Investigacion del petroleo

7/25/2019 Investigacion del petroleo

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1.1 El Petrleo: Mezcla En Los Tres Estados DeAgregacin.

El petrleo es la fuente principal de energa en la sociedad, pero es un recurso no

renovale ! la "a!ora de los !aci"ientos en el "undo se encuentran en su etapa

"adura, por lo #ue se re#uiere una "a!or investigacin ! aplicacin de nuevas

tecnologas para una "e$or e%plotacin, produccin ! trata"iento, esto con el fin

de otener un "&%i"o aprovec'a"iento del "is"o.

El petrleo es una "ezcla co"ple$a de 'idrocaruros #ue se presentan en

diferentes estados de agregacin, gas, l#uido ! slido. La fraccin slida de los

'idrocaruros est& constituida por resinas ! "uc'os otros co"puestos #ue a(n no

'an sido lo suficiente"ente caracterizados, son "u! sensiles a los ca"ios de

presin ! te"peratura, afectando su estado de agregacin ! soluilidad.

La palara petrleo proviene del latn petroleus )petra*piedra ! leu"*aceite+.

El petrleo es una "ezcla co"ple$a de 'idrocaruros ! en "enor proporcin por

co"puestos inorg&nicos co"o el azufre ! el nitrgeno, #ue se encuentra en los

espacios porosos de la roca. La co"posicin ele"ental, apro%i"ada, del petrleo,

es de - a / de carono, alrededor de 11 a 1- / de 'idrgeno, con "&s o

"enos de 0 a ,2 / de azufre ! de 0 a 0, / de nitrgeno. Estos (lti"os

ele"entos, $unto con o%geno ! algunos "etales )co"o vanadio, n#uel, sodio,

ars3nico ! otros+ son considerados co"o i"purezas en el crudo )4avier,005+.


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El petrleo tiene caractersticas fsicas notales entre las cuales se pueden

"encionar las siguientes )4avier, 005+:

Color:En cuanto "a!or es el peso "olecular en los 'idrocaruros slidos

)"a!or n("ero de caronos+, "&s oscuro es el petrleo. Los colores #ueco"(n"ente se presentan varan de a"arillo a caf3 ro$izo o verde ! de caf3

oscuro a negro. Olor: Esta caracterstica depende de los co"puestos #u"icos #ue

predo"inan en el petrleo, co"o por e$e"plo: si el olor es a gasolina, indica

#ue 'a! aundancia de parafinas. 6i el olor es agradale, se dee a la

presencia de "a!or cantidad de aro"&ticos. 6i el olor es a azufre, lo

ocasiona el alto contenido de azufre ! nitrgeno.

Peso especfico:Es el peso de la unidad de volu"en de una sustancia. Densidad:Es la relacin entre la "asa de un cuerpo ! el volu"en #ue

ocupa. En la industria petrolera se 'an adoptado 7AP8 )A"erican

Petroleu" 8nstitute+ co"o la densidad para diferenciar los tipos de petrleo

! su escala es aritraria confor"e a la siguiente relacin.

API=141.5

SG131.5

Clasificacin del petrleo segn su API


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Viscosidad: Es la propiedad #ue deter"ina la capacidad de flu$o de un

fluido, cuando se so"ete a la accin de una fuerza se produce una

defor"acin de dic'o fluido, pero no toda la fuerza es aplicada al fluido9 una

parte se transfor"a en energa calorfica deido a la friccin.

CLASIFICACI! D" LOS #ID$OCA$%&$OS'

Los co"puestos org&nicos #ue contienen carono e 'idrgeno, se conocen co"o

'idrocaruros. En ase a su estructura, se dividen en dos grupos principales:

alif&ticos ! aro"&ticos co"o se "uestra en la figura 1.

Los 'idrocaruros est&n for"ados por una estructura de cadenas de carono a las

cuales se unen los &to"os de 'idrogeno e%clusiva"ente, la estructura total es

co"ple$a ! de acuerdo al arreglo estructural de los &to"os de carono en la

"ol3cula, se pueden clasificar en )4avier,005+:

;adena aierta o lineal. Es una cadena de &to"os de carono unidos entre s

con enlaces sencillos, doles o triples.

