realizacion de tesis primera parte

II

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE INGENERÍA DE PETROLEOS

TEMA: “IMPLEMENTACIÓN DE UN POWER TRAILER

EQUIPADO CON VARIADOR DE FRECUENCIA (VSD) CON

TRANSFORMADOR ELEVADOR Y GENERADOR, PARA

REALIZAR MANTENIMIENTOS PREVENTIVOS A

VARIADORES DE FRECUENCIA ESTÁTICOS”

TESIS DE GRADO PREVIO LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO

EN PETRÓLEOS

Elaborado por: Eduardo Javier Juárez Ruales

Director: Ing. Raúl Baldeón López

QUITO - ECUADOR

2011

III

DECLARACIÓN

Del contenido del presente trabajo es responsabilidad del autor.

_______________________

EDUARDO JAVIER JUÁREZ RUALES

CI: 0102119625

IV

CERTIFICACIÓN

Certifico que el señor Eduardo Javier Juárez Ruales, estudiante de la carrera de

Ingeniería de Petróleos ha desarrollado su tesis bajo mi guía. Esto implica que se han

hecho todas las revisiones y correcciones necesarias para así llegar a una buena

culminación de la tesis.

Atentamente

……………………………………………………………….

Ing. Raúl Baldeón López

DIRECTOR DE TESIS

VI

DEDICATORIA

Quiero dedicar de manera muy especial a mi familia quienes con gran esfuerzo y

sacrificio supieron darme el apoyo moral y económico en todo momento, por

incentivarme día a día para así poder culminar con éxito mi carrera profesional.

Eduardo Javier Juárez Ruales

VII

AGRADECIMIENTO

Agradezco a la Universidad Tecnológica Equinoccial y a quienes forman parte de ella,

por haberme dado la oportunidad de tener la carrera más antigua y prestigiosa del país

como es la Tecnología de Petróleos y poder realizarme como profesional y tener el

respaldo ahora de la Ingeniería.

El agradecimiento más sincero a mis padres por saber guiarme durante el principio de

mi vida estudiantil, a mi familia y muy especial a mi amada esposa y a mis dos

maravillosos hijos quienes me apoyaron para así poder forjarnos un futuro mejor.

Al Ing. Jorge Viteri M. Decano de la Facultad de Ciencias de la Ingeniería.

Al Ing. Raúl Baldeón, Director de Tesis por ser uno de los mejores colaboradores para

que pueda realizar mi Tesis.

Quiero agradecer de manera muy especial a mis profesores que con su paciencia y

virtud lograron impartirme sus conocimientos.

A todos gracias.

VIII

RESUMEN

El Power tráiler es un equipo que consta de una plataforma, variador de frecuencia

(VSD) con transformador elevador y generador; su función principal es brindar un

servicio móvil de generación cuando se realice el mantenimiento a los variadores de

frecuencia estáticos en los pozos de producción petrolera.

Gracias a este equipo se plantea una alternativa de reducir costos de producción y

reducir pérdidas a las hora realizar éstos mantenimientos que pueden llegar hasta las

ocho horas de operación, por lo tanto parar los equipos resulta una pérdida, finalmente

económica, en la producción de barriles por hora de dicho pozo.

El importante indicar que esta investigación arroja resultados efectivos en el uso del

power tráiler, equipo que viene a solucionar parte de la problemática a la hora de la

producción petrolera y además útil para el técnico ya que su operación es muy sencilla;

su movilidad de permite cubrir varios puntos, ser ágil y versátil.

Para comprobar sus beneficios el power tráiler ha sido aplicado a dos pozos ratificando

que se puede realizar mantenimiento a los equipos de superficie sin apagar el equipo de

fondo.

IX

SUMMARY

The Power trailer is equipment that consists of a platform, variator of frequency (VSD)

with transformer elevator and generator; the principal function is offer a mobile service

of generation when the maintenance is realized to the static variators of frequency in the

wells of petroleum production.

Thanks to this equipment an alternative appears of reducing costs of production and

reducing losses per hour these to realize maintenances that can come until eight hours of

operation, therefore stop the equipments turns out to be a loss, finally economic, in the

production of barrels for hour of the above mentioned well.

Is important indicate that this investigation throws effective results in the use of the

power trailer, equipment that comes to solve part of the problematic at the moment of

the petroleum production and in addition useful for the technician since his operation is

very simple; his mobility of allows to cover several points, to be agile and versatile.

To verify his benefits the power trailer has been applied to two wells confirming that it

is possible to realize maintenance to the equipments of surface without extinguishing

the equipment of bottom.

X

ÍNDICE GENERAL

CARÁTULA………………………………………………………………..………… II

DECLARACIÓN……………………………………………………………………….III

CERTIFICACIÓN…………………………………………………………………..….IV

CERTIFICADO DE LA EMPRESA……………………………………………………V

DEDICATORIA………………………………………………………………………..VI

AGRADECIMIENTO………………………………………………………………...VII

RESUMEN...................................................................................................................VIII

SUMMARY…………………………………………………………………………..IX

ÍNDICE GENERAL…….………………………………..………………………..……X

ÍNDICE DE CONTENIDO……………….………………………………………........XI

ÍNDICE DE FIGURAS…………...………………………………………………….XVI

ÍNDICE DETABLAS…………………………………….………………………......XIX

ÍNDICE DE ECUACIONES………………..………...………………………........…XX

ÍNDICE DE ANEXOS ………………..………………..………………………....…XXI

XI

ÍNDICE DE CONTENIDO

CAPÍTULO I

1.- INTRODUCCIÓN.......................................................................................................1

2 .-. OBJETIVOS ………………………………………………………………………. 2

2.1 .-OBJETIVO GENERAL................................................................................2

2.2 .-OBJETIVOS ESPECÍFICOS........................................................................2

3 .-JUSTIFICACIÓN.........................................................................................................2

4 .- ALCANCE..................................................................................................................4

4.1 .-HIPÓTESIS ........................................................................................................4

5 .-METODOLOGÍA........................................................................................................4

CAPÍTULO II

2 .- POWER TRAILER ....................................................................................................6

2.1 .-METODOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL..................................6

2.1.1 .-BOMBAS CENTRIFUGAS...........................................................8

2.1.1.1 RANGO DE OPERACIÓN DE UNA BOMBA...............9

2.2 EQUIPOS DE SUPERFICIE.........................................................................10

2.2.1 TRANSFORMADORES................................................................11

2.2.1.1FÓRMULAS BÁSICAS DE LA ELECTRICIDAD………………..............11

2.2.1.1.1DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA...................................11

