Cap 08 Control de Solidos

8/2/2019 Cap 08 Control de Solidos

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Control de Slidos

Control de Slidos 8.1 N de Revisin: A-1 / Fecha de Revisin: 14-02-01

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Los tipos y las can tidades de slidospresentes en los sistemas de lodo

determin an la densidad del fluido, laviscosidad, los esfuerzos de gel, lacalidad del revoque y el control defiltracin , ascomo otras propiedadesqu m icas y m ecnicas. Los slidos y susvolmenes tambin afectan los costosdel lodo y del pozo, incluyen dofactores com o la Velocidad dePenetracin (ROP), la h idrulica, lastasas de dilucin, el torque y el arrastre,las presiones de surgencia y pistoneo, lapegadura por presin diferencial, laprdida d e circulacin, la estabilidaddel pozo, y el embolam iento d e la

barrena y del conjun to de fon do. A suvez, estos factores afectan la vida til delas barrenas, bom bas y otros equiposm ecnicos.

Produ ctos qu m icos, arcillas ymateriales densificantes son agregadosal lodo de perforacin para lograr variaspropiedades deseables. Los slidos

perforados, compuestos de rocas yarcillas de bajo rendimiento, se

incorporan en el lodo. Estos s

lidosafectan negativamente m uchaspropiedades del lodo. Sin embargo,como n o es posible eliminar t odos losslidos perforados ya seam ecnicamente o por otros medios stos deben ser con siderados comocontam inantes constantes de unsistema de lodo.

La remocin de slidos es un o d e losm s im portan tes aspectos del con troldel sistem a de lodo, ya qu e tiene unimpacto directo sobre la eficacia de laperforacin . El dinero invertido en el

control de slidos y la solucin deproblemas relacionados con los slidosperforados represent a un a porcinimportante de los costos globales deperforacin. El control de slidos es unproblema constan te cada da, en cadapozo.

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Los t ipos y las

cant idades d eslidos

presentes en

los sistem as

de lodo

determ inan

la densidad

del flu ido

0 10 11 12 13 14 15 16 17 18Peso del lodo (lb/gal)

Rangorecom

endadolo

dosdecampo

Mxim

odes

lidos

aguayar

cillasolam

ente

Mnimodes

lidosag

uaybaritas

olamente

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

Figura 1: Rango recomendado de slidos en los lodos base agua

Introduccin

Volumendeslidos(%)

Los slidos del lodo de perforacinpueden ser separados en dos categoras:Slidos de Baja Gravedad Especfica (LGS),

con un a Gravedad Especfica (SG)comprendida en el rango de 2,3 a 2,8,y los Slidos de Alta Gravedad Especfica(HGS), con u n a SG de 4,2 o m s. Losmateriales densificantes como la baritao la hem atita compon en la categora deHGS y son usados para lograr

densidades superiores a 10,0 lb/gal(SG>1,2). Los slidos p erforado s, lasarcillas y la mayora de los dem s

aditivos de lodo estn incluidos en lacategora de LGS y son frecuentem ent elos nicos slidos usados para obten erden sidades de h asta 10,0 lb/gal(SG


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Control de Slidos8

Control de Slidos 8.2 N de Revisin : A-1 / Fech a d e Revisin: 14-02-01

El con trol de slidos se logra usand ouno o varios de los m todos bsicos deseparacin de slidos: Sedimentacin .

Zaranda. Hidrociclones. Centrfugas rotativas.

Los hidrociclones y las centrfugasusan la fuerza centr fuga para logrartasas de separacin m s altas que lasque se pueden obtener m ediant e lasedimentacin gravitacional. Estosm todos son similares a lasedimentacin y estn gobernadospo r las leyes de la fsica. Si semantiene el lodo en circulacin pararom per los esfuerzos de gel, ento n ces

la sedimentacin de las part culas estgobernada por la ley de Stokes, la cuales:

gc Ds2 (s L)

Vs = 46,3

Donde: Vs = Velocidad de cada osedimentacin (pie/seg.)

gc = Con stante de gravedad(pie/seg.2)

Ds = Dim etro del slido (pie)s = Densidad del slido

(lb/pie3)

L = Densidad del lquido(lb/pie3)

= Viscosidad del lquido (cP)

Esta ecuacin es una representacinmatem tica de los h echos qu e seobservan com n m ente; i.e., cuan tom s grande sea la diferencia entre ladensidad del s lido y la den sidad d ellquido (s L), m s rpida ser lasedimentacin del slido; cuant o m sgrande sea una partcula (DS), m srpida ser su sedimen tacin ; ycuanto m s baja sea la viscosidad dellquido (), m s rpida ser la

velocidad de sedimen tacin . Adem s,si se puede aum ent ar mecnicamentela fuerza qu e acta sobre las partculas(gC), la velocidad de sedimentacinaumentar proporcionalmen te. Paraun movimiento centr fugo com o elque se observa en los hidrociclones ylas centrfugas, la fuerza de separacines proporcional al dim etro delm ovimiento circular, m ultiplicado por

el cuadrado de la velocidad rotacional(RPM), m ultiplicado po r la m asa de lapartcula.

Las observaciones realizadas en el

cam po verifican q ue la baja viscosidaddel lodo, sum ada a un caudal bajo dellodo, favorecen la sedimentacin delos slidos m s gran des y m s pesados.Por lo tan to, la remocin de la arena yde los recortes mediante lasedimentacin o la fuerza cent rfugaresulta prctica y b en eficiosa. Sinembargo, si el lodo contiene barita,sta tam bin puede sedimen tarse. Lan ica man era de que todos losrecortes puedan ser separados de t odala barita sera que todos los recortesfuesen del mismo tama o y que toda

la barita tenga un tama

o y una m asatot almen te diferentes. La ley de Stokesdemuestra que partculas de diferentesden sidades y tama os, con m asasidn ticas (den sidad m ultiplicada p or elvolumen), tienen exactamente lam ism a velocidad de sedim ent acin .Por ejemplo, un a partcula de arena olutita (SG 2,6) que esaproximadam ente 1 1/2 veces m sgrande qu e un a partcula determinadade ba rita (SG 4,2) se sedim en tar m so m eno s a la m ism a velocidad (1 1/2 x2,6 = 3,9), dondequiera que est

ubicada tanqu e de asentam ien to,hidrocicln o centrfuga. Desde elpun to d e vista de la separacin deslidos, sera imp osible separar un apartcula de lutita de 60 m icron es deuna partcula de barita de 40 m icron esutilizando las tcnicas desedimentacin .

Los h idrociclon es y/o las cen trfugasno son perfectos en lo que se refiere ala separacin de los slidos n odeseados del lodo. Sin em bargo, lasventajas ofrecidas por estos equiposcompen san am pliamen te sus

lim itaciones. Cada equipo de con trolde slidos est dise ado para elim inarun a cantidad suficient e de slidos dem anera que se pueda man tener unn ivel cont rolable de slidosperforados. Es importante usar lacombinacin correcta de equipos paraun a situacin determin ada, yasegurarse qu e stos fun cion en y estnconfigurados de la man era correcta.

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Control de Slidos

Control de S lidos 8.3 N de Revisin : A-1 / Fech a d e Revisin: 14-02-01

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Figura 2: Clasificacin de los tamaos de partculas.

Coloidal

0 2 74 2.000

Barita comercial

1

15

37

45

75

150

180

250

300

420

595

841

2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 910 100 1.000 (1mm) 10.000

(1cm)

Arena

Zaranda

Hidrociclones

Centrfuga decantadora

Limo Grava

Malla

2,0

00

400

325

200

100

80

60

50

40

30

20

10

Es

importanteentender la

m anera en

que los

tam aos de

las

pa rt culas...se

clasifican

Es importante entender la manera enque los tama os de las part culas

cont enidas en el lodo de p erforacinse clasifican y los tipos de slidos quecorrespond en a cada categora. Laspartculas del lodo de p erforacinpueden variar de arcillas muypeque as (m eno s de 1/25.400 depulgada) a recortes muy grandes (m sde un a pu lgada). Debido a laspartculas extremadamente peque as,los tam a os estn indicados enm icron es. Un m icrn es unamillon sim a de m etro (1/1.000.000 1 x 10 -6 m ). Por lo tan to, 1 pu lgada esigual a 25.400 micrones.

