajo, la especie que se seleccionó e identificó para su uso en pruebas de toxicidad con los inhibidores de corrosión, fue Scenedesmus quadricauda (CHLOROPHYTA: CHLOROCOCCALES).
Cladóceros
Los cladóceros se colectaron a partir de muestreos realizados dentro del corredor de ductos Atasta-Cd. Pemex. La colecta se efectuó de dos formas: mediante arrastre empleando una red de zooplancton de 100 µm de apertura de malla y mediante remoción de las raíces de macrofítas flotantes, principalmente de lirio acuático (Eichhornia crassipes). Una vez que se realizó la colecta de muestras, se procedió a separar a los organismos del Orden Anomopoda (antes Cladocera) y se les transfirió a recipientes de polipropileno de 500 mL con agua del medio en el que fueron colectados, la cual previamente se filtró utilizando filtros wattman del No. 1. Una vez en estos recipientes, se les adicionó 1 mL de concentrado algal a base de Ankistrodesmus falcatus a una concentración aproximada de 4E+08 cel mL-1 y se colocaron en un lugar fresco hasta su traslado al laboratorio. Una vez ahí, se separaron los organismos,
18
colocando, cuando se observó, a una hembra grávida por recipiente con agua del medio original y agua reconstituida dura (Weber, 1991) en la misma proporción, la cual se varió paulatinamente hasta ser por completo agua reconstituida. El alimento continuó siendo el ya mencionado (A. falcatus) a una concentración celular aproximada de 400,000 cel mL-1.
Ya que se logró estabilizar el cultivo, se procedió a la identificación taxonómica de las dos especies a utilizar, las cuales fueron las siguientes:
Scapholeberis armata (Crustacea:Anomopoda) y
Macrothrix triserialis (Crustacea: Anomopoda)
La primera especie se colectó en el Canal que conduce tuberías de alta presión en el corredor de Ductos Atasta-Cd. Pemex, específicamente en el KM 70+000, en la superficie del agua. La calidad del agua que se registró en ese momento, fue la siguiente:
Parámetro Valores
pH (unidades de pH) 7.09
Temperatura (°C) 29.4
Oxígeno disuelto (mg/L) 598
Conductividad (µsiemens/cm) 598
Dureza Total (mg L-1 de CaCO3) 380
Transparencia de Sechi (cm) 10
En lo que se refiere a M. triserialis, su colecta se realizó en el mismo Canal sólo que cerca del KM 30+000 y asociado a vegetación acuática flotante (E. crassipes). La calidad del agua que se obtuvo al momento de la colecta fue la siguiente:
Parámetro Valores
pH (unidades de pH) 7.89
Temperatura (°C) 32.6
Oxígeno disuelto (mg/L) 690
Conductividad (µsiemens/cm) 7.78
Dureza Total (mg L-1 de CaCO3) 340
Transparencia de Sechii (cm) 120
19
Una vez que se seleccionaron las especies de cladóceros a emplear en este trabajo, se procedió a determinar las mejores condiciones de cultivo para su posterior utilización en los ensayos de toxicidad con los inhibidores seleccionados.
Para ello, se prepararon diferentes dietas y a diferentes concentraciones, utilizando agua reconstituida dura, cuya calidad del agua se presenta en la siguiente tabla:
PARÁMETRO
Oxígeno Dis.
(mg L-1)
Dureza
(mg CaCO3 L-1)
Alcalinidad
(mg CaCO3 L-1) pH
4-6 180-200 120-140 7.5 – 8.2
Para la selección de dietas, se tomó como referencia los trabajos realizados por Martínez-Jerónimo (1995) y Muñoz-Mejía (1997) quienes encontraron que la calidad nutricional de Ankistrodesmus falcatus y Raphidocelis subcapitata es adecuada para sustentar cultivos de cladóceros que serán utilizados en pruebas de toxicidad. Con base en lo anterior, en los cultivos de S. armata y M. triserialis se emplearon A. falcatus y R. subcapitata como alimento, utilizando tubos de ensaye de 10 mL de capacidad con un volumen de cultivo de 8 mL. El alimento se suministró en tres concentraciones de cada uno, haciendo equivalentes tanto la densidad celular como la óptica, al peso seco. En la tabla siguiente, se presentan las equivalencias obtenidas.