2.2.1.1.2 VOLTAJE (V)............................................................................................12

2.2.1.1.3 CORRIENTE (I).........................................................13

XII

2.2.1.1.4 RESISTENCIA (R).....................................................13

2.2.1.1.5 LEY DE OHM............................................................14

2.2.1.1.6 ONDA SINUOSIDAD DE LA CORRIENTE

ALTERNA…………………………………...………………..14

2.2.1.1.7 POTENCIA (P)...........................................................15

2.2.1.1.8 FRECUENCIA (f)......................................................17

2.2.1.1.9 INDUCTANCIA (L)...................................................17

2.2.1.1.10 CAPACITANCIA (C)..............................................18

2.2.1.1.11 IMPEDANCIA (Z)......................................................19

2.2.1.1.12 CONDUCTORES.......................................................21

2.2.1.1.13 AISLANTES...............................................................21

2.2.1.1.14 FACTOR DE POTENCIA..........................................21

2.2.2 TRANSFORMADORES .................................................................................23

2.2.2.1 CONSTRUCCIÓN DE TRANSFORMADORES...................................26

2.2.2.2 CONEXIONES ESTRELLA Y TRIÁNGULO.......................................28

2.2.2.3 LÍMITES DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR....30

2.2.2.4 TIPOS DE TRANSFORMADORES.......................................................31

2.2.3 CABLE UTILIZADO PARA EL EQUIPO ELECTRO SUMERGIBLE..............34

2.2.3.1 CAJA DE VENTEO................................................................................37

CAPÍTULO III

3 VARIADOR DE FRECUENCIA ................................................................................38

3.1 VARIADOR SIMPLIFICADO.....................................................................40

XIII

3.1.1 VARIADOR……………………………………………............... 40

3.3.2 CIRCUITO DE CONTROL............................................................40

3.2 VARIADOR DE 6 ó 12 PULSOS.................................................................41

3.2.1 VARIADOR DE 6 PULSOS..........................................................42

3.2.2 VARIADOR DE 12 PULSOS........................................................42

3.2.3 CONTROLADOR DE VELOCIDAD VARIABLE (VSC)..........42

3.2.4 EFECTOS SOBRE LA BOMBA ..................................................44

3.2.5 EFECTOS SOBRE EL MOTOR...................................................45

3.2.6 LA BOMBA, EL MOTOR Y EL VCD.........................................46

3.3 REQUERIMIENTO DE KVA.......................................................................47

3.3.1 GRADO DE SOBRECARGA........................................................48

3.3.2 IMPEDANCIA DE TRANSFORMADORES ...............................49

3.4 ANÁLISIS DE LOS EQUIPOS ANTES DE ARRANCAR EL MISMO.....50

3.4.1 ANÁLISIS DE LAS CARTAS AMPEROMETRICAS ANTES DE

UN ARRANQUE.....................................................................................51

3.4.1 OPERACIÓN NORMAL...............................................................52

3.4.2 FLUCTUACION DE ENERGIA....................................................53

3.4.3 BLOQUEO POR GAS....................................................................53

3.4.4 CONDICION DE POZO SIN NIVEL DE FLUIDO……………..55

3.4.5 CONDICIOM DE POZO SIN NIVEL DE FLUIDO – FALLA EN

EL ARRANQUE..........................................................................56

3.4.6 CICLOS FRECUENTES DE CORTA DURACIÓN.....................57

3.4.7 CONDICIONES DE ALTO CONTENIDO DE GAS....................58

3.4.8 PARA INMEDIATO POR BAJA CORRIENTE...........................59

XIV

3.4.9 FALLA EN EL PARO POR BAJA CARGA.................................60

3.4.10 CONTROL DE NIVEL DE TANQUE ........................................61

3.4.11 CONDICIONES NORMALES DE SOBRECARGA..................62

3.4.12 CONDICIONES DE BOMBEO DE SOLIDOS...........................63

3.4.12 INTENTOS DE EXCESIVOS DE ARRANQUE MANUAL......64

3.4.13 CONDICION DE CARGA ERRATICA......................................65

CAPÍTULO IV

4 DISEÑO DEL SISTEMA.............................................................................................66

4.1 DATOS PARA EL DISENO DEL EQUIPO...........................................................66

4.1.1 DATOS DEL POZO...........................................................................................66

4.1.2 DATOS DE PRODUCCIÓN. ..........................................................................67

4.1.3 CONDICIONES DEL FLUIDO DEL POZO.................................................68

4.1.4 FUENTE DE ENERGÍA. .................................................................................68

4.2 DISEÑO DEL POZO EDY K 129 ............................................................................68

4.2.1 DATOS DEL POZO ..........................................................................................68

4.2.2 DATOS DE PRODUCCIÓN: ..........................................................................69

4.2.3 CONDICIONES DEL FLUIDO DEL POZO: ...............................................69

4.2.4 SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA: ..............................................69

4.2.5 DETERMINAR LA PRESIÓN DE ENTRADA DE LA BOMBA (PIP):.70

4.2.6 COLUMNA DINÁMICA TOTAL (TDH) ....................................................73

4.3 BOMBA SELECCIONADA......................................................................................75

4.4 CABLE DE POTENCIA SELECCIONADO...........................................................77

XV

4.5 DISEÑO DEL VARIADOR DE FRECUENCIA PARA EL POWER

TRAILER…………………………………………………….…………………….80

4.5.1 DATOS DEL POZO..........................................................................................83

4.5.2 DATOS DE PRODUCCIÓN......................................................................83

4.5.3 CONDICIONES DEL FLUIDO DEL POZO.............................................84

4.5.4 FUENTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA.....................................................84

4.5.5 DETERMINAR LA PRODUCTIVIDAD DEL POZO…………..............84

4.5.6 SELECCIÓN DE LA BOMBA..................................................................87

4.5.7 DELECCIÓN DEL CABLE DE POTENCIA………………………........89

4.6 CONSTITUCIÓN DEL POWER TRAILER............................................................90

CAPÍTULO V

5. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES.........................................................94

5.1 CONCLUSIONES ........................................................................................94

5.2 RECOMENDACIONES................................................................................96

GLOSARIO DE TÉRMINOS.........................................................................................98

BIBLIOGRAFÍA...........................................................................................................102

ANEXOS.......................................................................................................................105

4

XVI

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 1. POWER TRAILER ……………………………………………………….6

FIGURA 2. EQUIPO DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL………………………..7

