Tesis_BEC Con BN
of 133
-
Upload
gustavomilla -
Category
Documents
-
view
279 -
download
10
Transcript of Tesis_BEC Con BN
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
1/133
1153
UNIVERSIDAD
NACIONAL
AUTNOMA
DE MXICO
FACULTAD
DE
INGENIERA
DIVISIN DE INGENIERA EN CIENCIAS
DE
LA
TIERRA
PROYECTO TERMINAL
.
APLICACION C O M B I N ~ D DE SISTEMAS
ARTIFICIALES BOMBEO ELECTROCENTRFUGO y
BOMBEO
NEUMATICO
QUE
PARA OBTENER
EL DIPLOMA
DE:
ESPECIALISTA
EN INGENIERA DE
SISTEMAS
ARTIFICIALES DE PRODUCCIN
PETROLERA
PRESENTA:
JUAN
URBINA
HERNNDEZ
ABRIL
2 5
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
2/133
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO
UN M
ESPECIALIDAD DE:
SISTEMAS ARTIFICIALES
E
PRODUCCiN
TRABAJO:
APLICACiN COMBINADA E SISTEMAS ARTIFICIALES
BOMBEO ELECTROCENTRFUGO
y
BOMBEO NEUMTICO
JUAN URBINA HERNNDEZ
MXICO DF. ENERO
E
2003
Pgina 1 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
3/133
RESUMEN
En el
presente trabajo se revisa la factibilidad de aplicacin combinada de los
sistemas de bombeo electrocentrfugo y neumtico (BN-BEC) con
el
objeto de
conocer con mayor detalle los beneficios que ofrece esta aplicacin .
El trabajo se desarrolla en 4 captulos bsicos. En el capitulo I se proporcionan los
conceptos generales que se manejan y que son necesarios para la comprensin de
los captulos subsecuentes.
En el
capitulo y se describen los sistemas de bombeo
electrocentrfugo y neumtico respectivamente. Finalmente en
el
capitulo IV se
revisan algunas aplicaciones realizadas en otros campos del mundo y se termina
realizando el anlisis de una de las filosofas de operacin bajo las cuales se
p l i ~
esta alternativa de BN-BEC combinado para un pozo tipo .
Las filosofas de operacin, que pueden encontrarse son las siguientes:
Caso
1 .
Operacin simultnea
de
ambos sistemas para
la
reduccin
de
requerimientos
en
el gas
de
inyeccin
en
el sistema
de BN
Caso 2 . Operacin simultnea de ambos sistemas para la reduccin de
requerimientos
de
potencia
en
el sistema
BEC
Caso 3 . Operacin individual del sistema BEC con sistema
de
BN
de
respaldo
En
el
caso del anlisis del pozo tipo en estudio, se considera que no es posible
la
inyeccin de gas dulce excepto para condiciones extraordinarias como lo seria la falla
o suspensin temporal de un equipo BEC, esto debido a la existencia de un programa
de ahorro en el consumo de gas.
Para
el
pozo analizado si el % de agua no se incrementa sustancialmente este ser
capaz de aportar altas producciones por flujo natural.
La factibilidad de aplicar el sistema BEC slo es recomendable cuando la produccin
de agua es mayor al 40% (escenario 3 .
Los incrementos de produccin con el sistema BEC cuando se tiene 40% de agua es
500 y 1261 BPD cuando se tiene 60%.
Con
el
sistema de bombeo neumtico las producciones esperadas son superiores,
con incrementos de produccin del orden de 1599 y 2405 BPD para los mismos
escenarios.
Pgina 2 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
4/133
AGRADECIMIENTOS
A Dios por cumplir
su
palabra ...
AIIMP por ser una Institucin de gran valor.
Ing. Horacio Ziga Puente por compartirnos sus conocimientos.
Ing. Mario A Hernndez Puente por ser una persona que cree en l gente y l
apoya.
Ing. Hortensia Urbina Hernndez por ayudarme hasta muy tarde.
A mis compaeros de trabajo por soportarme en todo momento.
a todos lo que de una u otra forma cooperaron para concluir este trabajo.
Pgina 3 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
5/133
TEMA:
LISTA
DE
FIGURAS.
LISTA
DE
TABLAS
INTRODUCCiN.
REVISiN DE LITERATURA
CONTENIDO
CAPITULO 1
CONCEPTOS GENERALES
1.1. UN SISTEMA DE PRODUCCiN DE HIDROCARBUROS BSICO.
1.2.
CLASIFICACiN DE YACIMIENTOS.
1.3.
PROPIEDADES
DE
FLUIDOS.
1.4
. FLUJO MULTIFSICO.
1.5. LOS SISTEMAS ARTIFICIALES DE PRODUCCiN.
CAPITULO
11
EL SISTEMA BEC
11.1. BOMBAS.
11 1 1
DEFINICiN DE
UN
EQUIPO DE BOMBEO.
11.1.2
CLASIFICACiN GENERAL DE LAS BOMBAS.
11.1.3
CONCEPTOS BSICOS DE BOMBAS.
11.2. MOTORES ELCTRICOS.
11 2 1
FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD.
11.2.2
FUNDAMENTOS DE MAGNETISMO.
11.2.3
MOTORES ELCTRICOS TIPO JAULA DE ARDILLA.
11.3.
DESCRIPCiN DEL SISTEMA BEC.
11.3.1
PRINCIPIOS DE OPERACiN DEL SISTEMA BEC
11.3.2
COMPONENTES DEL SISTEMA.
11.3.2.1 EQUIPO SUBSUPERFICIAL.
11.3.2.2
EQUIPO SUPERFICIAL.
11.3.2.3
ACCESORIOS.
11.3.3
TIPO
DE
INSTALACIONES CON EL SISTEMA BEC.
11.4
. FACTORES QUE AFECTAN EL DISEO BEC.
11.5. DISEO
DE
UNA INSTALACiN BEC.
11 5 .1 PROCEDIMIENTO DE DISEO.
ago
Pgina 4 de 102
6
10
12
13
13
16
18
22
24
31
38
42
44
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
6/133
CAPITULO
111
EL SISTEMA BN.
111 1
. COMPRESORES.
111 1 1 DEFINICiN DE
UN
EQUIPO
DE
COMPRESiN.
111.1.2
CLASIFICACiN DE COMPRESORES.
111.1.3
CONCEPTOS BSICOS
DE
COMPRESORES.
53
111.1.4 PRINCIPIOS BSICOS
DE
FUNCIONAMIENTO
DE
COMPRESORES.
111.1.4.1.
RECIPROCANTES.
111.1.4.2.
CENTRIFUGOS.
111.1.5
CRITERIOS DE DISEO DE COMPRESORES.
111.1.5.1 RECIPROCANTES.
111 1
.5.2 CENTRIFUGOS.
111 2 . DESCRIPCiN DEL SISTEMA BN.
111 2 1 PRINCIPIOS DE OPERACiN DEL SISTEMA BN.
111.2.2 COMPONENTES DEL SISTEMA.
111.2.2.1
EQUIPO SUBSUPERFICIAL.
111.2.2.2 EQUIPO SUPERFICIAL.
111.2.3 TIPO DE INSTALACIONES CON EL SISTEMA BN.
111 3
. FACTORES QUE AFECTAN EL DISEO DEL BN.
111 4
DISEO DE UNA INSTALACiN DE BNC.
111 4 1 PROCEDIMIENTO DE DISEO.
111.4.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA DE BN .
CAPITULO IV. ANLISIS
DE
LOS SISTEMAS COMBINADOS.
6
7
74
IV.1 CONCEPTO DE APLICACiN COMBINADA. 80
IV.2 DISEO DE UN INSTALACiN COMBINADA PARA UN POZO TIPO. 84
IV.
2.1
DISEO DEL SISTEMA BEC.
IV.2.2 DISEO DEL SISTEMA DE BN.
IV.3 DISCUSiN DE RESULTADOS.
IV.4 CONCLUSIONES.
IV.3 RECOMENDACIONES.
REFERENCIAS
APNDICES
97
99
100
1 1
102
Pgina 5 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
7/133
LISTA E FIGURAS
C PITULO I
FIGURA
NO 1 1
DIAGRAMA ESQUEMTICO DE
UN
SISTEMA DE PRODUCCiN
DE
HIDROCARBUROS BSICO.
FIGURA
NO
.
1 2/1
DIAGRAMA ESQUEMTICO DE UNA TRAMPA GEOLGICA.
FIGURA NO.1.2/2
CLASIFICACiN DE YACIMIENTOS DE ACUERDO A SUS FLUIDOS PRODUCIDOS
Y
SU
DIAGRAMA DE FASES.
FIGURA NO.1.2/3
CLASIFICACiN DE YACIMIENTOS DE ACUERDO AL TIPO DE EMPUJE.
FIGURA NO.IA/1
CAlDAS
DE
PRESiN PRINCIPALES
EN UN
SISTEMA DE PRODUCCiN.
FIGURA
NO
.
IA 2
DETERMINACiN
DE
LA CAPACIDAD
DE
FLUJO DE
UN
POZO CON ANLISIS
NODAL.
FIGURA
NO
.
1 4/3
PATRONES DE FLUJO
EN
TUBERIAS VERTICALES.
FIGURA
NO 1 5
DIAGRAMAS DE LOS SISTEMAS ARTIFICIALES BSICOS.
C PITULO
FIGURA
NO
.
2
.1/1
COMPORTAMIENTO DE
UN
CIRCUITO
DE
CORRIENTE DIRECTA.
FIGURA
NO 11 2
.1/2
FORMACiN DE LA CORRIENTE ALTERNA.
FIGURA
NO 11 2 1/3
VOLTAJE Y CORRIENTE EFICAZ RMS).
FIGURA
NO 11 2 1/4
CIRCUITOS CON INDUCTORES Y CAPACITORES.
FIGURA
NO 11 2 2/1
LINEAS DE FUERZA DE UN CAMPO MAGNTICO.
Pgina 6
de
102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
8/133
FIGURA NO .
11 2 2/2
DIRECCiN DE
UN
CAMPO MAGNTICO.
FIGURA NO . 2.2/3
APARIENCIA
DE UN
TRANSFORMADOR MONOFSICO TIPOS DE CONEXIONES.
FIGURA NO 11 2 3 1
PRINCIPIOS BSICOS Y OPERACiN DE UN MOTOR.