Tabla 8.- Concentraciones utilizadas en las dietas algales suministradas a Scapholeberis armata freyi y a Macrothrix elegans.
Dieta utilizada
A. falcatus P. subcapitata Mezcla Cuantificación
Conc. 1 Conc. 2 Conc. 3 Conc. 1 Conc. 2 Conc. 3 Conc. 1 Conc. 2 Conc. 3
Peso seco (mg L-1) 6.0 12.0 18.0 6.0 12.0 18.0 6.0 12.0 18.0
Densidad Celular (cél mL-1)
2 E+05 4 E+05 6 E+05 7.5 E+05 1.35E+06 1.95 +06 1E+05 (A. falc.)
3.75E+05 (P. subc.)
2E+05(A.falc.)
7.5E+05 (P.subc.)
3E+05(A. falc.)
11.25E+05 (P. subc.)
Densidad óptica (660 nm)
0.034 0.053 0.076 0.034 0.053 0.076 0.034 0.053 0.076
Clave utilizada Af1 Af2 Af3 Rs1 Rs2 Rs3 Mix1 Mix2 Mix3
20
Una vez que se prepararon las dietas algales y las concentraciones respectivas, se procedió a determinar la fecundidad a partir del número de neonatos promedio por camada. Los resultados obtenidos se presentan en la Figura 1.
Fig. 1. Fecundidad (neonatos promedio por camada) de las dos especies de cladóceros que se colectaron en el corredor de Ductos y que se cultivaron en laboratorio a partir de diferentes concentraciones de A. falcatus y R. subcapitata y la mezcla de éstas. Se presentan los valores promedio y el error estándar.
Como se puede apreciar, sobre todo en el gráfico de la derecha (M. triserialis), la dieta que favoreció la fecundidad de los cladóceros fue A. falcatus ya que se presentaron más de 8 organismos en promedio con esta dieta y diferencias significativas (P= 1.066 E-09) entre los tratamientos principalmente al compararse con R. subcapitata. La mezcla, también resultó adecuada sobre todo a bajas concentraciones (Mix-1), pues no se apreciaron diferencias significativas con los tratamientos Af. Sin embargo, y por razones prácticas, los animales que se utilizaron en las pruebas de toxicidad con los inhibidores se obtuvieron a partir de progenitoras alimentadas con la dieta a base de Ankistrodesmus falcatus a una densidad celular de 200,000 cel mL-1. En cuanto a la fecundidad promedio con S. armata, los valores más altos (promedio superiores a 14 neonatos por camada) se dieron también con la dieta A. falcatus y con los tratamientos Af-1 y Af-2, aunque no se tuvieron diferencias significativas entre ellos. Por lo cual, también se seleccionó a esta dieta y a la concentración más baja, para alimentar a S. armata.
La totalidad de condiciones de cultivo establecida para las dos especies de cladóceros, se señalan en la tabla siguiente:
Tabla 6.- Condiciones de cultivo que se utilizaron para mantener lotes de reproductoras de S. armata y M. triserialis para emplear a los neonatos nacidos como organismos de prueba.
Condiciones de Cultivo Tipo de cultivo Estático Recambio del medio de cultivo Lunes, Miércoles y Viernes Intensidad luminosa (luxes) 500-1,200 Fotoperíodo (Luz:Obscuridad) 14:10 Temperatura (“C) 25±2ºC Aireación No Alimento A. falcatus Concentración celular del alimento (cel mL-1) 2.0 E+05 Volumen de los recipientes de cultivo Cristalizadores de 500 mL para cultivos masivos (20
adultas) ó tubos de ensaye de 10 mL para cultivos individuales.
