CURSO BSICO PARA OPERADORES DE FACILIDADES DE SUPERFICIE

CURSO BSICO PARA OPERADORES DE FACILIDADES DE SUPERFICIE

1. GENERALIDADES

El petrleo es una mezcla de hidrocarburos e impurezas, entre las cuales se encuentran compuestos orgnicos de azufre, oxgeno y nitrgeno.

La composicin elemental del petrleo es:

Carbono de 83 a 87 % (masa / masa)

Hidrgeno de 1,4 al 4 % ( masa / masa)

Impurezas de 0,5 a 5,0 % (masa / masa)

Se han encontrado en el petrleo, hidrocarburos desde C1 (molcula de un tomo de carbono) a C80 (molcula de ochenta tomos de carbono).

Comnmente en la industria petrolera, al petrleo se le denomina "Crudo". Los crudos por lo general no presentan reactividad qumica, pero sin embargo, en algunos casos son salados o cidos (agrios) por la presencia de las impurezas de sal, o compuestos de azufre, oxgeno o nitrgeno. En la figura 1.1 se pueden apreciar sus derivados primarios

FIGURA 1.1 EL PETRLEO Y SUS DERIVADOS PRIMARIOS

La propiedad mas importante y por la cual prcticamente se le caracteriza, es la gravedad API (American Petroleum Institute). Esta es un indicador de la densidad y de la calidad del crudo. A mayor Gravedad API, mayor ser su valor. Existen otros factores que inciden en su precio como el contenido de azufre, parafinas y metales pesados, pero el factor predominante es su Gravedad API.

Gravedad API (API) = (141.5 / Gravedad Especifica) 131.5

La gravedad especfica es una propiedad del crudo y es la relacin entre su densidad (crudo) y la densidad del agua. Sustancias con gravedad especfica mayor que 1 son mas pesadas que el agua y las menores que uno son menos densas que el agua. Densidad es otra propiedad del crudo y se define como la masa por unidad de volumen. La densidad del agua pura es de 62.4 Lb/Ft3 o 8.33 Lb/gal. Las densidades de los crudos estn normalmente entre 50 y 55 Lb/Ft3.

En funcin de la ecuacin anterior, se acostumbra clasificar los crudos de la siguiente manera:

Livianos API > = 25

Medios 15 < = API < 25

PesadosAPI < 15

Otras propiedades importantes son la viscosidad y su capacidad de contener gas en solucin como una funcin de la temperatura y la presin. La viscosidad es una caracterstica de los fluidos, relacionada con su facilidad a deformarse cuando se le aplica un esfuerzo cortante. La unidad prctica es el centipoise (cp) y su unidad absoluta es Lb/Ft s.

Bases de crudos

Las series de hidrocarburos presentes en el petrleo, le dan a cada uno de ellos caractersticas especiales para la produccin de determinados productos, de tal manera que se dice que los crudos se pueden clasificar por la calidad predominante que le confiere cada sede de hidrocarburos, en la forma siguiente:

- Crudos de base parafnica (alcanos)

- Crudos de base naftnica (alquenos)

- Crudos de base aromtica (cclicos)

- Crudos de base asfltica (heterocclicos)

- Crudos de base intermedia (mezcla de las bases anteriores, sin predominio de ninguna de ellas).

Densidad

Por lo general los crudos son ms livianos que el agua (crudos livianos y medianos) y algunos son ms "pesados" que el agua (crudos pesados y extrapesados). En trminos numricos se habla de un intervalo de densidad desde 0,75 a 1,1 Kg/l, lo cual equivale en grados API a un intervalo de 57,2 a 3,0 grados.

La gravedad API no es aditiva, para calcular su valor en una mezcla es necesario convertir los grados API de los componentes de la mezcla en gravedades especficas, las cuales s se pueden sumar y el resultado convertirlo de nuevo en grados API. Hay tablas de conversin que facilitan la operacin.

La viscosidad de un crudo es su resistencia a deslizarse sobre s mismo; ella da una idea de la capacidad de fluir a travs de un espacio confinado (oleoducto), y la de formar una pelcula lubricante para el deslizamiento de partes metlicas entro s. La unidad en el sistema internacional es el poise (p), que es la fuerza en dinas que hay que suministrar a una lmina de lquido de 1 CM2 para que se desplace un cm sobre una lmina igual del mismo lquido, a una velocidad de 1 cm por seg. El submltiplo ms utilizado es el centipoise 0,01 poise (cp).

Contenido de azufre

La cantidad de azufre contenida en un crudo es importante porque es responsable del efecto corrosivo de los crudos y sus productos, en equipos de refinera y sistemas. As, la presencia del azufre en las naftas (producto intermedio para la produccin de gasolinas) que alimentan las plantas de reformacin, es perjudicial porque inactiva a los catalizadores.

La gasolina sulfurosa adems de atacar el sistema de combustin de los automviles y al motor, contamina la atmsfera con los productos de la combustin ("Lluvia cida").

Intervalo de destilacin: Indica los intervalos de temperatura en los cuales se separan las fracciones y la proporcin de las cantidades en que estas fracciones estn presentes en el crudo.

Contenido de agua y sedimento

Es un indicador del grado de suciedad por la presencia de agua y otros materiales. Contenido de sal no se limita solamente a la presencia de NaCl, sino de todas las sales, pero que se interpreta en trminos de NaCl.

Es indeseable la presencia de sales por su tendencia a cristalizar y obstruir los tubos conductores de lquidos, adems al calentarse se descomponen hacindose corrosivas

Puntos de fluidez: Definido como la temperatura mnima en la cual el material fluye, depende de la composicin del crudo.

Los hidrocarburos en estado gaseoso poseen un comportamiento similar a cualquier gas, sin embargo hay que tener en cuenta que algunos de ellos cambian de liquido a gas o de gas a liquido con pequeas variaciones de temperatura y presin.

El gas que se produce asociado con el petrleo, se le conoce como GAS NATURAL ASOCIADO. Cuando el gas es producido solamente como gas, lo llamamos GAS NATURAL. Cuando los anteriores tienen hidrocarburos licuables para producir propano y butano lquidos al igual que gasolina natural, se denomina GAS HMEDO. Al gas que se le han retirado los hidrocarburos licuables, se le denomina GAS SECO.

1.1 UNIDADES Y CONVERSIONES

1.1.1 MAGNITUD

Se puede definir magnitud como algo que se puede cuantificar o medir. Cuantificar una magnitud significa compararla con un patrn o referencia, conocido como UNIDAD. Por ejemplo, al decir que un cuerpo tiene 10 metros de longitud, significa que es 10 veces mas largo que la unidad patrn que sera un metro. Las magnitudes pueden ser PRIMARIAS o SECUNDARIAS. Las primarias son conocidas tambin como DIMENSIONES y son aquellas bsicas que dan origen a las secundarias. Ejemplo de magnitudes primarias La masa, la longitud, el tiempo. Como se observa, estas no se pueden dividir en otras. Las secundarias, se definen siempre en funcin de las primarias, es decir la agrupacin de primarias, forman las secundarias. Ejemplo de secundarias la velocidad, presin, aceleracin, etc.

1.1.2 UNIDAD

Es un valor, cantidad o magnitud en trminos de cualquier otro valor, cantidad o magnitud.

1.1.3 SISTEMA DE UNIDADES

Un sistema de unidades es bsicamente un conjunto de magnitudes fundamentales o primarias, con las cuales se pueden definir las magnitudes secundarias. Existen dos sistemas bsicos, el Sistema mtrico o Internacional, el cual se basa en el metro y el Kilogramo; y el Sistema Ingls, que se basa en la pulgada y la Libra.

Sistema Internacional

Sistema Ingls Magn. Primariasmasa(m), longitud(l), tiempo(t) masa(m), longitud(l), tiempo(t)

Unidades BsicasKilogramo, metro, segundo Libra, pie, segundo

Unid. mas usadasMasa

Kg Libra

Longitudmt, cm, Km

Ft, Pulg., milla

Tiempos, da, hora

s, da, hora

Velocidadmt/s, Km/h

Ft/s, millas/h

Volmenm3, c.c, lt

bbls, ft3, gal

Caudal

m3/da, lt/h

bbls/da, ft3 /da, gal/min

Fuerza

Newton (Kg m/s2)

Lbf(librafuerza)

PresinKpa (KN/m2), Mpa

Lbf / pulg2 (Psi)

Densidad(()gr/c.c

Lb/Ft3, Lb/gal

Temperatura C

F

Viscosidadmpa s

cp (centipoise)

Trabajojoules

lbf Ft

rea

mt2, cm2, Km2

pulg2 , Ft2

Dimetrocm

pulg.

PotenciaN m/s(Joule/s)

Ft Lbf/s

1.1.4 ALGUNAS EQUIVALENCIAS ENTRE SISTEMAS

1 Lb = 0.454 Kg

1 Ft = 12 pulg. = 30.48 cm

1 bbl = 5.615 ft3 = 0.189 m3

1 Ft3 = 1728 pulg3 = 0.0283 m3

1 barril = 42 gal

1 gal/min = 3.875 lt /min1 Lbf = 4.457 Newton

1 Lbf / pulg2.(Psi) = 6.905 Kpa

1 atm = 14.7 1(Psi) = 101.5 Kpa

1 cp = 1 mPa s

1 lbf/Ft = 1.359 joules1 gr/c.c = 62.4 Lb/Ft3 = 8.33 Lb/gal

1 watt = 1 Joule/s = 1 N m/s = 0.0013 hp

1.2 TIPOS DE FLUJO

El mtodo ms comn para el transporte de fluidos es a travs de tuberas. Las tuberas de seccin circular son las ms frecuentes, por que ofrecen mayor resistencia estructural y mayor seccin transversal para el mismo permetro exterior de cualquier otra forma de conduccin de fluidos.

El flujo a travs de tuberas est regido por ciertas variables de cuyas magnitudes depender el diseo de las tuberas requeridas en cada caso.

Al flujo se oponen fuerzas contrarias como son la friccin del fluido contra las paredes de la tubera que lo contiene y la friccin entre las partculas del mismo fluido; estas razones junto con las prdidas ocasionadas por accesorios son las responsables de las prdidas de presin a lo largo de sistemas de tuberas. Dentro del flujo de fluidos a travs de tubera podemos considerar dos tipos de comportamiento o rgimen, el laminar y el turbulento. Las investigaciones de Osborne Reynolds han demostrado que el rgimen de flujo en tuberas (laminar o turbulento), depende del dimetro de la tubera, de la densidad y de la viscosidad del fluido, lo mismo que la velocidad de flujo. El valor numrico de estas cuatro variables es adimensional y es conocido como Nmero de Reynolds.

Nmero de Reynolds (Re) = d V / ( ; ( (CENTISTOKES) = ( (Centipoises) / ( (gr./c.c)

= d V ( / (d = Dimetro Interno de la Tubera (pulg)

( = Viscosidad cinemtica (Ft2 / s)

( = Densidad del fluido (Lb/Ft3)

( = Viscosidad Absoluta (centipoises - cp)

V = Velocidad (Ft/s)

Q = Caudal en barriles por hora

Re = 35. 4 Q * ( / (d * ()

El nmero de Reynolds es la relacin entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas. Un nmero de Reynolds crtico distingue entre los diferentes regmenes de flujo, tales como laminar (si es que es menor a 2000), o turbulento (si es mayor a 4000) en tuberas, en la capa lmite, o alrededor de objetos sumergidos. El valor particular depende de la situacin. Es un nmero adimensional que indica el grado de turbulencia de un fluido.

