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HECTOR HERNANDEZ VAZQUEZ

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EL PETROLEO El petrleo es una mezcla en la que coexisten en fases slida, lquida y gas, compuestos denominados hidrocarburos, que

reciben este nombre por estar constituidos principalmente por tomos de hidrgeno y carbono, aunque tambin incluyen en sus molculas pequeas proporciones de otros elementos como el nitrgeno, azufre, oxgeno y algunos metales. El petrleo es un producto natural inmerso en los poros de rocas sedimentarias, se le atribuye un valor mineral y es susceptible de generar, a travs de procesos de transformacin industrial, productos de alto valor, como son los combustibles, los lubricantes, las ceras, los solventes y los derivados petroqumicos.

Origen del petrleo

El problema del origen del petrleo ha sido por mucho tiempo un tpico interesante de investigacin. Se sabe que su formacin est asociada al desarrollo de rocas sedimentarias, depositadas en ambientes marinos o prximos al mar, y que es el resultado de procesos de descomposicin de organismos de origen vegetal y animal que en tiempos remotos quedaron incorporados en esos depsitos. De acuerdo con algunas teoras, dichos organismos se acumularon en el fondo de mares internos (lagunas marinas), donde las bacterias descompusieron los constituyentes carbohidratos en gases y materias solubles en agua, siendo de esta manera desalojados del depsito, mientras que los constituyentes de tipo ceroso y graso permanecieron. La

acumulacin de capas geolgicas sobre los depsitos gener condiciones de alta presin y temperatura, promoviendo reacciones de los componentes residuales de los organismos originales, que llevaran a la formacin de lo que hoy conocemos como petrleo. La continuada exposicin a alta temperatura termin por provocar reacciones de descomposicin trmica, y as se formaron los compuestos olefnicos (que estn constituidos por cadenas de tomos de carbono con cuando menos dos de ellos unidos con doble ligadura, y asociados tambin a tomos de hidrgeno; estos compuestos forman el protopetrleo). Las olefinas del protopetrleo, en presencia de catalizadores naturales presentes en los mismos yacimientos, se polimerizan (reacciones en las que molculas del mismo tipo se unen sucesivamente para

constituir otras de mayor tamao, dando origen a compuestos de cadenas lineales de tomos de carbono asociados a hidrgeno, que reciben el nombre de parafinas, y cadenas ramificadas que son las isoparafinas), y se ciclisan (reacciones en las que los tomos de carbono de las molculas originales se unen formando anillos para constituir compuestos que se denominan naftnicos cuando las uniones entre los carbones son sencillas, y aromticos cuando las uniones son sencillas y dobles en forma alterna). De esta manera terminan de constituirse las diferentes familias de hidrocarburos que aparecen en el petrleo: parafinas, isoparafinas, olefinas, naftenos y aromticos, nombres genricos de una enorme variedad de compuestos que se diferencian por su tamao y estructura, y que se integran en soluciones lquidas, asociadas a un gas al que se conoce como gas natural que est constituido por los hidrocarburos ms sencillos como el metano, (CH4), etano (C2H6), propano (C3H8) y butano (C4H10). Se generan adems compuestos particularmente complejos, denominados asfltenos, que no son solubles en el resto de los componentes y se integran formando una suspensin coloidal estable al rodearse de molculas de tamao


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ligeramente inferior, las que a su vez y en forma sucesiva se rodean de otras cada vez menores para constituir un todo continuo.

Caracterizacin y clasificacin del petrleo Dependiendo del nmero de tomos de carbono y de la estructura de los hidrocarburos que integran el petrleo, se tienen diferentes propiedades que los caracterizan, entre las que es de particular importancia por su influencia determinante en los procesos de separacin que ocurren en las operaciones de transformacin industrial, el punto normal de ebullicin, que es la temperatura a la que una sustancia empieza a hervir a condiciones de

presin atmosfrica.

La proporcin de las familias de hidrocarburos (parafinas, isoparafinas, naftenos y aromticos) que ocurren en el petrleo depende tambin del nmero de tomos de carbono y por lo tanto del punto de ebullicin de los componentes. Esta proporcin es tambin dependiente de las caractersticas muy particulares de cada petrleo. Por este concepto, se pueden tener petrleos de base parafnica, naftnica o intermedia, clasificacin que aplica individualmente a las fracciones ligera y

pesada del petrleo. Otra clasificacin del petrleo se basa en su densidad, que se expresa en g/cm3 o en grados API, que es una unidad que adopt la industria petrolera, y se relaciona con la anterior de la siguiente manera: API=141.5/(g/cm3)-131.5 La viscosidad es otra propiedad importante para la clasificacin de los diferentes tipos de petrleo; es una medida de la resistencia al flujo de un fluido, siendo la unidad de medicin comn el poise o el centipoise (=.01 poises). De acuerdo a estas propiedades, el petrleo puede clasificarse en ligero o pesado. Por ejemplo, el petrleo crudo mexicano Istmo es ligero y el maya se encuentra en los lmites de ligero-pesado.

Son miles los compuestos qumicos que constituyen el petrleo, y, entre muchas otras propiedades, estos compuestos se diferencian por su volatilidad (dependiente de la temperatura de ebullicin).


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Al calentarse el petrleo, se evaporan preferentemente los compuestos ligeros (de estructura qumica sencilla y bajo peso molecular), de tal manera que conforme se aumenta la temperatura, los componentes ms pesados van incorporndose al vapor. Las curvas de destilacin TBP (del ingls "true boiling point", temperatura de ebullicin real) distinguen a los diferentes tipos de petrleo y definen los rendimientos que se pueden obtener de los productos por separacin directa. Por ejemplo, mientras que en el crudo Istmo se obtiene un rendimiento directo de 26% volumtrico de gasolina, en el Maya slo se obtiene 15.7% El Petrleo se encuentra en el subsuelo impregnado en formaciones porosas de tipo arenoso o calcreo y se puede encontrar en los tres estados fsicos de la materia: Solid, Lquido y Gaseoso, y dependiendo de la composicin, presin y temperatura a la que se encuentren. Los pozos solo producen del 20 al 25% del petrleo embebido en las rocas y otro 20% a veces un poco ms recurriendo a procesos de recuperacin secundaria. El petrleo es una mezcla de compuestos en su mayora carbn del 70-75%, hidrogeno 10-14% (por eso se llaman hidrocarburos), y en pequeas cantidades azufre 0-6%, oxigeno 0-0.5%, nitrgeno 0-0.7%.

TIPOS DE PETROLEO DE ACUERDO A SU COMPOSICIN.-

A. PARAFINICOS.- Alto contenidos en parafinas como metano y propano (EE.UU. y LIBIA). B. NAFTENICOS.- Abundantes en ciclo pentanos y otros naftenos (CALIFORNIA, GOLFO DE MEXICO Y

VENEZUELA). C. AROMATICOS.- Con alto contenido de benceno, tolueno y otros aromticos (INDONESIA). D. SULFUROSOS.- Alto contenido de H2S y mercaptanos (MEDIO ORIENTE).

PRODUCTOS PRINCIPALES DEL PETROLEO.

Materia Prima Productos primarios Productos secundarios

Petrleo Crudo Productos Gaseosos Gas natural, Gas Licuado.

Destilados Ligeros Gas solvente, Gasolina, Gas Nafta.

Destilados Medios Turbosina, Querosina, Diesel.

Destilados Pesados Vaselina, Lubricantes, Grasas y Parafinas.

Residuos Combustoleo, Asfalto y Residuos Pesados

CARACTERSTICAS Y PROPIEDADES DEL GAS NATURAL. Cmo se forma el Gas Natural Hoy en da todava se presume que el petrleo y el gas natural son el resultado de una serie de procesos qumicos y variaciones sufridas por materia orgnica provenientes de animales y vegetales, la cual ha sufrido la accin de bacterias, elevadas temperaturas y presiones durante millones de aos, al sentarse las capas de sedimentos que contienen dicha materia orgnica. Teora Inorgnica: Explica el origen de estos hidrocarburos gracias a la combinacin de elementos qumicos como el carbono y el hidrgeno sometidos a altas temperaturas y presiones, ubicados en capas muy profundas de la tierra.

Teora Orgnica: Segn esta teora, el petrleo y el gas natural se han formado por la transformacin de la materia orgnica vegetal y animal, cuya estructura molecular ha sufrido alteraciones por efecto de altas temperaturas, accin de bacterias y microorganismos, altas presiones en el subsuelo y otros agentes a lo largo de millones de aos. Esta teora es la ms aceptada actualmente. El proceso completo de transformacin, mediante el cual la materia orgnica se convierte en hidrocarburos, no se conoce, ya que no es posible reproducir en un laboratorio los millones de aos que se requieren para transformar la materia orgnica en petrleo y gas natural. El gas natural al igual que el petrleo se encuentra acumulado en el subsuelo en estructuras geolgicas denominadas trampas. Dentro de stas, los hidrocarburos (o el gas) estn contenidos en una roca porosa (o con espacios porosos) que se llama roca yacimiento La trampa de hidrocarburos es una condicin geolgica de las rocas del subsuelo que permite la acumulacin del petrleo o del gas natural. Las trampas pueden ser de origen estructural (pliegues y fallas) o estratigrfico (lentes, acuamientos de rocas porosas contra rocas no porosas denominadas rocas sellos). Toda trampa presenta como caracterstica principal una roca de yacimiento, limitada en su tope y base por una roca sello, que impide que los hidrocarburos acumulados puedan escapar. Aunque generalmente se encuentra asociado al petrleo, existen yacimientos donde el principal producto es el gas y a los

cuales se les denomina yacimientos gasferos.


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TRAMPA DE HIDROCARBUROS

Tipos de Trampas: Las trampas de hidrocarburos se clasifican en:

Trampas Estructurales: Son aquellas constituidas por la deformacin de los estratos del subsuelo, causada por fallas (fracturas con desplazamiento) y plegamientos Trampas Estratigrficas: Son aquellas originadas por cambios laterales y verticales en la porosidad de la roca. Se forman generalmente cuando ha desaparecido la continuidad de una roca porosa. Trampas Mixtas: Son aquellas originadas por una combinacin de pliegues y/o fallas con cambios de porosidad de las rocas

DIAGRAMAS DE LOS DIFERENTES TIPOS DE TRAMPAS.


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Yacimientos de Petrleo: En stos el petrleo es el producto dominante y el gas est como producto secundario disuelto en cantidades que dependen de la presin y la temperatura del yacimiento. Reciben el nombre de yacimientos saturados* cuando el petrleo no acepta ms gas en solucin bajo las condiciones de temperaturas y presin existentes, lo que ocasiona que cualquier exceso de gas se desplace hacia la parte superior de la estructura, lo que forma una capa de gas sobre el petrleo. En yacimientos de petrleos no saturados* tambin se desarrolla la capa de gas por los vapores que se desprenden en el yacimiento al descendentes la presin. La mayor parte del gas natural producido en Venezuela hoy en da, proviene de yacimientos de gas en solucin.