Los slidos del fluido de p erforacinestn clasificados en las siguientescategoras, de conformidad con sutama o:

La Tabla 1 y las Figuras 2 y 3relacion an los tam a os de laspartculas con trminos familiares,ejemplos tpicos, mallas equivalent es,y con los equipos de con trol deslidos que eliminarn partculas que

tienen un tam a o determ inado. Lamalla es importante porque determina

el tama o de separacin para laszarand as. La Figura 3 es un dibujoam pliado para m ostrar los tam a os dem alla que aumentan de malla 20 a325 y el tam a o equivalen te departcula (en m icron es) que p asar atravs de cada malla. Se usa una malla200 p ara la Prueba d e Aren a de API,en la cual todas las part culas que n opasan a travs de la malla (>74micrones) estn clasificadas com oarena. El no venta y siete por ciento delas baritas de bu en a calidad (


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Control de Slidos8


La agrupacin de los slidos en base

al tama

o no tom a en cuenta lacomposicin fsica del material que seest m idiendo , aunq ue se usen lostrminos limo y arena. Porejemplo, las partculas de tamao delim o pu eden in cluir partculas de lutita,arena fina, carbonatos finos y barita.Las partculas de tamao de arenapueden incluir partculas de arena,lutita, carbon atos, recortes y m aterialesde p rdida de circulacin, agentespuentean tes y barita gruesa. Los slidoscoloidales incluyen la bentonita y otrasarcillas; slidos perforados muy finos

(lutita, aren a y carbon atos); y baritafina.En general, el trmino arcilla se usa

para describir los minerales arcillososmolidos de alta calidad, como labentonita de Wyoming, que sonagregados para aum entar la viscosidaddel lodo y m ejorar el revoqu e. Sinembargo, los recortes, la barita y otrosslidos tambin aum entan laviscosidad, especialmente si el tamaode las partculas se degrada dentro delrango de tamaos coloidales. La Figura

4 ilustra la m anera en que el tamao de

las partculas afecta el

rea sup erficialpara un slido de volumen

determinado. Si un slido perforadooriginal fuera un cubo de 40 micrones,su rea superficial sera de 9.600m icron es cuadrados. Si se perm ite queeste cubo de 40 m icron es se degrade encubos individuales de 1 micrn, eln m ero de partculas ser 64.000 y elrea sup erficial aum entar a 384.000micrones cuadrados, es decir 40 veces elvalor original. El volum en de slidosperforados no cambi duran te estadegradacin del tamao de las

partculas. Se debe tener en cuenta queel espesor de un a sola lam inilla dearcilla slo es de 10 an gstrom s. Unangstrom es igual a 1/10.000 microneso 1 x 10 -10 m . Si se perm ite que el cubode 40 micrones se degrade en seccionesde espesor de laminilla de arcilla de 40micrones por 40 micrones, el n merode partculas slo ser 40.000; sinembargo, el rea superficial aum entar a128.006.400 micrones cuadrados, o13.334 veces el rea superficial original.

el trm ino

arcillaseusa para

describir los

m inera les

arcillosos

m olid os de

alt a

ca lidad

Figura 3: Tamaos de malla vs. micrones de abertura.

Tamaodemalla

44 74 140 177 234 279 381 516 864105 Tamao de abertura equivalente ()

864

516

381

279

234

177

140

105

74

44

20

30

40

50

60

80

100

150

200

325


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Control de Slidos


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En un lodo de perforacin , laviscosidad au m enta proporcion alment eal rea superficial de los slidos. El reasuperficial de todos los slidos debeestar humectada. A medida que lacantidad de lquido d ism inuye debidoal aum ento del rea superficial, laviscosidad del fluido aum enta y laeficiencia disminuye. Los slidos

coloidales producen la mayora de laviscosidad en los lodos de perforacin ,debido a este aum ento del reasuperficial. Por este motivo, el volumende los slidos coloidales con ten idos enel lodo de perforacin debe sercontrolado por razones de econom a yeficacia.

Mtodos de Separacin de S lidos

Slido perforado original1 cubo de 40-rea superficial = 9.600 2

Partido por lamitad de cada lado

Nuevamente partido porla mitad de cada lado

8 cubos de 20-rea superficial = 19.200 2

4040

40

Si se degrada en cubosde 1-

64 cubos de 10-rea superficial = 38.400 2

64.000 cubos de 1-rea superficial = 384.000 2

(40 veces el valor original)

Figura 4: Efecto del tamao de las partculas sobre elrea superficial.

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TANQUE DE ASENTAMIENTO O TRAMPA DEARENA

Los tanques de asentamiento casin un ca son usados en las operacion esmodernas de perforacin ; sin embargo,pueden ser usados de vez en cuando. Laproporcin de slidos que se depositanen los tanqu es de asentam ien to o las

trampas de arena depende de: (1) eltamao, la forma y la gravedadespecfica de las partculas; (2) laden sidad del fluido de perforacin ; (3)la viscosidad del fluido de perforacin ;(4) el tipo de rgimen de flujo delfluido; y (5) el tiempo de estan cia en eltanque.

De acuerdo con la ley de Stokes, lasedimentacin eficaz de los slidos slopuede lograrse cuando el fluido tieneun flujo laminar. Las velocidades desedimentacin pueden ser aumentadas

usando bajas viscosidades y bajosesfuerzos de gel. Bajo condiciones deflujo tapn o flujo turbulento, lasedimentacin de slidos es m nima, yaque slo las partculas muy grandestien den a sedimen tarse. En un equipode p erforacin con zarandas decapacidad inferior, una trampa de arena

o un tanque de asentam iento eliminaralgun os de estos slidos p erforados d egran tam ao. La m ayora de laszarandas m odernas elim inarn losslidos de tamao de arena y m sgrandes sin necesitar el uso de trampasde arena y/o tanques de asentamiento.

La capacidad del equipo de control deslidos es determinada por el volumende lodo que ste puede procesar y lacantidad y el tamao de los slidos quepuede eliminar. Ningunos de losequipos de control de slidos usados en


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Control de Slidos8


la perforacin podr elim inar el 100%de los slidos generado s. Para com pararla eficiencia de los equipos de con trol

de s

lidos, se usa un a clasificaci

n delos tam aos de partculas basada en elpunto de corte. El pun to d e corte serefiere a la combin acin de un tamaomicrom trico con el porcentaje deltamao de partculas que se elimin a.Las designaciones de punto de cortedeberan incluir el porcentaje deltamao indicado que se elimina. Lospun tos de corte siem pre deben estarind icados por la letra D, con unsub n dice que indique el porcentajeelim inado. Sin este p orcentaje, serimposible comp arar dos tamaos de

punto de corte. Un punto de corte D50de 40 m icron es sign ifica que 50% d e laspartculas de 40 micrones han sidoeliminadas y que 50% perman ecen enel sistem a de lod o.

ZARANDASLos dispositivos de control de slidosm s im portan tes son laszarandas, lascuales son mallas vibratoriasseparadoras usadas para elim inar losrecortes del lodo (ver la Figura 5). Comoprimera etapa de la cadena de limpieza

de lodo/remocin de slidos, laszarandas constituyen la primera ln eade defensa contra la acumulacin de

s

lidos. Las zarandas se diferencian delos otros equipos de elim inacin deslidos en que produ cen un corte deprcticamente 100% (D100) al tamaode abertura de la malla. Como semuestra en la Figura 3, una zaranda demalla 200 cuadrada eliminar 100% delos slidos m s grandes que 74m icron es, lo cual elimin a la necesidadde usar un desarenador. En cambio, lasmallas de zaranda tipo sandwich, losh idrociclones y las cent rfugas que seusan actualmente, tienen eficiencias deremocin variables para diferent es

tamaos de partculas, y se les sueleatribuir una clasificacin D (descritam s adelante) para el tamao departcula qu e se desea elim inar.

Muchos problemas potencialespueden ser evitados observando yajustand o las zarandas para lograr laeficiencia m xima de remocin en basea la capacidad de manejo. El uso demallas con los entramados m s finospara eliminar la m ayor can tidadposible de slidos durante la primeracirculacin del pozo constituye el

Figura 5: Zaranda lineal ajustable.

Caja de recibo

Compuertas reguladoras de flujo

Lodo y recortes

Ensamblaje vibrador

Descarga de recortesEl lodo regresa a los tanques

Lnea de flujoLodo y recortes

El lodo fluye atravs de la mallahacia la cuenca decaptacin

Los

disposit ivos

de con t rol de

slidos ms

importantes

son la s

zarandas


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Control de Slidos


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m todo m s eficaz de control deslidos. Esto impide que los slidos seancirculados de nuevo y que su tamao sedegrade tanto que no puedan serelim inad os. Las zaran das puedeneliminar hasta 90% de los slidosgenerados. A menos que las zarandasestn funcionando correctamente ytengan m allas con los entram ados mspequeos posibles, todos los dem sequipos estarn sujetos a sobrecargas y auna operacin ineficaz (ver Pautas parala Operacin Apropiada de las Zarandas,pgin a 8.23). Las zarandas n o pu edenelim inar los slidos que tien en tam aosde limo y coloidales, por lo tantoresulta necesario usar la dilucin y otrosequipos para controlar los slidosperforados u ltrafinos.

Actualmente se usan tres tiposbsicos de zarandas. stos son :

La zaranda de movimiento circular,la cual es un tipo de zaranda m santigua en el mercado y produ cegeneralmente la fuerza centrfuga, ofuerza G, m s baja.

La zaranda de m ovim iento el ptico,la cual es una versin m odificada dela zaranda de movimiento circular, enla cual se levanta el cent ro degravedad por encima de la cubierta yse usan contrapesos para producir un

movimiento oviforme cuyaintensidad y desplazamiento verticalvaran a m edida que los slidos bajanpor la cubierta.