Agua de cultivo Reconstituida dura
Scapholeberis armata
02468
101214161820
Af-1 Af-2 Af-3 Rs-1 Rs-2 Rs-3 Mix-1 Mix-2 Mix-3
DIETAS
Neo
nato
s pr
om p
or
cam
ada
Macrothrix triserialis
0
2
4
6
8
10
12
Af-1 Af-2 Af-3 Rs-1 Rs-2 Rs-3 Mix-1 Mix-2 Mix-3
DIETAS
Neo
nato
s Pr
omed
io p
or
cam
ada
21
Los resultados parciales indican parte de lo que ya se ha señalado en cuanto a que las bacterias (descomponedores) son el grupo más sensible para todos los inhibidores independientemente del uso que estos tengan. Se aprecia también en lo general, que el grupo de los consumidores primarios es el siguiente en cuanto a sensibilidad, seguido por las algas (productores primarios). Al final muy probablemente se ubicarían los representantes de la parte más alta de esta cadena trófica, es decir los consumidores secundarios ó peces.
Algunos contaminantes en concentraciones subletales reducen la tasa de ingesta en cladóceros lo que tiene una influencia directa en el desempeño fisiológico de estos organsimos en términos de su reproducción, crecimiento, metabolismo y sobrevivencia (Barata et al. 2002, Barata y Baird, 2000). Estos mecanismos pueden tener respuestas que afecten las poblaciones de los sitios impactados (Barata et al. 2000).
En función de lo anterior, en una siguiente parte del estudio se evaluaría si las concentraciones subletales de los inhibidores, afectan o modifican significativamente la cantidad de alimento ingerido (A. falcatus) en las cuatro especies de cladóceros con las que se trabajaría en este estudio (D. magna, C. dubia, M. triserialis y S. armata) al compararse con un control libre de tóxicos. Estas pruebas se efectuarían calculando la densidad de alimento remanente, mediante cuenta indirecta por fluorometría utilizando microplacas de 24 pozos con una capacidad de 3 mL por pozo.
Previo a la realización de las pruebas, fue necesario determinar a partir de una curva de calibración, la ecuación de la recta que relaciona a las Unidades de Fluorescencia Absoluta (UFA) versus Concentración celular en cél mL-1 para A. falcatus, utilizando las microplacas transparentes de 24 pozos. Los pares de filtros (Excitación; emisión) fueron los mismos que se señalaron para la curva de calibración corrida con el alga Scendesmus quadricauda:
1. Ex: 444 nm; Em:680 nm
2. Ex: 584 nm; Em: 680 nm
Las gráficas correspondientes se presentan a continuación:
Ankistrodesmus falcatus (Ex: 444; Em: 680)
y = 3E-05x - 0.1661R2 = 0.9984
00.5
11.5
22.5
33.5
44.5
5
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000
Concentración Celular (Cél mL-1)
UFA
Ankistrodesmus falcatus (Ex: 584; Em: 680)
y = 8E-06x - 0.0002R2 = 0.9997
0
0.15
0.3
0.45
0.6
0.75
0.9
1.05
1.2
1.35
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000
Concentración Celular (Cél mL-1)
UFA
22
Se puede apreciar, una alta correlación entre ambos pares de filtros utilizados, sin embargo, se utilizará el par Ex: 444 Em: 680 pues los valores absolutos registrados por el fluorómetro de microplacas, son superiores a los del otro par de filtros (rango de 1 a 4.5 UFA´s, mientras que con el par Ex: 584; Ex: 680 el rango es de 0.3 a 1.2 UFA´s) y es factible que esta diferencia pueda percibirse cuando las diferencias de densidad celular sean mínimas (p. e. de cientos o miles de cél mL-1).
