Los hidrocarburos son combustibles fósiles compuestos por moléculas de Carbono e Hidrogeno ampliamente utilizados alrededor del mundo como generadores fundamentales de diversas formas de energía. El agua puede contaminarse por una variedad de compuestos, entre ellos los hidrocarburos.  Estos compuestos orgánicos, derivados principalmente del petróleo y sus subproductos, pueden infiltrarse en los suministros de agua potable a través de diversas vías, como derrames de petróleo, infiltraciones desde sitios industriales y actividades de perforación. El nombre “Petróleo” deriva del griego, quienes llamaban aceite de piedra a este producto que extraían de la tierra: Petro=piedra + oleo=aceite.  Los hidrocarburos se dividen en dos grandes categorías: los hidrocarburos alifáticos y los hidrocarburos aromáticos, cada uno con sus propias características y riesgos asociados.

La presencia de hidrocarburos en el agua potable plantea graves preocupaciones para la salud pública. Muchos de estos compuestos son tóxicos y pueden tener efectos agudos y crónicos en la salud humana. Entre los hidrocarburos aromáticos, el benceno es especialmente preocupante debido a su naturaleza cancerígena. La exposición prolongada a hidrocarburos en el agua potable puede provocar una serie de problemas de salud, que van desde irritaciones de la piel y los ojos hasta daños en órganos vitales y sistemas nerviosos.

Para medir la concentración de hidrocarburos en el agua potable, se utilizan equipos portátiles avanzados que permiten una detección rápida y precisa in situ. Estos dispositivos emplean diversas técnicas analíticas, como espectrofotometría, espectrometría IR, cromatografía de gases y espectrometría de masas, para identificar y cuantificar los compuestos presentes. El monitoreo regular y preciso es crucial para garantizar que los niveles de hidrocarburos se mantengan dentro de los límites seguros establecidos por las normas de salud y seguridad.

La implementación de sistemas de monitoreo y tratamiento efectivos es esencial para mitigar los riesgos asociados con la contaminación por hidrocarburos. Estos sistemas no solo permiten la detección temprana de contaminantes, sino que también facilitan la aplicación de medidas correctivas para asegurar que el agua potable cumpla con los estándares de calidad. La colaboración entre organismos reguladores, operadores de plantas de tratamiento de agua y fabricantes de equipos de monitoreo es fundamental para proteger la salud pública y el medio ambiente.

Impacto Ambiental de los Hidrocarburos y su Contaminación.

Contaminación en el mar

El transporte de hidrocarburos representa uno de los principales problemas medioambientales asociados a su uso, especialmente en el ámbito marítimo. Cuando un hidrocarburo se derrama en el agua, se dispersa rápidamente debido a la diferencia de densidad entre ambos líquidos. Esta rápida expansión facilita que cubra grandes áreas, dificultando enormemente su limpieza. 

Uno de los mayores impactos de estos vertidos es la imposibilidad de que la flora y fauna marina mantengan contacto con la atmósfera, quedando aisladas y en riesgo. Además, los hidrocarburos pueden penetrar en el subsuelo marino, contaminando ecosistemas enteros y afectando incluso las reservas de agua dulce mediante filtraciones. Se estima que anualmente entre 3 y 4 millones de toneladas de petróleo son vertidas en los océanos, lo que convierte a las actividades de exploración y explotación marina en una fuente significativa de contaminación.

Contaminación Terrestre por Hidrocarburos

La contaminación por hidrocarburos no se limita solo al medio marino. En tierra, los derrames de petróleo pueden devastar ecosistemas, afectando la flora y fauna locales. Estos contaminantes pueden filtrarse en el suelo, comprometiendo la calidad de las fuentes de agua subterránea y reduciendo la biodiversidad.

Otro tipo de contaminación terrestre proviene de los residuos industriales, los cuales, al ser vertidos sin control, pueden concentrarse en niveles altamente tóxicos.

