PROYECTO DE INTEGRACIÓN

Título del proyecto:

DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO Y REUTILIZACIÓN DE AGUA COPRODUCIDA

EN CAMPOS PETROLEROS PARA RIEGO DE VÍAS RURALES Y CULTIVOS AGRÍCOLAS,

BAJO UN ENFOQUE DE SOSTENIBILIDAD, ECONOMÍA CIRCULAR Y TRANSFORMACIÓN

DIGITAL

Integrantes

WILMER ANDRES SALAZAR GOMEZ

CRISTIAN ALBERTO ARIZA GARCIA

Docente

ELIZABETH LEON VELASQUEZ

BOGOTÁ D.C.

09 de noviembre de 2025

UNIVERSIDAD EAN

Resumen ejecutivo La producción de petróleo en campos maduros genera volúmenes considerables de agua coproducida. Este efluente contiene sales, hidrocarburos, metales pesados y microorganismos que dificultan su disposición (USGS, 2020). En muchas operaciones esta agua se desecha por reinyección o vertimiento, desperdiciando un recurso que podría valorizarse para riego de cultivos, uso en vías o aplicaciones industriales. La normativa colombiana promulgó la Resolución 1256 de 2021, que estableció dos modalidades de uso del agua residual—reúso y recirculación—y derogó la Resolución 1207 de 2014 (PGP Abogados, 2021). El reúso requiere concesión de agua residual y cumplimiento de criterios de calidad, especialmente para agricultura, mientras que la recirculación se autoriza para operaciones internas sin contacto con el suelo (PGP Abogados, 2021). Sin embargo, los operadores carecen de herramientas accesibles que integren variables técnicas, normativas y socioeconómicas para seleccionar sistemas de tratamiento y evaluar su viabilidad.

El proyecto propone diseñar una herramienta digital (dashboard o aplicación web) que integre un árbol de decisiones con un módulo de evaluación de resultados para apoyar la selección de sistemas de reúso del agua coproducida en campos petroleros. La herramienta incorporará variables de calidad del agua, requisitos normativos de la Resolución 1256 de 2021, criterios técnicos (microfiltración, filtración con cáscara de nuez, entre otros) y aspectos económicos y sociales. Además, se diseñará un sistema piloto de tratamiento basado en filtración con cáscara de nuez, complementado con microfiltración, cumpliendo los límites permisibles para reúso en riego y otros usos. Finalmente, se realizará la caracterización fisicoquímica y microbiológica del agua coproducida como insumo para la base de datos y validación del modelo. La entrega se organiza según las guías de la asignatura, incluyendo introducción, planteamiento del problema, preguntas de investigación, objetivos, justificación, marco de referencia, metodología y conclusiones.

Tabla de Contenido

Resumen ejecutivo ............................................................................................................. 2 Introducción......................................................................................................................... 5

1.

Planteamiento del problema ..................................................................................... 6 Preguntas de investigación............................................................................................. 6

2.

Objetivos ................................................................................................................... 7 Objetivo general .............................................................................................................. 7 Objetivos específicos ...................................................................................................... 7

3.

Justificación............................................................................................................... 8

4.

Análisis de Requerimientos ...................................................................................... 9 4.1 Intención del producto .............................................................................................. 9 4.2 Este sistema incluye dos componentes articulados: ............................................... 9 4.3 Verificación de parámetros de diseño .................................................................... 10 4.4 Obtención de resultados mediante pruebas .......................................................... 11

5.

Marco de referencia ................................................................................................ 12 5.1 Composición y problemática del agua coproducida .............................................. 12 5.2 Normativa sobre reúso del agua en Colombia ....................................................... 12 5.3 Tecnologías de tratamiento y selección ................................................................. 13 5.4 Árbol de decisiones y herramientas digitales. ........................................................ 14

6.

Análisis de restricciones ......................................................................................... 16 6.1 Alcance del análisis ................................................................................................ 16 6.2 Restricciones por alternativa tecnológica ............................................................... 17 6.3 Tabla 3. Matriz de riesgos (HSE y operación) ....................................................... 19 6.4 Restricciones normativas específicas (Colombia) ................................................. 20 6.5 Restricciones específicas del componente digital: ................................................ 20 6.6 Matriz DOFA ........................................................................................................... 21

7.

Marco Teórico ......................................................................................................... 22 7.1 Propósito, alcance y estructura conceptual ........................................................... 22

7.2 El agua coproducida en la industria petrolera: definición, magnitud e impactos .. 22

7.3 Naturaleza y composición del agua de producción: retos de manejo ................... 23 7.4 Tecnologías y procesos de tratamiento ................................................................. 25 7.5 Pretratamiento y remoción de hidrocarburos ......................................................... 25 7.6 Clarificación/precipitación y control de ensuciamiento .......................................... 26 7.7 Membranas (UF/NF/RO) y ZLD ............................................................................. 26

7.8 Reúso agrícola y en control de polvo de vías: evidencia y riesgos ....................... 27 7.9 Normativa y lineamientos de calidad para reúso ................................................... 28 7.10 Restricciones, riesgos y sostenibilidad (síntesis aplicada) .................................. 28 7.11 Digitalización como herramienta de apoyo (dashboard + MCDA) ...................... 29 7.12 Convergencia con economía circular y casos nacionales ................................... 30

8.

Metodología ............................................................................................................ 34 8.1 Enfoque metodológico ............................................................................................ 34 8.2 Diseño metodológico .............................................................................................. 36 8.2 Revisión documental y normativa .......................................................................... 36 8.3 Población y muestra ............................................................................................... 38 8.4 Técnicas e instrumentos ......................................................................................... 38

8.5 Caso de estudio – Tratamiento del agua coproducida en CPF Casanare ............ 38

• Descripción del proceso de tratamiento de agua coproducida .............................. 41 • Filtros cascara de nuez ........................................................................................... 43 • Tecnología complementaria – Ultrafiltración (UF) ................................................. 44 • Calidad visual del agua de producción para riego antes y después ...................... 45 8.6 Diagrama metodológico (flujo de fases) ................................................................. 46

9.

Análisis costos beneficio del proyecto .................................................................... 48 9.1. Costos directos ...................................................................................................... 48 9.2. Costos fijos ............................................................................................................ 48 9.3. Gastos generales (overhead) ................................................................................ 49 9.1. Inversión y capital de trabajo ................................................................................. 49 9.4. Análisis de beneficios esperados .......................................................................... 51 9.5. Balance costo–beneficio ........................................................................................ 52 9.6 Resultados – Dashboard Digital ............................................................................. 53 9.7 Discusión................................................................................................................ 59 9.8 Interpretación de hallazgos .................................................................................... 59

10.

Conclusiones........................................................................................................... 61

11.

Referencias ............................................................................................................. 63

Introducción La disponibilidad de agua dulce es un desafío global, agravado por el crecimiento poblacional, el cambio climático y la competencia entre sectores productivos. El reúso de aguas tratadas se ha convertido en una estrategia para aumentar la oferta hídrica. La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) define el reúso del agua como el proceso de recuperar agua de diversas fuentes y tratarla para emplearla en agricultura, abastecimiento potable, recarga de acuíferos y procesos industriales (EPA, 2024). Las fuentes potenciales incluyen aguas residuales municipales, aguas de procesos industriales, escorrentía agrícola y agua coproducida de la extracción de hidrocarburos (EPA, 2024). Para usos agrícolas, las normas exigen cumplir especificaciones de calidad adecuadas que garanticen la seguridad de cultivos, suelos y trabajadores (EPA, 2024).

En los campos petroleros, el agua coproducida es la mayor corriente de desecho; por cada barril de petróleo extraído se generan alrededor de diez barriles de agua (USGS, 2020). Esta agua presenta concentraciones elevadas de sales (entre 1 000 y 250 000 mg/L), hidrocarburos, químicos tóxicos, metales pesados y material radioactivo natural (USGS, 2020). El manejo inadecuado puede causar impactos ambientales y aumentar los costos operativos. Actualmente más de 95 % de esta agua se reinyecta, y en muchos casos se descarta sin tratamiento, desaprovechando su potencial de reúso (USGS, 2020). La situación es particularmente crítica en regiones rurales con escasez hídrica, donde el agua tratada podría destinarse al riego agrícola o control de polvo en vías.

1. Planteamiento del problema

Durante la extracción de petróleo en algunos campos maduros colombianos se genera una gran cantidad de agua coproducida altamente contaminada que actualmente se desecha sin valorización (Mesa et al., 2018). Este desperdicio de un recurso con potencial de reúso se produce a pesar de que la legislación nacional permite utilizar aguas residuales tratadas en agricultura e industria (PGP Abogados, 2021). La disposición sin tratamiento conlleva impactos ambientales (contaminación de suelos y cuerpos de agua) y pérdidas económicas para las comunidades y empresas. Además, la escasez de herramientas digitales que permitan simular y evaluar alternativas de tratamiento impide tomar decisiones informadas que incorporen criterios técnicos, normativos, sociales y económicos. La falta de información sistematizada sobre la calidad del agua coproducida y los costos de tratamiento limita la implementación de tecnologías de reúso en los campos petroleros.

Preguntas de investigación

1. ¿Cómo integrar variables técnicas, normativas, sociales y económicas en una

herramienta digital que permita seleccionar la mejor alternativa de tratamiento y reúso del agua coproducida?

2. ¿Qué tecnologías de tratamiento, particularmente la filtración con cáscara de nuez y

procesos de membrana, son más efectivas para cumplir con la Resolución 1256 de 2021?

3. ¿Qué parámetros fisicoquímicos y microbiológicos del agua coproducida deben

caracterizarse para garantizar un modelo de tratamiento confiable?

4. ¿Cómo validar la herramienta digital y el modelo de tratamiento en escenarios reales de

pruebas piloto y de aceptación social?

2. Objetivos

Objetivo general

Diseñar un sistema de tratamiento y reúso del agua coproducida en campos petroleros para su aplicación en riego agrícola y vial, en cumplimiento de la Resolución 1256 de 2021 y bajo un enfoque de sostenibilidad y economía circular, complementado con una herramienta digital de apoyo a la toma de decisiones.

Objetivos específicos

1. Caracterizar la calidad fisicoquímica y microbiológica del agua coproducida en el campo

de estudio.

2. Diseña un sistema modular de tratamiento de agua coproducida, basado en filtración

con cáscara de nuez y microfiltración, que cumpla con los parámetros de la Resolución 1256 de 2021.

3. Evaluar la viabilidad técnica, social y económica del modelo de tratamiento mediante

pruebas piloto y encuestas de percepción.

4. Incorporar una herramienta digital que integre variables técnicas y normativas para

apoyar la selección de alternativas de tratamiento y reúso.

