1. Introducción a Facilidades de Superficie

8/12/2019 1. Introduccin a Facilidades de Superficie

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INGENIERA DE PRODUCCIN II

CONCEPTOS DE FACILIDADES DE

SUPERFICIE PARA INGENIERA DEPRODUCIN

ABRIL 2014

Atahualpa Mantilla


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OBJETIVO

Impartir conocimientos y experiencias a estudiantes de

Ingeniera de Petrleos para familiarizacin de conceptosde facilidades de superficie en Ingeniera de Produccin.

ALCANCE

Cubrir primeramente con variables de proceso,

caractersticas de fluidos, separadores de produccin,tanques y sistemas de bombeo.



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CONTENIDO

CARACTERIZACIN DE FLUIDOS

VARIABLES DE PROCESO

SISTEMAS DE BOMBEO

SEPARADORES DE PRODUCCIN

TANQUES


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PRESIN

Definicin

En fsica y disciplinas afines, lapresin es una magnitud fsica que mide la

fuerza por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una

determinada fuerza resultante sobre una superficie.

P = F /A (1)

Unidades

En el Sistema Internacional de Unidades (SI) la presin se mide en una unidad

derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un

newton actuando uniformemente en un metro cuadrado.



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VARIABLES DE PROCESO PRESIN (cont.)

Equivalencias de unidades de presin

Unidades de presin y sus factores de conversin

Pascal bar psi Kg/cm2 atm Torr

1 Pa (N/m) 1 10-5 1,45x10-4 1,0197x10-5 0,98710-5 0,0075

1 bar (daN/cm) 100000 1 14,5 1,0197 0,987 750

1 psi (lb/pulg) 6894.75 0,0689 1 7,03x10-2 6,80459x10-2 51,7149

1 Kg/cm 98066,5 0,980665 14,22 1 0,9678 735,55

1 atm (760 Torr) 101325 1,013 14,69 1,033 1 760

1 Torr (mmHg) 133 0,00133 1,9336x10-2 1,3595x10-3 0,00132 1


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Tipos de presin

Presin absoluta y relativa

Presin de vapor o presin de saturacin

Presin crtica

Presin parcial

Presin atmosfrica

Presin manomtrica

Presin dinmica

Presin esttica

Presin hidrosttica

Presin de radiacin

Presin arterial

Presin ocular


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Presin crtica

Lapresin crtica es una caracterstica de cualquier sustancia, que define el campo en el que stapuede transformarse en vapor en presencia del lquido correspondiente.

Presin atmosfrica

La presin atmosfrica es la presin ejercida por el aire atmosfrico en cualquier punto de laatmsfera. Normalmente se refiere a la presin atmosfrica terrestre, pero el trmino esgeneralizable a la atmsfera de cualquier planeta o satlite.

Presin manomtrica

Se llama presin manomtrica a la diferencia entre la presin absoluta o real y la presinatmosfrica. Se aplica tan solo en aquellos casos en los que la presin es superior a la presinatmosfrica.

Presin absoluta y relativaEn determinadas aplicaciones la presin se mide no como la presin absoluta sino como la presin por encima de la

presin atmosfrica, denominndose presin relativa, presin normal, presin de gauge o presin

manomtrica. Consecuentemente, la presin absoluta es la presin atmosfrica ms la presin manomtrica (presinque se mide con el manmetro).

Presin de vapor

Comnmentepresin de saturacin es la presin, para una temperatura dada, en la que la fase lquiday el vapor se encuentran en equilibrio dinmico.


