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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO

PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERÍA DE GAS

EVALUACIÓN TÉCNICO ECONÓMICO PARA EL REEMPLAZO

DE SEPARADORES DE ALTA EN ESTACIONES DE FLUJO Trabajo de Grado presentado para optar al Grado Académico de

MAGÍSTER SCIENTIARIUN EN INGENIERÍA DE GAS

Autor: Carlos G. Rincón Eizaga Tutor: Prof. Jorge Barrientos

Maracaibo, Diciembre de 2004

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO

PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERÍA DE GAS

EVALUACIÓN TÉCNICO ECONÓMICO PARA EL REEMPLAZO

DE SEPARADORES DE ALTA EN ESTACIONES DE FLUJO

Trabajo Especial de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia

para optar al Grado Académico de


Autor: Carlos G. Rincón Eizaga Tutor: Prof. Jorge Barrientos


APROBACION Este Jurado aprueba el Trabajo de Grado titulado Evaluación Técnico Económico Para El Reemplazo De Separadores de Alta en Estaciones de Flujo que Carlos Rincón Eizaga, C.I. 10.415.964 presenta ante el Consejo Técnico de la División de Post Grado de la Facultad de Ingeniería en cumplimiento del Articulo 51, Parágrafo 51.6 de la Sección Segunda del Reglamento de Estudios para Graduados de la Universidad del Zulia, como requisito para optar al grado Académico


__________________________ Coordinador del Jurado Prof. Jorge Barrientos

C.I. 3.509.055

__________________________ __________________________ Prof. Edinson Alcántara A. Prof. Orlando Zambrano

C.I. 3.453.064 C.I. 7.548.612

__________________________ Director de la División de Postgrado

Prof. Carlos Rincón


Rincón Eizaga, Carlos Gerardo. Evaluación Técnico Económico Para El Reemplazo De Separadores De Alta En Estaciones De Flujo, Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Post Grado. Maracaibo. Tutor Prof. Jorge Barrientos.

RESUMEN

Para llevar a cabo el objetivo principal de una empresa del ramo petrolero es fundamental disminuir sus costos y poder ampliar la capacidad de diseño en instalaciones costa afuera y de esta forma sobrevivir a la exigencias de un mundo muy competitivo. La incorporación de nuevas tecnologías en los sistemas de separación de las estaciones de flujo ha permitido optimizar los procesos y los costos a lo largo de la vida útil de los activos. Es un objetivo fundamental de la gerencia incorporar estas nuevas tecnologías en las instalaciones que han sobrepasado su vida esperada, pero que financieramente posee un valor monetario. Cumpliendo con las normas y procedimientos de calidad, seguridad, higiene y ambiente establecidos. Dado que los tiempos entre fallas y los impactos en producción por indisponibilidad de estos activos se han venido incrementando, surgió la necesidad de identificar oportunidades de mejora al proceso, incorporar tecnología que permitan maximizar el proceso interno como los procesos alrededor de este, mediante la evaluación de modelos probabilísticos que representen la vida real de estos activos. Con el estudio y análisis realizado a éstos modelos de sistemas de separación se minimizará el impacto operacional y los tiempos de entre; evitando con esto un riesgo por déficit de producción y costos de mantenimiento correctivo de 2 MMMBs aproximadamente, en operaciones de las EF’s correspondientes a las Unidades de Explotación que poseen operaciones costa afuera.

Palabras Claves: Costo de Ciclo de Vida, Separador, Análisis Modo de

Efecto de Falla, Costos de Mantenimiento, Optimización.

Email del Autor: [email protected]

Rincón Eizaga, Carlos Gerardo. Technical Economic Evaluation For the Replacement of High Pressure Separators In Flow Stations (2004), Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Post Grado. Maracaibo. Tutor Prof. Jorge Barrientos.

ABSTRACT

In order to carry out the primary target of a company of the oil branch it is fundamental to diminish its costs and power outside of extending the capacity of design in facilities coast and this form to survive the exigencies of a very competitive world. The incorporation of new technologies in the systems of separation of the flow stations has allowed optimizing the processes and the costs throughout the cycle life of the assets. It’s a main target of the management to incorporate these new technologies in the facilities that have exceeded their waited for life, but that financially it has a monetary value. Fulfilling the norms and established procedures of quality, security, hygiene and environments. Since the times between faults and the impacts in production by unavailability of these assets have come increasing, the necessity to identify opportunities of improvement to the process, to incorporate technology that allow to maximize the internal process like the processes around this, by means of the evaluation of probabilísticos models that represent the real life of these assets. The study and analysis made to these models of separation systems one will diminish the operational impact and the times of between; avoiding with this a risk by production deficit and costs of corrective maintenance of 2 MMMBs approximately, in operations of the EF's corresponding to the Units of Operation that have operations outside coast. Key words: Life cycle cost, Separator, Failure Modes Effect Analysis, Costs of Maintenance, Optimization. Email del Autor: [email protected]

DEDICATORIA

Doy infinitas gracias a DIOS por darme salud, iluminación y constancia

para llevar a cabo la culminación de mi Trabajo Especial de Grado.

A mi Mamá, que siempre me han enseñado el amor, la tolerancia, la

constancia, el respeto y ponerme en el camino del constante aprendizaje

para alcanzar las metas propuestas.

A Lolymar, que sin su apoyo, comprensión, ayuda y amor, hubiera sido

difícil la culminación de esta etapa tan importante en nuestras vida.

Gracias a todos.

AGRADECIMIENTO

A mi tutor académicos Jorge Barrientos, por su dedicación, interés,

orientación y el apoyo brindado durante la realización de este trabajo.

Al Ing. Lenín Juárez, mi asesor industrial, por brindarme su amistad y

confianza, por ayudarme y orientarme para realizar un buen trabajo. Muchas

Gracias.

A todo el Equipo de Confiabilidad de la verdadera PDVSA por apoyarnos

en la culminación de este post grado.

A todo mis familiares y amigos que de una u otra forma me apoyaron en

poder alcanzar este objetivo.

A mis amigos de Lagocinco, por su dedicación e interés brindado durante

la realización de este trabajo de grado.

Gracias a todos.

CONTENIDO

Página RESUMEN 3 ABSTRACT 4 DEDICATORIA 5 AGRADECIMIENTO 6 CONTENIDO 7 INDICE DE TABLAS 10 INDICE DE FIGURAS 11 CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.......................................................................... 12

1.1. Generalidades...................................................................................................... 1.2. Antecedentes de la Investigación................................................................ 1.3. Planteamiento del Problema........................................................................... 1.4. Justificación y Delimitación de la Investigación..................................... 1.5.Objetivos..................................................................................................................

1.5.1. Objetivo General ...................................................................................... 1.5.2. Objetivo Específicos ................................................................................

1.6. Hipótesis.................................................................................................................1.7. Viabilidad de la Investigación........................................................................

12 13 14 15 16 16 16 17 17

II INGENIERÍA DE GAS................................................................................................. 18 2.1. Proceso de Producción de Crudo y Gas............................................................

2.1.1. Estaciones Recolectora s de Crudo.......................................................... 2.1.2. Sistema de Separación de Crudo.............................................................

2.1.2.1. Separadores............................................................................................ 2.1.2.2. Funciones del Separador.................................................................... 2.1.2.3. Clasificación de los Separadores..................................................... 2.1.2.4. Partes del Separador...........................................................................

2.1.3. Instrumentación Asociada a los Separadores de Producción........ 2.2. Sistema de Separación Nueva Tecnología......................................................

2.2.1. Ciclón Cilíndrico Gas Líquido...................................................................... 2.2.1.1. Procedimiento de Simulación del Programa GLCC VX 7.0 para Diseño de GLCC............................................................................................ 2.2.1.2. Criterio de Diseño del GLCC............................................................. 2.2.1.3. Diámetro del GLCC............................................................................... 2.2.1.4. Diámetro de la Sección Inclinada de Entrada........................... 2.2.1.5. Área en la Boquilla de Entrada....................................................... 2.2.1.6. Análisis en la Boquilla para Flujo Estratificado....................... 2.2.1.7. Longitud del GLCC en la Parte Superior..................................... 2.2.1.8. Longitud del GLCC en la Parte Inferior......................................... 2.2.1.9. Sección de Liquido y Gas...................................................................

2.2.2. Recomendaciones de Diseño para la Relación de Esbeltez L/D del GLCC..........................................................................................................................

18 18 23 24 25 25 26 28 30 30

31 33 33 34 34 35 37 38 38

38

2.2.2.1. Velocidad Crítica .................................................................................. 2.2.2.2. Relación de Esbeltez de la Región del Vórtice........................... 2.2.2.3. Velocidad Radial de la Gota.............................................................. 2.2.2.4. Posición de la Partícula....................................................................... 2.2.2.5. La relación de Esbeltez Total .......................................................... 2.2.2.6. Altura de Equilibrio del Nivel de Líquido...................................... 2.2.2.7. Pérdidas por Fricción...........................................................................

2.2.3. Modelo para Describir la Trayectoria de la Partícula........................ 2.2.4. Modelo para Describir la Región del Vórtice........................................

38 39 40 41 42 42 43 43 46

III INGENIERÍA DE CONFIABILIDAD....................................................................... 49 3.1.- Costo de Ciclo de Vida..........................................................................................

3.1.1.- Elementos del Costo de Ciclo de Vida................................................... 3.1.1.1.- Costo Inicial ó Inversión (CIC) ...................................................... 3.1.1.2.- Costo de Instalación (CIN) ............................................................. 3.1.1.3.- Costo de Energía (CE) ..................................................................... 3.1.1.4.- Costo de Operación (CO) ............................................................... 3.1.1.5.- Costo de Mantenimiento y Reparación (CM) .......................... 3.1.1.6.- Tiempo Fuera de Servicio y Pérdida de Producción (CS) ... 3.1.1.7.- Costo de Impacto Ambiental, Disposición de Partes Y Contaminación por Derrames (CENV) .......................................................... 3.1.1.8.- Costos de Desincorporación y Restauración del Ambiente (CD) ............................................................................................................................

3.1.2.- Costos de Ciclo de Vida, Valor del Dinero........................................... 3.1.3.- Inflación ........................................................................................................... 3.1.4.- Tasa de Descuento ...................................................................................... 3.1.5.- Valor Presente Neto (VPN) ....................................................................... 3.1.6.- Elemento de Costo ...................................................................................... 3.1.7.-Costos Anuales y Promedios......................................................................

3.2.- Optimización Costo Riesgo.................................................................................. 3.3.- Mantenimiento Centrado En La Confiabilidad (MCC) .............................

49 52 52 53 54 55 56 59

59

60 60 62 62 63 63 64 64 65

IV MARCO METODOLÓGICO........................................................................................ 78 4.1. Tipo de Investigación..................................................................................... 4.2. Población.......................................................................................................... 4.3. Recopilación de la Información...................................................................

4.3.1. Modelos Probabilísticos de Diseño de Separación.......................... 4.3.2. Modelo Probabilístico de Costo de Ciclo de Vida.............................

4.4. Propiedades de los Fluidos.................................................................................. 4.5. Modelo Probabilístico de Diseño de Separadores....................................

4.5.1. Caracterización Probabilística de las Propiedades Físicas............. 4.5.2. Modelo Probabilístico del Separador Ciclónico...................................

4.6. Modelo de Costo de Ciclo de Vida.................................................................

78 78 79 79 80 80 81 82 86 90

V COSTO DE CICLO DE VIDA............................................................................... 92 5.1. Costo de Ciclo de Vida Separadores Bifásicos............................................. 5.2. Costo de Ciclo de Vida Separador Ciclónico (Modos De Fallas Y Política De Mantenimiento Sep Bifásico) ................................................................. 5.3. Costo de Ciclo de Vida Separador Ciclónico. ...............................................

92

97 100

VI CONCLUSIONES................................................................................................ 103 6.1. Conclusiones...................................................................................................... 103 6.2. Recomendaciones............................................................................................. 104 BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................... 105

ÍNDICE DE TABLAS

Página

Tabla 4.1 Datos de la Variables del Modelo 83

Tabla 4.2 Base de Datos de la Variables 85

Tabla 4.3 Rangos y parámetros de Variables 87

ÍNDICE DE FIGURAS

Página Figura 2.1 Sistemas principales de una EF. 19

Figura 2.2 Distribución de los sistemas principales de la EF 23

Figura 2.3.- Esquema de un Separador. 28

Figura 2.4 Nomenclatura GLCC. 32

Figura 2.5 GLCC usado como depurador de gas. 33

Figura 2.6 Flujo estratificado en la boquilla. 37

Figura 2.7 Esquema de trayectoria de partícula. 45

Figura 2.8 Fuerzas sobre la partícula en zona del vórtice. 47

Figura 3.1 Representación gráfica de la hoja de decisión. 74

Figura 4.1 Barra de Herramientas del Crystal Ball 83

Figura 4.2 Galería de Distribuciones Probabilísticas 84

Figura 4.3 Asunción de la Variable Potencial acotada 85

Figura 4.4 Barra de Menú del GLCC Vx7 86

Figura 4.5 Pantalla de Entrada de Valores caraterizados 88

12

CAPÍTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1.- Generalidades

De los desafíos principales para cualquier corporación, quizás ninguno es

más difícil el desafío de manejar la investigación y el desarrollo de nuevas

tecnologías en un ambiente de recursos obligados. Para encarar este desafío,

las corporaciones han emprendido varias iniciativas dirigidas a alinear sus

programas con las realidades de su presupuesto. Estos esfuerzos han sido el

desarrollo del plan estratégico del proceso. Para resolver las metas

estratégicas dispuestas en cada una de las gerencias, en el plan estratégico,

y en el plan de las mejoras del análisis de costo, las corporaciones han

respondido comenzando nuevas iniciativas propias, con el fin de conseguir

niveles alto de rendimiento.

Las Corporaciones del sector petrolero juegan un papel importante dentro

de la economía del país, es por esto implementan nuevas estrategias para

incrementar su calidad, y es parte de la búsqueda de un equilibrio entre los

procesos y los recursos básicos. El área medular es la de producción, con el

fin de alcanzar el objetivo de llevar a la corporación al ámbito de Categoría

de Clase Mundial, para obtener la excelencia en su gestión corporativa,

el reconocimiento internacional de la calidad y la rentabilidad de sus

productos y procesos, se apoya en enfoques engranan una serie de

elementos técnicos, de negocio y filosóficos en una estrategia global,

denominado Confiabilidad Operacional.

Dentro de la Confiabilidad Operacional se cuenta con una herramienta

técnica llamada Costo de Ciclo de Vida (Life Cycle Cost LCC), esta

13

herramienta de alto impacto permite establecer, reducir y controlar de

manera estructurada los costos incurridos durante la vida útil de un activo,

partiendo de la realidad del campo y del contexto operacional al cual están

sometidos los equipos.

El Análisis de Costo de Ciclo de Vida es una metodología basada en una

revisión sistemática de los costos y posee varias aplicaciones, como:

identificar las más beneficiosas estrategias de procura, estrategias de toma

de decisión y diseño, determinación del uso de la nueva tecnología,

estimación de los presupuesto futuros y otros.

El presente análisis está enfocado en la aplicación del Costo de Ciclo de

Vida a los sistemas de separación de las Estaciones de Flujo que se ubican en

el Lago de Maracaibo, centrado en la factibilidad de incorporación de nueva

tecnología vs. la utilización de la tecnología existente optimizada.

Debido a la elevada tasa de fallas, a los altos costos de mantenimientos y

al impacto operacional y ambiental de los sistemas de separación

pertenecientes a las Estaciones de Flujo; como consecuencia de los cambios

operacionales realizados a lo largo de más de 20 años, se vió en la

necesidad de identificar nuevas tecnologías para el reemplazo de estos

activos acorde al contexto operacional de los siguiente 20 años,

considerando las inversiones para la puesta en marcha de este proyecto, los

costos planificados y los costos de la baja confiabilidad.

1.2.- Antecedentes de la Investigación

El cambiante mundo de los procesos de producción de hidrocarburos ha

permitido el desarrollo y la maximización de las facilidades encargadas de la

recolección de crudo debido a los planes de explotación establecido por la

gerencia. La generación de mayor fuente de crudo debido a la perforaciones

14

exitosas a lo largo de mas de 40 años ha permitido establecer volúmenes de

entrega de crudo según especificaciones a nuestros clientes. Pero por otro

lado, la vida útil de los activos dentro de instalaciones de producción se han

visto afectadas debido a un entorno socio económico, requiere el mayor

aprovechamiento de los recursos con un mínimo de inversión para conseguir

un mayor retorno originado por políticas carentes de proyección de ciclo de

vidas; ocasionando un deterioro de las instalaciones recolectoras de crudo

como la posibilidad de reemplazo de dichos activos la conforman. La

incorporación de nuevos pozos en facilidades de producción aunado a la

necesidad de generar un mayor provecho acorde a las necesidades

prevalecen en el mercado, ha permitido evaluar escenarios para un mayor

aprovechamiento de los ya existentes.