1.2.1 FLUJO LAMINAR

Es un tipo flujo que se genera a velocidades bajas donde las capas de fluido se mantienen ordenadas y paralelas. El desplazamiento dentro de una tubera se lleva a cabo en capas cilndricas concntricas, existiendo una velocidad mxima en el centro de estas capas y una velocidad mnima en las proximidades de la tubera. Esto genere un perfil de flujo parablico.

Si Re (nmero de Reynolds)< = 2000, se considera rgimen de flujo laminar.

1.2.2 FLUJO TURBULENTO

En este tipo de flujo, hay movimiento irregular e indeterminado de las partculas de flujo. El perfil de flujo en cuanto a velocidades es mas uniforme que en el rgimen laminar.

Si Re (nmero de Reynolds)> 4000, El rgimen de flujo es turbulento.

Para valores de nmero de Reynolds entre 2000 y 4000 el rgimen de flujo se encuentra en una zona crtica, donde dicho rgimen se vuelve impredecible, pudiendo ser laminar, turbulento o de transicin, dependiendo de la variacin de muchas condiciones.

1.2.3 VELOCIDAD CRITICA

Es aquella en la cual se inicia el rompimiento del flujo laminar para convertirse en flujo turbulento.

Ejemplo:

Calcular el numero de Reynolds para un aceite de 30 API a 60 F, que fluye por una tubera de acero al carbn con un dimetro nominal de 12 Pulg., Schedule 30. El aceite tiene una viscosidad de 12.5 cp y fluye un caudal de 1900 barriles por hora.

Usando tablas de espesores de tubera, se encuentra su dimetro externo real, su espesor para el schedule indicado (40) y por consiguiente su dimetro interno. Para este caso es de 12.09 Pulgadas.

d = 12.09 Pulgadas (Tablas de espesores de acero al carbn de acuerdo a su schedule)

141.5

Gravedad especfica (G.E) = ______________________

131.5 + API

G.E = 0.876

( (aceite)

( (aceite)

Como G.E = ___________ =______________ , entonces ( (aceite)= G.E * 62.4 Lb/Ft3 (Aceite)

( (agua)

62.4 Lb/Ft3( (aceite) = 0.876 * 62.4 Lb/Ft3 = 54.6 Lb/Ft3

Finalmente, reemplazando en la frmula:

Re = 35. 4 Q * ( / (d * () = 35.4 * 1900 * 54.6 /(12.09 * 12.5) Re = 24300 lo que indica un FLUJO TURBULENTO1.3 CALCULO DE CAUDAL DE CRUDO

Las variables que determinan el flujo a travs de tuberas para petrleo son:

Presin de flujo.

Viscosidad del fluido.

Longitud de tubera requerida.

Velocidad lineal promedia del flujo a travs de la tubera.

Gravedad especfica del crudo.

Dimetro interno de tubera.

Para el caso de flujo laminar, es bastante comn la ecuacin de POISEUILLE

P = Cada de presin entre dos sitios de la lnea (Psi).

( = Viscosidad absoluta del crudo en centipoises (cp)

L = Longitud de la tubera entre dos sitios de la lnea donde se evala la cada de presin.

V = Velocidad lineal promedia del flujo a travs de la tubera (Ft/s).

S = Gravedad especfica del crudo

D = Dimetro interno de la tubera (pulg)

Para flujo Turbulento, se utiliza con frecuencia la frmula de FANNING

Q = Caudal (gal/min)

F = Factor de friccin (D V S / ().

P = Cada de presin entre dos sitios de la lnea (Psi).

L = Longitud de la tubera entre dos sitios de la lnea donde se evala la cada de presin.

V = Velocidad lineal promedia del flujo a travs de la tubera (Ft/s).

S = Gravedad especfica del crudo

D = Dimetro interno de la tubera (pulg)

1.4 CALCULO DE CAUDAL DE GAS

Las variables que determinan el flujo a travs de tuberas para gas son:

Presin de flujo.

Temperatura de flujo.

Longitud de tubera requerida.

Caudal a condiciones de temperatura y presin existentes.

Gravedad especfica del gas.

Dimetro interno de tubera.

Para el clculo de gas es de gran utilidad la frmula propuesta por Thomas R Weymouth

Q = Caudal en Millones de Pies cbicos por da, medidos a To y a Po.

d = Dimetro interno de la tubera (Pulg.)

L = Longitud de la tubera (millas)

G = Gravedad especfica del gas (Aire =1.0).

T = Temperatura absoluta a la cual el gas fluye en la tubera (R = F + 460)

To = Temperatura absoluta base (generalmente 520 R = 60F)

Po = Presin absoluta base, generalmente 14.7 Psia

P1 = Presin absoluta punto aguas arriba o extremo inicial (Psia).

P2 = Presin absoluta punto aguas abajo o extremo final (Psia).

1.5 ELECTRICIDAD BASICA

Toda la materia esta hecha de tomos los cuales son pequesimas esferas que tienen un ncleo de carga positiva y un cascarn de varias capas de electrones que giran muy rpidamente alrededor del ncleo y tienen carga negativa. La cantidad de carga positiva y negativa son iguales entre si, por lo tanto no tienen carga de sobra. Se dice entonces que los tomos son de carga neutra.Los materiales slidos mantienen su forma debido a que los tomos estn compartiendo algunos de los electrones de la periferia. Esto se denomina enlaces covalentes. En los enlaces de los metales, no todos los electrones de la capa exterior forman parte de los enlaces, quedando as algn o algunos electrones libres. No quiere esto decir que los metales tienen mas carga negativa que positiva, sino que en los electrones exteriores hay algunos que no forman parte de los enlaces.Estos electrones libres se puede hacerlos mover, lo que se denomina electricidad. Una batera o una pila es una fuente de electricidad de valor continuo o corriente continua. Al conectar una batera a un metal, saltan chispas. La batera tiene muchos electrones libres que son empujados desde el borne negativo, pasando por el metal, haciendo mover los electrones hacia el positivo de la batera. Al hacer pasar la electricidad por un metal o por un cable solo sin ningn otro aparato se produce un corto circuito porque no tiene donde convertirse en calor o movimiento, y calienta inmediatamente al metal o el cable.Los electrones al moverse en un cable o un metal lo hacen a la velocidad de la luz que es de 300.000 kilmetros por segundo. Cuando en vez de conectar un metal o un cable, conectamos una resistencia, ya no se produce corto circuito porque los electrones al moverse van a calentar la resistencia. Aunque los electrones se mueven del borne negativo al positivo, se ha convenido decir que la corriente va del positivo al negativoLa Ley de OHMCuando fluyen los electrones por una resistencia, la cantidad de electrones que pasan a travs de ella cada segundo de tiempo se define como corriente y se mide en Amperios, o si es muy pequea, en milsimas de amperio o miliamperios. La cualidad de la resistencia de oponerse a que pasen tantos electrones se denomina resistencia y se mide en ohmios. Si es grande, se usan kilo-ohmios que son miles, o mega-ohmios que son millones. El paso de los electrones por la resistencia hace que haya una diferencia de potencial como cuando se restringe el paso de un liquido por una obstruccin en una tubera y se produce una presin diferencial, se denomina Voltaje y se mide en voltios y se usan tambin milivoltios para milsimas o kilovoltios para miles de voltios. La ley de ohm relaciona la diferencia de potencial (voltaje), cantidad de electrones por segundo (corriente) y resistencia as:V = I x R

Donde V es el voltaje que hay entre los extremos de la resistencia, I la corriente que pasa por dentro de ella, y R el valor de la resistencia.

Estas apreciaciones son muy importantes pues tendemos a confundir corriente con voltaje. Dicho de otra forma, para medir el voltaje, debemos conectar el medidor entre los dos extremos de la resistencia, y para medir su corriente, debemos cortar uno de los extremos de la resistencia y colocar el medidor uniendo los extremos cortados con el medidor.Veamos el siguiente dibujo donde tenemos la fuente de voltaje conectada a la resistencia, y los aparatos de medicin para medir su voltaje y corriente.Se puede deducir de la ley de ohm que la resistencia y no la batera es la que define cuanta corriente va a pasar por la resistencia, pues con diferentes resistencias la corriente es diferente. Que el voltaje lo define la batera, pues con diferentes resistencias siempre vamos a tener el mismo voltaje.Como los medidores de voltaje y corriente no deben afectar el funcionamiento del circuito, un voltmetro debe tener resistencia infinita (equivale a circuito abierto o desconectado), y un ampermetro debe tener resistencia cero. (equivale a un corto circuito)Que pasa con la corriente si la resistencia de la figura anterior tiene un valor cero?Aplicando la ley de ohm:I = V / REs un corto circuito.Circuito serieLa conexin ms simple que tenemos en el ejemplo de una resistencia conectada a una batera se denomina circuito. Circuito es el conjunto de elementos por donde circula la corriente. Hagamos el siguiente circuito: conectemos dos resistencias de diferente valor una a continuacin de la otra como lo indica la figura

En la figura calculemos los voltajes V1 y V2:V1 = I x R1

V2 = I x R2.Como V = V1 + V2, la resistencia total ser:Rt = V / I = (V1 + V2) / IO sea ((I x R1) + (I x R2)) / I. Por tanto Rt = R1 + R2.

Observamos que en un circuito serie, los voltajes se suman, las corrientes a travs de cada una de las resistencias es la misma, por tanto la resistencia equivalente es la suma de sus componentes.Circuito paraleloObservando la siguiente figura , tenemos un circuito paralelo donde los extremos de las resistencias R1 y R2 estn conectadas directamente a la batera.

Calculemos las corrientes: I1 = V / R1 I2 = V / R2La corriente total que sale de la batera It es la suma de las dos corrientes I1 + I2.La resistencia equivalente de estas dos resistencias ser Rt = V / It

Despejando de:

Si los valores de resistencia son iguales entre si, la resistencia equivalente es la mitad de cada una de ellas. Dicho de otra forma, cuando se conectan resistencias en paralelo, la resistencia equivalente es menor a sus componentes. Si son mas de 2 resistencias en paralelo, la resistencia equivalente ser:

Corriente alternaSi la polaridad de la batera la hacemos cambiar de un sentido al contrario muchas veces por segundo se produce la corriente alterna. Observe en la siguiente figura donde aparece una onda sinusoidal, porque tiene la forma de una onda seno.Onda Sinusoidal

En la corriente alterna el voltaje empieza en cero, va aumentando con el positivo hacia arriba, llega a un mximo, y empieza a disminuir pasando por cero, invirtiendo su polaridad, y empezando a aumentar en sentido negativo hasta llegar a un mximo (negativo) y empieza a disminuir hasta llegar a cero. Este ciclo se repite 60 veces por segundo en la distribucin elctrica domiciliaria. En la prctica esta clase de corriente se produce con generadores especialmente diseados para producir esta clase de onda.