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Presin hidrosttica

Lapresin hidrosttica es la parte de la presin debida al peso de un fluido en reposo. En un fluidoen reposo la nica presin existente es la presin hidrosttica, en un fluido en movimiento ademspuede aparecer una presin hidrodinmica adicional relacionada con la velocidad del fluido. Es lapresin que sufren los cuerpos sumergidos en un lquido o fluido por el simple y sencillo hecho desumergirse dentro de este. Se define por la frmula:

Ph= h (3)

= gradiente (g)h = altura o profundidad bajo la altura del fluido

Presin dinmica

Se puede decir que cuando los fluidos se mueven en un ducto, la inercia del movimiento produce un

incremento adicional de la presin esttica al chocar sobre un rea perpendicular al movimiento. Estafuerza se produce por la accin de la presin conocida comodinmica. La presin dinmicadepende de la velocidad y la densidad del fluido.


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TEMPERATURA

Definicin

Latemperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o fro. Por lo general,

un objeto ms"caliente"tendr una temperatura mayor, y si fuere fro tendr una temperatura menor.

Fsicamente es una magnitud escalar relacionada con la energa interna de un sistematermodinmico. Ms especficamente, est relacionada directamente con la parte de la energa

interna conocida como "energa sensible", que es la energa asociada a los movimientos de las

partculas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A

medida que es mayor la energa sensible de un sistema se observa que esta ms "caliente" es decir,

que su temperatura es mayor.


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VARIABLES DE PROCESO TEMPERATURA (cont.)

Unidades

La temperatura se mide con termmetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a unamultitud de escalas que dan lugar a unidades de medicin de la temperatura. En el Sistema

Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es

la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor "cero kelvin" (0 K) al "cero absoluto", y se

grada con un tamao de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del mbito cientfico

el uso de otras escalas de temperatura es comn. La escala ms extendida es la escala Celsius (antes

llamada centgrada); y, en mucha menor medida, y prcticamente slo en los Estados Unidos, la

escala Fahrenheit. Tambin se usa a veces la escala Rankine ( R) que establece su punto de

referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamao de grado

igual al de la Fahrenheit, y es usada nicamente en Estados Unidos, y slo en algunos campos de la

ingeniera.


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Comparacin de escalas de temperaturas

Se comparan las escalas Celsius y Kelvin mostrando los

puntos de referencia anteriores a 1954 y los posteriores para

mostrar cmo ambas convenciones coinciden. De color

negro aparecen el punto triple del agua (0,01 C, 273,16 K) y

el cero absoluto (-273,15 C, 0 K). De colorgris los puntos

de congelamiento (0,00 C, 273,15 K) y ebullicin del agua

(100 C, 373,15 K).


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Kelvin Grado Celsius Grado Fahrenheit Grado Rankine

Kelvin K= K K= C+ 273,15 K= (F+ 459,67) K= Ra

Grado Celsius C= K273,15 C= C C = (F - 32) C = (Ra - 491,67)

Grado Fahrenheit F= K- 459,67 F = C + 32 F= F F= Ra459,67

Grado Rankine Ra= K Ra = (C + 273,15) Ra= F+ 459,67 Ra= Ra

Equivalencias de unidades de presin


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Temperatura en distintos medios

La temperatura en los gases

Sensacin trmica

Temperatura seca

Temperatura radiante

Temperatura hmeda

Coeficiente de dilatacin trmica


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Curiosidades

La temperatura ms alta registrada en nuestro planeta fue medida en el desierto de "El Azizia", en

Libia. All, el 13 de septiembre de 1922, el termmetro marc una temperatura de 57,8 C.

La temperatura ms baja jams registrada fue en la Antrtida, con -89,2 C, cerca de la estacin de

Vostok, el 21 de julio de 1983, a 3420 m de altitud.

El termmetro fue inventado en 1607 por Galileo.

La temperatura media ms alta fue registrada en Etiopa con 34,6C, entre los aos 1960 y 1966.

La temperatura media ms baja fue registrada en la estacin de Vostok, con -55,1 C, entre los aos

1961 y 1990.

La temperatura ms baja registrada en una zona habitada fue en Oymyakon, en Siberia, donde el 26

de enero de 1926, se registr una temperatura de -71,2 C.

