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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA
EQUINOCCIAL
SISTEMA DE EDUCACIÓN A DISTANCIA
ESCUELA DE INGENIERÍA
CARRERA EN
TECNOLOGÍA DE PETRÓLEOS
PLAN DE TITULACIÓN
TEMA:
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE EVACUACIÓN AUTOMÁTICO PARA
SUMIDEROS RECOLECTORES DE FLUIDOS CONTAMINADOS DEL
CAMPO EDÉN-YUTURI DEL BLOQUE 15”
AUTOR:
GIOVANI MARCELO TAIPE QUISHPE
QUITO- ECUADOR
2010
II
DECLARACIÓN DE RESPONSABILIDAD
Yo, GIOVANI MARCELO TAIPE QUISHPE, con cédula de ciudadanía número
1500637176, declaro que el presente trabajo práctico es de mi autoría y que todos los
datos obtenidos en este estudio son reales y pueden ser verificados en la Planta de
Proceso del Campo Edén Yuturi de la empresa PETROAMAZONAS.
Atentamente,
_____________________________
Giovani M. Taipe Q.
C. C. 1500637176
ALUMNO - UTE
III
INFORME DEL DIRECTOR DE TESIS
Yo, Ing. JORGE PAZMIÑO URQUIZO declaro que el señor GIOVANI MARCELO TAIPE
QUISHPE realizó el trabajo de Plan de Titulación, bajo mi tutoría de acuerdo a las
disposiciones que fueron asignadas durante el período de elaboración de este trabajo.
Atentamente,
_____________________________
Ing. Jorge Pazmiño Urquizo
TUTOR
IV
DEDICATORIA
Este trabajo va dedicado a la Universidad Tecnológica Equinoccial que me brindó la
oportunidad de continuar con mis estudios superiores donde logré afianzar mis
conocimientos prácticos adquiridos en conocimientos técnicos. También a mi madre que
me apoyó durante todo este trayecto hasta lograr alcanzar mi título de Tecnólogo en
Petróleos.
V
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por permitirme culminar una etapa más de mis estudios.
A mi familia y a mis profesores de la Universidad que compartieron sus conocimientos y
experiencias para mi formación personal y profesional.
A mi Universidad Tecnológica Equinoccial por brindarme las facilidades necesarias para
elevar mi nivel de conocimientos a lograr terminar con el estudio y desarrollo del proyecto
de trabajo práctico.
VI
CONTENIDO
DEDICATORIA ---------------------------------------------------------------------------------------------- IV
AGRADECIMIENTO ----------------------------------------------------------------------------------------- V
CONTENIDO ------------------------------------------------------------------------------------------------- VI
RESUMEN----------------------------------------------------------------------------------------------------- XI
ABSTRACT--------------------------------------------------------------------------------------------------- XIII
CAPÍTULO I. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PLAN DE TITULACIÓN ---------------------- 15
I.1. INTRODUCCIÓN ---------------------------------------------------------------------------------- 16
I.2. GENERALIDADES -------------------------------------------------------------------------------- 16
I.2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ------------------------------------------------------ 16
I.2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA --------------------------------------------------------- 17
I.3. OBJETIVOS ---------------------------------------------------------------------------------------- 18
I.3.1. OBJETIVO GENERAL--------------------------------------------------------------------------17
I.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS------------------------------------------------------------------18
I.4. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA --------------------------------------------------------------- 18
I.5. MÉTODOS Y TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN ------------------------------------------ 19
I.5.1. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN A SER APLICADOS--------------------------------19
I.5.2. TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN------------------------------------------------------------20
I.6. PROPUESTA TEÓRICA ------------------------------------------------------------------------- 20
I.7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ----------------------------------------------- 20
CAPÍTULO II. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLANTA DE PROCESO DE EDÉN-
YUTURI Y AFLUENTES A LOS SUMIDEROS ------------------------------------------------- 22
II.1. INTRODUCCIÓN --------------------------------------------------------------------------------- 23
II.2. REALIDAD ACTUAL ----------------------------------------------------------------------------- 23
II.2.1. DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES --------------------------------------------- 22
II.2.2. UBICACIÓN FÍSICA DE LOS SUMIDEROS -------------------------------------------- 27
II.3. AFLUENTES A LOS SUMIDEROS ---------------------------------------------------------- 31
II.3.1. AFLUENTES AL SUMIDERO T-505 ------------------------------------------------------ 32
VII
II.3.2. AFLUENTES AL SUMIDERO T-506 ------------------------------------------------------ 34
II.4. ANÁLISIS DE FLUIDOS ------------------------------------------------------------------------ 37
II.4.1. PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS DE FLUIDOS----------------------------------------37
II.4.2. RESULTADOS DE LABORATORIO--------------------------------------------------------37
CAPÍTULO III. DESCRIPCIÓN DE LOS SUMIDEROS -------------------------------------------- 38
III.1. INTRODUCCIÓN -------------------------------------------------------------------------------- 39
III.2. DESCRIPCIÓN DE LOS SUMIDEROS ---------------------------------------------------- 39
III.2.1. DIAGRAMA Y PARTES DE LOS SUMIDEROS -------------------------------------- 39
III.2.2. PARTES DE LOS SUMIDEROS------------------------------------------------------------40
III.3. DIMENSIONES Y CAPACIDADES DE LOS SUMIDEROS --------------------------- 40
III.3.1 DIMENSIONES --------------------------------------------------------------------------------- 41
III.3.2. CAPACIDAD ------------------------------------------------------------------------------------ 41
III.4. DETALLES DE CAPACIDADES DEL SUMIDERO PRINCIPAL DE LA PLANTA
T-960 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 42
CAPÍTULO IV. COMPONENTES DEL SISTEMA DE EVACUACIÓN Y CÁLCULOS
HIDRÁULICOS ------------------------------------------------------------------------------------------ 46
IV.1. INTRODUCCIÓN -------------------------------------------------------------------------------- 47
IV.2. PARTES Y COMPONENTES REQUERIDOS PARA EL SISTEMA ---------------- 47
IV.2.1. ELEMENTOS REQUERIDOS PARA EL SISTEMA DE EVACUACIÓN DE LOS
SUMIDEROS T-505 Y T-506-----------------------------------------------------------------------------------48
IV.3. CÁLCULO DE POTENCIA REQUERIDA PARA EL SISTEMA ----------------------- 49
IV.3.1. TUBERÍA-----------------------------------------------------------------------------------------49
IV.3.2. CÁLCULO DE CABEZA PARA BOMBAS------------------------------------------------50
IV.4. SELECCIÓN DE EQUIPOS ------------------------------------------------------------------- 56
IV.4.1. SELECCIÓN DE BOMBA--------------------------------------------------------------------57
IV.4.2. BOMBA NEUMÁTICA DE DIAFRAGMA-------------------------------------------------57
IV.4.2.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS BOMBAS NEUMÁTICAS DE
DIAFRAGMA--------------------------------------------------------------------------------------------57
IV.4.2.2. FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA---------------------------------------------------57
IV.4.2. BOMBA DE DIAFRAGMA WILDEN-------------------------------------------------------58
VIII
IV.5. MONTAJE DE SISTEMA DE EVACUACIÓN --------------------------------------------- 63
IV.5.1. REQUERIMIENTOS PREVIOS AL MONTAJE-----------------------------------------62
CAPÍTULO V. CONTROL DE SISTEMA DE EVACUACIÓN ------------------------------------- 65
V.1. INTRODUCCIÓN --------------------------------------------------------------------------------- 66
V.2. SISTEMA DE CONTROL ----------------------------------------------------------------------- 66
V.2.1 SCADA -------------------------------------------------------------------------------------------- 65
V.2.1.1 DEFINICIÓN------------------------------------------------------------------------------------65
V.2.1.2. LAZO ABIERTO Y CERRADO------------------------------------------------------------66
V.2.1.3. ESQUEMA DE UN SISTEMA TÍPICO---------------------------------------------------68
V.2.1.4. DEFINICIONES DEL SISTEMA-----------------------------------------------------------68
V.2.1.5. INTERFAZ HUMANO-MÁQUINA (HMI) ------------------------------------------------69
V.2.1.6. COMPONENTES DEL SISTEMA--------------------------------------------------------70
V.3. FILOSOFÍA DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE EVACUACIÓN---- ------ 72
V.3.1. RECORRIDO DEL FLUIDO DESDE LOS SUMIDEROS T-505 Y T-506---------73
V.4. DESCRIPCIÓN DE LA NOMENCLATURA UTILIZADA -------------------------------- 74
CAPÍTULO VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ------------------------------------ 75
VI.1. CONCLUSIONES ------------------------------------------------------------------------------- 76
VI.2. RECOMENDACIONES ------------------------------------------------------------------------ 76
BIBLIOGRAFÍA --------------------------------------------------------------------------------------------- 77
GLOSARIO DE TÉRMINOS ----------------------------------------------------------------------------- 78
ANEXOS ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 81
PLANO P&ID DE SUMIDEROS DE PLANTA DE PROCESO------------------------------- 82
DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA DE EVACUACIÓN AUTOMÁTICA------------- 83
REFERENCIA FOTOGRÁFICA DE LOS SUMIDEROS T-505 Y T-506 Y LOS
AFLUENTES -------------------------------------------------------------------------------------------- 84
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA ------------------------------------------------------------ 89
TABLA DE ESPESORES DE TUBERÍA---------------------------------------------------------- 90
IX
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. DIAGRAMA PROPUESTO DE PROYECTO--------------------------------------------- 21
Figura 2. VISTA GENERAL DE PLANTA DE PROCESO Y SUMIDEROS------------------- 30
Figura 3. VISTA DE AFLUENTES A LOS SUMIDEROS T-505 Y T-506---------------------- 32
Figura 4. DIAGRAMA DE SUMIDEROS T-505 Y T-506------------------------------------------- 39
Figura 5. PARTES DE LOS SUMIDEROS------------------------------------------------------------ 40
Figura 6. DIMENSIONES DE SUMIDEROS---------------------------------------------------------- 41
Figura 7. DIAGRAMA DE SUMIDEROS T-960------------------------------------------------------ 45
Figura 8. DIAGRAMA DE FLUJO DE SUMIDEROS NUEVOS T-505 Y T-506-------------- 48
Figura 9. DIAGRAMA DE MOODY---------------------------------------------------------------------- 54
Figura 10. ANÁLISIS DE DIAGRAMA DE MOODY ------------------------------------------------ 54
Figura 11. FUNCIONAMIENTO DE BOMBA NEUMÁTICA--------------------------------------- 58
Figura 12. ANÁLISIS DE CURVA DE RENDIMIENTO--------------------------------------------- 59
Figura 13. CURVAS DE RENDIMIENTO-------------------------------------------------------------- 60
Figura 14. VISTAS Y TABLA DE DIMENSIONAMIENTO DE LA BOMBA-------------------- 61
Figura 15. BOMBA NEUMÁTICA DE DIAFRAGMA------------------------------------------------- 62
Figura 16. ESQUEMA DE SCADA-----------------------------------------------------------------------67
Figura 17. PANTALLA HMI-------------------------------------------------------------------------------- 70
Figura 18. DIAGRAMA DE FLUJO E INSTRUMENTACIÓN DE SUMIDEROS T-505 Y T-
506------------------------------------------------------------------------------------------------ 72
Figura 19. DIAGRAMA DE RECORRIDO GENERAL DE FLUIDO ---------------------------- 73
X
INDICE DE FOTOGRAFÍAS
Foto 1. SUMIDERO EXISTENTE EN PLANTA------------------------------------------------------- 25
Foto 2. SUMIDERO T-960-------------------------------------------------------------------------------- 25
Foto 3. SUMIDERO T-960-------------------------------------------------------------------------------- 26
Foto 4. SUMIDERO T-505 Y T-506 ---------------------------------------------------------------------- 26
Foto 5. ÁREA DE T-505 Y T-506 ------------------------------------------------------------------------- 27
Foto 6. LABORATORIO QUÍMICO---------------------------------------------------------------------- 28
Foto 7. BODEGA DE QUÍMICO-------------------------------------------------------------------------- 29
Foto 8. RAMPA DE VEHÍCULOS------------------------------------------------------------------------ 29
Foto 9. ÁREA DE LAVADO-------------------------------------------------------------------------------- 30
Foto 10. ÁREA DE LAVADO DE PIEZAS Y HERRAMINETAS---------------------------------- 34
Foto 11. VISTA DE ÁREA DE LAVADO--------------------------------------------------------------- 35
Foto 12. ÁREA DE LAVADO SIN CUBIERTA-------------------------------------------------------- 36
Foto 13. ÁREA DE LAVADO Y CANALES SIN CUBIERTA-------------------------------------- 36
Foto 14. SUMIDERO PRINCIPAL DE PLANTA T-960--------------------------------------------- 42
Foto 15. SUMIDERO PRINCIPAL DE PLANTA T-960 – PARTES EXTERNAS------------- 43
Foto 16. SUMIDERO PRINCIPAL DE PLANTA T-960 – PARTES INTERNAS-------------- 43
REFERENCIA FOTOGRÁFICA-----------------------------------------------------------------------83-87
XI
RESUMEN
El presente trabajo de Plan de Titulación, previo a la obtención del título de Tecnólogo en
Petróleos de la UTE; se refiere al diseño de un sistema de evacuación automático para
sumideros de fluidos contaminados en la planta de tratamiento de crudo de la empresa
Petroamazonas.