FIGURA No. 11 3 1
APARIENCIA DE UNA BOMBA CENTRIFUGA PARA POZOS DE PETRLEO.
FIGURA No.
11 3 2
COMPONENTES DEL SISTEMA BEC.
FIGURA No. 11 3 2 .1/1
BOMBAS CENTRiFUGAS BEC.
FIGURA No.
11 3 2 1/2
PROTECTOR SECCiN SELLO).
FIGURA No. 11 3 2 .1/3
MOTOR ELCTRICO BEC.
FIGURA No.
11 3
.2.1/4
SEPARADOR DE GAS.
FIGURA No. 11 3 2.1/5
CABLE DE POTENCIA.
FIGURA No. 11 3 2 2
EQUIPO SUPERFICIAL BEC.
C PITULO
FIGURA No. 111 1 1 .1
RANGO ESQUEMTICO DE APLICACiN
DE
COMPRESORES.
FIGURA No.
111 1 4 1
COMPRESORES RECIPROCANTES.
FIGURA No.
111 1 4
.2/1
COMPRESORES CENTRFUGOS.
FIGURA No.
111 1 4 2/2
CURVA TPICA DE COMPRESORES CENTRiFUGOS.
Pg ina 7
de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
9/133
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
10/133
FIGURA
No
IV.2.1 .7
COMPORTAMIENTO DEL POZO
L
ABRIR EL ESTRANGULADOR (SubPump).
FIGURA
No
IV.2.1.8
COMPORTAMIENTO DEL POZO L INCREMENTARSE EL
DE
AGUA
(SubPump).
FIGURA
No
IV.
2 1
.9
DISEO BEC CON DOS EQUIPOS DISTINTOS DN4000/164
y
DN4000/72
(SubPump).
FIGURA No. IV.2.1 .10
DISEO CON
UN
SOLO EQUIPO: DN4000/164 etapas (SubPump).
FIGURA No
1\1 2 2 1
COMPORTAMIENTO DEL POZO AL ABRIR EL ESTRANGULADOR (Glop).
FIGURA No. IV.2.2.2
COMPORTAMIENTO DEL POZO AL INCREMENTARSE EL DE AGUA (Glop).
FIGURA No. IV.2.2.3
COMPORTAMIENTO DEL POZO CON
BN L
INCREMENTARSE EL DE AGUA
(Glop).
FIGURA
No
IV.2.2.4
DISEO DE BN PARA O DE AGUA (Glop).
FIGURA
No
IV.2.2.5
DISEO DE
BN
PARA 60 DE AGUA (Glop).
Pgina
9 de
102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
11/133
LISTA E TABLAS
C PITULO I
TABLA No. 1.2/1.
CLASIFICACiN
GENER L
DE YACIMIENTOS.
TABLA
No. 1.2/2
.
CLASIFICACiN DE YACIMIENTOS DE ACUERDO A LA RELACiN GAS ACEITE.
TABLA NO.1.5/1.
SISTEMAS ARTIFICIALES MS COMNMENTE USADOS.
C PITULO
TABLA No.
111.1 5
.
2/1
COMPORTAMIENTO DE COMPRESORES CENTRFUGOS.
TABLA No. 111.1.5.2/2
RANGOS DE VELOCIDAD PERIFRICA DE COMPRESORES CENTRFUGOS.
TABLA No. 111.1.5.2/3
RANGOS DE OPERACiN MXIMOS DE COMPRESORES CENTRFUGOS.
TABLA No.
111.4.2/1
RANGO DE OPERACiN DEL BN.
Pgina 10 de 102 .
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
12/133
INTRODUCCiN
En
general las causas de la reduccin de la produccin de hidrocarburos son muy
diversas y dependen de muchos factores. Algunas de ellas pueden ser por ejemplo: el
abatimiento de
la
presin de fondo, el incremento de la produccin de agua o
la
canalizacin del gas,
la
precipitacin de materiales orgnicos e inorgnicos
en
el pozo
o las tuberas, etc. De cualquier forma es necesario dar solucin a cada una de estas
problemticas.
Si
los pozos
ya
no son capaces de llevar por si mismos los fluidos producidos hasta
el
punto de entrega de ido a cualquiera de
la
causas antes mencionadas, es necesario
considerar nuevos medios o mtodos que proporcionen esta energa requerida.
Uno de estos medios es
la
aplicacin de los sistemas artificiales, stos usan cierta
energa para operar y la transforman en otro tipo de energa que es suministrada y
aprovechada por los pozos para continuar con el
proceso de produccin.
Los sistemas ms comnmente empleados, son: el bombeo neumtico continuo,
neumtico intermitente, electrocentrfugo, hidrulico tipo jet y tipo pistn, mecnico,
cavidades progresivas y embolo viajero, en la tabla NO.1.5/1 se muestran los gastos
que pueden manejar o producir y el tipo de energa que emplean.
Cada
uno de los sistemas artificiales de produccin, tiene condiciones especificas de
diseo y operacin por lo cual su correcta seleccin es de gran importancia La
operabilidad y xito de cada uno
ha
sido comprobada a travs de la aplicacin de los
mismos en diferentes pozos y campos del mundo.
La experiencia de la aplicacin del sistema de bombeo electrocentrfugo BEC) en
Mxico,
no
ha sido exitosa. Sin embargo,
en
muchas partes del mundo
el
sistema
ha
funcionado, aunque bajo condiciones muy diferentes a las
de
nuestro pas.
Actualmente en la universidad de TULSA, se estn desarrollando nuevos estudios
para poder aplicarlos en condiciones ms adversas, como son la produccin de
aceites ligeros y de muy alta viscosidad.
Por otro lado,
en
forma prctica, algunos pases estn experimentando con
aplicaciones de sistemas combinados que muy raramente se encuentran
documentadas an cuando son aigo antiguas 1939). Los sistemas artificiales que se
conoce se han combinado son: el bombeo electrocentrfugo y mecnico con el
bombeo neumtico. Ver la referencia mostrada en el capitulo IV.
En
este trabajo se pretende profundizar un poco ms
en
la factibilidad de aplicar estas
alternativas en pozos del pas y estimar los beneficios que pudieran obtenerse si es
que los hay.
Pgina
11 de
102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
13/133
REVISiN DE LITERATURA
Garaicochea.P.F.: Transporte
de
hidrocarburos por duetos , Colegio de
Ingenieros Petroleros de Mxico (1991).
Apuntes
de
produccin 1
UNAM
Trabajo de: M.en 1 Carlos Balderas Joers, Puebla, Puebla 3-14 de septiembre
de 1990, Petrleos Mexicanos, Gcia.
De
Ingra. de Yacimientos.
H. Dale Beggs, Production Optimization, Using Nodal Analysis , OGCI
Publications.
Pemex, SPCO, GIP, Mxico, D.F. 1991, Manual de procedimientos de
ingeniera de diseo
Reda Production Systems - Schlumbreger, Bombeo Electrocentrfugo
Sumergible
Kermit E. Brown, The Technology of Artificial Lift Methods vol. 2b, Electric
Submersible Centrifugal Pumps.
Centrilift Gua practica de diseo de BEC
IMP,Delg. Z.S. Vhsa, Tab. 2001, Proyecto IMP-53528 Estudio' de factibilidad
para la aplicacin de Sist. Artif. de Prod. en el campo Jujo Tecominoacn
Pemex, Diseo, seleccin y aplicacin del sistema de bombeo neumtico para
el pozo Ku-445
WORlD Oll
October 1990, Combination gas liftlEsp system increases
flexibility
SPE
56665, B.T.Santoso, SPE, Maxus, Indonesia
and
P.Priyandoko, SPE,
ARCO Indonesia, Boyke Harahap, SPE, ARCO Indonesia, 1999,;
SPE 53966, Hubert Borja, and Ricardo Castano, HOCOl
S.A.
a
NIMIR
Petroleum Company)
Cia. CEAlC Licencia de software Glop 05991910, Gas Lift Optimization
Program
Cia.
EPS de Mxico, Licencia de software FloSystem 30915, modulo Wellflo.
Pgina
12 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
14/133
CAPITULO 1 CONCEPTOS GENERALES.
1.1. UN
SISTEMA DE PRODUCCiN
DE
HIDROCARBUROS BSICO.
Un
sistema de produccin de hidrocarburos consiste en un conjunto de elementos,
tales que en forma integral son capaces de producir hasta las instalaciones de venta y
comercializacin.
El
petrleo y sus productos son de alto valor econmico y
substancial para la generacin de energa y materias primas para la industria en
general.
El sistema se encuentra constituido por tres partes principales, que son:
1.- Yacimiento.
2.- Pozo
3.- Instalaciones superficiales.
El yacimiento es el elemento en el que se encuentran almacenados los fluidos y que
define el flujo en el medio poroso, asimismo determina la capacidad e produccin de
un
pozo. Por ello es necesario tener un conocimiento adecuado del yacimiento, las
propiedades de sus fluidos, la declinacin de
su
presin, la variacin de la saturacin,
de
sus permeabilidades relativas y
el
tipo y severidad del dao a la formacin, entre
otros aspectos1
El pozo es el elemento que recibe los fluidos que ingresan del yacimiento y los
conduce hasta la superficie para ser recibidos por las instalaciones superficiales.
En
este elemento se pierde la mayor cantidad de energa, esta va del orden de hasta
60
a 90 .
Las instalaciones superficiales son las que finalmente reciben la produccin de los
pozos y en ellas se llevan a cabo los procesos de transporte, recoleccin, separacin,
estabilizacin, deshidratacin y desalado y bombeo y compresin para llevar los
fluidos a los puntos de transferencia de custodia, donde se llevan a cabo las
operaciones de comercializacin.
En
la figura No.1.1 se muestra en forma esquemtica un sistema de produccin de
hidrocarburos bsico.
1.2.
CLASIFICACiN DE YACIMIENTOS.
Un yacimiento es una trampa geolgica constituida por una roca almacenad ora que
aloja hidrocarburos y una roca sello que evita que estos migren a otro lad0
2
ver figura
No.1.2/1.
Los yacimientos se clasifican principalmente de acuerdo a
su
geologa, petrofsica,
fluidos producidos y mecanismos de produccin. Cada una de estas clasificaciones
contiene diversos aspectos que pueden, en un momento dado, indicarnos que tipos
Pgina 13 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
15/133
de problemas pueden presentarse en la explotacin de un pozo de forma natural o
con sistema artificial. En la tabla No 1.2/1
se
muestra dicha informacin.