FIGURA 3. RANGO DE OPERACIÓN DE LAS BOMBAS………………………...10

FIGURA 4. EQUIPO DE SUPERFICIE………………………………………………11

FIGURA 5. ONDA SINUSOIDAL DE LA CORRIENTE ALTERNA………………15

FIGURA 6. POTENCIA………………………………………………………………..16

FIGURA 7. INDUCTANCIA…………………………………………………………..18

FIGURA 8. TRANSFORMADORES 400 KVA Y 600 KVA………………………...23

FIGURA 9. TRANSFORMADOR…………………………………………………….25

FIGURA 10. AUTOR TRANFORMADOR…………………………………………...25

FIGURA 11. BOBINADO ……………………………………………………………28

FIGURA 12. CONEXIONES EN ESTRELLA Y TRIÁNGULO………..…………...29

FIGURA 13. TIPOS DE CABLE ……………………………………………………..35

FIGURA 14. COMPONENTES DEL CABLE ………………………………………..35

FIGURA 15. PÉRDIDAS DE VOLTAJE EN CABLE………………………………..36

FIGURA 16. CAJA DE VENTEO ………….…………………………………………37

FIGURA 17. VARIADOR DE FRECUENCIA ………………………………………39

FIGURA 18. CURVA CARATERÍSTICA UNA PARA ETAPA A FRECUENCIA

VARIABLE…………………………………………………………………………….45

FIGURA 19. HP VS BHP……………………………………………………………...47

FIGURA 20. BRITOR ………………………………………………………………..52

FIGURA 21. INDICANDO UNA OPERACIÓN NORMAL…………………………53

XVII

FIGURA 22. CARTA AMPEROMÉTRICA FLUCTUACIONES EN LA FUENTE

DE TENSIÓN…………………………………………………………………………..54

FIGURA 23. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO BLOQUEO POR GAS….55

FIGURA 24. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO UNA CONDICIÓN DE

VACIO DEL POZO……………………………………………………………………56

FIGURA 25. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO LA PÉRDIDA DE NIVEL

DEL POZO Y LA IMPOSIBILIDAD DE RE ARRANQUE………………………….57

FIGURA 26. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO CICLOS FRECUENTES

DE CORTA DURACIÓN……………………………………………………………...58

FIGURA 27. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO CONDICIONES DE ALTO

CONTENIDO DE GASEOSO…………………………………………………………59

FIGURA 28. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO PARO INMEDIATO POR

BAJA CORRIENTE……………………………………………………………………60

FIGURA 29. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO UNA FALLA EN EL

CORTE POR BAJA CARGA………………………………………………………….61

FIGURA 30. CARTA AMPEROMÉTRICA MOSTRANDO UN SISTEMA QUE ES

CONTROLADO POR UN INTERRUPTOR DE NIVEL …………………………….62

FIGURA 31. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO UN PARO POR

SOBRECARGA………………………………………………………………………..63

FIGURA 32. TRAZO DE CORRIENTE DE UN SISTEMA QUE ARRANCA,

BOMBEA ERRÁTICAMENTE POR UN CORTO PERÍODO Y LUEGO BOMBEO

NORMALMENTE……………………………………………………………………..64

FIGURA 33. TRAZO DE CORRIENTE DE UN SISTEMA DE COMPORTAMIENTO

ERRÁTICO…………………………………………………………………………….65

XVIII

FIGURA 34. CURVA DEL COMPORTAMIENTO DEL POZO……………………..71

FIGURA 35 TDH……………………………………………………………………...73

FIGURA 36. EFICIENCIA DE LA BOMBA A 60 Hz………………………………..76

FIGURA 37. PÉRDIDA DE VOLTAJE EN EL CABLE……………………………...78

FIGURA 38. TEMPERATURA VS CORRIENTE……………………………………79

FIGURA 39. CURVA CARACTERISTICA PARA UNA BOMBA 4100FUENTE…88

FIGURA 40. POWER TRAILER ……………………………………………………..91

FIGURA 41. VARIADOR DE FRECUENCIA ……………………………………….92

XIX

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1. SERIE DE LAS BOMBAS.............................................................................9

TABLA 2 CONVERSIÓN DE MEDIDAS ....................................................................20

TABLA 3 DESCRIPCIÓN DEL TRANSFORMADOR................................................27

TABLA 4 DESCRIPCIÓN DE LA PLACA...................................................................31

TABLA 5 DESCRIPCION DE VOLTAJE EN PLACA................................................32

TABLA 6 TAP PARA 2501 VOLT................................................................................33

TABLA 7 TAP PARA 3572 VOLT................................................................................34

TABLA 8 TIPOS DE CABLE........................................................................................36

TABLA 9 SOBRECARGAS PERMITIDAS EN EL TRANSFORMADOR.................49

TABLA 10 GRÁFICA DE PÉRDIDA POR FRICCION...............................................75

XX

ÍNDICE DE ECUACIONES

ECUACIÓN 1 LEY DE OHM........................................................................................14

ECUACIÓN 2 POTENCIA.............................................................................................15

ECUACIÓN 3 REACTANCIA INDUCTIVA................................................................18

ECUACIÓN 4 REACTANCIA CAPACITIVA..............................................................19

ECUACIÓN 5 FACTOR DE POTENCIA......................................................................22

ECUACIÓN 6 VOLTAJE INDUCIDO..........................................................................24

ECUACIÓN 7 POTENCIA PRIMARIA........................................................................26

ECUACIÓN 8 REVOLUCIONES POR MINUTO........................................................38

ECUACIÓN 9 INDICE DE PRODUCTIVIDAD...........................................................70

ECUACIÓN 10 GRAVEDAD DEL FLUIDO................................................................72

ECUACIÓN 11 INDICE DE LA PRODUCTIVIDAD..................................................72

ECUACIÓN 12 ALTURA TOTAL REQUERIDA........................................................73

ECUACIÓN 13 NÚMERO DE ETAPAS.......................................................................76

ECUACIÓN 14 CAUDAL , ALTURA DE COLUMNA , POTENCIA AL

FRENAR……………………………………………………………………………….82

XXI

ÍNDICE DE ANEXOS

ANEXO 1 .- CORRIENTE ALTERNA........................................................................105

ANEXO 2 .- CORRIENTE CONTÍNUA......................................................................104

ANEXO 3.- TRANSFORMADOR..............................................................................106

ANEXO 4 .- TRANSFORMADORES.........................................................................106

ANEXO 5 .- VARIADOR DE FRECUENCIA ...........................................................107

ANEXO 6 .- VARIADOR DE FRECUENCIA INTERNAMENTE ..........................108

ANEXO 7.- PLATAFORMA......................................................................................108

ANEXO 8.- TRANSFORMADOR…………………………………………………...109

ANEXO 9.- TAP DEL TRANSFORMADOR………………………………………..109

ANEXO 10.- CONSOLA CHOQUE…………………………………………………110

ANEXO 11.- TORRE DE BRISTOR CONSOLA Y CAJA DE VENTEO………….110

CAPÍTULO I

1

CAPÍTULO I

1. INTRODUCCIÓN

En la industria petrolera constantemente se explora, extrae, produce, transporta,