El problema fue detectado debido a varios incidentes ocurridos con desborde de los
sumideros, donde se hace propuestas de mejoramiento para el control de los niveles;
colocando switch de alarma de alto nivel para evacuación de fluidos de los sumideros; así
como una ruta de descarga.
Para el desarrollo del trabajo fue necesario el levantamiento de datos de campo y una
propuesta teórica para solucionar el problema en los sumideros. Una vez acogida y
aprobada la propuesta, se empieza con la recopilación de planos de los sumideros
existentes y los datos referentes al sistema de comunicación (S.C.A.D.A); y dispositivos
de la planta para sugerir un tipo de sistema y el resultado de esto es la implementación
del sistema mediante bombas neumáticas tipo diafragma. Estas bombas evacúan los
fluidos contaminados de los sumideros T-505 y T-506, hacia el sumidero principal T-960
de la planta de proceso y a su vez éste transfiere el fluido al V-510 (sumidero cerrado)
para el reproceso en la planta de proceso, terminando así con el tratamiento de los
fluidos generados en las áreas de mantenimiento mecánico y laboratorio químico
El sistema consta principalmente de un switch sensor de alto nivel y bajo nivel que actúan
al entrar en contacto con el nivel físico del fluido. Una bomba para cada sumidero,
instrumentación necesaria para cada sistema.
Como dispositivos de seguridad en caso de falla de algún elemento del sistema se deberá
instalar switches de nivel de alto-alto y bajo-bajo, que emitirán la señal de alarma visual y
sonora a la pantalla de la sala de control.
La filosofía de operación del sistema es comúnmente conocida ON/OFF, donde el switch
de alto nivel se alarma y mediante comunicación con la red S.C.A.D.A abre un dispositivo
que permite el paso de aire a presión para el funcionamiento de la bomba neumática;
XII
luego el nivel llega a la altura del switch de bajo se activa y por la misma vía de
comunicación manda a cerrar el dispositivo bloqueando el paso de aire para el apagado
de la bomba. Logrando con esto al control de la variable de nivel en los sumideros.
Para el control en el sitio de modo manual del sistema, se incorporará una válvula manual
para el paso de aire a presión, haciendo funcionar la bomba.
La empresa podrá tomar este trabajo como una sugerencia para solucionar el problema
pudiendo modificar datos o instrumentos de acuerdo a los requerimientos operacionales
para futuras modificaciones.
Para el montaje e incorporación del sistema de comunicación S.C.A.D.A., se recomienda
contratar a empresas especialistas en el tema.
Cabe mencionar que el presente trabajo se sustenta en planos facilitados por la empresa
Petroamazonas.
XIII
SUMMARY
This technical study Certification Plan, prior to obtaining title of Petroleum Technologist of
the U.T.E.; refers to the design of an automatic evacuation system for contaminated fluid
in water drains of the oil treatment plant of Petroamazonas Company.
The problem was detected because of several incidents involving overflow of water drains,
which makes proposals in order to improvement the levels control, placing a high-level
alarm switch for evacuation of fluids of water drains, as well as a download path.
To develop the work was necessary to lift the field data and a theoretical proposal to
resolve the problem in water drains. Once received and approved the proposal, begin with
the collection of drawings of the existing drains and of the communication system details
(SCADA), and devices of the plant in order to suggest a type of system and the result is
implementation the system by type pneumatic diaphragm pumps. These pumps evacuate
the wasted fluid water drains T-505 T-506, toward the main drain of the T-960 and its
processing plant this fluid reinjected to V-510 (Closed Drain) for back processing, thus
ending treatment of fluids generated in the areas of mechanical maintenance and chemical
laboratory
The system consists mainly of a high-level sensor switch and low operating in contact with
the physical level of the fluid. A pump for each water drains, instrumentation required for
each system.
As safety devices in case of failure of any component of the system should be installed
high-level switches to high and low-low, they will issue an alarm to sound and visual
display of the control room.
The operating system philosophy commonly known as ON / OFF, where switch the high-
level enter in alarm and communication to the SCADA network opens a device that allows
passage of air to the pneumatic pump operation, then the level reaches the low height of
the switch is activated and by the same means of communication sent to close the device
XIV
by blocking the passage of air to the shutdown of the pump. With this become the control
of variable level in water drains.
For the on site control manual, the system will incorporate a manual valve for the passage
of air under pressure, running the pump.
The company may take this job as a hint to solve the problem may modify data or
instruments according to the operational requirements for future modifications.
For installation and integration of SCADA communication system, it is recommended to
hire specialists in the subject companies.
It is noteworthy that this paper is based on drawings supplied by the company
Petroamazonas.
15
CAPÍTULO I TEMA: DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PLAN DE TITULACIÓN
16
I.1. INTRODUCCIÓN
El tratamiento de aguas aceitosas o contaminadas de las plantas de procesos
industriales se ha convertido en una de las prioridades para las empresas por el
cuidado ambiental y para cumplir con las leyes, regulaciones estatales y normas
internacionales.
Dentro de las empresas petroleras el tratamiento de aguas contaminadas con
hidrocarburo se las realiza en las facilidades disponibles en su planta y con equipos de
bombeo para la inyección al subsuelo si las aguas están dentro de los parámetros
permitidos; actualmente, la tecnología permite automatizar estos sistemas para
ajustarse a los requerimientos de la operación de las facilidades de producción.
Las plantas de tratamiento de crudo integran a su proceso los sumideros recolectores
de fluidos contaminados, donde se depositan todos los fluidos contaminados con
hidrocarburo que genera la planta; el sistema está diseñado para re inyectar los fluidos
al proceso mediante bombas que funcionan de modo automático, por lo que un
sistema adecuado de evacuación de los sumideros es esencial para el buen
funcionamiento del proceso.
I.2. GENERALIDADES
I.2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La Planta de tratamiento de petróleo en el campo Edén-Yuturi de la empresa
Petroamazonas dispone en un 90% de sistemas automáticos para el tratamiento,
monitoreo, operación, control y transporte del petróleo. Debido a ampliaciones del
área de moto-generadores fueron reubicadas las áreas de taller de mantenimiento y
laboratorio químico con lo que fue necesario incorporar nuevos sumideros recolectores
de fluidos contaminados (T-505 y T-506)1; los mismos que no disponen de un sistema
1 Es TAG asignado a los sumideros nuevos donde se diseña el sistema de evacuación.
17
adecuado de evacuación, actualmente esta actividad se realiza con ayuda de un
Camión Cisterna (Vacuum Truck).
Esta práctica de evacuación tiene desventajas por factores como:
No tener a disposición inmediata un Camión Succionador para la evacuación
de los sumideros.
Se requiere personal permanente cerca del área para la verificación visual del
nivel de los sumideros y consecuente solicitud del Camión Succionador.
Fuertes lluvias intempestivas llenan rápidamente el sumidero T-506, debido a
que una sección del área de lavado de piezas no dispone de cubierta, por lo
que el agua que se escurre por los canales y se deposita en el sumidero de
mantenimiento.
Estos factores pueden producir un desborde de los sumideros, contaminación al
ambiente y crea ambientes inseguros para el trabajo.
La implementación de un sistema automático de evacuación de sumideros, cuyo
principio de funcionamiento esta basado en la colocación de sensores de nivel es la
solución con lo cual se obtiene una disminución del riesgo de desborde de los
sumideros y contaminación ambiental.
I.2.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Los sumideros recolectores que contienen fluidos contaminados son estructuras en
forma de tanques en el subsuelo, es decir que la tapa de estos está a nivel del terreno.
Estas estructuras son de hierro y concreto casi totalmente cerrados donde se
depositan las aguas contaminadas con hidrocarburo. El presente estudio tiene como
propósito diseñar un sistema de control y evacuación automático para los sumideros
recolectores de fluidos contaminados, con esto los nuevos sumideros (T-505/506) se
integrarán al sistema de comunicación de la planta de tratamiento de crudo para su
control automático.
18
I.3. OBJETIVOS
I.3.1. Objetivo General
Presentar una propuesta de evacuación del fluidos contaminados de los
sumideros T-505 y T-506, mediante el reproceso en la planta de tratamiento
de crudo para la separación de las aguas contaminadas y los hidrocarburos
presentes en dichos fluidos e incrementar el control automático de los
sistemas utilitarios de la planta de proceso diseñando el mecanismo y
componentes para el control automático del sistema para finalmente
contribuir al cuidado ambiental.