La zaranda de m ovim iento lineal, lacual utiliza dos motores dem ovim ien to circular mo n tados en lam ism a cubierta. Los motores estnconfigurados para rotacionescontrarias para producir una fuerza Gdescen den te y un a fuerza Gascendente cuando las rotaciones soncomplementarias, pero ningunafuerza G cuan do las rotaciones son

contrarias. La fuerza G de la m ayorade las zarandas de movimiento linealvara aproximadamente de 3 a 6.Cada zaran da o frece ciertas ventajasde diseo:La zaranda de movimiento circular

tiene una baja fuerza G y produce untransporte rpido . Este diseo es eficazcon los slidos pegajosos de tipoarcilloso, al reducir el impacto que estosslidos tienen sobre la superficie de lamalla. Esta zaranda tiene una baja

capacidad para secar los recortes; por lotan to, los recortes descargados songen eralmen te h medos.

La zarand a de m ovim ien to elpticotien e un a fuerza G mod eradament e altay un transporte lento en comparacincon los tipos circulares o lineales. Estazaranda produce el mayor secado, y porlo tanto se puede usar en lododensificado o como limpiador de lodopara secar el flujo qu e sale por abajo deun deslimador.

La zaranda de movimiento lineal es lam s verstil, produciendo una fuerza Gbastant e alta y un transportepotencialmente rpido, segn lavelocidad ro tacional, el n gulo de lacubierta y la posicin de la mallavibratoria.

Varios tipos diferentes de zarandaspueden ser combinados en cascadapara p roducir la m ejor eficiencia deremocin de slidos. Las zarandas demovimiento circular a veces son usadascomo zarandas de separacinpreliminar (scalping shakers) paraelim inar los grandes slidos pegajosos.Luego el fluido pasa por una zarandaelptica o lineal que produce una fuerzaG m s alta p ara elim inar los slidos m sfin os. Esta com binacin m axim iza laremocin , permitien do el uso de m allas

con en tramados ms finos de lo normalen las zarandas secun darias.

El flujo de lodo debera exten derse lom s posible sobre la superficie de lamalla mediante el uso de lascompuertas reguladoras de laalimentacin ubicadas entre la caja derecibo (tanque de tran sicin entre lalnea de flujo y la zaranda ver laFigura 5) y la superficie de la m alla. Loideal sera que el lodo se extendierah asta 1 pie del borde de las m allas. Porencima de todo, las mallas rotas odaadas deben ser reemplazadas

inmediatamente. En el caso de laszarandas que estn diseadas con un apendiente negativa, la cual forma uncharco de lodo delante de la caja derecibo, cuidarse del riesgo de contraflujode lodo por detrs del charco de lodo,ascomo de la posibilidad de que lasm allas cubiertas por el charco de lodoten gan agujeros o rasgaduras.

Ocasionalmente, los recortes puedenser del mismo tam ao que las aberturasde la malla y pueden bloquearse dentrode stas. Esto es conocido com o el

Actualm ente

se usa n t res

t ipos bsicos

de zara ndas.


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Control de Slidos8


taponamiento de la malla. Resultar enla reduccin de la capacidad de la mallay la prdida del lodo entero. Paracorregir este p roblema, reemplazar conuna malla m s fina. La m alla ms finadebera impedir que los recortesobturen las aberturas, de m anera qu epuedan ser transportados hasta el finalde la zaranda y separados del sistem a delodo.

MALLAS DE ZARANDAUna zaran da slo es tan buen a como eltamao del entram ado y la calidad desu m alla. Actualm ente h ay mu chostipos de m allas dispon ibles, cuyosrendimientos son variables. Porejemp lo, un a m alla cuadrada demalla 100 elimina 100% de laspartculas m s grandes que 140m icrones, mientras que u n a m alla conentramado en sandwich de malla 100de alto caudal elimina 95% de laspartculas m s grandes que 208micrones. El rendimiento de esta mallacon en tramado en sandwich esaproxim adam ente igual al rendim ien tode una malla cuadrada solamen te dem alla 70. La seleccin de la malla sebasa frecuentemente en la experienciaan terior, la cual debera ser combin adacon el conocimiento de las diferentesmallas y sus diferencias de diseo ycapacidad.

Algunos trminos generales usadospara describir las mallas de las zarandasincluyen:

Malla: El n m ero de aberturas porpulgada lineal. Por ejemplo, una mallacuadrada de malla 30 x 30 tiene 30aberturas a lo largo de una lnea de 1pulgada en ambas direcciones. Unamalla oblonga (abertura rectangular)de m alla 70 x 30 tend r 70 abertu ras alo largo de una ln ea de 1 pu lgada enuna direccin , y 30 aberturas en un a

lnea perpendicular de 1 pulgada. Seg

nel fabricante, el tam ao del alambre y el

tejido, esta m alla de m alla 70 x 30 sepuede describir como: (1) una mallaoblonga o rectangular de malla 70,(2) una malla oblonga 80 paraclasificar la abertura rectangular eficazen trmin os de cuadrado equ ivalen te, oposiblemente (3) una malla de malla100. Procurar no usar lasdesignaciones de mallas paracomparar los tipos de mallas. Ademsdel n mero de mallas, se usan varios

tamaos de alambre y patron es detejido que afectan el tamao de laabertura y el caudal para un tamao demalla en particular. Cada una de lasm allas cuadradas, con m allas ensan dwich , oblongas y empernad as demalla 100 elimina diferentes tamaosde partculas.

Eficiencia de separacin o puntode corte: Ya n o es suficient e con ocer elpunto de corte D50 de una malla,porque muchos tipos modernos dem allas n o producen un corte de 100%.Un pun to de corte D50 representa eltamao de partcula, cuando 50% de laspartculas de este tamao soneliminadas por el dispositivo de controlde slidos. El subndice D se refiere alporcen taje elim inado, de m anera queen un corte de D16, 16% de laspartculas que tienen el tamaomicromtrico indicado son eliminadas,y D84 representa el tamaomicromtrico para el cual 84% de losslidos son elim inad os. Estos tamaosD son determinados a partir de lagranulometra (distribucin del tamaode las partculas) del lquido alimentadoy de la descarga de slidos. Lacombinacin del punto de corte D50 dela malla con la relacin D84/D16proporcion a un a idea m s com pleta de

la eficiencia de separaci

n. La relaci

nD84/D16 indica la exactitud o agudezadel punto de corte don de se elim inantodos los slidos hasta un tamaodeterminado, pero n o se elim inan ingun a de las partculas m spequeas. Una m alla de entramadocuadrado de calidad com ercial realizaun punto de corte preciso de casi 100%al tamao de abertura de la malla, y losvalores de D50, D84 y D16 son delmismo tamao m icromtrico que laabertura de la malla. Por lo tanto, larelacin D84/D16 es de 1,0 para las

m allas cuadradas de calidad com ercial.Se prefiere tener m allas con u n arelacin D84/D16 prxima de 1,0; losvalores superiores a 1,5 no sondeseables. Se aplica la m ism a relacinde tipo D a los hidrociclon es y a lascentrfugas, don de la relacin puede serbastante alta, indicando un punto decorte impreciso (ver la Figura 8).rea abierta: El rea no ocupada por

los alambres. Una malla 80 con un reaabierta de 46% m anejar un volum ende lodo m s grande qu e un a m alla 80

tam aos D

son

determ inados

a pa rt ir de la

granulom etra

(distribucin

del tam ao delas part culas)

del lquido

alim entado y

de la descarga

de slidos.

Una za randa

slo es ta n

buena com oel tamao

del

entram ado y

la calidad d e

su m alla.


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Control de Slidos8


Tabla 6: Mallas Advanced DX para zarandas ALS de Swaco.

Designacin Tam iz Eq ui val en te Punto de Corte () Conductanciade la Malla (m alla) D50 D16 D84 (kD/mm)

DX 50 47 324 234 390 6,77

DX 70 64 234 171 274 4,73

DX 84 79 181 131 223 3,65

DX 110 99 151 107 185 3,00DX 140 127 118 86 143 2,33

DX 175 158 95 66 113 1,87

DX 210 185 81 57 100 1,67

DX 250 205 72 51 85 1,49

Tabla 7: Mallas Derrick PWP DX.


PWP DX 50 48 318 231 389 6,10

PWP DX 70 58 220 158 269 4,18

PWP DX 84 78 181 127 218 3,53

PWP DX 110 100 149 105 184 2,93

PWP DX 140 125 120 86 143 2,29

PWP DX 175 156 96 70 118 1,77

PWP DX 210 174 86 60 104 1,59

PWP DX 250 213 69 49 84 1,39

Tabla 5: Mallas de XL (Southwestern) para zarandas ALS de Swaco.


XL 50 48 320 234 380 6,17

XL 70 73 200 150 241 3,76

XL 84 86 169 119 200 3,44

XL 110 97 153 107 182 2,75

XL 140 118 127 91 153 2,14

XL 175 152 98 70 117 1,78

XL 210 174 86 60 106 1,63

XL 250 215 68 48 82 1,21

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Tabla 4: Mallas de Swaco para zarandas ALS.