3. Justificación

La presión sobre los recursos hídricos en Colombia exige adoptar estrategias de gestión sostenible como el reúso de aguas tratadas. La Resolución 1256 de 2021 promueve la bioeconomía y el uso eficiente del agua al habilitar el reúso en actividades agrícolas e industriales y la recirculación en procesos internos (PGP Abogados, 2021). Sin embargo, los procedimientos para obtener la concesión de aguas residuales pueden desincentivar su aplicación (PGP Abogados, 2021). Diseñar una herramienta digital que simplifique la evaluación de alternativas de tratamiento y reúso contribuirá a superar barreras administrativas y técnicas. La incorporación de criterios sociales—como la aceptación de las comunidades y el impacto en el empleo local—fortalece la viabilidad del proyecto y la transición hacia una economía circular.

La selección adecuada de tecnologías de tratamiento requiere comprender las características del agua coproducida. Dado que presenta altas concentraciones de sales, hidrocarburos y químicos tóxicos (USGS, 2020), su tratamiento debe incluir procesos de remoción de partículas y aceite, como la filtración con cáscara de nuez, y procesos de membrana para eliminar sales disueltas. La microfiltración utiliza membranas con poros de 0,1–

10 micras que retienen bacterias y sólidos, pero no remueven iones o sales

(Crystal Quest, 2025). Por su parte, la ósmosis inversa emplea membranas semipermeables que, mediante presión, eliminan especies químicas disueltas y bacterias (Wikipedia, 2025). Integrar estas tecnologías en un tren de tratamiento proporciona agua de calidad adecuada para riego u otros usos y responde a los principios de sostenibilidad. El proyecto también aporta valor social al ofrecer una alternativa de abastecimiento hídrico para comunidades rurales y al reducir el impacto ambiental de la industria petrolera. La caracterización permitirá futuras investigaciones y facilitará la replicabilidad en otros campos.

4. Análisis de Requerimientos

4.1 Intención del producto

El proyecto busca desarrollar un sistema integral de tratamiento y reúso de agua coproducida en campos petroleros para su aplicación en riego agrícola y control de polvo en vías rurales, en cumplimiento de la Resolución 1256 de 2021.

4.2 Este sistema incluye dos componentes articulados:

Componente técnico principal: diseño y validación de un sistema de tratamiento basado en filtración con cáscara de nuez y procesos complementarios (microfiltración y/o nanofiltración), capaz de remover hidrocarburos, sólidos suspendidos, sales y contaminantes críticos.

Componente digital: desarrollo de una herramienta digital (dashboard o aplicación web) que integre un árbol de decisiones y un módulo de evaluación comparativa de parámetros, generando reportes técnicos y visuales que faciliten la toma de decisiones para ingenieros, operadores y actores sociales.

De esta manera, el producto esperado no es solo un prototipo de tratamiento, sino un modelo replicable que combina ingeniería de procesos y digitalización para optimizar la gestión del recurso hídrico.

4.3 Verificación de parámetros de diseño

Los parámetros críticos definidos para el sistema, de acuerdo con la Resolución 1256 de 2021 y la literatura técnica, son los siguientes: Parámetro Valor normativo (Resol. 1256/2021) Método de verificación Responsable Turbidez

≤ 5 NTU

Ensayos de turbidez en laboratorio (NTU, método nefelométrico) Equipo de laboratorio ambiental Aceites y grasas ≤ 10 mg/L Extracción con solventes y gravimetría (EPA 1664A) Laboratorio de aguas

TPH

(hidrocarburos totales) ≤ 5 mg/L Cromatografía de gases

(GC-FID)

Laboratorio especializado TDS (sólidos disueltos totales) ≤ 1500 mg/L Conductividad eléctrica y gravimetría Laboratorio ambiental pH

6.5 – 8.5

Medición con potenciómetro Operador de planta Coliformes totales y fecales

0 NMP/100 mL

Ensayo microbiológico (método Colilert/filtración de membrana) Laboratorio microbiológico Hierro (Fe) ≤ 0.3 mg/L (criterio complementario) Absorción atómica / ICP Laboratorio químico Bario y Sulfatos ≤ 1 mg/L y ≤ 250 mg/L (criterios críticos para incrustación) ICP-OES / titulación Laboratorio especializado

4.4 Obtención de resultados mediante pruebas

La validación del cumplimiento de los requerimientos se realizará en tres fases: Pruebas de laboratorio:

• Análisis fisicoquímicos y microbiológicos (turbidez, TDS, TPH, aceites, pH, metales, coliformes).

• Protocolos basados en Resolución 1256 de 2021 y normas EPA/ASTM. Pruebas piloto en campo:

• Implementación de unidades de filtración con cáscara de nuez en la Estación Carrizales (Orocué, Casanare).

• Registro de variables de operación (caudal, presión, eficiencia de remoción). Comparación normativa:

• Confrontación de los resultados experimentales frente a los valores límite exigidos por la normativa colombiana para riego agrícola y control de polvo en vías. Validación digital:

• Integración de resultados experimentales en la herramienta digital. • Generación de reportes técnicos (tablas comparativas, gráficas de evolución y alertas de incumplimiento).

5. Marco de referencia

5.1 Composición y problemática del agua coproducida

La literatura indica que el agua coproducida constituye la corriente de desecho más voluminosa de la industria del petróleo; se generan entre 10 y 30 barriles de agua por cada barril de crudo (USGS, 2020). Los altos niveles de salinidad (1 000–250 000 mg/L), aceite y grasa, químicos tóxicos, metales pesados y materiales radioactivos naturales limitan su disposición o reúso (USGS, 2020). La remediación y manejo representan costos significativos; históricamente la mayor parte de estas aguas se reinyecta, aunque aún existen descargas superficiales que causan contaminación (USGS, 2020). Proyectos recientes han evaluado la posibilidad de tratar el agua coproducida mediante trenes de membranas (coagulación, microfiltración, nanofiltración/ósmosis inversa) para su uso en riego agrícola, analizando la toxicidad antes y después del tratamiento y el impacto en suelos y cultivos (Colorado State University, 2021).

5.2 Normativa sobre reúso del agua en Colombia

La Resolución 1256 de 2021 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible reglamenta el uso de las aguas residuales en el país. La norma define dos usos principales: (i) el reúso en actividades agrícolas e industriales y (ii) la recirculación en operaciones internas que no tengan contacto con el suelo (PGP Abogados, 2021). Para el reúso, los usuarios deben obtener una concesión de agua residual de acuerdo con el Decreto 2811 de 1974 y cumplir criterios de calidad establecidos en la resolución (PGP Abogados, 2021). En el caso de recirculación, se permite el uso de las aguas residuales en procesos unitarios dentro de una misma actividad económica sin requerir permiso ambiental (PGP Abogados, 2021). La resolución busca promover la bioeconomía y la eficiencia hídrica; sin embargo, se ha señalado que los trámites podrían retrasar proyectos (PGP Abogados, 2021). La herramienta digital

propuesta incorporará los parámetros de calidad y los trámites requeridos para evaluar la viabilidad normativa de cada alternativa de tratamiento.

5.3 Tecnologías de tratamiento y selección

Filtración con cáscara de nuez. Los filtros de cáscara de nuez son dispositivos profundos utilizados desde la década de 1970 para separar el petróleo del agua producida. Utilizan medios de nuez o pecana debido a su dureza y afinidad equivalente por agua y aceite, lo que permite adsorber aceite y liberar el medio durante el retrolavado. Estos filtros se diseñan para cargas inferiores a 100 mg/L de aceite y 100 mg/L de sólidos suspendidos y alcanzan eficiencias de remoción del 90–95 % (Kremesti, 2023). Su principal uso es el tratamiento terciario posterior a separadores primarios y secundarios, tanto en instalaciones onshore como offshore, para permitir la reinyección o reúso del efluente (Kremesti, 2023). La operación requiere retrolavados periódicos controlados por diferencial de presión o temporizadores (Kremesti, 2023).

Microfiltración. La microfiltración utiliza membranas con poros de 0,1–10 µm para eliminar partículas, bacterias y otros contaminantes. Es eficaz para clarificar el agua sin remover sales disueltas, y suele emplearse como pretratamiento para procesos de nanofiltración u ósmosis inversa (Crystal Quest, 2025). Las membranas de fibra hueca ofrecen alta superficie, modularidad y durabilidad, permitiendo configuraciones de flujo de adentro hacia afuera o viceversa (Crystal Quest, 2025). Ventajas de la microfiltración incluyen alta precisión de filtración, menor consumo de energía en comparación con la ósmosis inversa y posibilidad de escalamiento (Crystal Quest, 2025).

Ósmosis inversa. La ósmosis inversa es un proceso de hiperfiltración que aplica presión para vencer la presión osmótica y forzar el paso del solvente (agua) a través de una membrana semipermeable, reteniendo solutos y bacterias. Es utilizada para desalación de

agua de mar y purificación de agua potable (Wikipedia, 2025). En comparación con la microfiltración, las membranas de ósmosis inversa permiten remover sales disueltas y contaminantes de tamaño nanométrico (Wikipedia, 2025). La combinación de microfiltración como pretratamiento y ósmosis inversa como etapa final es una estrategia eficaz para reducir el ensuciamiento y maximizar la vida útil de las membranas (Colorado State University, 2021). 5.4 Árbol de decisiones y herramientas digitales.

La selección de tecnologías de tratamiento requiere analizar múltiples variables: composición del agua, límites normativos, eficiencia de cada proceso, costos de inversión y operación, y criterios sociales. Un árbol de decisiones es un esquema lógico que permite evaluar alternativas en función de variables discretas y probabilidades. La herramienta digital propuesta se construirá en Python usando marcos como Streamlit / Flask para ofrecer una interfaz web que integre la base de datos de caracterización del agua, un motor de reglas basado en la normativa y modelos de costos. El usuario podrá ingresar parámetros de su campo y obtener recomendaciones de tratamiento junto con análisis de sensibilidad y gráficos comparativos. La digitalización facilitará actualizar los criterios cuando la normativa cambie y permitirá extender la herramienta a otras industrias que generan aguas residuales.

