EQUIPOS INDUSTRIALES PETROLEROS

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SEPARACION CON ARENA

Antes de empezar el diseño es preciso estar muy claro en cuanto al uso que se le dará al recipiente. De ello dependerá la calidad de la respuesta. No es lo mismo un petróleo pesado, con arena, a altas velocidades que un fluido limpio volátil a la entrada de una planta de fraccionamiento. En efecto, el uso del recipiente determina en grado sumo las características del diseño y los componentes que interiormente lleva la unidad. Para seleccionar un separador lo ideal sería que intervinieran en la decisión un operador de experiencia y un buen calculista. Con el tiempo las habilidades de ambos se mezclan y le dan origen a un buen diseñador.

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Manejan mayor cantidad de petróleo por los volúmenes de gas. Mayor capacidad para Oleajes y turbulencias. El control de nivel no necesita ser muy sensible.

Para mayor capacidad de gas requieren mayor diámetro. Son mas caros que los otros. Su instalación y transporte son muy dificultosos

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Resultan mas económicos cuando se manejan Hcb. de alta RGP. Fáciles en su instalación y traslado.

Las capacidades para sedimentos básicos son reducidos. Su limpieza es muy difícil

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Son mas económicos que los tipos anteriores. Son ideales para efectuar pruebas de producción en boca de pozo. Debido a su compactación, su transporte resulta fácil

Pequeña capacidad de procesamiento. Control de nivel critico

Todos los separadores poseen el mismo principio de funcionamiento. El fluido ingresa al separador tangencialmente tangencialmente a través de un desviador de entrada causando una primera separación eficiente resultado de tres acciones simultáneas (segregación gravitacional, acción centrífuga y el impacto o choque del flujo contra el armazón del separador); la parte gaseosa de la primera sección se dirige hacia arriba mientras que el líquido cae hacia la sección de acumulación del líquido. Cuando poseen extractor de nieblas ubicado cerca de la salida del gas este atrapa las gotas líquidas suspendidas por el gas, logrando que las partículas líquidas se unan y se acumulen hasta llegar a ser lo suficientemente pesado para caer dentro de la sección de acumulación de líquido.

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Los fluidos usados en los sistemas hidráulicos no pueden ser comprimidos como los gases y así almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos. Un acumulador consiste en un depósito destinado a almacenar una cantidad de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presión mediante una fuerza externa. El fluido hidráulico bajo presión entra a las cámaras del acumulador y hace una de estas tres funciones: comprime un resorte, comprime un gas o levanta un peso, y posteriormente cualquier caída de presión en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez. Los acumuladores, en los cilindros hidráulicos se pueden aplicar como: 

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Acumulador de energía Antigolpe de ariete Antipulsaciones Compensador Compensador de fugas Fuerza auxiliar de emergencias Amortiguador Amortiguador de vibraciones Transmisor de energía de un fluido a otro

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El acumulador cargado por peso, ejerce una fuerza sobre el líquido almacenado, por medio de  grandes pesos que actúan sobre sobre el pistón o émbolo. émbolo. Los pesos pueden fabricarse fabricarse de cualquier material pesado, como hierro, concreto e incluso agua. Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamaño; en algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros. li tros. Pueden prestar servicio a varios sistemas hidráulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en fábricas y sistemas hidráulicos centrales. Su capacidad para almacenar fluidos a presión relativamente r elativamente constante, constante, tanto si se encuentran llenos como casi vacíos, representa una ventaja con respecto a otros o tros tipos de acumuladores que no poseen esta característica. La fuerza aplicada por el peso sobre el líquido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador. Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es que generan sobrepresiones. sobrepresiones. Cuando se encuentran descargando con rapidez y se detienen repentinamente, la inercia del peso podría ocasionar variaciones de presión excesivas en el sistema. Esto puede producir fugas en las tuberías y accesorios, además de causar la fatiga del metal, lo cual acorta la vida útil de los componentes.

En los acumuladores cargados por resorte, la fuerza se aplica al líquido almacenado por medio de un pistón sobre el cual actúa un resorte. Suelen ser más pequeños que los cargados por peso  y su capacidad es de sólo algunos algunos litros. Usualmente Usualmente dan servicio a sistemas hidráulicos individuales y operan a baja presión en la mayoría de los casos. NEIL SILVER CACERES CALDERON

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Mientras el líquido se bombea al interior del acumulador, la presión del fluido almacenado se determina por la compresión del resorte. Si el pistón se moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte, la presión almacenada sería mayor que en el caso de un resorte comprimido tan sólo cuatro pulgadas. A pesar de los sellos del pistón, cierta cantidad de fluido almacenado podría infiltrarse al interior de la cámara del resorte del acumulador. Para evitar la acumulación de fluido, un orificio de respiración practicado en la cámara permitirá la descarga del fluido cuando sea necesario.

Un acumulador de tipo pistón consiste en un cuerpo cilíndrico y un pistón móvil con sellos elásticos. El gas ocupa el volumen por encima del pistón y se comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo cilíndrico. Al salir el fluido del acumulador la presión del gas desciende. Una vez que todo el líquido ha sido descargado, el pistón alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador.

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Los acumuladores de gas no separado consisten en un depósito en el que se coloca un volumen de fluido y a continuación se le da la presión al gas. Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un máximo y un mínimo dentro del acumulador. Este acumulador es sencillo de construcción, económico y se puede realizar para caudales medianos. Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite.

El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metálicos atornillados atornillados juntos, pero cuyo volumen interior se halla separado por un diafragma de hule sintético, el gas ocupa el hemisferio superior. Cuando el fluido entra en el espacio inferior, el gas se comprime. Al descargar todo el líquido, el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del acumulador. Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequeños y presiones pr esiones medias.