I.3.2. Objetivos Específicos
Analizar el tipo de sistema de evacuación automático a implementar en este
proyecto.
Realizar cálculos de potencia requerida para bombas.
Preparar diagramas y planos de los sumideros y la instrumentación.
Mejorar el control de contaminación ambiental.
I.4. FUNDAMENTACIÓN TEORICA
Los sistemas de control automáticos son de utilidad para el control de los procesos en
diferentes áreas; desde un simple proceso como es por ejemplo una cafetera o una
tostadora de pan hasta complicados procesos de fabricación y operaciones
espaciales, donde se incluyen varios subprocesos con sistemas de control
automáticos sofisticados. Estos sistemas optimizan el esfuerzo físico y la intervención
directa del hombre en actividades manuales en sectores peligrosos, contaminados,
radioactivos y a su vez incrementa la eficiencia de las labores.
El control automático ha desempeñado un papel importante en el avance de la
ingeniería debido a que obligaron a crear nuevas tecnologías en esta área con nuevos
dispositivos más confiables, abriendo un campo más amplio dentro de la electrónica
19
aplicada para procesos; generando así, más competitividad entre las marcas que se
dedican a la creación de este tipo de tecnologías. Además, dispositivos e instrumentos
físicos, software de control que requiere actualizaciones y mejoras continuas
generando otra rama de ingeniería.
En la actualidad el control automático resulta esencial en operaciones industriales para
control de variables como: presión, temperatura flujo, nivel en la industria petrolera.
Dentro de la industria petrolera la automatización se aplica en facilidades de
producción para control de proceso de tratamiento de crudo en equipos como
recipientes, tanques, sumideros, bombas, compresores, entre otros equipos; cuyas
variables a controlar son niveles, presiones, flujos, temperaturas que implica el uso
de instrumentos electrónicos.
I.5. MÉTODOS Y TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN
Para el desarrollo del presente trabajo práctico se prevé seguir las siguientes
actividades:
Realizar levantamiento de datos de campo de los equipos existentes.
Mantener reuniones con el personal de operaciones para confirmar la
necesidad de la implementación del sistema de evacuación automática.
Verificar las facilidades actuales para determinar un sistema automático de
evacuación más adecuado para integrar al sistema de comunicación existente.
Recopilar y revisar los planos de sumideros.
Desarrollar el proyecto donde constarán datos como diámetros de tubería,
dimensiones de sumideros, potencia de los equipos para evacuación e
instrumentación necesaria.
En la elaboración del trabajo se utilizarán dos métodos y una técnica:
I.5.1. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN A SER APLICADOS
20
El sistémico: Los estudios que se realicen sobre el problema objeto de
investigación y todas las ideas a desarrollar deben organizarse en forma de un
sistema, buscando las relaciones entre los hechos y fenómenos, para formular
generalizaciones y favorecer el pensamiento abstracto.
El dialéctico: es el método más general de la actividad científica, todos los
hechos y fenómenos a estudiar están en constante evolución, se requiere
evaluar las contradicciones que generan los problemas, los cuales se
relacionan entre sí y llevan a encontrar las causas que las provocan. El
método dialéctico posibilita desarrollar un pensamiento más universal que
trasciende a las diversas situaciones que manifiestan los problemas.
I.5.2. TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN
Para el desarrollo de esta investigación se utilizará principalmente en la
experiencia adquirida en el trabajo y se realizará investigación de fórmulas y datos
para el cálculo de volúmenes y potencia de los equipos a ser seleccionados e
implementados para su operación.
I.6. PROPUESTA TEÓRICA
El desarrollo del presente trabajo permitirá fortalecer los conocimientos teóricos y
prácticos de la dinámica de fluidos con la profundización en principios de
funcionamiento de bombas, donde se investigará los diferentes tipos de bombas y se
seleccionará la más adecuada para este proyecto; también, incrementará la capacidad
de criterio del estudiante para sugerir el sistema de evacuación mediante la obtención
de datos más concretos referentes al tema.
I.7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
21
Se concluye que el desarrollo del proyecto es necesario para incrementar la
seguridad y confiabilidad de las operaciones.
Evitar posible desborde de los sumideros que podría terminar en una
contaminación de canaletas de agua lluvia.
El Proyecto en sí, no implica gran costo en la implementación, debido a que las
distancias a recorrer desde los sumideros a la planta son cortas, los cables de
alimentación y señales lógicas están cerca de las cajas de comunicación y la
alimentación de aire se encuentra literalmente junto a los sumideros por lo que
se podría implementar bombas tipo neumáticas.
Como recomendaciones se menciona:
Se construya un dique de concreto para la ubicación de las bombas.
Se disponga una bomba de similares características en reserva (Stand-by)
para el reemplazo en caso de falla de una de éstas.
Construir una cubierta para los sumideros y bombas que se instalen.
Figura 1. Diagrama Propuesto del Proyecto del Sistema de Evacuación Automático.
T-505
LSL/LSH
BOMBA
SUMIDERO DE QUÍMICOS
HACIA LA PLANTA
T-506
SUMIDERO DE MANTENIMIENTO
LSL/LSH
BOMBA
22
CAPÍTULO II TEMA: DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLANTA DE PROCESO
DE EDÉN-YUTURI Y AFLUENTES A LOS SUMIDEROS
23
II.1. INTRODUCCIÓN
Las facilidades de superficie necesarias para el tratamiento de petróleo, requieren de
instalaciones modernas dotadas con tecnología de punta que gracias a los avances de
la electrónica se logran manejar plantas de proceso y refinación de petróleo con
controles automáticos.
Una de las plantas de proceso de petróleo crudo que cuenta con sistemas de control
automático es la planta de proceso que opera en el campo Edén-Yuturi de
Petroamazonas en la región amazónica, que entró en operación a finales del año 2002
con capacidades de tratamiento de petróleo de 45000 barriles diarios, 124000 barriles
diarios de agua y 5 millones de pies cúbicos de gas por día. A medida que la
producción se incrementa fue necesario instalar nuevos equipos para el proceso de
tratamiento de crudo, también se incrementa el área de generación térmica con
nuevos moto-generadores a gas, situación que ha obligado a reubicar las áreas del
quemador de gas (flare), laboratorio químico, mantenimiento mecánico y se ha
construido nuevos equipos utilitarios como los sumideros recolectores de fluidos
contaminados T-505 y T-506, los mismos que no mantienen la filosofía de control
automático de la planta de proceso, por lo que es necesario buscar mejoras y
soluciones a un problema para el control de nivel de los sumideros.
II.2. REALIDAD ACTUAL
II.2.1. DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES.
La Planta de Facilidades del Campo EDEN-YUTURI que opera la empresa
ecuatoriana PETROAMAZONAS dispone de la infraestructura capaz de tratar hasta 90
mil barriles de petróleo por día; unos 7,2 millones de pies cúbicos de gas por día y 240
mil barriles de agua de formación. Esta planta tiene el sistema SCADA (Supervisor
Control And Data Acquisition) para el monitoreo, operación y control de las variables
dentro del proceso de tratamiento; así mismo, dispone de un conjunto de equipos
utilitarios tales como compresores, sumideros, recibidores, lanzador, recipientes de
24
condensados, entre otros que forman parte integral de la planta proceso y mantienen
la filosofía de operación en modo de operación automática.
Dentro del conjunto de equipos utilitarios están los sumideros recolectores que reciben
fluidos desde drenajes de tanques de crudo, bandejas de muestreo, drenajes de
tanques de químicos, entre otros. Dentro de este conjunto esta el sumidero T-9602
designado como recolector de fluidos peligrosos y el T-507 recolector de fluidos no
peligrosos. Estos dos sistemas de recolección re-inyectan el fluido al proceso
mediante bombas eléctricas tipo centrífugas que descargan al sumidero cerrado
(Closed Drain) V-510 que a su vez se encarga de bombear hacia los separadores de
producción, cerrando el circulo para el reproceso de los fluidos recolectados. Este
conjunto de equipos necesarios para el reproceso funciona con controles automáticos
de las variables de nivel y son monitoreados conjuntamente con todos los parámetros
de la planta de proceso desde una sala de control.
Como resultado de las ampliaciones realizadas en la planta se incorporaron dos
nuevos sumideros para la recolección de fluidos contaminados (T-505/506), que
cumplen la función de tanques recolectores donde descargan los fluidos contaminados
con aguas aceitosas, grasas y los fluidos que generan en los laboratorios de Químicos
y talleres de mantenimiento mecánico.
La operación de evacuación de estos sumideros se lo realiza de modo manual,
requiriendo para el efecto la ayuda de un Camión Succionador (Vacuum Truck) y la
intervención de los operadores encargados del área; esta operación tiene alto riesgo
de desborde de los sumideros debido a factores operacionales o climáticos.
El T-505 recibe fluidos de área de lavado de vehículos, laboratorio y bodega de
químicos; y el T-506 del área de mantenimiento, área de lavado de piezas y
compresores de aire; entre estos dos no existe interconexión.
2 Los P&ID para este trabajo están como documentos anexos.
25
Para una mejor comprensión de lo expuesto anteriormente se ilustra con las fotos
siguientes:
Foto 1: Sumideros existentes en la planta de tratamiento. T-960 y T-507.
Fuente: Planta de proceso en Edén-Yuturi de Petroamazonas.
Foto 2: Sumidero T-960.
Fuente: Planta de proceso de Edén-Yuturi de Petroamazonas.
26
Foto 3: Sumidero T-960, aquí se descargarán los fluidos provenientes de los
sumideros T-505 y T-506.
Fuente: Planta de proceso de Edén-Yuturi de Petroamazonas.
Foto 4. Sumideros T-505 y T-506.
Fuente: Planta de proceso en Edén-Yuturi de Petroamazonas.
27
II.2.2. UBICACIÓN FÍSICA DE LOS SUMIDEROS
Los sumideros recolectores principales de fluidos contaminados T-960 y T-507 de la
planta de tratamiento de crudo están ubicados en un sitio cercano a los equipos del
proceso que requieren drenado o contienen bandejas de muestreo; además, tienen
vías de libre acceso en caso de requerir evacuación con un camión succionador o
descargar fluidos contaminados provenientes de las plataformas de perforación.
Los sumideros T-505 y T-506 considerados nuevos, están físicamente fuera del área
de los equipos del proceso; esto debido a las ampliaciones realizadas en la planta y la
reubicación de los talles de mantenimiento mecánico, rampa de lavado de vehículos,
laboratorio y bodega de químicos por lo que los sumideros se ubicaron en un punto
intermedio a estas construcciones y cerca a los sistemas utilitarios como son los
compresores de aire y bombas del sistema contra incendio. Estos sumideros disponen
de libre acceso para el ingreso del camión succionador.