Resumen de tecnologías de tratamiento Tecnología Contaminantes/removidos Ventajas Microfiltración Partículas y bacterias; no remueve sales Alta precisión; bajo consumo de energía; modularidad Filtro de cáscara de nuez Aceite y sólidos (<100 mg/L) Remoción de 90–95 %; adecuado para tratamiento terciario Ósmosis inversa Sales disueltas y contaminantes nanométricos Produce agua de alta pureza; adecuada para desalación

Resumen de usos normativos del agua residual (Resolución 1256 de 2021) Uso Descripción Requisitos

Uso Descripción Requisitos Reúso Empleo de agua residual tratada en agricultura e industria Concesión de agua residual y cumplimiento de límites de calidad Recirculación Reutilización interna en procesos sin contacto con el suelo No requiere permiso ambiental

La incorporación de una herramienta digital de apoyo a la decisión (DSS) permite integrar, de forma sistemática, variables técnicas (p. ej., turbidez, TPH, aceites y grasas, TDS, pH) con criterios normativos para el reúso seguro del agua coproducida en agricultura y riego de vías rurales. En este contexto, la literatura técnica señala rutas de tratamiento combinadas—filtros de cáscara de nuez, ultrafiltración, nanofiltración/ósmosis inversa y procesos oxidativos avanzados—que deben evaluarse según la calidad objetivo del efluente (Arnold & Stewart, 2008; Crini, 2005; Cho et al., 2006; Hermosilla et al., 2015; Villegas et al., 2019). A la vez, la Resolución 1256 de 2021 define límites y condiciones de reúso que el sistema debe verificar para los diferentes usos. En consecuencia, la herramienta se concibe como un mediador entre evidencia técnica y cumplimiento regulatorio, alineado con economía circular y prácticas de valorización del recurso hídrico (Ellen MacArthur Foundation, 2019). Metodológicamente, la aplicación web se estructurará en tres módulos acoplados: (1) Ingesta y validación de datos, que captura y normaliza indicadores de calidad (entrada/salida de trenes de tratamiento) y metadatos de contexto (uso propuesto, cultivo, suelo), con trazabilidad a fichas de laboratorio; (2) Motor normativo y de decisión, que mapea automáticamente los resultados frente a umbrales de la Resolución y, mediante un esquema multicriterio (ponderaciones de eficiencia de remoción, costos operativos, robustez, facilidad de operación en sitio), genera un ranking de alternativas tecnológicas (filtro de cáscara de nuez como pretratamiento, UF/NF/RO y, de requerirse, AOPs) coherente con el destino del agua; y

(3) Visualización y reporte, que produce comparativos de cumplimiento (semáforos), curvas

de desempeño y recomendaciones trazables, exportables para soporte ante autoridades y

partes interesadas. Este diseño capitaliza los parámetros y rutas de tratamiento documentados para el caso colombiano y el contexto de Casanare, facilitando la selección de alternativas acordes al uso (agrícola o vial) y a las condiciones locales de operación (Arnold & Stewart, 2008; Villegas et al., 2019; MinAmbiente, 2022).

6. Análisis de restricciones

6.1 Alcance del análisis

El proyecto de tratamiento y reúso de agua coproducida en campos petroleros para riego agrícola y control de polvo en vías rurales se enfrenta a restricciones de tipo ambiental, económico, legal, de salud y seguridad, social y técnico-operativo. Adicionalmente, se consideran restricciones propias del componente digital (dashboard) desarrollado como apoyo a la toma de decisiones.

Tabla 1. Matriz de restricciones (transversales al proyecto)

Dimensión Restricción/Cond ición Impacto Potencial Evidencia/Indica dor Medida de mitigación Responsabl e Ambiental Variabilidad de calidad del agua (TPH, aceites, TDS, Ca/Mg/Fe) Incumplimie nto de parámetros de reúso Resultados de caracterización y pilotos Pretratamientos modulares (coagulación/precipi tación selectiva + filtración cáscara de nuez); control de pH Ing. proceso / Operación Ambiental Gestión de lodos/medios usados Riesgo de manejo de residuos Kg de lodos/mes; hoja de seguridad Plan de manejo de residuos; proveedor gestor autorizado

HSE /

Contratista Económica CAPEX/OPEX del tren de tratamiento No viabilidad financiera LCOE del agua ($/m³ tratado) Selección de alternativas “fit-forpurpose”; fases piloto antes de escalar Dirección del proyecto

Legal Cumplimiento Resolución 1256/2021 (reúso) Sanciones, detención del proyecto Reportes de laboratorio; actas de inspección Control metrológico y laboratorio acreditado; registros trazables Jurídica / QA Legal Permisos y licencias (uso de suelo, vertimiento, transporte de residuos) Demoras administrati vas Cronograma/lice ncias Ruta regulatoria y cronograma; radicación temprana PM / Jurídica Salud y Seguridad Exposición a químicos y aerosoles Accidentes, enfermedad es

IPER, AST

EPP, capacitación, ventilación, manejo seguro de químicos

HSE

Sociocultural Aceptación comunitaria del reúso Rechazo social Encuestas, actas de reunión Socialización, pilotos demostrativos, selección de usos no sensibles Rel.

comunidad Técnica/Oper ativa Disponibilidad de repuestos y servicios Paradas de planta

MTBF/MTTR

Estándares de equipos, stocks críticos, contratos de mantenimiento Mantenimie nto Técnica/Oper ativa Calidad de datos para la herramienta digital Decisiones erróneas % datos validados vs.

totales Validación automática, reglas de negocio y auditoría de datos Ing. de datos

Nota: Esta matriz se actualiza con los resultados de la caracterización real y de las pruebas piloto.

6.2 Restricciones por alternativa tecnológica

Alternativas evaluadas

A1) Filtro de cáscara de nuez como etapa principal + microfiltración A2) Clarificación/precipitación selectiva (pH + Na₂CO₃/oxidación) + filtración A3) Membranas (UF/NF/RO), según calidad objetivo y TDS

Tabla 2. Alternativas evaluadas

Alternativa Restricciones Clave Riesgo (Prob. x Sev.)

Efecto Medidas de mitigación Decisión preliminar A1: Cáscara de nuez + MF Carga alta de aceites finos/emulsion ados; colmatación M x M Baja eficiencia si no hay pretratamiento Dosificación coagulante/rompe dor; lavado contracorriente programado Mantener con pretratamiento A2:

Clarificación/pr ecipitación selectiva + filtración Manejo de químicos y lodos; control de pH M x M Costos y seguridad SOP químicos, neutralización y gestor de lodos; dosificación automática Mantener (fitfor-purpose) A3: UF/NF/RO Alto OPEX y rechazo hipersalino; ensuciamiento B x A Costos y brine management Solo si el uso final exige TDS bajos; recuperación alta; plan de salmuera Condicionar a metas de TDS

Leyenda de riesgo: B=bajo, M=medio, A=alto. Criterio general: priorizar esquemas fit-for-purpose (solo lo necesario para cumplir el uso y la norma), minimizando CAPEX/OPEX y residuos.

6.3 Tabla 3. Matriz de riesgos (HSE y operación)

Peligro/Riesgo Consecuencia Prob. Sev. Nivel Controles (ingeniería, admin., EPP) Manejo de químicos (NaOH, Na₂CO₃, oxidantes) Quemaduras/derrame M M M Contención secundaria, duchas lavaojos, dosificación cerrada, MSDS, guantes, careta Aerosoles con hidrocarburos Inhalación B M M Ventilación, tapas, mascarillas con filtro, monitoreo H₂S/TPH Presión/caudal en filtros Proyección/ruptura B A M-A Válvulas alivio, manómetros, SOP bloqueo-etiquetado (LOTO) Manejo de lodos y medios usados Contacto dermal/derrames M M M Contenedores rotulados, rutas internas, gestor autorizado Energía eléctrica/motores Electrocución B A M-A Puesta a tierra, tableros IP, inspecciones, bloqueo

Leyenda de riesgo: B=bajo, M=medio, A=alto.

6.4 Restricciones normativas específicas (Colombia)

• Reúso: cumplimiento estricto de Resolución 1256 de 2021 (parámetros para riego agrícola y control de polvo).

• Permisos asociados (según aplique): uso de suelo (POT), autorización de vertimiento si hay descarga, gestión de residuos peligrosos/no peligrosos (registro y gestor), transporte de residuos, y seguridad industrial (SG-SST).

• Trazabilidad: registros de muestreo y resultados de laboratorio (preferible laboratorio acreditado).

6.5 Restricciones específicas del componente digital:

Técnicas/operativas: El dashboard depende de la calidad de los datos de entrada (resultados de laboratorio y pruebas piloto). Datos incompletos o erróneos afectan la confiabilidad de las recomendaciones (SPE 218959, 2020). Además, requiere que estén bien definidas las variables críticas (TPH, turbidez, TDS, aceites, pH, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺) (SPE 209599, 2022; URTeC 3867221, 2023).

Económicas: Si se implementa con plataformas comerciales (ej. Power BI), puede requerir licencias de pago o infraestructura de servidores, aumentando costos. Sin embargo, existen opciones de bajo costo como Python con Streamlit o Flask.

Sociales y de capacitación: Los usuarios (ingenieros de campo, técnicos, actores sociales) necesitarán capacitación básica para interpretar los árboles de decisión y reportes. Sin este acompañamiento, la herramienta puede ser subutilizada.

Legales y de trazabilidad: El dashboard debe garantizar la trazabilidad de los resultados (fecha, lugar, método de análisis) para asegurar validez regulatoria y transparencia. La confianza en los resultados digitales es clave para la aceptación comunitaria (SPE 199498,

2020).

6.6 Matriz DOFA

se incluye como complemento al análisis de restricciones. No se trata de repetir los factores ya evaluados, sino de presentar un modelo de interpretación rápida y estratégica que permita visualizar de manera sintética las fortalezas, oportunidades, debilidades y amenazas del proyecto. De esta forma, se facilita la comunicación de los aspectos clave ante la comunidad académica y los actores involucrados, resaltando cómo las fortalezas técnicas y normativas, junto con las oportunidades de innovación y sostenibilidad, superan las debilidades internas y las amenazas externas identificadas.

Debilidades (D) Oportunidades (O)

- Dependencia de pruebas piloto y disponibilidad de

resultados de laboratorio para validar la herramienta digital.

- Incremento de la presión social y regulatoria

sobre la industria para reducir disposición de aguas de producción.

- Costo de operación de tecnologías avanzadas como

membranas puede limitar la escalabilidad.

- Posibilidad de aplicar el modelo en otros

campos petroleros de Colombia y en la región.

- Limitada experiencia previa en Colombia en la

aplicación agrícola y vial de aguas coproducidas (SPE

221002, 2022).

- Avances tecnológicos en membranas,

clarificación química y nanotecnología que pueden complementar el sistema.

- La herramienta digital depende de la calidad de los

datos de entrada (riesgo de error si los análisis no son confiables).

- Potencial acceso a fondos o programas de

innovación en economía circular y agua.

Fortalezas (F) Amenazas (A)

- Proyecto fundamentado en resolución normativa

vigente (1256/2021), lo que le da legitimidad.

- Altos TDS y cationes divalentes en algunas

corrientes de agua coproducida pueden requerir tratamientos costosos (SPE 209599,

2022).

- Base técnica sólida con experiencias previas (filtros

de cáscara de nuez, pruebas piloto en campo).