1.3.- Planteamiento del Problema

Los Sistemas de Separación de las Estaciones de Flujo ubicadas en el

Lago de Maracaibo han estado por mas de 20 años en funcionamiento, han

experimentado en los últimos años un incremento de los caudales de manejo

debido a la incorporación de nuevos pozos, ocasionando una disminución de

los tiempos de retención provocando los equipos controlan el proceso ciclen a

una frecuencia mayor a la de diseño, situación origina que los separadores

no cumplan con su objetivo. La superación de la capacidad de diseño de

estos equipos ha originado incrementos en los costos producto de la baja

confiabilidad, representado por:

• Costos de mantenimiento correctivo, Impactos de producción, e

• Impactos ambientales.

Por tal motivo, para contrarrestar esta situación se hace necesario

evaluar la incorporación de nuevas tecnologías acorde al plan de explotación

15

de la instalación vs. mantener los equipos existentes, siempre y cuando sea

técnicamente factible, económicamente rentable y presupuestariamente

viable.

1.4.- Justificación y Delimitación de la Investigación

La realización de este estudio surge de la necesidad de incorporar nuevas

tecnologías para optimizar los procesos de separación dentro de las

Estaciones de Flujo, presentan una superación de la capacidad de diseño,

debido al incremento de los caudales manejados, originando un incremento

de los costos de la baja confiabilidad, de igual forma conseguir la mejor

optimización de los espacios para un mejor aprovechamiento del área (crítico

en instalaciones de producción costa-afuera).

Por tal motivo se evaluará el costo de ciclo de vida de los Sistemas de

Separación de Alta de las EF’s, incorporando comportamientos probabilísticos

para vislumbrar escenarios permitan mitigar la problemática existente.

Con el desarrollo de este estudio y soportado por otras herramientas de

Confiabilidad Operacional nos permitiría vislumbrar:

• Incremento de la capacidad productiva

• Satisfacción del cliente

• Reducción del costo por barril.

• Redefinir los planes de mantenimiento.

• Dirigir o enfocar los esfuerzos a tareas de mantenimiento optimizadas.

• Incremento de la confiabilidad y seguridad.

Al posicionarse en el ámbito de empresas mundiales con las mejores

prácticas en mantenimiento se lograría.

16

• Minimizar los tiempos de parada de los equipos.

• Generar las frecuencias programadas de mantenimiento.

• Aumentar la disponibilidad de las instalaciones, mediante procesos de

mejoramiento analizables.

• Mejorar la efectividad de mantenimiento.

• Integrar la Gestión de Operaciones, Mantenimiento y Producción.

1.5.- Objetivos

1.5.1.- Objetivo General

Realizar un análisis técnico económico para evaluar el reemplazo de los

Separadores de Altas en las Estaciones de Flujo presenten una superación de

la capacidad de diseño existentes por Separadores Ciclónicos basado en la

Metodología de Costo de Ciclo de Vidas con el objeto de asegurar la

eficiencia y capacidad de producción de dichas instalaciones.

1.5.2.- Objetivo Específicos

• Desarrollar un procedimiento de cálculo probabilístico para el

dimensionamiento de un separador ciclónico para estaciones de flujo.

• Evaluar el costo de ciclo de vida probabilístico de los separadores

ciclónicos considerando los costos de la baja confiabilidad.

• Evaluar el costo de ciclo de vida probabilístico de los separadores de

producción de alta existentes en las estaciones de flujo .

• Evaluar los indicadores económicos para cada uno de los escenarios de

reemplazo de los separadores de producción de alta por separadores

ciclónicos.

17

1.6.- Hipótesis

Con la incorporación de nuevas tecnología para la separación de crudo

mediante la utilización de Ciclones en el área de separación de producción de

alta presión de aquellas instalaciones donde estos activo han superado su

vida útil, se podrá cumplir con el plan de explotación establecido y de esta

forma garantizar la optimización de los procesos e infraestructura dentro de

las estaciones de flujo.

1.7.- Viabilidad de la investigación El desarrollo de este trabajo de investigación forma parte de una serie de

estudios de carácter técnico económico para el proceso de optimización de

las facilidades de superficie como lo son los múltiples de producción,

múltiples de gas lift y estaciones de flujo. La suma de los resultados

obtenidos en este estudio son necesarios para los futuros planteamientos en

los portafolios de oportunidades que se genera la empresa a establecer en

los años 2005, 2006, 2007 y 2008.

18

CAPÍTULO II

INGENIERÍA DE GAS

2.1.- Proceso de Producción de Crudo y Gas

El proceso de producción se inicia con la extracción del flujo multifásico

de los pozos, este flujo está conformado por crudo, gas y agua. Luego, de su

extracción el crudo es transportado a través de tuberías hacia los múltiples

de producción. Allí se recolecta la producción de varios pozos en una tubería

o directamente en la estación de flujo, encargada de separar y distribuir gas

y líquido a su respectivo destino.

El ciclo productivo del crudo, presenta lazos de realimentación o de

reemplazo de fluidos, a través de la inyección de gas y de agua mediante la

utilización del gas para el levantamiento de los líquidos, también denominado

levantamiento artificial o Gas Lift; creados con el propósito de aumentar la

producción y el recobro de crudo, permite extraer el mayor número de

barriles de crudo al menor costo y con mayor eficiencia.

2.1.1.- Estaciones Recolectoras de Crudos

Definición

La estación de flujo es una estructura de mediana complejidad,

conformada por un conjunto de equipos interrelacionados, donde se

recolecta, separa y almacena temporalmente, bombeando la producción de

petróleo y gas proveniente de los pozos asociados a ella. Los sistemas

principales de una estación de flujo tal como se esquematizan en la Figura

2.1 son:

19

Sistemas principales en una EF:

• Múltiples de recolección.

• Sistema de Separador Producción.

• Sistema de Separación de Prueba.

• Sistema de Depuración de Gas.

• Sistema de Almacenamiento temporal

• Sistema de Bombeo.

MÚLTIPLE O CAÑÓNDE PRODUCCIÓN

POZOS

MÚLTIPLE O

DE RECOLECCIÓN

VENTEOAL SISTEMA DE

REC. DE GAS

2

AL SISTEMA DERECOLECCIÓN DE CRUDO

43

Tanque de

almacenamiento

6

6

Tanque de

almacenamiento

15 5


POZOS

MÚLTIPLE O

DE RECOLECCIÓN

VENTEOAL SISTEMA DE

REC. DE GAS

2


43

Tanque de

almacenamiento

6

6

Tanque de

almacenamiento


POZOS

MÚLTIPLE O

DE RECOLECCIÓN

VENTEOAL SISTEMA DE

REC. DE GAS

2


43

Tanque de

almacenamiento

6

6


POZOS

MÚLTIPLE O

DE RECOLECCIÓN

VENTEOAL SISTEMA DE

REC. DE GAS

2


43

Tanque de

almacenamiento

6

6

Tanque de

almacenamiento

15 5

Figura 2.1.- Sistemas principales de una estación de flujo. Manual de

Ingeniería de Producción Nivel 1. CIED. Año 1999

Múltiples de recolección.

Es un conjunto de válvulas y componentes de tuberías prefabricadas,

donde convergen las líneas de flujo proveniente de los pozos, cuya función

es recibir el flujo multifásico de una estación recolectora de flujo.

Estos múltiples están formados por dos o tres tubos, los cuales

conforman el múltiple de alta presión, múltiple de baja presión y el múltiple

20

de prueba (en instalaciones tanto en tierra como en lago) instalados en

posición horizontal, paralelos uno respecto al otro y conectados a la línea de

flujo proveniente del pozo. En el punto de convergencia de la línea de flujo

con el múltiple, se encuentra instalada una válvula para tomar muestras de

crudo, una válvula de retención (check) para evitar el retorno del fluido en

caso de una línea de flujo rota y válvulas de compuertas, de bola o tapón, las

cuales permiten cerrar o dejar pasar el flujo.

Separadores de producción

En este sistema se lleva a cabo una de las funciones principales de la

estación de flujo, la cual consiste en separar del crudo la fase gaseosa (gas)

de la fase líquida (petróleo y agua), utilizando para ello, recipientes

cilíndricos reciben el nombre de “Separadores de Producción”.

Dependiendo de las presiones de los pozos asociados a cada estación de

flujo, se pueden tener dos etapas de separación de producción, una etapa de

alta presión y una de baja presión, donde la fase líquida proveniente del

sistema de alta será descargado al sistema de baja para sufrir una segunda

separación, y la fase líquida proveniente del sistema de baja será descargado

hacia los tanques de almacenamiento temporal. El número de separadores

para cada etapa varia de acuerdo con la producción asociada a cada estación

de flujo.

Separadores de prueba

Este sistema tiene funciones muy parecidas al sistema de separadores de

producción, con la diferencia que es usado por un pozo a la vez, es decir, por

el pozo sometido a prueba (medida). La función principal es cuantificar la

producción tanto de crudo como de gas entregada por cada pozo asociado a

la EF. Los separadores de pruebas pueden medir pozos tanto en alta como

en baja presión.

21

El proceso de prueba de un pozo consiste en la medición a volumen

constante del líquido registrando el tiempo tarda el crudo en subir desde un

nivel mínimo hasta un nivel máximo prefijado, para un período

preestablecido y además la medición del volumen de gas producido durante

la separación. Este registro permite cuantificar el número de descarga que

realiza el separador en un período de tiempo determinado, obteniendo de

esta forma la tasa de producción del pozo. Es importante acotar, existen

procedimientos de medición masiva en línea donde se miden en forma

continua la producción pozo a pozo, enviando esta información a través de

algún medio (telemetría, micro-ondas o fibra óptica) hasta un sistema Scada

donde se registran los eventos pasados y usando algoritmos se podrían

predecir los eventos de producción en el futuro cercano.

Sistema de almacenamiento temporal (Tanques)

Son recipientes destinados al almacenamiento temporal del crudo

proveniente de los separadores. En la estación de flujo existen por lo

general, más de un tanque y están interconectados por una tubería, actúa

como vaso comunicante. El crudo se almacena en los tanques sirve de

alimentación para la succión de las bombas de transferencia.

Depuradores de gas

Son recipientes con características similares a los separadores, pero con

elementos físicos internos adicionales, permiten purificar el gas y eliminar las

diminutas partículas de crudo en suspensión, provenientes de los

separadores de producción y prueba. Estos depuradores están diseñados

para trabajar a un volumen constante, de tal manera, el gas sea más seco,

evitando el posible envío de líquidos a las plantas compresoras. En cada

estación existe por lo menos un depurador por cada una de las etapas de

separación alta y baja.

22

Sistema de bombeo (Bombas)

Este sistema esta constituido por los múltiples de succión, múltiples de

descarga y conjunto de Bombas-Motor. Los múltiples de succión: Son

tuberías provenientes de los tanques de almacenamiento para alimentar la

succión del tren de bombas. Los múltiples de descarga: son tuberías donde

convergen las descargas de las bombas, uniéndose posteriormente al

oleoducto a tierra (patio de tanques). Conjunto de Bomba-Motor: es el

sistema impulsor del crudo hacia la red de oleoductos. La bomba es el

elemento hidráulico del conjunto y el motor el elemento motriz de la bomba.

Las bombas son generalmente, del tipo reciprocantes (desplazamiento

positivo), pero también hay centrífugas acopladas a los motores eléctricos.

Sistemas auxiliares

Son aquellos equipos sirven de apoyo a los procesos que realizan en la

estación de flujo, estos equipos son:

Sistema eléctrico: se encarga de suministrar la energía necesaria para

permitir la operación de los equipos eléctricos existentes en la estación. Esta

puede ser generada localmente o provenir de la red de distribución eléctrica

del área. Fosa de recolección de líquido: Tiene como función recolectar todos

aquellos líquidos son drenados o derramados en la estación con el fin de

prevenir derrames directos al lago y con la consecuente contaminación.

Consta de un tanque ubicado en la parte más baja de la estación y de una

bomba permite enviar los líquidos aquí contenidos a los tanques principales

de almacenamiento de crudo. En la Figura 2.2 se muestra la distribución del

los sistemas dentro de la Estación de Flujo:

23

T-1

S-1A

T-1

S-1B

S-2AS-2BS-2PS-1P

PARARRAYOPARARRAYO

PARARRAYOPARARRAYO

MU

LTIP

LE O

ESTE

DESDE NIVEL INFERIOR

HACIA NIVEL SUPERIOR0062 I/ 0106 A/ 0024 I115 A/ 0026 I0078 I/ 0100 A0033 I/ 0089 A0035 I0079 I/ 0092 ALINEA DE MP 6-6/ 0124 A0088 A0110 A/ 0015 I/ 0032 I0052 A0049 A0064 A / 0049 I0086 A/ 0035 I0013 A0045 I/ 2016 A

0005 I/ 0003 A0109 A0104 A

DISPDISP

0102 A/ 0077 I0116 A/ 0021 I

0119 I/ 0008 I/ 0051 I0107 A/ 0011 I

LINEA DE MP 14-6

Dep.

T-1

S-1A

T-1

S-1B

S-2AS-2BS-2PS-1P

PARARRAYOPARARRAYO

PARARRAYOPARARRAYO

MU

LTIP

LE O

ESTE



0005 I/ 0003 A0109 A0104 A

DISPDISP

0102 A/ 0077 I0116 A/ 0021 I

0119 I/ 0008 I/ 0051 I0107 A/ 0011 I

LINEA DE MP 14-6

T-1

S-1A

T-1

S-1B

S-2AS-2BS-2PS-1P

PARARRAYOPARARRAYO

PARARRAYOPARARRAYO

MU

LTIP

LE O

ESTE



0005 I/ 0003 A0109 A0104 A

DISPDISP

0102 A/ 0077 I0116 A/ 0021 I

0119 I/ 0008 I/ 0051 I0107 A/ 0011 I

LINEA DE MP 14-6

T-1

S-1A

T-1

S-1B

S-2AS-2BS-2PS-1P

PARARRAYOPARARRAYO

PARARRAYOPARARRAYO

MU

LTIP

LE O

ESTE



0005 I/ 0003 A0109 A0104 A

DISPDISP

0102 A/ 0077 I0116 A/ 0021 I

0119 I/ 0008 I/ 0051 I0107 A/ 0011 I

LINEA DE MP 14-6

Dep.

Figura 2.2.- Distribución de los sistemas principales de la EF. Informe de

Mantenimiento Predictivo Gerencia de Mantenimiento Occidente. PDVSA.2000

2.1.2.- Sistema de Separación de Crudo

Luego de su recolección a través de los múltiples de producción, el fluido

multifásico es sometido a un segundo proceso a su paso por la Estación de

Flujo, el cual es llamado separación en el cual, el gas y el líquido (petróleo

+ agua) son separados, dentro de un rango de altas y bajas presiones que

oscilan entre 60 y 250 psig. dependiendo de las características de los pozos.

Una vez separado el gas del líquido, este sale por la parte superior del

separador hacia el depurador, mientras el líquido va a la parte inferior del

recipiente y es dirigido hacia el tren de baja, en el caso de provenir de un

separador de alta o hacia los tanques de almacenamiento cuando el fluido

provenga del tren de baja presión.

El sistema de separación está dividido en dos etapas:

24

• Separadores de producción donde se encuentra el tren de separación

por alta presión y el tren de separación por baja presión.

• Separadores de medida o prueba, el cual está diseñado para trabajar

con alta o baja presión dependiendo de las características del pozo que

se encuentre en prueba.

El recipiente en ambos trenes tiene la misma característica física, su

diferencia radica en la instrumentación asociada a cada uno de ellos.

2.1.2.1.- Separadores

Los separadores son recipientes cilíndricos presurizables, cuyo propósito

es liberar la fase deseada (petróleo y agua) tan completamente de la otra

(gas) como sea posible, para ello es necesario seleccionar el proceso físico

adecuado. Para la separación dentro de las Estaciones de Flujo los procesos

físicos más utilizados son:

• Gravedad.