La manera ms fcil de producirla es en forma Trifsica en la cual se producen en tres cables diferentes la forma de la figuraanterior pero desplazadas en el tiempo 120 grados. En la corriente alterna los electrones tambin se mueven a la velocidad de la luz. Lo que pasa es que el generador los obliga a desplazarse en un sentido y luego en el otro.En la figura se observan las posiciones de las fases con respecto al tiempo. Haga de cuenta que la figura rota con respecto al centro 60 veces por segundo. Cada vez que una de las flechas pase por la vertical hacia arriba, se produce el valor mas alto de su voltaje, mientras una de las otras dos van o disminuyendo o aumentando. Al llegar a la vertical hacia abajo, obtiene su voltaje mas bajo, y as sucesivamente. El voltaje de cada flecha con respecto al centro es el voltaje de lnea, y el voltaje entre puntas de flecha es el voltaje de fase. Si llamamos Vf el voltaje de fase y Vl el de lnea, entonces ellos estn relacionados por la siguiente relacin:Vf = Vl x 3

Cuando se dice que un voltaje trifsico es de 220 V, el voltaje de lnea ser de 127 V que es lo que tenemos en el Parque Industrial, y no 110 V como estamos acostumbrados a decir. (Nota: la raz cuadrada de 3 es 1,732). En la siguiente figura se observa la onda trifsica.Onda Trifsica

En las instalaciones elctricas tenemos 4 cables donde se ven representadas estas letras. El punto central es el neutro. Cada voltaje de lnea con respecto al neutro es una corriente monofsica. El neutro es el punto de cero voltaje, y es nuestra proteccin pues es donde podemos tocar sin ningn peligro. A este punto se le llama Tierra pues se puede conectar fsicamente a la tierra.Nunca debemos tocar los conductores o cables cuando estn conectados a la corriente domiciliaria pues nuestros cuerpos tienen una resistencia de unos kilo-ohmios, haciendo que del cable pase por la resistencia del cuerpo una corriente lo suficientemente grande para matarnos. Con 16 miliamperios podemos morir. La resistencia del cuerpo varia con la humedad del sudor. Con las manos secas, nuestra resistencia es mas elevada, y es posible que ni sintamos el efecto del corrientazo. Pero con las manos sudorosas puede haber peligro de muerte.Es por esto que debemos hacer los tomacorrientes con conectores hembra y el cable que conectamos all tenga un conector macho. Una extensin por lo tanto debe ser de conector macho donde se conecta a la toma, y hembra por donde va a salir la corriente, pues si al contrario, corremos el peligro de electrocutarnos.

Carga estticaPor accin del viento se producen acumulaciones de electrones en las nubes a tal punto que pueden acumularse varios millones de voltios con respecto a la tierra. Se denomina esttica, pues la acumulacin no tiene movimiento. Cuando el aire est hmedo por causa de la lluvia, se produce un camino fcil para los electrones moverse a la tierra, se producen los rayos de las tormentas. Por esta razn se construyen los pararrayos, para que este camino sea ms fcil por l. Las masas grandes de metal si estn aisladas del piso, tambin pueden adquirir cargas estticas. Ocurre con los separadores, camiones, tanques, etc. Es por esto que debemos conectar un cable desde el equipo hasta la tierra, para evitar que se acumule carga.Condensadores y bobinasCuando se colocan dos placas metlicas paralelamente sin tocarse o con un material aislante entre ellas como papel, cermica, aceite, cera o un electrolito, se produce un condensador. Al aplicarle un voltaje de corriente continua a las placas, se acumulan electrones en una de las placas, y al desconectar la fuente o batera, esta carga esttica permanece por un rato mientras se descarga a travs del aire. Su valor se mide en Faradios, pero como es un valor muy grande, se usan los micro-faradios.

Circuito RC serieObserve la figura anterior, donde tenemos un circuito de resistencia y condensador en serie. Se llama circuito RC. Al conectar el suiche a la parte superior, los electrones que salen de la batera pasan por la resistencia y empiezan a acumularse en las placas del condensador; debido a esto, el voltaje sobre el condensador que estaba en cero, empieza a elevarse lentamente, porque los condensadores se oponen a los cambios de voltaje. Al pasar el suiche a la posicin inferior, la carga del condensador se descarga a travs de la resistencia.

Otro circuito RC serieEn la figura se tiene otro circuito RC pero esta vez el condensador esta primero, y el voltaje lo medimos esta vez en la resistencia. Como el condensador se opone a los cambios de voltaje sobre el mismo, todo el voltaje se presenta sobre la resistencia, pero como el condensador empieza a cargarse, su voltaje empieza a aumentar, disminuyendo el de la resistencia. Cuando pasamos el suiche a la otra posicin, el condensador que esta cargado de izquierda a derecha + --, presenta su carga a la resistencia con el lado negativo hacia arriba; por eso el voltaje sobre la resistencia se invierte y luego se acerca a cero cuando el condensador se descargue completamente.En resumen tenemos que un condensador en el momento de un cambio se comporta como un corto y despus de un tiempo es un circuito abierto (desconectado). Sirve para acumular voltaje. Si no hay resistencia para descargarlo y hacemos corto entre sus extremos, la corriente tiende a infinito producindose una gran chispa.

Circuito RL serieEn la figura anterior tenemos un circuito RL serie donde L es una inductancia o bobina. Se construye enrollando alambre aislado alrededor de un objeto aislante o sobre un metal. Entre mas vueltas tenga, mas valor de inductancia tiene. Tambin aumenta su valor si se enrolla sobre hierro o ferrita. Las unidades de la inductancia son los Henry o Henrios. Pero como es un valor muy grande, se usan mas los mili-Henrios y los micro-Henrios.Al pasar el suiche a la posicin superior, la inductancia recibe el cambio brusco de la corriente que era cero. Las inductancias se oponen a los cambios de corriente. Para que esto ocurra, se comporta en este momento como un circuito abierto (desconectado) por tanto su voltaje es el de la batera. Luego, lentamente permite el paso de la corriente hasta dejarla pasar toda (corto circuito) y su voltaje baja a cero. Al pasar el suiche a la posicin inferior, la corriente en la bobina es la de la resistencia sola y tratara de mantener esta corriente sobre la resistencia aun no haya batera, por eso el voltaje se invierte y la carga acumulada de corriente se descarga sobre la resistencia. En la figura siguiente, se tiene otro circuito RL pero con la inductancia en la parte superior y medimos el voltaje sobre la resistencia. Al pasar el suiche a la posicin superior, a la inductancia le llega el voltaje de la batera pero como la inductancia se opone al cambio de corriente que era cero, no deja llegar nada a la resistencia, pero poco a poco va permitiendo el cambio de corriente hasta aparecer todo el voltaje de la batera sobre la resistencia.

Otro circuito RL serieDeducimos de esto que la inductancia para los cambios de corriente se comporta como un circuito abierto (desconectada), y a tiempo infinito como un corto. Que la inductancia sirve para acumular corriente. Si no hay una resistencia, el voltaje tiende a infinito y esto es lo que se emplea en la chispa de los carros.TransformadoresLas bobinas tambin tienen la propiedad de que cuando hay dos de ellas enrolladas sobre el mismo ncleo, los cambios de corriente de una se pasan a la otra con lo que se forma un transformador. La bobina de un carro es en realidad in transformador. La cantidad de voltaje que llega a la segunda bobina depende de los valores de inductancia de sus partes. As hay transformadores reductores y elevadores. Donde colocamos el voltaje alterno de entrada se llama primario, y el de la salida se llama secundario. La bobina de un carro es un transformador elevador. Los transformadores solo funcionan con corriente alterna, por eso en los carros lo que hacemos es conectar la batera al primario en forma discontinua por medio de los platinos los cuales hacen conectar y desconectar la batera. El condensador que va en paralelo con los platinos, absorbe la chispa que se tiende a producir en el primario evitando quemar los platinos. El secundario va a las bujas para producir la chispa de unos 15.000 voltios.

Transformador

La figura muestra un transformador. La bobina de la izquierda es el primario y la de la derecha el secundario. En medio de ellas se representa el ncleo. Si el ncleo es de aire o material aislante, no se dibuja.

Circuito de la chispa del carro

DiodosEl diodo es un elemento que tiene la propiedad de dejar pasar la corriente en un solo sentido. En la siguiente figura, se observa el smbolo del diodo y su aspecto verdadero con la lnea al extremo del ctodo. Tambin hay un circuito rectificador sencillo que consta de una fuente de voltaje alterno, por ejemplo el secundario de un transformador reductor, un diodo y una resistencia en serie. Al lado derecho tenemos dos grficas: la de arriba, muestra la onda que sale del transformador, y en la parte de abajo lo que le llega a la resistencia. Solo la porcin positiva es la que llega a la resistencia. Si se conecta un condensador de un valor grande en paralelo con la resistencia, el condensador se opone a estos cambios de voltaje, cargndose en las subidas, y entregando parte de su carga en las bajadas, haciendo que sobre la resistencia el voltaje sea siempre el valor mas alto de la onda. Con este circuito, hemos convertido la corriente alterna en continua.Para chequear un diodo en el multmetro, debemos colocar el selector del multmetro en posicin para diodos (de acuerdo a su smbolo); con el terminal negro o negativo colocarlo al ctodo (extremo con la lnea); el positivo o rojo al nodo. Debe leer 0,5 o 0,6 voltios. Al invertir los cables debe marcar .OFL o el valor mximo.

Rectificador de media onda

1.6 ETAPAS PREVIAS A LA PRODUCCIN DE POZOS

Una vez terminada la PERFORACIN y haber atravesado la formacin que constituye el objetivo del pozo, se toman una serie de registros elctricos, los cuales entre otras cosas, permiten determinar las caractersticas de la roca almacenadora y la clase de fluido almacenado (Petrleo, Agua, Gas), junto con algunas de sus propiedades. Del anlisis de los REGISTROS ELCTRICOS y de otra informacin tomada durante la perforacin, se puede definir con bastante aproximacin la comercialidad o no de un pozo. Una vez aprobada su COMERCIALIDAD, se procede a proteger el hueco perforado, ya que a estas condiciones las paredes del pozo resisten solamente pocos das antes de derrumbarse, por lo cual es necesario darle estabilidad, aislar unas zonas de otras y permitir el control de los fluidos que se van a producir. Esto se logra por medio de un REVESTIMIENTO que es un tubo metlico que se baja dentro del hueco perforado, se cementa en el espacio anular entre el tubo y la roca. Una vez realizado el revestimiento, se procede con una etapa conocida como COMPLETAMIENTO en la cual se realizan una serie de actividades con el fin de que el petrleo o gas encontrado en una o varias rocas, pueda ser trado a superficie para su aprovechamiento. Finalizada esta etapa, se procede a la operacin de CAONEO; la cual consiste en perforar el tubo de acero junto con el anillo de cemento y penetrar una cuantas pulgadas dentro de la formacin.