- Percepción negativa de la comunidad hacia

el reúso de aguas de origen petrolero, aun si cumplen norma (SPE 199498, 2020).

- Integración de un componente digital (dashboard)

que facilita visualización, trazabilidad y socialización.

- Riesgo de cambios regulatorios más estrictos

que eleven las exigencias normativas.

- Equipo multidisciplinario (ingeniería industrial +

sistemas) que combina experiencia técnica y digital.

- Posibles variaciones en precios de químicos,

energía y mantenimiento que afecten la viabilidad económica.

7. Marco Teórico

7.1 Propósito, alcance y estructura conceptual

El presente marco teórico ofrece una base conceptual para el proyecto “Reutilización de agua de producción de pozos petroleros para riego en vías cercanas a zonas de producción y para cultivos (p. ej., palma), con el fin de reducir la captación de agua dulce y evitar la contaminación de acuíferos por inyección de agua de producción”. Se articula en tres ejes: (i) tratamiento del agua coproducida en la industria petrolera; (ii) potencial de reúso (agrícola y vial) bajo criterios de sostenibilidad y economía circular; y (iii) normativas y lineamientos que gobiernan su calidad para usos benéficos. A estos ejes se incorpora un cuarto componente transversal y actual: la digitalización (dashboard y MCDA) como herramienta de apoyo para la trazabilidad, la toma de decisiones y la socialización técnica del proyecto.

7.2 El agua coproducida en la industria petrolera: definición, magnitud e impactos

El agua de producción (o agua coproducida, PW) es el fluido acuoso que se extrae junto con el petróleo y el gas y que se origina tanto en agua de formación como en agua de inyección usada para mantener presión o mejorar el recobro (Díaz, 2013; Khatib & Verbeek, 2003). La PW es uno de los subproductos más abundantes de la industria de hidrocarburos; globalmente pueden generarse 3–7 barriles de agua por cada barril de crudo, y en campos maduros los cortes de agua pueden superar la relación 10:1 (Dal Ferro & Smith, 2007; API, 1995; Díaz, 2013).

En Colombia—particularmente en los Llanos Orientales—la alta producción de PW exige sistemas de separación y tratamiento robustos para evitar impactos, entre ellos: contaminación de cuerpos superficiales por descargas fuera de norma, riesgo para acuíferos si la inyección no es controlada, y conflictos socioambientales por la percepción de riesgo (ACP, 2024; Ecopetrol, 2016, 2017; Jiménez & Asano, 2008).

Figura 1: Relación petróleo–agua producida por campo

7.3 Naturaleza y composición del agua de producción: retos de manejo

La PW presenta salinidades elevadas (TDS >10.000 hasta >200.000 mg/L), aceites y grasas (en fase libre, emulsificada o disuelta), TPH, sólidos suspendidos, metales (Fe, Ba, Sr, Mn) y microorganismos (Díaz, 2013; Mesa, Romero & García, 2018; Abdou, Raji & Ibrahim, 2011; Zhou, Chen & Sun, 2023). Esta composición genera desafíos como: Incrustaciones (carbonatos/sulfatos) y corrosión acelerada (CO₂/H₂S/Cl⁻), que reducen eficiencia y vida útil de equipos.

Variabilidad espaciotemporal de calidad, que dificulta estandarizar trenes de tratamiento.

Costos operativos por grandes volúmenes y requerimientos químicos/energéticos. Tabla 1. Propiedades, cationes y aniones comunes en el agua coproducida Categoría Parámetros / Constituyentes Propiedades y constituyentes Turbidez; Sólidos disueltos totales (SDT); Contenido de hidrocarburos; Oxígeno disuelto; Dióxido de carbono disuelto; Sulfuros (H₂S); pH; Temperatura; Gravedad específica; Resistividad (Conductividad); Dureza total; Alcalinidad; Salinidad; Bacterias y microorganismos; Compuestos radiactivos; Metales pesados Cationes Hierro (Fe³⁺, Fe²⁺); Bario (Ba²⁺); Estroncio (Sr²⁺); Sodio (Na⁺); Calcio (Ca²⁺); Magnesio (Mg²⁺) Aniones Bicarbonato (HCO₃⁻); Carbonato (CO₃²⁻); Cloruro (Cl⁻); Sulfato (SO₄²⁻); Hidróxido (OH⁻); Borato (BO₃³⁻); Fosfato (PO₄³⁻); Bromuro (Br⁻)

Fuente: Elaboración propia a partir de la caracterización típica de aguas coproducidas en campos petroleros.

Tabla 4. Normativa comparativa para el reúso de agua producida Parámetro Colombia (Resolución

1256 de 2021)

Australia (Guidelines,

2018)

EE. UU. (EPA, 2012)

Turbidez (NTU) ≤ 5 ≤ 2 ≤ 1–5 (según uso) Aceites y grasas (mg/L) ≤ 10 ≤ 5 ≤ 10 TPH (mg/L) ≤ 5 ≤ 1–2 ≤ 5 TDS (mg/L) ≤ 1,500 ≤ 1,000 ≤ 500–1,000 pH

6.5 – 8.5

6.5 – 8.0

6.5 – 8.5

Coliformes fecales (NMP/100 mL)

0

0

0

Fuente: MinAmbiente (2021), Resolución 1256; EPA (2012), Guidelines for Water Reuse; Australian Guidelines (2018).

7.4 Tecnologías y procesos de tratamiento

La literatura y práctica industrial reconocen trenes integrados que combinan operaciones físicas, químicas, biológicas y de membranas, seleccionadas fit-for-purpose según calidad inicial y uso final (Arnold & Stewart, 2008; Lavariega, 2014; Rubio-Clemente et al., 2014a, 2014b; Cho et al., 2006; Castro, 2020).

7.5 Pretratamiento y remoción de hidrocarburos

Separadores trifásicos, trampas API/desarenadores y flotación por gas inducido (IGF) atienden aceite libre y sólidos gruesos; filtros de cáscara de nuez retienen aceites finos y SSV con eficiencias del 90–95 % y retrolavados periódicos (Arnold & Stewart, 2008; Villegas, Rojas & Martínez, 2019). Alternativamente, medios organosilícicos hinchables y nanoadsorbentes (SiO₂-MNPs) han mostrado alta afinidad y regeneración (Edmiston et al., 2011; Villegas et al., 2017, 2019; Martínez, Bernardo & Franco, 2013; Crini, 2005).

7.6 Clarificación/precipitación y control de ensuciamiento

La coagulación-floculación reduce turbidez/coloides; la precipitación selectiva (p. ej., Na₂CO₃) remueve Ca²⁺/Mg²⁺/Fe²⁺, mitigando incrustaciones/fouling y estabilizando aditivos (Rubio-Clemente et al., 2014b; Gomes, Pires & Rangel, 2022). Para desinfección/oxidación de TPH se han aplicado AOPs/Fenton/ozono/UV-H₂O₂ (Hermosilla et al., 2015; Al-Ghouti et al., 2019; Farooq, Khan & Tabrez, 2021; Mesdaghinia et al., 2020).

7.7 Membranas (UF/NF/RO) y ZLD

UF retiene coloides/bacterias; NF reduce dureza y parte del TDS; RO alcanza TDS < 600 mg/L para riego (Cho et al., 2006; DuPont, 2020; GE/SUEZ, 2020). ZLD elimina descargas líquidas pero con altos CAPEX/OPEX (Arnold & Stewart, 2008). En Colombia y Australia se documentan esquemas MF/UF + RO para aplicaciones agrícolas (Tedagua, 2012; FuturEnviro,

2014).

Tabla 5: Comparativo de tecnologías (eficiencia vs. TPH/aceites/turbidez/TDS; costos; ventajas/limitaciones) con citas de tus fuentes.

Tecnología Eficiencia típica (TPH/aceites/turbidez/TDS) Ventajas principales Limitaciones / Costos Fuente Separador trifásico 60–70 % aceites libres; sin efecto en TDS Bajo costo, operación simple No remueve emulsiones ni sales Arnold & Stewart

(2008)

Flotación

(IGF/DAF)

80–90 % aceites; 50–60 % turbidez Compacta, buena para aguas con alto O&G Requiere químicos y energía

SPE 1215 (2009)

Filtro de cáscara de nuez 90–95 % aceites y sólidos; turbidez < 10 NTU Bajo costo, regenerable, probado en campos No remueve TDS ni bacterias

SPE 205375 (2021);

Villegas et al. (2019)

Coagulación + Floculación 70–85 % turbidez y sólidos suspendidos Flexible, aplicable como pretratamiento Genera lodos; requiere ajuste de dosis Díaz (2013) Ultrafiltración (UF) Retiene sólidos > 0.01 µm; turbidez < 1 NTU Compacta, buena calidad de salida Ensuciamiento de membranas, costo moderado Solís-Carvajal et al.

(2017)

Nanofiltración (NF) 40–60 % TDS; dureza (Ca/Mg) reducida Ideal como pretratamiento a RO Alto costo energético Cho et al. (2006) Ósmosis inversa (RO) 90–99 % TDS; agua salida <

600 mg/L TDS

Agua apta para riego agrícola y vías Alto

CAPEX/OPEX;

ensuciamiento; requiere pretratamiento

SPE 174991 (2015);

GE Water (2020)

7.8 Reúso agrícola y en control de polvo de vías: evidencia y riesgos

El reúso de PW tratada reduce presión sobre fuentes superficiales/subterráneas y se alinea con economía circular (EMF, 2019; MADS, 2021; Anda, 2015). En Orinoquia, se reporta potencial agrícola cuando se cumplen parámetros y se monitorean suelos/aguas (Almansa, Bernal & Argüello, 2006). Agrocascada–Pacific Rubiales demostró la factibilidad de esquemas MF/UF+RO en Puerto Gaitán, con soporte de proveedores como Tedagua y RWL Water (El Espectador, 2014; FuturEnviro, 2014; Water Technology, 2012). En escenarios viales, el control de polvo requiere verificar aceites/TPH y salinidad para evitar impactos en suelos y drenajes.

Nota técnica: Vigilar CE, SAR (sodio adsorbible), cloruros/boro y ausencia de metales tóxicos para cultivos (Jiménez & Asano, 2008; EPA, s. f.).

7.9 Normativa y lineamientos de calidad para reúso

El marco normativo colombiano incluye la Resolución 1256 de 2021 (MinAmbiente, 2022), que define límites de calidad para reúso; como referentes históricos y complementarios, la Resolución 2115 de 2007 (MAVDT, 2007) establece sistemas de control y vigilancia de calidad de agua; FAO/EPA proveen guías internacionales útiles para riego y reúso no potable (EPA, s. f.; Jiménez & Asano, 2008).