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El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo interior se encuentra una vejiga de hule sintético que contiene al gas. Cuando el fluido entra al interior del casco, el  gas en la vejiga vejiga se comprime. comprime. La presión disminuye conforme el fluido sale del casco, una vez que todo el líquido ha sido descargado, la presión del gas intenta empujar la vejiga a través de la salida del acumulador. Sin embargo, una válvula colocada encima del puerto de salida, interrumpe automáticamente el flujo cuando la vejiga presiona el tapón de la misma.

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No cargar nunca un acumulador con oxígeno o con aire. Descargar la presión hidráulica antes de quitar el acumulador. Antes de despiezar el acumulador quitar presión hidráulica y presión de gas

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GOLPEADORES DE LIQUIDO (SLUG CATCHERS) Un slugcatcher slugcatcher es un recipiente con un volumen de reserva suficiente suficiente para almacenar almacenar (temporalmente) la mayor cantidad de liquido y gas esperado del sistema de aguas arriba. Esta situado entre la salida de la tubería y el equipo de procesamiento Es un recipiente separador y amortiguador Las tuberías que transportan gas y líquidos juntos , conocido como flujo de dos fases, puede operar en un régimen de flujo conocido como slugging de flujo o caudal slug. Bajo la influencia de la gravedad líquidos tienden a asentarse en la parte inferior de la tubería,

mientras que los gases ocupan la parte superior de la tubería. Bajo determinadas condiciones de funcionamiento de gas y líquido no se distribuyen uniformemente a lo largo de la tubería, pero el viaje como los tapones de grande con todo líquidos o gases en su mayoría a través de la tubería. Estos tapones se llaman grandes slugs. Los slugs de salir de la tubería puede sobrecargar el gas y la capacidad de manejo de líquidos de la planta a la salida del gasoducto, ya que a menudo se producen a un ritmo mucho más  grande que el equipo está diseñado para. para. APLICACIONES 

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Un slugcatcher es usado para amortiguar la producción, para tener una salida controlada de gas y liquido. También es usado en la inspección de ductos.

TIPOS DE SLUG CATCHERS 1.- slug catcher horizontal (separador) 2.-slug catcher vertical (separador) SLUG CATCHER HORIZONTAL Puede dar la separacion de particulas pequeñas (10 micrones) donde hay mas liquido y menor flujo de gas. Utiles como separador de tres fases. Buena separación de hasta de 5 a 700 barriles.

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SLUG CATCHER VERTICAL Útil donde la separación de partículas pequñas (10 micras) es necesario y el flujo de gas es  grande en relación al liquido. Buena separación- útiles de hasta de 5 a 700 barriles.

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Son equipos en los q dos fluidos de diferentes temperaturas intercambian calor a través de una interfase metálica aprovechando la energía de un fluido q necesita ser enfriado y  la transfiere a otro que necesita ser calentado reduciendo las perdidas y mejorando el rendimiento.

PRECALENTADOR.- Calienta un fluido recibiendo calor sensible de vapor de agua o de otro fluido caliente Vaporiza un liquido recibiendo calor de vapor de agua o de otro fluido caliente Genera vapor de agua recibiendo calor de otro fluido caliente

ENFRIARDOR O COOLER.enfria fluido cediendo calor al agua CONDENSADOR.condensa vapores sediendo calor al agua,empleando para recuperar vapores de destilación y vapores de la turbina reduciendo la presión de descarga.

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Para comprender el proceso de refrigeración, es necesario conocer el mecanismo del intercambio de calor. Un intercambiador de calor, calor, en su sentido más amplio, amplio, es cualquier dispositivo dispositivo en el que se verifica un intercambio de calor entre dos fluidos separados por una pared sólida. El fluido caliente cede calor para calentar el fluido mas frío y de esta manera, el primer fluido sufre un enfriamiento o se refrigera. Teniendo en cuenta que cualquiera de los dos fluidos puede ser un líquido, un gas, un vapor condensante o un líquido en ebullición, el número de aplicaciones diferentes de intercambiadores de calor, es elevadísimo: Tubos de caldera, condensadores, refrigerantes, evaporadores, reboilers, chillers, calefacción con vapor o agua caliente, etc. Según su forma de trabajo, los intercambiadores de calor pueden clasificarse en: Recuperadores (sin almacenamiento), regeneradores (con almacenamiento) y aparatos de contacto directo. De acuerdo a su configuración, los intercambiadores de calor pueden ser: de tubo y casco, tubo en tubo, tubo en espiral, bancos de tubos, tipo placa, etc. Para los intercambiadores de tubo y casco (que son los más empleados) se toma en cuenta el número de pasos por el casco o coraza y el número de pasos por el lado de los tubos. Para la elección dependen de la característica de los fluidos, el costo, la facilidad de mantenimiento y la experiencia del diseñador. a) Cascos y tubos. consiste en un casco que tiene en su interior un mazo de tubo, uno de los fluidos pasa por el casco y el otro por el mazo siendo el intercambio de calor a través de las paredes de los fluidos. b) Tipo tubo doble o bitubulares. son dos tubos montados concéntricos, un fluido pasa por el tubo interno y el otro por el anillo formado entre los dos tubos. c) Enfriadores de aire. consiste en serpentines de tubos con aletas transversales y  colectores, el aire de refrigeración es proporcionado por ventiladores, aspirado en la vertical pasando por el mazo horizontal. d) Intercambiadores Intercambiadores de placas e) Intercambiadores Intercambiadores espirales

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CLASE R. condiciones severas de proceso de petróleo y productos químicos, servicio riguroso en los que se desea obtener seguridad y durabilidad CLASE C.para condiciones moderadas de operación teniendo en cuenta la mayor economía y el mismo tamaño CLASE A.para condiciones severas d temperatura y fluidos altamente corrosivos.

a)en el arranque entra el fluido mas frio si el fluido esta precalentado dejar entrar mas lento cuando mas caliente el fluido mas lenta debe ser su penetración. b)en el pozo primero se bloquea la entrada del fluido caliente. c)tanto para el arranque como en el pozo los intercambiadores deben ser calentados o enfriados lentamente especialmente cuando la temperatura de operación son elevadas d)la falta de agua en el enfriador y el otro fluido esta muy cliente provoca un calentamiento elevado, si el agua vuelve hay un enfriamiento brusco de temperatura .

la eficiencia depende de la limpieza de los los tubos que son acumulado dentro y fuera de los los tubos como: sales, arena, grasa.