Las dos clasificaciones que se consideran ms tiles para
el
anlisis de sistemas
artificiales, son: 1.- De acuerdo a los fluidos que producen y 2 .- de acuerdo
al
mecanismo de empuje que origina el movimiento de los mismos . A continuacin se
describe en forma breve estas clasificaciones de yacimientos.
CLASIFICACiN DE ACUERDO A LOS FLUIDOS PRODUCIDOS.
Es prctica comn clasificar los hidrocarburos producidos de acuerdo a sus
caractersticas y a las condiciones bajo las cuales se presentan acumulados en el
subsuelo.
Tomando en cuenta sus caractersticas
se
tienen yacimientos de aceite: negro, aceite
ligero voltil), gas seco, gas hmedo y de gas y condensad0
2
. Ver tabla NO.1.2/2 .
Aceite 1 ~ g r Q ~ :
a m b i n es conocido como yacimiento de bajo encogimiento. Un pozo
en este tipo de yacimiento produce un liquido negro o verde n e g r u Z c o con una
densidad relativa mayor de 0.850 y una relacin gas - aceite instantnea menor de
200 m
3
g/m
3
o.
Se caracteriza por ser bajo en componentes intermedios, de C
3
C
6
y alto en
componentes pesados.
Aceite voltir.
Este tipo de yacimientos se le conoce tambin como yacimientos de
alto encogimiento. En ellos se produce
un
lquido caf obscuro, con una densidad
relativa entre 0.800 y 0.850, Y la relacin gas aceite instantnea varia entre 200 y
1000 m
3
g/m
3
o.
En stos el contenido de componentes intermedios es muy alto, por lo
cual son ms cotizados.
Gas y Condensado
2
En estos yacimientos
el
fluido se encuentra inicialmente en
estado gaseoso, por lo que se obtiene grandes cantidades de gas asociado, as
mismo se produce un lquido ligeramente caf o pajizo, con una densidad relativa que
varia entre 0.750 y 0.820 Y una relacin gas - aceite entre 500 y 15000 m
3
g
/m
3
o
.
En
estos fluidos existen cantidades regulares de componentes intermedios y
adicionalmente se presenta un fenmeno singular denominado condensacin
retrgrada.
Gas hmedo
2
. En el yacimiento nunca se tendrn dos fases, sin embargo a
condiciones de superficie se recupera el gas asociado del yacimiento y un lquido
transparente, con una densidad relativa menor de 0.750, y relacin gas - aceite entre
10,000 y 20,000
m
3
g
/m
3
o
.
En estos fluidos existen pequeas cantidades de
componentes intermedios.
Gas seco
2
En
estos tipo de yacimientos se produce principalmente metano con
pequesimas cantidades de etano y propano. En el yacimiento ni en superficie nunca
se entra a
la
regin de dos fases, el gas siempre permanece seco, si se presentara
alguna cantidad de lquido, este seria transparente y con relaciones gas - aceite
mayor a 20,000 m
3
g
/m
3
o
.
Pgina
14 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
16/133
Se ha visto que se obtiene una clasificacin ms apropiada e un yacimiento cuando
se consideran las fases y la composicin de la mezcla de hidrocarburos a la
temperatura y presin a que se encuentra dentro del yacimiento. Es decir se
considera
la
localizacin de
su
presin y temperatura iniciales con respecto a la regin
de dos fases, en un diagrama temperatura-presin. En la figura
NO.1.2/2,
se muestran
diagramas de fase tpicos de esta clasificacin.
CLASIFICACiN DE ACUERDO AL MECANISMO DE EMPUJE.
La
energa de presin que causa que
el
aceite y
el
gas fluyan hacia el pozo tiene un
efecto sustancial sobre el comportamiento del yacimiento y
el
sistema de produccin
total. Esta clasificacin tambin es muy valiosa ya que nos proporciona informacin
relacionada con el factor de recuperacin y la tendencia de la declinacin de la
presin de fondo.
Los
principales tipos de mecanismos de empuje de esta clasificacin son los
siguientes: Hidrulico, gas en solucin, casquete de gas y segregacin gravitacional
2
.
Las caractersticas de ,estos yacimientos, Qe acuerdo a esta clasificacin, se muestran
en la figura NO.1.2/3.
Empuje hidrulico. Se caracteriza por la existencia de un acufero que esta en
contacto con los hidrocarburos, este acufero suministra el material para remplazar el
aceite y gas producido y puede ser activo o inactivo. Cuando el acufero es activo, la
presin de fondo decrece lentamente. En estos yacimientos el factor de recuperacin
es del mayor de 60 .
El aceite ser bajo saturado inicialmente pero si la presin declina por debajo de la
presin de burbuja, se formara una capa de gas libre y el mecanismo de gas disuelto
estar presente contribuyendo a la energa para la produccin, esto sucede
generalmente cuando se tiene un acufero inactivo. Donde el factor de recuperacin
varia entre 35 y 75 del volumen original
2
.
El agua que aparece en los pozos puede venir desde el agua congnita o desde el
acufero que esta conectado al yacimiento.
Empuje gas disuelto. Un yacimiento por empuje de gas disuelto es cerrado a
cualquier fuente externa de energa, tal como invasin de agua. Su presin es
inicialmente arriba del punto de burbuja, P
b
,
y por lo tanto no existe gas libre.
La
nica
fuente de materia para remplazar el fluido producido es la expansin de los fluidos
remanentes en el yacimiento y en pequea proporcin la expansin del agua
congnita y la roca.
En
estos yacimientos
la
presin, P
R
declina rpidamente con la produccin, hasta que
P
R
= P
b
donde nicamente
el
aceite se expande para remplazar a los fluidos
producidos, y la relacin gas aceite,
R,
durante este periodo ser R
=
R
si
.
Una vez que la P
R
declina debajo de
la
P
b
, gas libre estar disponible para
expandirse, y la P
R
declinar menos rpidamente. Sin embargo tan pronto como
la
Pgina 15 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
17/133
saturacin de gas exceda la saturacin crtica de gas, la RGA se incrementar
rpidamente agotando
la
energa del yacimiento.
La
recuperacin a las condiciones de abandono varan entre 5 y
30
.
Sin embargo
en la
mayora de los casos algn tipo de mantenimiento de presin es aplicado para
completar la energa del yacimiento y aumentar la recuperacin
2
Empuje e gas libre
o
casquete e gas.
Este yacimiento
es
tambin cerrado y
ninguna fuente externa esta presente, pero est saturado
con
gas desde
su
presin
original y por lo tanto habr gas libre. Cuando
el
aceite
es
producido la capa de gas
se
expande y ayuda a mantener la presin del yacimiento por un tiempo, sin embargo,
posteriormente la presin declinar aunque mas lentamente que el de empuje de gas
disuelto, por otro lado como
la
capa de gas
se
expande, algunos pozos
estructuralmente superiores producirn con altas relaciones gas - aceite. Bajo
condiciones primarias
la
recuperacin podr ser entre 20 y 40 del volumen original
2
Empuje p r segregacin gravitacional. Este tipo de empuje se caracteriza por
presentarse
en
yacimientos fracturados o con fallas normales, donpe
la
gravedad
obliga a Ios fluidos a desplazarse hacia una zona de .mayor profundidad y
concentrarse
en
uno o una serie de pozos. Generalmente
se
presenta como un
empuje secundario en yacimientos donde
la
presin de fondo es muy baja. Se
considera que este tipo de empuje ser una de las alternativas, en el futuro, para
llevar los fluidos del yacimiento hacia los pozos con
el
objeto de obtener condiciones
de
abandono bajas
2
1 3
PROPIEDADES DE FLUIDOS
Los
ingenieros de produccin hacen uso frecuente de ciertas propiedades
de
los
hidrocarburos, para llevar a cabo
el
anlisis de los pozos. Entre stas destacan la
solubilidad del gas en el aceite, el factor de volumen, la viscosidad, la densidad y la
tensin superficial.
Existen diversos procedimientos para
la
determinacin de dichas propiedades, estos
son
los siguientes:
1.-Anlisis
PVT.
2.- Correlaciones empricas,
3.- Simulacin composicional (ecuaciones de estado)
Los anlisis PVT es
informacin puntual que
se
emplea principalmente como
comprobacin.
No
es comn solicitar un anlisis PVT para diferentes temperaturas del
flujo de los fluidos por todo el
pozo,
generalmente se solicita a las condiciones de
yacimiento.
Las correlaciones empricas
tienen limitaciones, tales como que no consideran
la
condensacin retrograda, sin embargo es una herramienta que da una buena
aproximacin cuando
se
aplica adecuadamente.
Pgina 16 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
18/133
Las ecuaciones de estado son el mejor mtodo de calcular las propiedades de
fluidos, ya que consideran la mayora de las condiciones, sin embargo depende
ampliamente de la informacin alimentada.
A
continuacin se indican las principales definiciones empleadas en relacin con las
propiedades de los hidrocarburos:
Aceite esiduat Es el lquido que permanece en la celda PVT al terminar un
proceso de separacin en el laboratorio. Generalmente, el aceite residual se
determina a 60F y 14.7 Ib/
pg
2
Aceite en el tanque de Almacenamient0
1
. Es el lquido que resulta de la produccin
de los hidrocarburos de un yacimiento a travs del equipo superficial empleado para
separar los componentes gaseosos. Las propiedades y la composicin del aceite
dependen de las condiciones de separacin empleadas, como son: nmero de etapas
de separacin, presiones y temperaturas. El aceite en el tanque se acostumbra
reportarlo a condiciones estndar.
Condiciones estndar
1
.- Las c o n d i c i o n ~ s estndar son definidas por los reglamentos
de los estados o pases. Por ejemplo, en el estado de Texas las condiciones base
son: p=14.65 Ib/
pg
2 abs y T= 60F, mientras que en Colorado son: p=15.025 Ib/
pg
2
abs y T= 60F. Aqu en Mxico se consideran de P= 14.69 Ib/
pg
2
abs y T= 60F.
Aceite Estabilizad0
1
.- Aceite que ha sido sometido a un proceso de separacin con el
objeto de ajustar su presin de vapor y reducir su vaporizacin
al
quedar expuesto,
posteriormente, a las condiciones atmosfricas.