Contaminación Atmosférica y Gases Derivados de los Hidrocarburos

En la atmósfera, los hidrocarburos contribuyen significativamente a la contaminación, siendo el dióxido de carbono (CO₂) el principal gas emitido. Sin embargo, existen otros compuestos derivados que también resultan perjudiciales. Se estima que el metano representa el 85% de la contaminación atmosférica causada por hidrocarburos, seguido por los alcanos (9%), alquenos (2.7%), alquinos (1%) y compuestos aromáticos (2.3%).

La reactividad fotoquímica de los Hidrocarburos en presencia de luz genera efectos dañinos en el ambiente. Entre los compuestos más relevantes se encuentran:

 - Hidrocarburos oxigenados: Incluyen alcoholes, aldehídos, cetonas, éteres, ésteres y peróxidos, entre otros. Se encuentran principalmente en el aire debido a las emisiones de los vehículos.
 - Monóxido de carbono (CO): Es un gas altamente asfixiante, ya que tiene gran afinidad con la hemoglobina, desplazando al oxígeno y dificultando la oxigenación de los tejidos celulares. Se produce por la combustión incompleta de hidrocarburos y es una emisión característica de los automóviles.
 - Dióxido de carbono (CO₂): Se genera principalmente por la combustión de productos fósiles como el petróleo y el carbón. Aunque es utilizado en la fotosíntesis de las plantas, su acumulación en la atmósfera contribuye al cambio climático.
 - Otros gases contaminantes: Los hidrocarburos con menos de cuatro átomos de carbono suelen ser gaseosos y pueden tener efectos asfixiantes, además de afectar el sistema nervioso central.

Estados Físicos y Toxicidad de los Hidrocarburos

Los hidrocarburos pueden presentarse en diferentes estados físicos, cada uno con distintos efectos sobre la salud humana:

 - Gases: Son asfixiantes y pueden provocar depresión del sistema nervioso central.
 - Líquidos: Al ser inhalados en forma de vapor o ingeridos, pueden causar efectos neurotóxicos.  Sustancias como el queroseno, la nafta y la bencina, utilizadas como combustibles o solventes, pueden ser perjudiciales si se inhalan o ingieren.
Aunque los hidrocarburos no pueden atravesar la piel, pueden ingresar al cuerpo por inhalación o ingestión. Una vez dentro del organismo, se eliminan mediante la respiración o la orina, tras ser metabolizados en el hígado y transformados en alcoholes y cetonas.

Efectos sobre la Salud Humana

Muchos hidrocarburos poseen un olor agradable, lo que puede llevar a intoxicaciones involuntarias por inhalación. Entre los síntomas más comunes de intoxicación se encuentran:

 - Inhalación: Cefalea, vértigo, náuseas, vómitos, convulsiones, dificultad respiratoria, cianosis, taquipnea, dolor torácico y, en casos graves, coma o muerte.
 - Ingestión: Más común en niños, provoca tos intensa, vómitos, dolor gástrico y depresión del sistema nervioso central.
Las intoxicaciones severas por hidrocarburos pueden ser altamente peligrosas e incluso cancerígenas.

Impacto en el Cambio Climático y Medidas de Prevención

Además de sus efectos directos sobre la salud, los hidrocarburos contribuyen significativamente al cambio climático al ser una fuente importante de gases de efecto invernadero. Esto puede provocar alteraciones en los patrones climáticos, aumento del nivel del mar y eventos extremos que afectan tanto a la biodiversidad como a las poblaciones humanas.

Para mitigar estos efectos, es fundamental adoptar medidas como:

 - La implementación de tecnologías más limpias y eficientes.
 - La promoción de fuentes de energía renovables.
 - La regulación estricta de las emisiones de hidrocarburos.
Reducir la contaminación por hidrocarburos es un desafío global, pero con acciones concretas y sostenibles es posible minimizar su impacto ambiental y proteger la salud de las personas y los ecosistemas.