La temperatura ms alta alcanzada en el Polo Sur fue de -13,6 C en 1978.


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VARIOS CONCEPTOS RELACIONADOS A TEMPERATURA

Elcalor es la transferencia de energa trmica desde un sistema a otro de menor temperatura. Laenerga trmica puede ser generada por reacciones qumicas (como en la combustin), reacciones

nucleares (como en la fusin nuclear de los tomos de hidrgeno que tienen lugar en el interior del

Sol), disipacin electromagntica (como en los hornos de microondas) o por disipacin mecnica

(friccin). Su concepto est ligado al Principio Cero de la Termodinmica, segn el cual dos cuerpos

en contacto intercambian energa hasta que su temperatura se equilibre.

El calor que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformacin que

se efecte sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino.Los cuerpos no tienen calor, sino energa

interna. El calor es la transferencia de parte de dicha energa interna (energa trmica) de un sistema a

otro, con la condicin de que estn a diferente temperatura.

Calor


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La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional de Unidades es la misma que la de la energa

y el trabajo siendo Joule.

Otra unidad ampliamente utilizada para la cantidad de energa trmica intercambiada es la calora (cal),

que es la cantidad de energa que hay que suministrar a un gramo de agua a 1 atmsfera de presin para

elevar su temperatura de 14,5 a 15,5 grados celsius. La calora tambin es conocida como calora

pequea, en comparacin con la kilocalora (kcal), que se conoce como calora grande y es utilizada en

nutricin.

El BTU, (o unidad trmica britnica) es una medida para el calor muy usada en Estados Unidos y en

muchos otros pases de Amrica. Se define comola cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua

para aumentar su temperatura en un grado Fahrenheit.

1 BTU = 252 caloras

1 cal = 4,184 J

Unidades de calor


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Calor especfico

El calor especfico es la energa necesaria para elevar 1 C la temperatura de una masa determinada de

una sustancia. El concepto de capacidad calorfica es anlogo al anterior pero para una masa de un

mol de sustancia (en este caso es necesario conocer la estructura qumica de la misma).

El calor especfico es un parmetro que depende del material y relaciona el calor que se proporciona a

una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperatura.

La capacidad calorfica de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o menor dificultad que

presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor.

Capacidad calorfica


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Cambios de fase

En la naturaleza existen tres estados usuales de la materia : slido, lquido y gaseoso. Al aplicarle calor auna sustancia, sta puede cambiar de un estado a otro. A estos procesos se les conoce como Cambios de

Fase.

Los posibles cambios de fase son:

de estado slido a lquido, llamado fusin

de estado lquido a slido, llamado solidificacin

de estado lquido a gaseoso, llamado evaporacin o vaporizacin

de estado gaseoso a lquido, llamado condensacin

de estado slido a gaseoso, llamado sublimacin progresiva

de estado gaseoso a slido, llamado sublimacin regresiva o deposicin


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NIVEL

Definicin

Se podra definir como:

Altura a la que llega la superficie de un lquido

Instrumento para averiguar la diferencia de altura entre dos puntos

Altura que alcanza algo o grado en que se sita respecto a escala.

Unidades

Unidades de longitud.


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CAUDAL

DefinicinSe podra definir como:

Es la cantidad de fluido que avanza en una unidad de tiempo.

Unidades de volumen

| m3 bl ft3 gl lt

metro cubico m3 1 6,2898 35,31 264 1000

barril bl 0,1589 1 5,61 42 158,98

pie cubico ft3 0,02831 0,1781 1 7,48 28,31

galn gl 0,003785 0,023809 0,1337 1 3,7854

litro Lt 0,001 0,0062898 0,03531 0,264 1


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CARACTERISTICAS DE LOS FLUIDOS

VISCOSIDAD

Laviscosidad es la oposicin de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no

tiene viscosidad se llama fluido ideal, en realidad todos los fluidos conocidos presentan algo

de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximacin bastante buena para

ciertas aplicaciones.