almacena y comercializa crudo, por lo que en todas esta aéreas es importante la

prevención en el mantenimiento de los equipos que ahí trabajan; en el área de

producción tenemos equipos de levantamiento artificial como son el mecánico,

hidráulico, gas lift, y electro sumergible el cual se utiliza para la extracción de crudo

del fondo del pozo a superficie cuando la presión de fondo fluyente no es lo

suficiente mente fuerte para que el fluido llegue a superficie.

Los equipos electro sumergibles están compuestos básicamente de un sensor el cual

nos da lecturas de fondo como presión de intake, presión de descarga, y

temperaturas de intake y de motor, un motor eléctrico, un protector y una bomba, el

cual se introduce en el pozo con tubería dejándole bajo el nivel de fluido para así

extraerlo, así mismo este equipo siendo eléctrico está compuesto de igual manera de

uno de superficie el que genera la energía eléctrica al motor que se compone de un

generador, un variador de frecuencia, un trasformador elevador el que da la potencia

necesaria para el movimiento del eje del motor.

A este equipo de superficie se le debe dar mantenimiento periódicamente pero esto

significa apagar el equipo de fondo, y lo que se pretende hacer con el power tráiler

que es un equipo de superficie móvil montado en una plataforma móvil, es generar

un mantenimiento preventivo sin tener que apagar el equipo estático para

precautelar que no existan pérdidas de producción ni fallas prematuras de los

equipos de fondo por este motivo.

2

2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

Para conocer con exactitud los resultados de una investigación y que esta arroje

los resultados correctos, debe plantearse con claridad objetivos generales y

específicos, como describimos a continuación.

2.1 OBJETIVO GENERAL

Encontrar los argumentos técnicos, económicos y operativos para la

implementación de un POWER TRAILER en la industria petrolera,

específicamente en la etapa de mantenimiento preventivo de variadores de

frecuencia en pozos petroleros.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar la pérdida de producción en el momento de realizar el

cambio o mantenimiento de un variador de frecuencia, como ejemplo

de estudio tomaremos de referencia a los pozos EDY K129 y EDY K

136.

Encontrar el punto de equilibrio entre el uso de un POWER

TRAILER o equipo de variación de frecuencia móvil con un variador

de frecuencia estático.

Diferenciar en la práctica un mantenimiento preventivo al correctivo.

Identificar el costo inicial y operativo de un POWER TRAILER o

equipo de variación de frecuencia móvil.

3

3. JUSTIFICACIÓN

Actualmente en la industria petrolera ecuatoriana sobretodo en la práctica

operativa observamos algunos procesos técnicos que significan, al final de

cuentas, pérdidas económicas para el país: por ello, es necesario que todos

los procesos y etapas de producción sean estudiadas para buscar una

operación de calidad, al más alto rendimiento.

Si observamos en la realidad, no existe un adecuado manejo del

mantenimiento preventivo en los variadores y el mantenimiento correctivo

usualmente representa horas en pérdidas de producción debido a que el pozo

es apagado; todo esto se debe muchas veces a la necesidad de cambio de

filtros u otros arreglos menores.

La propuesta busca una producción constante sin interrupciones; para lo

cual, se debe implementar un equipo de superficie que conste de un variador

de frecuencia, dos transformadores, un reductor y un elevador que será

montado sobre una plataforma cama alta que podrá ser remolcada por un

cabezal de potencia, para ser transportada al pozo que requiera este servicio.

Existen pozos que por su valiosa producción no son permitidos de ser

apagados en ningún momento, a pesar de que pueda contarse con una

programación de mantenimiento que disminuya las horas de stand by, existe

un variante que pocas veces puede ser determinado; el clima, que impide que

se realicen al menor tiempo estas paradas de equipos, anteriormente

mencionadas. Esto quiere decir, que finalmente así exista un programado

control de mantenimiento no puede ser aplicado con el 100% de efectividad.

4

Quiero demostrar que con la implementación del POWER TRAILER los

pozos no se apagarán; éste equipo tendrá la potencia necesaria para suplir al

estático desde los arreglos menores que representan 2 a 6 horas, hasta

reparaciones mayores entre 12 y 24 horas; inclusive el tiempo que lleve las

pruebas en vacío que usualmente se realizan sin estar conectado al motor.

Entonces, el POWER TRAILER reemplazará al variador estático por las

horas que dure su mantenimiento y convertiríamos la pérdida en ganancia de

los barriles que pueda producir ese pozo durante las horas del

mantenimiento.

4. ALCANCE

Es necesario considerar el alcance de la presente información, por ello

marcamos claramente la hipótesis con la que se inicia la investigación.

4.1 HIPÓTESIS

Si los pozos contaran con un verdadero mantenimiento preventivo y correctivo

de los equipos de superficie, el POWER TRAILER sería la herramienta idónea

para no presentar apagones ni pérdidas en producción.

5 METODOLOGÍA

Para la recopilación de información usaré la investigación de campo a través de

entrevistas a los actuales operadores de pozos, que me permitirá trabajar con

datos reales sobre la producción, pérdidas y tiempos que los pozos EDY 129 Y

EDY 132 reportan en la actualidad, para tomar come eje de aplicación del

5

POWER TRAILER he ubicado a estos dos pozos de los cuales puedo contar con

el soporte técnico y económico.

Así mismo usaré la investigación científica al poner en prueba un POWER

TRAILER que construiré gracias al apoyo de la compañía en la cual trabajo, con

esto podré evaluar científicamente el alcance de este equipo y el servicio que

puede darle a la industria petrolera.

6 MARCO TEÓRICO

La importancia de un Power trailer, con el objetivo de mejorar el

rendimiento de los equipos electro sumergibles, y la vida útil de los mismos

mediante la utilización de equipos móviles diseñados para este propósito.