Densidad relativa de un g a s 1 ~ Es el peso molecular de un gas dividido entre el peso
molecular del aire. El metano con peso molecular de 16.04) tiene una densidad
relativa de 16.04/28.97 = 0.55.
Encogimient0
1
.- Es la disminucin de volumen que experimenta una fase liquida por
efecto de la liberacin del gas disuelto y por su contraccin trmica . El factor de
encogimiento es el reciproco del factor de volumen o formacin.
Factor de compresibilidad Z)1._ Se denomina tambin factor de desviacin y factor de
sper compresibilidad. Es un factor que se introduce a ley de los gases ideales para
tomar en cuenta la desviacin de un gas real respecto a uno ideal pV = z n R T); z es
el factor de compresibilidad.
Factor de volumen del aceite
BO)1
.- Es la relacin del volumen de lquido , a
condiciones de yacimiento o a condiciones de escurrimiento, respecto al volumen de
dicho lquido a condiciones estndar o de almacenamiento.
Bo = [Vol aceite con su gas disuelto) @ c.y. c.e.] / [Vol aceite @ C.s. ] > 1.0
Factor de volumen de un gas Bg)1._ Es el volumen a condiciones de yacimiento o
escurrimiento que ocupa un pie
3
de gas @
C.s
.
Pgina 17 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
19/133
Bg
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
20/133
El
sistema de produccin puede ser relativamente simple o puede incluir muchos
componentes,
en
los cuales
se
pueden presentar prdidas de presin. Ver figura
NO
.
1.4/1
diagrama de cadas de presin
en un
sistema
de
produccin.
Los
fluidos debern viajar a travs del yacimiento, del sistema de tuberas, tanto
verticales como horizontales, a travs de las restricciones estranguladores
de
fondo o
superficie), hasta llegar
al
separador,
es
decir diferentes tipos de medios, durante toda
la
trayectoria. Con esto surge la necesidad de realizar un estudio especifico en cada
medio
de
conduccin, donde se generan diferentes cadas de presin que afectaran
finalmente la recuperacin de los hidrocarburos y que son imposibles de eliminar, sin
embargo pueden minimizarse.
La cada de presin en todo
el
sistema a cualquier tiempo ser la presin inicial del
fluido menos la presin final del fluido, esto
es
:
6P
Pi
- P
t
que aplicada
al
sistema de fluidos ser:
Esta cada de presin es la suma de todas las cadas de presin que se tienen en
cada uno de los componentes del sistema, cada una vara con el ritmo de produccin
y son controladas por los componentes seleccionados. La seleccin y tamao de
estos componentes es muy importante; tampoco debe olvidarse
la
interrelacin que
existe entre ellos, y
un
cambio en la cada de presin en uno de ellos puede cambiar
el
comportamiento de las cadas de presin
en
los otros componentes. Esto
se
debe a
que el flujo de fluidos es compresible y por lo tanto la cada de presin en
un
componente en particular depende no nicamente del ritmo de flujo a travs de ese
componente,
si
no tambin de la cada de presin promedio de dicho componente,
es
decir 6P qL, 6P .
El diseo final de un sistema de produccin no puede ser separado del
comportamiento del yacimiento y del sistema de tuberas, por eso debe ser manejado
en forma integral como una unidad. Por ejemplo la cantidad de aceite y gas fluyendo
hacia el pozo desde el yacimiento, depende de
la
cada de presin y de la cantidad de
lquido que se tenga en el sistema de tuberas.
El
ritmo de produccin de
un
pozo puede, a menudo, ser modificado por el
comportamiento de nicamente
un
componente del sistema,
si
el efecto de cada
componente sobre el comportamiento total del sistema puede ser aislado, entonces el
comportamiento del sistema puede ser optimizado en una forma ms econmica. Por
ejemplo, existen ocasiones en que
se
invierte dinero en estimular la formacin,
cuando la capacidad de produccin de los pozos esta restringida por las lneas de
flujo TP o lneas de descarga), entonces
es
necesario realizar un estudio integral del
sistema. O en caso contrario en ocasiones
se
terminan los pozos con tuberas de
produccin muy grandes, cuando
se
esperan altos volmenes.
Sin
embargo,
si el
yacimiento
no
responde como
se
esperaba,
la
tubera puede quedar demasiado
grande y causar una gran perdida de energa por sobre carga de la columna e
inclusive
se
puede matar
el
pozo. Siendo que
la
solucin ms apropiada pudo ser
la
Pgina
19 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
21/133
anticipacin de un diseo optimo de tuberas o prever la instalacin de un sistema
artificial de produccin.
Un
mtodo para analizar el comportamiento de un pozo, en el cual se desea conocer
la capacidad de produccin con cualquier combinacin de componentes es descrito
en la siguiente seccin. Este mtodo puede ser usado para determinar localizaciones
de resistencia excesiva al flujo o cadas
de
presin en cualquier parte del sistema. El
efecto de cambiar cualquier componente sobre el comportamiento del sistema puede
ser fcilmente determinado.
SISTEMA DE ANLISIS
El
sistema
de
anlisis se denomina "Anlisis Noda ", ste ha sido aplicado por muchos
aos para analizar el comportamiento de sistemas compuestos, como son: circuitos
elctricos, o sistemas complejos de redes
de
tuberas, sistemas
de
bombeo, etc. Su
aplicacin a sistemas de pozos productores fue propuesto por primera vez por Gilbert
en 1954 y posterior a esto lo aplicaron Nind en 1964 y Brown en 1978.
El procedimiento consiste en seleccionar un conjunto de puntos o nodos en el pozo y
dividirlo entre estos puntos. Los puntos mas comunes se muestran en la figura No.
1 4/1
Todos los componentes corriente arriba del nodo comprenden l seccin de entrada
del fluido mientras que l .seccin de salida del fluido consiste de todos los
componentes corriente abajo del nodo.
Una condicin para el anlisis, es que la relacin entre el ritmo
de
flujo y la cada de
presin deber
estar
disponible para cada componente del sistema. Es decir, el flujo a
travs del sistema puede ser determinado una vez que se cumpla lo siguiente:
1.- Flujo hacia el nodo igual a flujo fuera del nodo.
2.- nicamente una presin existe en el nodo.
En cualquier tiempo de la vida del pozo hay siempre dos presiones que permanecen
fijas y no son funcin del. gasto. Una es la presin del yacimiento, P
R
, y la otra es la
presin de salida del sistema, que generalmente es la presin de separacin, Psep. Si
el pozo esta controlado por un estrangulador
de
superficie, la presin de salida puede
ser la presin en la cabeza, P
wh .
Una vez que el nodo es seleccionado la presin es calculada desde ambas
direcciones iniciando en las presiones fijas.
Flujo hacia dentro del nodo
curva inflow del sistema:
P
nodo
P
R
- P (de los componentes corriente arriba)
Flujo hacia fuera del nodo curva outflow del sistema:
P
nodo
P
s p
+
P
(de los componentes corriente abajo)
Pgina 20 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
22/133
La cada de presin en cualquier componente varia con el gasto, qL, y por lo tanto una
grfica de presin del nodo, versus
qL
producir dos curvas donde la interseccin
entre ambas dar las condiciones que satisfacen los requerimientos antes
mencionados.
En
esta grfica
se
indica
la
capacidad
de
produccin
de
un
pozo
(inflow) y la capacidad de transporte del mismo (outflow) para llevar los fluidos
producidos hasta la superficie o punto de entrega. El procedimiento se ilustra en la
figura No .1.4/2 determinacin de la capacidad de flujo
de
un pozo,
con
anlisis noda . .
El
efecto de cualquier cambio en los componentes del sistema puede ser analizado
recalculando la presin del nodo versus qL usando las nuevas caractersticas del
componente que fue cambiado.
Si
el cambio fue hecho a un componente corriente arriba, la curva hacia fuera deber
permanecer
sin
cambio. Por el contrario
si
el cambio fue hecho a un componente
corriente abajo, la curva de entrada permanecer constante. Sin embargo, si
cualquiera de las curvas es cambiada
la
interseccin se mover y una nueva
capacidad de flujo y presin existirn en el nodo. Tambin las curvas debern ser
movidas si cualquiera de las presiones fijas son cambiadas, lo cual puede ocurrir, a
'P
R
con el agotamiento natural del yacimiento a P
sep
, si se modifican las
condiciones de separacin.
Como puede observarse el Anlisis
Noda " es
una herramienta muy poderosa y
flexible, que puede ser usada para mejorar el comportamiento de un sistema con
varios pozos. La base se fundamenta en la capacidad de poder calcular las cadas de
presin
en
cada uno de los elementos o componentes.
Los
mtodos para determinar
dichas cadas de presin deben ser lo ms exactos posibles para reducir el error
inherente de las mediciones de los parmetros involucrados
.
xisten mtodos especficos para calcular las cadas de presin
en
cada componente
del sistema. Para esto
se
requiere
un
conocimiento mnimo sobre ingeniera de
yacimientos, para determinar el comportamiento de los fluidos
en
el medio poroso,
mtodos para evaluar pozos daados o estimulados, conceptos sobre
el
flujo
multifsico en tuberas tanto verticales, horizontales y estranguladores, as como el
comportamiento y el efecto de implementar sistemas artificiales de produccin.
Por ejemplo, el flujo multifsico a travs de tuberas verticales, es el movimiento de
gases libres y lquidos a travs de ellas, en las que pueden presentarse diferentes
arreglos de flujo (patrones de flujo) como los que se muestran en
la
figura
No. 1.4/3
.
Patrones de flujo en tuberas verticales. Para calcular las cadas de presin en las
tuberas se han desarrollados mtodos empricos denominado correlaciones de flujo .
multifsico y mtodos analticos denominados correlaciones mecansticas. Las
correlaciones empricas fueron desarrolladas por experimentacin para cierto tipos de
aceites y se generalizaron
en
unas ecuaciones, las cuales se han usado durante
mucho tiempo
con
resultados muy buenos. Las correlaciones mecansticas son
modelos matemticos
en
los que se intenta incluir todos los efectos fsicos y
termodinmicos que se presentan en le flujo
de
fluidos por tuberas. Se considera que
en un tiempo no muy lejano estas correlaciones se perfeccionen suficientemente
hasta desplazar a las correlaciones empricas.