Foto 5: Área despejada con acceso libre para mantenimiento.
Fuente: Planta de proceso en Edén-Yuturi de Petroamazonas.
Realizando una medición lineal desde los sumideros hacia la planta de proceso y
específicamente al sumidero principal T-960, se tiene una distancia de 250 metros.
28
Las distancias de los afluentes a estos sumideros están relativamente cerca según
como se menciona a continuación:
Afluentes al sumidero T-505 de químicos
La rampa de lavado de vehículos a 50 metros.
La bodega y el laboratorio de químicos esta a una distancia de 40 metros
Afluentes al sumidero T-506 de mantenimiento.
Taller mecánico y el área de lavado de piezas o partes a 15 metros
Los compresores de aire a 10 metros del sumidero.
Los fluidos llegan hasta ellos por simple gravedad.
Foto 6: Laboratorio químico.
Fuente: Planta de proceso en Edén-Yuturi de Petroamazonas.
29
Foto 7: Bodega de químicos.
Fuente: Planta de proceso en Edén-Yuturi de Petroamazonas.
Foto 8: Rampa de lavado de vehículos.
Fuente: Planta de proceso en Edén-Yuturi de Petroamazonas.
30
Foto 9: Área de lavado de piezas o partes.
Fuente: Planta de proceso en Edén-Yuturi de Petroamazonas.
Figura 2: Vista general de la planta de proceso y de sumideros.
31
II.3. AFLUENTES A LOS SUMIDEROS T-505 Y T-506
Los fluidos que ingresan a los sumideros T-505 y T-506 son principalmente aguas
contaminadas con hidrocarburo, aguas aceitosas y algunos tipos de disolventes
fuertes o derivados de petróleo que se utilizan para las actividades de limpieza;
lubricación o lavado dentro de las operaciones; del laboratorio químico y los talleres de
mantenimiento; es decir todo producto que se considere contaminante y no se pueda
descargar al ambiente o al drenaje de aguas grises.
Los fluidos llegan hasta los sumideros por medio de tuberías y un conjunto de cajas de
revisión y finalmente se depositan en los mencionados sumideros o también por
descargas desde recipientes portátiles.
Los sumideros están identificados y el personal que trabaja en dichas área tiene pleno
conocimiento de la importancia de descargar correctamente los productos líquidos
contaminados en estos sitios con el fin de evitar algún tipo de contaminación al
ambiente.
Para la evacuación de los sumideros se utilizan camiones succionadores que
transportan el producto hasta los tanques recolectores de fluidos contaminados en una
plataforma cercana donde son reinyectados al subsuelo por medio de una bomba
triplex de alta presión.
32
Figura 3: Vista de afluentes a los sumideros T-505 y T-506.
II.3.1. AFLUENTES AL SUMIDERO T-505
FLUIDOS DEL LABORATORIO QUÍMICO
Para el tratamiento de crudo en la planta de proceso es necesario tener un
control de la calidad del producto a ser tratado y exportado por lo que se deben
determinar principalmente el porcentaje de BS&W del petróleo y el grado API,
para esto el personal encargado de los análisis recopilan muestras y las
analizan en el laboratorio.
En el laboratorio químico se realizan diferentes tipos de análisis al crudo, agua
de formación, gas, lodos de perforación, sedimentos, entre otros productos de
los cuales se descargan los remanentes y desperdicios hacia el sumidero T-
505, estos son:
o Residuos de muestras de petróleo que llegan desde las plataformas de
perforación, muestreos en planta de proceso.
33
o Residuos de los muestreos de aguas de formación recopilados para los
análisis respectivos.
o Residuos de disolventes de petróleo como JP-1, Degreasol, Orange
Tough utilizados para lavados de recipientes y herramientas de
laboratorio.
o Residuos de muestreos de químicos utilizados para pruebas de
laboratorio y los análisis con petróleo como por ejemplo: Demulsificante,
antiespumante, clarificante, anticorrosivo, entre otros.
o Aguas contaminadas con químico proveniente del área de bodega de
químicos.
La apariencia física de estos fluidos es oscura debido a que contienen residuos
de hidrocarburo y químico por lo que se consideran aguas contaminadas y no
se pueden descargar al ambiente por la alta contaminación. La temperatura de
descarga está entre 30C y 40C que promediados se considera temperatura
ambiental.
El volumen promedio diario descargado desde el laboratorio químico es de 10
barriles diarios considerando los días de más alto aporte y unos 30 barriles
descargados desde el área de lavado de vehículos y bodega de químicos. En
total se descarga un promedio de 40 barriles diarios al sumidero T-505.
FLUIDOS DE LA BODEGA DE QUÍMICOS
La bodega de químicos es un área para mantener en stock los químicos a
utilizarse en el tratamiento del crudo, se acumulan también tambores de aceite
y disolventes para las actividades de limpieza y mantenimiento.
Cuando existen fugas o pequeños derrames se limpia el área con abundante
agua y descarga al sumidero T-505, estos trabajos se realizan
esporádicamente por lo que el aporte de fluidos desde este punto no es
permanente y el volumen es indeterminado.
34
FLUIDOS DE ÁREA DE LAVADO DE VEHÍCULOS Y MANTENIMIENTO
AUTOMOTRIZ
En esta área se realizan actividades de lavado, mantenimiento y cambios de
aceite a los vehículos del campo; esta actividad genera desechos
contaminados y aguas aceitosas que deben ser manejadas con precaución y
también se descargan al sumidero T-505, el volumen de aporte desde esta
área es mayor debido la actividad de lavado de vehículos demanda de gran
cantidad de consumo de agua.
II.3.2. AFLUENTES AL SUMIDERO T-506
FLUIDOS DEL TALLER MECÁNICO
El taller mecánico situado a 15 metros de distancia del sumidero recolector T-
506, descarga fluidos con residuos de disolventes de grasas por las actividades
de limpieza y mantenimiento a diferentes equipos de la planta de proceso; en el
área de lavado de piezas y herramientas es donde mayor cantidad de agua
contaminada se genera por el uso de disolventes de petróleo.
Foto 10: Área de lavado de piezas y herramientas.
Fuente: Planta de proceso del campo Edén-Yuturi de Petroamazonas.
35
Foto 11: Vista del área de lavado de piezas y herramientas hacia los sumideros.
Fuente: Planta de proceso del campo Edén-Yuturi de Petroamazonas.
El volumen de descarga del área de taller mecánico depende del clima por lo que el
volumen diario varía pero se podría determinar un volumen promedio de 50 barriles
diarios.
La mayor cantidad de fluido que ingresa al sumidero de mantenimiento T-506 es agua
lluvia que se escurre a través de los canales del área de lavado, este es uno de los
principales problemas al controlar el nivel ya que el clima cambia intempestivamente la
intensidad de las lluvias. La causa es por no disponer cubierta total del área,
aumentando el volumen de aporte de agua lluvia desde este sitio. Para contrarrestar
esta desventaja se ha recomendado terminar con la cubierta total del área de lavado.
36
Foto 12: Área de lavado sin cubierta.
Fuente: Planta de proceso del campo Edén-Yuturi de Petroamazonas.
Foto 13: Área de lavado y canales sin cubierta.
Fuente: Planta de proceso del campo Edén-Yuturi de Petroamazonas.
37
II.4. ANÁLISIS DE FLUIDOS
Para el análisis de fluidos se toma una muestra del producto que contiene el T-505 y
T- 506; para análisis en el laboratorio Químico.
II.4.1. PROCEDIMIENTO DE ANÁNLISIS DE MUESTRAS
Con la ayuda de una herramienta para muestreo (ladrón) se reúne 500 mililitros
de fluido de los sumideros.
En el laboratorio químico se procede a la mezcla y agitación de los fluidos en
un solo recipiente.
Se coloca 50 mililitros de JP-1 y 50 mililitros de la muestra en la probeta de
100 mililitros.
Se inyecta 5 gotas de demulsificante de acción rápida que ayudará a la
separación del aceite y agua.
En la centrífuga se procede a calentar la muestra y posteriormente a
centrifugarla por 10 minutos.
Se retira la probeta y se determina el porcentaje de contenido de agua y
sedimentos (BS&W) con la ayuda de la escala graduada en la probeta.
II.4.2. RESULTADOS DE LABORATORIO.
Muestras de los T-505/506
BS&W: 38%
Sedimentos: 5%
Salinidad: 1700 ppm
Con los resultados obtenidos se determina que el agua puede ser inyectada al
proceso para su tratamiento a través de los subsiguientes equipos, concluyendo que
no representa problema para la estabilidad de la planta en el control de interfaces de
los separadores; por último se afirma que los equipos del sumidero principal T-960 y
V-510 están en capacidad de manejar el volumen que aportarán estos dos sumideros
que es de 100 barriles diarios aproximadamente.
38
CAPÍTULO III TEMA: DESCRIPCIÓN DE LOS SUMIDEROS
39
III.1. INTRODUCCIÓN
Los sumideros recolectores de fluidos contaminados son equipos utilitarios que
reciben los fluidos descargados desde los recipientes (vessels) o equipos de
tratamiento de crudo de la planta de proceso y aguas aceitosas de los diques de las
bombas; estos sumideros son tanques construidos de hierro y concreto en forma de
prisma regular y están ubicados bajo el nivel del piso para que pueda efectuarse el
drenaje de los fluidos.
Dentro de la Industria Petrolera los sumideros; también conocidos como tanques de
desecho son muy necesarios en el tratamiento de crudo ya que allí se almacenan los
fluidos que deben ser procesados o tratados en las propias plantas.
III.2. DESCRIPCIÓN DE LOS SUMIDEROS
III.2.1. DIAGRAMA Y PARTES DE LOS SUMIDEROS
Los sumideros T-505 y T-506 son tanques en forma prisma regular, su construcción es
concreto y hierro con un espesor de 20 centímetros y están dispuestos bajo el nivel de
la superficie; es decir, la tapa está a nivel del piso.
Figura 4: Diagrama de sumideros
T-505
LSH
SUMIDERO DE QUÍMICOS
T-506
LSH
SUELO
SUMIDERO DE MANTENIMIENTO
40
III.2.2. PARTES DE LOS SUMIDEROS
Actualmente los sumideros T-505 y T-506 de la planta disponen de las
siguientes partes:
Un switch de alto nivel que genera una alarma visual y sonora en la
pantalla de la sala de control cada vez que el nivel llega a la altura
del mismo. Esta alarma tiene comunicación mediante la red SCADA
de la planta de proceso
Una tapa metálica para verificar el nivel físico.
Gradas para el acceso al interior del sumidero. Estás también sirven
como referencia de nivel.
Figura 5: Partes del sumidero
III.3. DIMENSIONES Y CAPACIDADES DE LOS SUMIDEROS
Los sumideros para químicos T-505 y de mantenimiento T-506 tienen similares
características y dimensiones de construcción como por ejemplo:
a. Las paredes de concreto y hierro con 20 cm de grosor.
b. Techo de losa fundida de hierro y concreto.