Por lo tanto, la ecuación de la recta que se utilizará para determinar la cantidad de alimento remanente, al término de la prueba de ingesta con todos los cladóceros de prueba, es la siguiente:
1661053 −−= xEy
Una vez que se realizó lo anterior, se procedió a correr una prueba preliminar para determinar la cantidad de alimento ingerido por las 4 especies de pulgas seleccionadas, después de permanecer en inanición durante 48 horas, es decir, sin ninguna exposición previa a algún tóxico. El tiempo de contacto alimento:organismo fue de 2 horas y la densidad celular inicial fue de 200,000 cel mL-1 aproximadamente. Las lecturas con el fluorómetro se realizaron al tiempo cero y a las 2 horas. La diferencia entre la concentración celular inicial y la final, se tradujo en la cantidad de alimento ingerido.
La concentración celular de alimento utilizada corresponde a la mitad de la concentración óptima que se detectó con S. armata y M. triserialis y es también la mitad de la que reporta Martínez-Jerónimo (1995), como óptima para D. magna.
Con el fin de hacer comparativa la respuesta en cuanto a la cantidad de alimento ingerido por los cladóceros, en este caso se le proporcionó la misma dieta y a la misma concentración a C. dubia, la cuarta especie de prueba de este trabajo, aun cuando no se ha encontrado algún estudio en donde se establezca a esta dieta como apropiada para dicha especie de pulga de agua.
La justificación para utilizar la mitad de la concentración óptima, tiene que ver con la sensibilidad de medición del fluorómetro de microplacas utilizado, ya que en pruebas preliminares no se encontraron diferencias significativas entre tratamientos cuando se utilizó la concentración de 2 E+05 cél mL-1 de A. falcatus después de que transcurrió el tiempo de contacto alimento:organismo, el cual, como se mencionó, fue de 2 horas.
Dicho lo anterior, los resultados de la prueba preliminar de A. falcatus (a una concentración inicial de 1.0 E+05 cél mL-1) ingerido por las 4 especies de cladóceros se presentan en la figura siguiente:
23
Como se puede apreciar, la especie con menor cantidad de alimento filtrado resultó ser C. dubia con 6,850 cél/org/hora, seguida por S. armata con 9,920 cél/org/hora. Enseguida se encontró a M. triserialis con más de 11,000 cél/org/hora y por último D. magna con más de 13,000 cél/org/hora. D. magna es la especie de mayor talla (aprox 2.1 mm) y por ello la que mayor capacidad filtradora presenta. Las otras tres especies tienen tallas similares entre sí aunque 4 o 5 veces menores que D. magna por lo que la proporción de alimento ingerido no estuvo en relación con esa diferencia en talla aunque si fue mayor en cuanto al tamaño de los animales probados.
Una vez que se corrieron las pruebas que se mencionaron, se dio inicio a las pruebas con cada inhibidor y cada especie. En estas prueba se emplean neonatos de hasta 24 horas de edad, los cuales se exponen a tres concentraciones subletales de los inhibidores de corrosión (tres réplicas por concentración). Las concentraciones subletales seleccionadas fueron los valores promedio de:
1. CL50/2
2. CL50/3
3. CL50/5
Una vez seleccionadas las concentraciones de prueba, se realizó un ensayo de toxicidad a 48 horas, siguiendo las condiciones de prueba descritas en la tabla 6 de este informe, las cuales
Fig. 6.- Células de Ankistrodesmus falcatus ingeridas por cada una de las 4 especies utilizadas en este trabajo. Los valores se obtuvieron dos horas después de que los animales se colocaron en una concentración celular inicial de 1 E+05 cel mL-1 en agua dura reconstituida. Previamente habían estado sin alimento por 48 horas. El intervalo corresponde al error estándar.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
C. dubia D. magna M. triserialis S. armata
ESPECIES
Cél
mL-
1/hr
/org
CANTIDAD DE ALIMENTO INGERIDO (A. falcatus) POR CLADOCEROS DESPUÉS DE UN AYUNO DE 48 HORAS.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
C. dubia D. magna M. triserialis S. armata
ESPECIES
Cél
mL-
1/hr
/org
CANTIDAD DE ALIMENTO INGERIDO (A. falcatus) POR CLADOCEROS DESPUÉS DE UN AYUNO DE 48 HORAS.