• Fuerza Centrifuga (inercia)

• Choque.

Algunas de las razones por las cuales es necesario separar el gas del

crudo proveniente de los pozos en las Estaciones de Flujo se mencionan a

continuación:

• El crudo debe satisfacer las normas para su almacenamiento,

refinación y venta.

• La medición precisa de la tasa de producción requiere que el crudo

(petróleo) esté libre de gas.

• La presencia de gas en líquido disminuye la capacidad de bombeo, la

eficiencia de las bombas y dificulta el transporte del crudo a través del

oleoducto.

25

• El gas debe satisfacer las normas para su procesamiento en las plantas

de conservación y compresión, para su utilización en la producción

petrolera y su comercialización.

• El gas puede ser utilizado en un proyecto de mantenimiento de presión

en un yacimiento o también para el levantamiento artificial (Gas Lift).

2.1.2.2.- Funciones del Separador

Los separadores deben ser capaces de separar en forma eficiente las

fases de la mezcla a procesar, a presiones altas, medias y bajas,

dependiendo de la característica de los pozos, durante una vida útil

prolongada.

Un separador bien diseñado debe cumplir con las siguientes funciones:

• Permitir una primera separación entre los hidrocarburos, esencialmente

líquido y vapor.

• Refinar el proceso de separación mediante la recolección de partículas

líquidas atrapadas en la fase gaseosa (Demister o extractor de

neblina), para evitar su arrastre con el gas a la salida.

• Libera parte de la fracción de gas en solución, aún pueda permanecer

en la fase líquida (tiempo de retención del crudo), para así obtener un

crudo libre de gas, que es llamado comúnmente “crudo muerto”.

• Descargar separadamente las distintas fases a fin de evitar puedan

volver a mezclarse.

2.1.2.3.- Clasificación de los Separadores

Los separadores gas-líquido se clasifican generalmente según su forma,

numero de fases a separar, función y posición.

26

Según su forma

• Separadores cilíndricos: Son los que presentan en su cuerpo ésta

geometría y son los más comúnmente usados.

• Separadores esféricos: Son difíciles de construir debido a la forma de

su cuerpo, por lo tanto, son pocos usados en la industria petrolera.

Según el número de fases

• Separadores bifásicos: Tienen como objetivo separar el gas del líquido.

• Separadores trifásicos: Son usados para separar además del gas, el

agua pueda estar mezclada con el crudo.

Los separadores bifásicos y trifásicos en su diseño base son muy

similares, sin embargo a estos últimos debe agregarse el cálculo de las tasas

de asentamiento petróleo-agua, así como los medios para remover el agua

libre.

Según su función

• Separadores de producción general: Son aquellos reciben el fluido

provenientes de la línea general del múltiple de producción.

• Separadores de medida o prueba: Son aquellos separadores poseen

características e instrumentos especiales permiten medir la producción

de un solo pozo.

Según su posición

• Cilíndricos verticales.

• Cilíndricos horizontales.

2.1.2.4.- Partes del Separador

Los separadores están constituidos por las siguientes partes:

27

Cuerpo

Es la parte principal del separador, en forma cilíndrica o esférica y de

tamaño variable, dependiendo de la capacidad de diseño. Este cuerpo a su

vez esta constituido internamente por: láminas de deflexión ubicadas

inmediatas a la entrada del crudo, donde al producirse el choque del flujo

con las mismas, produciéndose el desprendimiento del gas asociado al fluido.

En la parte superior se encuentra una malla o superficie metálica colocada de

manera tal, el gas con gotas pase a través ella y encuentre numerosos

obstáculos, quedando atrapado y precipitándose hacia la parte inferior del

recipiente, esta malla es llamada extractor de neblina o “Demister”.

Conexiones a proceso

• Boquilla de entrada del crudo (fluido multifásico): Se ubica

generalmente casi a la mitad del separador. Permite la conexión de

una válvula de entrada, encargada de dar paso al flujo multifásico al

interior del separador.

• Boquilla de salida del crudo: Ubicada en la parte inferior del separador,

permite la conexión de la válvula de descarga, la cual permite la salida

del líquido.

• Boquilla de salida del gas: Ubicada en la parte superior del separador,

permitiendo la conexión de la línea de gas hacia el depurador.

• Boquilla de conexión para dispositivos de seguridad: Ubicadas en la

parte superior del separador, utilizadas para el disco de ruptura y para

la válvula de seguridad.

• Drenaje: Ubicada en la parte inferior del separador (en el fondo),

permite la conexión de una válvula para drenar el líquido está por

debajo de la salida del separador.

• Conexiones para instrumentos: Ubicadas en el entorno del cuerpo,

permitiendo la conexión de los instrumentos de medición, la ubicación

del medidor de nivel para los equipos de control del proceso.

28

• Boca de inspección o visita: Permite la inspección y realización de

trabajos de limpieza en el interior del separador.

Figura 2.3.- Esquema de un Separador para Alta Presión.

2.1.3.- Instrumentación Asociada a los Separadores de Producción

Esta instrumentación tiene como función garantizar la ejecución de la

separación del fluido, para los separadores de producción tanto los de alta

como los de baja presión se utilizan los siguientes instrumentos y elementos:

Switch de posición

Son dispositivos electromecánicos se encuentran acoplados a una válvula

manual o automática para indicar el estado de apertura o cierre de la misma,

29

a través de una alarma audible o señal luminosa como una advertencia del

cambio de posición o mal funcionamiento del sistema.

Switch de presión

Son dispositivos electromecánicos tiene como función sensar la presión

del proceso comparándola con el punto de ajuste, ejecutando una acción de

control que puede ser una alarma o un paro de equipo.

Switch de nivel

Encargados de detectar el nivel de líquido dentro del separador, para el

cual están ubicados bien sean alto, muy alto y bajo nivel. Además se

encargan de enviar una señal al PLC para que este último sea capaz de

ejecutar alguna acción. Son dispositivos de protección provocando el cierre

del separador ó apertura de válvula de salida cuando alguna anormalidad

este ocurriendo.

Controlador de nivel

Se encarga de gobernar la apertura o cierre de la válvula de descarga del

separador. Para ello, realiza la comparación de variable controlada con un

valor deseado, ejerciendo luego una acción correctiva de acuerdo a la

desviación.

Posicionador

Tiene como función amplificar la señal de salida del control de nivel hacia

la válvula de descarga, para realizar la apertura de la misma.

Válvulas automáticas de descarga

Es el elemento final de control gobernada por el controlador de nivel, la

cual permite el paso del crudo proporcional al nivel presente en el recipiente

hacia la descarga.

30

Válvulas automáticas de presurización: Es la encargada de permitir el paso

del fluido multifásico a través de la línea de 2", cuando se requiera arrancar

el separador. Esta válvula es gobernada por el PLC a través una válvula

solenoide.

Válvulas automáticas de control de entrada: Es el elemento final de control

gobernada por los switches de nivel a través del PLC, encargada de dar o

restringir el paso del flujo hacia el separador.

Transmisor de presión: Es un instrumento capaz de convertir un balance de

cargas en una señal proporcional a la presión presente en el recipiente.

Indicador de presión: Es el instrumento mecánico utilizado para medir la

presión del separador, usualmente son instalados con rangos de 0-200 psi y

de 0-300 psi.

2.2.- Sistema de Separación Nueva Tecnología

2.2.1.- Ciclón Cilíndrico Gas Liquido

El ciclón cilíndrico es un tubo vertical consta de una entrada tangencial

inclinada y dos salidas una por el tope y otra por el fondo, no tiene ninguna

parte interna y en su forma más básica como separador convencional no

necesita de ningún tipo de dispositivo interno para ayudar a la separación.

Debido a la entrada tangencial de fluido se forma un remolino que produce

fuerzas centrífugas y de gravedad que separan las dos fases que ingresan al

dispositivo. El líquido es forzado radialmente hacia la pared del cilindro y es

recolectado en el fondo, mientras el gas se mueve hacia el centro del ciclón

donde es empujado hacia el tope.

31

Las aplicaciones actuales del GLCC es como separador gas crudo, y

depurador gas-líquido; pudiendo estar colocado en fondo de pozo, superficie

o en el fondo sobre el lecho marino. Los GLCC son la última frontera en

investigaciones petroleras, sin embargo debido a la compleja hidrodinámica

del fluido se necesita investigación y desarrollo adicionales. La transferencia

del conocimiento de los investigadores hacia los operadores es fundamental

para disminuir los tiempos de aplicación y el desarrollo de la tecnología.

2.2.1.1.- Procedimiento de Simulación del Programa GLCC VX 7.0

Para Diseño de GLCC

El simulador GLCC (Gas Liquid Cylindrical Cyclone) Versión 7.0 fue

desarrollado en una plataforma Excel-Visual-Basic, ha sido usado para

diseñar mas de 150 GLCC, están operando en la actualidad en Estados

Unidos y alrededor del mundo; este simulador ayuda a predecir la

hidrodinámica compleja del flujo en el GLCC. El código desarrollado tiene la

ventaja de que es fácilmente accesible al usuario a manera de hacer

modificaciones permitan adaptar el programa a las condiciones particulares

de diseño de cada ambiente.

La nomenclatura de una configuración genérica de GLCC se muestra en

la Figura 2.4:

• “Lg” es la longitud desde la zona central (donde entra líquido) hasta el

tope del GLCC.

• “Li” es la longitud desde la parte central hasta el fondo del GLCC.

• “dg” es el diámetro del GLCC.

• “din ” es el diámetro de la entrada inclinada a un ángulo θ.

• “Liquid Meter”, medidor de líquido en el segmento de tubería

horizontal.

32

• “Lli “ longitud del segmento de tubería horizontal en la sección de

líquido.

• “Lg3 “, longitud del segmento de tubería vertical.

• “Gas Meter”, medidor de gas en zona de gas aguas abajo.

• “Lg2 ”, longitud horizontal del segmento de tubería en zona de gas.

• “Lgv“, longitud vertical de tubería en la zona de gas.

El flujo ingresa al dispositivo por la entrada inclinada y es acelerado

hasta el área de la ranura. En el dibujo del ejemplo las corrientes de gas y

líquido se recombinan a la salida del dispositivo, en el caso de nuestro

estudio esta recombinación no se hace, se necesita aislar completamente la

corriente de gas del líquido. Adicional en el modelo planteado en el

presente trabajo, se adicionan dos válvulas de control una a la entrada del

dispositivo ciclónico donde se hace una expansión previa al gas se usará para

levantamiento artificial y otra válvula de control a la salida del condensado,

a manera de mantener el control de nivel de líquido dentro del dispositivo.

Figura 2.4 Nomenclatura GLCC. Manual del GLCC. Universidad de Tulsa.

1998 El procedimiento de diseño del GLCC se lleva a cabo en dos partes

consistiendo la primera en la definición de los parámetros de contorno y la

33

segunda parte en la verificación del diseño inicial aplicando los criterios de

diseño; en la Figura 2.5 se observa el GLCC adaptado como depurador de

gas.

Figura 2.5 GLCC usado como depurador de gas. Manual del GLCC.

Universidad de Tulsa. 1998

2.2.1.2.- Criterio de Diseño del GLCC

El criterio de diseño del GLCC fue desarrollado basado en los mecanismos

físicos del fluido dentro del dispositivo, experiencia de campo y las

limitaciones propias de su aplicabilidad. Este criterio debe ser considerado

para determinar los parámetros de cada elemento del GLCC a manera de

asegurar el correcto funcionamiento del dispositivo ciclónico.

2.2.1.3.- Diámetro del GLCC

El diámetro debe ser tal que la velocidad superficial del gas en el GLCC

sea menor a la velocidad crítica para que caigan las gotas de líquido,

evitando arrastre de líquido en el gas, (ver Ec. 2.1 en la siguiente sección).

34

Por otro lado, el diámetro debe ser lo suficientemente pequeño para

mantener la separación centrífuga. Esto es necesario para no ocurra arrastre

de gas en el líquido.

2.2.1.4.- Diámetro de la Sección Inclinada de Entrada

El diámetro de esta sección debe ser lo suficientemente largo como para

permitir estratificación del fluido en la boquilla inclinada de entrada, también

se recomienda este ángulo esté entre –22° y –30°, para mejorar la

estratificación y asegurar la separación local entre las fases de gas y líquido

en la sección de entrada.

2.2.1.5.- Área en La Boquilla de Entrada

El área en la boquilla de entrada debe ser lo suficientemente pequeña

como para asegurar el líquido de entrada al GLCC experimente las

velocidades tangenciales recomendadas en el rango de 10-20 ft/seg. Las

velocidades tangenciales excedan los límites recomendados pudieran causar

mayores longitudes del vórtice ocasionando arrastre de líquido en el gas o

arrastre de gas en el líquido. También las velocidades tangenciales en el

GLCC deben ser menores a las velocidades de erosión de acuerdo a la Norma

API RP14E. Es de vital importancia comprender el estudio acerca de la

geometría de la sección de entrada de ella depende en gran medida el éxito

del diseño del GLCC. El régimen de flujo en la boquilla de entrada al GLCC

puede ser estratificado, tapón, anular o de burbujas dispersas, la

configuración de la boquilla determina la distribución del líquido y las

velocidades tangenciales iniciales de las dos fases. Conocer la velocidad

tangencial inicial de la partícula es fundamental para definir su trayectoria,

el arrastre de líquido en el gas y la forma del vórtice forma el paraboloide

interno, permitiendo la separación de líquido y al gas.

35

Los separadores y depuradores convencionales usualmente usan una

entrada horizontal es perpendicular al cilindro, investigaciones conducidas

por Kouba1 han demostrado la entrada inclinada promueve la estratificación

del fluido y ayuda a tener separación preliminar en la boquilla,

adicionalmente la inclinación de la boquilla promueve la formación de la

espiral dentro del cilindro.

La forma de la entrada del fluido es importante, y se ha determinado que la

óptima es un rectángulo, cuya área se estima como sigue:

A slot= LhWeqreducciónAin *100

)(%*= para Lh<d………………………….Ec. 2.1

• Aslot, área de la boquilla de entrada definitiva

• Ain, área preliminar de entrada dada por el simulador GLCC vx 7.0

• Weq, número de Weber, él determina el tamaño de la gota, en este

estudio se asume que es 8 por el mínimo tamaño de gota.

• Lh, altura de líquido dentro de la boquilla.

• d, diámetro interno de la boquilla.

2.2.1.6.- Análisis en la Boquilla para Flujo Estratificado

Para condiciones de flujo estratificado el nivel de líquido a la entrada hll

es el resultado de una reducción de la sección transversal causada por la

geometría de la boquilla. Los parámetros como velocidad de líquido vll,

velocidad de gas vgl y la altura del nivel de líquido hll, son usados en este

análisis aplicando las ecuaciones de momento y continuidad entre las

secciones de entrada a la boquilla y de entrada al cilindro para las dos fases

1 KOUBA, E. GENE, ASPECT RATIO MODELING FOR GLCC, Chevron Petroleum Co, La Habra, CA-90633.

36

por separado, se considera la boquilla sin fricción y se usa la ecuación de

Bernoulli en lugar de la ecuación de momento como sigue:

( )θθ

θρ cos2cos2

12122

1

22

1

1 hgvPPhllsingllvP

++=+++ ………………………..Ec. 2.1.1

122 weqvh

qlVl = ………………………………………….………………........Ec. 2.1.2

Similarmente para la fase gas despreciando efectos de gravedad,

222

22

21 g

g

vPglvg

P+=+

ρρ…………………………………………………......Ec. 2.1.3

)( 22

l

gg hLhweqv

qV

−= ……………………………………………………......Ec. 2.1.4

Combinando las ecuaciones 2.1.1 hasta 2.1.4 e igualando las caídas de

presión de gas y líquido se obtiene:

0222

23

24

25 =+−−++ fehdhchbhah lllll ……………………………..….....Ec. 2.1.5

Donde los coeficientes son:

θθθ

ρρ

θ cos2

)cos

122

,cos

22 glhhlgsinllvvbg

a gl

l

g −+−−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛==

,coscos

2cos

2 22

2 glLhvhglglhhllsinglhvcl

gll ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ ++=

ρρ

θθθθ

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

222

221 2

weq

qhLvd

g

gl

l

g

ρρ

37

eqvWhlLqf

eqvWLhqle

2

22

2

2

2, ==

Figura 2.6 Flujo estratificado en la boquilla. Manual del GLCC. Universidad

de Tulsa. 1998

La solución numérica de la ecuación polinomial de quinto orden se hace

por Newton Rhapson a manera de obtener convergencia al final del proceso.