41
III.3.1. DIMENSIONES
Estos dos sumideros tienen una forma de prisma regular con las siguientes
dimensiones:
Alto: 1.80 metros
Ancho: 1.80 metros
Largo: 2.50 metros
Figura 6: Dimensiones de los sumideros.
III.3.2. CAPACIDAD
Realizaremos el cálculo de capacidad nominal de los sumideros T-505 y T-506.
Donde:
V= volumen; l= largo; w= ancho; h= alto.
bblV
bblV
barrilesacomvertirparakxmV
mV
mxmxmV
lxwxhV
51
947.50
____2898.630.8
30.8
.8.1.80.1.50.2
3
3
La capacidad nominal es de 50 barriles para cada sumidero.
42
NOTA: Debido a la pérdida de información en el tiempo de transición con la anterior
operadora y la actual Petroamazonas no se encontró archivos físicos ni digitales de
construcción de los sumideros, teniendo que realizar un levantamiento de datos en
el sitio para confirmar volúmenes y características, cuyos datos son los
consignados anteriormente.
III.4. DETALLES DE CAPACIDADES DEL SUMIDERO
PRINCIPAL DE LA PLANTA T-960
El Open Hazardous Sump Tank (T-960), es el sumidero principal de la planta de
proceso que recolecta todos los fluidos contaminados de drenajes de los tanques de
crudo, bandejas de muestreo, skids de recipientes y bombas. Estos fluidos son re-
inyectados al proceso con la ayuda del Sumidero cerrado V-510.
Foto 14: Sumidero principal de la planta T-960.
Fuente: Planta de proceso de Edén-Yuturi de Petroamazonas.
43
Foto 15: Sumidero principal de la planta T-960. Partes externas.
Fuente: Planta de proceso de Edén-Yuturi de Petroamazonas.
Foto 16: Sumidero principal de la planta T-960. Partes internas.
Fuente: Planta de proceso de Edén-Yuturi de Petroamazonas.
44
El sumidero T-960 tiene las siguientes características:
Dimensiones: 8 pies x 12 pies x 6 pies de profundidad-
bblV
bblV
barrilesacomvertirparakxpiesV
piesV
piespiesxpiesxV
lxwxhV
103
58.102
____17810.0576
576
00.600.800.12
3
3
Capacidad nominal de 100 barriles
Dispone también de dos bombas (P-965/970) para la evacuación que trabajan en
paralelo y en modo automático controlados por un indicador transmisor de nivel
LIT-960, tienen las siguientes características:
Tipo: Centrífuga vertical con un impeler.
150 PSIG @ 200 °F
100 GPM @ 8 PSI
3 HP ELECTRIC MOTOR 460/3/60
Capacidad de evacuación: 3428 barriles/día por cada bomba y un máximo
de 6856 barriles/día con las dos unidades trabajando al 100% de capacidad
en paralelo.
45
Figura 7: Diagrama de sumidero T-960
NOTA: Anexo 1. Plano P&ID de sumideros de planta.
46
CAPÍTULO IV TEMA: COMPONENTES DEL SISTEMA DE EVACUACIÓN Y
CÁLCULOS HIDRÁULICOS
47
IV.1. INTRODUCCIÓN
Un sistema de evacuación tiene un conjunto de partes e instrumentos electrónicos que
conformarán parte del sistema de la planta de proceso y de la filosofía de operación y
control automático.
Para el diseño de un sistema de evacuación se ha realizado una descripción del
sistema actual y las adaptaciones que se deben realizar para la implementación del
sistema automático, para lo cual los estudios necesarios están enfocados a los
cálculos de potencia de la bomba, tipos de instrumentos empleados para el efecto,
tubería e instrumentación para conformar el sistema de evacuación.
Los sistemas de evacuación existentes de la planta son elementos referenciales para
escoger el tipo de componentes del sistema en estudio, ya que se debe mantener un
criterio de homologación con el objeto de disminuir costos en mantenimiento y de los
repuestos.
IV.2. PARTES Y COMPONENTES REQUERIDOS PARA EL SISTEMA
Actualmente, disponemos como único instrumento de alarma de nivel un Switch de
nivel alto LSH (Level Switch High) en cada sumidero.
Para el desarrollo del presente trabajo se propone la implementación de los siguientes
componentes y dispositivos para el funcionamiento y el enlace con el sistema de
comunicación para con los dos sumideros T-505 y T-506.
48
Figura 8: Diagrama de flujo de sumideros nuevos. Sistema de control
propuesto.
IV.2.1 Elementos requeridos para el sistema de evacuación de los
sumideros T-505/506.
Dos unidades de bombas tipo diafragma de accionamiento
neumático.
Switches de nivel.
Tuberías para conexionado de la bomba, succión y descarga.
Tuberías para alimentación de aire de utilidades.
Cables para conexión de comunicación.
Tarjeta de comunicación de conexión sistema de la planta de
proceso (RED SCADA).
Válvulas Solenoide o SDY.
Dos válvulas check en la descarga de las bombas.
Una válvula reguladora de presión (PCV)
Dos válvulas manuales (by-pass).
ALIMENTACIÓNDE AIRE ALIMENTACIÓNDE AIRE
DESDE EL CONTROLADOR
DESDE EL CONTROLADOR
HACIA EL
CONTROLADOR
HACIA EL
CONTROLADOR
49
Dos válvulas check de fondo en la succión.
El sistema de evacuación será con bombas tipo neumáticas. Los detalles de cada uno
de los elementos a requerirse se determinan según los cálculos de potencia
requeridos para los de operación del sistema.
IV.3. CÁLCULO DE POTENCIA Para los cálculos de potencia se aplican las fórmulas y principios básicos de dinámica
de fluidos.
Entonces se determina el diámetro de la tubería requerida para el transporte de los
fluidos de los sumideros con las siguientes consideraciones:
IV.3.1. TUBERÍA
a) El fluido de los dos sumideros se unirán para ser transportados por una
sola tubería.
b) La presión de llegada al sumidero de planta está a la presión atmosférica.
c) El terreno por el cual pasará la tubería es plano necesitando esfuerzos
mínimos para el transporte.
Datos:
El caudal a manejar es de 50 barriles diarios en cada sumidero; por ello que
se requiere operar 100 barriles diarios, se considerará futuros incrementos de
fluido por lo que se dimensionara para operar 200 barriles / día.
Distancia: 250 metros
Se estima emplear una tubería con diámetro de 2 pulgadas para lo cual
realizaremos cálculos de pérdida por fricción interno de la tubería para
confirmar el diámetro a emplear. Esto debido a:
a. Disponibilidad de la tubería.
b. Estandarización.
c. Mínima pérdida por fricción.
50
IV.3.2. CÁLCULO DE CABEZA PARA LA BOMBAS
Datos para el cálculo:
Tubería de 2 pulgadas.
Longitud 250 metros
Caudal a manejar 100 barriles diarios con cada bomba.
Temperatura del líquido 30°C
“Una de las fórmulas más exactas para cálculos hidráulicos es la de Darcy-Weisbach” 3. La fórmula es:
h = f · (L / D) · (v2 / 2g)
En función del caudal la expresión queda de la siguiente forma:
g
v
d
Lfh
2*
2
(1)
Si 22 *
4
4
d
Q
d
Q
A
Qv
42
22
2
2
*
16
*
4
d
Q
d
Qv
(2)
En (1) la ecuación (2)
42
2
*
16*
2
1*
d
Q
gd
Lfh
2
2
5
16*
2
1
gQ
d
Lfh (3)
Si:
8696,9
81,9
2
2
smg
(4)
3 Tomado de la página Web:
http://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Aguas/perdidacarga.htm
51
Remplazando (4) en ecuación (3) Entonces = 0,08263
2
5*0826,0 Q
d
Lfh
h = 0,0826 · f · (Q2/D
5) · L
Donde:
fh : pérdida de carga o de energía (m)
f: coeficiente de fricción (adimensional)
L: longitud de la tubería (m)
d: diámetro interno de la tubería (m)
v: velocidad media (m/s)
g: aceleración de la gravedad (m/s2)
Q: caudal (m3/s)
Para el desarrollo del ejercicio debemos encontrar el valor de f (coeficiente de fricción).
“El coeficiente de fricción (f) es función del número de Reynolds (Re) y del
coeficiente de rugosidad o rugosidad relativa de las paredes de la tubería (εr)” 4:
Re = D · v · ρ / μ
Donde:
ρ: densidad del agua (kg/m3). Consultar tabla. (Anexo 4).
μ: viscosidad del agua (N·s/m2). Consultar tabla (Anexo 4).
ε: rugosidad absoluta de la tubería (m)
Se requiere encontrar: viscosidad (μ) y densidad (ρ) del agua; velocidad (v)
y diámetro interno de la tubería (d)
4 Tomado de la página Web:
http://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Aguas/perdidacarga.htm
52
Entonces:
Viscosidad del agua:
2
30 .10.708,030@
m
sNcagua
Para encontrar diámetro interno de la Tubería de 2 pulgadas (ver anexo tabla
de espesores y diámetros) tenemos:
D= 60,3 mm
Espesor de pared= 5,54 mm
Aplicamos la siguiente fórmula:
md
mmd
mmd
pareddeespesorDd
04922.0
22,49
][54,5*23.60
)__(*2
Para el cálculo de la velocidad:
AVQ *
Donde:
smV
smmV
día
mmbls
V
mm
dia
bls
V
d
dia
bls
V
A
QV
0484,0
36,48
0263,0
4
22,49*
200
4
*
200
2
22
2
53
Densidad del agua:
31000
1
mkg
lt
kg
Reemplazamos en la formula de Reynolds:
8,3364Re
10*708,0
*382248,2
Re
10*708,0
1000*0484,0*][04922,0
Re
**Re
23
23
3
mNs
msKg
mNs
mkg
smm
vd
Este valor de Reynolds es para 200 bpd de agua en una tubería de 2”
Entonces, utilizamos estos datos en el diagrama de MOODY:
“Moody (1944) consiguió representar la expresión de Colebrook-White en un ábaco de fácil manejo para calcular "f" en función del número de Reynolds (Re) y de la rugosidad relativa (εr) como parámetro diferenciador de las curvas”5:
5 Diagrama de Moody, tomado de la Web:
http://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Aguas/perdidacarga.htm
54
Figura 9. Diagrama de MOODY
Figura 10. Análisis de diagrama de MOODY
55
De la gráfica para Re=3365 se observa que se está en la zona de transición
por lo tanto se intersecta con una sola recta y no se utiliza εr, obteniéndose f=
0,019
Entonces el cálculo de pérdidas por fricción:
h = 0,0826 · f · (Q2/D
5) · L
mh
h
h
h
h
mh
mm
s
m
h
mm
s
m
h
184,0
889,2
531336,0
889,2
35424,1*39235,0
10*889,2
10*35424,1*39235,0
10*889,2
)10*68,3(*39235,0
)04922,0(
)10*68,3(*39235,0
250*)04922,0(
)10*68,3(0015694,0
250*)04922,0(
)10*68,3(019,0*0826,0
7
7
7
24
5
24
5
243
5
243
Entonces: las pérdidas por fricción al moverse 250 m a un caudal de 200 bpd
en terreno plano es de una cabeza = 0,184[m] (despreciable)
Operativamente se considera que las bombas deberán evacuar un volumen de
40 barriles en una hora (960 bpd), considerando niveles de los sumideros desde
el LSH hasta el LSL que comandarán el funcionamiento de las bombas en cada
sumidero y por la alta capacidad de evacuación del sumidero principal T-960 que
es de 3428 barriles/día con una bomba y 6856 barriles/día con dos unidades al
100%.6
Realizando una regla de tres se determina la pérdida por fricción a la
capacidad operativa de evacuación requerida (40 barriles/hora) en cada bomba
6 Volúmenes de bombeo nominales de placa de las bombas. Detallado en la página 44.
56
de los sumideros, considerando que las dos unidades entren en
funcionamiento al mismo tiempo.