24
aplican para las especies: Scapholeberis armata, Macrothrix triserialis y Ceriodaphnia dubia; en cuanto a Daphnia magna, la única diferencia se encuentra en el volumen de prueba y recipiente utilizado, que en este caso fue de 80 mL y los recipientes fueron de plástico desechables de uso comestible.
Al transcurrir el tiempo de exposición de 48 horas, se procede a agrupar a todos los animales por concentración, con el fin de seleccionar a 5 de ellos al azar, los cuales se colocan en los pozos de 3 mL de la microplaca depositando un organismo por pozo, previo llenado con agua reconstituida dura y alimento, para luego medir la densidad celular de la forma ya mencionada.
La microplaca de acrílico transparente (Marca NUNC) utilizada en esta parte del trabajo, presenta un total de 24 pozos y se utiliza comúnmente para cultivos celulares. El volumen de agua reconstituida y alimento a base de Ankistrodesmus falcatus que se colocó en cada pozo fue el mismo de la capacidad del pozo, es decir 3 mL
En el siguiente esquema, se presenta una microplaca de 24 pozos y la forma en la que se distribuyeron los organismos, después de que terminó la prueba a concentraciones subletales:
1 2 3 4 5 6
A
B
C
D
SIMBOLOGÍAAgua reconstituida sin organismo
Agua reconst. + Alimento (1 E+05 Cél/mL) sin organismo
Agua reconst. + Alimento (1 E+05 Cél/mL) con organismo (Control)
Agua reconst. + Alimento (1 E+05 Cél/mL) con organismo a Conc. Subletal 1
Agua reconst. + Alimento (1 E+05 Cél/mL) con organismo a Conc. Subletal 2
Agua reconst. + Alimento (1 E+05 Cél/mL) con organismo a Conc. Subletal 3
1 2 3 4 5 6
A
B
C
D
1 2 3 4 5 6
A
B
C
D
SIMBOLOGÍAAgua reconstituida sin organismo
Agua reconst. + Alimento (1 E+05 Cél/mL) sin organismo
Agua reconst. + Alimento (1 E+05 Cél/mL) con organismo (Control)
Agua reconst. + Alimento (1 E+05 Cél/mL) con organismo a Conc. Subletal 1
Agua reconst. + Alimento (1 E+05 Cél/mL) con organismo a Conc. Subletal 2
Agua reconst. + Alimento (1 E+05 Cél/mL) con organismo a Conc. Subletal 3
25
IMPACTO DE LOS RESULTADOS
Consideramos que hasta la fecha se han logrado avances significativos y que se cuenta con información fundamental para las siguientes fases del proyecto. Con lo logrado, se sientan las bases de lo que serán los protocolos de investigación, que se irán perfeccionado conforme se avance en la investigación. Los resultados también son relevantes ya que aportan elementos que de ya son importantes en la caracterización de la toxicidad de los inhibidores de corrosión, que como ya fue mencionado, son materiales de amplio uso en la industria petrolera nacional y para los cuales no se cuenta con información ni con los procedimientos estandarizados adecuados para regular y controlar su uso con el propósito de proteger a los ambientes acuáticos por donde se tienden líneas kilométricas de ductos que transportan hidrocarburos y sus derivados.
LITERATURA CITADA
• ASTM, 1998. Standard Practice for General Technics for obtaining infrared spectra for qualitative analysis. ASTM designation: E 1252-98. 13 pp.
• Banerjee, G., A. Banerjee, Ch. S. Shah, 1999. Environmentally Acceptable Corrosion Inhibitors for Carbon Steel. Paper No. 100. Corrosion 1999. The NACE International Annual Conference and Exposition. 6 p.