;adena cerrada o cclica )anillo+.;onfor"e al tipo de enlace entre los &to"os de

carono en la "ol3cula, pueden ser. 6aturados o de enlace sencillo


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Los 'idrocaruros alif&ticos son co"puestos #ue pueden ser saturados o no

saturados. Los saturados son los #ue tienen el "&%i"o n("ero de 'idrgenos

posiles ! los no saturados son a#uellos #ue tienen doles o triples enlaces.

Los alcanos son 'idrocaruros saturados #ue ta"i3n recien el no"re deparafinas )lat. Paru"affinis, #ue tienen poca afinidad+ por su poca reactividad

#u"ica #ue presentan. 6u fr"ula general es ;n= >n= 9 inclu!endo cadenas

lineales, ra"ificadas ! cclicas con enlaces covalentes si"ples. )Diagra"a 1+

Diagra(a )' Clasificacin de los *idrocar+uros'


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P$OPI"DAD"S F,SICAS

Algunos 'idrocaruros son slidos, co"o la parafina ! el naftaleno9 otros son

l#uidos, co"o el enceno ! la gasolina, ! otros "&s son gases, co"o el "etano

)gas de los pantanos+, el acetileno, etc3tera.

En condiciones nor"ales de te"peratura ! presin los alcanos de uno a cuatro

&to"os de carono son gases incoloros general"ente sin olor. De cinco a 1?

&to"os, son l#uidos, ! los de"&s son slidos sin olor, insolules en agua, pero

solules en alco'ol, 3ter ! enceno.

Los puntos de eullicin, fusin, viscosidad ! densidad general"ente au"entan

confor"e au"enta el peso "olecular. En general son poco reactivos. )Tala 1+

-a+la )' Fracciona(iento del petrleo crudo'


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. ;lasificacin @u"ica 6us ;riterios;uantitativos.

Los co"ponentes del petrleo pueden clasificarse de la siguiente "anera:

>idrocaruros:

Los crudos tienen diferente co"posicin en cuanto al tipo ! cantidad de fa"ilias

#u"icas 'idrocaronadas de las #ue est&n for"adas.

Atendiendo a la "a!or proporcin del tipo de 'idrocaruros #ue confor"an la

"ezcla los crudos se clasifican seg(n su ase: parafnica, naft3nica, asf&ltica !

"i%ta.

%ase parafnica: Las parafinas livianas dan uenos aceites para usosdo"3sticos, pues no producen 'u"o al #ue"arse, tienden a resistir el calor. Las

parafinas "&s espesas contienen cristales lancos ! landos #ue cuando son

aislados ! refinados for"an lo #ue se conoce co"o cera parafinada. 6e

encuentran general"ente en Pensilvana, Best Cirginia ! centro de Estados

nidos.

%ase naft.nica:eneral"ente contienen gran proporcin de fracciones vol&tiles,

es decir, co"ponentes #ue se evaporan f&cil"ente. 6e encuentran general"enteen la antigua F66, Per(, ;alifornia ! olfo de M3$ico. En ;ua se encuentra en

la zona de Mote"o.

%ase asf/ltica:;ontienen ade"&s de carono e 'idrgeno, gran cantidad de

azufre. En la destilacin avanzada o "&s co"pleta rinden una cantidad

relativa"ente alta de al#uitr&n ! asfalto. 6e pueden encontrar en M3$ico,

Cenezuela, ;alifornia ! el ;arie.

%ase (i0ta:


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contenidos de nafta, parafinas ! asfaltos #ue resulta i"posile clasificarlos en una

sola de estas clases.