ALS 50 48 320 234 380 6,17

ALS 70 73 200 150 241 3,76

ALS 84 86 169 119 200 3,44ALS 110 97 153 107 182 2,75

ALS 140 118 127 91 153 2,14

ALS 175 152 98 70 117 1,78

ALS 210 174 86 60 106 1,63

ALS 250 215 68 48 82 1,21


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Control de Slidos


8

Tabla 8: Mallas Derrick PWP HP.

Designacin Tam iz Eq uiv al en te Punto de Corte () Conductanciade la Malla (m alla) D50 D16 D84 (kD/mm)

PWP HP 45 44 362 283 388 9,51

PWP HP 50 50 299 234 313 8,20

PWP HP 60 57 263 207 278 6,78PWP HP 70 71 208 158 221 4,81

PWP HP 80 77 186 145 192 3,93

PWP HP 100 105 143 113 154 3,20

PWP HP 125 121 124 100 133 2,59

PWP HP 140 147 101 79 113 2,24

PWP HP 180 168 89 57 94 1,82

PWP HP 200 203 76 60 82 1,59

PWP HP 230 230 62 52 72 1,31

PWP HP 265 261 55 44 59 0,97

PWP HP 310 300 48 38 53 0,85

PWP HP 460 357 41 31 47 0,60

Tabla 9: Mallas Derrick PMD DX.


PMD DX 50 48 318 231 389 6,10

PMD DX 70 58 220 158 269 4,18

PMD DX 84 78 181 127 218 3,53

PMD DX 110 100 149 105 184 2,93

PMD DX 140 125 120 86 143 2,29

PMD DX 175 156 96 70 118 1,77

PMD DX 210 174 86 60 104 1,59

PMD DX 250 213 69 49 84 1,39

Tabla 10: Mallas Derrick PMD HP.


PWP HP 45 44 362 283 388 9,51

PWP HP 50 50 299 234 313 8,20

PWP HP 60 57 263 207 278 6,78

PWP HP 70 71 208 158 221 4,81

PWP HP 80 77 186 145 192 3,93

PWP HP 100 105 143 113 154 3,20

PWP HP 125 121 124 100 133 2,59

PWP HP 140 147 101 79 113 2,24

PWP HP 180 168 89 57 94 1,82

PWP HP 200 203 76 60 82 1,59

PWP HP 230 230 62 52 72 1,31

PWP HP 265 261 55 44 59 0,97

PWP HP 310 300 48 38 53 0,85

PWP HP 460 357 41 31 47 0,60

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Control de Slidos8


Tabla 12: Mallas de Southwestern (repuesto de TBC) para Thule VSM 100


52 49 311 222 344 4,65

84 70 212 N/A N/A 3,25

105 95 156 130 161 2,48

120 106 142 118 146 2,26

140 122 123 118 126 1,87

165 133 112 108 115 1,72

200 168 89 86 92 1,41

230 193 75 73 77 1,23

Tabla 13: Mallas BHX (blue hex) para zarandas lineales Brandt ATL.


BHX 24 20 884 872 898 15,40

BHX 38 31 579 567 588 14,70

BHX 50 44 360 255 410 12,20

BHX 70 69 215 141 280 5,30BHX 84 81 176 123 230 4,50

BHX 110 100 149 103 190 3,40

BHX 140 104 144 102 170 3,80

BHX 175 144 103 71 133 1,90

BHX 210 170 88 63 106 1,70

BHX 250 228 63 43 80 1,40

BHX 275 252 57 42 68 1,20

BHX 325 319 45 35 51 0,98

BHX 370 336 43 32 49 0,50

BHX 425 368 40 33 42 0,61

BHX 4750 N/A 28 21 32 0,15

Tabla 11: Mallas Thule TBC para zarandas VSM 100.


TBC 52 49 311 222 344 3,99

TBC 84 70 212 N/A N/A 3,08

TBC 105 95 156 130 161 2,38TBC 120 106 142 118 146 2,18

TBC 140 122 123 118 126 1,81

TBC 165 133 112 108 115 1,67

TBC 200 168 89 86 92 1,37

TBC 230 193 75 73 77 1,20

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Control de Slidos


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CLASIFICACIN HMEDALa clasificacin h m eda es la separacinde los slidos de una lechada segn lam asa de las partculas (tam ao y

densidad), por otros medios que lazaranda. Todos los clasificadoresh medos separan los slidos en base alas variables descritas en la ley deStokes. Varios factores rigen laclasificacin h meda:

1. Las partculas m s gruesas tienen unavelocidad de sedimentacin m srpida que las part culas finas qu etienen la misma gravedad especfica.

2. Los slidos de alta gravedadespecfica tienen una velocidad desedimentacin m s rpida que losslidos de baja gravedad especfica

que tienen el mismo tamao.3. La velocidad de sedimen tacin

dism inuye progresivamen te a m edidaque la viscosidad y/o densidad dellodo aum enta.

Observacin: Las centrfugas usanfrecuentemente la dilucin lquida parareducir la viscosidad de m an era que laspartculas de pequeo tamao puedanser eliminadas. Sin embargo, dos puntosdeben ser considerados:

a) Hay un pun to de dilucin crticaen que la reduccin de la viscosidad

o den sidad m edian te la dilucin dejade ser beneficiosa para la separacineficaz.

b) En cambio, si n o se usa suficien tedilucin , no se puede lograr el pun tode corte d eseado y la separacineficaz.

Los clasificadores de slidos h medosm s usados para la remocin de slidosde los lodos de perforacin son losh idrociclones y las cent rfugas. Com o semencion ant eriormen te, estosdispositivos funcionan de acuerdo conla ley de Stokes en lo que se refiere a la

densidad, la viscosidad y la fuerza G.Aumentan las velocidades desedimentacin y procesam ien to alaum entar la fuerza G q ue acta sobrelas partculas slidas. La fuerza G queacta sobre un slido es prop orcion al al(dimetro del movimiento circular) x(cuadrado de la velocidad rotacional[RPM]) x (masa de la part cula).

Las bombas entregan el lodo a losclasificadores h medos, pero lasbombas centrfugas son especialm ente

ineficaces en lo que se refiere a ladegradacin del tamao de los slidos,lo cual agrava el problema relacionadocon el control de los slidos coloidales.Por este motivo, las bombas centrfugasque estn en operacin para las tolvasm ezcladoras y los hidrociclon esdeberan ser apagadas cuan do n o sonn ecesarias. Com o las cen trfugasprocesan un volum en m s pequeo, esposible usar bombas de desplazamientopositivo, las cuales no causan tantadegradacin del tamao de laspartculas como las bombas centrfugas.

La Figura 6 ilustra un hidrocicln .Este dispositivo no tiene piezas m viles.Cuando el lquido de un a bombacentrfuga en tra en la tangente exteriordel con o con forma de em budo, laforma le imparte un movimientovorticoso circular al fluido, de ese m odoaumentando la fuerza centrfuga paraseparar las partculas de mayor masa, auna velocidad de procesamiento alta. Eldiseo del hidrocicln obliga a losslidos de alta masa a ser descargadospor el fondo abierto, mientras que lamayor parte del lquido procesado fluyede nuevo hacia arriba, a travs delbuscador de vrtice en la partesuperior, para ser retenido. Aun que seadifcil lograr un punto de corte preciso

con los h idrociclones, estos dispositivosson sim ples, resistentes y d e operacinecn om ica, y tien en un a alta velocidadde procesam ien to volum trico.

Las centrfugas usadas en los serviciosdel cam po petrolfero son gen eralmen tecentrfugas del tipo decantador, como laque est ilustrada en la Figura 11. stasson centrfugas rotativas de altavelocidad que pueden desarrollar unafuerza de separacin de 600 800 om s Gs. Su diseo mecnico y sucapacidad de lograr fuerzas centrfugasbien superiores a 500 Gs les permiten

dar un tama

o de corte de partculasrelativamente preciso. Uno de los

inconven ien tes de la m ayora de lascentrfugas decantadoras es que tienenvelocidades de procesamientovolum trico relativament e bajas (


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Control de Slidos8


barita es un m aterial de tamao delimo; por lo tanto, los deslimadores odesaren adores descargarn grandesvolm enes de este m aterial valioso. Paralos desarenadores, el corte medio (segnel tam ao del h idrocicln ) debera estarcomp rendido en el rango de 45 a 74m icrones, mientras que losdeslim adores pueden tener un corte de15 a 34 m icrones. Como el tamaomedio de las partculas para la baritaest frecuentemente comprendido en elrango de 15 a 30 m icrones, una grancantidad de barita sera descargada conel limo o la arena.

Ntese que las cen trfugas o losm icrociclones (h idrociclones de altapresin de pequeo dimetro)recuperadores de barita con un cortede 7 a 9 micrones D50 proporcionarnun a recuperacin eficaz de la barita. Sinembargo, a men os que sean usadosconjuntamente con otros equipos deremocin de slidos seleccionados y degranulometra determinada

correctamente, algunas cantidadesindeseables de limo o arena pueden serdevueltas al sistema activo.