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Son unas maquinas hidráulicas que entregan energía a un liquido a fin de transportarlo de un punto a otro. El tipo más utilizado es el de desplazamiento desplazamiento positivo, positivo, teniendo en cuenta las siguientes consideraciones: La velocidad de la bomba estaría limitada de 300  – 350 r.p.m. El lubricante no puede estar estar en contacto con el glicol. La máxima temperatura de bombeo podría limitarse a 170 °F. Para asegurar el bombeo se instala un cumulador de glicol. o

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Existen dos tipos básicos de bombas comúnmente usado en la industria petrolera: son usados cuando el volumen del líquido a ser bombeado es relativamente mayor y las presiones diferenciales son moderadas. o también llamada bomba de desplazamiento positivo o de pistón, son usados para bombear pequeños volúmenes de líquidos a altas presiones diferenciales y altas velocidades de operación. Este tipo de bomba es mayormente usado en los sistemas de oleoductos y para la inyección de agua dentro de la formación productora; logrando de esta manera elevar la presión. La elección del tipo de bomba depende primordialmente del volumen a ser bombeado y las presiones que debe vencer. Para la elección de la bomba se debe hacer el estudio de las curvas de comportamiento de las diferentes bombas y determinar cual operará con mayor eficiencia (estas curvas son realizados por el fabricante); pero como la experiencia con relación a otros diseños ya realizados a campos cercanos; nos han demostrado que las bombas centrífugas son las más convenientes y de mayor eficiencia. 

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La forma de operación de una bomba centrífuga consiste de un impulsor y una cañería; el impulsor es girado por el conductor de bomba a través de un eje, lanzado al líquido dentro de la cañería de la bomba, luego se realiza el incremento de energía del líquido por medio de una fuerza centrífuga. Este incremento en energía causa el flujo del líquido a través de la línea de descarga. La descarga del líquido fuera del impulsor reduce la presión del impulsor de entrada; permitiendo el ingreso de nuevo fluido desde la línea de succión.

En muchos casos más de una bomba es requerida para una estación, las cuales pueden ser conectadas en diferentes maneras; para proveer un mayor rango de operación y capacidad. Un arreglo en paralelo; es cuando la primera bomba empieza la succión desde un tanque de almacenamiento mediante un maniflod de succión, el cual consiste en un línea de succión individual que salen y entran de su unidad respectiva. Luego cada bomba descarga separadamente separadamente a un manifold de descarga conectado a la línea del oleoducto. Esta conexión en paralelo de las bombas opera aproximadamente a la misma presión de succión y descarga; con un volumen del flujo total igual a la suma del caudal individual de cada bomba. La bomba también puede ser conectad en serie en este caso, una de las bombas toma la succión del fluido almacenado luego realiza la descarga a la succión de la segunda bomba y la última bomba en serie descarga dentro de la línea del oleoducto. La presión de succión para la segunda bomba es igual a la presión de descarga de la primera bomba menos las pérdidas producidas en las conexiones de tuberías. Es este arreglo e volumen del flujo total es manejado por cada bomba pero la carga diferencial es la sumatoria de cada carga diferencial producidas por cada bomba individual. La siguiente información es necesaria para la apropiada selección y el tamaño de la línea de la bomba: 1. Características del fluido, incluyendo la gravedad específica para el bombeo, temperatura, presión de vapor de bombeo, y la presencia de algún material corrosivo. NEIL SILVER CACERES CALDERON

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2. Caudal de bombeo deseado y nuevos cambios futuros de volúmenes requeridos. 3. Condiciones de presión, incluyendo la presión de succión y de descarga; la carga neta de succión disponible por el conductor de bomba y futuros cambios de esperada. 4. El tipo preferido del conductor de bomba y el tipo de sello para el eje. 5. Metalurgia especial requerido par manejar altas temperaturas y fluido corrosivo y  otras condiciones severas.

Poseen un mecanismo de desplazamiento positivo, que desplaza una cantidad de líquido llenado (dentro del cilindro de la bomba) por acción del pistón, vástago o diafragma de desplazamiento. Estos ofrecen una particular ventaja al bombear líquido con arrastre de sólidos pulverizados o emulsiones gelatinosas, gelatinosas, alta viscosidad del fluido y cuando se requiere elevar a altas presiones. Existen dos tipos básicos de conductor de la bomba: 1) Mediante un equipo externo ya sea una turbina, o un motor, etc. 2) O la acción directa de la bomba. La desventaja básica de una bomba reciprocante la velocidad de oleaje que ocurre durante la carrera. Teniendo como solución el uso de dos o mas elementos de bombeo ubicados en paralelo. Finalmente, la eficiencia de bombeo para un abomba reciprocante con conductor externo se encuentra entre el rango de 85  –  92%. Y la eficiencia de una bomba de acción directa se encuentra en el rango 65  –  83% al mismo tiempo dependiendo primordialmente en sus velocidades.

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Motor rotativo que convierte en energía mecánica la energía de una corriente de agua, vapor de agua o gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, del tal forma que el fluido en movimiento de una maquina se transfiere a travez de un eje para proporcionar el movimiento de una maquina, un compresor, un generador eléctrico o una hélice.