Tipos de Hidrocarburos y su impacto en el agua

¿Qué son los hidrocarburos?

Los hidrocarburos son diversos tipos de compuestos orgánicos. Pueden tener una mayor o menor complejidad, pero siempre están conformados por un esqueleto de átomos de carbono (C) y de hidrógeno (H), así como de otros eventuales elementos.

Cada hidrocarburo presenta sus patrones estructurales, ya que su configuración específica determina sus propiedades físicas y químicas, así como el nombre de la sustancia de la que se trata. El petróleo, el gas natural y el carbón son las principales fuentes de hidrocarburos.

La mayoría de los hidrocarburos están en el interior de la Tierra, sepultados debajo de capas y capas de roca y de suelo. Son producto de la descomposición anaeróbica, bajo condiciones muy puntuales, de grandes cantidades de materia orgánica, que en épocas antiguas constituyó el cuerpo de distintos seres vivientes.

Los hidrocarburos están presentes también en el cuerpo de distintos seres vivos, bajo formas específicas como la goma que generan los árboles de caucho, o un conjunto de pigmentos llamados carotenos, que tienen algunos vegetales. Además, pueden sintetizarse en un laboratorio, contando con la materia prima adecuada.

Dado su enorme potencial químico y energético, los hidrocarburos forman parte indispensable de diversas industrias, entre ellas, en la obtención de energía eléctrica.

Características de los hidrocarburos

Los hidrocarburos presentan las siguientes características:

 - Están compuestos principalmente por carbono e hidrógeno, aunque pueden contener otros elementos o grupos radicales como aditivos. Los átomos de carbono forman la estructura principal del compuesto, mientras que los de hidrógeno pueden actuar como enlaces estabilizadores, definiendo su configuración (forma, estructura y orientación).
 - Su estructura molecular puede ser lineal o ramificada, así como abierta o cerrada. La disposición y cantidad de sus componentes determinan el tipo específico de hidrocarburo.
 - Son altamente inflamables y poseen un elevado contenido energético, lo que los convierte en una materia prima fundamental para la industria y la generación de energía.
 - Muchos hidrocarburos son tóxicos, especialmente los más volátiles, ya que liberan vapores perjudiciales para la salud.  

Desde su descubrimiento en el siglo XIX, los hidrocarburos se han clasificado según dos criterios principales: su estructura molecular y el tipo de enlace entre sus átomos de carbono.

Hidrocarburos acíclicos o de cadenas abiertas. Son aquellos cuya cadena de moléculas no se cierra sobre sí misma. A su vez, pueden dividirse en lineales (con forma de línea) o ramificados (con diversas ramificaciones). Por ejemplo:

Hidrocarburos cíclicos o de cadenas cerradas. Son aquellos cuya cadena de moléculas se cierra sobre sí misma. A su vez, pueden dividirse en monocíclicos (de un solo ciclo) y policíclicos (de múltiples ciclos). Por ejemplo:

Hidrocarburos aromáticos. Poseen un anillo aromático, o sea, una estructura cíclica con un número de electrones deslocalizados en el anillo aromático. 

Por ejemplo, el benceno (C6H6) tiene 6 electrones deslocalizados Casi todos los hidrocarburos aromáticos suelen ser derivados del benceno (aunque no siempre) y, por lo tanto, la estructura hexagonal del benceno forma parte de muchos de estos compuestos aromáticos. El nombre “aromático” proviene del hecho de que estos compuestos se obtenían inicialmente degradando sustancias químicas de olor agradable. 