Explicacin de la viscosidad

Imaginemos un bloque slido (no fluido) sometido a una fuerza tangencial, por ejemplo, una

goma de borrar sobre la que se sita la palma de la mano que empuja en direccin paralela a la

mesa; en este caso, el material slido opone una resistencia a la fuerza aplicada, pero se

deforma (b), tanto ms cuanto menor sea su rigidez.


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VISCOSIDAD

Si imaginamos que la goma de borrar est formada por delgadas capas unas sobre otras, el

resultado de la deformacin es el desplazamiento relativo de unas capas respecto de las

adyacentes, tal como muestra la figura (c).

En los lquidos, el pequeo rozamiento existente entre capasadyacentes se denomina viscosidad.

Es su pequea magnitud la que le confiere al fluido sus peculiares caractersticas; as, porejemplo, si arrastramos la superficie de un lquido con la palma de la mano como hacamos

con la goma de borrar, las capasinferiores no se movern o lo harn mucho ms lentamente

que la superficie ya que son arrastradas por efecto de la pequea resistencia tangencial,

mientras que las capas superiores fluyen con facilidad.


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VISCOSIDAD

Igualmente, si revolvemos con una cuchara un recipiente grande con agua en el que hemosdepositado pequeos trozos de corcho, observaremos que al revolver en el centro tambin se

mueve la periferia y al revolver en la periferia tambin dan vueltas los trocitos de corcho del

centro; de nuevo, las capas cilndricas de agua se mueven por efecto de la viscosidad,

disminuyendo su velocidad a medida que nos alejamos de la cuchara. La viscosidad se mide en

poise, siendo un poise la viscosidad de un lquido en el que para deslizar una capa de un

centmetro cuadrado de rea a la velocidad de 1 cm/s respecto a otra estacionaria situado a 1

cm de distancia fuese necesaria a la fuerza de una dina.

La viscosidad suele decrecer en los lquidos al aumentar la temperatura, aunque algunos pocos

lquidos presentan un aumento de viscosidad cuando se calientan. Para los gases la viscosidad

aumenta al aumentar la temperatura.


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MEDIDAS DE VISCOSIDAD

Coeficiente de viscosidad dinmico, designado como o .

En unidades en el SI: [] = [Pas] = [kgm-1s-1]

otras unidades:

1 Poise = 1 [P] = 10-1

[Pas] = [10-1

kgs-1

m-1

]

Coeficiente de viscosidad cinemtico, designado como , y que resulta ser igual al

cociente del coeficiente de viscosidad dinmica entre la densidad = /.

En unidades en el SI: [] = [m2.s-1]

En el sistema cegesimal es el Stoke(St)


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DENSIDAD

Ladensidad odensidad absoluta es la magnitud que expresa la relacin entre la masa y el

volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro

cbico (kg/m3), aunque frecuente se expresa en g/cm3. La densidad es una magnitud

intensiva.

Unidades de densidad en el Sistema Internacional de Unidades

kilogramo por metro cbico (kg/m).

gramo por centmetro cbico (g/cm).kilogramo por litro (kg/L) o kilogramo por decmetro cbico.

El agua tiene una densidad prxima a 1 kg/L (1000 g/dm = 1 g/cm = 1 g/mL).

gramo por mililitro (g/mL), que equivale a (g/cm).


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EMUSIN

Definicin

Una emulsin es una mezcla de doslquidos inmiscibles de manera ms omenos homognea. Un lquido (la fasedispersa) es dispersado en otro (la fasecontinua o fase dispersante). Muchas

emulsiones son emulsiones deaceite/agua, con grasas alimenticiascomo uno de los tipos ms comunes deaceites encontrados en la vida diaria.Ejemplos de emulsiones incluyen la

mantequilla y la margarina, la leche ycrema, la mayonesa, etc.


A. Dos lquidos inmiscibles, fasecontinua (I) y fase dispersa (II), no

emulsificados.