COMPRESOR: El compresor se encuentra en la entrada del motor y se encuentra conectado al disco de turbina por medio de un eje, el compresor puede ser de tres tipos diferentes: Axial: la corriente de aire que atraviesa el compresor lo hace en el sentido del eje (de (d e ahí el nombre de axial), consta de varios discos giratorios (llamados etapas) etapas) en los cuales hay una serie de "palas" (alabes), entre cada disco rotor hay un disco fijo (estator) que tiene como función dirigir el aire con el ángulo correcto a las etapas rotoras. El compresor axial es él mas utilizado en las turbinas "de verdad" pero para las pequeñas turbinas de aeromodelismo es muy difícil de construir y balancear, si bien algunos han construido turbinas con compresor axial, por el momento están fuera del alcance de la mayoría Radial o Centrifugo: la corriente de aire ingresa en el sentido del eje y sale en sentido radial, consta de un solo disco con c on alabes en una o ambas caras, es el compresor universalmente utilizado en las micro turbinas por ser fácil de obtener (proveniente de un turbo compresor de auto) y balancear, es mucho más resistente que el axial pero como desventaja es mas pesado y  tiene un área frontal mayor Diagonal: es una cruza entre los dos anteriores, es prácticamente anecdótico puesto que salvo en los primeros intentos de construir micro-turbinas no se ha utilizado

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Tubo de cojinetes ó pasaeje: Es un elemento cilíndrico por cuyo interior pasa el eje de la turbina y además se encarga de dar estructura al motor va fijado a la parte posterior del difusor y a la parte delantera del conjunto N.G.V., en su interior se colocan los cojinetes que soportan el eje estos deben tener adecuada refrigeración y lubricación para que sobrevivan las tremendas velocidades de rotación a las que son sometidos, actualmente y para cualquier aplicación por encima de las 100000 R.P.M. se recomienda usar rodamientos sin jaula con bolillas cerámicas

Tiene como misión cambiar la velocidad de la corriente de aire que viene del compresor para aumentar la presión. Consta de una serie de pasajes que se ensanchan hacia atrás (conductos ( conductos divergentes), el difusor es diferente según el compresor sea axial o centrifugo

Es una de las partes mas criticas de las turbinas de aeromodelismo, aeromodelismo, su diseño es critico dado que la temperatura de salida es fundamental así como la longitud de la cámara esta limitada por cuestiones de diseño que no vienen al caso, entonces esta parte debe ser diseñada con sumo cuidado para permitir la completa combustión dentro de la longitud de la misma. Existen varios tipos de cámara de combustión, combustión, pero la universalmente utilizada para las micro turbinas es la denominada "anular", como su nombre lo indica tiene la forma de dos anillos concéntricos NEIL SILVER CACERES CALDERON

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La mayoría de las micro turbinas usan diversos métodos basados en el pre-calentado pre -calentado del Kerosén que ingresa a la cámara para permitir la evaporación o vaporización del combustible liquido, en algunos modelos esto se logra con una serpentina enrollada en el interior de la cámara, otros usan unos tubos en forma de gancho en la tapa frontal de la cámara en cuyo interior se inyecta el combustible aunque actualmente el método más usado es el que utiliza unos tubos vaporizadores que cruzan la cámara desde atrás hacia adelante inyectándose el kerosene en el extremo posterior de la cámara de combustión

Esta parte tiene como función aumentar la velocidad de la corriente de gas caliente que sale de la cámara de combustión y dirigirla con el ángulo apropiado al disco de turbina. t urbina. Esta pieza es la mas expuesta a altas temperaturas que en algunos casos superan los 700 °C por lo tanto se construyen en aleaciones inoxidables para alta temperatura, básicamente consta de una serie de alabes "estatores" que se cierran hacia la parte trasera (conducto convergente), también difieren si son para turbina radial o axial

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Es la parte encargada de extraer parte de la energía de la corriente de gas para convertirla en movimiento, su única función es hacer rotar el compresor al cual se encuentra unido por medio de un eje, la turbina se halla sujeta a elevadas temperaturas y lo que es peor a elevadas cargas centrifugas que unido a la disminución de resistencia del material por causa de la temperatura hacen que este sea el elemento que mas importancia tiene en cuanto a la elección de materiales, sin excepción se utilizan aleaciones con elevado contenido de níquel y cromo (comercialmente tienen diferentes nombres como ser INCONEL, NIMONIC etc.) aunque en los primeros modelos de turborreactores "caseros" se utiliza acero inoxidable con buenos resultados. Existen dos tipos de discos de turbina: Los axiales: Son los mas utilizados pues poseen excelentes características de aceleración y un peso bastante reducido, su única contra es que deben respetarse a estrictamente las temperaturas y velocidades máximas sino se corre el riesgo de que el disco se "desintegre" literalmente, este tipo puede ser fabricado con mucha paciencia y Herramientas comunes o con sofisticados sistemas sistemas (control numérico, electro erosión, etc.) o bien comprados a diferentes fabricantes para su uso especifico en turbinas de aeromodelismo, aeromodelismo, aunque su precio no es nada económico

Las radiales: Si bien se utilizan menos (de hecho la primer marca que comercializo turbinas o sea JPX utiliza este tipo) por ser bastante mas pesadas y por lo tanto tardan mas en acelerar tienen la particularidad de ser muy robustas, soportan mas revoluciones a mayor temperatura y  tal vez como "ventaja" adicional para el constructor amateur es que estas turbinas son las utilizadas por los turbo compresores de auto, lo que las hace mas fáciles de obtener (en cualquier casa que se dedique a turbo cargadores) NEIL SILVER CACERES CALDERON

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En esta parte los gases de escape son acelerados para aumentar el empuje producido por la turbina, básicamente es un conducto cónico y algunas veces también posee un cono interior i nterior