Algunos ejemplos de compuestos aromáticos son:

Hidrocarburos alifáticos. Carecen de anillo aromático. Su nombre proviene del griego aleiphar, o sea, “grasa”, dado que se obtenían a partir de la descomposición de aceites y grasas. Se clasifican en saturados (dotados de enlaces atómicos simples) e insaturados (que poseen al menos un enlace múltiple, doble o triple). Algunos ejemplos de hidrocarburos alifáticos son:

Aspectos Normativos

En Chile, la Superintendencia de Servicios Sanitarios (SISS) establece que el agua destinada al consumo humano debe cumplir con la Norma NCh 409/1. Of 2005 del Instituto Nacional de Normalización (INN), la cual rige en todo el territorio nacional.

En cuanto a los hidrocarburos, esta norma establece en la Tabla 3 los límites máximos permitidos para los hidrocarburos aromáticos: benceno (10 µg/L), tolueno (700 µg/L) y xilenos (500 µg/L).

De estos compuestos, el benceno es el más tóxico. En altas concentraciones, afecta principalmente el sistema nervioso central, mientras que en niveles más bajos es perjudicial para el sistema hematopoyético, pudiendo provocar alteraciones hematológicas, incluida la leucemia.

Estos efectos están documentados en la Guía de Calidad para el Agua de Consumo Humano de la Organización Mundial de la Salud (OMS), que recomienda un límite máximo de 10 µg/L. La OMS también señala que, cuando el benceno está presente en el agua potable, su concentración suele ser inferior a 5 µg/L.

Otros hidrocarburos aromáticos, como el tolueno y los xilenos, también son regulados, aunque presentan una toxicidad menor en comparación con el benceno. Los límites establecidos para estos compuestos han sido adoptados por la normativa chilena.

En la Unión Europea, la calidad del agua potable está regulada por la Directiva (UE) 2020/2184 del Parlamento Europeo y del Consejo. Este documento establece parámetros específicos para el benceno y la suma de ciertos hidrocarburos aromáticos policíclicos, como se detalla en la siguiente tabla:

Medición de Hidrocarburos.

Existen diversas metodologías para medir la concentración de hidrocarburos en el agua. Algunas de ellas comienzan con la extracción del hidrocarburo mediante solventes inmiscibles con el agua, proceso en el cual el contaminante se disuelve en el solvente y se separa por diferencia de fases.

Posteriormente, la identificación y cuantificación del hidrocarburo se realiza mediante técnicas instrumentales como cromatografía de gases, espectrometría de masas, fluorescencia UV, fotometría o espectrofotometría infrarroja, entre otras.

Actualmente, existen métodos instrumentales portátiles que permiten realizar mediciones directamente en terreno, sin la necesidad de un laboratorio químico, lo que reduce significativamente los costos. Estos dispositivos permiten analizar muestras en el mismo momento y requieren una infraestructura mínima y de bajo costo. Además, las mediciones en terreno facilitan una respuesta inmediata ante cualquier anomalía detectada en el proceso.

Equipos portátiles para medición de hidrocarburos.

Soluciones YaliTech.

YaliTech, dispone de instrumentos portátiles que permiten medir hidrocarburos en agua de una manera simple y económica.

OCMA 500/550 HORIBA

OCMA 500 y OCMA 550 de la Firma HORIBA son 2 equipos que permiten determinar el contenido de hidrocarburos aceitosos hasta de bajo punto de ebullición como la gasolina.  El OCMA 500 esta pensado para determinaciones en muestras de agua y el OCMA 550 para muestras de sólidos, tales como suelo.

Para la medición en aguas, el OCMA 500 permite determinar la concentración de hidrocarburos en solo 3 minutos con una pequeña muestra.  Tradicionalmente este análisis se realiza extrayendo el hidrocarburo con n-Hexano, separando la fase orgánica y posteriormente evaporando el n-hexano para concentrar el hidrocarburo.  En esta etapa debido al calentamiento se producía evaporación de hidrocarburos de bajo punto de ebullición.  Con el OCMA 500 se utiliza solvente S-316, un homopolímero de clorotrifluoroetileno, que permite una buena extracción y separación de los hidrocarburos.  La muestra de agua se adiciona directamente al equipo y todo el proceso de extracción se realiza en forma automática.  Una vez que las fases se separan el equipo realiza la medición, para lo cual se utiliza un haz de luz IR (Infrarroja) de longitud de onda entre 3,4 a 3,5 mm, por tanto, se puede detectar todas aquellas sustancias que absorban radiación IR en las cercanías de la longitud de onda indicada.