DIAGRAMA YACIMIENTO DE PETROLEO

Yacimientos de Gas-Petrleo: Son aquellas acumulaciones de petrleo que tienen una capa de gas en la parte ms alta de la trampa. La presin ejercida por

la capa de gas sobre la del petrleo es uno de los mecanismos que contribuye al flujo natural del petrleo hacia la superficie a travs de los pozos. Cuando baja la presin y el petrleo ya no puede subir espontneamente, puede inyectarse gas desde la superficie a la capa de gas del yacimiento, aumentando la presin y recuperando volmenes adicionales de petrleo.

DIAGRAMA YACIMIENTO GAS PETROLEO

Yacimientos de Condensados: En estos yacimientos de hidrocarburos estn en estado gaseoso, por caractersticas especficas de presin, temperatura y composicin. El gas est mezclado con otros hidrocarburos lquidos; se dice que se halla en estado saturado. Este tipo de gas recibe el nombre de gas hmedo*. Durante la produccin del yacimiento, la presin disminuye y permite que el gas se condense en petrleo lquido, el cual al unirse en forma de pelcula a las paredes de los poros queda atrapado y no puede ser extrado. Esto puede evitarse inyectando gas a fin de mantener la presin del yacimiento.

DIAGRAMA DE UN YACIMIENTO DE GAS HUMEDO

Yacimientos de Gas Seco: En stos el gas es el producto principal. Son yacimientos que contienen hidrocarburos en su fase gaseosa, pero al producirlos no se forman lquidos por los cambios de presin y temperatura. El gas se genera gracias a un proceso de expansin, parecido al que ocurre en las bombonas, donde la cantidad de gas est relaciona da con la presin del embace.

DIAGRAMA DE UN YACIMIENTO DE GAS SECO


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Yacimientos de Gas Asociado: El gas que se produce en los yacimientos de petrleo, el gas-petrleo y de condensado, recibe el nombre de gas asociado*, ya que se produce conjuntamente con hidrocarburos lquidos. El gas que se genera en yacimientos de gas seco* se denomina gas no asociado o gas libre* y sus partes lquidas son mnimas.

DIAGRAMA YACIMIENTO DE GAS ASOCIADO.

Cmo se puede encontrar un Yacimiento Cuando hay probabilidades de que en subsuelo existan acumulaciones de petrleo o gas natural, se sigue una serie de pasos, con la finalidad de ubicar el sitio con mayores posibilidades de comprobarlas y posteriormente de extraerlas. El principal trabajo del gelogo consiste en descubrir las condiciones bajo las cuales se acumulan en gas y el petrleo; para ello recurre a diferentes mtodos de exploracin, siendo los ms importantes: Mtodos Geolgicos: Consisten en estudiar las rocas superficiales buscando indicaciones directas como menes o manaderos de petrleo, asfalta y gas; y aplicar la geologa de superficie para verificar la existencia de rocas asociadas al origen y almacenamiento de hidrocarburos, e interpretar la existen de trampas en el suelo mediante la observacin y medicin de sus efectos en el terreno. Con este fin tambin se utilizan las fotografas areas. Los estudios de geologa de superficie requieren un levantamiento topogrfico previo con el cual se obtiene un mapa de relieve. Sobre este mapa, los gelogos grafican los datos adquiridos y a partir de stos interpretan el subsuelo y sus posibilidades petrolferas.

Mtodo Gravimtrico:

Mide las variaciones de la fuerza gravitacional en funcin de las densidades de las rocas.

Mtodo Magntico:

Registra las variaciones locales del campo magntico y segn esto, puede determinarse la distribucin de las rocas que contienen diferentes propiedades magnticas.

Mtodo Ssmico de Reflexin:

Mide las propiedades de las rocas para transmitir las ondas acsticas provenientes de un detonante, las cuales viajan ms rpido en rocas duras y compactas que en rocas blandas.

Dnde se encuentra el Gas Natural

El petrleo y el gas natural no se consiguen en las capas del subsuelo en forma de lagos, bolsas o ros; estn contenidos en los espacios porosos de ciertas y determinadas rocas. La existencia de estos estratos rocosos de hidrocarburos es escasa y determinar dnde se encuentran es la tarea fundamental de profesionales gelogos y geofsicos. Fue descubierto en Estados Unidos a principios del siglo XVII, aunque se tiene la certeza de que fue conocido en otras partes del mundo muchos siglos antes.

De cientos de campos productores de hidrocarburos que se analizan, los investigadores han llegado a la conclusin de que hacen falta las siguientes condiciones para que se de una acumulacin de gas o petrleo:


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Roca Madre: el material del cual se forma.

Migracin: movimiento de hidrocarburos de la roca madre a la roca recipiente, siguiendo vas de porosidad y permeabilidad que permitan su movimiento.

Sincronizacin Geolgica: para permitir que exista la trampa para el momento en que ocurra la migracin.

El gas natural se encuentra en los yacimientos acompaado de otros hidrocarburos, que se aprovechan en los procesos de extraccin y en el procesamiento de los productos principales. Es por ello que dependiendo de que producto los acompae, se les denomina gas seco o gas hmedo.

Si el gas en los yacimientos contiene propano, butano y fracciones ms pesadas en cantidad suficiente, se le denomina gas hmedo, y si es mayormente gas metano, se le denomina gas seco.

Esta clasificacin se debe a los cambios orgnicos que tienen lugar en los yacimientos y que dan como resultado otros derivados lquidos, con niveles de ebullicin tan altos como el de la gasolina y una clasificacin bien elevada de gases para utilizacin tanto industrial como domstico. Adems, la definicin con estos tipos de gas se deduce del tipo de pozo de los cuales se extrae, toda vez que dependiendo de sus componentes principales, se dir que es seco o hmedo.


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La primera vez que se registr el uso de gas como combustible fue alrededor del ao 900 despus de Cristo, cuando los chinos transportaron gas natural a travs de tuberas de bamb y aprovecharon el gas para el alumbrado pblico. La gran explotacin de nuestros campos de gas natural, dio el mpetu final a la industria del gas como la conocemos actualmente.

Perforacin

Una vez que los yacimientos de gas son ubicados, se procede a la explotacin y a la comercializacin del producto.

Para perforar un yacimiento de gas, se utiliza la misma tecnologa de perforacin aplicada para el petrleo.

Sin embargo, en la perforacin de los yacimientos de gas, se presentan mayores riesgos operacionales que en la de los petrolferos.

La baja densidad del gas le permite mezclarse con mayor facilidad con el lodo de perforacin, lo que tiende a reducir la densidad de ste y por lo cual hay que tomar mayores precauciones en dichas operaciones.

Para poder determinar la cantidad de gas que contiene cada yacimiento, as como para determinar sus caractersticas, se realizan pruebas de evaluacin. Estas pruebas suministran informacin sobre la presin y el flujo de los yacimientos en funcin del tiempo y permiten estimular las reservas y su taza de agotamiento.

Perforacin de un Pozo de Gas Natural o uno de Petrleo Despus que el gelogo ha reunido toda la informacin necesaria y bajo cuidadoso estudio concluye indicando las reas ms pertinentes y prometedoras para una acumulacin comercial de hidrocarburos, se procede a perforar un pozo que es hoy en da, la nica manera de localizar un yacimiento de petrleo o de gas natural. Perforacin con herramienta de cable a percusin: Este mtodo fue el primero utilizado en la industria del petrleo y consiste en una mecha o barrera cortante que se levanta con un cable y se deja caer dentro de un agujero para continuar ahondndolo ms, hasta llegar a los niveles rocosos donde se encuentran los hidrocarburos. Esta tcnica no se utiliza en la actualidad. Perforacin rotatoria: La perforacin la realiza una barrera de acero cortante enroscada en el extremo inferior de una tubera de acero, la cual se hace dar vueltas a una velocidad determinada con una fuerza de apoyo sobre las rocas, de tal manera que se va haciendo el hueco, profundizando y enroscando ms tubera por el extremo superior. Luego que se llega a la profundidad recomendada por los gelogos e ingenieros, sigue una tcnica conocida como terminacin del pozo, la cual consiste en una serie de operaciones hasta la instalacin del equipo que lo pondr a producir, bien sea petrleo o gas, segn el producto predominante. Colocadas las tuberas por donde producir el pozo, se le acopla en la superficie un sistema de vlvulas y conexiones para controlar el flujo del pozo, al cual se le conoce como rbol de navidad*.


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Actualidad del gas natural. El crecimiento econmico va acompaado de un aumento del consumo energtico. As, ambos han variado en el tiempo: con diferentes fuentes energticas, diferentes cantidades consumidas y explotadas y diversas estimaciones de reservas a lo largo del ltimo tiempo. El carbn se usa cada vez menos, buscndose formas de energa alternativas, pero es el petrleo, l que ha ocupado el primer lugar en el consumo mundial desde algunas dcadas. As, el mercado energtico ha estado en manos de los pases que cuentan con mayor cantidad de ste, fijando sus precios por aumento o reducciones en su produccin. Intentos de competencia, (ya sea por tecnologas que lleven a su menor uso) son difciles, pues sus costos de produccin son bajos, y sus reservas de crudo muy altas. Por otro lado, la tendencia mundial actual, en los pases industrializados es una alta preocupacin por el medio ambiente, de forma de lograr un desarrollo sustentable, y no slo un crecimiento econmico, para que las futuras generaciones tengan al menos, las mismas capacidades o superiores, de satisfacer sus necesidades, que las de la generacin actual. Por lo que se busca combustibles no contaminantes, lo que ha llevado a un aumento del consumo de gas natural. La tendencia del mercado mundial del gas natural an no est del todo clara, pues por una parte la alta necesidad de inversin para su transporte y utilizacin, limita a los pases en desarrollo, y adems siempre est presente la amenaza de que los pases con ms altas reservas formen un cartel como el de la OPEP. De esta manera, las tendencias actuales, muestran que el consumo de petrleo se mantendr alto, y slo en la medida que los pases en vas de desarrollo alcancen desarrollos sostenidos, se podr ir avanzando hacia tecnologas que utilicen combustibles o fuentes energticas menos contaminantes. Definicin de gas natural. El gas natural es una moderna fuente de energa de origen fsil, es una de las ms limpias y abundantes del planeta. Se encuentra en el subsuelo y procede de la descomposicin de materia orgnica atrapada entre estratos rocosos. El gas natural es una mezcla de hidrocarburos que, a temperatura ambiente y presin atmosfrica permanecen en estado gaseoso. Est compuesto principalmente por metano y cantidades progresivamente menos de etano, propano e hidrocarburos superiores. Existen diversas denominaciones que se le da al gas natural y por lo general se asocia a los compuestos que forman parte de su composicin. Por ejemplo cuando en el gas hay cido sulfhdrico a niveles por encima de 4 ppm por cada pie cbico de gas se dice que es un gas amargo y cuando su composicin desciende a menos de 4 ppm se dice que es un gas dulce. Un gas hmedo tiene la caracterstica de contener en su composicin un alto porcentaje de hidrocarburos lquidos, y cuando el gas viene acompaado de grandes cantidades de aceite crudo se dice que es un gas asociado. A veces el gas natural contiene el lmite de capacidad de agua que puede retener a condiciones especficas de presin y temperatura entonces se le da el nombre de gas saturado. Segn sea el contenido de gasolina se le denomina gas rico o gas pobre. Como zona lmite entre ambas categoras puede establecerse una banda comprendida entre 10 y 20 litros de hidrocarburos condensables (gasolina) por cada 1000 m3 de gas. Componentes del gas natural. No existe una composicin o mezcla que se pueda tomar para generalizar la composicin del gas natural. Cada gas tiene su propia composicin, de hecho dos pozos de un mismo yacimiento pueden tener una composicin diferente entre s, tambin la composicin del gas vara conforme el yacimiento va siendo explotado, es por eso que se deber hacer un anlisis peridico al gas que es extrado, para adecuar los equipos a la nueva composicin y evitar problemas operacionales.