40 bph (28 gpm) = 960 bpd x 2 unidades = 1920 bpd
Volumen de evacuación Pérdida por fricción
200 bpd = 0,184 m.
1920 bpd = 1,766
Gradiente del agua (transforma presión en cabeza)
][08,14
)descarga____(20
mPcabeza
depresióncomoasumimospsiPcabeza
Como la altura del sumidero es 1,80 m = Δh, la cabeza total de cada bomba
será:
][4,18
08,14][566,3
08,14766,18,1
mH
mH
H
PcabezahhH
Entonces: Para desplazar un volumen de 40 barriles por hora de fluido a
una distancia de 250 metros desde los cada uno de los sumideros nuevos
T-505/506 hasta el sumidero principal T-960 se requiere una bomba que
eleve a 18,4 m (60,36 pies) a un caudal de 28 galones por minuto (960
bpd)
IV. 4. SELECCIÓN DE EQUIPOS
Para el sistema de evacuación se sugiere implementar bombas neumáticas tipo
diafragma, debido a las siguientes consideraciones:
Tipo de sumidero y las características de construcción del techo
Características de succión de las bombas neumáticas.
57
Las bombas neumáticas se puede regular fácilmente la velocidad de
funcionamiento y flujo de bombeo en caso de requerir regulaciones
posteriores.
Por la disponibilidad de suministro de aire de utilidades cerca al área.
No será necesario mayores modificaciones a los sumideros principalmente en los techos donde se colocarán las bombas.
IV.4.1 SELECCIÓN DE BOMBA
Para el sistema de evacuación será necesario instalar dos bombas neumáticas tipo
diafragma, por lo que se realizará un análisis de la curva característica de las bombas
marca WILDEN para confirmar el tipo de bomba recomendada. Este tipo de bombas y
de la marca recomendada esta siendo utilizada dentro de las operaciones y en los
sistemas de la planta de proceso
IV.4.2 BOMBAS NEUMÁTICAS DE DIAFRAGMA
IV.4.2.1. Características generales de las bombas neumáticas de
diafragma
En la gran variedad de las bombas de membrana encontramos las siguientes
características:
Existen modelos sumergibles y no sumergibles.
Estas bombas son capaces de manejar inclusive materiales críticos de una
manera confiable y segura.
Trabajo libre de aceite y funcionan sin obstáculos.
Funcionamiento en seco.
Antideflagrante.
Caudal y altura de elevación regulares.
Regulación final de velocidad y de presión.
Mantenimiento simple y rápido.
IV.4.2.2. Funcionamiento de la bomba
58
La bomba de membrana o bomba de diafragma es un tipo de bomba de
desplazamiento positivo (generalmente alternativo) en la que el aumento de presión
se realiza por el empuje de unas paredes elásticas (membranas o diafragmas) que
varían el volumen de la cámara aumentándolo y disminuyéndolo alternativamente.
Unas válvulas de retención (normalmente de bolas de elastómero) controlan que el
movimiento del fluido se realice de la zona de menor presión a la de mayor presión.
El funcionamiento de las bombas de membrana está basado fundamentalmente
en la acción conjunta de cuatro elementos:
Un par de membranas
Un eje que los une
Una válvula distribuidora de aire
Cuatro válvulas de esfera.
El movimiento alternativo de las membranas genera la succión y la impulsión
del producto a través de las válvulas.
Este movimiento es producido por el aire comprimido, el cual es distribuido a una
membrana u otro por la válvula de aire.
Figura 11: Funcionamiento de la bomba de neumática de diafragma.
IV.4.2. BOMBA DE DIAFRAGMA WILDEN
59
Las bombas Wilden operadas por aire, son con certeza una de las más versátiles en el
mercado. Es una bomba con un diseño de ingeniería para muchos procesos líquidos.
Características: velocidad y presión variables, capacidad de funcionar en seco sin
daño, autocebante, permite el paso de sólidos en suspensión, y productos viscosos,
entre otros.
La bomba Wilden no requiere de sellos mecánicos o especiales, ni complejos
controladores de velocidad variable, sin arreglos especiales by pass en la instalación
hidráulica; tiene gran variedad de equipo y accesorios para resolver sus aplicaciones
de bombeo difíciles.
Las bombas puede desarrollar cabezas de hasta 125 psi (8.6 Bar) y en algunos
modelos hasta 250 psi, maneja en algunos casos temperaturas de hasta 176.7 ºC.
Existen siete tamaños de bombas disponibles que van de 1/4" a 4" y flujos de hasta
1041 l/min (275 gal/min).
Las opciones de materiales de construcción para bombas plásticas son: polipropileno,
kynar (PVDF), acetal, teflón PFA y teflón PTFE. Las metálicas: aluminio, hierro
vaciado, acero inoxidable 316 y hastelloy.
BOMBA WILDEN MODELO PX4 -38 MM 1 ½”. METAL PUMP
Mediante la gráfica se determina que la bomba elevará la presión requerida de 25 psi y
puede llegar a bombear más del caudal mínimo de 28 gpm requerido para la
evacuación en cada sumidero.
60
Figura 12. Análisis de curva de rendimiento.
Por operación se recomienda regular el funcionamiento de bomba en el punto óptimo
de rendimiento que según la gráfica recomienda a una descarga de 40 psi y a un
caudal de 29 gpm; a estas condiciones el sumidero será evacuado en
aproximadamente 1 hora.
La presión y altura de succión de la bomba se puede estimar en la siguiente figura.
61
Figura 13. Curvas de rendimiento de la succión de las bombas Wilden.
Datos de la bomba
Dimensiones de la Bomba neumática WILDEN PX4
62
Figura 14: Vistas y tabla de dimensiones de la bomba de neumática de diafragma.
Figura 15: Bomba de neumática de diafragma.
El suministro de aire a presión se podría tomar desde la línea de aire de
utilidades que está a una presión de 100 psi. Los compresores C-810 y 820
63
tienen una capacidad de 87 SCFM @ 150 psi. El acumulador de aire V-830 con
una capacidad de 240 gal/aire que es abastecido por los compresores.
IV. 5. MONTAJE DE SISTEMA DE EVACUACIÓN
Para el montaje del sistema se realiza una descripción analógica y los requerimientos
previos en caso de implementar el sistema de evacuación. Estos datos pueden variar
de acuerdo a los requerimientos de la empresa.
IV.5.1. Requerimientos previos al montaje
Se requiera la construcción de una plataforma de concreto para
asentamiento de las bombas.
Disponer de personal de instrumentación y automatización para el
conexionado de cables y configuración de la lógica en el PLC y graficar en
el HMI.
Los sumideros deberán estar totalmente evacuados.
Realizar las pruebas de funcionamiento de las nuevas bombas a ser implementadas.
IV.5.2. Propuesta cronológica para el montaje del sistema de evacuación
1. Montaje de tubería de descarga hasta la llegada al sumidero T-960.
Tubería soldada. Incluye pruebas de fugas.
2. Instalar las bombas en la plataforma construida para el efecto.
3. Montaje de línea de succión a los sumideros. Líneas independientes.
Para cada bomba.
4. Instalación de líneas para suministro de aire de utilidades con válvulas y
dispositivos de funcionamiento manual. Incluir pruebas de
funcionamiento.
5. Instalación de instrumentación local.
64
6. Conexionado de cables de comunicación y configuración al sistema
SCADA de la planta.
7. Pruebas y seteo de parámetros de funcionamiento del sistema de
evacuación.
65
CAPÍTULO V TEMA: CONTROL DE SISTEMA DE EVACUACIÓN
66
V.1. INTRODUCCIÓN
La planta de proceso de tratamiento de petróleo de PETROAMAZONAS dispone de un
sistema SCADA, establecido para las comunicaciones entre los instrumentos hasta la
sala de control; para lo cual es necesario mantener la filosofía de operación de las
instalaciones y una lógica de control similar a la aplicada en equipos y sumideros con
el fin de estandarizar los procesos de la planta.
V.2. SISTEMA DE CONTROL
La planta de proceso cuenta con el sistema SCADA (Supervisor Control And Data
Acquisition) para el control de las variables de proceso y equipos utilitarios en modo
automático. Con el fin de tener una idea general del funcionamiento del sistema a
continuación se presenta un resumen y principios de funcionamiento.
V.2.1. SCADA
V.2.1.1 Definición
El término SCADA usualmente se refiere a un sistema central que monitorea y
controla un sitio completo o una parte de un sitio que es de interés controlar (el
control puede ser sobre máquinas en general, depósitos, bombas, etc.) o
finalmente un sistema que se extiende sobre una gran distancia (kilómetros).
La mayor parte del control del sitio es realizada automáticamente por un
Controlador Lógico Programable (PLC). Las funciones de control del servidor
están casi siempre restringidas a reajustes básicos del sitio o capacidades de
nivel de supervisión. Por ejemplo, un PLC puede controlar el flujo de agua fría
a través de un proceso, pero un sistema SCADA puede permitirle a un
operador cambiar el punto de consigna (set point) de control para el flujo, y
permitirá grabar y mostrar cualquier condición de alarma como la pérdida de un
flujo o una alta temperatura. La realimentación del lazo de control es cerrada a
través del PLC; el sistema SCADA monitorea el desempeño general de dicho
lazo. El sistema SCADA también puede mostrar gráficas con históricos, tablas
con alarmas y eventos, permisos y accesos de los usuarios.
Es una aplicación de software especialmente diseñada para funcionar sobre
ordenadores (computadores) en el control de producción, proporcionando
67
comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos) y
controlando el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador.
También, provee de toda la información que se genera en el proceso
productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros usuarios
supervisores dentro de la empresa (supervisión, control de calidad, control de
producción, almacenamiento de datos, etc.).