HIDROCICLONES

La Figura 6 es un esquema en corte deun h idrocicln o separador cen trfugotipo cicln . Una bomba centrfugasuministra un alto volumen de lodo atravs de un a abertura tangencial en elgran extremo del hidrociclnembudado. Cuando se usa la cabezahidrosttica (presin) apropiada, estoproduce el m ovimiento vorticoso d elfluido, parecido al movimiento de un atromba de agua, un torn ado o uncicln , expulsand o los slidos h medosde m ayor masa por el fon do abierto ydevolviendo el lquido a travs de la

parte superior del h idrocicln . Por lotanto, todos los hidrociclonesfuncionan de m anera sim ilar, que seusen como desarenadores, deslimadoreso eyectores de arcilla.

La cabeza hidrosttica est relacionadacon la presin de la siguiente m anera:

Cabeza hidrosttica (pies) = Presin(psi)/[0,52 x peso del lodo (lb/gal)]

Muchos hidrociclones (consultar elfabricante) estn diseados paraaproximadamente 75 pies de cabezahidrosttica en el m ltiple de adm isin .Como el peso del lodo es un factor enla ecuacin que antecede, la presinrequerida para p roducir la cabezahidrosttica apropiada vara con el pesodel lodo. La cabeza hidrosttica debe serm edida en el m ltiple de adm isin, yaque dism inuir entre la bomba y elm ltiple del h idrocicln . Una cabezahidrosttica inadecuada resultar en elprocesamiento de volm enes m spequeos de lodo y un punto de cortem s alto del qu e se desea obtener. Porejemplo, cuando la cabeza hidrostticaes de 45 pies en vez de 75 pies, un

hidrocicl

n de 4 pulgadas s

loprocesar 40 gpm en vez de 50 gpm, yel pun to de corte ser de 55 micronesen vez de 15 micrones. Una cabezahidrosttica excesiva tam bin esperjudicial, ya que la m ayora de losslidos sern transportados de nuevodentro del sistema de lodo.

Un pequeo tubo llamado buscadorde vrtice se extiende d entro d elcuerpo del hidrocicln desde la partesuperior. Esto obliga la corriente ainiciar su movimiento vorticoso haciaFigura 6: Esquema de principio del hidrocicln.

Lodo limpio (el flujo que sale por arriba)

Entrada de lodo

Buscador de vrtice

Vrtice

Descarga de recortes hmedos

busca dor

de vrt icese

extiendedent ro del

cuerpo del

hid rocicln

desde la part e

superior.


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Control de Slidos


8

abajo, hacia el extremo pequeo delcuerpo del hidrocicln (vrtice o elflujo q ue sale por abajo). Las partculasm s grandes y/o m s pesadas sonexpulsadas hacia afuera, hacia la pareddel h idrocicln, mientras que el fluido ylas partculas m s finas y m s ligeras (lascuales son expulsadas ms lentamen tehacia afuera) se mueven hacia el centro,dent ro del lquido en m ovimiento.Com o es preferible guardar la m ayoradel lquido y descargar solamente losslidos, la abertura del vrtice (fondo)debe ser m s pequea que la aberturadel vrtice. Las partculas m s gran des yuna pequea cantidad de fluido pasarnfuera por el vrtice. El resto del fluido ylas partculas m s pequeas invertirnsu direccin y subirn den tro delhidrocicln de fluido, saliendo a travsdel buscador de vrtice (el flujo que salepor arriba).

La Figura 7 ilustra las ap licacion es delos hidrociclones. Cuando loshidrociclones son usados comodesaren adores o deslimad ores, sedesech a el flujo q ue sale por arriba delvrtice que con tien e slidos gruesos y sedevuelve el flujo que sale por arriba(efluent e) al flujo de lodo activo.Cuan do son usados para larecuperacin de barita o para eyectar lasarcillas, los hidrociclones devuelven elflujo que sale por abajo que contiene la

barita al sistema d e lodo activo ydesechan el efluen te que con tienearcillas y otras partculas finas.

El tamao y el n m ero deh idrociclones requ eridos variarn segnla aplicacin. Los desarenadores songeneralmente hidrociclones de 6pulgadas o m s; com nmente se usandos h idrociclones de 12 pu lgadas. Engeneral, los deslimadores usanhidrociclones de 4 a 6 pulgadas, siendocom n que se usen 12 o m sh idrociclones de 4 p ulgadas. Loseyectores de arcilla o microciclones

Figura 7: Aplicaciones de los hidrociclones.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Dimetro de tamao de partcula equivalente ()

D90 D90 D90 D90

D50

Cono

de

3

Cono

de4

Conode6

Cono

de4

(des

cargatipo

soga)

D10D10D10

D50D50D50

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Figura 8: Rendimiento tpico de los hidrociclones.

El t am ao y

el nm ero de

hid rociclones

requeridos

variarn

Malla200API

corteideal

Guardar

Desarenador

12 pulg.

Guardar

Deslimador

4 pulg.

Desechar

Microcicln

2 pulg.

Desechar Desechar Guardar

Tubo dealimentacin

Porcentajeeliminado


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Control de Slidos8


usan hidrociclones de 2 pulgadas,siendo com n que se usen 20h idrociclones de 2 p ulgadas. Lacapacidad de procesam ien to depen dedel tamao del hidrocicln; por lotanto, para un volumen determinado,se usar un mayor n mero de pequeoshidrociclones que de grandeshidrociclones. La Figura 8 describe unejemplo d e la eficiencia de remocin

del h idrocicln, indicando el corte y losvalores D10 D50 D90 parahidrociclones tpicos de 3, 4 y 6pulgadas.

La descarga del hidrocicln, o flujoque sale por abajo, debe ser evaluadapara asegurarse qu e el h idrocicln estfuncionando eficazmente. La descargadebera ser en forma de spray fino, conun a ligera succin en su centro. Encambio, una descarga tipo soga sinsuccin de aire debe evitarse, ya que elpun to de corte y la pen diente sern m saltos (ver las Figuras 8 y 9). Sinembargo, cuan do se perfora un pozo degran dim etro con u n a alta velocidadde pen etracin (ROP), el tubo dealimentacin puede sobrecargarse deslidos y prod ucir un a descarga tiposoga. A veces ser n ecesario to lerar esto,ya qu e la situacin sera agravada si seapaga la unidad. Si un hidrociclncomienza a mostrar una descarga tiposoga y el tubo de alimentacin n o estsobrecargado, es posible que la presinde alim entacin sea incorrecta o que elhidrocicln est desgastado u obstruido.Con algunos tipos de hidrocicln, eltamao del vrtice podra ser ajustadopara p roducir una descarga po r spray. Sila presin de alimentacin est dentrodel rango correcto y no se puede

corregir la descarga tipo soga, lacapacidad de la unidad sergeneralmente demasiado baja para lascondiciones de perforacin. La pgina8.24 incluye una gua general para elm ant enim ien to y la localizacin deerrores de los desarenad os ydeslimadores.

DESARENADORESSe necesita usar un desarenador paraimp edir la sobrecarga de losdeslimadores. En general se usa unhidrocicln de 6 pulgadas de dimetro

interior (DI) o ms grande, con un aun idad comp uesta de dos hidrociclon es

de 12 pulgadas, cada uno de los cualessuele tener un a capacidad d e 500 gpm.Los grand es h idrociclonesdesarenadores tienen la ventaja deofrecer una alta capacidad volum trica(caudal) por h idrocicln, pero tienen elinconveniente de realizar grandes cortesde tamao de partcula comprendidosen el rango de 45 a 74 micrones. Para

Figura 9a: Descarga por spray y succin de aire.

Menor desgasteMayor eficiencia

Alto desgasteBaja eficienciaFacilidad de taponamiento

Salida dellodolimpio

Salida delodo yslidos

Entrada dellodo

Entrada delodo

Vrtice abierto

Vrtice obstruido

Succin de aire

Figura 9b: Descarga tipo soga. Sin succin de aire

Figura 9: Cambio del flujo que sale por abajo por spraya flujo que sale por abajo de tipo soga con sobrecarga

de slidos.

Se necesita

usar un

desarenador

pa ra im ped irla sobrecarga

de los

deslim adores.

tod o el

flu jo debera

ser

desarenado

antes de ser

deslim izado.


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Control de Slidos


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obtener resultados eficaces, undesarenador debe ser instalado con lapresin de cabeza apropiada.