Variedades de crudo

;ada !aci"iento de petrleo est& constituido por una "ezcla de "iles de'idrocaruros diferentes, for"ados por la asociacin de &to"os de carono e

'idrgeno, cu!o origen todava es "al conocido9 a esta "ezcla se agregan

cantidades variales de sustancias #ue contienen azufre, nitrgeno ! o%geno: de

los "&s de 1.200 ca"pos petrolferos conocidos, no se 'an encont rado a(n dos

crudos e%acta"ente iguales. 6eg(n la predo"inacin de uno de los co"puestos

caractersticos, se pueden clasificar los petrleos en:

)' crudos parafnicos1presentan una proporcin elevada de 'idrocaruros tipo;n> n= particular"ente parafinas ! ceras naturales )Penns!lvania, Liia+9

2' crudos naft.nicos, con una cantidad "&s grande de naftenos, 'idrocaruros

de las series anulares o cclicas )Cenezuela+9

3' crudos aro(/ticos1en los #ue se encuentran 'idrocaruros enc3nicos ;n>

)Jorneo+9

4' crudos sulfurosos, #ue contienen sulfuro de 'idrgeno ! "ercaptanos

for"ados por la fi$acin de azufre sore un 'idrocaruro .Este tipo de co"puestos

solo se 'a identificado en fracciones de punto de eullicin a$o )asolinas+.

)Hriente Medio+9

5' crudos particulares1co"o los crudos itu"inosos, #ue son los crudos de "u!

a$o contenido en azufre, ! los crudos polucionados por &cidos, "etales )vanadio,

n#uel, ars3nico+, sales, agua salada, etc.

Por otro lado, algunos 'idrocaruros raros o ausentes en el petrleo ruto sonsintetizados por cracIing o por 'idrogenacin ! se encuentran en los productos

petrolferos despu3s del refino ! en petro#u"ica9 tales son las olefinas o

'idrocaruros etil3nicos ;n> con dole enlace entre los &to"os de carono, los

'idrocaruros aro"&ticos o el acetileno. Para dilucidar la naturaleza co"ple$a del


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petrleo crudo ! sus derivados, se 'an tenido #ue poner a punto procedi"ientos

#ue per"iten deter"inar la co"posicin ! las caractersticas fsicoK#u"icas de los

diferentes productos, despu3s estudiar su co"porta"iento, pri"ero por ensa!os

de si"ulacin en laoratorio, despu3s en el curso de su utilizacin real ulterior.

. >iptesis 6ore El Hrigen 8norg&nico.Las teoras inorg&nicas fueron esencial"ente las 'iptesis de fines de siglo C888,

durante el siglo 8 ! a principios del siglo , elaoradas principal"ente por

#u"icos.

6Postulan 7ue el petrleo 8 el gas asociado se for(an (ediante procesos

inorg/nicos reproduci+les en el la+oratorio9'

Las "&s i"portantes son:

A' -eoras de los (etales alcalinos o de %ert*elot );;+O. De"ostr #ue si el acetileno se calienta a una te"peratura

de 500 7;, apro%i"ada"ente, se poli"eriza en enceno );?>?+ ! si el

enceno se calienta en condiciones apropiadas pierde 'idrgeno ! los

residuos se co"inan para for"ar difenil eter );1>10+ o sea:Los 'idrocaruros ligeros pueden ser generados del acetileno por reacciones

#u"icas a altas te"peraturas.;aruro* un carono = un "etal )alcalino+;a;H ;aH = ;H );al+;aH = ; ;a; = ;HTodas las reacciones descritas en esta teora pueden verificarse en el

laoratorio, solo #ue la deilidad de la teora de Jert'elot, estria en suponer

#ue en la Tierra e%isten "etales alcalinos en estado lire.

%' -eora de los (etales alcalinos (odificada por %8asson );>)='


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En 151, J!asson desarroll una teora funda"entada en la propuesta por

Jert'elot, pero 3l ade"&s postula #ue los sulfuros de 'ierro son sustituidos por

"etales alcalinos. Los sulfuros de 'ierro se encuentran en "uc'as secuencias

gneas ! sedi"entarias.

C' -eora de los car+uros (et/licos o -eora de ?endelei@ );> B );>>='En 1, Mendeleiv present esta teora asada en la presuncin de #ue en la

Tierra e%isten ;aruros de >ierro en estado nativo ! #ue las aguas de

infiltracin, al reaccionar se poli"erizan ! for"an 'idrocaruros.6e supone #ue esta teora fue inspirada en los e%peri"entos de >a'n ;loez !