Lo que se va a estudiar a continuación es la implementación de un método

de prevención de equipos electro sumergibles para así evitar perdidas de

producción por mantenimientos de equipos.

.

CAPÍTULO II

6

CAPÍTULO II

2 POWER TRAILER

La implementación de un power tráiler para los equipos de levantamiento artificial no

será útil para el mejoramiento en las pérdidas de producción temporales por

mantenimiento y para esto debemos conocer un poco mas de los equipos con los cuales

vamos suplantar en un corto tiempo.

FIGURA 1. POWER TRAILER

FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Javier Juárez Ruales

2.1 MÉTODOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL

Cuando la energía natural del yacimiento no es suficiente para hacer que un pozo fluya

a la superficie en volúmenes suficientes, la energía natural deberá ser suplementada por

medios artificiales; éste suplemento a la energía natural se lo conoce como

levantamiento artificial.

Un equipo de bombeo electro sumergible se compone de los siguientes equipos en el

fondo del pozo.

7

1) Sensor

2) Motor

3) Protector

4) Bomba

Y los equipos de superficie son los siguientes:

1) Transformador

2) VSD

3) Caja de venteo

4) Contralador

5) Equipos adicionales.

FIGURA 2. EQUIPO DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL


8

Como vemos los equipos de superficie deben estar ligados a los equipos de fondo pero

tenemos una gama muy amplia de aplicación de estos equipos por lo que

determinaremos los transformadores y VSD apropiados para el estándar de los equipos

utilizados en nuestro mercado. En general los equipos que se encuentra en el mercado

están en un rango de 4.5” de OD con una capacidad de 1500 bpd hasta equipos de

revestimiento de 13-3/8” con una tasa de producción de 100000 bpd y aplicación de

temperatura desde 50 F –hasta 450 F.

Pero los más utilizados serán los que van desde una bomba D725N a las GN5000 y

motores serie 562 daremos los datos de los rangos de los equipos.

2.1.1BOMBAS CENTRIÍFUGAS

Las bombas electrosumergibles son bombas centrífugas multi-etapas las cuales están

construidas en diferentes diámetros dependiendo del espacio disponible en el pozo.

Cada etapa consiste de un impulsor rotatorio y un difusor estacionario (Figura 2-8), se

superponen varias etapas para obtener la altura de columna deseada. La bomba

centrífuga trabaja por medio de la transferencia de energía del impulsor al fluido

desplazado, el cambio de presión-energía se lleva a cabo mientras el líquido bombeado

rodea el impulsor, a medida que el impulsor rota, imparte un movimiento rotatorio al

fluido el cual se divide en dos componentes.

9

TABLA N 1. SERIE DE LAS BOMBAS.


2.1.1.1 RANGO DE OPERACIÓN DE UNA BOMBA.

Este es el rango en el cual la bomba opera con mayor eficiencia. Si la bomba se

opera a la izquierda del rango de operación a una tasa de flujo menor, la bomba

puede sufrir desgaste por empuje descendente (downthrust). Si la bomba se opera a

la derecha del rango de operación a una tasa de flujo mayor, la bomba puede sufrir

desgaste por empuje ascendente (upthrust).

10

FIGURA 3. RANGO DE OPERACIÓN DE LAS

BOMBAS


2.2 EQUIPOS DE SUPERFICIE

Se llaman equipos de superficie aquellos equipos de potencia eléctrica, los cuales

generan la energía determinada para cada motor de fondo, y estos están compuestos de

un transformador reductor el cual asume los 1300 volt que proviene de la línea de alta

tensión o de un generador para trasformar esta energía en 480 volt el cual es necesario

para el funcionamiento del variador de frecuencia el cual envía la señal de la cantidad

de voltaje que necesita el motor a un transformador que va de 480 volt al voltaje

necesario este puede fluctuar entre 1200 volt a 4900 volt.

A continuación detallaremos los equipos.

11

FIGURA 4. EQUIPO DE SUPERFICIE

FUENTE: Schlumberger

AUTOR: Eduardo Javier Juárez Ruales

2.2.1 TRANSFORMADORES

Los transformadores son equipos indispensables en la producción, muchas son las

características que hay que tomar en cuenta, como las que menciono a continuación.

2.2.1.1 FÓRMULAS BÁSICAS DE LA ELECTRICIDAD

Para la aplicación de este proyecto definiremos las fórmulas básicas asociadas con el

funcionamiento de los sistemas de bombeo electrosumergibles.

DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA.

La mayoría de las estaciones de generación utilizan ya sea la energía hidráulica de

una altura de columna de agua o la energía calorífera producida por el uranio o

12

combustibles fósiles como el carbón, el petróleo, o el gas natural, para producir

vapor e impulsar una turbina conectada a un generador.

El generador de corriente alterna es el medio más importante para la producción de

la energía eléctrica. Todos los generadores eléctricos dependen de la acción de una

bobina que corta un campo magnético o de un campo magnético que corta una

bobina para su funcionamiento. Mientras haya movimiento relativo entre un

conductor y un campo magnético, se generará un voltaje. Por lo tanto, el generador

convierte la energía mecánica en energía eléctrica que luego es dirigida al cliente

por el sistema de transmisión y distribución.

La corriente alterna (c.a.) se adapta mejor a la transmisión de larga distancia porque

puede ser más fácilmente generada desde voltajes bajos hasta moderadamente altos.

El voltaje puede luego ser elevado a valores muy altos que son adecuados para una

transmisión eficiente, y puede ser nuevamente reducido a un valor que se ajuste a un

uso general por medio de un dispositivo estático conocido como transformador.

Cuanto más alto sea el voltaje, menor será el tamaño del conductor requerido para

transportar una cantidad dada de potencia, de aquí la ventaja de transmisión de alto

voltaje. Para entender mejor los principios del sistema de generación y distribución

de energía eléctrica, comenzaremos con el repaso de algunos fundamentos básicos

de la electricidad.

VOLTAJE (V)

Debido a que los electrones están distribuidos normalmente en forma igual a través

de una sustancia, se requiere de una fuerza o presión llamada fuerza electromotriz

(f.e.m.) para separarlos de los átomos y hacerlos fluir en una dirección determinada.

13

Esta fuerza es también frecuentemente llamada potencial o voltaje. La unidad para

medir esta fuerza electromotriz es el voltio.