1.7 MTODOS DE PRODUCCIN

Si el fluido almacenado en la formacin tiene suficiente energa (Presin), podr desplazar el fluido que se encuentra llenando el tubo y de esta manera fluir a superficie hasta las instalaciones de produccin (Flujo natural). Si no tiene suficiente energa, ser necesario inducir el flujo hasta superficie instalando sistemas de produccin (Bombeo mecnico-bomba operada por varillas, NeumticoGas Lift, Hidrulico-Bomba reciprocante operada por lquido bombeado desde superficie, Electrosumergible-bombas centrfugas multietapas operadas por motor elctrico acoplado directamente a la bomba).

1.7.1 FLUJO NATURAL

Es el proceso en el cual el petrleo fluye a la superficie a causa de la energa (diferencia de presiones entre yacimiento y la superficie) suministrada por:

El gas que se encuentra sobre la capa de petrleo en el yacimiento o el gas que se encuentra disuelto dentro de la capa de petrleo.

Fuerza de empuje generada por la capa de agua ubicada debajo del petrleo.

La compactacin de las capas de tierra debido al proceso de explotacin

Este es el mtodo de produccin ms econmico, y es por eso que una gestin adecuada de la produccin del pozo de una manera natural, maximizar la rentabilidad del yacimiento, para ello es recomendable la utilizacin de estranguladotes o choques en pasos de flujo natural para mantener la energa del gas y controlar la produccin y la presin del pozo.

La puesta en produccin de un pozo, con suficiente energa o presin para fluir a superficie, se lleva a cabo por tres mtodos:

Circulacin Directa: Se inyecta en el tubing un volumen de agua o petrleo para reemplazar el lodo de perforacin o de terminacin que contiene el pozo. Esta operacin se realiza a travs de la vlvula de circulacin que esta abierta o a travs del pie del tubing si no tiene empaque.

Circulacin Inversa: Igual al anterior, pero la inyeccin se realiza por el anular y el lquido sale por el tubing.

Mtodo de Pistono: Se baja un pistn a un nivel determinado, por ejemplo a 50 metros de la superficie, y se sube rpidamente el pistn afuera. Se baja nuevamente y se repite la operacin hasta que el pozo fluya.

Le eleccin del mtodo depende del equipo de tubing de produccin, de la permeabilidad de la roca productora, de la importancia de la cantidad de lodo y cemento que ha penetrado en el yacimiento durante la fase de terminacin y del valor de presin del yacimiento. Posteriormente a la limpieza del lodo, el pozo comienza a fluir por accin de su propia energa. Una vez el pozo no puede fluir por s mismo, se requiere instalar mtodos artificiales de produccin, para compensar la prdida de energa.

MTODOS ARTIFICIALES

1.7.2 BOMBEO MECNICO

Es el que se lleva a cabo por medio de una unidad de bombeo que acciona una sarta de varillas, las cuales a su vez, accionan una bomba de pistn instalada en el extremo inferior de la tubera de produccin. Generalmente usado para petrleos viscosos y pesados. El equipo consta de las siguientes partes principales:

Unidad de Bombeo: Es un balancn destinado a imprimir un movimiento ascendente y descendente a la sarta de varillas. Consta de un motor, un reductor de velocidad, contrapesas, etc. El balancn est construido de tal manera que permite aumentar o disminuir la velocidad de operacin, aumentar o disminuir la carrera ascendente o descendente y aumentar o disminuir la carga en las contrapesas con el fin de acondicionarla a la capacidad de produccin del pozo.

Bomba de Subsuelo: Es un tubo de acero dentro del cual funciona recprocamente un embolo o pistn el cual desplaza el fluido proveniente de la formacin hacia el exterior. La bomba posee vlvulas en su extremo inferior y en el pistn viajero, de tal manera que en su carrera ascendente permite la entrada de fluido al cuerpo de la bomba y en la carrera descendente permite que el fluido pase a la parte superior del pistn, que al viajar nuevamente hacia arriba, obliga al fluido que esta dentro del tubing a salir hacia la superficie. El tipo de bomba a utilizar depende de los volmenes a manejar, relacin gas aceite (GOR), aporte de agua, contenido de arena, etc. La ubicacin de estas puede ser conectadas en el extremo del tubing o estar ancladas dentro del mismo.

Varillas: Son las que conectan el balancn (superficie) con la bomba (subsuelo), transmitiendo el movimiento ascendente y descendente.. Los dimetros mas usados son 5/8, , 7/8 y 1 pulg. La longitud de cada varilla es de 25 Ft., y son conectadas entre s por medio de roscas.

Caractersticas:

til para trabajar a bajas presiones de fondo.

Mtodo simple y de fcil uso para los operadores.

Permite controlar las tasas de produccin de acuerdo al tipo de yacimiento.

Permite el levantamiento de crudo a altas temperaturas.

Presenta problemas en pozos con alta produccin de slidos.

1.7.3 GAS LIFT

Se utiliza gas comprimido como fluido motriz, el cual logra una o varias de las siguientes acciones:

Aireacin de la columna de fluido, disminuyendo as su peso.

Por expansin del gas comprimido al ascender por la columna de fluido, actuando como pistn.

Por desplazamiento de la columna de lquido al entrar el gas bombeado.

Consiste en bombear gas a travs de una vlvula, lo que favorece el ascenso de la columna de fluido que se encuentra en el tubing, hacia superficie. Cuando el lquido llega a superficie, no hay razn para mantener la circulacin de gas por lo cual puede ser suspendida y se da especio para que un nuevo volumen de fluido invada la tubera de produccin debido a la disminucin de la altura de la columna de fluido. Esta operacin se lleva a cabo cclicamente y se logra producir una cantidad de lquido igual al aporte de la formacin.

La parte clave de este sistema es la vlvula de gas, la cual controla la inyeccin a presin que se lleva a cabo al fluido contenido en el tubing. Estas son instaladas en la sarta del tubing y estn calibradas de tal manera que cuando la columna de gas que las hace operar alcanza una presin determinada, permite la entrada de gas del revestimiento al tubing en un volumen igualmente determinado para que el fluido almacenado en el tubing sea barrido hasta superficie.

Caractersticas:

Diseado para pozos con alto potencial de produccin.

Limitado por la profundidad del pozo.

La produccin de arena no dificulta la produccin.

La inyeccin se realiza usando vlvulas reemplazables.

Permite la opcin de completamientos desviados.

Puede ser de difcil uso en campos con baja presencia de gas.

Pueden existir problemas de congelacin de las lneas de flujo.

1.7.4 BOMBEO HIDRULICO

Bsicamente, este mtodo utiliza una bomba reciprocante instalada en el fondo de la sarta de produccin, la cual es operada por medio de un lquido bombeado desde superficie, el cual acciona un pistn de manera recproca. La diferencia con el bombeo mecnico, radica en que la potencia en este mtodo es transmitida por medio de un lquido de potencia y no por medio de varillas como lo hace el bombeo mecnico. Estas bombas tienen limitaciones en cuanto a volumen y profundidad de instalacin. En los casos en los que se requiere bombear grandes volmenes, se utilizan unas bombas jet en las cuales el fluido de potencia pasa por una boquilla a gran velocidad, la cual causa un vaco que arrastra el fluido de pozo y lo impulsa a superficie.

Caractersticas:

Ideal para pozos a grandes profundidades.

La bomba de subsuelo es fcilmente reemplazable.

Puede utilizar gas o electricidad como fuente de energa.

El fluido de trabajo puede ser agua o incluso petrleo.

Altos costos de mantenimiento.

Problemas para el anlisis de las pruebas de produccin.

1.7.5 BOMBAS ELECTROSUMERGIBLES

Estas bombas son centrfugas multietapas operadas por un motor elctrico, el cual va acoplado directamente a la bomba. El conjunto motor bomba es instalado en el extremo inferior de la sarta de produccin. Los rotores del motor van en la parte inferior y los impellers de la bomba en la parte superior. El tamao de la bomba es controlado por el tamao del tamao del revestimiento; sin embargo este tipo de bombas se caracterizan por mover grandes volmenes de fluido a grandes profundidades.

El sistema bsico consta de un motor elctrico, una seccin de sello, una seccin de entrada de fluido, una bomba centrfuga multietapa, cale elctrico, panel de control y transformadores.

Caractersticas:

Altas tasas de produccin (15000 bopd)

Altos contenidos de agua

Limitado por la profundidad del pozo

Fcil operacin

Bajos costos de levantamiento.

Al momento de la produccin se pueden usar tratamientos para la produccin de slidos.

Limitado por la disponibilidad de energa elctrica.

Los cambios de equipo son muy costosos y los cables se deterioran con rapidez.

Su operabilidad es de difcil anlisis.

1.8 TIPOS DE RECOBRO

Durante la explotacin de un campo de petrleo, se pueden presentar diferentes procesos de recobro de crudo como son:

Recobro Primario: Se aprovecha la energa natural del yacimiento. El aceite puede ser desplazado en el yacimiento hacia superficie por gas (desplazamiento por capa de gas), por agua (empuje de agua), drenaje por gravedad o alguna combinacin de estos mecanismos.

Recobro Secundario: La energa es suministrada externamente. El recobro puede ser por Inyeccin de Gas, Inyeccin de Agua, Inyeccin combinada gas agua, o logrando un ensanchamiento del radio efectivo del pozo por Caoneo, Acidificacin o Fracturamiento. La Inyeccin de agua consiste en inyectar agua por pozos denominados Inyectores que empujan el crudo hacia los pozos productores. La fraccin de crudo que se puede recuperar por este mtodo es funcin de los siguientes factores:

Eficiencia horizontal de Barrido: Es la eficiencia en el cubrimiento horizontal que hace el agua al desplazarse desde los pozos inyectores hacia los productores.

Factor de Contacto: Son aquellas fracciones del volumen barrido que ha sido alcanzado o contactado por el fluido inyectado. Este factor tiene que ver con la homogeneidad y a su vez se ve afectado por efecto de barreras de arcilla, fallas, variaciones de permeabilidad, etc., los cuales aslan bloques de crudo al barrido del agua.

Eficiencia de Desplazamiento: Es la fraccin del crudo almacenado o la parte de formacin que ha sido desplazada por el agua. El agua por accin de las variaciones de porosidad de la roca, se mueve con mayor facilidad por los poros de menor tamao, dejando en los poros mas grandes gotas de crudo que no se pueden mover por accin de la tensin capilar. Esto origina lo que se denomina petrleo residual.

Recobro Terciario: Este busca mejorar la eficiencia del barrido de la formacin adicionando calor (como reductor de viscosidad) o inyectando productos qumicos (Mejoramiento de la mojabilidad de los fluidos inyectados y ajustar o cambiar la tensin interfacial entre el crudo y el agua).

2. FACILIDADES DE SUPERFICIE

Una instalacin de superficie, llamada en el ambiente petrolero, EPF Early Production Facilities, batera de produccin o estacin de produccin es el grupo de equipos, instalaciones y elementos que permiten tomar los fluidos provenientes de pozos productores de crudo (crudo, agua, gas y slidos), separarlos en cada una de sus fases, analizarlos, tratarlos, medirlos y despacharlos a su un destino predeterminado.