DESLIMADORES

Para lograr la m xima eficiencia y evitarla sobrecarga del deslimad or, todo elflujo debera ser desarenad o an tes de serdeslimizado. En general se usa unhidrocicln de 4 pulgadas de DI paradeslim izar, con u n a un idad quecontiene 12 o m s hidrociclon es de 4pulgadas, cada un o d e los cuales sueletener un a capacidad d e 75 gpm. Lacapacidad volum trica apropiada paralos deslimadores y los desarenadoresdebera ser igual a 125 - 150% de lavelocidad de circulacin . Los pozos degran dim etro requieren u n m ayorn m ero de h idrociclones. Losh idrociclones deslimad ores procesangeneralmen te un gran volum en d efluido y tienen un punto de cortepreciso que es m s conveniente, talcomo se describe en la Figura 8. Unhidrocicln de 4 pulgadas biendiseado y operado correctamen tetendr un pun to de corte D90 deaproximadamente 40 micrones. Comola barita cae dentro del mismo rango detamaos que el limo, tam bin serseparada del sistema de lodo por undeslimador. Por este m otivo, losdeslimadores se usan muy poco en loslodos den sificados de m s de 12,5lb/gal. Los deslimad ores ydesarenadores son usadosprincipalmen te du rante la perforacindel pozo de superficie y cuan do se usanlodos no densificados de baja densidad.

LIMPIADORES DE LODOUn limpiador de lodo es bsicamenteun deslimador m ontado sobre unazaranda de malla vibratoria

gen eralmen te 12 o m s hidrociclonesde 4 pulgadas sobre una zaranda de altaenerga con m alla de entramado m uyfin o (ver la Figura 10). Un lim piador d elodo separa los slidos p erforados d etamao de arena del lodo, pero retienela barita. Primero, el lim piador d e lodoprocesa el lodo a travs del deslimad ory luego separa la descarga a travs deuna zaranda de malla fina. El lodo y losslidos que pasan a travs de la malla(tamao de corte variable segn elentram ado de la malla) son guardados ylos slidos m s gran des retenidos por lamalla son desechados.

De acuerdo con las especificaciones deAPI, 97% de las partculas de baritatienen un tamao in ferior a 74m icrones; por lo tan to, la mayor partede la barita ser descargada po r losh idrociclones y pasar a travs de lamalla para ser devuelta al sistema. Enrealidad, un limpiador de lodo desarenaun lodo d ensificado y sirve de respaldopara las zarandas. Las mallas de loslimpiadores de lodo pueden variar entamao de malla 120 a 325. Para queun lim piador de lodo constituya undispositivo eficaz de con trol de slidos,el tam ao de la malla debe ser ms finoque el tamao de las mallas de laszarandas.

Aunque la remoci

n de s

lidosperforados y la recuperacin de la baritaconstituyan los usos m s com un es dellimpiador de lodo, la recuperacin delas fases lquidas costosas (sintticos,aceites, sal saturada, KCl, etc.) junto conla barita, reducir los costos del lodo.Adem s, el material desechad o por lamalla vibratoria es considerablementem s seco, por lo tanto, en m ucho scasos, el volum en reducido y lasequedad del material desechadoreducirn los costos de elim inacin . Amenos que el limpiador de lodo est

descargando una cantidad importantede slidos, la bomba centrfuga quealimenta al deslimador causar ladegradacin perjudicial del tamao delas partculas. Si las mallas de laszarandas de entram ado fin o de m alla200 o m enos estn funcionandocorrectamente y ningn lodo estcontorneando las zarandas, es posibleque el uso de un lim piador de lodo n oaporte n ingun a ventaja adicional.

Figura 10: Esquema de principio de un limpiador de lodo.

En rea lidad,

un lim piador

de lodo

desarena un

lodo

densificado

las

centrfugas

de tipo

decantador

aument an las

fuerzas que

causan lasepa racin de

los slidos

Flujo que sale

por arriba (lodolimpio)

Malla de entramado finoHidrociclndeslimador

Lquido, finos, mayor parte de la barita

Desechos(arena, un

pocodelimo yunpoco

de barita

Tubo dealimentacin

Regreso alos tanques


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CENTRFUGASCom o con los hidrociclones, las

centrfugas de tipo decantadoraumentan lasfuerzas que causan la separacin de losslidos al aum entar la fuerza cent rfuga.La centrfuga decantadora (ver la Figura11) se compon e de un tazn cnico deacero h orizon tal que gira a un a granvelocidad, con un tornillo transportadorhelicoidal en su interior. Este tornillotransportador gira en la misma d ireccin

que el tazn exterior, pero a unavelocidad ligeramen te m s lenta. La altavelocidad rotacional fuerza los slidoscont ra la pared in terior del tazn y eltornillo transportador los empuja hacia elextremo, donde son descargados.

El lodo entero es bombeado dentro delhusillo hueco del tornillo transportador,don de es expulsado h acia afuera,forman do u n anillo de lodo llamadoestanque. El nivel de este estanque esdetermin ado p or la altura de los orificiosde descarga de lquido en el gran extremoembridado del tazn. Luego, la lechada

fluye h acia los orificios, a travs de doscanales formados por las aletas deltorn illo transportad or, ya qu e los slidosse acumulan contra la pared interior deltazn . A m edida que estas partculas seacumulan con tra la pared, las aletas deltornillo transportador las empujan haciael pequeo extremo del tazn. Laspartculas salen d el estanque pasando atravs del rea cn ica seca (la playa),donde son separadas de todo el lquidolibre y transportadas hacia los orificios dedescarga ubicados en el peque o extrem o

de la cent rfuga.Las cent rfugas son capaces de realizar

un pun to de corte agudo. El pun to decorte ideal es el tamao de p artcula alcual todas las part culas m s grandes sonseparadas y todas las partculas m s finasson retenidas. Sin em bargo, esto n o esposible, por lo tan to se debe tom ar encuenta el porcen taje real in dicado delpun to de corte (n m ero D) al com pararlas caractersticas de rendim iento de las

centrfugas. Un D95 ind ica que, en base alpeso, 95% de todas las partculas m sgrandes que el tama o m icromtrico D95sern eliminadas. Los fabricantes usanvarios n meros D, incluyendo D50, D84,D90 y D95. Adem s, en un lodo deperforacin densificado con slidos qu etienen diferentes gravedades especficas, elpun to de corte puede referirse solam entea las partculas que tien en la m s altagravedad especfica (barita, por ejemplo).Por lo tanto, el punto de corte para losslidos de baja gravedad especfica(arcillas y lut ita) pu ede ser 1,5 veces el

n m ero in dicado.Un aspecto importante de la operacinde la cent rfuga es la dilucin de lalech ada q ue se est alimentando dentrode la unidad. El propsito de estadilucin es reducir la viscosidad dealimentacin para mantener laeficiencia de separacin del dispositivo.En general, cuanto m s alta sea laviscosidad del lodo base, m s grandeser la dilucin requerida (no es raroque se use de 2 a 4 gpm de agua). Parala operacin eficaz de la cent rfuga, la

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Figura 11: Perfil transversal de una centrfuga decantadora.

Un aspecto

importante de

la operacin

de la

cent rfuga es

la d ilucin dela lechada

Regreso del lquido alsistema activo

Estanque Playa Descarga de slidos

Alimentacin

de lodoentero

Zona lquida Zona de secado

el uso de

unacent rfuga

causa r la

eliminacin

de algunos

adit ivos de

lodo

beneficiosos


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viscosidad del efluen te d ebera ser de 35a 37 seg/qt. Si la viscosidad es superior a37 seg/q t, la velocidad desedimentacin m s baja reduce laeficiencia. Si la viscosidad esconsiderablemente inferior a 35 seg/qt,se est aadien do un a can tidad excesivade agua. Esto causar la turbulenciadent ro del tazn , reduciend o sueficiencia. Las recomendaciones de losfabricantes respecto a las velocidades dealimentacin de lodo y a la velocidaddel tazn deberan ser observadasrigurosamente.

La acum ulacin de slidos p erforadosfinos aumentar la viscosidad y losesfuerzos de gel, indican do la n ecesidadde usar un a cen trfuga. Sin embargo, eluso de una centrfuga causar laeliminacin de algunos aditivos de lodoben eficiosos (slidos) com o la ben ton itay el lignito. Si los tratamientos no sonajustados para tener en cuenta estaprdida, las propiedades del lodopueden ser perjudicadas, aum entan doel riesgo de problemas de perforacintales como la pegadura por presindiferencial. Por lo tanto, cuando se usauna centrfuga, la bentonita y los otrostratamientos deben ser aumentadospara mantener una buena calidad delrevoque. El uso de una centrfuga n o

elimina la necesidad de diluci

nperidica, ya que es imp osible lograruna eficiencia de control de slidos de100%. La dilucin y los tratamiento sdeberan ser usados para m anten er laspropiedades deseables del sistema delodo.

APLICACIONES DE LA CENTRFUGAEn los fluidos de perforacin

densificados, se suele usar una centrfugapara la recuperacin de barita. Lacentrfuga est configurada para separarprincipalmen te la barita, devolvin dola alsistema, mientras desecha la fase lquidaque contiene los slidos finos y coloidalesperjudiciales. El volumen de lquidodesechado es reemplazado por unadilucin lquida o un n uevo volum en.Debido a la baja capacidad de la m ayorade las cent rfugas, slo se procesa un apeque a porcin d el volum en encirculacin; por lo tanto, la dilucin y lostratamientos pueden ser ajustados param anten er las concentracion es qumicas ypropiedades adecuadas.