El aire ingresa al compresor donde aumenta parcialmente la presión y temperatura, luego es llevado al difusor donde se produce el incremento final de presión, el aire ingresa a la cámara de combustión donde se mezcla con el combustible y se quema para incrementar la temperatura (y por lo tanto la energía total contenida en el gas), luego es dirigido hacia el conjunto de alabes estatores de la turbina (N.G.V., Next Gide Vane) estos tienen ti enen como misión dirigir el gas hacia el disco de turbina con el angulo correcto y además incrementar su velocidad, luego el gas pasa por el disco de turbina donde parte de la energía que contiene es extraída para mover el compresor (en las micro turbinas se extrae una GRAN parte de la energía) al cual se encuentra unido por medio de un eje, el gas deja la turbina con gran temperatura y velocidad pero es acelerado aun mas en la tobera de escape, el gas que sale a  gran velocidad es el responsable de la reacción que se se conoce como como "empuje" de la turbina. Las turbinas no pueden arrancar por si solas, necesitan ser llevadas a un determinado numero de RPM para crear suficiente presión en el motor para permitir el funcionamiento, en las turbinas de aeromodelismo esto suele estar cerca de las 20000 RPM, sin embargo el ralentí de estas turbinas suele estar entre 30000 y 40000 RPM para mejorar la aceleración y "suavizar" el comportamiento general

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Igual que para el estudio de fluidos la ecuación resultante de la combinación de la primera y  segunda ley de la termodinámica, es la base para calcular el trabajo necesario para comprimir los gases. Al ser este trabajo adiabático reversible y donde la energía potencial y cinética son nulas.

Existen diversos tipos de compresores, pero los dos tipos de compresores mas utilizados en la industria petrolera para el manejo del gas son: 

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Consiste en uno o más cilindros y cada uno posee un pistón o embolo que se mueve hacia atrás y hacia delante, desplazando el volumen en cada carrera Cubierto por un tipo lóbulo, tornillo y  paleta cada tipo tiene un tubo con uno o más elementos rotacionales que desplazan un volumen fijo en cada rotación

Siendo las ventajas de un compresor centrífugo sobre un reciprocante las siguientes: -

Bajo costo de instalación donde la presión y volumen son favorables. Bajos gastos de mantenimiento. Mayor uso en plataformas marinas por su menor peso. Adaptables para altas velocidades Gran capacidad de volumen por unidad de área  – gráfica.

Las ventajas de un compresor reciprocante sobre un centrífugo son: Gran flexibilidad en el rango de capacidad y presión. Alta eficiencia del compresor y bajos costos en potencia. NEIL SILVER CACERES CALDERON

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Capacidad de descargar altas presiones. Capacidad de manejar pequeños volúmenes. Menos sensitivos a cambios de composición del gas y su densidad. Luego de dar a conocer a grandes rasgos las ventajas de cada compresor; llegamos a la conclusión que el compresor reciprocante es el ideal y el más usado en el diseño de una batería se separación. Por lo tanto solo basaremos nuestros estudios en este tipo de compresión reciprocante. -

Hay dos accesos básicos que pueden ser usados para calcular teóricamente la potencia o caballos fuerzas requerida para comprimir el gas. Una es por medio de la expresión analítica, en el caso de compresión adiabático, las relaciones son complicadas usualmente están basadas en las ecuaciones de gas ideal. Cuando usamos gases reales donde la desviación de la ley de gas ideal es apreciable, ellos son empíricamente modificados para tomar en consideración el factor de desviación del gas. El segundo acceso es por medio de entalpía  –  entropía o el diagrama de Mollier para gases reales, este diagrama provee un simple, directo y riguroso procedimiento para determinar teóricamente la potencia necesaria para el compresor de gas. El procedimiento de compresión puede ser de acción simple o de acción doble; conteniendo en cada cilindro dos válvulas (una de succión y otra de descarga). observamos los pasos que sigue el compresor reciprocante para comprimir el gas durante un ciclo. El cilindro del compresor es llenado con gas a una presión de succión (P1) seguidamente el gas es comprimido hasta la presión de descarga (P2), a lo largo de la trayectoria C  –  D y luego el  gas es desplazado desplazado del cilindro con con una presión constante constante P2. Teniendo en cuenta que es imposible descargar todo el gas comprimido en condiciones actuales. Observamos un diagraman típico ideal Presión  – Volumen, para un compresor cilíndrico con la localización del pistón correspondiente del compresor durante la reciprocación (ciclo). La válvula de succión se abre y el cilindro comienza a ser llenado, a condiciones de presión de succión (P1) hasta completar completar el llenado del cilindro (punto 1). Seguidamente, el gas gas comienza NEIL SILVER CACERES CALDERON

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a ser comprimido, llegando a cerrar automáticamente el cierre de la válvula de succión. La compresión continúa hasta alcanzar una presión P2 (punto 2); -al instante de tomar este valorla válvula de descarga se abre, liberando el gas a una presión constante P2. El gas continúa descargando del cilindro hasta que el pistón tome la posición 3 o completar su carrera. Tan pronto que el pistón comienza su carrera de retorno la presión en el cilindro cae y  por consiguiente el cierre automático de la válvula de descarga; la válvula de succión se abre  –  aquí podemos observar que existe un volumen de gas atrapado en el cilindro, debido al llamado espacio muerto que posee el cilindro; el cual nunca es descargado. El cilindro nuevamente empieza su llenado a presión constante P1, como observamos la trayectoria del punto 4 – 1; de esta manera el ciclo del compresor es repetido sucesivamente. Basándose en esta descripción; será más fácil comprender las definiciones y procedimientos que siguen a continuación. Si analizamos el ciclo típico de un cilindro reciprocante; observaremos que la línea de compresión (puntos 1  –  2) y la línea de expansión (puntos 3 - 4); esta representada por la siguiente ley general: P * V ^K = constante

Ecuación 1 

Donde K es un exponente isoentrópico, dado por la relación de calor específico. K = Cp / Cv

Ecuación 2 

Cuando el gas real es comprimido en una simple etapa, la compresión es politrópica; tendiéndose a encaminarse a condiciones adiabáticas o entropía constante. El cálculo de compresión adiabático dan como resultado el trabajo máximo teórico o HP  necesario para comprimir el gas entre dos presiones límites, mientras que los cálculos por compresión isotérmica dan como resultado el trabajo mínimo teórico o HP necesarios para comprimir el gas. Por lo tanto el trabajo adiabático e isotérmico dan los límites superior e inferior del trabajo o HP necesarios para comprimir el gas.