Las soluciones de esta ecuación permiten definir el nivel de líquido en la

boquilla hl2 y las correspondientes velocidades de gas y líquido.

2.2.1.7.- Longitud del GLCC en la Parte Superior

La longitud del GLCC desde la zona de entrada de líquido hasta el tope

debe ser lo suficientemente alta como para prevenir el arrastre de películas

de líquido o gotas hacia arriba en forma de remolinos; cuando esto sucede

hay exceso de líquido en el GLCC, antes el arrastre de líquido ocurra durante

flujo disgregado o régimen de tapón. El valor recomendado mínimo para

esta longitud basado en experiencia previa es de 3-5 pies.

Lh

38

2.2.1.8.- Longitud del GLCC en la Parte Inferior

La longitud desde la entrada de líquido hasta el fondo del GLCC debe

ser la suficiente para mantener una columna de líquido por debajo del

vórtice para diferentes condiciones de flujo, para permitir suficiente tiempo

para la separación de burbujas de gas de la fase líquida y prevenir el

entrampamiento de burbujas en la corriente de líquido. El valor recomendado

para la longitud de la parte baja es de 4-5 pies, mínimo.

2.2.1.9.- Sección de Liquido y Gas

Las longitudes exactas de las secciones de gas y líquido no son críticas,

sin embargo, los correspondientes diámetros internos deben ser los

apropiados para los respectivos medidores, conexiones y otros. Esto se hace

con el propósito de mantener el nivel de líquido dentro del GLCC alrededor

0.5-1 pie bajo la zona de entrada de líquido para diferentes condiciones y

rangos de fluido.

2.2.2.- Recomendaciones de Diseño para la Relación de Esbeltez L/D

del GLCC

La relación de esbeltez L/D se obtiene a partir del fluido predominante

en la región de entrada, región del vórtice, región de gotas y región de

burbujas del sistema.

2.2.2.1.- Velocidad Crítica

39

Es la velocidad requerida para el inicio del arrastre de líquido dentro de

la corriente de gas en forma de gotas finas, esta velocidad dicta el diámetro

mínimo del GLCC para las condiciones de operación. 25.0

2

)(6809.0

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡ −=

g

glWeVcritρ

ρρσ

…………………………………….....Eq 2.2

donde We es el número de Weber determina el tamaño de la gota, en este

estudio se asume que es 8 para un tamaño mínimo de gotas.

Diámetro Mínimo: es el diámetro mínimo permisible pueda tener el GLCC,

puede ser calculado a partir de la velocidad crítica como:

5.0

*4

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

crit

g

vq

dsepπ ………………………………………..........…………Eq 2.3

Donde qg es el caudal de gas entra al GLCC. Se recomienda un valor

mínimo de longitud del vórtice entre 1-2 pies como valor inicial (Lv

asumido); considerando este valor Lv como asumido la velocidad tangencial

de líquido a la entrada del GLCC Vtl, produce el vórtice y determina la

trayectoria de la burbuja hacia la parte baja del GLCC es dada por:

Vtl= asumidaLvn

gn

glg

gl 5.0

5.0

)()2())(42(

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

++

−+

− ρρρρρ

…………………….....…...……Ec. 2.4

En este estudio se usa un valor de n=2, asumiendo un diámetro apropiado

del GLCC mayor el indicado por la velocidad crítica del gas.

2.2.2.2.- Relación de Esbeltez de la Región del Vórtice

sep

vasumido

sep

v

dL

dL

= ……………………………………………..........…….Ec. 2.5

Área ocupada por la corriente de líquido en la ranura de entrada:

40

θcostl

l VqlA

slot= ………………………………………….........….Ec. 2.6

Asumiendo un valor para el holdup de líquido en la región de la ranura de

manera de Hl slot=50%, el área total de la ranura es calculada con:

Aslot=slot

slot

HlAl

………………………………………………............……….Ec. 2.7

La velocidad tangencial del gas Vlg la cual es responsable de la trayectoria

de la gota se calcula mediante:

Vtg= θcos)1( slotslot

g

AHlq

− ………………………………………............….Ec. 2.8

La relación entre área de la ranura y área de la sección de entrada debe

estar entre Fslot=Aslot/Ainlet de 0.25 a 0.5, la relación de esbeltez de la región

de entrada es una función del diámetro interno sobre sobre la dirección axial

del GLCC, como sigue:

sepslot

slot

sep

inl

sep

entrada

dFA

dd

dL

θπθ cos14

cos]

5.0

2 ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡== …….…………......…Ec. 2.9

2.2.2.3.- Velocidad Radial de la Gota

Se asume que la entrada del fluido al GLCC está justo en la corona del

vórtice, el análisis de trayectoria de la gota es desarrollado por el GLCC

justo bajo la entrada para determinar la razón Ldt/dsep en la región de las

gotas. La mínima longitud del GLCC es la distancia axial, recorre la gota

d100 liberada en el centro de la región de entrada al GLCC antes de golpear

las paredes del GLCC.

41

La expresión para velocidad radial de la gota Vdr(r) ha sido

simplificada aplicando un modelo para unificar la trayectoria de la partícula,

considerando un factor de decadencia del remolino Ω(z).

d

d

g

glsg

Cd

rdsep

zVzVdr

3)(2)( 2/1

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ Ω= −

ρρρ

………………………......……..Ec. 2.10

La velocidad terminal de caída axial de la gota es dada por:

g

dgl dVdz

μρρ

18)( 2−

= ……………………………………….....……........…..Ec. 2.11

La posición axial de la partícula viajando hacia arriba es dada por:

∫+−

=Δ drV

VVz

rdr

dzsgid

)(

) …………………………………........……Ec. 2.12

Finalmente la relación de esbeltez de la parte superior del GLCC o región

de la gota es determinada a partir de la distancia total que recorre la

partícula antes de tocar la pared del GLCC, y es dada por:

∑=

=

Δ=sepr

r sepid

sep

dt

dz

dL

03

1)) ……………………………………...…….Ec. 2.13

2.2.2.4.- Posición de la Partícula

El fondo de la corona del vórtice es el punto de partida para el análisis de

trayectoria de la burbuja, este análisis se desarrolla en la parte baja del

GLCC para determinar la relación Lbt/dsep. La longitud mínima de la parte

baja del GLCC es la distancia axial recorrida por la burbuja d100 cuando se

suelta en la pared del GLCC para alcanzar su centro. Procediendo a lo largo

42

de líneas de trayectoria de gota similares, la velocidad radial de la burbuja se

puede obtener mediante:

d

b

g

glsl

Cd

rdsep

zVzVbr

3)(2)( 2/1

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡ Ω= −

ρρρ

……………………....Ec. 2.14

La velocidad axial de la burbuja terminal es dada por:

l

dgl dVbz

μρρ

18)( 2−

= …………………………………………........……...Ec. 2.15

La posición axial de la burbuja viajando hacia abajo es determinada por:

∫+−

=Δ drV

VVzrbr

dzslib

)(

) …………………………………….....…..Ec. 2.16

Finalmente, la relación de esbeltez de la parte baja del GLCC o región de

burbuja es determinada a partir de la distancia recorrida por la burbuja d100

antes de alcanzar el centro del GLCC, y es dada por:

∑=

=

Δ=Rsepr

r sepib

sep

bt

dz

dL

04

1)) ………………………………….......……Ec. 2.17

2.2.2.5.- La relación de Esbeltez Total

Lsep/dsep es definida por la adición de todas las relaciones de esbeltez, que

son de la región de trayectoria de la gota, en la región de entrada y en la

región de trayectoria de la burbuja, resultando:

4321 )))))dsepLbt

dsepLdt

dsepLentrada

dsepLv

dsepLsep

t +++= ………………...……Ec. 2.18

43

2.2.2.6.- Altura de Equilibrio del Nivel de Líquido

La ecuación de forma del vórtice evaluada para r=0 da la altura del fondo

del vórtice, la cual también es igual a la distancia recorrida por la burbuja

d100 antes de alcanzar el centro del GLCC, la altura de equilibrio del nivel de

líquido Leq medido desde el fondo del GLCC se consigue mediante:

gVLbtLeq tl

gl

g2

)(4 ρρρ−

+= ……….…………………………......…..Fig. 2.19

2.2.2.7.- Pérdidas por Fricción

Los diámetros de las secciones de gas y líquido se obtienen asumiendo la

altura del punto de recombinación de la sección de líquido sea un pie menos

la suma de la longitud de la trayectoria de la burbuja y la longitud del

vórtice, la ecuación de pérdidas por fricción viene dada por:

( )[ ]1)(2

*)(2

1 −+−−+−=− LbtLvgdsep

VslLeqgLeqCgCl glgl ρρρρρ …...…Ec. 2.20

Donde Cl y Cg son las pérdidas por fricción en las secciones de líquido y

gas respectivamente y son dadas por:

l

li

ill

i

iilt q

dk

qdLf

C⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+= ∑∑ 2

422

52

88π

ρπ

ρ …………….....……Ec. 2.21

g

gi

igl

i

iigt q

dkq

dLfC ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡+= ∑∑ 2

422

52

88π

ρπ

ρ ………..……….....Ec. 2.22

44

Los valores de diámetro en las secciones de gas y líquido pueden ser

determinados iterativamente hasta se satisfaga la Ec. 2.20.

2.2.3.- Modelo para Describir la Trayectoria de la Partícula

El modelo a describir es válido para la trayectoria de burbujas y

partículas usando una descripción lagrangiana. Se sitúan las partículas en

un medio infinito con no ocurrencia de vórtices y en condiciones isotérmicas

sin transferencia de calor, la descripción lagrangiana ayuda a la partícula a

tener una distribución en tamaños.

La partícula escogida se asimila como no deformable y esférica. La

ecuación 2.23 es la ecuación de movimiento de una partícula de masa mp

moviéndose a una velocidad Vp:

( )VcVpVcVpApCdPmpmpgfmdt

dVpmp cp

−−−∇−=+ ρρ 2

1 ………………..Ec.2.23

• Segundo término izquierda: fuerza añadida por la masa.

• Segundo término derecha: fuerza en la interfase debido al gradiente de

presión.

• Tercer término: fuerza de arrastre.

Cuando la partícula está en equilibrio estas dos fuerzas se anulan.

Antes de calcular la posición principal de las partículas se debe conocer su

distribución de velocidades, el movimiento radial de la partícula puede ser

determinado mediante el balance de las fuerzas centrífuga / flotación y

arrastre en la dirección radial, en la ecuación 2.24 se ve la expresión para

velocidad radial:

45

)(1)(

34)(

2

rVpdCddp

rrVct

rVprc

cp

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= −

ρρρ

……………………………………Ec.2.24

La expresión para de las fuerza gravitacionales / flotación y arrastre de

la partícula en la dirección axial por ley de Stokes es la siguiente:

( )c

cp dprVpz

μρρ

18)(

2−= …………………………………………….........…..Ec. 2.25

La velocidad usada para cálculos de la fuerza de arrastre, Vpd es basada

en las velocidades relativas resultantes sobre la partícula, dada por:

)()()( 22 rpzVrprVrVpd += ………………………………………......…..Ec. 2.26

El coeficiente de arrastre Cd, en este estudio se usan expresiones para

gotas y partículas, el coeficiente de arrastre para una partícula se define

como:

( )687.0Re15.01Re24

+=Cd …………………………………………….....…….Ec. 2.27

y el coeficiente de arrastre para una burbuja se define como:

( )⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +++=

−−

12/1Re315.31

21

Re81

Re16Cd ………………………………Ec. 2.28

Donde Re es el número de Reynolds de la partícula, el cual es calculado

en base al diámetro dp, la densidad ρp y la velocidad relativa resultante Vpd

de la partícula y la viscosidad de la fase continua μc.

46

Figura 2.7 Esquema de trayectoria de partícula. Manual del GLCC.


El esquema anterior representa la localización de la partícula en un

instante tt Δ+ , la partícula se mueve radialmente con una velocidad absoluta

Var(r), la cual es igual a Vpr(r) desde la velocidad radial de la fase continua.

Vcr(r) es alcanzada y las velocidades axiales y absolutas Vaz(r) son

alcanzadas.

Durante el intérvalo tΔ , la partícula se mueve según trdr Δ= )var( y

trvazdz Δ= )( en las direcciones axiales y radiales respectivamente. Integrando

esta ecuación a lo largo de la trayectoria total de la partícula se obtiene:

∫ ∫ −+−+

−+−+==Δ )(

)()()(/ dr

rVprrVpzrVczdr

VarVazz p ……………………………Ec. 2.29

2.2.4.- Modelo para Describir la Región del Vórtice

Para describir la región del vórtice, se debe asumir éste se forma a partir

del fluido tangencial a la entrada del dispositivo ciclónico. Supone el volumen

de control rota a una velocidad angular constante ω, la cual se calcula a

partir del análisis en la zona de la boquilla de entrada.

47

Aplicando balance de fuerzas sobre el volumen de control, en un sistema

de coordenadas cilíndricas y asumiendo la aceleración de los componentes

como:

• az=0, aθ=0, ar= -ω2rr , la variación de presión sobre el volumen de

control está dada por:

dzzPdr

rpdp

δδ

δδ

+= ……………………………………………….....……..Ec. 2.30

Aplicando balance de fuerzas en las direcciones axiales y radiales se

obtiene:

( ) rRsep

rzP

n

glg2ωρρρ

δδ

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+= − …………………………………….....….Ec. 2.31

gzP

gl )( ρρδδ

−= …………………………………………………….........….Ec. 2.32

Sustituyendo las ecuaciones 2.30 y 2.31 en la ecuación 2.29 e

integrando la ecuación resultante a lo largo de una superficie libre a presión

constante, resulta:

( ) 1

2222

22Cgz

RnrPr

sepn

ng −Δ=

+Δ

++

ρωωρ…………………………………...…….Ec. 2.33

48

Figura 2.8 Fuerzas sobre la partícula en zona del vórtice. Manual del GLCC.


θδδ dzddrrdr

rPP ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

22: Fuerza centrífuga

θδδ dzddrrdr

rPP ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

22: Fuerza centrípeta

Resolviendo para z, la ecuación de la forma del vórtice sería:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−=

222 221

4 dsepr

gdsepvNLeqZ ωρ …………………………………......Ec. 2.34

Donde la densidad adimensional del vórtice Nρv es:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+−

=n

gl

g

dsepr

nvN 2

)2(1

)(2 ρρρ

ρ …………………………………..….Ec. 2.35

Longitud del vórtice:

( ) ( )( )( ) g

Vtln

nLv

gl

gg

222 2

1

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

+

−++=

ρρρρρ

……………………………………...……Ec. 2.36

49

CAPÍTULO III

INGENIERÍA DE CONFIABILIDAD

3.1.- Costo de Ciclo de Vida

Ha sido por mucho tiempo la práctica de los dueños de planta,

diseñadores, y gerentes, evaluar el beneficio financiero de un activo,

calculando los ingresos de la inversión. Los ingresos simplemente han sido

calculados comparando el valor de ventas ganado por el activo con el costo

de diseñarlo y ejecutarlo. El concepto de Ganancia de Ciclo de Vida (GCV) a

veces se ha usado, particularmente cuando se analiza el beneficio de una

inversión. Esta sección examina el lado del costo, basado en la asunción

reduciendo el costo mejorarán el GCV, o mejorará la posición competitiva en

el mercado.

Se evalúan los costos considerados, la dependencia de éstos y como

afectan la figura final. Por ejemplo, en el proceso usa un material en

particular, costo del contratista, el servicio de o del apoyo, podrían tratar

estos elementos más rigurosamente la labor. Históricamente el costo de

mano de obra se ha tratado rigurosamente, considerando la energía y costos

de mantenimiento se han tratado de manera menos agresiva.

Tres factores básicos han causado los diseñadores y gerentes cambiaran

sus puntos de vistas:

• conocimiento del incremento de los costos y uso futuros de la energía;

• la realización que el diseño inicial del activo o planta puede influir en el

funcionamiento, mantenimiento, y producción perdida;

• el desarrollo de modelos técnicos y económicos diferentes pueden

comparar las posibilidades de la inversión alternada de manera fácil.