En los fluidos de perforacin n o

densificados, la centrfuga es usadanormalmente para la recuperacin dellquido. La centrfuga est configuradapara separar y desechar los slidos detama o de limo y devolver la fase lquida

al sistema. Los slidos descargados por lacentrfuga se compon en bsicamente deslidos secos con una peque a cantidadde agua libre, a diferen cia de la descargahmeda de los hidrociclones. La faselquida limpia an contiene slidosultrafinos y coloidales, pero m uch assituaciones se benefician de la remocinadicion al de slidos. Las aplicaciones p aralos lodos no den sificados incluyen:fluidos que contienen una fase lquidacostosa (base aceite, sin ttico, salsaturada, etc.) y reas don de laeliminacin de los desechos deperforacin es costosa, tal como los sitiosde perforacin cero descarga, dond e losdesechos deben ser recogidos yelim inado s en ot ro lugar.

Otra aplicacin de un a centrfuga es elprocesamiento del flujo que sale porabajo de las un idades de hidrociclon escomo los deslimadores o los eyectores dearcilla. Los h idrociclones estn diseadospara procesar todo el flujo de un sistemade lodo, mien tras que un a cen trfuga slopuede m anejar un flujo parcial. Alprocesar el flujo que sale por abajo de losh idrociclon es, la cen trfuga estlimp iando un mayor volumen d elsistema que el que podra procesardirectamente. En esta aplicacin , lacentrfuga tamb in seca la descarganorm almente h m eda de losh idrociclon es, descargando bsicamenteslidos secos mient ras que retiene ellquido. Esto es beneficioso cuando la faselquida del lodo es muy costosa o cuandose debe m inim izar la cantidad dedesechos descargados.

Se incorporan centrfugas dobles en lossistemas de circuito cerrado. La primera

centrfuga se opera com o un a un idad derecuperacin de barita; la segund a,

operada a una fuerza G (RPM) m s alta,procesa el efluente de la centrfuga derecuperacin de barita, devolviend o ellquido al sistema de lodo y desechandolos slidos. Las cent rfugas dobles se usancom nmente con los sistemas de lodobase aceite. Cuando se usan con lodosbase agua, a veces se a ade un floculan teal efluente de la primera centrfuga paramejorar la separacin de slidos en lasegund a centrfuga.

Se incorporan

cent r

fugasdobles en los

sist em as de

circuit o

cerrado.


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Las centrfugas tam bin son u sadas parala deshidratacin de los lodos, segn lacual se realiza el tratamiento del lodoentero para formar slidos secos quesern desech ados y agua clara que ser

reciclada. Para esta aplicacin , se reduce elconten ido de slidos del lodo a un n ivelm uy bajo. Luego, productos qum icos sona adidos para fom entar la coagulacin yfloculacin de las partculas. Despus deh aber sido tratado correctamen te, elfluido puede ser procesado a travs deun a centrfuga, lo cual dar lugar a larecuperacin de slidos principalmentesecos y agua. Normalmen te, lasaplicaciones de deshidratacin requieren

bombas medidoras y equipos deprocesamiento especiales, adem s de unperson al experim entado.

La reduccin de los costos del lodo, sinsacrificar el control de las propiedades

esenciales del lodo, constituye elpropsito prin cipal y la justificacin deluso de una centrfuga decantadora.Aun que ayude a cont rolar los slidosfinos indeseables, la funcin principal dela cent rfuga es minimizar la dilucin ymantener propiedades aceptables en elsistema de lodo (ver Pautas para laOperacin Apropiada de las Cen trfugasDecantadoras, pgina 8.25).

La

instalacin

correct a del

equipo es

esencial pa ra

lograr la

capacid ad

mxim a de

separa cin

la tram pa

de a rena

puede capt ar

las part culas

de gran

tam ao que

podran

obturar o

daar

La instalacin correcta del equipo esesencial para lograr la capacidad mximade separacin de los equipos de remocinde slidos. Los equipos m ecnicos sedisponen generalmente en ordendecreciente, segn el tam a o de partculaque elim inarn. Aunque desde el puntode vista tcnico, un desgasificador, oseparador de lodo-gas, no sea undispositivo de remocin de slidos, estedispositivo debera siempre estar ubicadoinm ediatamente despus de las zarandas,porque las bombas centrfugas y losequipos de control de slidos n o

funcionan eficazm ente con el lodocortado por gas.

Un a trampa de aren a es un tanqu e deasentam ien to q ue puede ser beneficiosopara un sistema de limpieza de lodomarginal. Ubicada debajo o d irectamen tedespus de la zaranda, la trampa de arenapuede captar las partculas de grantamao que podran obturar o daar losequipos ubicados corriente abajo, si unamalla tiene algn agujero o si el lodocontorn ea la zaranda. La gravedad es lafuerza qu e acta sobre las partculas, asque este compartimiento nunca debe seragitado o usado com o d ispositivo de

succin o d escarga para los hidrociclon es.Este tipo de trampa tambin es esencialpara mant ener un sistema de lodo con uncontenido m nimo de slidos.

Otras pautas tambin pueden ayudar amejorar la eficiencia del control deslidos. Algunas son:1. Nunca usar la m ism a bom ba de

alimentacin para diferentes tipos deequipos de control de slidos(desarenador, deslimador, lim piador delodo, centrfuga). Esto puede hacer que

parte del fluido se desve del equipo oque algun as partes especficas delequipo estn sometidas a cargasexcesivas.

2. Nunca descargar dent ro del mismotanq ue que con tien e la alim entacin .Esto permitir que un a porcinimportante del flujo contornee elequipo de control de slidos sin sertratada.

3. Nunca tomar la alimentacin corrienteabajo de la descarga. Esto tambinpermite que un a porcin importantedel flujo contornee el equipo d econtrol de slidos.

4. Seleccionar el tam a o de losdesarenad ores y deslim adores dem anera que se cree un contraflujodesde el com partim ient o del tanq uecorrient e abajo h acia elcompartimiento d e alimentacin . Estoasegurar que 100% del flujo total serprocesado.

5. Nunca tomar la alimentacin de unequipo de control de slidos a partirdel tanque de m ezcla. Esto elim inarlos productos qu m icos que sonagregados al lodo. Esto ocurre con

m ayor frecuen cia en los equipos deperforacin don de se est usando labomba centrfuga de la tolvam ezcladora para aliment ar al equipo d econtrol de slidos.

Las Figuras 12 a 16 m uestraninstalaciones tpicas de la m ayora de losequipos de control de slidos. Se suponeque cada tan que (excepto la trampa dearena) est siend o m ezcladominuciosamente con mezcladores detanque de aletas.

Instalacin del Equipo


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Figura 12: Sistema bsico para lodo no densificado.

Figura 13: Lodo no densificado con desgasificador.

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Lnea de flujo Succin de la bomba de lodo

Tolva

Bomba

Bomba Bomba Bomba

Bomba Bomba

Desechos

Succin deldesarenador

Desarenador

Succin deldeslimador

Flujo que sale por abajoFlujo que sale por abajo

Flujo que sale por arriba

Flujo que sale por abajo

Succin dela tolva

Deslimador

Desechos

Lnea de flujo Desgasificador Succin de la bomba

Tolva

Trampa dearena


DesarenadorDeslimador


Succin dela tolva

Flujo que salepor abajo


Flujo que salepor arriba


*Flujo que sale por arriba durante la desgasificacin, flujo que sale por abajo cuando no se desgasifica.

*

Succin deldesgasificador

Trampade arena

Zarandas

Zarandas

Desechos

Desechos

Desechos Desechos


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Figura 14: Lodo no densificado con centrfuga.

Figura 15: Lodo densificado con limpiador de lodo y centrfuga.

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Lnea deflujo Desgasificador

Succin de labomba

Tolva



Succin de lacentrfuga

Centrfuga Regresodel lquido

DeslimadorDesarenador




Bomba

Bomba

Bomba

Bomba Bomba




Flujo que sale porarriba


Malla


Lnea deflujo Desgasificador

Succin de labomba

Tolva

Trampade arena

Succin dellimpiador de

lodoSuccin de la

centrfuga



*


ZarandasDesechos

ZarandasDesechos

Trampade arena

Desechos Desechos Rechazo de slidos secos

Centrfuga Regresodel lquido

Limpiador delodo

Bomba Bomba

Rechazo de slidos gruesos

Regreso dellquido separado

Rechazo de slidos secos

*


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11. Montar y operar la zaranda demanera que est nivelada. Lascapacidades de slidos y volumensern menores si la zaranda no estnivelada.

12. Propo rcion ar el voltaje y la

frecuen cia apropiado s. Un voltajebajo reduce la vida til del mot or.Una frecuen cia baja reduce elm ovimiento vibran te y lacapacidad.

13. Asegurarse que el vibrador estgirando en la direccinapropiada, para la descargacorrecta de slidos. La partesuperior del eje debera girar hacia elextremo de descarga de slidos.

14. Instalar los am ortiguadoresapropiados de apoy o de la m alla,de conformidad con las

instrucciones del fabricante. Lasmallas que rozan contra el acero sedesgastan rpidamente. La durezadel caucho es crtica para que lasm allas estn correctamenteasentadas.