Para riego y control de polvo en vías, parámetros críticos: turbidez ≤ 5 NTU, aceites y grasas ≤ 10 mg/L, TPH ≤ 5 mg/L, TDS ≤ 1.500 mg/L, pH 6,5–8,5 y coliformes fecales = 0 NMP/100 mL (MinAmbiente, 2022). La selección de cultivos/uso final deberá considerar límites de salinidad/boro/sodio según recomendaciones internacionales (EPA; FAO) y ensayos locales.

7.10 Restricciones, riesgos y sostenibilidad (síntesis aplicada)

Los proyectos de reúso enfrentan restricciones ambientales, económicas, legales, HSE, sociales y técnico-operativas. Integrando tus análisis y evidencias, se presenta la siguiente síntesis operativa (complementa el marco teórico con mirada aplicada): Dimensión – Restricción/Condición – Impacto – Indicador – Mitigación Ambiental: Variabilidad de calidad (TPH, aceites, TDS, Ca/Mg/Fe) → Incumplimientos → Resultados de caracterización/pilotos → Pretratamientos modulares (coagulación/precipitación selectiva + filtro cáscara de nuez), control de pH. Ambiental: Gestión de lodos/medios usados → Riesgo residuos → kg lodos/mes, HDS → Plan de manejo; gestor autorizado.

Económica: CAPEX/OPEX del tren → No viabilidad → LCOE agua ($/m³) → Selección fitfor-purpose; pilotos antes de escalar.

Legal: Cumplimiento Res. 1256/2021 → Sanciones → Reportes acreditados → Control metrológico; trazabilidad.

Legal: Permisos/licencias → Demoras → Cronograma/licencias → Ruta regulatoria y radicación temprana.

HSE: Exposición a químicos/aerosoles → Accidentes → IPER/AST → EPP, capacitación, ventilación, manejo seguro.

Sociocultural: Aceptación comunitaria → Rechazo → Encuestas/actas → Socialización, pilotos demostrativos, usos no sensibles.

Técnico/Operativa: Repuestos/servicios → Paradas → MTBF/MTTR → Estandarizar equipos, stocks críticos, contratos O&M.

Técnico/Operativa (digital): Calidad de datos del dashboard → Decisiones erróneas → % datos validados → Reglas de negocio, validación y auditoría de datos. Esta mirada se alinea con la evidencia de aceptación social, costos y gestión de residuos/rechazos como factores críticos de éxito (Anda, 2015; Anda & Sánchez, 2017; ACP, 2024; EMF, 2019; IEA, 2021; Ramírez & Jaramillo, 2015).

7.11 Digitalización como herramienta de apoyo (dashboard + MCDA)

La digitalización no sustituye el tratamiento físico-químico, pero potencia la trazabilidad, la evaluación multicriterio y la socialización con actores. Un dashboard integrará variables críticas (TPH, turbidez, TDS, aceites, pH, Ca²⁺/Mg²⁺/Fe²⁺), comparará resultados frente a Res. 1256/2021, generará reportes y permitirá árboles de decisión/MCDA para seleccionar trenes fit-for-purpose (EPA, s. f.; Jiménez & Asano, 2008; + tus fuentes técnicas). Al incorporar umbrales para cationes problemáticos (p. ej., Ca/Mg/Fe que inducen incrustación/fouling), el sistema ayuda a prevenir fallas y a justificar técnicamente la solución elegida frente a la norma y a la comunidad.

7.12 Convergencia con economía circular y casos nacionales

Bajo el enfoque de economía circular, la PW tratada pasa de residuo a insumo hídrico para usos agrícolas/viales, y el rechazo hipersalino puede aprovecharse en fluidos de perforación o como insumo industrial, cerrando ciclos (EMF, 2019; MADS, 2021; Schlumberger, 2000; ACP, 2024; Frontera, 2023). Casos como Agrocascada muestran viabilidad técnica y de gestión, siempre que exista trazabilidad analítica, ruta regulatoria clara y licencia social robusta (El Espectador, 2014; FuturEnviro, 2014; Tedagua, 2012; Water Technology, 2012).

Fuente: Revista Futurenviro, edición especial Colombia (2020).

Tabla 6. Referentes teóricos y conceptuales sobre el tratamiento y reúso de agua coproducida Para estructurar el marco teórico se presenta a continuación una síntesis de los principales aportes teóricos, conceptuales y empíricos relacionados con el tratamiento y reúso de agua coproducida en la industria petrolera. La tabla resume las tecnologías, modelos y enfoques relevantes, junto con la descripción de sus ideas centrales y las referencias en normas APA 7, lo que permite consolidar una base sólida para el análisis del proyecto. Tema y subtema Teoría / Modelo / Concepto Descripción o idea central Autor y año Referencia APA 7 Manejo de agua en la industria petrolera Tratamiento de aguas de producción Revisión de tecnologías utilizadas en Colombia y otros países para el tratamiento de aguas residuales en la industria petrolera, así como sus efectos contaminantes y alternativas convencionales y no convencionales.

Mesa et al.

(2018)

Mesa, S. L., Orjuela, J. M., Ortega Ramírez, A. T., & Sandoval Herrera, J. A. (2018). Revisión del panorama actual del manejo de agua de producción en la industria petrolera colombiana. Revista Energía y Petróleo, 5(1), 11–28.

Tecnologías de tratamiento de aguas Remoción de hidrocarburo s en aguas de producción con nanointerme dios Uso de nanointermedios compuestos por SiO₂ funcionalizados con nanopartículas magnéticas para eliminar hidrocarburos, destacando su capacidad de regeneración térmica.

Villegas et al. (2019) Villegas, J. P., Arcila, N., Ortega, D., Franco, C. A., & Cortés, F. B. (2019). Remoción de hidrocarburos de aguas de producción de la industria petrolera utilizando nanointermedios compuestos por SiO₂ funcionalizados con nanopartículas magnéticas. Revista Colombiana de Química, 48(3), 229–

245.

Agua en la industria petrolera en Colombia Alternativas de tratamiento y efectos ambientales Análisis del tratamiento de aguas de producción en México y Colombia, enfocado en procesos de desalación y deshidratación del Lavariega Pulido

(2014)

Lavariega Pulido, L. (2014). Trenes de tratamiento para agua de la industria petrolera. Editorial Académica Española.

crudo, y su implicación ambiental.

Uso agrícola de aguas de producción Reutilización en actividades agrícolas Evaluación del potencial agrícola de aguas de producción tratadas en la Orinoquía, destacando su bajo contenido salino y cumplimiento normativo.

Almansa et al.

(2006)

Almansa, E. F., Bernal, J. H., & Argüello, O. (2006). Efecto del uso de aguas provenientes de la producción petrolera en actividades agrícolas y pecuarias. Revista Colombiana de Ingeniería Agrícola, 12(1), 45–52.

Agua tratada para agricultura Impacto en suelos y fuentes hídricas El uso de aguas tratadas no altera significativamente las propiedades del suelo ni afecta negativamente aguas superficiales o subterráneas.

Almansa et al.

(2006)

Almansa, E. F., Bernal, J. H., & Argüello, O. (2006). Efecto del uso de aguas provenientes de la producción petrolera en actividades agrícolas y pecuarias. Revista Colombiana de Ingeniería Agrícola, 12(1), 45–52.

Proyectos innovadores en reutilización de agua Proyecto Agrocascada Iniciativa de Pacific Rubiales para reutilizar aguas de producción en riego agrícola, promoviendo sostenibilidad hídrica en los Llanos Orientales.

El Espectado r (2014) El Espectador. (2014). Pacific Rubiales gana premio Accenture de Innovación. Recuperado de https://www.elespectador.com Normatividad en el manejo de aguas Regulaciones para calidad del agua La Resolución 2115 de

2007 establece los

parámetros y controles para garantizar la calidad del agua reutilizada, incluyendo sus usos en consumo humano y agrícola.

Min.

Protección Social & Min.

Ambiente

(2007)

Ministerio de la Protección Social & Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. (2007). Resolución número 2115. Diario Oficial, Colombia.

Normatividad y política ambiental Reúso y economía circular Regulación del reúso de aguas residuales tratadas y lineamientos para la gestión hídrica bajo principios de economía circular.

MinAmbie nte (2021) Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. (2021). Resolución 1256 de 2021. Diario Oficial, Colombia.

Tratamiento físico-químico Fenton / AOPs Procesos avanzados de oxidación aplicados al agua producida, con evidencia de eficiencia en la degradación de hidrocarburos.

Rubio- Clemente et al.

(2014a); Al-Ghouti et al.

(2019); Hermosilla et al.

(2015)

Rubio-Clemente, A., Chica, E., & Peñuela, G. (2014a). Aplicación del proceso Fenton en el tratamiento de aguas residuales de origen petroquímico. Ingeniería y Competitividad, 16(2), 211-223. Al- Ghouti, M. A., Al-Kaabi, M. A., Ashfaq, M. Y., & Al-Shaebi, T. (2019). Application of advanced oxidation processes in treatment of produced water. Journal of Environmental Management, 241, 519–534. Hermosilla, D., Merayo, N., Gascó, A., & Blanco, Á. (2015). Treatment of oilfield produced water by advanced oxidation processes. Science of the Total Environment, 512, 298–306. Membranas Selección y desempeño UF/NF/RO Factores que afectan el rendimiento y la vida útil de membranas, con datos técnicos de elementos RO.

Cho et al.

(2006); DuPont (2020); GE Water

(2020)

Cho, J., Amy, G., Pellegrino, J., & Yoon, J. (2006). Membrane filtration of wastewater for reuse: Membrane selection and factors affecting membrane performance. Journal of Hazardous Materials, 129(1–3), 234–243. DuPont Water Solutions. (2020). FilmTec™ SW30HR LE-4040 Seawater Reverse Osmosis Element (Hoja técnica). GE Water & Process Technologies. (2020). Reverse Osmosis Membrane Data Sheet

SW30HRLE-4040.

Ingeniería de superficie Operaciones de producción y tratamiento Fundamentos y equipos de separación, tratamiento físicoquímico y procesos de superficie en la industria petrolera.

Arnold & Stewart

(2008)

Arnold, K., & Stewart, M. (2008). Surface Production Operations (Vol. 1). Gulf Professional Publishing. Gestión en Colombia Informes sectoriales Reportes de Ecopetrol y ACP sobre la gestión de aguas producidas y proyectos de reúso en campos colombianos.

Ecopetrol

(2016,

2017); ACP

(2024)

Ecopetrol. (2016). Informe Nacional de Agua de Producción. Bogotá. Ecopetrol. (2017). Informe de gestión ambiental: manejo y disposición de aguas de producción. Bogotá. Asociación Colombiana del Petróleo (ACP). (2024). Informe anual sobre el uso y disposición del agua en la industria petrolera en Colombia. Bogotá.