Pgina
21 e
102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
23/133
1 5 LOS SISTEMAS ARTIFICIALES DE PRODUCCiN
Como se observ en la clasificacin de yacimientos, los tipos de mecanismos de
empuje que tienen los pozos, influyen fl:lertemente
en
su vida productiva y ms
cuando
lo
hacen por flujo natural.
Cuando
un
yacimiento de aceite es explotado por primera vez, est bajo
la
presin de
las fuerzas naturales mecanismos de empuje) que rodea la trampa o yacimiento, de
tal forma que si un pozo es perforado en este yacimiento, las fuerzas naturales
causarn que el fluido salga del yacimiento y se mueva hacia
el
pozo. Esta energa
causa que
el
pozo produzca como resultado de
la
reduccin de presin
en
todo
el
sistema yacimiento - pozo e instalaciones de produccin
en
superficie). Sin embargo,
si
la
presin en el yacimiento y
el
pozo estn tendiendo a igualarse esto causar que
ya
no
exista flujo y que
el
pozo
no
produzca
4
Hay
muchas razones o factores que pueden afectar las caractersticas de produccin
en un
pozo y que frecuentemente se interrelacionan, algunas de ellas son: cambio de
las propiedades de los fluidos del mismo aceite, tamao de
la
tubera_ge produccin
de las instalaciones superficiales. Todos estos factores juegan
un
papel importante
en
el
comportamiento de produccin de
un
pozo, donde una instalacin de produccin
ptima tratar de emplear
al
mximo la energa natural del yacimient0
4
Cuando
un
pozo ya no es capaz de llevar los fluidos prodUcidos hasta
el
punto de
entrega ,o recoleccin, es necesario suministrarle energa adicional para completar
el
proceso de produccin de hidrocarburos. Esto se realiza a travs de
la
aplicacin de
sistemas artificiales, los cuales transforman
la
energa que emplean para operar,
en
una
energa aprovechable por el pozo.
Existen cuatro tipos de sistemas artificiales bsicos y los ms antiguos, stos son:
1.- Bombeo Neumtico continuo e intermitente)
2.- Bombeo Electrocentrfugo.
3.- Bombeo Hidrulico tipo Jet y tipo pistn)
4.- Bombeo Mecnico.
Adicionalmente otros sistemas artificiales han surgido posteriores, a los sistemas
bsicos, los cuales son o una modificacin, combinacin o complemento de los
primeros, estos son:
5.- Bombeo de Cavidad Progresiva.
6.- Embolo viajero.
En la tabla NO.1.5/1 se muestran los gastos que manejan y el tipo de energa que
emplean y en la figura
No.
1.5 se muestra un esquema de estos sistemas.
La seleccin de
un
sistema artificial para
un
pozo dado, depende de muchos factores.
Algunos de ellos son por ejemplo:
Potencial del pozo IPR):
Pgina 22 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
24/133
../ Gasto deseado .
../
Presiones de succin permisibles .
../
Comportamiento del pozo y yacimiento a futuro.
o Pronsticos de: produccin, presin,
%
de agua y RGA.
Propiedades de los fluidos:
../
Densidad del aceite.
../ Viscosidad del aceite .
../
Relacin gas aceite (% de gas libre @ bba.)
../
Temperatura de fondo.
Estado mecnico:
../
de tuberas de revestimiento .
../
Desviacin del pozo.
../
Profundidad de colocacin.
Suministro de energa .
../ Disponibilidad de red de BN .
../
Disponibilidad de energa elctrica.
Problemticas:
../
Precipitacin de material orgnico (parafinas o asfltenos)
../
Precipitacin de material inorgnico (carbonato de calcio, CaC02)
../ Conificacin de agua o gas.
../
Produccin de arena.
Anlisis de factibilidad tcnico-econmico:
../
Capacidad de produccin.
../
Flexibilidad operativa para los cambios en las condiciones de produccin.
../
Tiempo de vida til.
../
Disponibilidad de refaccionamiento y servicio .
../
Localizacin geogrfica .
../
Estadstica de fallas comunes y reacondicionamiento del sistema
../
Inversin inicial.
../
Costos de operacin y mantenimiento.
../
Recuperacin de
la
inversin .
../
Proyeccin a futuro y nmero de
POZO
destinado al sistema artificial.
Como puede observarse son numerosos los puntos que deben evaluarse para
seleccionar el mejor sistema artificial
ya
sea para un pozo o campo completo.
Desde
el
punto de vista econmico,
el
mejor sistema artificial es aquel que provee
el
mayor
v lor presente neto
(VPN) con la mnima inversin y tiempo de amortizacin,
sin embargo, cuando las facilidades para instalar un sistema artificial no son grandes,
lo nico que queda es ver cual de ellos es factible de implantar tcnicamente auque
los costos de instalacin sean altos, claro siempre y cuando la produccin pueda
pagar
la
inversin y obtener los beneficios mnimos de rentabilidad.
Pgina 23 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
25/133
CAPITULO 11 EL SISTEMA BEC
11.1.- BOMBAS
11.1.1 DEFINICI N DE UN EQUIPO DE BOMBEO.
Un equipo de bombeo es un transformador de energa. Recibe energa mecnica que
puede proceder de
un
motor elctrico, trmico, etc. y la convierte en energfa que un
fluido adquiere en forma de presin, posicin o velocidad.
El
fluido que puede ser
manejado en esencia por una bomba, es 100 liquido,
si
embargo se han realizado
mejoras a algunos tipos de bombas para poder manejar una pequea tolerancia con
fluido que contenga una pequea cantidad de gas o liquido con alta viscosidad.
As, se tienen bombas que se utilizan para cambiar la posicin de un cierto fluido,
como una bomba de un pozo profundo, que adiciona energa para que
el
agua del
subsuelo salga a la superficie. Un ejemplo de bombas que adicionan energa de
presin, sera una bomba en un oleoducto, donde las cotas de altura, as como los
dimetros de tuberas y consecuentemente, las velocidades fuesen iguales, en tanto
que la presin es incrementada para poder vencer las perdidas de friccin que se
tuviesen
en
la conduccin.
Existen bombas trabajando con presiones y alturas iguales que nicamente adicionan
energa de velocidad. En la mayora de las aplicaciones, la energa conferida por una
bomba es una mezcla de las tres, las cuales se comportan de acuerdo con las
ecuaciones fundamentales de la mecnica de fluidos.
11.1.2
CLASIFICACI N
GENERAL DE LAS BOMBAS.
Las bombas se pueden clasificar segn dos consideraciones generales.
1.- De acuerdo a las caractersticas del movimiento del lquido.
2.- De acuerdo al tipo de aplicacin especifica para la cual ha sido diseada.
La primera clasificacin es la ms usada ya que da mayor informacin de los
principios de operacin y puede ser generalizada.
Existen tres clases de bombas de acuerdo a esta clasificacin, stas son:
A.- Centrfugas.
B.- Rotatorias.
C.- Reciprocantes.
A. BOMBAS CENTRIFUGAS.
A1 Bomba centrfuga tipo voluta. En esta bomba, el impulsor descarga en una caja
espiral que se expande progresivamente de tal forma que la velocidad del liquido se
Pgina
24
de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
26/133
reduce en forma gradual. Por este medio, parte de
la
energa de velocidad del lquido
se
convierte
en
energia de presin .
A2
Bomba centrfuga tipo difusor.-
Cuenta
con
alabes direccionales estacionarios que
rodean
al
rotor o impulsor. Estos pasajes
con
expansin gradual cambian la direccin
del flujo y convierten la energa de velocidad a energa de presin.
A3 Bomba centrfuga tipo turbina regenerativa .- Conocida tambin como de vrtice,
perifrica o regenerativa. En este tipo de bombas se producen remolinos
en
el lquido
por medio de los alabes a velocidades muy altas dentro del canal anular en el que gira
el
impulsor. As
el
lquido va recibiendo impulsos de energia.
A4 Bomba centrfuga de flujo mixto.- Desarrolla su carga parcialmente por fuerza
centrfuga y parcialmente por
el
impulso de los alabes sobre el lquido. El dimetro de
descarga de los impulsores es mayor que
el
dimetro de entrada de
la
bomba.
A5
Bomba centrfuga de flujo axial.-
Desarrolla su
carga
por la accin de un
impulsor o elevacin de las paletas sobre
el
lquido.
El
dimetro del impulsor es el
mismo en la succin y en la descarga.
B.
BOMBAS ROTATORIAS.
B1 Bomba rotatoria de engranes.-
En
este tipo de bombas, el fluido es transportado
entre los dientes de los engranes y es desplazado cuando estos cierran al girar. Las
superficies de los rotores cooperan para proporcionar sello continuo y cada rotor es
capaz de accionar
al
otro. Los engranes de estas bombas pueden ser externos o
internos.
Las bombas de engranes externos constan de dos engranes, cada uno con su propio
eje, que giran alojados en una tolerancia muy estrecha dentro del cuerpo de la bomba .
Las bombas de engranes internos tienen tambin dos engranes, pero un solo rotor, de
tal forma que el engrane interno se encuentra dentro y en el centro del otro engrane
el
cual es mayor.
B2 Bomba rotatoria de alabe.- Las bombas de alabes oscilantes tienen dos aspas
articuladas que se balancean conforme gira
el
rotor, atrapando
el
lquido y forzndolo
en
el tubo de descarga de la bomba.
Las
aspas deslizantes se presionan contra la
carcaza por la fuerza centrfuga cuando gira el rotor.
El lquido es atrapado entre las dos aspas y se conduce y fuerza hacia la descarga de
la bomba. Estas bombas son de baja velocidad, recomendadas para lquidos de
viscosidad reducida.
B3 Bomba rotatoria de leva
y
pistn.- Tambin conocida como de embolo rotativo,
consiste en
un
excntrico con
un
brazo ranurado en la parte superior, la rotacin de la
flecha hace que el excntrico atrape el lquido contra la caja. Conforme contina la
rotacin,
el
lquido se fuerza de
la
caja a travs
de
la
ranura a la salida de
la
bomba.
Pgina 25 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
27/133
B4) Bomba rotatoria de tornillo. Esta bomba puede tener de uno a tres tornillos
convenientemente roscados que giran
en una
caja fija.
La de
un solo tornillo tiene un
rotor en forma de espiral que gira sobre
su
eje en un estator de hlice interna o
cubierta.
El
rotor
es
de metal y
la
hlice, generalmente,
es de
hule duro o blando
dependiendo del lquido que
se
maneje.