CORRIENTE (I)

Cuando un potencial o voltaje de fuerza suficiente es aplicado a una sustancia, causa

el flujo de electrones. Este flujo de electrones se llama corriente eléctrica. La

cantidad de flujo de corriente se mide en amperios. Un amperio es la tasa de flujo

de una corriente eléctrica representada por el movimiento de una cantidad unitaria

de electrones por segundo.

RESISTENCIA (R)

La resistencia se puede comparar con la fricción encontrada por un flujo de agua a

través de una tubería. Una tubería recta, con el interior liso, conduce el agua con

poca pérdida de presión. Si la tubería es rugosa por dentro y tiene muchos codos, la

pérdida de presión se incrementa y el caudal del flujo se reducirá. En forma similar,

un material que tenga baja resistencia permite que la electricidad fluya con una

pérdida pequeña de voltaje; un material de alta resistencia causa una caída

correspondiente en el voltaje. La energía usada en superar la resistencia se convierte

en calor.

14

LEY DE OHM

El voltaje requerido para hacer que una corriente fluya depende de la resistencia del

circuito. Un voltaje de un voltio hará que un amperio fluya a través de una

resistencia de un ohm. Esta relación se conoce como “Ley de Ohm” como se indica

en la ecuación numero 1.

ECUACION 1

I = V

R

Donde:

I = Corriente en Amperios

V = Voltaje en Voltios

R = Resistencia en Ohmios

ONDA SINUSOIDAD DE LA CORRIENTE ALTERNA.

En un sistema de corriente alterna monofásica, el voltaje y la corriente siguen una

forma de onda aproximadamente sinusoidal. Aumenta desde el cero hasta un

máximo en una dirección y luego decrece a cero, crece nuevamente a un máximo

pero en la dirección opuesta y nuevamente decrece a cero, completando así un ciclo

o dos alteraciones y 360 grados eléctricos.

15

FIGURA 5. ONDA SINUSOIDAL DE LA CORRIENTE ALTERNA

FUENTE: Glossary_Power-SP AUTOR: Eduardo Juárez Ruales

POTENCIA (P)

La potencia se define como la tasa de trabajo efectivo. En términos eléctricos,

representa la energía necesaria para mantener el flujo de corriente. La potencia

eléctrica se mide en vatios. 746 vatios son equivalentes a un caballo de fuerza. Un

vatio es una unidad bastante pequeña de potencia; en consecuencia, cuando se habla

de la potencia requerida por los motores, se utiliza el término kilovatio (KW), un

kilovatio son mil vatios. Esta Potencia Real es la cantidad de potencia

efectivamente consumida en un circuito. En un circuito resistivo, cuando el voltaje

y la corriente están en fase, la potencia se puede definir como se indica en la

ecuación numero 2.

ECUACION 2

P = V x I

Donde:

P = Potencia en vatios

V = Voltaje en Voltios

I = Corriente en Amperios

16

Un sistema de distribución de energía de corriente alterna trifásica, como su nombre

lo indica, tiene tres sistemas de corriente alterna monofásica. Estos sistemas

monofásicos están espaciados de manera que el voltaje generado en cualquier fase

está desplazado a 120 grados de los otros dos. La potencia total entregada por un

sistema trifásico balanceado es igual a tres veces la potencia entregada por cada

fase.

FIGURA 6. POTENCIA


Para obtener la potencia entregada a un motor de corriente alterna, no se puede

simplemente multiplicar los amperios efectivos por los voltios efectivos. Si el

circuito contiene inductancia y/o capacitancia, los circuitos con motores siempre los

contienen, el producto de la corriente efectiva y del voltaje efectivo será mayor que

la Potencial Real. Esta Potencia Aparente se mide en voltamperios o más

frecuentemente en una unidad 1.000 veces más grande, el kilovolt-amperio,

generalmente abreviada como KVA.

17

FRECUENCIA (f)

Cuando un generador gira a través de 360 grados, una revolución completa, el

voltaje generado completa un ciclo. Si el generador gira a una velocidad de 60

revoluciones por segundo, el voltaje generado completará 60 ciclos en 1 segundo.

Entonces se podrá decir que el voltaje generado tiene una frecuencia de 60 ciclos, o

60 hertz.

La relación entre la frecuencia generada (f) expresada en hertz (ciclos por segundo)

y la velocidad del rotor (N), expresada en r.p.m., y el número de polos (P) en el

motor, está dado en la fórmula:

INDUCTANCIA (L)

Muchos de los circuitos de corriente alterna contienen bobinas, transformadores y

otros aparatos eléctricos que producen efectos magnéticos. Cuando la corriente

aumenta, el circuito almacena energía en un campo magnético. Cuando la corriente

desciende, el circuito libera esta energía del campo magnético. Por lo tanto, estos

efectos magnéticos reaccionan sobre la corriente, la demoran y hacen que se retarde.

En este se puede ver que el voltaje ha alcanzado su máximo y ha comenzado a

decrecer antes de que la corriente alcance su máximo valor. Algo de corriente estará

fluyendo dentro del circuito en el instante en que el voltaje es cero. Esta reacción de

tipo magnético se llama inductancia y se mide en Henrys.

La reactancia inductiva es la acción de la inductancia al oponerse al flujo de

corriente alterna y que causa que la corriente se retrase respecto del voltaje; medido

en ohms y simbolizado por XL. En un circuito puramente inductivo la potencia real

18

es cero. La formula usada para calcular la reactancia inductiva es la indicada en la

ecuación 3.

ECUACIÓN 3

X = 2 fLL

Donde:

XL = Reactancia inductiva (Ohms)

f = Frecuencia (Hertz)

L = Inductancia (Henrys)

FIGURA 7. INDUCTANCIA


CAPACITANCIA (C)

Otra clase de influencia en una corriente alterna es causada por la presencia en el

circuito de láminas alternadas de material conductor separadas por un aislamiento.

Este dispositivo se conoce comúnmente como un condensador o capacitador. Un

condensador toma energía del circuito para cargar sus láminas y luego devuelve esta

19

energía al circuito cuando la carga es retirada. Esta propiedad de acumular una carga

proveniente del circuito y devolverla al mismo se llama capacitancia. La

capacitancia se opone a cualquier cambio en el voltaje y su efecto en la corriente es

que hace que esta se adelante al voltaje. Esta reacción se llama capacitancia y se

mide en Faradios. La capacitancia tiende a actuar en sentido contrario a la

inductancia en un circuito y es útil para contrarrestar el retraso inductivo en la

corriente que es propio de la mayoría de los motores de corriente alterna.