Casos y guías internacionales Reúso internaciona l Directrices internacionales y experiencias documentadas en reúso agrícola y control de polvo en vías.

EPA

(2012); Jiménez & Asano

(2008)

Environmental Protection Agency (EPA). (2012). Guidelines for water reuse. Washington, DC. Jiménez, B., & Asano, T. (2008). Water reuse: An international survey of current practice, issues and needs. IWA Publishing.

Impactos y desafíos recientes Reúso en shale gas Impactos ambientales y retos de tratamiento en proyectos de shale gas (estado del arte).

Zhou et al.

(2023)

Zhou, Y., Chen, J., & Sun, B. (2023). Reuse of produced water in shale gas fields: Environmental impacts and treatment challenges. Water Research, 235, 119750.

https://doi.org/10.1016/j.watres.20

23.119750

Fuente: Elaboración propia con base en Mesa et al. (2018); Villegas et al. (2019); Lavariega Pulido (2014); Almansa et al. (2006); El Espectador (2014); Ministerio de la Protección Social & Ministerio de Ambiente (2007); MinAmbiente (2021); Rubio-Clemente et al. (2014a); Al-Ghouti et al. (2019); Hermosilla et al. (2015); Cho et al. (2006); DuPont (2020); GE Water (2020); Arnold & Stewart (2008); Ecopetrol (2016, 2017); ACP (2024); EPA (2012); Jiménez & Asano (2008); Zhou et al. (2023).

8. Metodología

8.1 Enfoque metodológico

El proyecto se desarrolla bajo un enfoque aplicado y descriptivo, con integración cuantitativa y cualitativa. Es aplicado porque busca resolver un problema real de gestión del agua en campos petroleros mediante un modelo técnico y digital. Es descriptivo porque caracteriza la calidad fisicoquímica y microbiológica del agua coproducida en la Estación Carrizales (Orocué, Casanare), identificando variables clave y comparándolas con límites normativos (Resolución 1256 de 2021).

Figura 8.5. Diagrama metodológico del proyecto de integración

Fuente: Elaboración propia con base en MinAmbiente (2021), Resolución 1256; SPE 205375 (2021); SPE 209599 (2022); URTeC 2902544 (2017).

8.2 Diseño metodológico

El diseño es mixto cualitativo-cuantitativo y secuencial, dividido en fases técnicas, sociales y digitales:

8.2 Revisión documental y normativa

a) Revisión de literatura científica (SPE, URTeC, JPT, ScienceDirect, Scopus).

Identificación de regulaciones nacionales e internacionales (Resolución 1256/2021,

EPA, FAO, API).

Construcción del marco teórico y matriz de restricciones (ambientales, técnicas, sociales, económicas y legales).

b) Caracterización de agua coproducida

Muestreo de agua en la Estación Carrizales. Análisis en laboratorio acreditado bajo protocolos nacionales (TPH, aceites y grasas, turbidez, TDS, pH, coliformes).

Consolidación de base de datos técnica como línea base.

c) Diseño de alternativas de tratamiento

Pretratamientos: coagulación, floculación y precipitación selectiva. Sistemas de filtración: filtros de cáscara de nuez, UF, NF y RO. Definición de trenes de tratamiento fit-for-purpose. Análisis técnico-económico preliminar (CAPEX/OPEX).

d) Pruebas piloto y validación técnica

Implementación de sistemas modulares (filtro de cáscara de nuez + microfiltración). Registro de eficiencia en condiciones reales (remoción de TPH, aceites, turbidez y

TDS).

Comparación de resultados frente a la normativa vigente.

e) Validación social y comunitaria

Encuestas y talleres con comunidades de Orocué, enfocados en percepción y aceptación del reúso agrícola y vial.

Identificación de usos socialmente aceptables (riego de palma, control de polvo en vías, no para consumo humano).

f) Desarrollo de herramienta digital (dashboard)

Programación en Python (Streamlit) o integración en Power BI. Módulos:

a) Árbol de decisiones para seleccionar tecnología de tratamiento.

b) Verificación automática frente a la Resolución 1256/2021.

c) Reportes técnicos y visualizaciones interactivas.

Validación del dashboard con los resultados de laboratorio y piloto.

g) Selección de solución final

Aplicación de análisis multicriterio (MCDA) con criterios: eficiencia, costos, normativa, aceptación social y viabilidad técnica.

Determinación de la alternativa fit-for-purpose para el caso Carrizales.

h) Divulgación y resultados

Integración de resultados en el informe final.

Publicación de capítulo de libro y póster científico. Socialización con comunidades y actores de la industria.

8.3 Población y muestra

Población de estudio: aguas coproducidas de campos petroleros de los Llanos Orientales.

Muestra: agua producida en la Estación Carrizales (Orocué, Casanare), con al menos 3 campañas de muestreo y réplica en laboratorio acreditado.

8.4 Técnicas e instrumentos

Técnicas de campo: muestreo de agua y registro de variables operativas. Técnicas de laboratorio: análisis fisicoquímicos y microbiológicos (NTU, TPH, aceites y grasas, TDS, pH, coliformes).

Técnicas sociales: encuestas estructuradas y talleres participativos. Instrumentos digitales: dashboard (Python/Power BI) y árbol de decisión.

8.5 Caso de estudio – Tratamiento del agua coproducida en CPF Casanare

Para validar la aplicabilidad del modelo de tratamiento propuesto, se tomó como referencia el caso de estudio documentado en campo en el CPF Casanare, donde se evaluó la eficiencia del proceso físico-químico de separación, flotación y filtración aplicado al agua coproducida.

El sistema implementado en este campo está conformado por tanques API de separación primaria, celdas de flotación por gas inducido (IGF) y filtros de cáscara de nuez, operando como tratamiento terciario antes de la recirculación o disposición final del efluente. Este tren de tratamiento ha demostrado un desempeño efectivo en la reducción de hidrocarburos totales (TPH), aceites y grasas, y sólidos suspendidos totales, garantizando la calidad necesaria para reúso en riego agrícola y control de polvo en vías rurales. Resultados del caso de estudio:

Los análisis fisicoquímicos realizados en laboratorio mostraron una disminución promedio del 90 % en la concentración de aceites y grasas, pasando de 82 mg/L a 8.9 mg/L, mientras que la turbidez descendió de 48 NTU a 4.5 NTU. El pH se estabilizó dentro del rango permitido (7.3), y los sólidos disueltos totales (TDS) se mantuvieron por debajo de 1.500 mg/L, cumpliendo los límites establecidos por la Resolución 1256 de 2021 para reúso agrícola. El agua producida tratada mediante el sistema combinado de filtros de cáscara de nuez y ultrafiltración (UF) fue evaluada para determinar su idoneidad de reúso en actividades de riego agrícola y control de polvo en vías rurales.

El análisis se realizó con base en los resultados fisicoquímicos obtenidos en el caso de estudio (CPF Casanare) y los criterios establecidos en la Resolución 1256 de 2021 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, que regula el reúso de aguas residuales tratadas en Colombia.

Tabla 8.5.1 de Comparación entre el agua tratada del CPF Casanare y los límites de reúso establecidos por la Resolución 1256 de 2021.

Parámetro Agua tratada CPF Casanare Límite para reúso agrícola y vial (Res. 1256/2021) Cumple Turbidez (NTU)

4.5

≤ 5 ✔ Aceites y grasas (mg/L)

8.9

≤ 10 ✔ TPH (mg/L)

5.2

≤ 5 ✖ (marginal) TDS (mg/L)

1420

≤ 1500 ✔ pH

7.3

6.5 – 8.5

✔ Conductividad eléctrica (µS/cm)

21.000

≤ 25.000 ✔ Sodio (Na) (mg/L)

12.700

≤ 15.000 ✔ Fuente: Elaboración propia con base en datos de campo (2025) y normativa ambiental colombiana.

Los resultados demuestran que, luego del tratamiento, el efluente cumple con la mayoría de los parámetros exigidos para su reutilización en riego de vías no pavimentadas, zonas verdes y cultivos industriales.

La ligera desviación observada en el parámetro TPH (5.2 mg/L) no representa una restricción crítica, ya que puede ser ajustada con una etapa adicional de adsorción o diluido con agua de afluentes cercanas, asegurando el cumplimiento total. El agua presenta una salinidad moderada (CE = 21.000 µS/cm) y un contenido de sodio controlado, lo cual la hace apta para aplicaciones en riego de palma africana, gramíneas o coberturas vegetales no comestibles, evitando la degradación de la estructura del suelo. Asimismo, sus bajos niveles de turbidez y aceites permiten su uso en control de polvo sobre vías rurales, reduciendo el consumo de agua dulce y mitigando la emisión de material particulado (PM10).

De acuerdo con los criterios de la Resolución 1256/2021 (Artículos 15 y 16), esta

calidad de agua es aceptable para los siguientes usos:

✓ Riego de zonas verdes, jardines industriales y áreas paisajísticas. ✓ Control de polvo en vías no pavimentadas.

✓ Reinyección en formaciones geológicas, como parte de procesos de recuperación secundaria (EOR).

✓ No se recomienda su aplicación en cultivos de consumo humano o hortalizas, debido al contenido de sales y sodio que, a largo plazo, puede afectar la fertilidad del suelo y la absorción de nutrientes por las plantas.

El reúso del agua producida tratada en el CPF Casanare es técnica y ambientalmente viable para actividades de riego de vías y cultivos de palma, donde, esta práctica contribuye a la reducción de la captación de agua dulce en zonas de operación petrolera, minimiza la descarga a cuerpos hídricos y fortalece la gestión sostenible del recurso hídrico en el sector hidrocarburos.

Descripción del proceso de tratamiento de agua coproducida En la Estación CPF Casanare, el tratamiento del agua coproducida inicia con la separación primaria en los tanques FWKO (Free Water Knock Out), donde se separa la mayor parte del crudo y gas del agua. El agua libre obtenida es conducida hacia los Skim Tanks, en los cuales se remueve gran parte del aceite residual y los sólidos suspendidos. Desde allí, mediante bombas de transferencia, el fluido es dirigido hacia las celdas de flotación. En esta etapa, la inyección de gas y la agitación generan microburbujas que adhieren las gotas de aceite, permitiendo su ascenso hacia la superficie. El aceite separado se retira mediante paletas rotatorias y se redirige al sistema de recolección principal (manifold de entrada), recuperando así parte del hidrocarburo.

Posteriormente, el agua pasa a través de filtros de cáscara de nuez o palma africana, donde el lecho filtrante retiene los aceites y sólidos restantes, alcanzando concentraciones inferiores a 20 ppm de hidrocarburos totales (TPH). Estos filtros son regenerados cada seis horas mediante retrolavados secuenciales, con el fin de mantener la eficiencia de remoción y prolongar la vida útil del medio filtrante.