La
de
doble tornillo consta de un motriz y un inducido, en ejes paralelos que engranan
en
un
alojamiento muy ajustado. La de tres tornillos consta de un tornillo conductor
central con
dos tornillos inducidos secundarios
en
alojamiento muy ajustado.
En
stos
el
lquido fluye entre la rosca
de
los tornillos y
el
estator a lo largo
de los
ejes que
forman la bomba.
B5) Bomba rotatoria de lbulo .
Se asemeja a
la
bomba
de
tipo
de
engranes
en
su
forma de accin, pueden tener desde dos, tres, cuatro o ms lbulos
en
cada rotor.
Los
rotores
se
sincronizan para obtener
una
rotacin positiva por medio
de
engranes
externos;
el
flujo de tipo lobular no
es
tan constante como
la
bomba de engranes.
Existen tambin combinaciones de engranes y lbulos.
B6) Bomba rotatoria de bloque
e
vaivn.
Tiene
un
rotor cilndrico que gira
en una
carcaza concntrica,
en el
interior del rotor
se
encuentra
un
bloque que cambia en
posicin de vaivn y
un
pistn reciprocado por
un
perno loco colocado
excntricamente, produciendo succin y descarga.
C. BOMBAS RECIPROCANTES.
C1)
Bomba reciprocan
e
de accin directa. En
este tipo, una varilla comn
de
pistn
conecta
un
pistn
de
vapor y uno
de
lquido o embolo. Estas bombas,
se
construyen,
Simples
un
pistn de vapor y uno
de
lquido) y Duplex (dos pistones
de
vapor y dos
de
lquido). Los extremos compuestos y de triple expansin, ya no
se
fabrican como
unidades normales. Las bombas de accin directa horizontales - simples y duplex,
se
han
usado por mucho tiempo para diferentes servicios, incluyendo manejo de lodos,
bombeo de aceite
y gu
y otros.
Se
caracterizan por
la
facilidad
de
ajuste de
la
columna, velocidad y capacidad. Estas
se
detienen cuando
la
fuerza total
en el
pistn del lquido iguala a
la
del pistn
de
vapor. As mismo desarrollan
una
presin muy elevada antes de detenerse. Tambin
tienen
un
flujo de descarga pulsante.
C2) Bomba reciprocan te de potencia.
Tiene
un
cigeal movido por una fuente
externa, generalmente, un motor elctrico, banda o cadena. Frecuentemente
se
usan
engranes entre motor y cigeal para reducir
la velocidad de salida del elemento
motor. Cuando se mueve a velocidad constante, estas bombas proporcionan
un gasto
casi constante para una amplia variacin de columna.
El
extremo lquido, que puede
ser
del
tipo pistn o embolo, desarrollar
una
presin elevada cuando
se
cierra
la
vlvula de descarga de la bomba. Por esta razn,
es
prctica comn proporcionar una
vlvula de alivio, con el objeto de proteger la bomba y la tubera.
C3)
Bomba reciprocan te tipo diafragma.
Se usan para gastos elevados
de
lquido,
ya
sea claros o conteniendo slidos. Tambin
son
apropiadas para lquidos tipo pulpas
Pgina
26 de
102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
28/133
gruesas, drenajes, lodos, soluciones cidas y alcalinas, as como mezclas de agua
con slidos que pueden originar erosin.
Un
diafragma
de
material flexible
no
metlico, puede soportar mejor
la
accin
corrosiva o erosiva que las partes metlicas
de
algunas bombas reciprocantes.
.3 CONCEPTOS BSICOS
DE
BOMBAS
8.
La presin en cualquier punto de
un
lquido puede imaginarse como la que ejerce
una
columna vertical
de
lquido debido a su peso sobre dicho punto. La altura
de
esa
columna
es
llamada carga esttica y
se
expresa
en
unidades de longitud (pies,
metros, etc.), la carga esttica correspondiente a una presin especfica depende de
la
densidad relativa.
Carga (pies) = Presin Psi) x 2.31
ensidad relativa
Una bomba centrfuga imparte velocidad a un lquido, donde la energa de velocidad
es transformada
en
energia de presin en el difusor a medida que el lquido abandona
la
bomba, siendo la carga desarrollada aproximadamente igual a la energa de
velocidad en
la
periferia del impulsor. Esta relacin es expresada por la siguiente
formula:
donde: H Carga total desarrollada (pies), v Velocidad en
la
periferia del impulsor
(pies/seg) y g= Constante de aceleracin (32.2 pies/seg
2
.
Se
puede predecir aproximadamente
la
carga de cualquier bomba centrfuga,
calculando la velocidad perifrica del impulsor y substituyendo su valor
en la
formula
anterior. Una formula prctica para el clculo
de la
velocidad perifrica es :
v = RPM x
i
229
donde: D
i
= Dimetro del impulsor (pulg) y 229= Constante (sistema ingles)
Lo anterior demuestra que para una bomba centrfuga
se
debe pensar
en
trminos de
carga, ms que de presin, ya que para un determinado dimetro de impulsor y
velocidad fija la bomba elevar un lquido a cierta altura sin importar
el
peso del
mismo.
Todas estas formas de energa involuCradas
en un
sistema
de
flujo de lquido pueden
ser expresadas
en
trminos de altura
de
lquido. El total de estas cargas se conoce
como
la
carga total del sistema o
el
trabajo que una bomba debe ejecutar
en
el
sistema.
Pgina 27 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
29/133
A continuacin se definen los trminos de
carga:
esttica, friccin velocidad y presin,
que al
combinarlos se obtienen los trminos de carga dinmica con los cuales se
determina la potencia de entrada BHP) y la potencia de salida WHP) de la bomba.
1.- Altura de succin.- Es la distancia vertical que existe desde la lnea central de la
bomba al nivel de lquido de la fuente de alimentacin, cuando dicho nivel se
encuentra por debajo de la lnea central de la bomba, en este caso la carga es
positiva -) .
2.- Carga de succin.- Es la distancia vertical que existe desde la lnea central de la
bomba al nivel de lquido de la fuente de alimentacin, cuando dicho nivel se
encuentra por ib
e
la lnea central de la bomba, en este caso la carga es negativa
+).
3.- Carga esttica
a
la descarga de la bomba. -
s la
distancia vertical que existe
desde la lnea de centros de la bomba y el punto de descarga de dicha bomba .
4.- Carga total esttica.- Es la suma algebraica de la altura o carga de succin y la
carga esttica de descarga de la bomba. En aplicaciones normales esta es siernpre
positiva
+).
5.- Carga de friccin Hf).- s la carga requerida para vencer la resistencia e un
lquido a fluir en la tubera y accesorios. Esta depende de algunos factores como:
tamao y tipo de tubo, flujo y naturaleza del liquido, as como de la cantidad y tipos de
accesorios.
6.- Carga de velocidad Hv).- Es la energa contenida en un lquido como resultado de
su movimiento a una velocidad
v).
v = v
2
2g
Normalmente esta carga es muy pequea y puede despreciarse en la mayora de los
sistemas de alta carga. Sin embargo, puede ser un factor importante en los sistemas
de baja carga.
7.- Carga de presin.- n un sistema de bombeo debe considerarse si la entrada y
salida se encuentra presurizada o
al
vacio, de tal forma que
la
presin del tanque
debe convertirse a columna de lquido .
Un vacio en el tanque de succin o una presin en el tanque
e
descarga se deben
sumar +) a la carga del sistema. Mientras que una presin en el tanque de succin o
un vacio en el tanque de descarga deben ser restados -).
Vaci pies) = Vaci pulg Hg) x 1.13
Densidad relativa
Pgina 28 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
30/133
8.- Altura total dinmica de succin Hs).-
Es la altura de succin esttica
menos
la
carga de velocidad en la brida de succin de la bomba
ms
la carga total de friccin
en la lnea de succin.
9.- Carga total dinmica de succin Hs).-
Es la carga esttica
de
succin
ms
la
carga de velocidad en la brida de succin de la bomba
menos
la carga total de friccin
en
la
lnea de succin.
1
.- Carga total dinmica
a la
descarga Hd).-
Es la carga esttica a la descarga
ms
la carga de velocidad en la brida de descarga de la bomba
ms
la carga total de
friccin en la lnea de descarga.
11
.- Carga total H)
o
Carga dinmica total TDH).-
Es la carga dinmica total a la
descarga
menos
la carga dinmica total de succin o
ms
la altura dinmica total de
succin.
TDH
=
Hd
+
Hs (con altura de succin)
TDH
=Hd - Hs con carga de succin)
12.- Capacidad Q).-
Es la cantidad de lquido que la bomba mueve en una unidad de
tiempo determinado. Generalmente se expresa en galones por minuto (GPM) o en
metros cbicos por hora (m
3
/hr) .
13
.- Potencia
y
Eficiencia.-
El trabajo efectuado por una bomba es una funcin de la
carga total y el peso del lquido bombeado en un cierto tiempo.
a potencia de entrada
o
potencia la freno
(BHP) es la potencia requerida en la flecha de la bomba.
a
potencia de salida
o
potencia hidrulica
(WHP) es la potencia desarrollada en el
lquido por la bomba. Estos dos trminos son definidos por las siguientes frmulas:
WHP = Q x TDH x Densidad relativa
3960
BHP
=
Q x TDH x Densidad relativa
3960 x Eficiencia de la bomba
donde: Q esta en GPM y TDH en pies.
a constante 3960 es obtenida de la divisin de 33,000 lb-pie (equivalente de 1 HP) ,
por el peso de un galn de agua (8.33 lb).
a potencia al freno o de entrada para una bomba es mayor que la potencia hidrulica
o de salida , debido a las perdidas mecnicas o hidrulicas que ocurren en la bomba.
Por lo tanto, la eficiencia es la relacin de estos dos valores .
Eficiencia de la bomba =
WHP
BHP
14.- Carga neta positiva de succin NPSH).-
Es una medida de la cantidad de
carga
que debe existir en la succin de la bomba para prevenir la cavitacin.
Pgina 29 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
31/133
NPSH disponible.
Es diferencia entre la presin absoluta en la succin de la bomba y
la presin de vapor del lquido, ambas transformadas en carga.
NPSH requerido.
Es la carga hidrosttica mnima, necesaria en la succin de la
bomba, para hacer llegar el lquido al impulsor sin vaporizacin.