El diseo de los sistemas de produccin (Facilidad) guarda estrecha relacin con la cantidad y calidad de los fluidos que se esperan producir; no es lo mismo producir solamente gas en grandes volmenes y alta presin, que petrleo con una baja relacin gas aceite y con alto volumen de agua. Cada uno de los sistemas del ejemplo anterior requiere diferentes equipos, dimensiones y consideraciones en general para el diseo de una facilidad.

En una batera todos los pozos llegan a un sitio comn denominado MANIFOLD o MLTIPLE y desde este punto cada pozo es enviado a un sitio determinado de la Batera o facilidad, que puede ser un tanque, separador, calentador, etc. La operacin ms comn que se lleva a cabo en un MANIFOLD o mltiple es generalmente direccionar un pozo hacia un SEPARADOR de prueba con el fin de determinar su produccin, con la ayuda de elementos y equipos de medicin instalados en el mismo. Otros equipos que normalmente se encuentran en una facilidad son tanques de almacenamiento, tratadores trmicos, intercambiadores de calor, bombas, vlvulas, medidores de flujo, controladores, compresores, generadores e instalaciones complementarias.2.1 PROCESO DE DESHIDRATACIN Y DESALACIN DE CRUDO

La comercializacin del petrleo crudo tiene como destino final su destilacin en refineras. Estas para poder efectuar su proceso, en la forma ms viable y econmica posible, exigen determinadas condiciones de calidad del petrleo crudo, de manera especial en lo relacionado a su contenido de agua, sal y sedimentos, mas conocido como BS&W. La sal causa deterioro en oleoductos y refineras, debido a su alto poder corrosivo y los sedimentos ocasionan problemas en los procesos de destilacin. Por esto es fundamental que una facilidad cuente con los mecanismos y equipos que garanticen la entrega de un crudo con un mnimo de impurezas, cuyos valores son definidos por entes gubernamentales o compradores.

En la mayora de los campos de petrleo, el agua se produce asociada con el petrleo. Su produccin se incrementa con la vida productiva del campo, ya que esta trata de invadir los espacios que inicialmente se encontraban con hidrocarburo. El agua as producida puede clasificarse en dos categoras, la primera como agua libre, que es la de fcil separacin (por simple diferencia de densidades hay separacin) y la segunda que es agua en emulsin, que es aquella que no puede separase por simple decantacin, sino que hay que recurrir a otros mtodos de tratamiento como son tratamiento qumico, trmico, elctrico, filtracin, centrfugo, y tratamientos combinados, con los cuales eliminamos las emulsiones. Las emulsiones contienen alto contenido de sal y son las causantes de la mayora de los sedimentos.

2.1.1 EMULSIONES

Se denomina emulsin a una mezcla ntima de dos fases lquidas tales como aceite y agua, en la cual una de ellas est dispersa en la otra. Por lo comn se encuentran dos tipos de emulsiones, aceite emulsificado en agua (AC/AG) y agua emulsificada en aceite (AG/AC).

Las aguas de desecho aceitoso por lo comn pueden distinguirse visualmente de las emulsiones de aceite de desecho. La emulsin AC/AG tiene justamente la apariencia aceitosa, la del agua sucia; una gota de esta emulsin se dispersar al ponerla en agua. Una emulsin AG/AC es generalmente espesa y viscosa; una gota de esta emulsin no se dispersar al ponerla en agua.. este ltimo es el timo de emulsin ms frecuente en los hidrocarburos, razn por lo cual se le denomina EMULSIONES NORMALES. El otro tipo de emulsin es muy casual y se le denominan EMULSIONES INVERTIDAS. El tamao de los glbulos varia desde 0.00001 milmetros hasta varios milmetros de dimetro.

La ESTABILIDAD es una propiedad que depende del mayor o menor grado de resistencia que opongan las emulsiones al rompimiento y separacin de sus glbulos. Las emulsiones inestables por lo tanto, son de fcil rompimiento, solo basta dejar la mezcla un periodo prudencial y esta se separa por s sola. Cuando una emulsin es estable, romperla requiere de ciertos tratamientos con el fin de lograr una fase en ptimas condiciones para su transferencia o venta como es el caso de la separacin del agua al petrleo.

Una EMULSIN ESTABLE est formada por:

Una fase dispersa formada por las partculas del lquido que est en emulsin.

Una fase continua formada por el lquido que rodea la fase dispersa.

Un Agente Emulsificante, el cual permite la estabilidad de la emulsin. (Generalmente partculas diminutas que se acumulan y son retenidas en la interfase de los dos lquidos por medio de un fenmeno fsico llamado ADSORCIN Adhesin fsica de molculas o pequeas partculas a las superficies de un slido, un adsorbente, si llevarse a cabo una reaccin qumica).

Un AGENTE EMULSIFICANTE, tiene las siguientes caractersticas:

Puede ser una sustancia de tamao coloidal, finamente dividida, soluble o insoluble en petrleo o en agua, formando una suspensin coloidal.

Se comporta como una molcula con races, mantenida en tal posicin por medio de cargas elctricas inicas que a veces llegan a los 0.05 voltios.

Acta como un forro envolviendo la molcula de agua por adsorcin, evitando que se junten entre ellas y se separen del crudo.

Los Agentes emulsificantes ms comunes en emulsiones Agua en Petrleo son:

Sustancias asflticas

Sustancias resinosas

cidos orgnicos solubles en petrleo

Arcilla saturada con petrleo

Jabones de calcio

Negro de humo

Los Agentes emulsificantes ms comunes en emulsiones Petrleo en Agua son:

Arcilla

Slice

Jabones de sodio

Sales metlicas

Suspensin Coloidal: Algunas arcillas, cuando son sometidas a un proceso de agitacin dentro de una fase acuosa, por un periodo suficiente que permita su dispersin, permanecen en dispersin por mucho tiempo, y la suspensin as obtenida tiene caractersticas o propiedades fsicas muy especiales no comparable a la de sus componentes. Esta suspensin se denomina Coloidal.

Al parecer las emulsiones agua en aceite, se comportan como suspensiones coloidales con propiedades fsicas especiales. La forma esfrica de los glbulos de agua en el aceite, es consecuencia de la mayor tensin superficial del agua, que la obliga a presentar una mnima superficie de contacto con el aceite.

Es muy variable, pero parece existir un cierto porcentaje de agua en el cual la emulsin es mxima.

Al aumentar la viscosidad y la densidad de un crudo, aumenta la tendencia a formar emulsiones.

2.1.2 TIPOS DE TRATAMIENTO

2.1.2.1 TRATAMIENTO QUMICO

Se agregan determinadas sustancias qumicas llamadas DEMULSIFICANTES, los cuales se concentran en la interfase de la emulsin y atacan la sustancia causante de la emulsin ya sea por alteracin de la tensin interfacial, por variacin de la MOJABILIDAD, debilitacin de la pelcula emulsificante o neutralizando las cargas de los glbulos de la emulsin.

Los agentes DEMULSIFICANTES ms comunes para emulsiones normales son:

Slice finamente pulverizada.

Oxido de hierro

Arcilla

Sales solubles en agua (NaCl).

cido sulfrico

Cloruro frrico

Fenol

cido creslico

cido esterico

cido oleico

Oleato de sodio

cidos sulfnicos aromticos

Compuestos sulfonados orgnicos

Silicato de sodio

Otros.

Para la determinacin del demulsificante apropiado, se realizan pruebas de laboratorio, variando productos y dosificaciones.

Su aplicacin debe incluir una buena agitacin y tiempo prudencial de mezcla, por esta razn es importante escoger el mejor sitio de inyeccin. Estos sitios pueden ser la lnea de flujo (cerca de cabeza de pozo), en el fondo del pozo a travs del anular entre casing y tubing, en tanques, etc.

Las emulsiones en caliente se rompen con mayor facilidad que en fro.

Dentro de las ventajas de este tratamiento tenemos:

Bajo costo de instalacin y operacin

Equipo y proceso sencillo

Adaptable fcilmente para altas y bajas presiones

Demulsificacin rpida y efectiva

No alteracin de calidad del crudo.

2.1.2.2 TRATAMIENTO TRMICO

Se aplica calor a las emulsiones. Con el fin de reducir la cantidad de calor requerida, es necesario, liberar el gas y el agua libre antes de realizar el tratamiento. Cuando se aplica calor se favorece el rompimiento de la emulsin por las siguientes razones:

Dilata la pelcula de emulsificante que rodea las gotas de agua, la debilita y facilita la unin de final del agua.

Incrementa el movimiento de las molculas de agua, propiciando la colisin entre ellas y rompiendo la pelcula que las separaba inicialmente.

Reduce la viscosidad del crudo. Mejor movimiento y colisiones.

Ayuda a aumentar la diferencia de densidad entre el crudo y el agua, facilitando la segregacin.

Reduce la tensin superficial del agua, facilitando la unin de los glbulos.

Para este tratamiento se utilizan Calentadores directos (emulsin en contacto directo con el elemento de calentamiento) e indirectos y/o Tratadores.

Este tipo de tratamiento algunas veces no es completamente efectivo, pues se puede requerir temperaturas por arriba del punto de ebullicin del agua, lo que acarrea prdida de hidrocarburos livianos.

2.1.2.3 TRATAMIENTO ELCTRICO

Al pasar gotas de agua en medio de dos electrodos a los cuales se les carga con un alto voltaje, las gotas adquieren carga por Induccin, un lado con carga positiva y el otro con carga negativa, lo que origina una atraccin entre los lados con cargas opuestas, alinendose y formando cadenas continuas que mas tarde se asientan en la fase acuosa. Este proceso se facilita por incrementos de temperatura. Los voltajes aplicados varan entre 5000 y 10000 voltios por pulgada entre los electrodos.

2.1.2.4 TRATAMIENTO POR FILTRACIN

La emulsin es rota al hacerla pasar por un medio poroso (filtro) bajo condiciones especiales de presin.

Cuando el medio poroso es de tipo humedecido por agua, la fase de aceite pasa a travs y se estabiliza en la parte superior, mientras que el agua es absorbida por el lecho filtrante facilitando su sedimentacin en la fase acuosa. Los materiales mas comnmente usado en este tratamiento son:

Biruta de madera especial.

Arena.

Tierra de diatomceas.

Lana de vidrio.

Este proceso solo se ve operar en campos viejos, pues actualmente se utilizan procesos combinados de Demulsificacin ms sofisticados y eficientes.

2.1.2.5 TRATAMIENTO CENTRFUGO

Se logra la separacin de fases por medio de fuerza centrfuga, debido a la diferencia de densidades existentes. La mezcla en el proceso es precalentada con el fin de reducir la viscosidad del petrleo, posteriormente entra por una seccin central de un recipiente hacia su parte inferior donde un dispositivo le imprime una fuerza centrfuga y lanza el agua hacia la periferia por ser mas densa que el crudo. El crudo limpio fluye por la parte superior cerca de la parte central del dispositivo.

2.1.2.6 TRATAMIENTO COMBINADO

Estos tratamientos permiten trabajar con grandes volmenes y a presiones y temperaturas mas variadas.

Los diseos varan de acuerdo al tipo de crudo, las emulsiones presentes y las condiciones de presin y temperatura.