La realimentación, también denominada retroalimentación o feedback es, en
una organización, el proceso de compartir observaciones, preocupaciones y
sugerencias, con la intención de recabar información, a nivel individual o
colectivo, para mejorar o modificar diversos aspectos del funcionamiento de
una organización. La realimentación tiene que ser bidireccional de modo que la
mejora continua sea posible, en el escalafón jerárquico, de arriba para abajo y
de abajo para arriba.
En teoría de la cibernética y de control, la realimentación es un proceso por el
que una cierta proporción de la señal de salida de un sistema se redirige de
nuevo a la entrada. Esto es de uso frecuente para controlar el comportamiento
dinámico del sistema.
V.2.1.2. Lazo abierto y cerrado
Existen dos tipos de sistemas principalmente. Los no realimentados o de lazo
abierto y los realimentados o de lazo cerrado. Los sistemas de control
realimentados se llaman de lazo cerrado. El lazo cerrado funciona de tal
manera que hace que el sistema se realimente, la salida vuelve al principio
para que analice la diferencia y en una segunda opción ajuste mas, así hasta
que el error es 0. Cualquier concepto básico que tenga como naturaleza una
cantidad controlada como por ejemplo temperatura, velocidad, presión, caudal,
fuerza, posición, y cuplas, etc. son parámetros de control de lazo cerrado. Los
sistemas de lazo abierto no se comparan a la variable controlada con una
entrada de referencia. Cada ajuste de entrada determina una posición de
funcionamiento fijo en los elementos de control.
68
V.2.1.3. Esquema de un sistema típico
Figura 16. Esquema de SCADA.
Este esquema es un ejemplo de la aplicación del sistema SCADA en áreas
industriales. Estas áreas pueden ser:
Monitorizar procesos químicos, físicos o de transporte en sistemas de
suministro de agua, para controlar la generación y distribución de energía
eléctrica, de gas o en oleoductos y otros procesos de distribución.
Gestión de la producción (facilita la programación de la fabricación).
Mantenimiento.
Control de Calidad.
Administración.
Tratamiento histórico de información (mediante su incorporación en bases
de datos).
V.2.1.4. Definiciones del Sistema
69
Supervisión: acto de observar el trabajo o tareas de otro (individuo o máquina)
que puede no conocer el tema en profundidad, supervisar no significa el control
sobre el otro, sino el guiarlo en un contexto de trabajo, profesional o personal,
es decir con fines correctivos y/o de modificación.
Automática: ciencia tecnológica que busca la incorporación de elementos de
ejecución autónoma que emulan el comportamiento humano o incluso superior.
Principales familias: autómatas, robots, controles de movimiento, adquisición
de datos, visión artificial, etc.
PLC: Programmable Logic Controller, Controlador Lógico Programable.
Un sistema SCADA incluye un hardware de señal de entrada y salida,
controladores, interfaz hombre-máquina (HMI), redes, comunicaciones, base
de datos y software.
V.2.1.5. Interfaz Humano-Máquina (HMI)
Una interfaz Hombre - Máquina o HMI ("Human-Machine Interface") es el
aparato que presenta los datos a un operador (humano) y a través del cual éste
controla el proceso.
Los sistemas HMI podemos pensarlos como una "ventana de un proceso". Esta
ventana puede estar en dispositivos especiales como paneles de operador o en
un ordenador. Los sistemas HMI en ordenadores se los conoce también como
software HMI o de monitorización y control de supervisión. Las señales del
proceso son conducidas al HMI por medio de dispositivos como tarjetas de
entrada/salida en el ordenador, PLC's (Controladores lógicos programables),
PACs (Controlador de automatización programable), RTU (Unidades remotas
de I/O) o DRIVER's (Variadores de velocidad de motores). Todos estos
dispositivos deben tener una comunicación que entienda el HMI.
La industria de HMI nació esencialmente de la necesidad de estandarizar la
manera de monitorear y controlar múltiples sistemas remotos, PLCs y otros
mecanismos de control. Aunque un PLC realiza automáticamente un control
pre-programado sobre un proceso, normalmente se distribuyen a lo largo de
70
toda la planta, haciendo difícil recoger los datos de manera manual, los
sistemas SCADA lo hacen de manera automática. Históricamente, los PLC no
tienen una manera estándar de presentar la información al operador. La
obtención de los datos por el sistema SCADA parte desde el PLC o desde otros
controladores y se realiza por medio de algún tipo de red, posteriormente esta
información es combinada y formateada. Un HMI puede tener también vínculos
con una base de datos para proporcionar las tendencias, los datos de
diagnóstico y manejo de la información así como un cronograma de
procedimientos de mantenimiento, información logística, esquemas detallados
para un sensor o máquina en particular, incluso sistemas expertos con guía de
resolución de problemas. Desde cerca de 1998, virtualmente todos los
productores principales de PLC ofrecen integración con sistemas HMI/SCADA,
muchos de ellos usan protocolos de comunicaciones abiertos y no propietarios.
Numerosos paquetes de HMI/SCADA de terceros ofrecen compatibilidad
incorporada con la mayoría de PLCs, incluyendo la entrada al mercado de
ingenieros mecánicos, eléctricos y técnicos para configurar estas interfaces por
sí mismos, sin la necesidad de un programa hecho a medida escrito por un
desarrollador de software.
SCADA es popular debido a esta compatibilidad y seguridad. Ésta se usa
desde aplicaciones pequeñas, como controladores de temperatura en un
espacio, hasta aplicaciones muy grandes como el control de plantas nucleares.
V.2.1.6. Componentes del sistema
Los tres componentes de un sistema SCADA son:
1. Múltiples Unidades de Terminal Remota (también conocida como UTR,
RTU o Estaciones Externas).
2. Estación Maestra y Computador con HMI.
3. Infraestructura de Comunicación.
CITA: Articulo tomado de: Páginas del Internet. Wikipedia. Sistemas SCADA. Dirección:
http://es.wikipedia.org/wiki/SCADA#Esquema_de_un_sistema_t.C3.ADpico
71
Actualmente los dos sumideros (T-505/506) se encuentran graficados en las pantallas
del HMI de la planta de proceso, debido a que los switches de alto nivel envía una
señal visual y sonora al HMI.
Figura 17. Pantalla del HMI. Sumideros de planta (T-960/507/510) y sumideros de
químicos y mantenimiento (T-505 Chemical Sump / T-506 Dirty Oil Sump)
Dado que este sistema a diseñar tiene que ser automático es necesario emplear
instrumentos electrónicos y acoplarlos al sistema de comunicación de la planta
(SCADA), por lo que se mencionará los dos sistemas de evacuación ya instalados y
operando en los sumideros dentro de la planta:
a) Sistema evacuación con bombas eléctricas tipo centrífugas, y
b) Sistema de evacuación con bombas neumáticas tipo pulmón o diafragma.
72
V.3. FILOSOFÍA DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE
EVACUACIÓN
Dentro de este sistema la variable a controlar es el nivel dentro de cada uno de los
sumideros.
La propuesta consiste en que las bombas trabajen en condición ON/OFF, para el
control de nivel en los dos sumideros. También se podrá operar manualmente desde el
sitio abriendo una válvula manual de By-pass.
Para el funcionamiento del sistema automático se propone la implementación de un
Switch de alto nivel (LSH) y un Switch de bajo nivel (LSL) quiénes emitirán una señal
eléctrica de 20 miliamperios y 4 miliamperios respectivamente según el estándar
manejado en las señales eléctricas. Esta señal viajará hacia el controlador lógico
programable (PLC), al activarse el LSH la señal de retorno hará abrir la válvula
solenoide permitiendo el paso de aire a presión hacia la bomba, esta estará regulada a
una presión de trabajo mediante la válvula controladora de presión (PCV); una vez con
el nivel bajo se activará el LSL para el cierre de la SDY y apagado de la bomba.
Se ha recomendado que la bomba pudiera trabajar entre un 75% y 85% de su
capacidad, esto se determinará según el cálculo de potencia de bomba requerida para
cada sumidero. Las bombas descargan al sumidero principal de planta T-960, cuya
capacidad de evacuación es superior y podrá manejar el volumen de los nuevos
sumideros. (El T-960 tiene una capacidad de bombeo de aproximadamente 6800 BDP)
Las seguridades del sistema será el Switch de alto-alto nivel (LSHH) que se activará
en caso que exista una falla en el sistema enviando una señal de alarma visual en la
pantalla de la sala de control. En caso de una parada de planta las SDY no se
activarán, esta condición deberá ser configurada en la lógica de operación.
73
Figura 18. Diagrama de flujo de sumideros nuevos. Sistema de control
propuesto.
La nomenclatura asignada a los instrumentos (TAG,s) del diagrama de flujo es una
recomendación pudiendo ser modificada de acuerdo a las normas utilizadas por la
empresa. Para el presente documento se ha regido a la norma ANSI-ISA S5.1.
El fluido de los nuevos sumideros se re inyectará para el reproceso a través de los
sumideros de planta.
V.3.1. RECORRIDO DEL FLUIDO DESDE LOS SUMIDEROS T-505 Y T-506
Una vez instalado el sistema el fluido se evacuará hacia el T-960 que tiene una
capacidad de evacuación de 6858 BPD con dos unidades, descargando al V-510
con una capacidad de almacenamiento de 262 barriles y su capacidad de
evacuación es de 22629 BPD con tres unidades; terminando así el ciclo de
reproceso de los fluidos.
LSL-505
HACIA
EL
T-960
LSHH-506 LSL-506
T-505 T-506
PLC
LSH-505
P-505 P-506
FLUIDOS
DEL TALLER DE
MANTENIMIENTO
FLUIDOS DEL LABORATORIO
QUÍMICO
SDY-506 SDY-505
PCV-505
PI-505
PI-506
PI-504
AIRE DE UTILIDADES
F-505
RIO-
XXX
LSHH-505
MV MV
LSH-506
74
Figura 19. Diagrama de flujo. Recorrido general del fluido.
V.4. DESCRIPCIÓN DE LA NOMENCLATURA UTILIZADA
F-505 Filtro de aire de utilidades.
PCV-505 Válvula controladora-reguladora de presión de aire.
PI-XXX Pression Indicator, Manómetro o Indicador de presión de campo.
MV Manual Valve, Válvula manual.
LSH-XXX Level Switch Hight, Switch de alto nivel
LSHH-XXX Level switch hight-hight, switch de nivel alto-alto.
SDY-XX Válvula solenoide.
P-505/506 Bombas.
T-505/506 Tanques o sumideros.
RIO-XXX Caja donde ingresan y salen todas las señales para el sistema.
75
CAPÍTULO VI TEMA: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
76
VI. 1. CONCLUSIONES
1. Es necesario automatizar la descarga de los sumideros T-505 y T-506 en
un tiempo aproximado de una hora.