La versatilidad del OCMA-500 es notable gracias a su amplio rango de aplicaciones. Algunos ejemplos incluyen:

Determinación de TOC en aguas residuales de plantas industriales y plantas de tratamiento.

Las aguas residuales provenientes de fábricas o plantas de tratamiento deben ser analizadas antes de su descarga para garantizar su calidad. Tradicionalmente, la demanda biológica de oxígeno (DBO) y la demanda química de oxígeno (DQO) se han utilizado para evaluar el nivel de contaminación del agua. Sin embargo, en los últimos años, el análisis de carbono orgánico total (COT) ha ganado relevancia como un nuevo indicador.

La medición de la DBO presenta la desventaja de requerir varios días de incubación y solo permite evaluar la materia orgánica biodegradable. Por su parte, la DQO puede arrojar resultados variables según el oxidante empleado y, además, genera residuos líquidos con metales pesados. En contraste, el análisis de COT ofrece una alternativa más eficiente, ya que permite medir directamente la cantidad de materia orgánica sin depender de la biodegradabilidad ni de los agentes oxidantes utilizados.

Gracias a su rapidez y precisión, el COT se está consolidando como un método clave en el control de la contaminación del agua, reemplazando progresivamente a la DBO y la DQO en diversas aplicaciones industriales y ambientales.

Detección de contaminación orgánica en condensados de agua.

El condensado es el agua resultante de la condensación del vapor generado en las calderas de vapor. Estas calderas, utilizadas en fábricas, requieren grandes volúmenes de agua, la cual se recircula continuamente para optimizar el consumo y la eficiencia del sistema.

Para garantizar la calidad del agua y detectar posibles fugas de aceite, se emplea un analizador OCMA-500 para medir el carbono orgánico total (TOC). Este control es esencial para evitar la contaminación y asegurar un funcionamiento óptimo del sistema de recirculación.

PF 12 PLUS MACHEREY NAGEL

El fotómetro PF 12 Plus es un dispositivo diseñado para realizar mediciones directamente en terreno o en laboratorio.  Viene equipado con 100 métodos preprogramados y se pueden agregar métodos adicionales por el usuario.  Equipado con una rueda para medir en 7 longitudes de onda y con una adicional para turbidez.

Para la determinación de hidrocarburos con este instrumento, se debe emplear un kit específico, que consiste en tubos de vidrio conteniendo los reactivos a cada uno de los cuales se debe agregar la muestra de agua según lo indicado en un pictograma muy sencillo.

El método empleado considera la extracción con solvente de manera externa, luego digerir la muestra, y finalmente medir la concentración en el fotómetro a una longitud de onda específica.

De igual manera, con el mismo equipo se puede determinar Carbono orgánico total (COT) utilizando kits específicos para ello:

Conclusiones

Contar con equipos portátiles para determinar hidrocarburos en el agua es fundamental por varias razones:

  Monitoreo en tiempo real: Permiten obtener resultados inmediatos sin necesidad de enviar muestras a laboratorios, lo que facilita la toma de decisiones rápidas en caso de contaminación.

  Respuesta rápida ante emergencias: En casos de derrames de petróleo o fugas en cuerpos de agua, los equipos portátiles ayudan a evaluar la magnitud del problema y a implementar medidas correctivas de inmediato.

  Reducción de costos y tiempo: Evitan gastos y demoras asociadas con el transporte y análisis en laboratorios externos, optimizando recursos.

  Facilidad de uso en campo: Son compactos y diseñados para su uso en diversas condiciones ambientales, permitiendo análisis en zonas remotas o de difícil acceso.