B. Emulsin de fase dispersaen la fase continua.

C. Emulsin inestable se separaprogresivamente

D. Las posiciones surfactantes (bordeprpura) en las interfaces entre la fase

continua y la fase dispersa; estabilizan la

emulsin.


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Se necesitan 3 condiciones para estabilizar una emulsin:

Los lquidos deben ser inmiscibles Presencia de un agente emulsionante

Realizacin de trabajo mecnico

EMUSIN



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EmulsionesAguaenPetrleo(W/O)

EmulsionesdePetrleoenAgua(O/W)


CLASIFICACIN DE EMUSIONES

Inversas por el contrario son las que la fase dispersa esuna substancia hidroflica y la fase continua es lipoflica.Estas se denominan W/O.

Ejemplo: margarinas, fluidos hidrulicos y la mayora delas cremas cosmticas.

Las emulsiones se clasifican en directas, inversas mltiples.

Directas son aquellas en las que la fase dispersa es unasubstancia lipoflica (aceite) y la fase continua eshidroflica (agua). Estas se denominan O/W.

Ejemplo: leche, mayonesa, pinturas, alimentos, etc.


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CLASIFICACIN DE EMUSIONES


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Enlarecuperacinprimaria. Cuandoseempleanmtodosderecuperacinsecundariayterciaria. Equiposusados paraaumentarlaproduccin,ejemplo:bombasde

subsuelo

Entratamientoqumicosdepozosproductores,ejemplo:inhibidoresdecorrosin

Nuevosymejoradosmtodosderecuperacin,ejemplo,usodesurfactantes.


FUENTE DE EMUSIONES


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Temperatura

La adicin de calor cambia la viscosidad del petrleo y las

caractersticas interfaciales de la emulsin. Se incrementa el movimiento browniano de las gotas de agua

dentro del petrleo.

En ocasiones, el calor aadido puede romper la pelculaestabilizadora de la emulsin.


FACTORES DE ESTABILIZACIN DE EMUSIONES

Viscosidad

La viscosidad de un lquido puede ser considerada como la resistenciaal flujo. A mayor viscosidad mayor resistencia a fluir.

Un petrleo de alta viscosidad requiere ms tiempo para que las gotas

de agua decanten.

Tipo de petrleo

Petrleo pesado forma emulsiones mas estables.

Petrleo liviano forma emulsiones menos estables.


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Gravedadespecfica La gravedad especfica del petrleo y del agua tienden a producir

estabilidad en la emulsin.

En emulsiones W/O, un petrleo con alta gravedad especfica tiendea retener por ms tiempo las gotas de agua en suspensin que unocon baja gravedad especfica.



Porcentaje de agua y dimetro de gotas

Emulsiones ocurren en un amplio rango de mezclas de petrleo con agua.

Un pequeo porcentaje de agua en petrleo a menudo se emulsiona demanera estable a diferencia que grandes cantidades de agua.


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Edad de la emulsin

Las emulsiones de petrleo son sistemas que no tienen unequilibrio estable.

La estabilidad de las emulsiones se incrementa con la edad o el

tiempo, lo cual incrementa su resistencia a la deshidratacin.



Agente emulsionante o fuerza externaMayor turbulencias forman mulsiones estables.Emulsificantes slidos (no solubles).- slica, negro de humo, arcilla,

hierro, zinc, ya sea saturados por agua o por petrleo.Emulsificantes solubles.-jabones sdicos y de magnesio, carbonato decalcio, asfalto, bitumenes, sustancias resinosas, etc.


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Las emulsiones de petrleo son sistemas que no tienen un equilibrio

estable.

La estabilidad de las emulsiones se incrementa con la edad o el

tiempo, lo cual incrementa su resistencia a la deshidratacin.


AGUA LIBRE

Agente emulsionante o fuerza externa

Mayor turbulencias forman mulsiones

estables.

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