2.2 ACCESORIOS Y EQUIPOS

2.2.1 MANIFOLD DE PRODUCCIN

Como se dijo anteriormente es el primer lugar de recibo de fluidos provenientes de los pozos, desde donde a travs de un sistema de vlvulas se direccionan dichos fluidos hacia determinado equipo de la facilidad, segn la operacin a realizar. El manifold permite el manejo total o individual del flujo de los diferentes pozos para la medicin y recoleccin del petrleo y facilitar trabajos de reparacin.

2.2.2 VLVULAS

Son mecanismos para controlar el flujo de fluidos (lquidos y gases). Pueden ser operadas manual o automticamente. La operacin automtica puede ser de tipo elctrico o neumtico. Las vlvulas manuales pueden convertirse en automticas colocndoles un actuador. Existen diferentes tipos, dependiendo de su uso o aplicacin, las manuales ms comunes son:

a) Vlvulas de Compuerta

Una compuerta permite o no (parcial o totalmente) el flujo a travs de ella. Generalmente son vlvulas grandes y la compuerta se abre o cierra por medio de un volante. Existen dos tipos, la primera es la de vstago externo, el cual sube o baja al ser accionada la vlvula; en esta es fcilmente apreciable si la vlvula esta abierta o cerrada, apreciando la posicin del vstago. La segunda es la roscada internamente, en la cual no se aprecia movimiento del vstago. Ambos tipos abren y cierran de la misma forma. Para abrir, de vueltas al volante en el sentido contrario a las manecillas del reloj hasta que tope. Posteriormente, gire el volante un poco en sentido contrario para evitar que la vlvula se pegue por cualquier motivo. Para cerrar, de vueltas al volante en sentido de las manecillas del reloj hasta que baja todo el vstago y tope el volante. Gire el volante de vuelta en sentido contrario. Algunas vlvulas requieren ser abiertas o cerradas fuertemente, sin devolver un poco el volante (ejemplo las de marca WKM). Consulte el fabricante.

b) Vlvulas de Bola, Tapn y Mariposa

Estas son similares en su operacin y diseo. Se caracterizan por girar de vuelta dentro de su cuerpo para obtener posicin abierta o cerrada. Una manija hace girar la bola, el tapn o el disco y esta es un indicador de la posicin de abierto o cerrado. Si la manija est paralela a la tubera, la vlvula se encuentra abierta, en caso contrario (perpendicular a la tubera), la vlvula se encuentra cerrada.

c) Vlvulas de Control (Manual)

La vlvula de aguja es un ejemplo de este tipo de vlvulas. Consiste en una pieza cnica que va en el extremo inferior de la vlvula, la cual desciende con el vstago hasta sellar completamente en los asientos. No se puede saber a simple vista en que posicin se encuentra. Para comprobarlo, gire el volante en el sentido de las manecillas del reloj. Si al dar dos vueltas el volante, este sigue girando libremente, la vlvula debe estar abierta. Al igual que las vlvulas de compuerta, para abrir o cerrar totalmente, el volante debe girarse de vuelta en sentido contrario. Estas vlvulas son por lo general son pequeas y se utilizan para regular el flujo.

2.2.3 TRAMPAS DE GAS

Son sistemas de separacin inicial, los cuales pueden ser verticales o horizontales.

Las trampas de gas Verticales, consisten en uno o ms tubos de casing, soportados verticalmente. El flujo (gas crudo) entra par la parte superior a travs de un tubo de dimetro pequeo de una longitud igual al 33% del total de la trampa. El gas sale por una conexin hecha en el tope del separador y el petrleo crudo sale por la parte inferior. El nivel de fluido se mantiene constante por medio de un sifn que se extiende hasta la mitad de la trampa.

Las trampas Horizontales, operan bajo el mismo principio de separacin anterior y estn compuestas por varios tubos dispuestos en posicin horizontal con una seccin tubular cerrada en los extremos, de 120 a 160 Ft de largo y de 12 a 15 pulg. de dimetro. Este tubo sirve como cmara de separacin de petrleo y gas. El flujo de crudo es como si fuera a travs de un canal, donde fluye manteniendo un nivel cercano a la mitad del dimetro del tubo. De la cmara de gas, el petrleo sube a la segunda seccin a travs de una serie de tubos de pequeo dimetro (1 o 2 pulg.). Esta segunda seccin es de 120 a 160 Ft de largo y de 6 pulg. de dimetro, el cual descarga al sistema de recoleccin de gas. El petrleo libre de gas fluye desde un extremo de la cmara de separacin al sistema de recoleccin de crudo. El sistema deber tener dispositivos de vlvulas de control para facilitar el proceso de separacin del gas, a las presiones de las lneas de flujo.

2.2.4 SEPARADORES

Un separador es un recipiente cerrado cuya funcin es la separacin de los fluidos provenientes de pozos en componentes lquidos y gaseosos. Posee esencialmente las siguientes caractersticas y componentes:

Una vasija, la cual incluye

Un mecanismo de separacin primaria o seccin

Seccin secundaria o de asentamiento

Extractor de niebla, para remover pequeas partculas de lquido del gas.

Salida de gas

Seccin de asentamiento de lquido, para remover gas o vapor del aceite y agua si es trifsico.

Salida de aceite

Salida de agua, si es un separador trifsico

Capacidad volumtrica de liquido adecuada.

Dimetro, altura y longitud adecuada

Medio de control de nivel, el cual incluye un controlador y una vlvula controladora de nivel (LCV-Level Control Valve).

Un mecanismo de control de presin (controlador + PCV Pressure control Valve)

Mecanismos de alivio de presin.

Los fluidos de pozo que ingresan a un separador:

Crudo (6 a 50 API, viscosidades de 5.0 a 90,000 cp)

Condensado (Puede existir en la formacin como lquido o como vapor condensable. La licuefaccin de sus gases componentes ocurre por una reduccin en la temperatura del pozo a condiciones de operacin de superficie)

Gas Natural (Como Gas libre o como Gas en solucin con gravedades especficas entre 0.55 y 0.90; Viscosidades entre 0.011 a 0.024 cp a condiciones estndar. Como vapores de hidrocarburo condensables con gravedades especficas entre0.55 a 4.91 y viscosidades desde 0.006 a 0.011 cp a condiciones estndar).

Agua (Como vapor o lquido; libre o emulsionada)

Impurezas (Gaseosas como N2, CO2, , H2S y otros diferentes a hidrocarburos. Lquidas como agua y parafinas. Slidas como lodo de perforacin, arena, cieno y sal)

Las Funciones Primarias de un separador son:

Remocin de Aceite del Gas, llevada a cabo generalmente por la DIFERENCIA DE DENSIDADES (para lo cual la velocidad de la corriente debe ser lo suficientemente baja para lograr un buen tiempo de retencin y cumplir una buena separacin) y por el uso de un mecanismo conocido como EXTRACTOR DE NIEBLA con variados diseos, el cual puede usar uno o ms de los siguientes mtodos: CHOQUE, CAMBIO DE DIRECCIN DE FLUJO, CAMBIO DE VELOCIDAD DE FLUJO, FUERZA CENTRFUGA, COALESCENCIA, y FILTRACIN

Remocin de gas del Aceite. La cantidad de gas en solucin que un aceite puede contener depende de las propiedades fsico-qumicas del aceite y de las condiciones de presin y temperatura a que este se halle, por consiguiente, el volumen de gas que un separador podr remover al crudo depende igualmente de las propiedades fsico-qumicas del aceite, de la PRESIN y TEMPERATURA de operacin, del caudal que se encuentra manejando, del tamao y configuracin del separador, etc. El CAUDAL y la PROFUNDIDAD DEL LQUIDO, determinan el TIEMPO DE RETENCIN del fluido, el cual es fundamental para lograr una buena separacin. Este debe ser de 1 a 3 MINUTOS, a menos que se este fluyendo CRUDOS ESPUMOSOS, donde habra que tener tiempos de retencin de 5 a 20 MINUTOS, dependiendo de la estabilidad de la espuma y del diseo del separador.

Los mtodos usados en separadores para remover gas de aceite crudo son: ASENTAMIENTO (tiempo de retencin), AGITACIN(moderada y controlada para causar la coalescencia y separacin de las burbujas de gas en menos tiempo), BAFFLING(deflectores en la trayectoria del crudo), CALENTAMIENTO (reduce la tensin superficial y la viscosidad del aceite ayudando a la liberacin del gas), QUMICOS (para reduccin de la tensin superficial, reduce la tendencia a formacin de espuma. Silicona es usada para este propsito en pequeas cantidades) y FUERZA CENTRFUGA (el aceite pesado es forzado hacia las paredes del remolino, mientras que el gas permanece en su centro, logrando la separacin.)

Separacin de agua del Aceite, la cual se puede lograr por medio de QUMICOS y por SEPARACIN GRAVITACIONAL.

Las Funciones secundarias de un separador son:

Mantener una presin ptima, para garantizar la entrega de fluidos hacia otros equipos o tanques de almacenamiento.

Mantener un nivel ptimo, para garantizar un sello que evite la prdida de gas en aceite.

Problemas especiales encontrados en la separacin:

Crudos espumosos. Al reducir la presin en ciertos tipos de crudos, burbujas de gas son encapsuladas en una delgada pelcula de aceite, cuando el gas en solucin trata de liberarse. En otros tipos de crudo, la Viscosidad y la Tensin superficial del aceite pueden atrapar el gas por un efecto similar al de la espuma. La espuma no debe ser estable por largos periodos de tiempo, a menos que un agente espumante est presente en el aceite. El crudo tiende a formar espuma cuando tiene gravedades API menores de 40, temperaturas menores de 160F, aceites viscosos con valores mayores a 53 centipoises (cp). Crudos espumosos no pueden ser medidos apropiadamente con medidores de desplazamiento positivo o con medidores volumtricos convencionales. Para atacar el problema, e utilizan elementos desgasificadores a la entrada del separador, el cual agita el fluido removiendo el gas y rompen las burbujas de espuma. Platos rompedores de espuma son utilizados a lo largo del separador, los cuales la parte inmersas en el aceite rompe la espuma y la parte que se encuentra sobre el aceite, atrapa las gotitas de crudo que puede llevar el gas.

Parafinas. Su presencia reduce la eficiencia de separacin debido a que puede ocupar algn espacio de la vasija o taponar los espacios del extractor de niebla. Esta puede ser removida usando vapor o solventes.

Arena, Cieno, Lodo, Sal, Etc.

Corrosin. Los fluidos de pozo pueden llega a ser muy corrosivos y causar dao al equipo. Los dos principales agentes causantes de la corrosin son le CO2 y el H2S. Estos gases pueden estar presentes desde trazas hasta 40 a 50% de gas en volumen.

En cuanto a las fases a separar, pueden ser bifsicos o trifsicos. Bifsicos cuando la separacin que se logra es de lquido y gas. Son trifsicos cuando separamos petrleo, agua y gas; estos ltimos son usados generalmente cuando se trabaja con crudos livianos y no se presentan emulsiones.