2. Es solución al problema actual de evacuación manual programada con
ayuda del camión succionador.
3. Evita y controla posibles derrames al colocar dispositivos de seguridad
como el LSHH.
VI. 2. RECOMENDACIONES
1. Elevar a proyecto el presente trabajo práctico y ejecutar la obra.
2. Construir una estructura para las bombas según normatividad que
protege de posibles derrames.
3. Estandarizar la nomenclatura de los equipos e instrumentos a utilizarse,
de acuerdo a requerimientos de la empresa.
4. Colocar señales de alarma luminosas en el sitio e iluminación en los skids
de bombas.
5. Mantener una bomba de similares características en stand-by en caso de
falla de una de las bombas para el reemplazo inmediato.
77
BIBLIOGRAFÍA
http://www.induambiente.com/content/view/68/53/
http://es.wikipedia.org/wiki/SCADA#Esquema_de_un_sistema_t.C3.ADpico
http://www.monografias.com/trabajos67/tecnologia-control/tecnologia-
control.shtml#sistemasaa
http://www.monografias.com/trabajos36/maquinas-electricas/maquinas-
electricas.shtml
http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/tesis/Ingenie/Monge_T_M/Anexo-
8.PDF
http://wildenpump.com/catalog/product-detail.cfm?pid=214
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/reynolds/reynolds.htm
Maroto, J. A, de Dios J., de las Nieves F. J. Utilización de un frasco de Mariotte
para el estudio experimental de la transición de régimen laminar a turbulento.
Revista Española de Física, Vol-13, nº 5, págs 42-47.
http://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Aguas/Perdidacarga.htm
Folleto, Guía para monografía. Gentil aporte del Ing. Byron Torres. Profesor de
la UTE.
http://es.wikipedia.org/wiki/Rugosidad_(mec%C3%A1nica)
http://www.monografias.com/trabajos15/coeficiente-friccion/coeficiente-
friccion.shtml
http://www.quiminet.com.mx/ar9/ar_vcdadddsaRsDFaasd-las-bombas-de-
membranas-diafragmas.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_membrana
http://www.temsamex.com/wilden.html
Planos P&ID de la planta de proceso de Edén-Yuturi de Petroamazonas
Ecuador S.A.
78
GLOSARIO DE TÉRMINOS
Automatización.- Conjunto de instrumentos de realizan un control. Electrónica de
control.
Antideflagrante.- Técnica de diseño o construcción destinada a evitar la iniciación
o propagación de una combustión en atmósferas inflamables.
Bomba Triplex.- bomba de alta presión.
Cinemática: (del griego kinema, movimiento) que estudia el movimiento en si
mismo sin preocuparse para la causa que lo produce. Pero en cambio hay unos
conceptos o una parte de la cinemática que ayuda a estudiar el movimiento o
inmovilidad en los cuerpos.
Dinámica: (del griego dinamis, fuerza) la cual se ocupa de las causas que originan
el movimiento, es decir de que lo más tarde llamaremos las fuerzas de la
naturaleza.
Driver´s.- Variadores de velocidad de motores.
Degreasol.- Disolvente del petróleo.
Densidad (ρ): es la cantidad de masa presente por unidad de volumen:
ρ = m / V (kg/m3)
Drums.- Tambores. Utilizados para el almacenamiento de químicos.
Estática: (del griego, statos, inmóvil) es la que se ocupa de estudiar el estado de
equilibrio o reposo de los cuerpos.
Flare.- Quemador. Equipo para quemar el gas residual.
Fluidos Contaminados.- Aguas Aceitosas contaminadas con residuos de
hidrocarburo y dañinas al medio ambiente.
HMI.- Interfaz Hombre – Máquina (Human-Machine Interface)
JP-1.- Combustible también utilizado como disolvente de petróleo para análisis
químicos.
Liqueos.- Término petrolero para identificar una fuga pequeña.
79
Orange Tough.- Disolvente del petróleo.
Over-hold.- Reparación. Término petrolero utilizado para referirse a la reparación y
mantenimiento general de un motor de combustión o equipo cualquiera.
Peso específico (γ): se define como el peso de una sustancia dividido entre el
volumen que ocupa. Además, está directamente relacionado con la densidad (ρ) y
la aceleración de la gravedad (g) mediante la siguiente expresión:
γ = ρ · g (N/m3)
PLC. – Controlador Lógico Programable. (Programmable Logic Controller)
PACs.- Controlador de automatización programable.
RTU.- Unidades remotas de I/O.
Sumideros.- Tanque abierto contenedor de fluidos contaminados o aguas
aceitosas.
Rugosidad.- El concepto de rugosidad se refiere a cuán áspero es la superficie de
un cuerpo respecto al tamaño de la longitud de onda. Cuando las longitudes de
onda corta inciden en una superficie llana, la respuesta de ésta en el radar se
comportará como rugosa; la misma superficie aparecerá como lisa cuando incidan
longitudes de onda más largas. Esto quiere decir que a igual rugosidad de terreno,
un cuerpo se comportará como un cuerpo liso con longitudes de ondas más largas
(Chuvieco, 1996).
SCADA. - Supervisor Control and Data Acquisition. Sistema Supervisor de Control
y Adquisición de Datos
Stand-by.- En espera. Término utilizado en la industria petrolera para un equipo
que está en espera para entrar en operación.
Skids.- Estructuras donde se instalan los equipos de superficie.
Set / setear.- Punto fijo deseado. Valor que se coloca al controlador para que
mantenga en un porcentaje.
TAG.- Término utilizado para nombrar a un instrumento o equipo.
T-960.- TAG asignado al sumidero principal de planta dentro del presente trabajo
práctico
80
V-510.- TAG asignado al sumidero cerrado de la planta de proceso para este
trabajo práctico.
Vacuum Truck.- Camión Succionador. Vehículo equipado con un sistema se
succión de fluidos.
Viscosidad.- Es una magnitud física que mide la resistencia interna al flujo de un
fluido, resistencia producto del frotamiento de las moléculas que se deslizan unas
contra otras. La inversa de la viscosidad es la fluidez.
Viscosidad absoluta.- Representa la viscosidad dinámica del líquido y es medida
por el tiempo en que tarda en fluir a través de un tubo capilar a una determinada
temperatura. Sus unidades son el poise o centipoise (gr/Seg Cm), siendo muy
utilizada a fines prácticos.
Viscosidad dinámica (μ): la viscosidad es una magnitud física que mide la
resistencia interna al flujo de un fluido (resistencia al esfuerzo cortante). Es medida
por el tiempo en que tarda en fluir éste a través de un tubo capilar a una
determinada temperatura. Las unidades con que se mide en el Sistema
Internacional son N·s/m2.
Viscosidad cinemática (ν): representa la característica propia del líquido
desechando las fuerzas que generan su movimiento. Se obtiene mediante el
cociente entre la viscosidad dinámica o absoluta (μ) y la densidad (ρ) de la
sustancia en cuestión:
ν = μ / ρ (m2/s)
81
ANEXOS
82
83
84
ANEXO 3
REFERENCIA FOTOGRÁFICA DE LOS SUMIDEROS T-
505 Y T-506 Y LOS AFLUENTES
FUENTE: Planta de Proceso del campo Edén-Yuturi de PETROAMAZONAS.
Foto. Área de sumideros T-505/506. En la siguiente fotografía se muestran las tapas
de los sumideros, junto a capa tapa deberá construirse una plataforma para el montaje
de las bombas y la instrumentación para el sistema de evacuación.
85
Foto. Estos sumideros actualmente disponen de un switch para sensar el alto nivel.
También se puede observar que están ubicados cerca del área del sistema de aire.
Foto. El área de los sumideros está casi completamente despejada lo que facilitará las
tareas de montaje del sistema
86
Foto. Área de bodega de químicos, donde se almacena vario tipos de químicos y
aceites utilizados en la operación de tratamiento de crudo, genera fluidos cuando se
realiza limpieza del área con agua.
Foto. Compresores de aire, dispone de un sistema de secado que descarga partículas
de aceite de los filtros, estos fluidos mezclados con agua se descargan en el T-506.
87
Foto. Área de mantenimiento y lavado de piezas de moto generadores, genera fluidos
contaminados con disolventes de crudo y agua que descargan en el T-506.
Foto. Área de lavado de piezas y herramientas utilizadas en over-hold de los moto
generadores, también genera fluidos del agua lluvia por no disponer de cubierta total
del área.
88
Foto. Laboratorio de análisis químico, genera fluidos con hidrocarburo y disolventes de
crudo utilizados en el análisis de aguas, crudo y lodos de perforación; estas
actividades son necesarias en la operación.
89
ANEXO 4
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA
Temperatura
(ºC)
Peso
específico
(kN/m3)
Densidad
(kg/m3)
Módulo de
elasticidad
(kN/m2)
Viscosidad
dinámica
(N·s/m2)
Viscosidad
cinemática
(m2/s)
Tensión
superficial
(N/m)
Presión
de
vapor
(kN/m2)
0 9,805 999,8 1,98 · 106 1,781 · 10
-3 1,785 · 10
-6 0,0765 0,61
5 9,807 1000,0 2,05 · 106 1,518 · 10
-3 1,519 · 10
-6 0,0749 0,87
10 9,804 999,7 2,10 · 106 1,307 · 10
-3 1,306 · 10
-6 0,0742 1,23
15 9,798 999,1 2,15 · 106 1,139 · 10
-3 1,139 · 10
-6 0,0735 1,70
20 9,789 998,2 2,17 · 106 1,102 · 10
-3 1,003 · 10
-6 0,0728 2,34
25 9,777 997,0 2,22 · 106 0,890 · 10
-3 0,893 · 10
-6 0,0720 3,17
30 9,764 995,7 2,25 · 106 0,708 · 10
-3 0,800 · 10
-6 0,0712 4,24
40 9,730 992,2 2,28 · 106 0,653 · 10
-3 0,658 · 10
-6 0,0696 7,38
50 9,689 988,0 2,29 · 106 0,547 · 10
-3 0,553 · 10
-6 0,0679 12,33
60 9,642 983,2 2,28 · 106 0,466 · 10
-3 0,474 · 10
-6 0,0662 19,92
70 9,589 977,8 2,25 · 106 0,404 · 10
-3 0,413 · 10
-6 0,0644 31,16
80 9,530 971,8 2,20 · 106 0,354 · 10
-3 0,364 · 10
-6 0,0626 47,34
90 9,466 965,3 2,14 · 106 0,315 · 10
-3 0,326 · 10
-6 0,0608 70,10
100 9,399 958,4 2,07 · 106 0,282 · 10
-3 0,294 · 10
-6 0,0589 101,33
90
ANEXO 5
TABLA DE ESPESORES DE TUBERÍA
Trabajo práctico realizado por:
Giovani Marcelo Taipe
ALUMNO DE LA U.T.E.