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En la practica, el gas del cilindro pasa a través de unos equipos llamados COOLER o enfriadores; para así así poder considerar considerar un proceso de compresión adiabático perfectamente perfectamente reversible o sea un proceso isentrópico. Los coolers en un compresor multietapa, mayormente se los ubica entre cada etapa de compresión y uno en la salida del compresor, por lo tanto reciben el nombre de INTERCOOLERS; cuyo objetivo es reducir los HPs necesarios para comprimir el gas. Para el proceso de compresión bajo las condiciones actuales (condiciones de práctica), se aplica la siguiente ecuación similar a la ecuación: P * V ^n = constante

Ecuación 3 

El exponente (n) es el exponente politrópico, aplicado para proceso actual con transferencia de calor y fricción; mientras que el exponente (k) es el exponente isoentrópico es aplicado para un proceso adiabático.

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El calor es liberado por la combustión de un combustible y transferido a un fluido o sea dar una cantidad de calor a un fluido de elevadas temperaturas. El calor liberado de la quema d un combustible es liberado dentro de una cámara ya sea en la zona de combustión combustión o en la zona de radiaccion. radiaccion. Los intercambios son radiaccion convección y conducción.

Según su aplicación: aplicación: hornos de calentamiento por ejemplo destilación destilación atmosférica ,hornos ,hornos reactores por ejemplo la reacción catalítica. Según su aspecto constructivo: hornos verticales por ejemplo el cilindro vertical, zona de radiación. Hornos horizontales como por ejemplo cilindro vertical y zona de radiaccion

Bajo costo Horno de partida Baja carga térmica Baja eficiencia Baja caída de presión

Zona de convección extensa Carcaza externa tiene la forma de caja Tubos horizontales

REFRACTORIO. Son capas de soportar altos temperaturas sin deformarse o fundirse AISLANTE TERMICO. Son capas q dificultan las transferencia de calor entre dos regímenes. QUEMADORES. Son dispositivos q generan calor a partir de la reacción de un combustible su función: facilitar la quema, facilitar la mezcla de combustible y aire, permitir la quema estable  y dar forma a la llama. CHIMENEA. Lanzar los gases de combustión a una altura, brindar el tiraje necesario, permitir la diferencia de densidad d los gases suban. NEIL SILVER CACERES CALDERON

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COMBUSTIBLE.se dividen en dos liquido y gaseoso, en los líquidos hay aceite, full oil y residuos de vació y de asfalto en los gaseosos el gas refinado y natural. COMBUSTION.se da por el triangulo de fuego que es combustión oxigeno y temperatura. TIRAJE ,esto afecta a la eficiencia del horno y la salida de los gases,la entrada del aire a los quemadores.

Los tipos de tanque de almacenamiento de mayor uso para el petróleo/condensado petróleo/condensado son: o

son diseñados y equipados con elementos seccionales; el cual es ensamblado en posición para proveer completa verticalidad cilíndrica sobre el suelo. Según las tablas de referencia del API estándar; los tanques abulonados están disponibles en capacidades nominales desde 100  –  10000 Bbls y  están diseñados para soportar una presión interna aproximada a la atmosférica.

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Estos tanques ofrecen las siguientes ventajas: a) Son fácilmente transportado hasta la posición deseada. b) Son construido con herramienta a mano. c) En caso de requerirse cambios por capacidad de almacenaje, los tanques pueden ser fácilmente desmantelados y volver a ser reconstruido en el mismo lugar. d) En caso de presentar corrosión o daños en las láminas de acero, estas pueden ser reemplazadas por otras láminas nuevas. e) Los tanques don pintados, galvanizados y poseen un revestimiento o capa protectora para evitar una rápida corrosión del tanque. t anque. o

o

son de aspecto cilíndricos, disponible en gran variedad de Dimensionamiento, son construidos en las fábricas mismas y al igual que los tanques abulonados, estos son pintados, galvanizados. poseen gran variedad de capacidad de almacenaje en una simple unidad; según las especificaciones API.12D estándar, los rangos de dimensionamiento van desde los 500  –  10000 Bbls de capacidad nominal y poseen un espesor de ¼” como mínimo para las láminas del fondo 3/18”, para las láminas del techo y paredes.

Los tanques anteriormente indicados pueden ser construidos con las siguientes opciones como ser es cuando el techo se encuentra permanentemente sujeto al armazón del tanque. Y la presión del fluido almacenado no debe exceder a la presión equivalente del peso muerto del techo.

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o

o

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son usados primordialmente para el almacenaje de productos con presiones cercanas a la atmosférica. atmosférica. Los tanques son diseñados di señados para moverse verticalmente con referencia al armazón del tanque y de esta manera dar una constantes mínima de vacío entre la superficie del producto almacenado y el techo; o sea reducen las pérdidas por vapor y ayudan en le programa de conservación. conservación.

ofrecen un punto medio para el drenaje y remoción del agua de formación o corte de agua, el cual se decanta en el fondo del tanque. La remoción continua del agua de formación permite que la corrosión del tanque sea mínima.

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El petróleo/condensado son compuestos por diferentes tipos de hidrocarburos. Propano es el hidrocarburo más liviano encontrado en una cantidad medible y tiene mayor tendencia a evaporarse o vaporizarse de líquido almacenado. Cuando el propano y otros hidrocarburos pasan a la fase de vapor por vaporización el volumen del líquido almacenado disminuye; al igual que la gravedad específica. Por lo tanto se tiene una relación definida entre las pérdidas por gravedad y el volumen perdido, dependiendo de las características del crudo almacenado.