50

El Costo de Ciclo de Vida (Life Cyclo Cost LCC) describe el costo total

asociados de proporcionar, manejar, mantener, y disponer de planta y

equipo asociado. Está en los intereses fundamentales del dueño de la planta

y gerente evaluar el LCC de soluciones diferentes antes de instalar una

nueva planta o llevar a cabo un mantenimiento mayor. Aplicando el proceso

de evaluación y selección a los separadores y otro equipos, el gerente de la

planta debe establecer la información mas confiable del rendimiento y

funcionamiento de ésta. El propio proceso puede ser matemáticamente

legítimo, pero si la información es incorrecta o imprecisa, resultará una

valoración imprecisa del escenario del activo se está evaluando. El proceso

de LCC es una manera de predecir la solución más rentable, no garantiza un

resultado particular pero permite al diseñador de la planta o gerente

comparar las distintas soluciones dentro de los límites de los datos

disponibles.

El diseñador de la planta o gerente debe decidir primero si un separador

se necesita. Si el sistema puede diseñarse sin el uso de un separador, el

costo inicial del separador que se ahorrará sin la utilización de éste, como los

costos directos relacionado a este activo. En la vida, estos costos pueden

compensarse por la utilización de distintos esquemas operacionales. Un

separador normalmente se diseña en ambientes de presiones elevadas según

el proceso. Éste puede usarse para propiciar cambio del proceso o

simplemente para mantener la continuidad operacional. El costo de no

utilizar un sistema de separación adecuado, se puede comparar con los

costos de un sistema de separación acorde al ciclo de vida de la instalación

(por ejemplo estudio técnico económico de una instalación más compacta).

Los sistemas de separación tienen a menudo un ciclo de vida de 25 a 30

años. Algunos costos de los elementos se incurrirán igual el equipo principal

y otros pueden incurrirse en momentos diferentes, a lo largo de las vidas de

51

las distintas soluciones. Es por consiguiente factible, y posiblemente esencial,

calcular un valor presente del LCC para evaluar las diferentes soluciones con

precisión. Este análisis se preocupa por las valoraciones en casos donde

detallan el diseño y el ejercicio puede ayudar a determinar que alcance está

justificado para supervisar o controlar, o si deben proporcionarse otros

medios de control de proceso diferentes. Cualesquiera de estas

especificaciones deben compararse con la base.

Para hacer una comparación justa, el diseñador de la planta o gerente

deben considerar la misma data. Por ejemplo, el mismo volumen de

rendimiento de proceso debe ser considerado, y si los dos activos a

examinarse no pueden dar el mismo volumen, puede ser apropiado expresar

las figuras en el gasto unificando el rendimiento (por ejemplo, $/ton, o

Euro/kg). Una propuesta puede requerir un equipo de levantamiento, o

cambios estructurales para ganar acceso, o protección. Un sistema puede

tener la instalación especial que necesita, como medidores especiales,

previsión de desviación, o sensores de bajo-flujo deben reconocerse y deben

añadirse a los costos de la inversión iniciales y costos de operación.

Finalmente, el diseñador de la planta o gerente podrían necesitar

considerar los mantenimientos o los costos de reparación. Cualquier cosa es

considerado y debe estar en una base estrictamente comparable. Si el

diseñador de la planta o gerente deciden recortar o llevar las estrategia a un

nivel bajo completamente conveniente, este criterio debe usarse para todos

los sistemas a evaluarse. Si es el resultado de mantenimiento que sólo puede

llevarse a cabo por un contratista especializada, entonces su costo aparecerá

correctamente contra la evaluación de ese sistema.

52

3.1.1.- Elementos del Costo de Ciclo de Vida

Los elementos que constituyen el LCC son:

LCC = (Cic + Cin + Ce + Co + Cm + Cs + Cenv + Cd)

Donde: LCC = costo de ciclo de vida Cic = costo inicial, precio de compra (el separador, sistemas de instrumentación, tuberías, los servicios auxiliares) Cin = costo de la instalación y procura (incluso el entrenamiento) Ce = costo de energía (el costo previsto para el funcionamiento del sistema, incluso operadores y cualquier servicio auxiliar) Co = costo de operación (costo de mano de obra) Cm = el mantenimiento y reparación costaron (la rutina y predijo las reparaciones) CS = tiempo perdido y pérdida de producción Cenv = costo por seguridad del medio ambiental (la contaminación del líquido manejado y equipo auxiliar) Cd = costo de desincorporación (incluso la restauración del ambiente local y disposición de servicios auxiliares)

Las siguientes secciones examinan cada elemento y hacen pensar en

cómo determinar un valor realista por el uso del LCC. Debe notarse que este

cálculo no incluye las materias primas consumidas por la planta haciendo un

producto.

3.1.1.1.- Costo Inicial ó Inversión (CIC)

El ingeniero o diseñador de separadores o gerente deben decidir el plan

del control del sistema. Las tuberías y los diámetros de diseños, el más bajo

costo de adquirir e instalarlos, sin embargo, la instalación de diámetro menor

requiere de modificaciones considerables llevan a un incremento de los

costos de operación y posiblemente un separador más grande y más caro.

Además, los tamaños de tubería menores reducirán la capacidad de

separación, a menudo el resultado será un activo a la larga incrementará los

costos.

53

Otras opciones durante la fase de planificación puede afectar el costo de

la inversión inicial. Una opción importante es la calidad del equipo

seleccionado. Puede haber opciones para los materiales, o paquetes del

mando más extensos, todos de los cuales aumentarían la vida activa del

separador. Éstos y otras opciones pueden incurrir en los costo de inversión

sean superiores, pero reducen LCC.

El costo inicial normalmente también incluye los siguientes items:

• diseño

• contratación

• procura o administración de órdenes de compra

• inspección

• el inventario de partes de repuesto

• equipos auxiliares

3.1.1.2.- Costo de Instalación (CIN)

Los costo por instalación incluyen lo siguiente:

• las fundaciones (es decir, diseño, preparación, concreto, y refuerzos)

• poniendo y lechada de equipo en la fundación

• la conexión de conducto del proceso

• la conexión de instalación eléctrica e instrumentación

• la conexión de sistemas auxiliares y otras

• entrenamiento

Los sistemas pueden ser instalados por un proveedor de equipo,

contratista, o personal propio. Esta decisión depende de varios factores,

incluso las habilidades, las herramientas, y equipo exigieron para completar

54

la instalación; los requisitos contractuales; reglas de trabajo gobiernan el

sitio de la instalación; y la disponibilidad de personal de la instalación

competente. Personal de Planta o del contratista deben coordinar la

vigilancia del sitio con el proveedor. Deben seguirse las instrucciones de la

instalación cuidadosamente. El entrenamiento al personal operario de la

planta, es un elemento importante en una instalación exitosa.

El aseguramiento se requiere para la atención íntima a la instrucción del

fabricante de equipo en el funcionamiento inicial. Una lista de control debe

usarse para asegurar ese equipo y el sistema este operando dentro de los

parámetros especificado. Una última señal ocurre típicamente después del

funcionamiento exitoso es demostrado o verificado.

3.1.1.3.- Costo de Energía (CE)

El consumo de energía es a menudo uno de los elementos del costo más

grandes y puede dominar sobre todo el LCC. El consumo de energía es

primero calculado recogiendo los datos en el modelo del rendimiento del

sistema. Si el rendimiento es firme o esencialmente para el cálculo sea

simple. Si varía con el tiempo, entonces un modelo basado en el uso del

tiempo se necesita ser establecido. Este modelo puede lograrse produciendo

un gráfico de rendimiento contra tiempo encima del ciclo de operación que

puede ser cada hora, diario, semanal, mensual o anualmente. El uso o

utilización se analiza para determinar el tiempo gastado entregando el

rendimiento entonces en tasa o rata.

El diseñador de la planta o gerente necesita obtener datos separados

muestran la actuación de cada sistema siendo considerado encima del rango

del rendimiento. La actuación puede medirse por la eficacias globales de la

55

unidades o de la energía consumida del sistema a los niveles del rendimiento

diferentes. La selección del operador afectarán el consumo de energía.

La planta debe trazarse los niveles totales de potencia consumidos en la

misma base de tiempo como los valores de los sistema poder usados. El área

bajo la curva para el uso de sistemas representa la energía total absorbida

por el sistema encima del ciclo de operación seleccionado entonces. El

resultado estará en el kWh (kilovatio-horas).

Una vez las cargas son determinadas por la energía, ellos pueden

aplicarse al kWh total para cada carga (el período de la proporción). El costo

total de la energía absorbido puede encontrarse entonces para cada sistema

bajo un lapso de tiempo común.

Finalmente, todos los costos necesitan ser incluidos. Ellos no difieren a

menudo para los diseños de sistema diferentes pero pueden afectarse por la

selección de diferentes materiales.

3.1.1.4.- Costo de Operación (CO)

Los costos de operación son costos de mano de obra relacionados al

funcionamiento de un sistema. Éstos varían, dependen ampliamente de la

complejidad del sistema. Por ejemplo, un separador puede requerir los

chequeos diarios para las emisiones de sus rangos de operación, fiabilidad

operacional, y actuación dentro de los parámetros aceptados. Por otro lado,

un sistema totalmente automatizado puede requerir vigilancia muy limitada.

La observación regular del funcionamiento de un sistema de separación

pueden alertar a operadores a las pérdidas potenciales en la actuación del

sistema. Los indicadores de la actuación incluyen los cambios en la

producción, la temperatura, el ruido, la proporción de flujo, y presión.

56

3.1.1.5.- Costo de Mantenimiento y Reparación (CM)

La vida óptima de un separador requiere de un servicio regular y eficaz.

El fabricante le aconsejará al usuario la frecuencia y la magnitud de este

mantenimiento rutinario. Su costo depende del tiempo y frecuencia de

servicio y el costo de materiales. El plan puede influir en estos costos a

través de los materiales de construcción y componentes escogidos y la

facilidad de acceso a las partes deben ser reparados. El programa de

mantenimiento puede comprender las actividades menos frecuentes pero

sustanciales; así como el servicio más frecuente pero más simple. Las

actividades principales requieren a menudo trasladar el equipo a un taller.

Durante este tiempo, la unidad no está disponible a la planta del proceso,

puede haber pérdida de producción o el costo adicional por un reemplazo

temporal. Estos costos pueden minimizarse con un programa de

mantenimiento mayor durante el cierre anual o pueden planificarse cambios.

El servicio mayor no puede describirse como" la unidad reparable en el

lugar," mientras el trabajo rutinario se describe como" la unidad reparable en

el lugar”.

El costo por el evento es calculado como sigue:

Costo de unidad reparable en el lugar =

el costo de mano de obra de reparación

+ los costos de partes del reemplazo y el

inventario asociado

+ otro, material consumible

+ el costo de pérdida de producción o el

reemplazo temporal (si es aplicable)

57

Gasto adicional de unidad no reparable en el lugar =

el costo de mano de obra de levantamiento

+ el costo de limpiar

+ el costo de transporte

+ el costo de inspección (si es aplicable)

+ el costo de reinstalación

Los costos de la mano de obra deben incluir la carga completa, y

cualquier costo de entrenamiento puede necesitarse o traer la labor

competente para cumplir con el mantenimiento rutinario. Deben hacerse las

concesiones para los costos no esperados,, cambios de cualquier artículo

encima del período de la revisión. El valor de tiempo del dinero debe ser

considerado para la energía y el mantenimiento como fue sugerido antes.

El costo total de mantenimiento rutinario se encuentra multiplicando los

costos por el evento por el número de eventos esperado durante el ciclo de

vida del separador.

Aunque no pueden predecirse los fracasos inesperados, ellos pueden

estimarse estadísticamente calculando el tiempo promedio entre fallas

(MTBF). MTBF puede estimarse para los componentes y entonces puede

combinarse para dar un valor.

Podría ser suficiente simplemente considerar “el mejor” y “el peor” caso

dónde la vida probable más corta y las vidas probables más largas son

consideradas. En muchos casos, el datos histórico está disponible.

El usuario debe decidir lo que es la vida de útil o de uso de un activo de

forma cuidadosa. Por ejemplo, la vida de un activo L en el año 10 calculada

de una tubería o interno es la estimación estadística del tiempo promedio

58

entre falla, para este punto se estima 10% de confiabilidad. Aunque esto

significa un 90% de probabilidad de falla. Las muestras del análisis

estadísticas

R(t)= e -�xt

λ

λ1

0

==−∞

∫ xdteMTBFxt

Entonces R(t)= e –t/MTBF

Donde: R(t) = la confiabilidad al tiempo t λ = rata de falla al tiempo t

Los valores sustituidos para el cálculo de L10, es decir, 90 % de

supervivencia después del tiempo t (= L10 vida del activo).

El fabricante puede definir y puede proporcionar MTBF de los activos

cuyas fallas impedirá la unidad opere o reduzca su vida esperada por debajo

de lo planificado. Estos valores pueden derivarse de la experiencia del

pasado o de los análisis teóricos. Puede esperarse que los activos incluyan

sus subsistemas. Los valores de MTBF pueden compararse con la vida activa

del plan de la unidad y el número de eventos de fracaso calculado.

Debe reconocerse las variaciones del proceso y el usuario quiera el más

ciertamente tener un mayor impacto en el MTBF de una planta incluso los

separadores incorporados en él. Debe ponerse el énfasis en obtener los datos

de MTBF históricos y disponibles en el mismo o similar, en lugar de los datos

teóricos del proveedor de equipo.

El costo de cada evento y el costo total de estas fallas inesperados puede

estimarse del mismo modos, los costos de mantenimiento rutinarios son

calculados.

59

3.1.1.6.- Tiempo Fuera de Servicio y Perdida de Producción (CS)

El costo de tiempo fuera de servicio inesperado y producción perdida

podría ser un artículo muy significante en el LCC total y puede rivalizar con

los costos de energía y los costos de reemplazo de partes y su impacto. El

valor de la producción puede empequeñecerse a los otros elementos. A pesar

del plan o la vida designada de una separador y sus componentes, habrá

ocasiones cuando una falla inesperado ocurre. En esos casos dónde los

costos de perdida de producción son inaceptablemente alto, un separador de

repuesto puede instalarse en paralelo y por ende reducir el riesgo. Si un

separador en stand by o disponible se usa, el costo inicial será mayor pero el

costo de mantenimiento no programado serán incluidos sólo en el costo de la

reparación.

El costo de producción perdida es dependiente al tiempo fuera de servicio

y difiere de caso a caso.

3.1.1.7.- Costo de Impacto Ambiental, Disposición de Partes Y

Contaminación por Derrames (CENV)

El costo de disposición del contaminantes durante la vida del sistema de

separación varía, mientras dependen significativamente de la naturaleza del

producto procesado. Ciertas opciones pueden reducir la cantidad de

contaminación significativamente, pero normalmente el costo de la inversión

aumentado.

Los ejemplos de contaminación del medioambiental pueden incluir líquidos

de procesos y disposición de goteo de líneas de procesos, el producto

60

procesado, disposición lubricante usados, como cualquier parte, pueda ser

contaminada, debe ser inspeccionada y por ende su costo debe considerarse.

También deben ser incluidos costos para la inspección del medio ambiente.

3.1.1.8.- Costos de Desincorporación y Restauración del Ambiente (CD)

En la inmensa mayoría de los casos, el costo de desincorporación de un

sistema de separación variará poco con los diferentes diseños. Esto es

ciertamente verdad para los líquidos no riesgosos y, en la mayoría de los

casos, para los líquidos riesgosos también. Tóxico, los líquidos riesgosos

radiactivos u otros. Una diferencia puede ocurrir cuando un sistema tiene los

arreglos de disposición como parte de sus arreglos de operación (por

ejemplo, equipos de limpiezas del lugar) mientras otros no. Pueden aplicarse

los argumentos similares a los costos de restauración del ambiente local.

Deben evaluarse los costos de desincorporación y restauración del

ambiente local con un grado de precisión alto para evaluar los verdaderos

costos globales de los sistemas de separación. Sin embargo, este ejercicio

compara sólo los costos de diseños de sistema diferentes para escoger el

diseño con los costos perpetuos mejores. Ninguna evaluación se necesita

donde puede mostrarse cualitativamente que no hay ninguna diferencia

significante.

Cuando los costo de desincorporación es muy alta, el LCC se vuelve

mucho más sensible a la vida útil del equipo.

3.1.2.- Costos de Ciclo de Vida, Valor del Dinero

Los costos estimados para los distintos elementos, comprenden el LCC

total necesitan ser agregados para permitir una comparación de los diseños a

61

ser considerados. Esto se hace mejor por medio de una tabulación identifica

cada elemento y un valor a ser insertado. Donde los valores no introducido

en la evaluación se deben comentar o explicar por que no se ha incorporado.