La Reactancia Capacitiva es la acción de la capacitancia que se opone a la corriente

alterna y que hace que la corriente se adelante al voltaje; se mide en ohmios y está

simbolizada por (XC). En un circuito capacitivo puro la potencia real es cero. La

fórmula utilizada que calcula la reactancia capacitiva es la indicada en la ecuación 4.

ECUACIÓN 4

X = 1

2 fCC

Donde:

Xc: Ohmios

f = Frecuencia (Hertz)

C: capacitancia

IMPEDANCIA (Z)

En un circuito de c.a. la corriente es afectada por la resistencia, la inductancia, y la

capacitancia. La combinación de un par cualquiera de estos tres efectos se conoce

como la impedancia del circuito. La impedancia de un circuito es la oposición total

que se le presenta al flujo de corriente. La unidad de medida de esta impedancia es

20

el ohmio. Para impedancias bajas se utiliza el micro-ohmio que es igual a una

millonésima de un ohm. La unidad de medida para impedancias muy altas es un

mega ohmio y es igual a un millón de ohmios.

Todas las unidades eléctricas, electrónicas, y muchas otras de tipo científico utilizan

prefijos normalizados que se anteponen a la palabra que es utilizada como unidad

estándar de medida. Los prefijos indican el multiplicador o la fracción exacta de la

unidad estándar. El rango de prefijos de uso común es como sigue:

TABLA N 2. CONVERSIÓN DE MEDIDAS

EquivalentePrefijo Abrev Significado Matemático

pico (micromicro) p (�� millonésima de millonésima 10E-12

nano (milimicro) n (m� milésima de millonésima 10E-9

Micro � Millonésima 10E-6

Mili M Milésima 10E-3

Centi C Centésima 10E-2

- Unidad unidad estándar de medida 10E0

Kilo K mil veces 10E3

Mega M millón de veces 10E6

Giga G mil millones de veces 10E9


21

CONDUCTORES

Un conductor es una sustancia que permite a los electrones fluir libremente a través

de ella. Cada sustancia es un conductor de electricidad, pero los electrones fluyen

más fácilmente a través de algunos materiales tales como el oro, plata, cobre, hierro,

y otros metales. Los alambres y los cables son las formas más comunes de

conductores.

AISLANTES

Un aislante es una sustancia a través de la cual los electrones tienen gran dificultad

en desplazarse. Este tipo de materiales, como el caucho, vidrio, algunos plásticos,

fibra, y papel seco prácticamente no permiten que ningún electrón fluya a través de

ellos. Este tipo de materiales se llaman aislantes, materiales no conductores, o

dieléctricos. Cuando un aislante es continúo, como por ejemplo alrededor de un

alambre, se llama aislamiento.

FACTOR DE POTENCIA

El factor de potencia es la relación entre la potencia real (KW) y la potencia

aparente (KVA), medida la primera por medio de un vatímetro y la segunda por

medio de un voltímetro y un amperímetro; por lo tanto el factor de potencia (PF)

puede ser definido como en la ecuación numero 5.

ECUACIÓN 5

Factor de Potencia (PF) = Potencia Real

Potencia Aparente =

Vatios

VA =

KW

KVA

22

Donde:

KW: potencia real

KVA: potencia aparente

PF: Factor de potencia

Los kilovatios de entrada a cualquier máquina pueden ser encontrados al multiplicar

los KVA por el factor de potencia:

KW = KVA x Factor de Potencia

Se dice que el factor de potencia es unitario si el voltaje y la corriente alcanzan sus

respectivos valores máximos de manera simultánea. Sin embargo, como se

mencionó previamente, en la mayoría de los sistemas de corriente alterna, el voltaje

alcanza su máximo valor en una dirección dada antes de que la corriente alcance su

máximo valor, por lo que se dice que la corriente tiene un desfase respecto del

voltaje. Este desfase puede ser medido en grados. El desfase de la corriente es

causado por aparatos tales como transformadores, motores de inducción, etc.

Se considera que el retraso efectivo de la corriente causado por aparatos de este tipo

tiene dos componentes. Un componente se conoce como la corriente magnetizadora,

que es la corriente que debe vencer el efecto de choque producido por las

características del aparato y que tiene un retardo de 90 grados eléctricos después del

voltaje. El valor de esta corriente de retraso es cero cuando el voltaje ha alcanzado

su valor máximo. Esta corriente magnetizante es conocida comúnmente con el

nombre de corriente reactiva. El otro componente es conocido como la corriente

real, y se encuentra en fase con el voltaje. La corriente real y el voltaje alcanzan su

valor máximo simultáneamente.

23

La corriente efectiva en la línea es la suma vectorial de la corriente reactiva y la real;

más aún, es la corriente que sería registrada si se conectara un amperímetro al

circuito. Dado que existe un componente que se encuentra retrasado 90 grados

eléctricos o en ángulo recto al voltaje, la corriente resultante de la línea de la cual

forma parte esta componente, estará por lo tanto fuera de fase con el voltaje y

retrasada respecto al mismo. El grado, o cantidad de retraso, depende de la

magnitud del componente de corriente reactiva y es una medida del factor de

potencia.

2.2.2 TRANSFORMADORES

El transformador es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de

corriente alterna que tiene a su entrada en otra de diferente amplitud, que entrega a su

salida o viceversa.

FIGURA 8. TRANSFORMADORES 400 KVA Y 600 KVA


AUTOR: Eduardo Javier Juárez Ruales

24

Se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras

(vueltas) de alambre conductor. Estos esta inmersos en aceite que sirve de aislador y

ayuda a enfriar el transformador.

Un transformador simple consta de dos bobinados fuertemente enrolladas alrededor de

un núcleo de acero, pero eléctricamente aislados el uno del otro. Los bobinados que se

conectan a una fuente de voltaje alterno se llaman primarios. El bobinado genera un

campo magnético que pasa a través de las espirales del otro bobinado, llamado

secundario, y genera un voltaje en ella. Los bobinados no están físicamente conectadas

el uno con el otro, están sin embargo magnéticamente acoplados uno con otro. Por lo

tanto, un transformador transfiere potencia eléctrica de un espiral al otra por medio de

un campo magnético alterno.

Asumiendo que todas las líneas magnéticas de fuerza del primario corten todos las

vueltas del secundario, el voltaje inducido en el secundario (VS) dependerá de la

relación del número de vueltas en el secundario (NS) por el número de vueltas en la

primaria (NP). Esto se expresa matemáticamente en la ecuación numero 6.