Billia"s, #uienes de"ostraron #ue los 'idrocaruros podran producirse

tratando el 'ierro fundido ! el ferro"anganeso con &cidos ! agua. Es dudoso

#ue el agua necesaria para verificar estas reacciones pueda infiltrarse lo

suficiente para reaccionar con los caruros de 'ierro, !a #ue 'a! razones paracreer #ue la porosidad ! las fracturas de las rocas tienden a desaparecer con

la profundidad.D' -eora de las e(anaciones @olc/nicas )>='

6e asa en el 'ec'o de #ue algunos gases de las e"anaciones volc&nicas

contienen pe#ueQas cantidades de 'idrocaruros. 6upone #ue dic'os gases

son originados a grandes profundidades, indicativos de la co"posicin

#u"ica de los ele"entos #ue constitu!en el interior de la Tierra ! de sus

reacciones. Ta"i3n se cree #ue estos 'idrocaruros gaseosos se condensanal apro%i"arse a la superficie ! al decrecer la presin ! te"peratura, for"an

los 'idrocaruros l#uidos #ue originan los !aci"ientos actuales.

"' -eora postulada por Sa+atier 8 Senders )>2='En 150, 6aatier ! 6enders, produ$eron una "ezcla de 'idrocaruros

l#uidos, con la intercalacin de Acetileno e >idrgeno, con la presencia de

una reducida cat&lisis de n#uel )los #ue reducen la velocidad de la reaccin

son deno"inados Ncatalizadores negativosO o in'iidores+, ! de esta "anera

argu"entaron #ue se podra 'aer generado petrleo. El prole"a de esta

teora est& en #ue no e%plican la procedencia del acetileno.La 'iptesis postula #ue confor"e se enfriaa el gloo, el petrleo se

precipitaa de la at"sfera ! penetr en los poros de las rocas para llegar a

constituir con el tie"po los !aci"ientos actuales.


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F' -eora del origen cs(ico )>3='

Es una de las teoras "&s antiguas pero resurge en el siglo 8, se

funda"enta en la 'iptesis de #ue el petrleo ! el gas for"an parte

constitutiva de la "ateria neulosa original o de las capas #ue envolvieron a la"ateria original, de donde se for" la Tierra.

' -eora por procesos su+terr/neos de e(anacin o destilacin aedicEe1

6-eora se(iBorg/nica91 )>4='Esta sugiere #ue el agua puede desco"ponerse en sus gases constitu!entes,

deido a la accin de ra!os ga""a, e"anados por "inerales radiactivos.El 'idrgeno lire puede unirse con carn para dar origen a 'idrocaruros.)n = 1+ >H )n = 1+ > = )n = 1+ H n ; = )n = 1+ > ;n >n = El funda"ento terico est& sustentado en e%peri"entos de laoratorio, sin

e"argo, es difcil #ue este proceso ocurra en la naturaleza.

#' -eora de la calia1 el 8eso 8 el agua' )>4='Postulada en 150-, ! supone #ue los caronatos ! sulfatos de calcio al estar

a$o la accin de agua caliente for"an 'idrocaruros co"o los #ue constitu!en

el petrleo. Las calizas, el !eso ! el agua, e%isten en aundancia ! est&n

nti"a"ente asociados en la naturaleza, por otra parte, contienen todos los

ele"entos necesarios para la for"acin de 'idrocaruros. Posile"ente a$o

condiciones favorales de presin ! te"peratura, el petrleo se pueda for"arde esta "anera, pero las reacciones #u"icas en las #ue se apo!a esta teora

no 'an sido e%plicadas satisfactoria"ente.6in e"argo, cuando las t3cnicas del an&lisis geolgico se perfecciono ! se

cont con infor"acin suficiente, se co"enz a dar i"portancia a las teoras

de for"acin org&nica.

. Asfaltos


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El asfalto es un co"ponente natural de la "a!or parte de los petrleos. La palara

asfalto, deriva del acadio, lengua 'alada en Asira, en las orillas del Tigris

superior, entre los aQos 1-00 ! ?00 A.;. en esta zona se encuentra en efecto la

palara N6p'altoO #ue significa Nlo #ue 'ace caerO. Luego la palara fue adoptada

por el griego, pas a latn !, "&s adelante, al franc3s )asp'alte+, al espaQol

)asfalto+ ! al ingl3s )asp'alt+. Estudios ar#ueolgicos, indican #ue es uno de los

"ateriales constructivos "&s antiguos #ue el 'o"re 'a utilizado.