15. Cavitacin.
Es la formacin y colapso de burbujas de vapor en el lquido cuando
la bomba est operando cerca del mnimo de NPSH. Cuando se presenta la
cavitacin parte del lquido se transforma en vapor debido a que se encuentra en una
zona de baja presin succin de
la
bomba) entonces las burbujas de vapor son
conducidas a otra zona de mucho mayor presin descarga de
la
bomba), donde se
colapsan
y l
lquido se precipita con tal fuerza que produce golpes, picado y erosin
del metal de la bomba.
Pgina 3 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
32/133
2
.- MOTORES EL TRI OS
6
11 2 1 FUNDAMENTOS
DE
ELECTRICIDAD.
La
materia esta constituida bsicamente por
el
tomo como estructura fundamental de
sta. Y el tomo a su vez est constituido principalmente por protones, neutrones,
electrones y otras partculas que son de menor importancia en electrosttica. Los
tomos son elctricamente neutros. Los electrones son particulas cargadas
negativamente y los protones son partculas con cargas positivas . El tomo tiene igual
nmero de electrones que de protones. Cuando decimos que
un
objeto esta cargado,
lo que queremos decir es que tiene un exceso de carga; que puede ser positiva
deficiencia de electrones) o negativa exceso de electrones). Los electrones ocupan
diferentes capas alrededor del ncleo, donde los ms cercanos al ncleo tienen mayor
a traccin a ste; mientras que los de las capas ms alejadas tienen menor atraccin
al
ncleo.
Si
hay un nivel de energa capaz de romper el enlace que tienen los electrones con
respecto a su tomo natural este pasara a otro tomo vecino, producindose as una
corriente llamada corriente electrnica o de movimiento del electrn.
Para obtener una corriente o flujo de electrones tiene que haber una diferencia de
potencial a travs del conductor y tenerse un circuito cerrado. La diferencia
de
potencial causa que los electrones se muevan, de tal forma que, cuando un electrn
se mueve crea un espacio que ser llenado por otro electrn que viaja en la misma
direccin.
Electricidad.
Es la energa que se caracteriza por
el
movimiento de cargas
en
un circuito desde un punto de alta tensin hasta uno de baja tensin.
Intensidad de corriente
o
Corriente elctrica.
Es la cantidad de flujo de corriente
que
se
produce en un circuito cerrado debido a una diferencial de potencial, y que
se
encuentra expresada en Amperios.
Tensin
o
voltaje.
Es la diferencia de potencial que se encuentra concentrada
en
una
fuente de energa para producir
un
flujo
de
corriente en un circuito.
Si
el
circuito esta abierto, la energa se encuentra disponible entre los terminales de dicha
fuente;
si el
circuito se cierra esta energa se distribuir en los elementos del circuito
representada como una cada de voltaje de tal forma que la suma de todas las cadas
de voltaje sern igual a la de la fuente, en un circuito en serie.
Con respecto a la electricidad, existen dos tipos bsicos de materiales:
1
Conductores y 2 Aisladores.
Conductor.
Es
un material que conduce electricidad razonablemente bien
Ejemplo de ellos son: oro, platino, plata, cobre, aluminio hierro, etc. Los primeros son
excelentes conductores, sin embargo son muy costosos, por lo cual se usa
comercialmente
el
aluminio y
el
cobre.
Pgina 31 e 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
33/133
Aislador.- Es simplemente un material con poca capacidad para conducir
electricidad. Por ejemplo: papel, madera, plsticos, vidrio, cermicas, etc.
Debido a que no hay un conductor que sea 100 eficiente, siempre habr una
resistencia all flujo de corriente, inherente en el material. Normalmente la resistencia
esta expresada en Ohmios; esta resistencia causa una cada de voltaje en
el
circuito.
Es posible predecir la cada de voltaje en
un
conductor, a travs de la ley de Ohmios,
la cual dice:
V I x R
Donde: V= Diferencia de potencial (Voltios),
=
Intensidad
de
corriente (Amperios) y
R Resistencia del conductor (Ohmios).
Circuitos de corriente directa OC). En los circuitos de corriente directa el voltaje,
la corriente y la potencia se mantiene constantes con respecto al tiempo.
En estos circuitos, si la resistencia es fija,
el
amperaje cambiar proporcionalmente
con el voltaje. En cambio si el voltaje es fijo, el amperaje cambia inversamente
proporcional con la resistencia. Ver figura NO.U.2.1.1.
Una resistencia conectada en un circuito cerrado producir calor. Este calor es trabajo
o potencia, la cual es el producto del voltaje por la corriente y se expresa en Volts -
Amper (VA o KVA).
KVA
x l
1000
Los KVA son el valor instantneo de potencia de un circuito.
Cuando hay dos o ms resistencias conectadas en serie, la resistencia equivalente
ser la suma de todas las resistencias individuales.
En un circuito conectado en serie, la corriente es la misma en cada resistencia,
mientras que el voltaje es diferente.
El
voltaje total es igual a la suma de los voltajes
en
cada resistencia.
Cuando hay varias resistencias conectadas en paralelo, la resistencia equivalente es
calculada por la ley de Kirchoff de resistencias.
R
q
1
1/R
1
+ 1/R
2
+ 1/R
3
+ 1/R
n
En estos circuitos, el voltaje es el mismo en cada resistencia mientras que la corriente
es diferente. La corriente total del circuito es igual a la suma
de
la corriente que se
divide en cada una de las resistencias del circuito.
Pgina 32 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
34/133
Circuitos e corriente alterna AC). El
otro tipo de corriente muy comn es la
corriente alterna. Aqu el voltaje, el amperaje y la potencia no se mantienen constante
con
respecto al tiempo.
En
la corriente alterna el voltaje aumenta en una direccin hasta
un
valor mximo,
para luego cambiar de direccin y llegar a un valor mximo en el sentido opuesto
despus de pasar por cero. Cada vez que esto ocurre decimos que se ha completado
un ciclo que corresponde a 360 o
A la cantidad de ciclos que se producen durante un tiempo de segundo, se le llama
Frecuencia, y normalmente esta expresado en Hertz.
La corriente alterna puede ser de diferentes tipos de ondas. Esto
se
llama forma de
onda, y cada una tiene aplicaciones especficas. Por ejemplo para aplicaciones de
potencia se usa
la
forma sinusoidal y para aplicaciones de control y trasmisin de
datos se usan las formas cuadradas y diente de sierra.
Una forma de onda sinusoidal resulta de la geometra interna de
un
generador de C.A.
El voltaje
en la
salida de
un
generador est en funcin de
la
distancia entre los
campos magnticos del rotor y el estator.
Por ejemplo cuando los polos del rotor estn paralelos a las lneas
de
fuerza de los
polos del estator, el voltaje es cero. A medida que el rotor gira el voltaje comienza a
incrementarse hasta que los polos del rotor se encuentran perpendiculares a las
lneas de fuerza de los polos del estator, en ese momento el voltaje es mximo.
Y si
el
rotor contina girando
el
voltaje comienza a reducirse hasta llegar a cero, este es
un
ciclo positivo de
la
corriente alterna, as mismo si el rotor contina girando an ms se
formara otro ciclo, pero con sentido opuesto es decir un ciclo negativo.
De esta forma
la
corriente alterna se forma y
va
variando con respecto al tiempo
cambiando constantemente de sentido de positivo a negativo en cada ciclo. Ver figura
No.
11.2.1.2.
Potencia, Voltaje Corriente eficaz RMS).
La
potencia instantnea
o
potencia aparente,
dada
en
KVA.- Es el producto de
la
corriente por
el
voltaje, y esta cambiar constantemente su valor con respecto
al
tiempo. En el caso de un circuito de corriente alterna, C.A., esta potencia instantnea, .
KVA, ser diferente de
la
potencia eficaz
o
promedio RMS)
del sistema, dada en r
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
35/133
La energla elctrica que se observa en
la
figura 2.3 corresponde a un voltaje y
corriente monofsica es decir solo existe una seal elctrica de voltaje y una de
corriente las cuales se encuentra
en
fase. Esto quiere decir que las dos parten del
mismo punto y llegan
al
mismo punto
al
mismo tiempo.
Tambin existen corrientes elctricas bifsicas y trifsicas estas son las siguientes:
ID
Corriente bifsica
y
trifsica.
La corriente bifsica viene en dos fases de 120 VAC RMS cada una medidas
con
respecto a tierra. Debido a que algunas maquinas usan 240 VAC
si
hay dos fases de
120 VAC desfasadas 180 grados elctricos es posible conseguir 240 VAC entre ellas.
En aplicaciones industriales es ms comn el uso de
la
corriente alterna trifsica.
Cada fase esta 120
fuera de fase con respecto a las otras. Cada fase puede ser
utilizada individualmente o las tres juntas
si
los equipos son compatibles con potencia
trifsica. Una ventaja de esto es que las maquinas operan ms suaves
con
corriente
trifsica debido a que el estator del motor siempre esta recibiendo potencia. Como
resultado de esto es posible realizar un trabajo mayor con
un
motor de menor
tamao.
ID Factor de potencia.
En muchos circuitos
la
carga elctrica
no es
solamente resistiva.
En
este caso
la
potencia aparente dada en
f
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
36/133
Un
factor de potencia diferente de uno,
en
realidad es
el
resultado de que
la
onda de
corriente y
la
onda de voltaje
no
estn
en
fase. Esto se debe a que
la
reactancia,
debida a
un
inductor o capacitor,
en un
circuito atrasa o adelanta a
la
onda de
corriente que produce trabajo.
2 .2 FUNDAMENTOS
DE
MAGNETISMO
Electricidad y magnetismo tienen una relacin muy cercana. Por ejemplo si se tiene
una barra, hecha de
un
material ferromagntico como
el
hierro, con dos polos norte y
sur en sus extremos, se dice que entre ambos polos, se tiene una conexin
magntica, donde existe
un
campo de fuerzas alrededor de dicha barra . Ver figura
No.
11.2.2
.1
Este campo de fuerzas es representado por lneas continuas que se concentran
en
los
polos, y donde el campo es mas fuerte cerca del magneto y decrece con la distancia.
Las lneas siempre se originan en
el
polo norte y finalizan en
el
polo sur.
El
flujo de corriente a travs de
un
alambre conductor crea
un
campo magntico
alrededor de ste, perpendicular a la direccin del flujo de corriente. Si la corriente
cambia de direccin y se desplaza
en
sentido contrario, el campo magntico invierte
su direccin tambin. Ver figura No.