En cuanto a su posicin pueden ser horizontales o verticales. Los verticales son usados cuando hay una relacin gas aceite (GOR) baja y en pozos que exista produccin de arena. Los horizontales pueden manejar GOR mas altos. En cuanto a su utilizacin, una facilidad puede tener separadores de prueba, generales, de alta y de baja presin.

Durante la separacin se pueden presentar algunos problemas como ARRASTRE (CARRY OVER), el cual puede ser causado por un alto caudal, nivel alto en el separador, baja presin de operacin, accin de ondas generadas al interior del separador y/o por presencia de espuma. POBRE SEPARACIN, causada posiblemente por alta presin en el separador y/o alta viscosidad de crudo.

a) MECANISMOS DE SEPARACIN Y DISPOSITIVOS

Los mecanismos de separacin son fsicos y mecnicos. Los fsicos son la segregacin y la fuerza centrfuga y los mecnicos son dispositivos que generalmente actan sobre la fase lquida y permiten generalmente escapar la fase gaseosa o contribuyen a una mejor separacin por efecto de la gravedad o la fuerza centrfuga.

Dentro de los dispositivos que facilitan la separacin tenemos:

2.2.4.1.1 CENTRFUGOS

Son difusores que someten el flujo de entrada al separador a una fuerza centrfuga, la cual permite una separacin primaria del gas y del lquido por la diferencia de densidades.

El lquido cae hacia la parte inferior del recipiente con alguna cantidad de gas atrapada, y el gas se dirige hacia la parte superior con algunas gotas de liquido

2.2.4.1.2 DE ASENTAMIENTO

Esta es una gran seccin o rea de asentamiento que permite el escape o salida del gas de la parte lquida. Controlando el nivel de lquido dentro del separador, impedimos que dicho nivel suba hasta la salida de gas.

2.2.4.1.3 ELIMINADOR DE GRUMOS

Conocido tambin como extractor de niebla. Este se encarga de retirar las gotas de crudo que no han sido separadas del gas, por medio de unas mallas contra las cuales choca el flujo de gas causando un rompimiento que permite la acumulacin de pequeas gotas de lquido en la malla, las cuales finalmente se precipitan hacia la parte inferior del separador. El gas contina fluyendo a travs de la malla.

2.2.4.1.4 DRENAJES

Son instalados en la parte inferior de las vasijas y controlados automticamente por medio de flotadores. Los drenajes permiten la salida de agua, arena y algunas impurezas que entran con la fase lquida al separador.

2.2.4.1.5 BAFLES, PLATINAS Y FLOTADORES

Facilitan la separacin y acumulacin de las fases, as como tambin la operacin de los controles.

2.2.4.1.6 VISORES, VLVULAS, REGULADORES, VLVULAS DE SEGURIDAD, MANHOLE

Son dispositivos externos. Los visores son hechos de tubos de vidrio con los cuales se puede apreciar los niveles de crudo y agua. Las vlvulas controlan los diferentes flujos.

Los reguladores son utilizados para el control de las presiones y flujos del separador.

Las vlvulas de seguridad son mecanismos que protegen el sistema de sobrepresurizaciones causadas por taponamiento de vlvulas o mal funcionamiento de controles.

El manhole es una compuerta lateral para facilitar el acceso, con el fin de realizar inspecciones y/o reparaciones en la parte interna del separador.

2.2.4.1.7 NODOS DE PROTECCIN CATDICA

Son dispositivos especiales para evitar la corrosin de los separadores por efecto del oxgeno y del agua salada.

b) SECCIONES DE UN SEPARADOR

2.2.4.2.1 SECCIN PRIMARIA

Es la seccin ubicada inmediatamente a la entrada del separador. En ella ocurre la primera separacin de las fases por accin de la gravedad y la fuerza centrfuga.

2.2.4.2.2 SECCIN SECUNDARIA

En esta seccin el mecanismo de separacin es la gravedad. Gotas de lquido que viajan con el gas caen por gravedad a la fase lquida.

2.2.4.2.3 SECCIN ACUMULADORA DE LIQUIDO

El lquido al ser mas pesado que el gas cae mientras el gas trata de salir por la parte superior. El lquido se va as acumulando en la parte inferior del separador y permanece un periodo de tiempo reposo permitiendo que el gas atrapado en el ascienda. Este tiempo es conocido como TIEMPO DE RETENCIN. En el caso de separadores trifsicos, en esta seccin se presenta tambin la separacin de agua y crudo.

2.2.4.2.4 SECCIN EXTRACTORA DE HUMEDAD

Esta seccin se encarga de retirar las gotas de lquido que no se han precipitado en las secciones anteriores. Esta operacin es llevada a cabo por unos filtros donde debido a su configuracin, quedan atrapadas pequeas gotas de liquido y liberando gas. Al irse acumulando estas gotas de lquido, su peso va aumentando hasta caer hacia la fase lquida.

c) SEPARADOR HORIZONTAL

Usado con xito para manejar crudos espumosos y altas relaciones gas - aceite. Es menos costoso que un separador vertical de igual capacidad. Su rea de interfase gas / lquido es mucho mayor, lo que permite mayores velocidades de gas. Es mas fcil de transportar. Es mas eficiente y econmico para procesar grandes cantidades de gas. Su dimetro es mas pequeo para manejar una cantidad de gas dada. Los bifsicos son idnticos a los trifsicos excepto por el compartimiento de agua, un control de nivel extra y vlvula de drenaje.

d) SEPARADOR VERTICAL

Usado para relaciones gas / aceite de bajas a medias. Usados donde el espacio es limitado. El control de nivel no es crtico. Puede manejar sin mucho problema cantidades apreciables de arena. Mas fcil de limpiar. Mayor cantidad de surgencia de lquido. Menos tendencia a la revaporizacin de lquido.

e) SEPARADOR ESFRICO

Tiene la ventaja de ser mas barato que los verticales y los horizontales. Mas compacto que los otros tipos. Fcil de drenar y limpiar.

2.2.5 TRATADORES TRMICOS

En muchos de los casos para poder separar las diferentes fases de la mezcla proveniente del fondo del pozo, no es suficiente con la separacin fsica y/o qumica, y se hace necesario el uso de equipos llamados tratadores trmicos, que bsicamente son recipientes a Presin con dispositivos adecuados para proporcionarle calor a la mezcla usando calderas que transfieren dicho calor a los tratadores por medio de capilares o tubos de fuego.

Ese calor proporcionado sirve para eliminar la emulsin que se forma entre las fases agua-aceite y ayudar a la separacin qumica que se hace con productos qumicos.En otras palabras, son recipientes calentadores a presin, los cuales usan qumicos para finalizar la separacin del petrleo, gas y agua emulsionados. La mezcla entra al tratador e inicialmente se le permite al agua libre que se separe del aceite y la emulsin, luego, la mezcla pasa a una zona de calentamiento y finalmente a una zona de COALESCENCIA y asentamiento, donde permanece un determinado tiempo en reposo para permitir la separacin de fases. El fluido o mezcla antes de entrar al tratador, se le debe haber agregado un agente demulsificante.

Los tratadores pueden ser verticales y horizontales. La mezcla proveniente del separador bifsico o de los pozos en los casos en que la cantidad de gas sea baja, entra al tratador por la zona de separacin de agua y gas libres; se considera agua libre la que se puede separar en cinco minutos, esta zona est separada del resto del recipiente por medio de un bafle o placa inclinada; el agua libre se ir a la parte inferior de la zona y de all saldr a travs de una vlvula controlada por el nivel de agua. El gas se ir a la parte superior y saldr a travs de una vlvula controlada por la presin interna del mismo. Cuando el nivel de aceite mas emulsin llega al vertedero que se encuentra en la parte superior, se ir por este hacia el fondo del recipiente e ir subiendo de nivel por la parte central del tratador hasta alcanzar la zona de calentamiento con el fin de romper la emulsin. Posteriormente contina subiendo hasta alcanzar la zona de filtracin (COALESCENCIA), y all la friccin y la adsorcin acabaran de romper la emulsin. El petrleo sale entonces por la parte superior y el agua que se va hacia el fondo del recipiente puede ser drenada. El agua de emulsin sale por el fondo del recipiente a travs de una vlvula que es controlada por el contacto agua aceiten la seccin de asentamiento. Al igual que todos los recipientes a presin, el tratador posee vlvula de relevo y disco de ruptura. La anterior descripcin corresponde a un tratador vertical con calentamiento flujo arriba. Tambin existe flujo abajo. Al parecer este ltimo ayuda a evitar la depositacin de escamas en el tubo de combustin. Adems de los componentes fundamentales mencionados, el tratador puede esta equipado con elementos adicionales para optimizar la separacin de fases como son extractores de humedad y mezcladores de gas, degasificadores en la zona de calentamiento, intercambiadores externos de calor, sifones ajustables para la salida de agua

2.2.6 INTERCAMBIADORES DE CALOR

Pueden ser directos o indirectos dependiendo de si estn en contacto o no con el elemento que proporciona calor. Dentro de los Directos, el mas comn es el de Tipo Tubular, en el cual el petrleo fluye a travs de los espacios entre una cmara y los tubos de fuego, dentro de los cuales se quema gas. El calor generado por la superficie de estos tubos, calienta el crudo. Es usado para emulsiones no corrosivas a baja presin, son eficiente, econmicos, pero por su alto calentamiento, se desperdician hidrocarburos livianos y requieren supervisin por el peligro que conlleva su diseo. Su capacidad varia hasta 5000 bbls/da para aumentar la temperatura hasta 150F.

En los de tipo Indirecto, la emulsin fluye a travs de tubos sumergidos en agua y esta se calienta por contacto con el elemento de calentamiento. Su operacin es mas segura y de fcil control. Su principio se aplica en los tratadores trmicos.

2.2.7 MEDIDORES DE FLUJO

Uno de los objetivos fundamentales de la instalacin de superficie y en la mayor parte de operaciones realizadas en cualquier tipo de proceso industrial es el de poder medir y evaluar todos sus procesos lo cual permite generar programas de desarrollo que permitan su optimizacin. Existen varios mtodos para medir el caudal segn sea el tipo VOLUMTRICO o MSICO.

a) MEDIDORES VOLUMTRICOS

Estos determinan el caudal en volumen de fluido, bien sea directamente (desplazamiento) o bien indirectamente por deduccin (presin diferencial, rea variable, velocidad, fuerza, tensin inducida, torbellino). En la industria en general, la medida de caudal volumtrico se lleva a cabo principalmente con elementos que dan lugar a una presin diferencial al paso de fluidos (placa de orificio, tobera o tubo venturi).

Para el caso de medicin de gas en campo, se utilizan medidores cuyo elemento primario del medidor es una PLATINA DE ORIFICIO. Esta consiste de una placa perforada instalada en la tubera, con un sistema de tomas de presin ubicados en la parte anterior y posterior de la placa las cuales captan la presin diferencial, esta presin diferencial es proporcional al cuadrado del caudal que fluye a travs del sistema. La disposicin de las tomas de presin puede ser de:

Tomas en la brida (Flange Taps): Es bastante utilizada por que su instalacin es cmoda, ya que las tomas estn taladradas en las bridas que soportan la platina y situadas a 1 pulgada de distancia de la misma.