El costo calculado de antemano puede ser totalizado y es la suma de todos

los elementos para comparar el valor de LCC, las comparaciones cualitativas

también se anotan.

La siguiente ecuación es una apreciación global breve de LCC.

LCC = la suma de (Cic + Cin + Ce + Co + Cm + Cs + Cenv + Cd)

Donde: LCC = costo de ciclo de Vida Cic = costo inicial, precio de compra (el separador, sistemas de instrumentación, tuberías, los servicios auxiliares) Cin = costo de la instalación y procura (incluso el entrenamiento) Ce = costo de energía (el costo previsto para el funcionamiento del sistema, incluso operadores y cualquier servicio auxiliar) Co = costo de operación (costo de mano de obra) Cm = el mantenimiento y reparación costaron (la rutina y predijo las reparaciones) CS = tiempo perdido y pérdida de producción Cenv = costo por seguridad del medio ambiental (la contaminación del líquido manejado y equipo auxiliar) Cd = costo de desincorporación (incluso la restauración del ambiente local y disposición de servicios auxiliares)

Los factores financieros también deben ser considerados para el

desarrollo del LCC. Éstos incluyen:

• El precio de energía presente

• La subida de precio de energía anual esperada (la inflación) durante la

vida de del activo

• La tasa de descuento

• La tasa de interés

• La vida de equipo esperada

62

Los precios de la energía, la influencia de cargos fijos, los cargos de

alcance, cargos por penalidades, es demandado un incremento de capacidad,

debe pesarse si es posible. Los factores deben ser considerados para los

formularios de energía de otra manera que electricidad.

Además, el usuario debe decidir qué costos incluir, como el

mantenimiento, el tiempo perdido, medioambiental, la desincorporación, y

otros costos importantes.

3.1.3.- Inflación

La inflación reduce el poder adquisitivo de dinero con el tiempo. Para

hacer una comparación significativa entre los costos ocurren a diferentes

tiempos, esos costos deben ajustarse para los cambios del poder adquisitivo.

El ajuste de costos de la corriente a los valores constantes no es igual que

descontar los costos futuros al valor presente. Las Organizaciones tendrán

tablas con los valores de ritmos de inflación por el uso en los proyectos de

inversión de capital.

3.1.4.- Tasa de Descuento

La tasa de descuento es la tasa de rentabilidad se usa para comparar los

gastos a diferente puntos en el tiempo. Es decir, el inversionista se satisface

para tener una cantidad de dinero recibida antes con respecto a otra

cantidad, pueda recibir después.

No pueden combinarse costos proyecto-relacionados, ocurren en puntos

distintos en el tiempo de un período de estudio cuando calculamos

63

directamente el valor de LCC, porque los flujos de caja ocurrido en

momentos diferentes tiene los valores diferentes al inversionista. Una tasa

de descuento real (el precio neto de inflación general) se usa con el valor

constante del dólar o Euro, y una tasa de descuento nominal (inclusivo de

inflación general) se usa con el valor actual del dólar o Euro. Las ecuaciones

usadas en este documento reflejan el uso de tasas de descuento reales con

valor del dólar constante o Euro. La tasa de descuento del inversionista es

generalmente determinada por la tasa de rentabilidad aceptable mínima del

inversionista. La tasa de descuento apropiado de inversionista a

inversionista, y de proyecto a proyectar dependen del riesgo involucrado.

3.1.5.- Valor Presente Neto (VPN)

Dinero gastado en algún tiempo en el futuro tiene un valor diferente, la

misma cantidad gastada hoy. Algunos costos ocurren cada año regularmente

(por ejemplo, energía, plan de mantenimiento) a donde algunos costos

ocurren frecuentemente pero no cada año y pueden ser promediados a un

gasto anual (por ejemplo el reemplazo de una válvula). Otros gastos ocurren

con un patrón de frecuencia impredecible, ellos deben tratarse como

elementos solos de costo y no deben promediarse (por ejemplo, una

reparación mayor, costos de desincorporación). Estos costes se tratan

diferentemente, como es mostrado en el siguiente punto.

3.1.6.- Elemento de Costo

El costo presente (Cp) de un elemento de costo, Cn, pagado después de"

n" años, puede calcularse aproximadamente como sigue:

64

( )[ ]npiCnCp−+

=1

Donde: n = el número de años, p = inflación anual promedio esperada (incremento de precio) i = tasa de interés, i-p = tasa de descuento real, Cn = el costo pagó después de" n" años Cp = el costo presente de un solo elemento del costo, Cn,

Para calcular el valor presente (PV) de algunos los elementos, es

calculado agregando o añadiendo los valores de costo presentes de cada

elemento.

∑= XCpPV

3.1.7.-Costos Anuales y Promedios

Es útil usar un "factor del descuento," df, es un factor de la suma total

durante los años de “n” para el valor presente. El factor se clasifica como una

función de la tasa de descuento real y número de años. Este factor es muy

útil al hacer cálculos simples dónde el gasto anual es constante. En estos

modelos simplificados, la tasa de interés (i) e inflación (p) ha sido la suma

constante durante la vida del producto y ha combinado una proporción de la

tasa real de descuento (i-p). En un cálculo más exacto, los gastos anuales

están en el nivel de flujo de caja durante cada año y las figuras de costo

resultantes se puede descontar.

3.2.- Optimización Costo Riesgo

Es una metodología, permite identificar la frecuencia óptima de las

actividades de mantenimiento preventivo, con base en el costo total mínimo

65

/ óptimo. Esto se logra a través del balance de los costos / riesgos asociados

a tales actividades y los beneficios generados, es decir, compara el costo del

riesgo contra el costo de mantenimiento. Los logros encontrados en la

aplicación del OCR son:

• Costos totales óptimos, en cuanto a la relación Producción-

Mantenimiento.

• Frecuencias óptimas (Costos vs. Riesgos) de actividades de

mantenimiento, basadas en un contexto de producción.

• Extensión de vida útil de componentes y equipos.

• Optimización de inventarios de repuestos.

• Optimización de fuerza hombre asociada a ejecución de actividades de

mantenimiento.

3.3.- Mantenimiento Centrado En La Confiabilidad (MCC)

El MCC es un proceso, se usa para determinar la actividad de

mantenimiento más adecuada (económicamente justificada), debe hacerse

para asegurar los elementos físicos continúen las funciones.

El objetivo fundamental del MCC es la identificación sistemática de los

componentes más críticos dentro de un sistema por el análisis de función, así

como del modo y efecto de sus fallas. A través del entendimiento del efecto

de una falla sobre el proceso (no sobre un equipo), pueden ser especificadas

las tareas para prevenir las mismas. La metodología acepta la operación de

ciertos equipos hasta su falla, sin ninguna práctica de mantenimiento

preventivo, mientras sus efectos no impacten sobre la función del proceso

(producción), seguridad, ambiente o altos costos de reparación. Toda

aproximación de implementación MCC, se basa en responder siete preguntas

básicas:

1. ¿¿Cuál es la función de un activo?

66

2. ¿De qué maneras puede fallar?

3. ¿Qué origina la falla?

4. ¿ Qué pasa cuando falla?

5. ¿Importa si falla (impacto)?

6. ¿ Se puede hacer algo para prevenir la falla?

7. ¿ Qué pasa si no podemos prevenir la falla?

Equipo Natural De Trabajo O Grupo De Revisión

En la práctica, el personal de mantenimiento no puede contestar las siete

preguntas básicas del MCC por sí mismo. Esto es porque muchas (si no la

mayoría) de las respuestas sólo pueden ser proporcionadas por un equipo de

trabajo integrando al personal operativo, de mantenimiento y el de

producción. Esto se aplica especialmente a las preguntas conciernen al

funcionamiento deseado, los efectos de los fallos y las consecuencias de los

mismos.

Por esta razón, una revisión de los requisitos del mantenimiento de cualquier

equipo debería hacerse por equipos de trabajo incluya por lo menos una

persona de la función del mantenimiento y otra de la función de producción.

La representación de equipo natural de trabajo (ENT) típico es.

• Facilitadores

• Ingeniero de Procesos

• Mantenedor

• Operador

• Programador

• Especialistas

PASOS PARA LA APLICACIÓN DEL MCC

Para responder las 7 preguntas anteriormente expuestas, es necesario

la utilización de las herramientas fundamentales del MCC las cuales son:

67

Análisis de los Modos y Efectos de Fallas (AMEF) y Árbol Lógico de

Decisiones.

- AMEF: Es una herramienta, permite identificar los efectos o

consecuencias de los modos de fallas de cada activo en su

contexto operacional (Con este análisis es posible responder las

preguntas 1, 2, 3, 4 y 5).

- Árbol Lógico de Decisiones: permite seleccionar de forma

óptima las actividades de mantenimiento según la filosofía del

MCC (Es posible responder las preguntas 6 y 7).

FLUJOGRAMA DE ANÁLISIS

Es una forma general para conducir el MCC y se resume en el siguiente

diagrama de bloque, donde se detallan los pasos a seguir:

Diagrama EPS

Es un diagrama de Entrada, Proceso, Salida, es una herramienta que

facilita la visualización del sistema, para su posterior análisis. Tiene la misma

configuración para cualquier sistema o elemento de equipo: uno o muchos

insumos son procesados para generar uno o varios productos.

Las entradas se dividen en tres clases principales, las cuales son:

• Insumos: Materia prima a transformar.

• Servicios: servicios como energía, agua de enfriamiento, aire de

instrumentos, y otros.

• Controtes: Son los efectos o acciones de aquellos equipos o elementos,

es decir, son entradas que permiten el control de sistema, como

arranque-parada, y otros.

• El Proceso, es la descripción simple de la acción a realizar por el

sistema, es aquí donde se concentran las ideas sobre el mantenimiento

68

de la función que está siendo ejecutada. Ej.: Inyectar, calentar, y

otros.

• Productos Primarios, son los principales productos del sistema y el

propósito de su uso.

• Productos Secundarios, son aquellos derivados aprovechables del

proceso principal, por lo general son procesados en otra instancia.

• Desechos o Productos residuales, son productos que se deben

descartar, para los cuales se genera una función con tal fin.

• Servicios Externos, en algunos casos, se deben generar servicios a otra

parte del proceso o a otro subsistema, por lo general pueden ser

ignorados en lo que respecta al análisis del proceso y al Análisis de

Modos y Efectos de Fallas.

• Alarmas, Controles, son señales que funcionan como advertencia o

control para otros sistemas.

Diagrama funcional.

Es una representación gráfica, permite comprender de manera

sintetizada el proceso de los sistemas.El diagrama funcional es elaborado

como un diagrama de flujo que vincula los procesos de bajo nivel. El

diagrama debería reducir la función global del sistema a sus procesos

constituyentes más sencillos. En todos los casos, los contenidos de los

recuadros deberían ser escritos en infinitivo, “hacer algo”.

Consideraciones para Elaborar un Diagrama Funcional

• El diagrama funcional representará la manera como se alcanzan las

funciones primarias del sistema.

• Cada bloque del diagrama representará cada uno de los

subsistemas y ejecutará una función subsidiaria.

• Identificar cada bloque con verbos en infinitivo.

69

• El diagrama funcional debe dar una descripción gráfica del sistema.

• No conducir las funciones de cada bloque con el equipo que las

ejecuta.

• En el diagrama no deben aparecer equipos.

• Alinear las salidas a la derecha y con la misma numeración e

información que posee el diagrama EPS.

Contexto operacional

Existen una serie de factores del proceso ayuda a formular el contexto

operacional, entre estos factores están:

• Perfil de operación.

• Ambiente de operación.

• Calidad / disponibilidad de los insumos requeridos (combustible, aire,

y otros.)

• Alarmas.

• Monitoreo de primera línea.

• Políticas de repuestos, recursos y logística.

Es necesario para la realización del contexto operacional tener una correcta

información del campo, es decir, la información sobre el activo debe ser de

buena calidad, para ello la recolección y uso de data, se debe:

• Recolectar la data de forma precisa y segura, ya que esta impulsa

todo el proceso.

• Seleccionar los indicadores más efectivos en función de la data

recolectada.

• Esquemáticos del sistema y/o diagramas de bloque.

• Manuales de diseño y operación de los sistemas.

• Manuales de los equipos pertenecientes al sistema.

70

• Archivos históricos de los equipos que puedan contener historia de

fallas y mantenimiento correctivo realizados.

Otra herramienta fundamental para la realización del contexto operacional es

el Diagrama EPS .

DETERMINACIÓN DE LAS FUNCIONES

Los problemas clave afectan el análisis de las funciones se tratan bajo los

títulos siguientes :

• los diferentes tipos de funciones

• los criterios de funcionamiento

• las funciones y el contexto operacional

• cómo deben registrarse las funciones.

Cada uno de los elementos de un equipo suele tener una (a menudo

varias) funciones. Evidentemente, si deseamos asegurar continúe

desempeñando estas funciones, todas deben identificarse desde el principio.

Es esencial registrar todas las funciones de los equipos importantes

Se pueden dividir las funciones en cuatro categorías:

a.- funciones primarias

b.- funciones secundarias

c.- dispositivos de seguridad

d.- funciones supérfluas

Se considera en más detalle cada una de estas categorías en los párrafos

siguientes.

Fallas funcionales

Una falla funcional se define como la incapacidad de cualquier elemento

físico de satisfacer un criterio de funcionamiento deseado. Esta definición

71

abarca situaciones, el comportamiento funcional queda al margen de los

límites admisibles, a este tipo de fallo se denomina fallo parcial, y el caso

donde se produce la pérdida total de la función, este caso es definido como

fallo total.

Cabe destacar, los criterios de funcionamiento deben establecerse por los

operarios y trabajando conjuntamente. Es bueno recordar que elementos

idénticos pueden tener fallos funcionales diferentes si el contexto operacional

es diferente.

Modos de fallas

Las causas de las fallas se conocen como modos de falla. El proceso de

evaluación de las consecuencias y selección de las tareas se aplica a los

modos de fallos individuales, y el paso siguiente en el proceso de revisión es

registrar la causa cada fallo funcional.

En la práctica, la información sobre los modos de los fallos, han ocurrido o

tienen una probabilidad razonable de producirse puede obtenerse de:

• los operarios, especialistas o encargados que hayan tenido una larga

asociación con la maquinaria.

• el fabricante o vendedor de la misma.

• otros usuarios de la misma maquinaria

• Antecedentes técnicos y bancos de datos.

De ellos, la mejor fuente de información suele ser las personas conocen

bien los equipos. Si bien los registros y los bancos de datos pueden ser una

valiosa fuente de información, deben tratarse con cautela por las razones

siguientes:

• a menudo son incompletas

• raras veces describen todas las circunstancias en el fallo tuvo lugar

72

• por su propia naturaleza no pueden describir fallos, todavía no se han

producido

• con frecuencia describen modos de fallo, en realidad son el efecto de

algún otro fallo.

Efectos de las fallas.

Las consecuencias de los fallos funcionales se denominan efectos de los

fallos. La descripción de estos efectos debería incluir toda la información

necesaria para ayudar en la evaluación de las consecuencias de los fallos.

Concretamente, al describir los efectos de un fallo, debe hacerse constar lo

siguiente:

• la evidencia (si la hubiera) se ha producido un fallo.

• las maneras (si las hubiera) en el fallo supone una amenaza para la

seguridad o el medio ambiente

• las maneras (si las hubiera) como afecta a la producción o al

funcionamiento.

• los daños físicos (si los hubiera) causados por el fallo.

• qué debe hacerse para corregir el fallo.

Los efectos de los fallos se caracterizan de la siguiente forma:

• Deben tener la información necesaria para determinar las

consecuencias y tareas de mantenimiento.

• Debe describirse como si no se estuviera haciendo algo para

prevenirlos.

• Deben considerarse el resto de los dispositivos y procedimiento

operacionales funcionan o se llevan a cabo.

ÁRBOL LÓGICO DE DECISIONES

La hoja de decisiones o árbol lógico de decisiones es una herramienta de

amplio valor usado por el ENT el cual, permite clasificar los modos de fallas

según sus consecuencias, al mismo tiempo permite elaborar las tareas de

73

mantenimiento óptimas para prevenir la falla.El árbol comienza preguntando

si el servicio evitaría la ocurrencia de la falla (como servicio se han de tomar

las buenas prácticas de mantenimiento), lubricación, reemplazo de

consumibles, limpieza y en general los buenos hábitos de mantenimiento,

después de esto clasifica las fallas según sus consecuencias, para luego

buscar su tarea preventiva o su acción por omisión según sea el caso. Las

siguientes preguntas acompañan al árbol lógico de decisión:

• Tareas a condición.