• Barata, C. and D. J. Baird, 2000. Determining the ecotoxicological mode of action of chemicals from measurements made on individuals: results from instar-based tests with Daphnia magna Straus. Aquatic Toxicology, 48:195-209.
• Barata, C., D. J. Baird, A. Miñarro and A. M V. M. Soares, 2000. Do genotype always converge from lethal to non-lethal toxicant exposure levels? Hypothesis tested using clones of Daphnia magna Straus. Environmental Toxicology and Chemistry. 19(9):2314-2322.
• Barata, C., S. J. Markich, D. J. Baird, A. M V. M. Soares, 2002. The relative importance of water and food as cadmium sources to Daphnia magna Straus. Aquatic Toxicology, 61:143-154.
• Bregman J. I., 1963. Corrosion Inhibitors. The Macmillan Company, New York. USA. 320 p. • Davis, G. D., J. A. Von Fraunhofer, L. A. Krebs, Ch. M. Dacres, 2001. The use of Tobacco
Extracts as Corrosion Inhibitors. Paper 01558. The NACE International Annual Conference and Exposition. 7 p.
• D.O.F, 1994. DECRETO por el que se declara como área natural protegida con el carácter de área de protección de flora y fauna, la región conocida como Laguna de Términos,
26
ubicada en los municipios de Carmen, Palizada y Champotón, Estado de Campeche. Diario Oficial de la Federación del 6 de Junio de 1994. México.
• Downward, B. L., R. E. Talbot and T. K. Haack, 1997. Tetrakishydroxymethylphosponium Sulfate (THPS) A New Industrial Biocide with Low Environmental Toxicity. Paper No. 401. Corrosion 97. The NACE International Annual Conference and Exposition. 11 p.
• Environment Canada, 1992. Biological Test Method: Test of Reproduction and Survival Using the Cladoceran Ceriodaphnia dubia. Report EPS 1/RM/21, Ottawa, Ontario, 72 p.
• Frenier, W. W., 1996. Development and Testing of a Low toxicity acid corrosion inhibitor for industrial cleaning applications. Paper No. 152, Corrosion 96. The NACE International Annual Conference and Exposition. 14 p.
• Gough, M., 1999. Developments in High Performance Environmentally Friendly Corrosion Inhibitors for the Oil Field. Paper No. 104. Corrosion 1999. The NACE International Annual Conference and Exposition. 12 p.
• Gough, M., 2000. Further Advances in the Development of Environmentally Friendly Corrosion Inhibitors for the Oil Field. Paper No. 338. Corrosion 2000. The NACE International Annual Conference and Exposition. 10 p.
• González-Barrios, S. T. C., M. E. Alvarez-Piñeiro, J. Simal-Lozano y M. A. Lage-Yusti, 2000. Organochlorine Pesticides in Wolves from Galicia. Ecotoxicol. Environ. Safety, 45:247-252.
• Hedges, W. M., S. P. Lockledge, 1996. The continuing development of environmentally friendly corrosion inhibitors for petroleum production. Paper No. 151, Corrosion 96. The NACE International Annual Conference and Exposition. 16 p.
• IMP, 2000. Estudio de mercado potencial de inhibidores y biocidas para ductos que transportan hidrocarburos. Documento Interno.
• INE, 1993. Pantanos de Centla. Encuesta. In: A. Gómez-Pompa, R. Dirzo et al. (Comps). Proyecto de Evaluación sobre Áreas Naturales Protegidas de México, SEDESOL, Mexico.
• INE, 2000. Programa de Manejo Reserva de la Biósfera Pantanos de Centla. Instituto Nacional de Ecología, Secretaría de Medio Ambiente Recursos Naturales y Pesca. México, 222 p.
• Martin, R. L., B. A. Alink, J. A. McMahon, R. Weare, 1999. Further Advances in the Development of Environmentally Acceptable Corrosion Inhibitors. Paper No. 98, Corrosion 99. The NACE International Annual Conference and Exposition. 10 p.