GHu. es un asfalto

El asfalto es un "aterial itu"inoso )figura 1.1 Productos Jitu"inosos+ de color

negro, constituido principal"ente por asf&ltenos, resinas ! aceites )figura 1.. El

Asfalto+, ele"entos #ue proporcionan caractersticas de consistencia, aglutinacin

! ductilidad9 es slido o se"islido ! tiene propiedades ce"entantes ate"peraturas a"ientales nor"ales.

Al calentarse se alanda gradual"ente 'asta alcanzar una consistencia l#uida.

Estos pueden tener dos orgenes9 los derivados de petrleos ! los naturales.

Los asfaltos naturales, se 'an producido a partir del petrleo, pero por un proceso

natural de evaporacin de las fracciones vol&tiles, de$ando las asf&lticas

sola"ente. Estos pueden encontrarse co"o escurri"ientos superficiales en


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depresiones terrestres, dando origen a los lagos de asfalto, co"o los de las islas

Trinidad ! Jer"udas. Ta"i3n aparecen i"pregnando los poros de algunas rocas,

deno"in&ndose rocas asf&lticas. As ta"i3n se encuentran "ezclados con

ele"entos "inerales, co"o pueden ser arenas ! arcillas en cantidades variales,

deiendo so"eterse a posteriores procesos de purificacin, para luego poder ser

utilizadas en pavi"entacin. En la actualidad, no es "u! utilizado este tipo de

asfalto por cuanto adolece de unifor"idad ! pureza.

Los asfaltos "&s utilizados en el "undo 'o! en da, son los derivados del petrleo,

los cuales se otienen por "edio de un proceso de destilacin industrial del crudo.

Fepresentan "&s del 50/ de la produccin total de asfaltos. La "a!ora de los

petrleos crudos contienen algo de asfalto ! a veces en su totalidad, sin e"argo

e%isten algunos petrleos crudos, #ue no contienen asfalto. En ase a la

proporcin de asfalto #ue poseen, los petrleos se clasifican en:

K Petrleos crudos de ase asf&ltica.

K Petrleos crudos de ase parafnica.

K Petrleos crudos de ase "i%ta )contiene parafina ! asfalto+.


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El asfalto procedente de ciertos crudos ricos en parafina no es apto para fines

viales, por cuanto precipita a te"peraturas a$as, for"ando una segunda fase

discontinua, lo #ue da co"o resultado propiedades indeseales, tal co"o la

p3rdida de ductilidad, con los crudos asf&lticos esto no sucede, dada su

co"posicin.

El petrleo crudo e%trado de los pozos, es so"etido a un proceso de destilacin

)figura 1.. Productos ! Te"peraturas tpicas de destilacin+ en el cual se separan

las fracciones livianas co"o la nafta ! Ieroseno de la ase asf&ltica "ediante la

vaporizacin, fracciona"iento ! condensacin de las "is"as. En consecuencia, el

asfalto es otenido co"o un producto residual del proceso anterior. El asfalto es

ade"&s un "aterial itu"inoso pues contiene et(n, el cual es un 'idrocaruro

solule en isulfuro de carono.El al#uitr&n otenido de la destilacin destructiva de un carn graso, ta"i3n

contiene et(n, por lo tanto ta"i3n es un "aterial itu"inoso pero no dee

confundirse con el asfalto, !a #ue sus propiedades difieren considerale"ente.


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Co(posicin del Asfalto'

El asfalto es considerado un siste"a coloidal co"ple$o de 'idrocaruros, en el

cual es difcil estalecer una distincin clara entre fase continua ! dispersa. Las

pri"eras e%periencias para descurir su estructura, fueron desarrolladas por


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Destilacin al Vaco.