15. Asegurarse de tensionar las mallascorrectamente, de acuerdo con lasrecom endaciones del fabricante.Si las mallas no estn tensionadascorrectamente, su vida til sereducir.

16. El tam ao de las mallas deberaser seleccionado de manera que ellodo cubra de 75 a 80% del rea.Esto perm ite usar la capacidad de lazarand a, dejand o un rea de reservapara m an ejar las sobrecargas.

17. Con las zarandas de m

ltiplescubiertas, se debe usar lacombinacin correcta de tamaosde m alla. En las zarandas divididasde m ltiples mallas, el mismotamao de m alla debera ser usadoen todos los paneles.

18. Una manguera de agua (o aceite)debera ser proporcionada paralavar las mallas. Todas las mallas seciegan y se obturan hasta ciertogrado. El lodo qu e se deposita en lasm allas duran te los viajes obtu rartemporalmente las aberturas de las

mallas. Las mallas deberan serlavadas cuando se interrumpe lacirculacin antes de realizar unviaje.

19. Ocasionalmente se usa un sprayde agua (o aceite) en las zarandaspara facilitar la rem ocin de laspartculas hmedas y pegajosas(gumbo) de la malla. Este spraynunca se debe usar continuamente.El spray de agua diluye el lodo yelimina las pequeas partculas a

Pautas para la Operacin Correcta de las Zarandas

Figura 16: Lodo densificado con centrifugacin del flujo que sale por abajo de los hidrociclones.

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Lnea deflujo

DesgasificadorSuccin de la

bomba

Tolva

Trampade arena


Deslimador Centrfuga






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ZarandasDesechos

Regresodel lquido

BombaBomba

Bomba

Tanque deretencinRechazo de slidos

secos


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travs de la malla, cuyas partculas,de no haber sido eliminadas, sehubieran adherido (llevadas acuestas) a las part culas m sgrand es que son eliminadas en lazaranda.

10. Nunca contornear las mallas,incluso durante un viaje, a men osque el lodo co ntenga material deprdida de circulacin. Un azarand a contorn eada llen arpidamente la trampa de arena yelim ina la capacidad d e reserva paralos slidos grandes. El equipo deremocin de slidos u bicadocorrien te abajo no funcionar

correctamente si slidos de grantamao estn circulando m s allde la zaranda. El hecho decontorn ear una zaran da causar laobturacin del desaren ador ydeslimad or. El lodo aportado de ot raubicacin debera ser agregado alsistema de lodo activo solamente atravs de la zaranda.

11. Lavar y monitorear lasconexion es de las mallas de lazaranda. Las mallas que tienenagujeros o rasgaduras deberan serreem plazadas in m ediatam entedespus de detectarse dich osdefectos.

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Manten im iento y Localizacin de Errores de los

Desarenadores y Deslimadores(OPERACIN INCORRECTA Y CAUSASPROBABLES)1. Ningun a descarga de slidos

hmedos en el vrtice (fondo)

a) Abertura del fondo (vrtice)obturada. Apagar la un idad. Soltar elajuste inferior. Empujar un a varilladesde la abertura del fondo haciaarriba, para remover el lodo seco oaglomerado. Si esto no da resultados,retirar la tapa del h idrocicln y quitarel objeto que est obstruyendo el

vrtice. Asegurarse que el lodo noest contornean do la zaranda. Ajustarde nuevo el fondo y volver a colocarla tapa del hidrocicln .

b) Presin de alimentacin (cabezahidrosttica) demasiado alta.Ajustar la presin de cabeza correcta,o 755 ft, usando un m anmetropreciso.

c) Lodo limpio de todas las partculasque los hidrociclones puedeneliminar. Si la p erforacin es muylenta o si la unidad est funcionandoduran te un viaje, la remocin puedeaproximarse a cero en el flujo quesale por abajo y la unidad debera serapagada y slo debe ser operadaperidicamente.

d) Tobera de admisin, buscador devrtice o DI de hidrociclndesgastado. Retirar y examin ar elhidrocicln para determinar si estexcesivamente desgastado.Reemp lazar el h idrocicln si existealguna duda en lo que se refiere a suestado.

e) Hidrocicln in correctamenteinstalado. Retirar y examin ar elhidrocicln , e instalarlo de n uevo deacuerdo con las instrucciones delfabricante.

2. Gran descarga de lquido a travs delvrtice (fondo )

a) Presin de alimen tacin (cabezahidrosttica) demasiado baja.Examinar el tubo de succin de labom ba para determinar si h ay algunaobstruccin , si el n ivel del lquido es

inadecuado para la succin de labomba, o si est entran do aire por eltubo de succin. Examinar las paletasde la rueda m vil de la bomba paradeterminar si estn desgastadas y sison del tamao correcto. Exam inar ladescarga de la bomba paradeterminar si el m ltiple estcorrectamente encaminado haciauna sola unidad de control de slidosde hidrocicln. Verificar el estado delemp aque de la bomba y laalineacin -espacio libre de la ruedam vil de la bom ba. Asegurarse que el

comp artim ien to de succin de labomba est equilibrado por el fon docon el com partimiento de descargadel flujo q ue sale por arriba ubicadocorriente abajo.

b) Tobera de admisin delhidrocicln obturada, resultandoen una presin d e alim entacininadecuada. Retirar y examin ar elhidrocicln, quitando cualquierobjeto que est obturando la toberade adm isin . Si la obturacin de laalimentacin ocurre frecuentemente,


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examinar cuidadosamen te la zarandapara determinar si los recortes laestn contorneando, y las mallaspara detectar cualquieragujero/rasgadura. Instalar una malla

de succin en la bomba centrfuga.No contornear la zaranda.

c) Buscador de vrtice obturado,causando una contrapresin en elhidrocicln. Retirar y examinar elhidrocicln, quitando cualquierobjeto que est obturando el tuboverticial. Si la obturacin de laalimentacin ocurre frecuentemente,examinar cuidadosamen te la zarandapara determinar si los recortes laestn contorneando, y las mallaspara detectar cualquier

agujero/rasgadura. Instalar una mallade succin en la bomba centrfuga.No contornear la zaranda.

d) Tobera de adm isin, buscador devrtice o DI de hidrociclndesgastado. Retirar y examinar elhidrocicln para determinar si estexcesivamente desgastado.Reemp lazar el h idrocicln si existealguna duda en lo que se refiere a suestado.

e) Hidrocicln incorrectamenteinstalado. Retirar y examin ar el

hidrocicln , e instalarlo de n uevo deacuerdo con las instrucciones delfabricante.

3. Obturacin de los hidrociclones

a) Cabezal de alimentaci

n (quealimenta las toberas de adm isindel h idrocicln) o bturado. Apagarla bomba de alim entacin , retirar eltapn ciego del extremo del cabezalde adm isin y qu itar la obstruccin .Volver a colocar el tapn ciego yencender de nuevo la bomba despusde examinar la malla de succin. Nocontornear la zaranda.

b) Hidrocicln sobrecargado(descarga tipo soga). Se requiere un amayor capacidad de control deslidos. El sistem a de rem ocin de

slidos no pu ede man ejar lasvelocidades de perforacin y/o lascargas de slidos excesivas.

4. Fluctuacin de la cabeza hidrostticade admisin

a) Succin de la bomba obstruida.Exam inar la succin d e la bombapara determinar si hay algun aobstruccin , lodo cortado por gas oespum a. Controlar el estado generalde la bom ba y las tuberas.

Pautas para la Operacin Correcta de las Centrfugas Decantadoras

1. No operar la cent rfuga sin elrecubrimiento del en samblajerotatorio y las correas de seguridadsujetadas.

2. Primero, hacer girar el tazn con lamano para asegurarse de que tenga unmovimiento libre (sin arrastre).

3. No operar la unidad si aparece algnruido o vibracin inusual; lubricar loscojinetes de conformidad con lasrecomendaciones del proveedor

(tpicamen te cada 8 h oras deoperacin ).

4. Dejar que la un idad alcance lavelocidad rotacion al deseada antes deencender la bomba de alim entacin .

5. No sobrecargar (amontonar) lacentrfuga.Sntomas:

El acoplamiento de torque deseguridad se desprendefrecuentemente

Cantidad excesiva de materialden sificante en el flujo qu e sale porarriba.

Rechazo de slidos h medos de launidad.

16. Los fluidos muy densificados yviscosos requieren velocidades dealimentacin m s bajas y tasas dedilucin m s altas.

17. Asegurarse que una agitacinapropiada est disponible en lasuccin d e la bomba centrfuga y enel tanque de retorno de barita.

18. Acordarse de cerrar el suministro delquido de dilucin un a vez que lacentrfuga ha sido apagada.

19. Revisar los procedimientos dearranqu e y parada; si no sonadecuados, notificar al proveedor.

10. Si aparece algn problemaincomprensible, llamar a un tcnicoespecializado en centrfugas an tes de

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Cap 08 Control de Solidos