• Martínez-Jerónimo, F., 1995. Autoecología Experimental de Daphnia magna (Crustacea:Cladocera) y su aplicación en estudios de Toxicología acuática. Tesis Doctoral. Escuela Nacional de Ciencias Biológicas. Instituto Politécnico Nacional. México, D. F., 157 p.
• Mayer, B., W. Hater and M. Schweinsberg, 1999. Environmentally Sound Corrosion Inhibitors for Cooling Water. Paper No. 105. Corrosion 1999. The NACE International Annual Conference and Exposition. 15 p.
27
• Muñoz-Mejía; G.; 1997. Cultivo Experimental de tres especies de Cladóceros de la familia Daphnidae y evaluación de su utilidad como organismos de prueba en estudios toxicológicos. Tesis de Maestría. Escuela Nacional de Ciencias Biológicas. Instituto Politécnico Nacional. México. 146 p.
• Nathan C. C., 1973. Corrosion Inhibitors. National Association of Corrosion Engineers. Texas, USA. 260 p.
• Obeyesekere, N., A. Naraghi, and J. S. McMurray. 2001. Synthesis an Evaluation of Biopolymers as Low Toxicity Corrosion Inhibitors for North Sea Oil Fields. Paper No. 1049. Corrosion 2001. The NACE International Annual Conference and Exposition. 8 p.
• OECD, 1992. Guidelines for testing of chemicals. Vol. II. Organization for Economic Cooperation and Development. Paris Francia. pp. 1-18.
• Quaraishi, M. A., I. H. Farooqi, P. A. Saini, 1999. Natural Compounds as Corrosion Inhibitors for Highly Cycled systems. Paper No. 95, Corrosion 99. The NACE International Annual Conference and Exposition. 7 p.
• Pemex, 2000. Protección Interior de Ductos con inhibidores. Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos. Norma NRF-005-PEMEX-2000. 34 pp.
• Phillips, T. M., A. G. Seech, D. Liu, H. Lee and J. T. Trevor, 2000. Monitoring biodegradation of creosote in soils using radiolabels, toxicity tests and chemical analysis. Environ. Toxicol. 15:99-106.
• Price, P., A. R. Naraghi and C. F. Saffer, 1996. Low Toxicity Corrosion Inhibitors. Paper No. 153, Corrosion 96. The NACE International Annual Conference and Exposition. 7 p.
• Sastri, V. S., 1998. Corrosion Inhibitors, Principles and Applications. John Wiley & Sons Ltd. West Sussex, England. 903 p.
• SECOFI, 1995. Análisis de aguas- Evaluación de toxicidad aguda con Daphnia magna Straus (Crustacea-Cladocera)-Método de Prueba. NMX-AA-087-1995-SCFI. Secretaría de Comercio y Fomento Industrial, México, D. F. 42 p.
• SECOFI, 1996. Análisis de aguas y sedimentos. Evaluación de toxicidad aguda con Photobacterium phosphoreum. Método de Prueba. NMX-AA-112-1995-SCFI. Secretaría de Comercio y Fomento Industrial, México, D. F. 33 p.
• Smith J. P., A. O. Tyler. y Z. A. Sabeur, 1998. Ecotoxicological assessment of Produced Waters in Indonesia. Environ. Toxicol Water Qual 13: 323-336.
• Stein, J. R., 1973. Handbook of phycological methods. Culture methods and growth measurements. Cambridge University Press, London, pp. 7-24.
• Weber, C. I., 1993. Methods for Measuring the Acute Toxicity of Effluents and Receiving Waters to Freshwater and Marine Organisms. EPA/600/4-90/027F. Cincinnatti, Ohio USA. 253 p.
• Whale, G. F., T. S. Whitham, 1991. Methods for assessing Pipeline Corrosion Prevention Chemicals on the Basis of Antimicrobial Performance and Acute Toxicity to marine organisms. SPE 23357. First International Conference on Health, Safety and Environment held in The Hague, The Netherlands, 10-14 November, 1991. 355-363 p.