• Tareas de reacondicionamiento cíclico.

• Tareas de sustitución cíclica.

• Tareas de búsqueda de fallos.

• Consecuencia del fallo oculto.

• Consecuencias para la seguridad o el medio ambiente.

• Consecuencias operacionales.

• Consecuencias no operacionales.

Consecuencias de las fallas

Las tareas de mantenimiento a ejecutarse dependen de las consecuencias

producto de la pérdida de la función. Si las consecuencias se pueden

aceptarse, se debe siempre evitar se presente la falla. Si las consecuencias

son aceptables, quizás la respuesta correcta sea no prestar mantenimiento

alguno. El hecho de la necesidad de prestar mantenimiento depende de las

consecuencias de las fallas es válido para cualquier sistema o elemento de

equipo. La complejidad del sistema o la falla del equipo puede ser superada

mediante la categorización de las consecuencias de las fallas.

• Consecuencias de fallas ocultas

• Consecuencias para la seguridad

• Consecuencias ambientales

• Consecuencias operacionales

• Consecuencias operacionales no operacionales

No

74

Figura 4.1 Representación gráfica de la hoja de decisión. Manual de Mantenimiento Centrado en Confiabilidad CIED PDVSA 1999

Tareas De Mantenimiento

El análisis de las consecuencias genera las reglas para comprobar si vale

o no la pena una posible tarea de mantenimiento. También brinda el marco

de referencia general para aplicar las acciones por omisión que han de

emplearse cuando el mantenimiento no sea posible o no constituya la mejor

estrategia.

ÁRBOL LÓGICO DE DESICIONES DEL MCC

No

Si No

¿Restauración programada?

¿Descarte programado?

¿El rediseño puede ser obligatorio?

¿Tareas de pesquisa de fallas ocultas?

Si

Si

¿El rediseño es obligatorio?

¿Combinación de tareas?



Si

Si No

¿El rediseño debe justificarse?

¿No se realiza mantenimiento programado?



Si No

¿El rediseño debe justificarse?

¿No se realiza mantenimiento programado?



Si

Si

Si No

No

Si No

Si No

Si No Si

No

¿tareas de monitoreo de condiciones?




¿El modo de falla es evidente a los operarios?

Si

¿El modo de falla afecta la seguridad o el medio ambiente?

¿El modo defallo afecta las

operaciones?

Si Si

No

Si No

Si No

Si No Si No Si No

Si No

Si

75

Selección de las Tareas de Mantenimiento

Al seleccionar una tarea de mantenimiento éstas deben ser aplicables y

efectivas.

Aplicabilidad. Las tareas deben prevenir o mitigar las fallas, detectar las

fallas potenciales o descubrir las fallas escondidas, su evaluación dependerá

del tipo de consecuencia de falla.

Falla Oculta. La tarea deberá disminuir el riesgo de falla múltiple a un nivel

aceptable. De no encontrarse una tarea adecuada o combinación de estas se

debe implantar un sistema de búsqueda de fallas.

Seguridad o ambiente. Se debe reducir el riesgo de falla a un nivel muy

bajo. De no encontrarse una tarea o combinación de éstas sea aplicable, el

rediseño es obligatorio.

Operacional y no operacional. El riesgo de falla debe disminuirse a un nivel

aceptable. De no encontrarse una tarea o combinación de éstas sea

aplicable no se debe realizar ningún mantenimiento cíclico.

Efectividad. Las tareas o combinación de éstas que se seleccionen deberán

ser la opción de mejor relación costo-beneficio.

Las tareas de mantenimiento bajo un ambiente de trabajo MCC pueden

ser.

a. Tareas preventivas

b. Tareas “A Falta De”

76

Tareas Preventivas

• Tareas programadas en el tiempo (fallos asociados con el

envejecimiento)

• Tareas de Reacondicionamiento cíclico

• Tareas de sustitución cíclicas

• Límites de vida segura

• Límites de vida económica

• Tareas programadas por condición (fallos no asociados con el

envejecimiento)

• Tareas “a condición” cíclicas

Fallo Potencial

Un fallo potencial es un estado físico identificable indica que está a punto

de producirse un fallo funcional o está ocurriendo ya.

Ejemplos de fallos potenciales.

• Vibraciones presagian el fallo inminente de un cojinete

• Grietas indican la fatiga del metal

• Partículas en el aceite de una caja de engranajes significan el fallo

inminente de los mismos.

Frecuencia de las Tareas “A Condición”

En este tipo de mantenimiento se ha de considerar la curva o intervalo P-

F (figura 2.13), representa el tiempo transcurrido entre un fallo potencial y

su empeoramiento hasta que se convierte en fallo funcional.

Categorías de las técnicas a condición

• Técnicas de monitoreo de la condición (condition monitoring).

• Técnicas detectan los fallos potenciales en base de las variaciones en

la calidad del producto.

• Técnicas de monitoreo de los efectos primarios.

• Técnicas de chequeo basados en el sentido humano.

77

Condition Monitoring

Involucran el uso de algún tipo de maquinaria para detectar los fallos

potenciales. Algunos son usados por operarios semicalificados al tiempo otros

precisan técnicos altamente formados, otros servicios de condition

monitoring son ofrecidos por agencias centrales a base del cobro de

honorarios.

Clasificación de las Técnicas de Condition Monitoring

• Monitorización dinámica

• Monitorización de partículas

• Monitorización química

• Monitorización de efectos físicos

• Monitorización de temperatura corrosión

• Variación de la calidad del producto

• Monitoreo de los efectos primarios

• El sentido humano

• Tareas “a falta de” o por omisión

• Tareas cíclicas de búsqueda de fallos

• Ningún mantenimiento preventivo

• Rediseño

• Lubricación

• Chequeos de recorrido

• Inspecciones por zonas

78

CAPÍTULO IV

MARCO METÓDOLOGICO

4.1.- Tipo de Investigación

La presente investigación es de naturaleza Probabilística, por cuanto la

determinación de los Modelos de Diseño de Separador Ciclónico y de Costo

de Ciclo de Vida en estudio, se sustenta en criterios de riesgo e

incertidumbre. No obstante, se maneja información determinística,

ubicándose en las categorías siguientes:

"In Situ" o de Campo; por cuanto se estudia un fenómeno real en el

yacimiento.

Analítica; ya que pretende la búsqueda o el descubrimiento de los activos

óptimos en una instalación. Es el tipo de investigación verdadera porque

profundiza el conocimiento racional de la realidad.

Predictiva; por cuanto se proyecta el comportamiento de las variables o

características involucran el diseño y los costos implican en el tiempo,

mediante la construcción de curvas probabilísticas, permitan primero

dimensionar el activo y segundo estimar los flujos de cajas, a partir de la

producción. Así mismo, se establece un marco de referencia para futuros

estudio.

4.2.- Población

Se define la población como: " La totalidad del fenómeno a estudiar en

donde las unidades de la población poseen una característica común, la cual

se estudia y da origen a los datos de la investigación ".

79

El tamaño de la población a estudiar está constituido por 9 pozos

completados en el yacimiento.

4.3.- Recopilación de la Información

Para el desarrollo de este trabajo de grado establecemos dos modelos a

estudiar, el primero concerniente al diseño del separador ciclónico y un

segundo modelo donde se estudia el costo de ciclo de vida de los

separadores bifásicos y ciclónicos.

4.3.1.- Modelos Probabilísticos de Diseño de Separación

• La información fue tomada de los libros de producción, carpetas de

pozos, la herramienta “CENTINELA” y la base de datos “OFM”.

• Se recopilaron análisis de Presión - Volumen - Temperatura (PVT),

realizados en el yacimiento, para de esta forma considerar las

características físico - químicas de los fluidos producidos.

• Para la estimación de las tasas de flujo, se recopilaron las presiones de

fondo fluyentes de los pozos activos. Las mismas fueron suministradas

por la Ing. de producción del área, abarcando la información

correspondiente al último reporte de producción emitido.

• Para la estimación de eficiencia de los separadores bifásicos, se recopilo

los análisis composicional del crudo y el gas, para determinar el

arrastre de líquido en la línea de gas o gas en la línea de flujo.

80

4.3.2.- Modelo Probabilístico de Costo de Ciclo de Vida

• La información de falla fue tomada de los libros de mantenimiento,

programación y sistemas de información de mantenimiento, para la

estimación de la rata de falla de cada uno de los modos de fallas

preestablecidos en el estudio de Mantenimiento Centrado en

Confiabilidad de los Sistemas de Instrumentación de los Separadores

Bifásicos.

• Para la estimación de los costos de labor, materiales y servicio, se

recopiló la información del estudio de Costos Basado en Actividad de

Producción.

• Los impactos de producción e impactos al medio ambiente se estimaron

según la opinión de expertos.

4.4.- Propiedades de los Fluidos

Los fluidos que se encuentran en yacimientos petrolíferos son mezclas de

hidrocarburos, con composiciones variables y comportamientos complejos

ante las diversas condiciones de presión y temperatura a las que son

sometidos.

Con la explotación de los yacimientos, se ocasionan cambios importantes

en la presión, y por lo tanto, en las propiedades de los fluidos presentes. Aún

mas significativos, son los cambios experimentados cuando adicionalmente

varía la temperatura, al momento en los fluidos llegan a superficie. Todos

estos comportamientos son reflejados en el análisis PVT (Presión-Volumen-

Temperatura), los cuales son de vital importancia para realizar cualquier

análisis de yacimiento.

81

Este análisis consiste en determinar las propiedades físicas de los fluidos

presentes en el yacimiento, los cuales son fundamentalmente:

• Los factores volumétricos (Bo, Bg y Bw),

• Las razones de gas en solución (Rso y Rsw)

• Las compresibilidades (Co, Cg y Cw), y

• Las viscosidades (μo, μg, μw).

El comportamiento PVT de los fluidos, se puede obtener a partir de dos

formas: directamente de una muestra de fluido en la etapa inicial de la vida

productiva del yacimiento o a partir del uso de correlaciones empíricas,

cuando no se dispone de muestra de fluidos, o teniéndolas no cumplan con

las pruebas de validación.

En el yacimiento, el comportamiento PVT de los fluidos, se obtuvo de

manera directa, mediante muestras de fluido, tomadas en la etapa inicial de

la vida productiva del yacimiento.

4.5.- Modelo Probabilístico de Diseño de Separadores

Para el desarrollo de este modelo se escogió un grupo de valores de

propiedades del crudo. A partir de aquí se inicia un período de iteraciones

determinísticos con el software GLCC Vx7 para determinar un diseño

correspondiente a estos valores, ya que se debe determinar Diámetros del

Cuerpo, Longitudes por debajo de la entrada y por encima de la entrada,

ángulo de entrada del brazo (es aquí donde se debe estratificar el fluido, se

produzca la separación gas líquido en el separador, otras variables que se

deben determinar son especificaciones de área de entrada del brazo y área

de salida de este, caudales de operación, velocidades criticas de gas y

líquido, y otros.

82

De esta forma obtendremos rangos de valores de dimensiones del

separador ciclónico nos permitirán tener un acercamiento a las dimensiones

finales evaluadas según la caracterización probabilísticas de las propiedades

de físicas del crudo se este analizando.

Los rangos de valores de las dimensiones del separador ciclónico serían:

• Diámetro Interno del GLCC 20 a 23 in

• Brazo de Alimentación de 6 a 11 in.

• GLCC Longitud de sección de gas 5 a 5.5 ft.

• GLCC Longitud de sección de liquido 12.5 a 15 ft.

4.5.1.- Caracterización Probabilística de las Propiedades Físicas

En la estimación de producción de un pozo y en este casos de los pozos

llegan al separador, las variables intervienen están asociadas a parámetros o

datos de yacimiento. Estas variables no tienen un valor único, por lo general

se mueven dentro de un rango de valores probables, es decir, obedecen a

una distribución probabilística, las cuales tienen asociada incertidumbre, por

lo que el resultado no es un valor único, sino un rango de valores probables.

Para generar distribuciones probabilística a partir de un conjunto de

datos reales, se utilizó la herramienta “CRYSTAL BALL”. Este simulador debe

estar instalado en la “PC” o a nivel de Red, el cual al ser activado, presenta

un libro Excel con una barra de herramientas adicional a la tradicionalmente

conocida en este programa, tal y como se muestra en la Figura 4.1.

83

Figura 4.1.- Barra de herramientas del “CRISTAL BALL”.

En una hoja Excel, con la aplicación “CRYSTAL BALL” activada se

organizó la información sujeta al análisis, bajo la premisa, se analizarán

pozos producidos por alta; activando las celdas de las variables en estudio,

las cuales correspondieron a un valor numérico colocado manualmente. Se

consideró el valor promedio del conjunto de datos asociados a dichas

variables y en algunos casos el valor más probable. Véase Tabla 4.1.

Tabla 4.1.- Datos de las variables del Modelo.

Una vez ubicados en la celda correspondiente se seleccionó el icono “Define

Assumption”, sobre la barra de herramientas para activar la distribución

probabilística. El programa muestra automáticamente la galería de modelos

probabilísticos, tal como se muestra en la Figura 4.2.

Pozo Tren POT BND BBD G TOTAL RGP CHP THPPozo 1 Alta 400 432 888 666 373 1434 392Pozo 2 Alta 350 250 1837 1355 3200 1785 644Pozo 3 Alta 290 110 114 1255 2245 600 130Pozo 4 Alta 650 703 1977 1202 885 1530 220Pozo 5 Alta 1295 576 602 838 1332 1600 610Pozo 6 Alta 500 483 517 1681 2468 1539 606Pozo 7 Alta 750 684 733 1516 1039 1556 634Pozo 8 Alta 600 288 593 799 983 1560 290Pozo 9 Alta 800 518 761 928 645 1581 222

Promedio 626 449 891 1138 1465 1465 416

84

Figura 4.2.- Galería de Distribuciones Probabilísticas.

Al conocer, previamente el comportamiento probabilística de las

variables, se selecciona directamente el modelo de la galería.

Puesto que no se conocía el comportamiento probabilística de la mayor

parte de las variables en estudio, se seleccionó el recuadro “Fit”, para

generar la distribución probabilística capaz de reproducir el comportamiento

de la data real. Se procedió a establecer las premisas necesarias para

evaluar la data como es el test de ajuste y de esta forma visualizar el mejor

comportamiento de las propiedades físicas de los pozos en la entrada del

separador. Establecido los rangos de evaluación se considero el test de

ajuste de Anderson Darling, consideramos este test nos apoya

indistintamente según sea el numero de datos posea la muestra. De igual los

rangos establecidos para la propagación de la incertidumbre fueron los

valores máximos y mínimos de cada variables. Como se muestra en la Figura

4.3

85

Figura 4.3.- Asunción de la variable potencial acotada.

Cada unas de las variables se caracterizó utilizando CRYSTAL BALL para

visualizar sus parámetros y comportamiento, esto se hizo mediante la

función Define Forecast y poder propagar la incertidumbre según las

premisas establecidas anteriormente.

Pozo Tren POT BND BBD G TOTAL RGP CHP THP

Pozo 1 Alta 400 432 888 666 373 1434 392Pozo 2 Alta 350 250 1837 1355 3200 1785 644Pozo 3 Alta 290 110 114 1255 2245 600 130Pozo 4 Alta 650 703 1977 1202 885 1530 220Pozo 5 Alta 1295 576 602 838 1332 1600 610Pozo 6 Alta 500 483 517 1681 2468 1539 606Pozo 7 Alta 750 684 733 1516 1039 1556 634Pozo 8 Alta 600 288 593 799 983 1560 290Pozo 9 Alta 800 518 761 928 645 1581 222

626 449 891 1138 1480 1465 416Σ 6261 4493 8913 11378 14650 14650 4164

Promedio 626 449 891 1138 1465 1465 416 Tabla 4.2.- Base de Datos de Variables .

Posteriormente se corre la simulación, mediante el icono de “Start

Simulation”, de la barra de herramientas; es en este momento donde se

observaron todas las iteraciones realizadas por el programa.

El resultado es una distribución probabilística definida, la cual es producto

de la combinación aleatoria de las distribuciones asociadas a cada variable.

86

4.5.2.- Modelo Probabilístico del Separador Ciclónico

La estimación probabilística del dimensionamiento del separador ciclónico

se estableció mediante la utilización de la herramienta GLCC Vx7.0 y el

CRYSTAL BALL, para generar distribuciones probabilística a las dimensiones

del separador soportado por la teoría de ingeniería de gas y la gerencia de la

incertidumbre, estas dos herramientas trabajan baja plataforma Excel de MS

Office.