El gas natural est compuesto principalmente por metano en proporciones que oscilan entre

el 80% y el 90% en volumen, y aun ms; el resto son hidrocarburos de orden superior, parafnicos

en su casi totalidad con algunos isoparafnicos.

Cuando el gas natural es extrado de los yacimientos, muchas veces presenta diferentes

impurezas las cuales hay que eliminar ya que estas pueden provocar daos al medio ambiente,

corrosin en equipos o disminuir el valor comercial del gas.

El gas natural no contiene olefnicos, hidrocarburos stos que se originan en procesos de

destilacin destructiva o reforming.

La composicin de una mezcla de gas natural puede ser expresada tanto en fraccin mol, fraccin volumen o fraccin peso de sus componentes, aunque tambin puede ser expresada en por ciento mol, en por ciento en volumen o por ciento en peso.


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La tabla 1 nos muestra los componentes que a menudo son encontrados en la composicin del gas natural.

Tabla 1. Componentes del gas natural

CLASE COMPONENTE FORMULA

Hidrocarburos

Metano

Etano

Propano

n-Butano

i-Butano

n-Pentano

i-Pentano

Ciclo pentano

Hexanos y pesados

CH4

C2H6

C3H8

n-C4H10

i-C4H10

n-C5H12

i-C5H12

C5H12

C6+

Gases cidos cido Sulfhdrico

Dixido de Carbono

H2S

CO2

Gases Inertes Nitrgeno

Helio

Argn

N2

He

Ar

Compuestos de azufre Mercaptanos

Sulfuros

Bisulfuros

R-SH

R-S-R

R-S-S-R

Otros Agua

Sulfuro de Fierro

H2O

Hidrocarburos Los compuestos principales del gas natural son los hidrocarburos parafnicos desde el metano hasta el pentano, incluyendo los ismeros del butano y pentano. En algunas ocasiones el gas contiene pequeas trazas de compuestos cclicos y hexano y ms pesados. Gases cidos Al H2S y al CO2 se les denomina gases cidos del gas natural. En muchos campos donde es extrado el gas natural la presencia de estos compuestos es elevada los cuales le dan la denominacin de amargo al gas natural. El cido sulfhdrico, tambin conocido como sulfuro de hidrgeno, tiene la caracterstica de tener un desagradable olor y ser muy txico. Por su parte el dixido de carbono es un gas incoloro e inodoro, que a concentraciones bajas no es txico pero en concentraciones elevadas incrementa la frecuencia respiratoria y puede llegar a producir sofocacin. El dixido de carbono es soluble en agua y la solucin resultante puede ser cida como resultado de la formacin de cido carbonilo, de aqu la propiedad corrosiva que el CO2 presenta en presencia de agua. Gases inertes Dentro de la composicin del gas natural se puede incluir gases tales como el nitrgeno, helio, argn. Estos gases son muy estables, y comnmente encontrado en la composicin del gas natural es el nitrgeno. Compuestos de azufre Los compuestos de azufre que frecuentemente se encuentran en el gas natural son los mercaptanos. Los mercaptanos tienen la formula general RSH donde R representa un radical de algn hidrocarburo al cual se le sustituye un hidrgeno por una molcula de SH. Los casos tpicos del mercaptano los podemos representar como: CH3-SH METIL MERCAPTANO C2H5-SH ETIL MERCAPTANO Adems de los mercaptanos, existen otros compuestos de azufre presentes en la corriente de gas. Estos pueden ser los sulfuros y los bisulfuros. Los ms comunes son el sulfuro de carbonilo COS, bisulfuro de carbono CS2 y el tiofeno, el cual es un compuesto insaturado que tiene la forma HC=HC-S-HC=HC. Agua En todos los yacimientos de gas natural y aceite la presencia de agua es inevitable. Parte de esta agua es libre, es decir, se encuentra en forma lquida y puede ser removida pasando el gas a travs de un separador. Despus de remover el agua libre, el gas todava contendr agua en fase de vapor. La capacidad del gas para retener agua esta en funcin de la propia composicin del gas, pero es tambin afectada por la presin y la temperatura de este. El agua en el gas natural es un contaminante perjudicial, solo cuando est presente en la fase lquida, ya que bajas concentraciones de vapor de agua suelen manejarse en plantas y gasoductos sin efectos dainos, mientras que en altas concentraciones solo pueden ser manejadas en


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la fase vapor. Sin embargo, la mayora de los gasoductos operan en rangos de presin y temperatura variables, lo cual origina que parte del vapor de agua cambie a la fase lquida. El agua mezclada con gases cidos provoca corrosin. Esta y otros agentes con el tiempo corroen y causan graves daos a las tuberas y recipientes por donde pasa el gas. El agua con hidrocarburos a bajas temperaturas forma hidratos o bloques de hielo en tuberas, vlvulas o recipientes. Los hidratos se forman a bajas temperaturas, cuando el gas esta sobre presionado, y obturan completamente las lneas de transmisin de gas. En general, el agua en plantas de proceso y tuberas, es indeseable debido a varios factores como son:

I. Reduccin de capacidad. II. Problemas de corrosin.

III. Formacin de hidratos. Propiedades del gas natural. La importancia del estudio de las propiedades de los gases radica en la determinacin de su comportamiento con el fin de obtener clculos precisos para el diseo de equipos de transporte o procesos del gas. En el estado gaseoso las molculas tienen a comportarse como partculas independientes y ocupan todo el recipiente que lo contenga, esto es debido a la energa interna que poseen las molculas. Densidad del gas natural En un determinado volumen las molculas de gas ocupan cierto espacio. Si aumenta el volumen (imaginemos un recipiente lleno de aire al que lo exponemos al calor aumentando su temperatura), la cantidad de molculas (al tener mayor espacio) se distribuirn de manera que encontremos menor cantidad en el mismo volumen anterior.

Podemos medir la cantidad de materia, ese nmero de molculas, mediante una magnitud

denominada masa. La cantidad de molculas, la masa, no vara al aumentar o disminuir (como

en este caso) el volumen, lo que cambia en la relacin masa-volumen. Esta relacin de denomina densidad ().

La densidad es inversamente proporcional al volumen (al aumentar el volumen, manteniendo constante la masa, la densidad disminuye) pero directamente proporcional a la masa (si aumentamos la masa, en un mismo volumen, aumentamos la densidad). El concepto de densidad o sea la masa por unidad de volumen se sustituye en las aplicaciones tcnicas por el peso especifico, o peso por unidad de volumen. El peso especfico del gas es funcin de la temperatura y la presin segn lo indican las leyes del gas perfecto, lo cuan indica que para expresar el peso especfico debe siempre hacerse referencia a la presin y temperatura a la cual se mide. En la industria del gas no es sta la forma corriente de expresarla, sino que se usa el concepto de densidad relativa respecto al aire. La densidad relativa respecto al aire en la relacin entre los pesos especficos del gas y del aire a la misma presin y temperatura. Por ser una relacin carece de dimensin y solo se expresa por un nmero. Cuando se da un nmero como densidad de un gas, por ejemplo 0.62 debe entenderse que se trata de densidad respecto al aire y que se refiere a presin atmosfrica y 15 C. Se le suele completar con el agregado de: aire=1. Por consiguiente esta aclaracin justificar que en adelante se emplee el trmino densidad, tal como se hace comnmente en la industria, sin ajustarse estrictamente a su real significacin. La densidad del gas natural depende de su composicin. Un gas pobre o seco, es decir sin hidrocarburos condensables, tendr una densidad baja que se aproxima a la del metano: 0.55 (aire=1). En cambio un gas rico al cual se le a extrado gasolina podr tener una densidad apreciablemente mayor, por ejemplo 0.8. La densidad comn de un gas al cual se le ha extrado gasolina y que no contenga CO2 es del orden de 0.6 a 0.63.

En la siguiente tabla se indica la relacin entre la densidad del gas y la densidad del aire.

Gas Densidad Relativa (aire=1)

Metano 0.5539

Etano 1.0382

Propano 1.5224

Butano 2.0067


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EL GAS NATURAL Y EL MEDIO AMBIENTE

Desde esta ptica ecolgica es el nico combustible que asegura valores de emisin de contaminantes (SOx y COx) ACEPTABLES para el medio ambiente sin requerir de filtros ni equipos especiales para el tratamiento de los productos de combustin.

El gas natural es un combustible que por su composicin qumica (mas del

90% de metano) produce la menor cantidad de gases generadores del efecto

invernadero que cualquier otra fuente de energa. Emite cerca del 40 al 50%

menos CO2 que el uso del carbn y cerca del 25% menos que cualquier otro

combustible lquido derivado de los hidrocarburos. Por lo tanto, el metano

liberado al ambiente por la operatoria de la industria del gas a nivel mundial

(produccin, transporte y distribucin) sumado a la produccin natural del

metano (seres vivos) contribuye tan solo en un 13% al efecto invernadero.

El gas natural es cada da mas utilizado porque logra una mayor eficiencia energtica con menores niveles de contaminacin.

Su aplicacin mas conocida es la generacin de calor. Sin embargo, el gas

natural brinda por sus caractersticas tcnicas, econmicas y ecolgicas

excelentes rendimientos y una amplia gama de alternativas en diversos usos

domsticos e industriales.