Para separar el fondo de la destilacin pri"aria, otra fraccin lire de asf&ltenos !

la otra con el concentrado de ellos, se recurre co"(n"ente a la destilacin al

vaco. Difiere de la destilacin pri"aria, en #ue "ediante e#uipos especiales se

a$a la presin )au"enta el vaco+ en la colu"na fraccionada, logr&ndose as #ue

las fracciones pesadas 'iervan a "enor te"peratura #ue a#uella a la #ue 'ervan

a la presin at"osf3rica. El producto del fondo de la colu"na, es un residuo

asf&ltico "&s o "enos duro a te"peratura a"iente, se deno"ina residuo de

vaco. De acuerdo a la cantidad de vaco #ue se practica en la colu"na de

destilacin, se otendr&n distintos cortes de asfaltos #ue !a pueden ser utilizados

co"o ce"entos asf&lticos.

Desasfaltiacin con Propano o %utano'

El residuo del vaco otenido, contiene los asf&ltenos dispersos en un aceite "u!

pesado, #ue, a la a$a presin )alto vaco+ ! alta te"peratura de la colu"na de

vaco, no 'ierve )se destila+. na for"a de separar el aceite de los asf&ltenos es

disolver )e%traer+ este aceite en gas licuado de petrleo. El proceso se deno"ina

NdesasfaltizacinO ! el aceite "u! pesado otenido, aceite desasfaltizado. 6e

utiliza co"o solvente propano o utano l#uido, a presin alta ! te"peraturas

relativa"ente "oderadas )0 a 10 7 ;+. El gas licuado e%trae el aceite ! #ue da

un residuo se"islido lla"ado Nitu"enO.

Caractersticas del Asfalto'

El asfalto es un l#uido viscoso constituido esencial"ente por 'idrocaruros o sus

derivados, a continuacin enlista"os algunas de sus caractersticas:B Consistencia: 6e refiere a la dureza del "aterial, la cual depende de la

te"peratura. A altas te"peraturas se considera el concepto de viscosidad para

definirla.

B Dura+ilidad:;apacidad para "antener sus propiedades con el paso del tie"po

! la accin de agentes enve$ecedores.


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B Suscepti+ilidad -.r(ica:Cariacin de sus propiedades con la te"peratura.

B Purea:Definicin de su co"posicin #u"ica ! el contenido de i"purezas #ue

posee.

B Seguridad:;apacidad de "ane$ar el asfalto a altas te"peraturas sin peligros de

infla"acin.

Procesos del Asfalto'

El asfalto cuenta con tres tipos de procesos de "e$ora"iento, tanto fsicos co"o

#u"icos, descritos a continuacin:

Proceso Hu(ico:

B Poli(eracin:Ror"acin de "ol3culas "&s grandes, generando una estructura"&s rgida. Depende del tipo de asfalto ! la te"peratura. Proceso irreversile pero

se puede atenuar.

B O0idacin:Es una reaccin entre el asfalto ! el o%geno, es una for"a de

poli"eracin.

Proceso Fsico J Hu(ico:

B Volatiliacin: Evaporizacin de los co"ponentes "&s livianos del asfalto.

Depende (nica"ente de la te"peratura, proceso reversile pero no se logra el

"is"o "aterial.

Proceso Fsico:

K Endureci"iento t3r"ico )reversile+.

K Endureci"iento en la vecindad del agregado )no reversile+.

K Ratiga.


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Jiliografa:Pine 6. >. , >endricIson 4. J. @u"ica Hrg&nica. Mc.raS >ill. JooI ;o. p. 02K0

Morrison, F. and Jo!d, F.@u"ica Hrg&nica AddisonKBesle! 8eroa"ericana

Joston Massac'usetts ) 15 +.

6olo"ons , T. B. . @u"ica Hrg&nica. Li"usa M3%ico )155+

JreSster F. @. ;urso Pr&ctico de @u"ica Hrg&nica. da. edicin. Editorial

Al'a"ra. Madrid )155+.4.KP.Bau#uier. NEl refino de petrleoO Ed. Diaz de

6antos, 8nstituti superior de energa.

Jeret, 6. ! Prausnitz, 4.M.9 NPertured >ardK;'ain T'eor!: An E#uation of 6tate for

Rluids ;ontaining 6"all or Large Molecules.O A8;'E 4,152.

Jetancourt ;orrea Ale$andro N Efecto de los org&nicos pesados )asfaltenos !

parafinas+ en la produccin de 'idrocarurosO Tesis . El petrleo ! la petro#u"ica. A


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