La presión de trabajo en los tanques para prevenir cualquier pérdida depende de la presión de vapor del líquido almacenado, las variaciones de temperatura (de la superficie del líquido y de la fase de vapor) y el asentamiento del vacío.

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Generalmente se requiere un control de cambios de caudales en al salida de una bomba o de un compresor. La Fig. 8.1 muestra tres métodos para controlar la salida de una bomba. El primer método se aplica en una bomba centrífuga impulsada por un motor eléctrico. En este caso, caso, la válvula de control control regula el flujo flujo modificando la presión de descarga descarga de la bomba mediante el Controlador Regulador de Flujo (FRC = flor Recorder Controller). Steam Piston

Steam Supply

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Muestra una curva de comportamiento típico para una bomba centrífuga. Esta curva ha sido simplificada para mostrare solo la presión de descarga. En este ejemplo se asume que no hay  cambios en la presión de succión, ni en la densidad del líquido que está siendo si endo bombeado. Si la bomba esta operando a lo largo de la línea segmentada A y cambiamos el punto de ajuste en el controlador par reducir el flujo, la válvula cerrará parcialmente. Esto incrementa la presión de descarga de la bomba de modo que se obtienen el caudal deseado tal como muestra la línea B.

   )   g    i   s   p    (    E    R    U    S    S    E    R    P    E    G    R    A    H    C    S    I    D

150

140

130

120

110

100

90 0

25

50

75

100

125

150

FLOW (gpm)

En el segundo método el flujo de salida de la bomba reciprocante es regulado mediante el puenteo o bypass del flujo desde la descarga hasta la succión. Aun cuando la salida de la bomba sea constante, el flujo del proceso varía en función de la cantidad de flujo puenteado. NEIL SILVER CACERES CALDERON

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En el tercer método el flujo de una bomba impulsada por vapor de agua puede regularse mediante el ajuste de la presión de vapor disponible hacia el arreglo del pistón impulsor. Son controlados mediante los Controladores de Nivel que operan una válvula de control. La muestra que los niveles pueden controlarse regulando la cantidad de líquido que entra a un recipiente o regulando la cantidad de líquido que sale de él. El dispositivo sensor puede ser un flotador o un arreglo de diafragma (LC = Level Controller) para detectar e indicar el nivel de fluido en el recipiente. Generalmente se controla regulado a la cantidad de vapor que sale de un recipiente. Muestra el control de presión de un tanque vaporización instantánea (Flash) de aceite rico, empleando un controlador de registro de presión (PRC = Pressure Record Controller) que abre o cierra una válvula que controla la presión del recipiente.

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PRC = Pressure Record Controller LC = Level Controller

En la mayor parte de los casos, las temperaturas de proceso son controlados mediante la regulación de la cantidad de calor que se añade a la corriente del proceso. Ilustra un método de control del calor que entra a un intercambiador de casco y tubo mediante un controlador registrador de temperaturas (TRC = Temperatura Recorder Controller) para regular el flujo del aceite caliente o de la corriente a lo largo del intercambiador. También se muestra muestra un calentador de fuego directo directo que es regulado par par controlar el calor de entrada al calentador mediante un TRC que controla la cantidad de gas combustible que entra al calentador. La eficiencia del control de procesos esta influenciada por la respuesta del sistema. La respuesta del sistema, es el tiempo requerido para ajustar las variables del proceso al valor del punto de ajuste. Un retrazo en la respuesta es causado por: a) El tiempo requerido por los componentes del circuito de control para detectar cambios en el proceso, haces un ajuste de válvula y obtener la retroalimentación. b) El tiempo requerido por el proceso para ajustar los cambios en el instrumento.

Process Out Process In Hot Oil or Steam in NEIL SILVER CACERES CALDERON

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Out

Process In

Fuel Gas

La selección de un sistema de control de proceso debe basarse en las siguientes consideraciones: a) b) c) d)

Asegúrese que el proceso es controlable; Asegúrese que la medida es factible, representativa y ubicada en la posición correcta; Por simplicidad y economía, minimice el equipo requerido; Considere las condiciones de emergencia y de operación no usuales y suministro para operación “fuera de diseño” y 

e) Considere balances de calor y de materia que puedan ser realizadas por el control.

PSV = Pressure Safety Valve FIC = Flor Indicador Controller Controller LC = Level Controller NEIL SILVER CACERES CALDERON

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LLA = Low-Level Alarm HLA = High-Level Alarm HLSD = High-Level Shut Down DPI = Differential Pressure Indicator RR = Ratio Relay 

• Elemento o elementos de un sistema de medida o control que procesan la señal procedente de

un transductor bien para adecuarla a un nuevo formato, bien para mejorar su

calidad.

ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL (II) CLASIFICACIÓN: Cambios en niveles de señal • Amplificación. • Atenuación. • Eliminación de offset 

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Linealización. Interfase digital • Multiplexores. • Muestreo y mantenimiento. • Conversión A/ D. • Conversión D/ A.

Filtrado y ajuste de impedancia. Conversiones de señales • Conversión corriente/ presión. • Puente de Wheatstone

Transmisión de señal • Conversión tensión/ corriente. • Conversión corriente/ tensión. • Conversión tensión/ frecuencia. • Modulación.

ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL (III) DOS FORMAS DE IMPLEMENTACIÓN: Analógica • Circuitos pasivos (con resistencias, condensadores y bobinas). • Circuitos activos (con Amplificadores operacionales). • Menor coste. • Menor tiempo de procesado.

Digital • Menor incertidumbre (menor influencia de ruidos, impedancias, etc.). • Rápido aumento del uso de computadores para medida y control. • Posibilidad de implementar procesamientos más complejos. • Siempre es necesario un primer procesado analógico aun cuando la mayor parte del procesado

sea digital.