EL GAS NATURAL EN LA REGION MARINA

Mxico actualmente es una potencia mundial en la produccin de gas natural, sin embargo no ha igualado los estndares de produccin de las grandes potencias donde la produccin es aprovechada hasta en un 99%. De acuerdo con el anuario estadstico de PEMEX en el ao 2003 las reservas probadas de gas son de aproximadamente de 14,985 billones de pies cbicos, equivalentes a 14.985 trillones de pies cbicos, o bien 0.424 trillones de metros cbicos. En comparacin el campo de gas natural biognico mas grande del mundo ubicado en Urengoy en la Unin Sovitica contiene alrededor de 8 trillones de metros cbicos (millones de millones de metros cbicos) o sea que Urengoy tiene 18 veces mas gas natural que la reserva de Mxico. El gas natural producido en Mxico en su mayora es termogenico, o se que se obtiene junto con el aceite crudo en pozos con profundidades van de 2130 metros a 5,500 metros. O sea que el gas termogenico se encuentra en rocas productoras a profundidades donde la temperatura sea superior a 150 C, el gas termogenico puede estar entrampado y encontrarse como gas seco o gas hmedo. La produccin de gas natural actualmente es de 4,500 millones de pcsd, y el consumo es de 5,500 millones de pcsd, para el ao 2006 PEMEX planea producir 6,700 millones de pcsd, para lo cual incrementara la produccin de gas no asociado de la cuenca de Burgos, la cual es actualmente de 1000 millones de pcsd. La aplicacin de las tcnicas de la ingeniera petrolera en la explotacin de los yacimientos tiene como objetivo aprovechar al mximo la energa presente en los yacimientos. Histricamente la explotacin de hidrocarburos se inicio con gran inters por el crudo y poco por el gas, de ah que antes fuera cosa comn el observar campos petroleros poblados de quemadores de gas.

El metano como combustible y el aire como comburente generan una de las combustiones ms perfectas: CO2 (dixido de carbono) emitido por el gas

natural al quemarse es menor al producido por otros combustibles.


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Este fenmeno que aun tiene lugar en la actualidad ha obedecido principalmente a que el precio del gas comparado con el crudo se ha mantenido, por lo que la recuperacin de las inversiones requiere mayor tiempo comparado con el aceite. A nivel mundial la inversin por pozos en bsqueda de gas es del orden del 10 %, comparado con el aceite que es del 90 %. El manejo de hidrocarburos presenta caractersticas diferentes segn se trate de lquidos o de gases, estas estn muy ligadas a los conceptos de manejabilidad, seguridad y beneficio econmico. Adems de separar el gas, es necesario comprimirlo para reducir su volumen que ocupa en las condiciones superficiales normales. Y para manejarlo en las condiciones de seguridad de las instalaciones, para el personal y para el ambiente, se requiere disponer de instalaciones adecuadas cuya construccin depende bsicamente del atractivo econmico que ofrecen hacindose rentables.

IMPORTANCIA DE LOS PROCESOS DE SEPARACIN EN LA REGION MARINA

Los fluidos en la cabeza del pozo son una mezcla multicomponente de molculas de hidrgeno y carbono principalmente, donde cada componente tiene diferente densidad, presin de vapor y otras caractersticas fsicas y qumicas. Estos fluidos pueden estar presentes dentro del yacimiento en una o dos fases (lquida y/o gaseosa) a la presin y temperatura de confinamiento; cuando se encuentran en una sola fase y se le somete a cambios de presin y temperatura, el fluido experimenta alteraciones en sus caractersticas fisicoqumicas, con ello se genera en la cabeza del pozo la liberacin de gas en el seno del lquido, con lo cual se requiere de la separacin fsica de estas dos fases, siendo esta operacin una de las ms bsicas en el proceso de produccin y tratamiento del aceite y gas. La seleccin de las condiciones de operacin y del equipo requerido de separacin en la produccin de hidrocarburos, depende fundamentalmente de los objetivos que se pretendan alcanzar. Generalmente estos se orientan a incrementar el ritmo de produccin, reducir los costos por compresin de gas, maximizar la recuperacin de hidrocarburos lquidos, y a la obtencin de productos estabilizados. Para establecer las condiciones de separacin mas apropiadas, de acuerdo a las caractersticas de los fluidos producidos, se tiene que considerar las siguientes variables de control: el tipo, el tamao y los dispositivos internos del separador, el tiempo de residencia del aceite, las etapas de separacin, las presiones y temperaturas de operacin y el lugar de instalacin de los separadores, por citar algunos ejemplos. Es evidente que existir una combinacin de todas estas variables que nos permita obtener la separacin requerida a un costo mnimo. La seleccin de las condiciones de separacin depende, fundamentalmente de los objetivos de produccin establecidos. Estos objetivos estn orientados a la obtencin de: Alta eficiencia en la separacin del aceite y gas. Esta eficiencia en un separador depende fundamentalmente de su diseo. Las caractersticas de los fluidos y los gastos determinan el tipo y las dimensiones del separador para cada caso particular. Mayores ritmos de produccin. Cuando las condiciones de explotacin de los campos productores son favorables, el ritmo de produccin de sus pozos puede aumentarse reduciendo su contrapresin en la superficie. La menor contrapresin, y por consiguiente el mayor gasto, se obtiene colocando los separadores lo mas cercanamente a los pozos, ajustando simultneamente su presin de operacin al valor mnimo que las condiciones de produccin lo permitan; lo anterior sucedera cuando la presin en la cabeza del pozo es controlada por la presin del separador (cuando no tiene estrangulador). En caso de tener pozos estrangulados, lo que se logra es mantener un mayor tiempo de afluencia de los pozos a la etapa de separacin correspondiente. Un ritmo ptimo de produccin depender de las condiciones de operacin del pozo, las cuales son determinadas por medio de un anlisis previo en el que se deben involucrar tanto el comportamiento del yacimiento como el que tiene en las pruebas de presin y de produccin. Mayor recuperacin de hidrocarburos lquidos. Debido a que los hidrocarburos de mayor valor comercial son los lquidos, frecuentemente la eficiencia del proceso de separacin se relaciona con la cantidad de hidrocarburos licuables que contiene la fase gaseosa que abandona los separadores. Para reducir al mnimo esta cantidad de lquidos es necesario generalmente realizar el proceso de separacin en varias etapas; es decir que el lquido desalojado del primer separador pase por otros que operen a presiones reducidas secuencialmente, hasta llegar al tanque de almacenamiento, donde en forma natural se efecta la ltima etapa de separacin, a la temperatura y presin ambiente. En esta forma tambin se obtiene un mayor grado de estabilizacin del aceite y gas separados. La cantidad de lquido recuperable puede obtener simulando el proceso de separacin en el laboratorio, o matemticamente mediante el empleo de ecuaciones de estado, si se conoce la composicin de la mezcla de hidrocarburos producidos. Menores costos por compresin de gas.- En la determinacin de las presiones de separacin de un sistema en etapas, se puede establecer como meta esencial, la minimizacin de costos de operacin mantenimiento e inversin por el equipo de compresin, el cual se requiere para transportar y entregar el gas producido a las condiciones requeridas por petroqumica. En general los costos por este concepto resultan bastantes significativos, debido esencialmente a los siguientes factores: Los volmenes de gas que se separan en las bateras de recoleccin son con frecuencia elevados, especialmente cuando se manejan fluidos producidos de yacimientos con aceite voltil, que se caracteriza por tener factores de volumen y relacin gas-aceite generalmente mayores de 1.7 m3/m3 y de 1200 pie3/bl respectivamente. La presin a la que debe llegar el gas a las plantas de endulzamiento es del orden de 1000 lb. /pulg2 (70 Kg. /cm2), esto es por especificaciones de diseo de las propias plantas. Debido a que la distancia entre las estaciones de recoleccin y las plantas de endulzamiento es considerable, se requiere que al gas le sea suministrada cierta energa adicional para enviarlo a la planta con la presin especificada. Aceite y gas estabilizado.- A fin de que el aceite no experimente prdidas sustanciales por evaporacin durante su almacenamiento, al ser manejado a condiciones superficiales en las refineras, o al cargar los buques para su exportacin, es


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necesario estabilizarlo previamente. El aceite se estabiliza ajustando su presin de vapor de modo tal que esta sea menor que la atmosfrica a la temperatura mxima esperada en el medio ambiente. Un gas estabilizado no formar condensados al quedar sometido a los cambios de presin y temperatura que experimentar durante su transporte por tuberas superficiales. Los condensados se forman al disminuir la temperatura de un gas y/o al incrementar su presin, por lo tanto, el gas se estabiliza eliminando los componentes que pudieran llegar a condensarse al ser manejado posteriormente. En esta forma se ajusta su temperatura de roco a la presin mxima de operacin del gasoducto que lo transportara. Si el gas no es estabilizado, el agua y los hidrocarburos condensados pueden ocasionar problemas de corrosin, represionamiento en las lneas e instalaciones, formacin de hidratos, incrustaciones de sales y una disminucin en la capacidad de transporte de los gasoductos. En la prctica, una vez establecido el ritmo de produccin, se optimizan las presiones y nmero de etapas de separacin con el fin de recuperar el mayor volumen de lquidos, sin descuidar los aspectos de estabilizacin y compresin del gas. Debido a la naturaleza multicomponente de los fluidos producidos, conforme ms alta sea la presin a la cual se realiza la primera etapa de separacin, se obtendr una mayor cantidad de lquido en el separador, pero si esta presin es demasiado alta muchos componentes ligeros permanecern en la fase lquida y sern liberados hacia la fase gaseosa en el tanque de almacenamiento, por otro lado si esta presin es demasiado baja, muchos componentes no permanecern estables en el lquido, siendo liberados y arrastrados por la corriente de gas. Por esto, es muy importante seleccionar adecuadamente las presiones de separacin y el nmero de etapas, para encontrar un punto de equilibrio que sea econmicamente rentable.

OPERACIN Y OBJETIVO DE UNA BATERA DE SEPARACIN, SISTEMA DE MEDICIN Y SERVICIOS AUXILIARES DE UN COMPLEJO DE PRODUCCIN.