Tomas en la vena contrada (Vena Contracta Taps): La toma posterior esta situada en un punto donde la vena alcanza su dimetro ms pequeo, lo cual depende de los dimetros y se presenta a dimetro de la tubera. La toma anterior se sita a 1 dimetro de la tubera.

Tomas radiales (Radius Taps): Son parecidas a las anteriores, pero fijando siempre las tomas anterior y posterior a 1 dimetro y a dimetro respectivamente.

Tomas en la cmara anular (Corner Taps): las tomas estn ubicadas inmediatamente antes y despus del diafragma y requieren el empleo de una cmara anular especial. Muy usadas en Europa.

Tomas en la tubera ( Pipe Taps): Las tomas anterior y posterior estn situadas a 2.5 dimetros y a 8 dimetros respectivamente. Se emplean cuando se desea aumentar el intervalo de medida de un medidor de caudal dado. La situacin de las tomas esta en un lugar menos sensible a la medida.

El orificio puede ser CONCNTRICO, EXCNTRICO o SEGMENTAL con un pequeo orificio de purga para los pequeos arrastres slidos o gaseosos que puede llevar el fluido. Los dos ltimos tipos

(Excntrico y Segmental), permiten medir caudales de fluidos con pequeos arrastres slidos o gaseosos.

La precisin de este tipo de medicin es del orden de +/- 1 a +/- 2%.

Para el caso de medicin de lquidos en campo, se usan generalmente TURBINAS (Aceite y Agua). Estos son del tipo Volumtrico cuyo sistema de medicin es la VELOCIDAD a diferencia de Presin Diferencial en Platinas de Orificio.

Estos medidores consisten en un ROTOR que gira al paso de fluido con una velocidad directamente proporcional al caudal. La velocidad de flujo ejerce una fuerza de arrastre en el rotor; la diferencia de presiones debido al cambio de rea entre el rotor y el cono posterior ejerce una fuerza igual y opuesta, lo que origina un equilibrio hidrodinmico del rotor, evitando la necesidad de usar rodamientos axiales y por lo tanto rozamientos. Estos medidores usan dos tipos de convertidores para evaluar la velocidad de la turbina: el de RELUCTANCIA y el de tipo INDUCTIVO.

En el de Reluctancia, la velocidad es determinada por el paso de cada aspa o paleta de la turbina a travs de un campo magntico, el cual es creado por un imn montado en una bobina captadora exterior. Al pasar cada paleta, varia la reluctancia del circuito magntico. Esta variacin cambia el flujo induciendo en la bobina captadora una corriente alterna, la cual es proporcional al giro de la turbina..

En el de tipo Inductivo, el rotor lleva incorporado un imn y su campo magntico (generado), induce una corriente alterna en una bobina captadora exterior.

En los dos casos anteriores, la frecuencia generada por el rotor de la turbina es proporcional al caudal, estando entre valores de 250 a 1200 ciclos por segundo.

La utilizacin de turbinas est limitada por la viscosidad del fluido, por lo tanto su aplicacin requiere fluidos con viscosidades superiores a 3-5 CENTISTOKES. La precisin es muy buena +/- 0.3%.

Su mxima precisin se alcanza con un RGIMEN LAMINAR, instalando el instrumento sobre tuberas rectas con distancias de 15 dimetros aguas arriba y 6 dimetros aguas abajo. Puede medir fluidos de lquidos limpios o filtrados.

Se debe evitar que se vaci la tubera que lo contiene, pues este instrumento es sensible al choque de fluidos a alta velocidad contra el medidor vaco; tambin es sensible a la sobrevelocidad.

El campo de medida llega hasta una relacin de 15:1 y su escala es lineal. La frecuencia generada es transmitida a un convertidor indicador o a un totalizador.

Otros tipos de medidores volumtricos:

De rea Variable (Rotmetros).

De Fuerza (Placa de Impacto)

De Tensin Inducida (Medidor Magntico)

Desplazamiento Positivo (Disco giratorio, Pistn Oscilante, Pistn Alternativo, Paredes Deformables).

Torbellino (Medidor de frecuencia de termistancia , o condensador o ultrasonidos)

Oscilante (Vlvula Oscilante).

b) MEDIDORES MSICOS

En este tipo de medidores, la determinacin del caudal de masa puede llevarse a cabo teniendo una medida volumtrica y compensndola por variaciones en la Densidad, o aprovechando caractersticas medibles en la masa del fluido.

Dentro de Medidores Msicos tenemos:

Medidores volumtricos con compensacin por presin y temperatura.

Trmicos (Diferencia de temperatura entre dos sondas de resistencia).

Momento Angular (Medidor Axial)

Fuerza de Coriolis (Tubo en vibracin)

Presin Diferencial (Puente Hidrulico)

2.2.8 BOMBAS

Una bomba es bsicamente, un mecanismo construido para trasportar o mover lquidos de un lugar a otro.

Existen varios fabricantes y clases de bombas, la clave para una seleccin apropiada, radica esencialmente en el conocimiento del proceso para el cual se requiere (volmenes a transferir, bombeo de sustancias corrosivas, altas presiones, altas temperaturas, altas viscosidades, contenido de slidos del fluido, etc.).

Podemos clasificarlas esencialmente en dos tipos:

Centrfugas y de Desplazamiento Positivo.

2.2.8.1 Bombas Centrfugas

Estas bombas son utilizadas en aplicaciones donde se tiene que mover un gran volumen de fluido. Dentro de un campo de petrleo o facilidad, este tipo de bombas pueden ser vistas en trabajos como proveer agua en caso de incendios, vaciar tanques de almacenamiento, mover fluidos de proceso en plantas de gas, circular agua en torres de enfriamiento y en muchas otras aplicaciones. Debido a su poco mantenimiento, la simplicidad en su construccin y operacin, estas bombas presentan un menor costo. Las partes mas importantes son:

La Carcaza: La cual almacena y protege las partes internas.

El Impulsor: Es la parte que imparte energa al fluido bombeado. Este va unido al eje y rota a su velocidad.

El Eje: Va unido al eje del motor por medio de un acople, el cual debe ser lo suficientemente fuerte para resistir los cambios repentinos en la carga de la bomba y cuando se detenga el accionador. El eje, transmite la energa que proporciona el motor al Impulsor.

Las Balineras: Son las que soportan el eje y reducen la friccin cuando este rota dentro de la carcaza. Evitan movimientos del eje en cualquier sentido que puedan daar la carcaza por la friccin.

Los Sellos o Empaques: Son utilizados para evitar fugas de fluido alrededor del eje. Generalmente son sellos mecnicos, los cuales tienen un anillo fijo y un anillo de rotacin. Los anillos se encuentran fuertemente presionados alrededor del eje en la caja de prensaestopas.

La operacin de estas bombas se basa como su nombre lo indica en la fuerza centrfuga, que es una fuerza que trata de mover objetos hacia fuera del centro de rotacin. El impulsor, al rotar, genera esta fuerza y enva el fluido que se encuentra en sus paletas hacia fuera de su centro. Este movimiento tiene dos efectos, el primero el fluido que se encuentra en las paletas del impulsor, es forzado hacia la pared de la carcaza que lo conduce a la descarga de la bomba; el segundo, crea una succin en el centro del impulsor, lo que hace que mas fluido ingrese a sus paletas, para posteriormente ser bombeado.

El alineamiento del eje del accionador y el eje de la bomba es critico para su buena operacin. Si no hay una buena alineacin, se generar una vibracin, lo que puede hacer que las balineras se gasten, que sus partes internas se salgan de su balance, se generen fugas, ruptura de acoples y dems daos graves.

2.2.8.2 Bombas de Desplazamiento Positivo

Utilizadas cuando se trabaja con volmenes bajos, o donde sean necesarias altas presiones. En el campo, podremos encontrar este tipo de bombas en trabajos de transferencia de productos desde tanques hacia tuberas como crudo por ejemplo, reinyeccin de agua a yacimientos, bombeo de glicol para procesos de deshidratacin, lubricacin de compresores, etc. Estas bombas ofrecen ventajas en trabajos con fluidos densos, calientes y vaporizantes y pueden entregar volmenes medidos de lquidos.

Dentro de las bombas de desplazamiento positivo, se tienen bsicamente dos tipos de bombas:

Las Bombas recprocas y Las bombas Rotatorias. Las bombas reciprocas o reciprocantes, incluyen las bombas de pistn, embolo y de diafragma, por lo tanto poseen pistones, mbolos y diafragmas que se mueven dentro de un cilindro hacia delante y atrs (movimiento recproco). Son activadas por mquinas de combustin interna o por motores elctricos. Poseen dos secciones, la de bombeo, la cual se encarga de bombear el fluido y la seccin accionadora, la cual suministra la fuerza necesaria para operar. Si se desea bombear mas fluido, se puede lograr, utilizando cilindros mas grandes, agregando mas cilindros o aumentando la velocidad de la bomba. Algunas veces bombas que han sido programadas debidamente, pueden bombear en forma irregular, ocasionando niveles de vibracin indeseados, Para estos casos se instala un amortiguador de vibracin, que es un recipiente que contiene gas, el cual controla las variaciones fuertes de volumen de fluido, evitando dicha vibracin. Las bombas con mbolos a diferencia de las de pistn, no ocupan toda el rea de cilindro, lo cual es til para el bombeo de fluidos a altas temperaturas o cuando el fluido bombeado hace que el pistn se pegue o que el cilindro se raye. Las bombas de diafragma, como su nombre lo indican, consta de un diafragma hecho de un material parecido al caucho, cubierto con un disco fino de metal donde se conecta a una biela. El diafragma se extiende a lo largo de la parte mas ancha de cilindro de la bomba, separando una mitad del cilindro de la otra; debido a esto, este tipo de bombas son tiles para el bombeo de fluidos corrosivos o abrasivos. Las rotatorias, poseen engranajes, lbulos, o rotores de rosca que rotan dentro de un cilindro para mover fluidos. Este tipo es ideal para aplicaciones con presiones de bajas a medias. Presentan una presin de descarga mas uniforme que las recprocas y no necesitan mucho mantenimiento. Son utilizadas en la mayora de sistemas hidrulicos, lubricacin de compresores y balineras, bombeo de aceite de la mquina y en la inyeccin de qumicos. Las de rosca se utilizan en transferencia debido a su gran capacidad, sin embargo, son muy costosas y pueden ser daadas fcilmente con materiales abrasivos.

Las bombas de desplazamiento positivo poseen varias partes mviles y por tanto, su lubricacin es continua. Muchas de sus partes son lubricadas por el mismo fluido que es bombeado; sin embargo otras partes requieren grasa o aceite, suministrados por procesos de lubricacin como goteo y salpique, alimentacin forzada, etc. Adems de la lubricacin, estas bombas tambin requieren ser enfriadas con aire o agua.

El mecanismo de funcionamiento consiste en que el fluido ingresa a una cmara, posteriormente es forzado por un pistn, mbolo u otro mecanismo a salir de ella, incrementndose la presin. Este punto es importante, puesto que en este tipo de bombas, al bloquearse la descarga o un punto aguas debajo de ella, causar un incremento de presin, la cual puede romper la lnea de descarga, generando lesiones a personas e incluso fat