Debido a la complejidad del software, se realizó una interfase con la tabla

base de datos de las variables, y mediante modo “Step by Step” del Crystal

Ball, se realizó el sampling y así de esta forma generar distintos escenarios

para los distintos números de iteraciones. Para abreviar el proceso de

escenarios, se prefijó que el número de iteraciones serían 20, de esta forma

obtendríamos un espectro de 20 escenarios para obtener una mejor

caracterización de cada unas de las dimensiones del separador ciclónico.

Figura 4.4.- Barra de Menú del GLCC Vx7.

87

Assumption: Potencial Lognormal distribution with parameters: Mean 632.46 Standard Dev. 309.80

Selected range is from 290.00 to 1,295.00

Assumption: BND Weibull distribution with parameters: Location -2,005.81 Scale 2,542.44 Shape 15 Selected range is from 110.00 to 703.00

Assumption: BBD Lognormal distribution with parameters: Mean 980.77 Standard Dev. 976.45


Assumption: G Total Lognormal distribution with parameters: Mean 1,145.46 Standard Dev. 373.29


Assumption: RGP Weibull distribution with parameters: Location -549.39 Scale 2,097.08 Shape 1.80135591


Assumption: CHP Weibull distribution with parameters: Location -2,659.64 Scale 4,271.30 Shape 15


Assumption: THP Lognormal distribution with parameters: Mean 431.53 Standard Dev. 277.87 Selected range is from 130.00 to 644.00

141.29 676.77 1,212.25 1,747.73 2,283.21

Potencial

-2,005.81 -1,289.62 -573.44 142.75 858.94

BND

57.64 2,138.40 4,219.16 6,299.92 8,380.68

BBD

419.89 1,021.12 1,622.35 2,223.57 2,824.80

G Total

-549.39 867.03 2,283.45 3,699.87 5,116.29

RGP

-2,659.64 -1,456.45 -253.25 949.94 2,153.13

CHP

61.99 577.35 1,092.71 1,608.07 2,123.43

THP

88

Tabla 4.3.- Rangos y Parámetros de Variables.

En la siguiente figura se muestra la pantalla de entrada de valores

previamente caracterizado y posee una interfase con el archivo de la base de

dato de las variables de entradas.

Figura 4.5.- Pantalla de entrada de valores caracterizados.

De esta forma obtenemos en cada escenarios la siguiente información con

respecto a cada análisis PVT Probabilístico:

1. Operational Conditions

Oil Rate [Qov] 4498.3 [stbopd]Water Rate [Qwv] 3351.7 [stbwpd]Gas Rate [Qgv] 11312.5 [Mscf/d]Inlet Pressure [Pinv] 176.7 [psia]Inlet Temperature [Tinv] 91.9 [oF]

89

2. PVT Properties

Oil specific gravity [SGov] 48.82 [API]Gas specific gravity [SGgv] 0.76

Water density [Rhowv] 60.8 [lbm/ft3]Oil viscosity [Viscov] 50.0 [cP]Gas viscosity [Viscgv] 0.011 [cP]Water viscosity [Viscwv] 10.00 [cP]Surface tension of oil [Sigmaov] 33.1 [dynes/cm]Surface tension of water [Sigmawv] 72.2 [dynes/cm]Oil Density [Rhoov] 48.66 [lbm/ft3]

3. Inlet DimensionsInlet diameter [Dinv] 11 [in]

Percent of slot area /inlet area [rNozzlev] 25 [%]Height of slot sector [Hslot] 10.072 [in]Width of slot sector [Wslot] 3.289 [in]Inclination angle [Alfav] -27.0 [degree]

4. GLCC DimensionsID [in] Length [ft]

Below inlet 20.00 15.00Above inlet 20.00 5.00

5. Loop DimensionsLiquid Leg

ID [in] Length [ft] Abs. Roug. [ft] Fitting K value Fitting No

5.76 12.50 0.000150 Tee-Flow Thru Branch 0.900 115.76 4.20 0.000150 Pipe Entrance 0.500 125.76 12.00 0.000150 Elbow 90 0.450 8

Tee-Flow Thru Branch 0.900 11

Gas Leg ID [in] Length [ft] Abs. Roug. [ft] Fitting K value Fitting No

9.75 12.50 0.000150 Tee-Flow Thru Branch 0.840 119.75 4.20 0.000150 Pipe Entrance 0.500 129.75 7.00 0.000150 Elbow 90 0.420 8

90

4.6.- Modelo de Costo de Ciclo de Vida

Para el desarrollo de un modelo, donde los costos estimados a lo largo de

la vida de un activo nos hemos soportados en los estudios realizados para la

actualización de la política de mantenimiento preventivo partiendo de un

análisis de modo de falla y de esta forma considerar los costo planificados y

de la baja de confiabilidad de los equipos de instrumentación, a estos

equipos se le deben sumar los costos por mantenimientos correctivos a las

partes estáticas, presentan una frecuencia de falla muy baja pero un impacto

de producción.

Para la consecución de este modelo se cumplieron los siguientes pasos:

• Costo Inicial o de Inversión, y Costos de Instalación

Costos del Activo

Costos de los equipos auxiliares

Tiempo de Diseño y de Construcción

Tiempo de Instalación y Prueba

Impacto de Producción por instalación y Prueba

• Costos de Energía

Consumo de energía por equipo.

• Costos de Operación

Costo de labor en sitio

4. Tangential Velocity & Vortex Region

Flow pattern @ inlet (upstream) [FPP]Liquid holdup @ inlet (upstream) [hlinp] 0.010Liquid holdup @ slot [Hlisg] 0.050Liquid height @ slot [hls] 0.01 [in]Tangential velocity @ inlet slot [VT1] 14.77 [ft/s]Tangential velocity @ vortex bottom [VT3] 12.54 [ft/s]

Vortex length [ztot] 1.36 [ft]Height of vortex crown from the bottom [rllw] 13.39 [ft]Height of bub. traj.region from the bottom [rLtraj] 12.03 [ft]Bubble diameter [Dbmmv] 0.100 [mm]

STRATIFIED

91

Costo de labor por supervisión a distancia

Costos por servicios (Lancha)

• Costo de Mantenimientos y Reparación

Costos por Mantenimientos Preventivos

Costo por labor.

Costo por materiales

Costos por servicios

Costos por Mantenimiento Correctivo

Costo por labor.

Costo por materiales

Costos por servicios

• Impacto de Producción

Producción Diferida en términos monetarios

• Impacto Ambiental en términos monetarios

• Costos de Desincorporación.

Para este modelo profundizaremos en los costos de mantenimiento y

reparación, donde evaluamos la rata de falla para cada uno de los modos de

fallas, esto se realizó mediante la opinión de expertos.

92

CAPÍTULO V

COSTO DE CICLO DE VIDA

5.1.- Costo de Ciclo de Vida Separadores Bifásicos

El propósito principal de este estudio es visualizar la alternativas de

reemplazo de los separadores bifásicos por separadores de nueva

tecnología en instalaciones existente costa afuera, el esquema operacional

de esta instalación seleccionada, posee dos separadores bifásicos manejan

una producción de 5000 barriles brutos c/u, y al momento de incorporar

nueva tecnología con el fin de mejorar los tiempos entre fallas y disminuir

el impacto de producción estos equipos serían reemplazados por un

separador ciclónico, pueda manejar la producción de los separadores

bifásico y al mismo tiempo este acorde al plan de explotación de la EF.

Se estableció los costo de:

• Costo de Mantenimiento Mayor (necesarios para restablecer la

eficiencia del activo)

• Costos de Mantenimiento Preventivo, conformado por:

Política de Mantenimiento Preventivo Instrumento

Política de Inspección Equipos Estático

Política de Inspección Equipos Instrumentos

• Costos de Mantenimiento Correctivo, conformado por los modos de

fallas de las 27 funciones analizadas en el estudio de MCC a los

equipos de instrumentación de los separadores de producción, de

igual forma se cotejo con las actividades expuestas en el estudio de

93

Costos ABC, consiguiéndose las actividades expuesta en el ultimo

estudio mencionado estaba contenidas en el AMEF.

• Costos de Desincorporación.

Con respecto a las rata de falla de los modos de falla se estableció

mediante entrevista al personal de mantenimiento, estableciéndose rata

de fallas anuales, bianuales y algunos casos trianuales para los equipos

instrumento y una rata de falla de 7 años para la estructura del separador

(ejemplo líneas, codos, y otros).

Costos de Mantenimiento Mayor

Costos de Mantenimiento Preventivo

Costos por Mantenimiento Preventivo - InstrumentoNivel I Nivel II Nivel III

Duracion Hrs 2 2 3Mano de Obra 2 2 2

Min Probable MaxCosto de Mano de Obra - MBs 50 60 70 60Servicio MBs 55 62 65 62Materiales MBs 10 40 60 40Frecuencia 8 2 2

Costo por Ano 3232 808 1172 5212

Costos por Mantenimiento Predictivo - Equipos EstaticosMin Probable Max

Duración 4 6 8 6Mano de Obra 1Servicio 55 62 65 62Costo de Mano de Obra 15 20 25 20Equipos 5 10 15 10Frecuencia 1 Ano 502

Costos por Mantenimiento Predictivo - InstrumentosMin Probable Max

Duración 2 3 4 3Mano de Obra 1Servicio 55 62 65 62Costo de Mano de Obra 15 18 21 18

Frecuencia 1 Ano 240

94

Costo de Desincorporación

Costos por Mantenimiento Correctivo estructura.

Para el desarrollo se estableció una plantilla en Excel donde se

evaluará un horizonte de 20 años con una tasa de descuento asumida en

una distribución triangular donde el valor mínimo asumido es 10%, un

valor probable de 12% y un valor máximo de 15%. El orden de esta

plantilla se expresa de la siguiente forma :

1. Ingresos dado por la producción expresado en MBs.

2. Costos de Desincorporación

3. CAPEX o Inversiones para este caso este item no posee valores

4. OPEX

a. Costos de Mantenimiento Preventivo Menor e Inspección

b. Costos de Mantenimiento Mayor

Dando como resultado:

LCC = VPN

Desincorporacion

Costo del Mtto Mayor 20000 30000 35000 35000Dias de Labor 2 5 7 5Impacto 808200

Costos por Mantenimiento Correctivo - Estatico

Costo de la Reparcion 1000 2000 5000 2000Dias de Labor 1 2 3 2Impacto 323280

95

Frequency Chart

MMBs

.000

.005

.010

.015

.020

0

50.25

100.5

150.7

201

105,438.55 266,477.35 427,516.15 588,554.96 749,593.76

10,000 Trials 9,976 Displayed

Forecast: LCC

Statistics: Value Trials 10000 Mean 433,545.93 Median 447,294.06 Mode --- Standard Deviation 141,425.67 Variance 20,001,220,975.64 Skewness -0.29 Kurtosis 2.31 Coeff. of Variability 0.33 Range Minimum 95,892.12 Range Maximum 762,920.03 Range Width 667,027.91 Mean Std. Error 1,414.26

Percentiles: Percentile MMBs 0% 95,892.12 10% 227,760.34 20% 304,203.40 30% 358,564.91 40% 405,705.77 50% 447,294.06 60% 485,949.80 70% 523,594.48 80% 564,335.38 90% 611,367.32 100% 762,920.03

Summary: Display Range is from 105,438.55 to 749,593.76 MMBs Entire Range is from 95,892.12 to 762,920.03 MMBs After 10,000 Trials, the Std. Error of the Mean is 1,414.26

96

Hoja de Calculo de LCC para Separadores Bifásico

97

5.2.- Costo de Ciclo de Vida Separador Ciclónico (Modos De Fallas

Y Política De Mantenimiento Sep Bifásico)

Para este estudio se evaluó la inversión de un separador ciclónico

añadiéndole los modos de falla del separador bifásico, de esta forma

visualizar como la incorporación de nuevas tecnología no variaría el Costo

de Ciclo de Vida del Sistema de Separación de Dicha Instalación

.

LCC

Frequency Chart

MMBs

.000

.005

.009

.014

.019

0

46.5

93

139.5

186

102,262.49 265,582.76 428,903.03 592,223.30 755,543.57


Forecast: LCC Ciclon


98

Percentile MMBs0% 95,463.67

10% 228,784.3420% 306,288.5730% 363,604.9040% 407,304.8150% 449,484.0260% 490,104.5170% 527,630.7580% 568,497.7890% 615,398.93

100% 773,772.39

Comparación entre LCC Separador Bifásico vs. LCC Separador Ciclónico.

Frequency Comparison

.000

.006

.011

.017

.023

0.00 200,000.00 400,000.00 600,000.00 800,000.00

LCC Ciclon

LCC

Overlay Chart

De esta forma podemos evaluar los costos de ciclo de vida,

observando la aplicación nueva tecnología es posible ser usada y sería

soportada por que su VPN o LCC sería igual o mayor al de los dos

separadores bifásico previamente instalado.

El beneficio no solo queda en la reducción de disminución de procura

de materiales, ni la reducción de costo de labor o servicio, sino del espacio

disponible dejado por uno de los separadores permitiría la instalación de

cupos de pozos nuevos.

99

Hoja de Calculo de LCC para Separadores Ciclónico con Modos de Fallas de Sep Bifásico

100

5.3 .- Costo de Ciclo de Vida Separador Ciclónico.

Para el estudio del costo de ciclo de vida para los separadores ciclónico

se debe considerar el nivel de instrumentación, este activo debe utilizar

para controlar su proceso, en el estudio realizado para el desarrollo de un

separador ciclónico a nivel Probabilístico se observó el nivel de operación

podía ser controlado sin la utilización de un sistema de instrumentación,

solo se consideraría instrumentación básica para su supervisión, esto hace

los modos de fallas se puedan presentar en los separadores bifásico no se

presente en estos separadores por su poca instrumentación requerida.

LCC

Frequency Chart

MMBs

.000

.005

.010

.015

.020

0

49.25

98.5

147.7

197

96,080.12 266,649.99 437,219.85 607,789.72 778,359.59


Forecast: LCC Ciclon Original


101

Percentile MMBs

0% 96,080.1210% 228,617.8320% 306,404.4030% 364,125.0940% 410,703.1850% 453,536.4360% 492,492.3170% 529,963.7480% 571,369.3990% 620,442.32

100% 778,359.59

Comparación LCC Sep Bifásico vs. LCC Sep. Ciclonico

Frequency Comparison

.000

.006

.012

.018

.024

0.00 200,000.00 400,000.00 600,000.00 800,000.00

LCC

LCC Ciclon Original

Overlay Chart

102

Hoja de Calculo de LCC para Separadores Ciclónico

103

CAPÍTULO VI

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1.- Conclusiones

• La utilización de los modelos probabilísticos permite identificar fallas a

nivel de procesos, nos permite identificar como los distintos escenarios

pueden afectar la eficiencia, en este caso la separación de gas y

líquido.

• La aplicación de una herramienta de alto impacto como lo es el Costo

de Ciclo de Vida, permitió evaluar el sistemas de separación de las

estaciones de flujo, dirigido hacia la optimización de los procesos

productivos, asegurando la eficiencia y capacidad de producción de

dichas instalaciones.

• La utilización de modelos Probabilístico en la evaluación del costo de

ciclo de vida de los sistemas de separación nos permite evaluar los

flujos de cajas en el tiempo, debido a los costos de la baja confiabilidad

y de esta forma tomar los correctivos para un mayor aprovechamiento

del activo.

• La implantación de nuevas tecnología en la estaciones de flujo son

justificadas para la optimización de las instalaciones, como se observó

en este estudio, la incorporación de separadores ciclónicos no solo nos

permitiría optimizar el proceso de separación, sino también optimizar

los procesos aguas debajo de este, buscando obtener un máximo

global dentro de la estación de flujo.

104

6.2.- Recomendaciones

• Monitorear el control estadístico de cada una de las fallas de los

sistemas de instrumentación de los sistemas ciclónicos para evaluar su

comportamiento a través del tiempo y de esa forma optimizar los

recursos destinados para este proceso.

• Evaluar con mayor énfasis el modo de deterioro de la estructura de los

separadores ciclónicos, ya la velocidad de erosión es una de las

variables mas sensible en el diseño de estos activos.

• Evaluar la frecuencia óptima de reemplazo y de procura de las partes

estructurales de los separadores ciclónico, específicamente el brazo de

entrada de los separadores ciclónicos.

105

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