BATERIA: Es e l conjunto de tuber as, mecanismos, disposi t ivos y accesorios (co lectores, separadores y tanques) que permite separar , contro lar , medir y a lmacenar temporalmente los f lu idos produc idos por e l conjunto de pozos que confluyen a sta. Finalidad La bater a de separacin t iene como f inalidad separar e l gas, aceite, agua y los s lidos en suspensin que producen los pozos. Las bateras de separac in son insta lac iones convenientes para veri f i car la produccin de un pozo o de un conjunto determinado de stos, las func iones de una bater a de separacin son ml t iples, entre las cuales podemos c i tar : Funciones Separar el acei te, gas, agua y los s lidos en suspensin. Medir los volmenes produc idos ya sea indiv idualmente o de todos los pozos. Almacenar temporalmente el acei te produc ido. Permiti r el bombeo de los l quidos hac ia la central de a lmacenamiento. Los equipos de separacin, como su nombre lo indica, se utilizan en la industria petrolera para separar la mezclas de petrleo crudo y gas que provienen directamente de los pozos, la relacin gas-aceite de estas corrientes disminuye en ocasiones, debido a las cabezas de lquidos que repentinamente se presentan, siendo estas ms frecuentes cuando los pozos producen artificialmente. Las mezclas de crudo y gas, se presentan en los campos petroleros principalmente por las siguientes causas: A) Por lo generalmente los pozos producen lquidos y gas mezclados en un solo flujo. B) Hay tuberas en las que aparentemente se manejan solo lquidos o gas, pero debido a los cambios de presin y temperatura que se producen a travs de la tubera, hay vaporizacin de lquido o condensacin de gas, dando lugar al flujo de dos fases. C) En ocasiones el flujo de gas arrastra lquidos en las compresoras y equipos de procesamiento, en cantidades apreciables. Las razones principales por las que es importante efectuar una separacin adecuada de lquido y gas, son: A) En campos de gas y aceite, donde no se cuenta con el equipo de separacin adecuado el gas se quema, y una cantidad considerable de aceite ligero que es arrastrado por el flujo de gas tambin es quemada, esto de transporte ocasiona grandes prdidas si se considera que el aceite ligero es el de ms alto valor comercial. B) Aunque el gas se transporte a una cierta distancia para tratarlo, es conveniente eliminarle la mayor cantidad de lquido, ya que este ocasiona problemas, tales como: corrosin, y abrasin del equipo de transporte, aumento en las cadas de presin y disminucin en la capacidad de transporte de las lneas. C) Como se menciona el flujo de gas frecuentemente arrastra lquidos de proceso, como Gasolinas Ligeras, las cuales se deben recuperar ya que tienen un valor considerable, en la industria petrolera. El flujo de los pozos petroleros surge del yacimiento al exterior por energa natural a travs de la tubera de produccin hasta llegar al cabezal del pozo; donde es controlado por un rbol con vlvulas de estrangulamiento diseado para resistir presiones hasta de 350 Kg. /cm2. Cada pozo en la plataforma de perforacin esta conectado a un cabezal de prueba mediante vlvulas, las cuales pueden desviar el flujo de cualquier pozo del cabezal de produccin al de prueba. La lnea proveniente de este cabezal entra al separador de prueba, localizado en la plataforma de perforacin para ser usado en aforos peridicos de cada pozo.


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Despus de medir el aceite y gas, a la salida del separador de prueba, son nuevamente combinados y conducidos al cabezal de produccin de la plataforma, para pasar al sistema de separacin (Batera de separacin) que se dividen en varias secciones que son: a. Separador de primera etapa. b. Rectificador de primera etapa. c. Separador de segunda etapa o tanque de balance. d. Rectificador de segunda etapa. El objetivo principal de estas secciones es la separacin de las corrientes de aceite y gas que provienen directamente de los pozos. En un complejo de produccin, existe una diversidad de equipos, de los cuales mencionaremos los que se utilizan para la separacin de aceite y gas. Descripcin de un Separador. Los separadores son equipos utilizados para separar corrientes de aceite y gas que provienen directamente de los pozos. A continuacin se describirn las partes de un separador.

Seccin de Separacin Primaria: En esta seccin se separa la mayor porcin de lquido de la corriente de gas, y se reduce la turbulencia del flujo. La separacin del lquido en esta seccin se realiza mediante un cambio de direccin del flujo. El cambio de direccin se puede efectuar con una entrada tangencial de los fluidos al separador; o bien instalando una placa desviadora a la entrada. Con cualquiera de las dos formas se induce una fuerza centrifuga al flujo, con la que se separan grandes volmenes de liquido. Seccin de separacin secundaria: En esta seccin se separa la mxima cantidad de gotas de lquido de la corriente de gas. Las gotas se separan principalmente por la gravedad y es mnima la turbulencia del flujo. Para esto, el separador debe tener suficiente longitud. En algunos diseos se utilizan veletas a aspas alineadas para reducir aun ms la turbulencia, sirviendo al mismo como superficies colectoras de gota de lquido. La eficiencia de separacin en esta seccin, depende principalmente de las propiedades fsicas del gas y el lquido, del tamao de las gotas de lquido suspendidas en el flujo de gas y del grado de turbulencia. Seccin de Extraccin de Niebla: En esta seccin se separan del flujo de gas, las gotas pequeas de lquido que no se lograron eliminar en las secciones primaria y secundaria del separador. En esta parte del separador se utiliza el efecto de choque o bien la de la fuerza centrifuga como mecanismos de separacin. Mediante estos mecanismos se logran que las pequeas gotas de lquido, se colecten sobre una superficie en donde s acumulan y forman gotas ms grandes, que se drenan a travs de un conducto a la seccin de acumulacin de lquidos o bien caen contra la corriente de gas a la seccin de separacin primaria. El dispositivo utilizado en esta seccin, conocido como extractor de niebla, esta constituido generalmente por un conjunto de veletas o aspas, por alambre entretejido, o por tubos ciclnicos.


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Seccin de Almacenamiento de lquidos: En esta seccin se almacena y descarga el lquido separado de la corriente de gas. Esta parte del separador debe tener la capacidad suficiente para manejar los posibles baches de lquido que se pueden presentar en una operacin normal. Adems debe tener la instrumentacin adecuada para controlar el nivel de lquido en el separador. Esta instrumentacin est formada por un controlador y un indicador de nivel, un flotador y la vlvula de descarga. La seccin de almacenamiento de lquidos debe estar situada en el separador, de tal forma que el lquido acumulado no sea arrastrado por la corriente de gas que fluye a travs del separador. Aparte de las cuatro secciones antes descritas, el separador debe tener dispositivos de seguridad tales como: una vlvula de seguridad y controles de contrapresin adecuados.

BATERA DE SEPARACIN Y SISTEMAS DE MEDICIN.

SECUENCIA DEL FLUJO EN LA BATERA DE SEPARACIN. Los equipos de separacin, como su nombre lo indica, se utilizan en la industria petrolera para separar mezclas de lquidos y gas. La mezcla de lquidos y gas, se presentan en los campos petroleros principalmente por las siguientes causas: A.- Por lo general los pozos producen lquidos y gas mezclado en un solo flujo. B.- Hay tuberas en las que aparentemente se maneja solo lquido o gas; pero debido a los cambios de presin y temperatura que se producen a travs de la tubera, hay vaporizacin de lquido o condensacin de gas, dando lugar al flujo de dos fases. C.- En ocasiones el flujo de gas arrastra lquidos de las compresoras y equipos de procesamiento, en cantidades apreciables. El objetivo principal de un sistema de separacin remoto, es hacer la separacin de aceite y gas provenientes del aceite crudo de un pozo productor. Cada separador pertenece a un sistema de separacin en etapas, tiene dos puntos principales de control de proceso que el de control de nivel del lquido y el control de presin de separacin. Control de nivel de lquido: Un separador tiene un sistema de control que mantiene su nivel de lquido constante regulando el flujo que sale del recipiente. La funcin del sistema es abrir la vlvula de control de nivel cuando este sube, de tal forma que una mayor cantidad de lquido puede fluir afuera del recipiente; y cerrar la vlvula de control cuando el nivel baja, de esta manera una cantidad menor del liquido sale del separador. Este detecta los cambios de nivel en el flotador, y trasmite una seal neumtica a la vlvula de control para abrir o cerrar segn sea necesario, y en esta forma mantener el nivel bajo de operacin normal. El controlador de nivel tiene dos dispositivos los cuales son ajustados manualmente por el operador: un punto de referencia, el cual regula la altura del lquido en el recipiente; y una banda proporcional que controla la sensibilidad del sistema de control. El punto en el que el operador ajusta cada uno de estos dispositivos de control, puede explicarse de una manera ms clara si se considera el sistema de control en trminos de sus funciones: abrir la vlvula de control cuando el nivel sube, y cerrarla cuando este baja. La banda proporcional regula el movimiento de la vlvula de control cuando hay un cambio en el nivel de lquido. Control de presin: La presin en un separador, es controlada por el flujo de gas que sale del recipiente. El sistema generalmente incluye un controlador y una vlvula de control. El controlador detecta la presin dentro del separador, y enva una seal neumtica a la vlvula de control para que abra o cierre, permitiendo el flujo de gas en la cantidad necesaria para mantener la presin en el punto de referencia del controlador. Este es ajustado por el operador a la presin que se ha establecido que debe funcionar el separador. El flujo proveniente de los pozos, entra al separador de primera etapa a travs de las vlvulas de entrada, las cuales son accionadas por el control de nivel del separador de segunda etapa; los gases que se separan pasan al rectificador de primera etapa, los lquidos provenientes del separador de primera etapa salen por la parte inferior del tanque y entran al separador de segunda etapa, estos lquidos fluyen en funcin de las presiones de separacin de los tanques. El rectificador de primera, separa los condensados que se encuentran en el gas, descargando estos lquidos, en el tanque de balance (separador de segunda etapa). El gas proveniente del rectificador es enviado a compresin de alta; en el caso de que existan problemas en los compresores, el gas ser enviado al quemador. En el rectificador de 2 etapa se separan los condensados del gas, estos lquidos son enviados al cabezal de succin, la salida del gas de este rectificador, es enviado a compresin de baja o al quemador en caso de existir problemas operativos con los compresores. El gas separado en el tanque de balance (separador de segunda etapa), pasa al rectificador de segunda etapa. Los lquidos separados en el tanque de balance son succionados por las bombas, para pasarlos por un paquete de medicin a la descarga y despus enviarlos a los diferentes puntos de distribucin, adems existen unos arreglos llamados: retorno por alta presin, retorno por bajo nivel y baja presin de succin. Los dos primeros descargan a la entrada del separador de segunda etapa, cuando son requeridos; y l ultimo descarga al cabezal de succin de las bombas, para proteccin de ellos.