11.2.2.2.
TRANSFORMADORES
Si un
cable esta devanado alrededor de
un
ncleo de hierro y una corriente pasa a
travs de ste, un campo magntico ser inducido en
el
ncleo. La fuerza del campo
magntico depender del KVA que esta pasando a travs del devanado.
Si hay otro cable en
el
devanado alrededor del mismo ncleo de hierro, el campo
magntico inducir una corriente y
un
voltaje
en el
segundo devanado.
Al
devanado que recibe el voltaje desde una fuente para inducir
el
campo magntico
se
le
conoce como Primario , mientras que
el al
que recibe el voltaje por induccin
desde
el
campo magntico se le conoce como Secundario .
Es
posible predecir
el
voltaje
y
tambin
la
corriente) inducidos
en
el
lado secundario a
partir de
la
relacin entre las vueltas de ambos devanados .
Cuando
el
nmero de vueltas es
el
mismo de ambos lados, as la relacin de vueltas
es de uno a uno
1: 1)
Y
el
voltaje de entrada es igual
al
de salida.
Debido a que
la
energa no puede ser creada
ni
destruida, solo se transforma,
el
KVA
de entrada es igual
al
de salida.
Es
decir:
KVA
=
KVA
2
V
=V/1
2
Pgina 35 de 102.
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
37/133
Cuando un transformador no tiene el mismo numero
de
vueltas en ambos devanados,
el voltaje en la salida secundario diferente le voltaje entrada en el
primario, obtenindose as un Transformador
de
Potencia ,
cambio, la en
el
secundario igual
al
producto
de
la corriente
del
primario por la relacin
de
transformacin (RT).
Cuando la no es muy alta, es tener un devanado solo
primario y secundario. Esto se llama Autotransformador , y la RT
menor
de
1.
ambos lados
limitada a un
Los
transformadores pueden ser monofsicos o trifsicos.
La
apariencia
transformador monofsico
se
puede ver
en
la .:.:..;;L.= ;;;: ; ;; ;;=:: : ;;; -
un tpico
Normalmente cuando
se
usan
transformadores
con
electricidad trifsica,
es necesario tres transformadores individuales. se pueden conectar
en
varias configuraciones. Estas son: conexin Delta (triangulo) o Estrella. figura
11 2 2 3
Si el transformador esta conectado
en
triangulo, el voltaje a fase el
mismo que el voltaje de lnea a lnea. cambio si los transformadores estn
conectados
en en
el lado primario, habr un ngulo elctrico
de
60 entre
cada
11 2 3
MOTORES ELCTRICOS
TI
JAULA
DE
ARDILLA.
Ya conocemos un flujo corriente continua en un conductor induce un campo
magntico alrededor l. Entonces es posible, en
un
mismo tramo de conductor en
forma crculo, campos magnticos movindose en direcciones opuestas,
mientras que la corriente est viajando en una sola direccin. Ver figura 11 2 3 1
Un
estator un motor, hecho laminaciones de hierro
con
tres vueltas
grandes de conductores (una
cada
A esto
se
conoce como devanado, y
cuando una corriente continua fluyendo a travs de una fase, se induce un
campo magntico constante. Ver
: . . : . . ; ; : . . ; = = ~ = ; . ; . . ; . ; . b).
devanado
del
estator puede
para
crear dos polos, uno norte y
uno sur,
y
pueden tambin fabricarse para crear
de
dos polos, por ejemplo cuatro polos
(mayor velocidad), ver b).. aqu solo se tiene la
del
trabajo.
El toma convertirla en energa magntica, el siguiente
paso
es
convertir la
en
trabajo til.
colocamos un alambre, en forma
loop,
dentro
de
un campo magntico no
nada, sin embargo si hacemos tluir una corriente por el alambre se
otro campo magntico
en l. Con
dos campos magnticos podemos tener
atractivas y repulsivas. Esto dos iguales y opuestas en el loop un
torque), haciendo que quiera
para
balancear
las
Esto provocara
un
movimiento rotatorio solo por un momento. Ver
.:.:.;:,.=:....=-=:.:..: -'---'-'-
Pgina 36 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
38/133
Para conseguir que el loop gire ms que esto, necesitamos cambiar la direccin del
campo magntico. Si la corriente que usamos es alterna en ves de continua, la cual
cambia de direccin
50
o 60 veces por segundo, entonces tendremos un movimiento
continuo del loop. Ver figura 11.2.3.1.
d .
El rotor de
un
motor realmente es
un
loop de cobre compuesto por muchas barras de
cobre cortocircuitadas en los extremos por medio de un anillo de cobre. Como
el
rotor
tiene la apariencia de la jaula de una ardilla,
se
le denomina de esta forma. Ver figura
11.2.3.1.
e .
El campo magntico del estator induce un flujo de corriente energa elctrica) en
el
rotor. Ver figura 11.2.3.1. f).
Un
motor elctrico hace girar una flecha a partir de un torque fuerzas iguales
en
sentido opuesto) generado por un sistema de campos magnticos.
Pgina
37
de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
39/133
11.3.- DESCRIPCiN DEL SISTEM BEC.
11 3 1
PRINCIPIOS
DE
OPERACiN DEL SISTEMA BEC
Las bombas BEC son bombas centrfugas de etapas mltiples. El impulsor se
encuentra fijo al eje y gira con ste, proporcionando energa cintica al fluido, mientras
que el difusor se encuentra esttico dentro de la carcasa de
la
bomba y, le
proporciona energa potencial. Ver figura No.
11.3.1
La
bomba es accionada por un motor elctrico, donde la energa elctrica es
transmitida desde
la
superficie hasta el motor de fondo, utilizando
un
cable de
potencia: Al girar el motor el fluido es introducido en las etapas de la bornba y enviado
hacia la superficie.
Las etapas de
la
bomba pueden ser de tipo radial o mixto, las de tipo radial estn
diseadas para manejar bajo gasto y alta presin y las de tipo mixto alto gasto y baja
presin. El tipo de etapa determina el volumen de fluido que maneja la bomba y el
nmero de ellas determina el levantamiento total generado TDH). Las bombas se
construyen en un amplio rango de capacidades, para aplicaciones en diferentes
tamaos de tuberas de revestimiento .
3 2 COMPONENTES DEL SISTEMA
Un
sistema
BEC
se compone de dos partes principales, de acuerdo a
su
ubicacin,
estas son: 1 Equipo superficial y 2 Equipo subsuperficial, estos se conforman por los
siguientes componentes:
EQUIPO SUPERFICIAL
( \
Tablero de control
Transformadores
Caja unin
Variador de velocidad o Switchboard.
Ver figura No. 11 3 2
EQUIPO SUBSUPERFICAL
( \
Bomba centrfuga multietapas .
Motor sumergible.
Protector del motor
Separador de gas o Intake
Cable elctrico de potencia.
Pgina 38 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
40/133
11 3 2 1
EQUIPO SUBSUPERFICIAL
Bomba centrfuga multietapas
Las bombas centrfugas son de etapas mltiples y cada etapa consiste de un impulsor
giratorio y
un
difusor estacionario. El tipo de etapa que se use determina la carga
generada y la potencia requerida.
Con
el
fin de evitar los empujes axiales, la bomba debe operar dentro de un rango de
capacidad recomendado,
el
cual se indica en las curvas de comportamiento de las
bombas y generalmente va del 75 al 125 del punto de mayor eficiencia de la
bomba. Ver figura
No 11 3 2 1/1
Protector del Motor
o
Seccin Sellante
El
protector en general cumple cuatro funciones bsicas:
Conecta la carcaza de la bomba con la del motor, uniendo la flecha impulsora
del motor con la flecha de la bomba.
Aloja el cojinete que absorbe
el
empuje axial desarrollado por la bomba.
Evita la entrada de fluido del pozo
al
motor.
Realiza la funcin de
un
recipiente para compensar la expansin y contraccin
del aceite del motor, debido
al
calentamiento y enfriamiento del mismo cuando
la unidad trabaja o est fuera de operacin.
Ver figura No 11 3 2 1/2
Motor sumergible
El motor provee la fuerza impulsora que hace girar a la bomba. Los motores elctricos
usados en operaciones de bombeo elctrico, son motores trifsicos, de induccin, de
dos polos que operan a una velocidad relativamente constante de 3500 rpm a 60 Hz
Estos motores se llenan con un aceite mineral altamente refinado que debe
proporcionar alta resistencia dielctrica y buena conductividad trmica; as mismo este
aceite lubrica los cojinetes internos y transfiere
el
calor generado por el mismo a la
carcaza, que a
su
vez es transferido a los fluidos del pozo que pasan por
la
superficie
externa del motor.
Ver figura
No
11 3 2 1/3
Separador de Gas
El
separador de gas es una seccin normalmente colocada entre
el
protector y la
bomba y sirve como succin o entrada a la bomba. Separa el gas libre del fluido y lo
desva hacia el exterior de la bomba. El separador es una ayuda en la prevencin del
candado de gas y normalmente permite un bombeo ms eficiente en pozos que
manejan alto contenido de gas libre. Ver figura
No 11 3 2 1/4
Pgina 39 de 102
-
8/12/2019 Tesis_BEC Con BN
41/133
Cable elctrico de potencia.
La
potencia
se
suministra
al
motor por medio
de un
cable elctrico.
Un
rango
de
tamaos del conductor permite cubrir los requerimientos del motor. Existen cables
redondos
y
planos, los cables pueden instalarse en pozos con diversos rangos de
temperaturas de acuerdo a sus caractersticas particulares. Estos rangos son: hasta
250F 121C) para motores estndar, hasta 300F 149C) para motores intermedios
y existen motores para aplicaciones especiales de temperatura, los cuales pueden ser
aplicados hasta 500F 260C), dependiendo de las condiciones del pozo.
El
cable puede tener armadura de acero, bronce o monel. El tamao apropiado del
cable
lo
determina el amperaje, la cada de voltaje y el espacio disponible entre
la
tubera de revestimiento y la de produccin. Ver figura No. 11.3.2.1/5
11.3.2.2EQUIPO
SUPERFICIAL
Este equipo es todo aquel que se encuentra instalado
en
superficie y que es
necesario para el control y operacin
del
equipo de fondo. Ver figura No. 11.3.2.2
Tablero de control.
Los
tableros de control