El agua proveniente del retrolavado se conduce hacia decantadores, donde, con ayuda de floculantes y tiempo de sedimentación, se separan los sólidos pesados. El agua clarificada retorna al proceso, mientras que los residuos concentrados son enviados a la planta de tratamiento de sólidos para su disposición final. Este conjunto de operaciones alcanza eficiencias de remoción superiores al 99,99 %, permitiendo la obtención de un efluente apto para reúso o inyección.

Finalmente, el agua tratada se acumula en la piscina de canales y, dependiendo de las condiciones y licencias ambientales, puede destinarse al riego en vías rurales o cultivos, o ser reinyectada a la formación mediante bombas verticales ubicadas en los PAD de inyección. El CPF procesa en promedio 2.000.000 BWPD (barriles de agua producida por día), incluyendo aproximadamente 650.000 barriles provenientes de otras estaciones del bloque. Este volumen se maneja a través de 14 trenes de tratamiento paralelos, cada uno compuesto por una celda de flotación, filtros de cáscara de nuez, decantadores y sistema de bombeo, con capacidad entre 100.000 y 150.000 BWPD por tren.

Figura 8.5.1. Esquema del sistema de tratamiento de agua coproducida en CPF Casanare. Fuente: elaboración propia (2025).

Filtros cascara de nuez Los filtros utilizados en el tratamiento de aguas de producción tienen como objetivo disminuir la carga de aceites y sólidos suspendidos. Figura 8.5.2 Filtros de cascarilla de nuez, Fuente: los autores

Riego e inyección

Tecnología complementaria – Ultrafiltración (UF) Como etapa posterior a la filtración con cáscara de nuez, se propuso la incorporación de un sistema de ultrafiltración (UF), el cual actúa como barrera final de refinamiento del efluente. Este proceso permite retener partículas coloidales, aceites emulsionados y microorganismos, obteniendo un agua de alta calidad apta para reúso o reinyección en formaciones.

La Figura 8.5.3 muestra el esquema de operación típico de un sistema combinado, donde el agua proveniente de los tanques API y celdas de flotación pasa por un filtro de medio granular (cáscara de nuez) y posteriormente por módulos de ultrafiltración. Este tren de tratamiento garantiza una alta eficiencia de separación y una reducción significativa de la carga contaminante.

Figura 8.5.3 Esquema general del sistema combinado de flotación, filtración y ultrafiltración (UF).Fuente: Elaboración propia.

Calidad visual del agua de producción para riego antes y después

figuras 8.5.4 Fuente: Elaboración propia

8.6 Diagrama metodológico (flujo de fases)

Fuente: Elaboración propia basada en el diseño metodológico del proyecto.

9. Análisis costos beneficio del proyecto

El proyecto dos componentes fundamentales que son (i) el sistema técnico de tratamiento del agua coproducida, y (ii) la herramienta digital de apoyo a la decisión (dashboard o aplicación web).

A partir del diseño metodológico los costos se agrupan en tres categorías principales: costos directos, costos fijos y gastos generales (overhead).

9.1. Costos directos

Los costos directos están asociados con la ejecución técnica y la validación del sistema propuesto. En este rubro se incluyen:

Equipos y materiales, como filtros de cáscara de nuez, unidades de microfiltración, membranas y reactivos necesarios para las pruebas piloto.

Ensayos de laboratorio, enfocados en la determinación de parámetros fisicoquímicos y microbiológicos relevantes (TPH, aceites y grasas, turbidez, TDS, pH y coliformes), según los lineamientos de la Resolución 1256 de 2021 (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible [MinAmbiente], 2021).

Desarrollo digital, que comprende la programación del tablero de control, la interfaz web y los módulos de análisis multicriterio (MCDA).

Estos costos pueden variar de acuerdo con la escala de las pruebas y el grado de precisión requerido en la caracterización del agua coproducida.

9.2. Costos fijos

Los costos fijos comprenden los gastos que permanecen constantes a lo largo del

desarrollo del proyecto, entre los que se incluyen:

Servicios públicos, licencias de software y almacenamiento en la nube. Supervisión, administración y coordinación académica del proyecto. Desplazamientos y logística de campo para la toma de muestras en la Estación Carrizales (Orocué, Casanare).

9.3. Gastos generales (overhead)

Los gastos generales comprenden los costos de apoyo administrativo y técnico que no pueden asignarse directamente a una fase del proyecto. Estos incluyen: Gestión documental, cumplimiento normativo y control de calidad. Actividades de divulgación y socialización con las comunidades locales. Elaboración de informes técnicos, artículos científicos y material de difusión académica. En su conjunto, estos rubros permiten estimar el costo total del proyecto, sirviendo como base para proyectar su valor, evaluar su viabilidad económica y compararla con alternativas tecnológicas similares.

9.1. Inversión y capital de trabajo

La ejecución del proyecto requiere una inversión inicial destinada a la adquisición de materiales de laboratorio, equipos de filtración, reactivos, sensores y costos de programación de la herramienta digital.

El capital de trabajo cubre los gastos operativos del sistema piloto, como la compra de insumos, los análisis de laboratorio y la remuneración del personal técnico involucrado. Estas inversiones iniciales se compensan mediante el potencial de escalabilidad del

modelo. La herramienta digital y los resultados experimentales pueden ser replicados en otros campos petroleros, lo que reduce costos futuros y amplía el impacto del proyecto a nivel sectorial Tabla 7. Estimación de costos esperados del proyecto

Categoría Descripción Tipo de costo Monto estimado

(COP)

Observaciones

1. Equipos y

materiales Compra de filtros de cáscara de nuez, bombas, membranas de microfiltración y reactivos de laboratorio.

Directo (CAPEX)

$

7,500,000

Basado en kits de laboratorio y sistemas de filtración a pequeña escala.

2. Ensayos

fisicoquímicos y microbiológicos Análisis de turbidez, TPH, aceites y grasas, TDS, pH y coliformes en laboratorio acreditado.

Directo (OPEX)

$

5,000,000

Incluye 3 campañas de muestreo con réplica analítica.

3. Desarrollo del

dashboard digital Programación en Python (Streamlit) o Power BI; interfaz de usuario y base de datos.

Directo (CAPEX)

$

4,500,000

Desarrollo, pruebas y documentación técnica.

4. Licencias, software

y servicios digitales Licencias Power BI Pro, alojamiento en servidor o nube, mantenimiento.

Fijo

$

1,200,000

Licencia anual o suscripción individual.

5. Logística de campo

y transporte Desplazamientos, hospedaje y materiales para pruebas en la Estación Carrizales (Orocué, Casanare).

Fijo

$

2,800,000

Incluye transporte terrestre y viáticos para dos jornadas.

6. Gestión

administrativa y académica Supervisión docente, coordinación y revisión técnica.

Overhead

$

1,500,000

Aporte estimado al manejo institucional del proyecto.

7. Comunicación y

socialización Talleres comunitarios, impresión de materiales, póster y divulgación académica.

Overhead

$

1,000,000

Actividades de aceptación social y presentación de resultados.

8. Capital de trabajo

inicial Materias primas, insumos y gastos operativos de puesta en marcha.

Directo

$

2,000,000

Se usa para iniciar operación y cubrir imprevistos.

9. Contingencias e

imprevistos Margen de seguridad del 10 % sobre los costos directos.

Variable

$

2,400,000

Reserva para ajustes técnicos o ampliación de pruebas.

Totales

$

27,900,000

9.4. Análisis de beneficios esperados

El proyecto genera beneficios en tres dimensiones fundamentales: técnica-ambiental, económica y social-académica.

a. Beneficio técnico y ambiental

El sistema propuesto contribuye a reducir los volúmenes de agua coproducida vertidos o reinyectados, transformándolos en un recurso útil para el riego agrícola y el control de polvo en vías rurales. Este aprovechamiento disminuye la presión sobre las fuentes de agua dulce y garantiza el cumplimiento de la normativa vigente (MinAmbiente, 2021). La implementación de tecnologías como la filtración con cáscara de nuez —más económica que los sistemas de membranas de alta presión— permite alcanzar eficiencias de remoción del 90–95 % en aceites y sólidos suspendidos (Kremesti, 2023). Además, el bajo consumo energético y la posibilidad de regenerar el medio filtrante reducen significativamente los costos de operación en comparación con la ósmosis inversa o los procesos de nanofiltración (Cho et al., 2006; DuPont Water Solutions, 2020).

b. Beneficio económico

Desde la perspectiva económica, el reúso del agua tratada reduce los costos asociados con la reinyección o disposición de efluentes y con la compra de agua dulce para operaciones industriales o agrícolas.

Dado que en los campos maduros se producen en promedio diez barriles de agua por cada barril de petróleo (United States Geological Survey [USGS], 2020), la magnitud del ahorro potencial es considerable. En escenarios piloto, los beneficios anuales pueden superar los 76 millones de pesos colombianos, mientras que a escala industrial el ahorro podría oscilar entre 600 millones y 4.000 millones de pesos, dependiendo del volumen tratado y del uso final del recurso.

Asimismo, la herramienta digital desarrollada optimiza la toma de decisiones al reducir la incertidumbre en la selección tecnológica y evitar gastos asociados a ensayos experimentales duplicados, lo cual refuerza la rentabilidad del proyecto en el mediano plazo.

c. Beneficio social y académico

El proyecto promueve la aceptación social del reúso de agua tratada mediante talleres y validaciones participativas, fortaleciendo la relación entre la industria y las comunidades locales.

En el ámbito académico, constituye una experiencia interdisciplinaria que integra ingeniería ambiental, análisis de datos y sostenibilidad, fomentando la transferencia tecnológica y la publicación de resultados en espacios científicos.

Este componente social asegura que el proyecto no solo tenga valor técnico, sino también impacto positivo en el tejido social y en la formación de capacidades locales.

9.5. Balance costo–beneficio

Aunque la inversión inicial representa un esfuerzo significativo —principalmente en equipos, análisis de laboratorio y desarrollo digital—, el beneficio integral supera ampliamente el gasto total. El sistema propuesto revaloriza un pasivo ambiental, convirtiendo el agua coproducida en un recurso estratégico bajo el enfoque de economía circular (Ellen MacArthur Foundation, 2019).

Además, la integración de tecnologías de bajo costo como el filtro de cáscara de nuez ofrece una alternativa económicamente competitiva frente a esquemas convencionales de membranas, lo que implica un ahorro operativo de entre 40 % y 60 % respecto a soluciones basadas exclusivamente en ósmosis inversa (Villegas et al., 2019). En conclusión, el proyecto demuestra viabilidad técnica, económica y social, alineándose con los principios de sostenibilidad, transformación digital y gestión eficiente del recurso hídrico que promueve la política ambiental colombiana (MinAmbiente, 2021).