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Descripcin de la Filosofa de Control de Aceite: La entrada de crudo al separador de primera etapa, pasa a travs de las vlvulas LVC-01, las cuales son accionadas por el control de nivel LC-02, del separador de segunda etapa. La salida de lquidos del separador de primera etapa es a travs de las vlvulas LC- 02, que es controlado por LC- 01 del separador de primera etapa. Las vlvulas LV- 03 retorno por bajo nivel, estn controladas por LC-03 del separador de segunda etapa; y las vlvulas LV- 04 son controladas por LC-02; los lquidos provenientes del separador de segunda etapa, entran al cabezal de succin de las turbo bombas. Si el controlador LC-01 detecta un nivel por debajo del set-point, comienza cerrar las vlvulas LV-02 y en caso que el nivel este por arriba del set-point, comienza abrir las vlvulas LV-02. El controlador LC-02 al detectar un nivel por debajo de su set- point, comienza a abrir las vlvulas LV-01 y LV-04, cuando un nivel sobrepasa el set-point comienza a cerrar las vlvulas LV-01 y LV 04, en caso del controlador LC-03 al detectar un nivel por debajo del set-point comienza a abrir las vlvulas LV-03 en caso contrario comienza a cerrar las vlvulas LV-03.

SEPARADOR DE PRUEBA

El separador es un recipiente cilndrico en el cual se lleva a cabo la separacin fsica de aceite y gas, para posteriormente hacer una medicin del aceite y gas que produce cada pozo. Este recipiente puede ser de la siguiente forma: Horizontal, Vertical, y Esfrico, l ms comn en el rea son los Horizontales. Mediante el cabezal de prueba se interconecta al pozo con el separador. El separador cuenta con la siguiente instrumentacin instalada: Nivel de cristal (LG), controlador de nivel (LC), controlador de presin (PC), vlvula de nivel (LV), vlvula de presin (PV), vlvula de seguridad (PSV), indicador de presin (PI), indicador de temperatura (TI), registrador de flujo para corriente de liquido (FR), registrador de flujo para corriente de gas (FR), registrador de presin esttica (PR), un medidor de orificio (Fitting) para gas, un medidor de orificio (Fitting) para lquido. El control de nivel opera de la siguiente manera: si hay un aumento o disminucin en el nivel del tanque, este se detecta por la pierna de nivel que a su vez por medio del brazo de torsin, se detecta al conjunto tobera palometa. Este conjunto segn su accin se alejan o se juntan ocasionando con ello que la cmara superior del relevador se presione, presionando al diafragma inferior y en consecuencia abra la vlvula de aguja del relevador, permitiendo la salida de aire hacia la vlvula, parte de este aire s retroalimenta por medio de la vlvula proporcional. Ahora describiremos la secuencia de operacin del control de presin: si hay un aumento o disminucin en la presin del proceso esta se refleja en el conjunto tobera palometa, si la tobera palometa se juntan con este se ocasiona que en el relevador la cmara superior de este s represione, que a su vez represione al diafragma inferior y en consecuencia abra la vlvula de aguja, con ello permite la entrada de aire a la cmara inferior del relevador y as el aire es mandado a la vlvula, parte de este aire pasa por la vlvula proporcional para el mejor control.


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SISTEMA DE MEDICIN DE ACEITE EN UN COMPLEJO DE PRODUCCIN. La cuantificacin del aceite producido en una batera de separacin se realiza mediante el mtodo de turbina, el cual funciona de la siguiente manera: El flujo de aceite proveniente de la descarga de las turbo-bombas y motobombas, pasa a travs de un paquete de medicin haciendo girar los alabes de la turbina de medicin, los cuales a su vez rompen un campo magntico, generando una onda senosoidal en los pick-up de la turbina, sta seal pasa a travs de un preamplificador de pulsos, convirtiendo la seal senosoidal en pulsos (cuadrados), stos pulsos son contabilizados en un totalizador que se encuentra en el cuarto de control, la medicin es afectada por un factor de la turbina de medicin, generando un Volumen Grueso, posteriormente el volumen es compensado por la presin y temperatura del liquido, generando un Volumen Neto (En BPD).

Nota: la velocidad del flujo, es directamente proporcional a la velocidad angular de la turbina de medicin. PAQUETE DE MEDICIN El paquete de medicin consta de los siguientes elementos: filtros, venas rectificadoras (para lograr un flujo laminar), turbinas de medicin y vlvulas de by-pass. Los equipos de separacin, como su nombre lo indica, se utilizan en la industria petrolera

para separar mezclas de lquidos y gas.


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SISTEMA DE DRENAJE ATMOSFERICO Y PRESURIZADO

LSL

LSH

LSL

LSH

COLECTOR

COLECTOR DE TOMAS

PRESURIZADAS

DESC. TQ. BAL.

DRENAJE ATMS.

DRENAJE PRESURIZADO

ALIMENTACION GAS.

DESFOGUE AL QUEM.

LC

LG

LG

LG

BBA LV

AL MAR

PV

PV

AGUAS ACEITOSAS

AL MAR

ACEITE/DIESEL

SUM. AIRE

INSTOS.

SUM. AIRE INSTOS.

SV

SV


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DIAGRAMA BASICO DE UNA BATERIA DE SEPARACION DE 2 ETAPAS


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FILOSOFA Y CONTROL DE UN SEPARADOR REMOTO

INTRODUCCIN: Antes de iniciar este tema debemos recordar, que una batera es un conjunto de vasijas donde se lleva a efecto el proceso de separacin, su funcin principal es la de separar el gas-aceite, aceite que ser llevado a succin de bombas y posteriormente se enviara para su manejo (almacenamiento, venta o distribucin), el gas ser llevado a otra plataforma donde se comprimir y se tratara bsicamente para el autoconsumo, envindose a los distintos centros de proceso el casi total de la produccin. La filosofa de instrumentacin de un separador remoto tiene la finalidad de evitar un represionamiento en cualquiera de sus etapas cumpliendo con cuatro objetivos: Le dices como operar un paquete. Cuando operar. En donde trabajar. Y porque trabaja. Sintetizando es a la que le pones las condiciones de operacin. Para obtener una buena separacin de la mezcla gas-aceite, en el sistema remoto es necesario controlar el nivel del aceite en el sistema, as como la presin de separacin regulando el flujo de gas a la salida del rectificador. La presin de separacin es la presin con la que se separa el gas y el aceite dentro de la vasija, siendo la presin de separacin optima, aquella en la que se logre el mayor volumen de aceite con la menor presin de separacin. Para realizar este proceso contamos con cinco sistemas los cuales nos ayudan a realizar un proceso de calidad donde el encargado del separador remoto ayudante C, debe tener un amplio conocimiento y habilidad, para detectar y solucionar los problemas que indistintamente se presenten en cualquiera de ellos: Sistemas de control de nivel y presin de separacin. Sistema de medicin. Flujo de gas. Flujo de aceite. Sistema de bombeo neumtico. Sistemas de seguridad. Sistemas auxiliares. SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL Y PRESIN DE SEPARACIN El sistema de control de nivel y presin de primera etapa cuenta con los siguientes lazos de control automtico (paquetes de regulacin) que son: Paquete de regulacin de nivel en la entrada al separador de primera etapa. Paquete de regulacin de nivel en la descarga de aceite de envi. Paquete de regulacin de presin de separacin de primera etapa hacia el rectificador. Paquete de regulacin de la descarga de aceite recuperado del R-1 hacia el tanque de primera etapa. Paquete por alta presin en oleoducto

SECUENCIA DE TRANSPORTE DEL GAS-ACEITE

El hidrocarburo del yacimiento, pasa a la salida de los pozos productores, esta mezcla es recibida por un cabezal de grupo de 16 diam. , y de este hacia un cabezal general de 20 diam., todo este caudal es recibido a travs de un paquete de regulacin hacia el separador remoto que descargan en la salida de oleoducto y gasoducto respectivamente y se enva hacia los centros de procesos, , el aceite recuperado es tornado como carga al separador de segunda etapa o tanque de balance (baja presin) descargando el aceite por la parte inferior y pasa por un filtro antes de succin de bombas, el gas asociado sale por la parte superior haca el rectificador horizontal, el flujo de gas pasa por dos paquetes uno que va al proceso de compresin a otra plataforma y el otro hacia el quemador, el aceite-condensado recuperado es llevado directamente hacia succin de bombas. Durante este proceso de separacin la inyeccin de reactivo anti-espumante juega un papel muy importante por ayudarnos a lograr una mejor separacin eliminando la espuma que se produce durante el proceso. La presin de separacin se ajusta por medio del paquete de regulacin hacia el quemador (el paquete de baja) debiendo tener cuidado de que los paquetes de envi de gas hacia compresin, estn abiertos hasta un cien por cien, con la finalidad de asegurar su envi. As tenemos el ajuste por:

I. Alta presin de separacin.- La presin requerida deber ser ajustada a travs del SET POINT del controlador abriendo la vlvula reguladora y si esto no es suficiente se operara la vlvula manual (by-pass) abrindola hasta donde sea requerida, debiendo tener cuidado de posteriormente cerrarla para que el paquete opere en automtico.

II. Baja presin de separacin.- En este caso primeramente se verificara que el by pass este cerrado al cien por cien y posteriormente se ajustara por medio del SET POINT del controlador cerrando la vlvula reguladora de ser necesario hasta un cien por cien si esto no fuese suficiente se quitara carga hacia el paquete de gas de envi hacia compresin.

Nota: En cualesquiera de estas circunstancias s deber avisar al jefe inmediato superior para que este enterado de los pasos que el operador realizara en su plataforma puesto que estos problemas pueden deberse a otras causas por ejemplo; a cierre sbito de pozos o equipos nuevos que entran en operacin o prueba en la plataforma de compresin.


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Un paquete de regulacin cuenta con una lnea auxiliar con una vlvula de control manual, llamado by pass el cual solo deber utilizarse en casos extremos para auxiliar al paquete de que se trate o en situaciones de malfuncionamiento y/o mantenimiento del controlador. Una vlvula SDV (Shut Down Valve) es una vlvula de corte rpido que puede actuarse manualmente o automticamente a distancia (segn su actuador neumtico, hidrulico o elctrico) para abrirse o cerrarse al cien por cien, en un separador remoto se localiza. La verificacin y cuidados que se deben tener para un buen funcionamiento con las vlvulas con actuador hidrulico shafer que en forma manual se operan (como un gato hidrulico) son:

Checar depsito de aceite hidrulico mnimo un 80%. Mover la palanca indicadora abrir-neutral-cerrar para que esta no se quede en una sola posicin. Se deber purgar l depsito de aceite para eliminar agua y sedimentos principalmente. Operar el actuador en sus diferentes funciones un 5 % para observar su respuesta, as verificar posibles fugas y de

esta manera se evitara que se pegue la vlvula o daen sus sellos.