Actuadores neumáticos. Válvulas de control * Elemento final de lazo de control * Interrumpe o deja pasar el fluido según la señal correctora que le llegue desde el controlador * Elementos:  – Cuerpo y partes internas: regulan el paso del fluido  – Actuador o servomotor: actúa sobre el obturador de la válvula modificando su apertura, en

función de la señal que le llega.

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* Ventajas:  – Alta capacidad con baja caída de presión a través de la válvula.  – Apta para un gran rango de temperaturas, dependiendo del tipo de cierre.  – Mínimo espacio para instalación.  – Económica, especialmente en grandes tamaños.  – Su menor peso le hace

más manejable en su mantenimiento.

* Desventajas:  –  Necesita

actuadores potentes o de gran recorrido si el tamaño de la válvula es grande o la presión diferencial es alta.

 – No  – No adecuada para “fluidos cavitantes” o aplicaciones de ruido.

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* Ventajas:  – Excelente control ante fluidos viscosos, erosivos, fibrosos o con sólidos en suspensión.  – Alta rangeabilidad de control (aprox.: 300: 1).  – Mayor capacidad que las válvulas de globo. * Desventajas:  – Precio elevado.  – No  – No adecuada para “líquidos cavitantes”.  – Puede provocar ruido con caídas de presión

altas.

* El flujo lo restringe un obturador que se desplaza perpendicularmente al asunto de la válvula. * Ventajas:  – Disponibles  – Disponibles en todos los “ratings”.  – Amplia selección de materiales constructivos.  – Posibilidad de diversas características de

caudal.  – Partes internas aptas para el tipo de estanqueidad requerida.

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* Desventajas:  – Considerables pérdidas de carga a grandes caudales.  – Precios más elevados que las válvulas de mariposa en servicios de baja presión y temperatura. * Formas constructivas: Óptimos cuando queremos alto nivel de estanqueidad.  –   –  Permiten trabajar con fluidos a alta presión, con un actuador Standard.

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* Formas constructivas:  – Caja: El asiento de la válvula esta agujereado.  – Membrana: Se usa para fluidos muy corrosivos, de alta viscosidad, en la industria alimentaria.  – Tres vías: Se usa para partir una corriente en dos o unir dos corrientes en una.

* Son las más usados en la industria. * La señal de presión que llega al actuador desplaza el diafragma venciendo la fuerza del muelle y el movimiento del diafragma es transmitido al obturador a través de un vástago. * Dos tipos:  – Fallo de aire cierra  – Fallo de aire abre.

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 – Fiabilidad y simplicidad de diseño.  – Usados donde no son requeridos grandes fuerzas.  – Económicos.

- No necesitan posicionadores.

 – No pueden suministrar grandes fuerzas.  – No pueden ser aplicados a válvulas con grandes recorridos.

* Consta de un pistón en lugar de un diafragma. * Ventajas:  – Capaces de suministrar grandes fuerzas.  – Rápida respuesta.  – Validos para grandes recorridos.

:  – Generalmente necesitan sistema de enclavamiento en caso de fallo de alimentación.  – Para control necesitan posicionador.

Actuadores

 – No necesitan instalación neumática.  – Mínimo consumo eléctrico.  – Menores costes de instalación y mantenimiento.  – Trabajan directamente con señales eléctricas (no necesitan convertidor)  – Precio muy elevado.  – Protección eléctrica necesaria.  – Riesgos de explosión.  – Para control necesitan posicionador.  – Menor potencia específica.  – Más lentos que los neumáticos.  – Posición de seguridad.

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* Compara la señal del controlador con la apertura real de la válvula (carrera del vástago), si no coinciden transmite una señal eléctrica o neumática al actuador. * Es un regulador de presión con filtro incorporado. Se utiliza para alimentar al posicionador o convertidor neumático. * Emite una señal de salida proporcional al recorrido de la válvula. Puede ser neumático o eléctrico. * Convierte la señal eléctrica en neumática. * Es utilizado para indicar eléctricamente la posición de la válvula, así como para operar sobre otros elementos como las válvulas de solenoide.

* Datos primarios: necesarios para el cálculo de la sección de paso de la válvula:  – Propiedades de fluido.  – Presión antes de la válvula  – Caída de presión en la válvula.  – Teoría del fluido: afecta al material de la válvula.  – Caudal del fluido.

*  – Nivel de estanqueidad  – Característica de caudal: relación estructural a presión constante, entre el caudal que atraviesa

la válvula y su apertura.

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* Incrementos iguales en el recorrido de la válvula producen cambios en igual porcentaje en el caudal existente.  – 

De capacidad de la válvula varia lineal por con la carrera.  – 

El cambio de caudal es máximo a bajos recorridos, siendo luego muy pequeño.

* , coeficiente de caudal o de dimensionamiento de la válvula. Se define como caudal de agua en metros cúbicos por hora a 15º C que pasa a través de la válvula para una apertura dada cuando la presión diferencial es de un bar. * Cuando está totalmente abierta: Su valor mínimo es Rangeability  relación de caudales que la válvula puede controlar sin perder sus características. Para una isoporcentual suele ser de 50 a 1. * Cv  , y es el número de galones USA por minuto de agua a 60º F que pasa a través de una válvula totalmente abierta cuando la presión diferencia es de 1 psi. * = 0.86 * Dan una idea de la “capacidad” de la válvula

* Otros factores: Cavitación, Ruidos

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Estas válvulas reguladoras de caudal de cada pozo (placa de medición) regulan la entrada del  gas de inyección, con lo cual mantenemos mantenemos el flujo de gas constante constante de inyección, generándose a través de esta válvula una caída de presión necesaria calculada para hacer que el pozo entre en producción (apertura y cierre de válvulas de Gas Lift).

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