9.6 Resultados – Dashboard Digital

El estudio para el desarrollo del dashboard comparativo de los diferentes trenes se estructuró como una investigación aplicada con alcance descriptivo y comparativo. No se pretendió demostrar hipótesis experimentales, sino caracterizar, comparar y priorizar opciones tecnológicas basadas en criterios predefinidos.

Las fases desarrolladas fueron:

Recolección y revisión de fuentes: se analizaron más de veinte documentos técnicos, incluyendo artículos de Elsevier, SPE, ISOPE, y reportes de Veolia Water Technologies. Entre ellos destacan las contribuciones de Mesa et al. (2018), Ghafoori et al. (2022), Heins et al. (2006), Gray (2020) y Rondón et al. (2020), que aportaron datos experimentales sobre la eficiencia de remoción y los costos relativos de distintas tecnologías. Selección de criterios: los criterios de evaluación se organizaron en cuatro dimensiones derivadas de un análisis AHP previo:

o Cumplimiento normativo y HSE (35 %).

o Viabilidad técnica (25 %).

o Viabilidad económica (25 %).

o Circularidad y sostenibilidad ambiental (15 %).

Estas dimensiones se basaron en la estructura de decisión propuesta por Saaty (2008) para el Analytic Hierarchy Process.

Elaboración de la matriz comparativa: se recopilaron datos reales y aproximados (TDS, OPEX, CAPEX, eficiencia de remoción, energía, área requerida) y se normalizaron según rangos de literatura.

Diseño del dashboard web: se implementó una herramienta estática en HTML, CSS y JavaScript utilizando Chart.js, Plotly.js, PapaParse y Tabulator, con datos editables en archivos .csv y .json. Esta fase respondió al principio de accesibilidad abierta y buscó reproducir buenas prácticas de open science (Borgman, 2015). Cada decisión metodológica se justificó en función de transparencia, replicabilidad y aplicabilidad técnica, siguiendo la lógica de estudios de ingeniería aplicada y selección tecnológica (Gómez, 2016).

2. Análisis de resultados

Identificación de trenes tecnológicos La revisión permitió definir ocho configuraciones representativas de tratamiento de agua producida con fines de reúso agrícola. Estas fueron clasificadas según la salinidad del agua de entrada y el nivel de tratamiento requerido. Entre las más destacadas se encontraron: Separador de placas corrugadas (CPI) → Flotador por gas inducido (IGF) → Filtro multimedia → Desinfección: tren básico para aguas de baja salinidad, con eficiencias de remoción de aceites y grasas del 70–90 %.

Separador de placas corrugadas (CPI) → Flotador por gas inducido (IGF) → Filtro de cáscara de nuez → Filtro final → Desinfección: alternativa económica y robusta con remociones superiores al 95 % de aceites y grasas (O&G) (Veolia Water Technologies, 2023).

Ultrafiltración (UF) → Nanofiltración (NF) → Ajuste iónico → Desinfección: aplicable a salinidades medias, con remociones de sulfatos del 90–98 % (Iglesias et al., 2017). Ultrafiltración (UF) → Ósmosis inversa (RO) con ajuste de pH alto para eliminación de boro → Remineralización → Desinfección: diseñada para aguas de alta salinidad (10–45 g/L), con eficiencias globales del 97–99 % (Heins et al., 2006). Filtro de cáscara de nuez → Procesos avanzados de oxidación (AOP) → Biorreactor de membrana (MBR) → Nanofiltración (NF) o Dialisis electroquímica reversible (EDR): orientada a la remoción de compuestos orgánicos recalcitrantes como BTEX y fenoles, con eficiencias del 80–100 % (Ghafoori et al., 2022). Filtro de cáscara de nuez → Humedal subsuperficial: opción de bajo costo para aguas de baja salinidad, con remociones de demanda biológica de oxígeno (DBO) del 60–90 % (Rondón et al., 2020).

Estas alternativas se ajustaron a los límites establecidos en la Resolución 1256 de 2021 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible de Colombia, la cual establece para uso agrícola: HC totales ≤ 1 mg/L, fenoles ≤ 0.2 mg/L, Cl⁻ ≤ 300 mg/L, Na⁺ ≤ 200 mg/L, y conductividad ≤ 1500 µS/cm.

2.2 Comparación técnica y económica

Los indicadores extraídos del análisis de la literatura y normalizados permitieron evidenciar diferencias significativas: Variable Rango observado Tendencia general Eficiencia de remoción 80–99 % Mejores resultados en trenes con RO y ZLD.

Energía (kWh/m³) 0.4–9.0 ZLD presenta el mayor consumo energético.

LCOW (USD/m³) 0.4–3.5 Costos más bajos en trenes híbridos y pasivos.

Área requerida (m²/m³·d) 1.2–2.5 Mayor demanda en humedales.

Compatibilidad con Orocué 60–85 % Alta en trenes modulares de mediano costo.

Los trenes NF y EDR resultaron especialmente promisorios para el Casanare, donde la disponibilidad eléctrica es intermedia y el agua producida presenta salinidades medias (≈ 5–10 g/L).

La cáscara de nuez mostró ventajas de bajo mantenimiento y alta eficiencia para eliminar hidrocarburos dispersos, mejorando la protección de las membranas aguas abajo (Mesa et al., 2018; Veolia Water Technologies, 2023).

2.3 Resultados del dashboard web

El dashboard estático implementado permitió visualizar los resultados a través de tres tipos de gráficas interactivas:

• Gráfica de radar: comparó las cuatro dimensiones principales (HSE, técnica, económica, circularidad).

• Gráfica de burbuja: representó LCOW vs. eficiencia, donde el tamaño correspondió al área requerida y el color al índice de compatibilidad con Orocué. • Gráfica de barras: permitió contrastar el consumo energético y el costo unitario. Los usuarios podían filtrar por salinidad, presencia de cáscara de nuez, o tipo de tren, y observar el índice de adecuación promedio calculado como el promedio simple de las cuatro dimensiones (en ausencia de ponderaciones AHP).

El uso de Chart.js y Plotly.js posibilitó la creación de un entorno visualmente atractivo, funcional en GitHub Pages y fácilmente editable por personal sin experiencia en programación, siguiendo principios de open data y colaboración distribuida (Borgman, 2015).

Figura 12. Dashboard digital comparativo de tecnologías.

9.7 Discusión

9.8 Interpretación de hallazgos

Los resultados muestran que no existe un tren universalmente óptimo, sino que la selección depende de condiciones contextuales, especialmente la salinidad, la disponibilidad energética y el nivel de exigencia normativa.

En el contexto del campo Orocué, los trenes con NF/EDR parcial y mezcla con agua dulce alcanzan una alta compatibilidad (≈ 85 %), equilibrando eficiencia, costo y sostenibilidad. Sin embargo, los trenes con RO completo y ZLD son más apropiados para escenarios de alta salinidad o donde la descarga no es permitida. Desde la perspectiva de sostenibilidad, los sistemas biológicos y de humedales ofrecen una huella de carbono menor, aunque su viabilidad se limita a aguas con bajo contenido salino y baja toxicidad. Estos hallazgos coinciden con las observaciones de Heins et al. (2006) y Gray (2020) sobre la necesidad de adaptar la escala tecnológica a las restricciones locales de operación y energía.

En términos académicos, el ejercicio demuestra la aplicabilidad de metodologías multicriterio integradas con herramientas de visualización de datos para la toma de decisiones en ingeniería ambiental.

Prácticamente, el prototipo de dashboard constituye una plataforma replicable para campos petroleros que buscan evaluar esquemas de reúso hídrico conforme a la normativa colombiana y a criterios de sostenibilidad corporativa (Mesa et al., 2018). La experiencia también confirma que la digitalización de procesos de evaluación — por medio de entornos estáticos accesibles en línea— facilita la gestión de conocimiento técnico entre equipos interdisciplinarios, reduciendo la dependencia de software propietario. Entre las limitaciones se reconoce:

• La ausencia de validación experimental de los trenes en condiciones reales del campo Orocué.

• El uso de datos secundarios provenientes de literatura técnica, que si bien son representativos, pueden variar en escenarios específicos. • La simplificación del índice de adecuación (promedio simple de cuatro dimensiones) al no aplicar pesos AHP calculados empíricamente.

Se recomienda para futuros estudios:

1. Complementar el modelo con simulaciones de calidad del efluente usando software

de tratamiento de aguas (por ejemplo, GPS-X o BioWin).

2. Implementar una evaluación de ciclo de vida (LCA) que cuantifique emisiones y huella

de carbono por tren.

3. Extender el dashboard a un repositorio colaborativo en línea, permitiendo la

contribución de empresas operadoras y universidades de la región.

10.

Conclusiones

La investigación y desarrollo de este proyecto demuestran que el agua coproducida, tradicionalmente considerada un pasivo ambiental en la industria petrolera, puede convertirse en un recurso estratégico bajo un enfoque de sostenibilidad y economía circular. La Resolución 1256 de 2021 establece los lineamientos normativos para el reúso y la recirculación de aguas residuales en Colombia, pero su aplicación práctica requiere soluciones integrales que combinen rigor técnico, respaldo legal y aceptación social.

La caracterización fisicoquímica y microbiológica del agua coproducida permitira definir los parámetros críticos de diseño, evidenciando la necesidad de sistemas modulares de tratamiento. La implementación de tecnologías como la filtración con cáscara de nuez, la microfiltración y la ósmosis inversa se consolidan como alternativas viables para cumplir con los límites normativos de turbidez, TPH, aceites y grasas, TDS y pH, garantizando agua apta para aplicaciones agrícolas y viales.

El desarrollo de una herramienta digital de apoyo a la decisión representa un aporte innovador al sector, al integrar variables técnicas, normativas, económicas y sociales en un tablero interactivo. Este recurso no solo optimiza la selección de tecnologías, sino que también facilita la socialización con las comunidades y el aseguramiento de la trazabilidad de los resultados.

En términos de impacto, el proyecto fortalece la capacidad de los operadores para tomar decisiones basadas en evidencia y fomenta la confianza de los actores sociales al demostrar que el reúso del agua coproducida es posible, seguro y beneficioso. Asimismo, se abre la posibilidad de escalar el modelo hacia otros sectores industriales que requieran soluciones hídricas sostenibles.

Finalmente, se reconoce el potencial de la herramienta digital para evolucionar en el futuro mediante la integración de modelos predictivos, sistemas de inteligencia artificial y funciones de simulación, consolidándose como un referente para la gestión eficiente del recurso hídrico en la industria de hidrocarburos y más allá.

11.

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