Un separador remoto cumple con la funcin de separador de primera etapa a boca de pozo para evitar un represionamiento en el pozo. La operacin del separador remoto y el rectificador ciclnico trabajan con presin para controlar sus niveles. El separador remoto tiene dos reguladoras de nivel la LV-01 con trola las vlvulas de presin de salida de gas del rectificador manteniendo una presin aproximada de 4.5 Kg. /cm2 y el LV-02 controla la vlvula de nivel en el paquete de salida de aceite del separador remoto mantenindolo en un 40% aproximadamente de nivel en el separado La SDV-01 es la vlvula de corte del cabezal general de pozos al paquete de regulacin de entrada, que sern operadas por dos controladores de presin en rango dividido localizadas en la descarga de gas del rectificador ciclnico encontrndose tambin la SDV-02. La SDV-03 es una vlvula que opera cuando existe un represionamiento en el cabezal general de pozos y que convierte al oleoducto en leo gasoducto encontrndose en esta lnea una PV (vlvula de alivio) que estar operando para controlar esta alta presin y de no lograrlo abrira la SDV-03. La recuperacin de aceite del rectificador ciclnico donde se juntara con el caudal de la descarga del separador remoto pasando esta por la SDV-04. Nota.- Todas las vlvulas automticas en los paquetes de regulacin de gas y aceite a falta de aire de instrumentos cerraran. La finalidad de esta filosofa de instrumentacin es evitar una alta presin en los pozos para evitar su cierre. La filosofa de instrumentacin tiene 4 objetivos: Es la que dice como,cuando,donde y porque. Entendindose que es la que pone la condicin para operar. NOMENCLATURA: LC-01 Controlador de nivel por medio de la presin de la descarga de gas del rectificador. LC-02 Controlador de nivel por medio del paquete de regulacin de la descarga de aceite del separador. SDV-01 Vlvula de corte rpido en la entrada del separador, impide el paso de aceite-gas al separador remoto provocando un represionamiento hacia el cabezal general de pozos. SDV-02Valvula de corte rpido ubicado en la salida del rectificador ciclnico. SDV-03 Vlvula de corte rpido que opera como vlvula de desvo por alta presin en el cabezal general de pozos y convierte as el oleoducto en leo gasoducto. SDV-04 Vlvula de corte rpido ubicado en la salida de aceite. PV Vlvula de alivio por presin en el cabezal general de pozos, trata de controlar la presin.

Filosofa de control hasta 1996. El sistema de control hasta 1996 era de la siguiente forma: El nivel de crudo en el sistema remoto era controlado por dos lazos cerrados de control de nivel tipo desplazador, colocados en el separador horizontal. Cualquier aumento o disminucin del nivel del tanque era controlado abriendo o cerrando las vlvulas de control de nivel instaladas en la lnea de entrada de mezcla al separador y en la lnea de descarga de crudo del separador. La presin de separacin en el sistema remoto era controlada a la salida de gas del rectificador vertical por dos lazos cerrados de control de presin conectados a la lnea de salida de gas, antes de las reguladoras. En Resumen: Si hay un aumento de nivel las reguladoras de entrada se cierran y las reguladoras de salida abren para mantener el nivel optimo de separacin, y viceversa, una disminucin del nivel las reguladoras de la entrada de mezcla se abren y las reguladoras de nivel de salida de aceite se cierran para mantener el nivel. Si hay un aumento de presin en el separador remoto las reguladoras de presin abren para de presionar el sistema, y viceversa, una disminucin en la presin de separacin, las vlvulas reguladoras cerraran para mantener la presin de separacin en el punto optimo.


23

LC

LAH-02 LSL-02

LG

PSV-02

PSV-01

DESFOGUES DE LAS VALV`S. DE SEGURIDAD

VALV`S DE CONTROL DE PRESION

(SEPARACION) FE-02

GAS

FE-01 FR-01

ACEITE

PAQUETE DE CONTROL DE NIVEL

(DESCARGA)

PAQUETE DE CONTROL DE NIVEL

(ENTRADA)

SDV-01

SEPARADOR REMOTO

RECTIFICADOR

DE GAS

LV-05

LC-03

CONTROL DE NIVEL

(CONDENSADOS) ENTRADA

OLEOGASODUCTO OLEDUCTO SAL. A COMPLEJO

LSH-01

LT-02

LC-02 LG

LC-01 LG

LT-01

LV-03 LV-04

LV-01

LV-02

PC-02

PC-01

6.2

6

TI-01

PSH 01

PURGA

TT

FIT-02

FIT-01

PI-01

LSL-01

LT

PT-01

PT 02

LT 02

INSTTOS. SCADA

Sistema de control Anterior


24

Sistema de Control

Actual

LC

LAH - 02 LSL - 02

LG

PSV - 02

PSV - 01

DESFOGUES DE LAS VALV`S . DE SEGURIDAD

VALV`S DE CONTROL DE NIVEL (SEPARACION)

FE - 02 GAS

FE - 01 FR - 01

ACEITE

PAQUETE DE CONTROL DE NIVEL (DESCARGA)

PAQUETE DE CONTROL DE PRESION (ENTRADA SEPARACION)

SDV - 01

SEPARADOR REMOTO

RECTIFICADOR DE GAS

LV - 05

LC - 03

CONTROL DE NIVEL (CONDENSADOS)

ENTRADA OLEOGASODUCTO OLEDUCTO

SAL. A COMPLEJO

LSH - 01 LT - 02 LC - 02 LG

LC - 01 LG

LT - 01

LV - 03 LV - 04

LV - 01

LV - 02

PC - 02

PC - 01 6.2

6

TI - 01

PSH 01

PURGA

TT

FIT - 02

FIT - 01

PI - 01

LSL - 01

LT

PT - 01 PT 02

LT 02

INSTTOS. SCADA

LC

LAH - 02 LSL - 02

LG

PSV - 02

PSV - 01

DESFOGUES DE LAS VALV`S . DE SEGURIDAD

VALV`S DE CONTROL DE NIVEL (SEPARACION)

FE - 02 GAS

FE - 01 FR - 01

ACEITE

PAQUETE DE CONTROL DE NIVEL (DESCARGA)

PAQUETE DE CONTROL DE PRESION (ENTRADA SEPARACION)

SDV - 01

SEPARADOR REMOTO

RECTIFICADOR DE GAS

LV - 05

LC - 03

CONTROL DE NIVEL (CONDENSADOS)

ENTRADA OLEOGASODUCTO OLEDUCTO

SAL. A COMPLEJO

LSH - 01 LT - 02 LC - 02 LG

LC - 01 LG

LT - 01

LV - 03 LV - 04

LV - 01

LV - 02

PC - 02

PC - 01

6.2

6

TI - 01

PSH 01

PURGA

TT

FIT - 02

FIT - 01 FIT - 01

PI - 01

LSL - 01

LT

PT - 01 PT 02

LT 02 LT 02

INSTTOS. SCADA INSTTOS. SCADA

S-1 S-4

S-5

S-1

S-6 S-7 S-8

S-10 S-6


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FILOSOFIA ACTUAL DE OPERACIN DE UN SEPARADOR REMOTO. El nivel de crudo en el separador remoto es controlado por un solo lazo de control de nivel (neumtico del tipo desplazador leveltrol 2500 y multitrol 2516), montados en el separador. Cualquier aumento o disminucin del nivel en el tanque separador es controlado abriendo o cerrando las vlvulas de control instaladas en las lneas de salida de gas del rectificador. La presin de separacin en el sistema remoto es controlada por dos lazos de control de presin (neumtico tipo wizard 4160), instalados a la salida de gas del rectificador, antes d las vlvulas reguladoras de nivel. Cualquier aumento o disminucin de la presin de separacin es controlada abriendo o cerrando las vlvulas de control de presin instaladas en la entrada de mezcla al separador remoto. En resumen: Si hay un aumento de nivel, las reguladoras de nivel montadas en la salida de gas, se cierran para mantener el nivel optimo de separacin, y viceversa, si hay una disminucin del nivel, las reguladoras se abren para de presionar el separador y permitir la entrada de mezcla al separador remoto. Si hay un aumento de la presin de separacin en el tanque, las reguladoras de presin montadas en la entrada del separador remoto, se cierran para de presionar el sistema tanto como sea necesario, y viceversa, una disminucin en la presin de separacin las reguladoras de presin se abren permitiendo la entrada de la mezcla, para mantener la presin de separacin en el punto optimo.

INSTRUMENTACION GENERALIDADES. Para comprender mas fcilmente el lenguaje de control es necesario entender antes los fundamentos de control, la estandarizacin de la terminologa de control ha encontrado dificultades porque los tcnicos utilizan trminos distintos al referirse a una misma operacin de control. Recientes publicaciones (ASME ISA) estandarizaron los trminos de control ms usados comnmente y fueron aceptados para su prctica, la terminologa y su aplicacin a la instrumentacin se darn conforme se vean las variables que intervienen en el proceso. La instrumentacin, es una de las ramas ms empleadas en la industria petrolera por lo que todos los operadores debemos conocerla para el correcto desarrollo de las actividades que desempeemos en nuestra rea de trabajo, as se obtendr un mejor funcionamiento del instrumento y/o aparato. Debemos mencionar tambin que cuando se conoce el trabajo se evitan riesgos innecesarios y se trabaja con ms seguridad.

DEFINICIONES DE VARIABLES DE OPERACIN (NIVEL, TEMPERATURA, FLUJO Y PRESION). Presin.- Es la fuerza ejercida sobre un rea. Las unidades ms comunes para su determinacin son, en el sistema mtrico

decimal kilogramos por centmetro cuadrado y en el sistema ingles, libras por pulgada cuadrada. Nivel.- Es la altura que alcanza un liquido en un recipiente, se mide en unidades de longitud, sistema mtrico decimal (metro) sistema ingles (yarda). Por ejemplo: el tanque de diesel tiene un metro de altura. PRINCIPIO DE ARQUMEDES.- Todo cuerpo sumergido en un liquido contenido en un recipiente recibe un empuje de abajo hacia arriba, igual a lo que pesa el liquido desalojado. Mtodo directo de medicin de nivel.- estos se efectan comparando la altura del nivel con un solo plano de referencia entre los ms usados. *tubo de vidrio o indicadores de nivel de cristal (LG) *regla graduada o linimetro. *vlvula de purga. *mecanismos de flotador. Temperatura.- Es la cantidad de calor contenida en un cuerpo de acuerdo a una escala. En el sistema mtrico decimal se utiliza el grado centgrado o Celsius, en el sistema ingles se utiliza el grado Fahrenheit o Faraday. La temperatura mide la energa cintica de las partculas en una muestra de una sustancia. Calor.- Es la energa que pasa de un cuerpo a otro cuando tienen distinta temperatura. Flujo.- Es la cantidad de un producto que pasa en un punto dado dentro de un ducto en un tiempo determinado, por ejemplo: autos por hora en un puente de cobro o ante un observador. Es el movimiento o propagacin de un haz de partculas o de radiaciones. Aceleracin.- Es la variacin de la velocidad con respecto al tiempo. Masa.- Es la cantidad de materia contenida en un cuerpo. Densidad.- Concentracin de materia en un volumen dado d=m/v. Viscosidad.- Resistencia de los fluidos a la deformacin. Fluido.- Dicese de los cuerpos cuyas molculas por falta de cohesin pueden deslizarse unas sobre otras (lquidos) o moverse sueltas (gases) por cuya razn dichos cuerpos no tienen forma propia y adoptan la del recipiente que lo contenga. PH.- Cantidad de acidez de una sustancia, un ph de 7 no es ni cida ni alcalino los valores menores de 7 indican una condicin cida y los valores mayores de 7 revelan la condicin de alcalinidad.

PRESIN

Las mediciones de la presin encuentran una gran aplicacin en las industrias de proceso o de manufactura y sus principios son utilizados para formar base para otros instrumentos como termmetros de presin, los indicadores de nivel de lquido y los medidores de presin diferencial.


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El control de la presin en los procesos industriales da condiciones de operaciones seguras. Cualquier recipiente o tubera posee cierta presin mxima de seguridad, variando esto de acuerdo con el material y la construccin. Las presiones excesivas no solo pueden provocar la destruccin del equipo, sino que tambin, durante el proceso de destruccin pueden provocar al personal y al equipo adyacente situaciones peligrosas particularmente cuando estn implicados fluidos inflamables o corrosivos. Para tales aplicaciones, las lecturas absolutas de gran precisin con frecuencia son tan importantes como es la seguridad extrema. Por otro lado la presin puede llegar a tener efectos directos o indirectos en el valor de las variables del proceso (como la composicin de una mezcla en el proceso de destilacin). En tales casos, su valor absoluto medido o controlado con precisin es de gran importancia ya que afectara la pureza de los productos, sacando estos de especificacin. La presin es una fuerza por unidad de superficie en donde para la mayora de los casos se mide directamente por su equilibrio con otra fuerza conocida, que puede ser la de una columna lquida, un resorte, un mbolo cargado con un peso o un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que pueda sufrir una deformacin cualitativa cuando se le aplica la presin. Concepto de presin Se define como la fuerza por unidad de superficie. La presin P ejercida por una fuerza F aplicada sobre un rea plana S esta expresada por:

Unidades de presin

Para la medicin de la presin los instrumentos originales eran manmetros de tuno en U o mecanismos similares del tipo de carga; se han empleado las unidades de carga lquida en los trabajos de ingeniera como de tipo cientfico para expresar los valores de la presin. Se utilizan las unidades inglesas as como las mtricas como unidades de longitud. As, el tipo de lquido (generalmente mercurio y agua) determina su densidad; es necesario sealar el lquido, por ejemplo en la forma de pulgadas de Hg. Se emplean los trminos de pulgadas, pies, centmetros y milmetros. Para vacos de gran magnitud (cercanos al cero absoluto), con frecuencia se emplea el micrn (10-3 mm de Hg). La densidad del lquido vara un poco con la temperatura para las unidades de carga lquida. Por lo tanto para definir una unidad de manera estable, se necesita establecer una temperatura estndar (la cual es la de la mxima densidad del lquido). En el caso del agua, la temperatura estndar es de 3.9 C 39 F; para el mercurio, 0 C 32 F. Las lecturas de cargas de lquidos a temperaturas diferentes a estas, casi no estn sujetas a errores de importancia, y la diferencia puede despreciarse, excepto cuando se trata de pruebas o trabajos cientficos de gran precisin. Tambin se emplean tanto las unidades del sistema ingles como el mtrico, cuando se quieren indicar las presiones a modo de fuerza por unidad de rea. Las unidades de fuerza que son ms comunes, son las unidades gravitacionales o de peso, o sea la unidad de masa multiplicada por la aceleracin debida a la gravedad (32 pies/seg2, 980 cm. /seg2), que equivale a la unidad absoluta de fuerza, por lo tanto las unidades ms comunes son: la libra, la onza, o la tonelada (es ms comn la libra y el kilogramo), y el gramo. La unidad de rea casi siempre es consistente con la unidad de fuerza, segn el sistema de unidades usado; las unidades ms comunes de rea son la pulgada cuadrada y el centmetro cuadrado. Otra forma de expresar la presin es en atmsferas. En donde esta unidad utiliza el valor de 14.7 lb. /pulg2 1.033 Kg. /cm2 de la presin atmosfrica y lo define como una atmsfera. Dos atmsferas seran equivalentes a 29.4 lb. /pulg2 2.066 Kg/cm2, tenindose ventajas en expresar las presiones altas en estas unidades.

Unidades

de presin

PSI Pulgadas c. de

agua Pulgada c. de Hg

Atmsferas Kg/cm2 Cm c. de a Mm c. de Hg Bar Pa

PSI 1 27.68 2.036 0.0680 0.0703 70.31 51.72 0.0689 6894.76

Pulgada c. De a.

0.0361 1 0.0735 0.0024 0.0025 2.540 1.868 0.0024 249

Pulgada c. de Hg

0.4912 13.6 1 0.0334 0.0345 34.53 25.4 0.0338 3386.39

Atmsfera

14.7 406.79 29.92 1 1.033 1033 760 1.0132 1.0133x10

5

Kg./cm2 14.22 392.7 28.96 0.9678 1 1000 735.6 0.98 98066

cm. c. De

a. 0.0142 0.3937 0.0289 0.00096 0.0010 1 0.7355 0.0009 98.06

mm c de Hg

0.0193 0.5353 0.0393 0.0013 0.0013 1.359 1 0.00133 1333.322

Bar 14.5 401 29.53 0.987 1.02 1020 750 1 105

Pa 0.00014 0.0040 0.00029 0.987x10-5 0.102x10-4 0.01 0.0075 10-5 1

Tabla de Unidades de presin


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TIPOS DE PRESION Presin Absoluta Es la presin de un fluido medido con referencia al vaco perfecto o cero absoluto. La presin absoluta es cero nicamente cuando no existe choque entre las molculas lo que indica que la proporcin de molculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequea. Este trmino se creo debido a que la presin atmosfrica varia con la altitud y muchas veces los diseos se hacen en otros pases a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un trmino absoluto unifica criterios. Presin Atmosfrica El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presin (atmosfrica), la presin ejercida por la atmsfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del barmetro (presin baromtrica). Al nivel del mar o a las alturas prximas a este, el valor de la presin es cercano a 14.7 lb. /plg2 o de 29.9 pulgadas (760 mmHg), disminuyendo estos valores con la altitud.

Relacin entre los diferentes tipos de presin

Presin Manomtrica Son normalmente las presiones superiores a la atmosfrica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presin que es desconocida y la presin atmosfrica que existe, si el valor absoluto de la presin es constante y la presin atmosfrica aumenta, la presin manomtrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequea mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante donde es evidente que el valor absoluto de la presin manomtrica puede obtenerse adicionando el valor real de la presin atmosfrica a la lectura del manmetro.

Presin Absoluta = Presin Manomtrica + Presin Atmosfrica. Por ejemplo: si en un punto B la presin manomtrica = 10.3 lb. /pulg2 y la presin atmosfrica es de 14.7, el valor absoluto de B es de 25.0 lb. /pulg2 absolutas. Vaco Se refiere a presiones manomtricas menores que la atmosfrica, que normalmente se miden, mediante los mismos tipos de elementos con que se miden las presiones superiores a la atmosfrica, es decir, por diferencia entre el valor desconocido y la presin atmosfrica existente. Los valores que corresponden al vaco aumentan al acercarse al cero absoluto y por lo general se expresan a modo de centmetros de mercurio (cmHg), metros de agua, etc. De la misma manera que para las presiones manomtricas, las variaciones de la presin atmosfrica tienen solo un efecto pequeo en las lecturas del indicador de vaco. Sin embargo las variaciones pueden llegar a ser de importancia, ya que todo el intervalo hasta llegar al cero absoluto solo comprende 14.7 lb. /pulg2 absolutas. El equivalente en presin absoluta puede ser determinado por substraccin del valor mostrado por el indicador de vaco de la presin atmosfrica sealada por el barmetro.

Presin absoluta = Presin atmosfrica Presin de vaco Presin diferencial Es la diferencia entre dos presiones medidas, tal como las que corresponden a la entrada y salida de una lnea de proceso de algn cambiador de calor, con lo cual se define la cada de presin. La presin diferencial se puede indicar en un manmetro que haya sido arreglado para sealar la diferencia de presiones, lo que generalmente incluye un punto de diferencia equivalente a cero colocados en la parte media de la escala para poder tomar lecturas en la otra direccin. Cuando los dos elementos del manmetro miden presiones manomtricas, la diferencia entre presin absoluta y presin manomtrica es inconveniente ya que las variaciones de la presin atmosfrica tendrn el mismo efecto en la prctica. Presin esttica Esta presin equivale a la fuerza por unidad de rea que acta sobre una pared y que es provocada por algn fluido en reposo o en donde el flujo es paralelo a la pared del conducto; tambin se le denomina presin de lnea. Presin de velocidad A la presin de velocidad tambin se le conoce como carga de velocidad o presin de impacto. Esta presin es la provocada por la velocidad de flujo de un fluido. En el caso de un fluido incompresible, o para gases que fluyen a bajas velocidades, equivale a:

Donde: V = velocidad del flujo de fluido. g = aceleracin de la gravedad. Pv = presin debida a la velocidad del flujo. Esta presin debida al flujo debe calcularse, pues no puede determinarse como una presin indicada.


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Presin hidrosttica Esta presin tambin llamada carga hidrosttica se localiza en cierto punto debajo de la superficie del lquido y la cual se debe a la altura del lquido arriba de dicho punto. Se tiene que la presin P a una altura h debajo de la superficie del lquido es, donde la densidad del lquido es, equivalente a:

P = Hg. Donde: g = aceleracin debida a la gravedad. Todos los valores tienen unidades consistentes. El manmetro o columna de mercurio utiliza esta presin como una medida de la presin desconocida. Clasificacin de los instrumentos de presin Los instrumentos de presin se clasifican en tres grupos:

1. Mecnicos. 2. Neumticos. 3. Electromecnicos y electrnicos.

Elementos mecnicos Los elementos mecnicos se dividen en elementos primarios de medida directa y elementos primarios elsticos. Elementos primarios de medida directa: Son aquellos que miden la presin comparndola con la ejercida por un lquido de densidad y altura conocidas. Manmetro de cubeta. Manmetro de tubo en U. Manmetro de campana invertida. Manmetro de aro balanceado. Manmetro de tubo inclinado. Elementos primarios elsticos: Son aquellos que se deforman por la presin interna del fluido que contienen. Tubo Bordn. Elemento en espiral. Helicoidal. Diafragma y fuelle.

Tubo Bordn El tubo Bordn es un tubo de seccin elptica que fo

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