ECUACIÓN 6

V = N

NVS

S

PP

Donde:

Vs: voltaje inducido en el secundario

Ns: numero de secundario

Np: numero de vueltas en el primario

Vp: voltaje en el primario

25

El voltaje es cambiado en proporción exacta al número de vueltas en cada bobinado.

Por ejemplo, si un bobinado de alto voltaje tiene 1000 vueltas y está conectada a un

circuito de 4160 voltios, un bobinado de bajo voltaje de 100 vueltas dará 416 voltios.

En un Auto-transformador hay solo un bobinado, parte de él es para el bajo voltaje y

está conectado en sus extremos a un circuito de alto voltaje como lo muestra la figura.

En este transformador el circuito de alto voltaje no está aislado del circuito de bajo

voltaje.

FIGURA 9. TRANSFORMADOR

FUENTE: Transformadores Power AUTOR: Eduardo Juárez Ruales

Un transformador no genera potencia eléctrica. Simplemente transfiere la potencia

eléctrica de un bobinado a otro por inducción magnética. Aún cuando no es 100%

eficiente, está muy cercano a serlo.

FIGURA 10. AUTOR TRANFORMADOR

FUENTE: Transformadores Power AUTOR: Eduardo Juárez Ruales

26

Ya que la potencia es igual al voltaje por la corriente (VI), si VPIP representa la potencia

primaria y VSIS representa la potencia secundaria, la potencia primaria es igual a la

potencia secundaria. Expresando estos enunciados en forma de ecuación número 7 para

el transformador 100% eficiente, tenemos:

ECUACIÓN 7

V I = V IP P S S

Donde:

VpIp: potencia primaria

VsIs: potencia secundaria.

CONSTRUCCIÓN DE TRANSFORMADORES

Un transformador no contiene partes móviles y por su simple, robusta y durable

construcción requiere muy poco mantenimiento. Con la excepción del auto

transformador, un transformador posee dos bobinados. En la mayoría de los casos los

bobinados están eléctricamente aislados uno de otro. Los bobinados están colocados en

un núcleo magnético común hecho de láminas de acero y muy similar a los utilizados en

los motores sumergibles. Las partes principales del transformador son:

27

TABLA N 3. DESCRIPCIÓN DEL TRANSFORMADOR

Término Definición

Núcleo Provee un circuito de baja inductancia para el flujo magnético

Bobinado

primario Recibe energía de la fuente

Bobinado

secundario

Recibe energía por inducción desde el primario y la entrega a la

carga

Recinto Aloja al núcleo y a los bobinados

FUENTE: Transformador power AUTOR: Eduardo Juárez

El bobinado de baja tensión es llamado primario cuando el transformador es empleado

para elevar la tensión. Inversamente, cuando un transformador es empleado para bajar el

nivel de tensión, el bobinado de alta voltaje es llamado primario. El primario siempre

se conecta a la fuente de energía y el secundario se conecta siempre a la carga.

Un transformador de núcleo es mostrado en la siguiente figura. El núcleo es construido

con finas laminaciones de hierro. Las corrientes parásitas generadas en el núcleo son

minimizadas con el uso de finos laminados aislados entre si.

Las pérdidas por histéresis, causadas por la fricción generada entre las partículas

magnéticas al circular por cada ciclo de magnetización, son minimizadas con el uso de

láminas de acero.

Bobinados de cobre o aluminio rodean el núcleo laminado en un transformador de

núcleo. El conjunto de bobinados y núcleo se ubica en un tanque de acero. El tanque de

28

acero es llenado con un aceite mineral especial para aislar y enfriar el núcleo y los

bobinados. Estos transformadores son llamados transformadores húmedos auto

enfriados. La convección natural dentro del transformador hace circular el aceite dentro

del recinto. El exterior del contenedor posee aletas para proveer una mayo área de

disipación de calor a través de convección natural y radiación.

FIGURA 11. BOBINADO

FUENTE: Transformador power AUTOR. Eduardo Juárez

2.2.2.2 CONEXIONES ESTRELLA Y TRIÁNGULO

Los dos métodos importantes de conectar los dispositivos de corriente alterna trifásicos,

particularmente los generadores y los transformadores, es por medio de conexiones

estrella o triángulo. Las Figuras ilustran los devanados en conexiones estrella y

triángulo.

29

FIGURA 12. CONEXIONES EN ESTRELLA Y

TRIÁNGULO


La corriente alterna trifásica se produce por generadores que tienen tres devanados.

Como se mencionara anteriormente, estos devanados ocupan posiciones tales que el

voltaje producido en cada uno de ellos está desplazado 120 grados eléctricos de los

voltajes producidos en los otros dos devanados. Los grados eléctricos son diferentes de

nuestro concepto común de grados. Un generador de cuatro polos, por ejemplo,

producirá dos ciclos, o 720 grados eléctricos, por una revolución mecánica sencilla (360

grados) de su rotor.

Para la conexión triángulo, el voltaje de línea es igual al voltaje producido en cualquiera

de los tres devanados, asumiendo que el sistema está sin cargas o que la carga está

igualmente distribuida entre las tres fases. Para una conexión en estrella, el voltaje de

línea es mayor que el voltaje producido en un devanado por un factor de 1.732 (la raíz

cuadrada de 3). Este factor se deriva de la sumatoria vectorial de los voltajes

instantáneos producidos en los tres devanados. En un sistema balanceado, la corriente

30

en un sistema de estrella es igual a la corriente en cada devanado. En el sistema

triángulo, sin embargo, la corriente de línea es 1.732 por la corriente en cada devanado.

Tres transformadores monofásicos pueden ser conectados ya sea en configuración de

estrella o en configuración triángulo. La conexión estrella entrega más voltaje y menos

corriente. Una conexión triángulo para transformadores tiene la ventaja importante de

que la potencia trifásica puede entregarse usando solo dos transformadores, a costa de

un sacrificio de una capacidad considerable. Los transformadores conectados en lo que

se llama un triángulo abierto pueden entregar solo 57.7 por ciento de la potencia de tres

transformadores conectados en un triángulo cerrado.

La conexión estrella produce un voltaje más alto que la conexión triángulo, lo que es

algunas veces una ventaja considerable. La conexión estrella, sin embargo, no tiene un

circuito abierto que la conexión triángulo tiene. Por lo tanto, si un transformador en un

banco de tres unidades conectado como una estrella se remueve o falla por alguna

razón, el resultado tiene consecuencias graves para el sistema.

2.2.2.3 LÍMITES DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR

Un transformador se proyecta para unas tensiones dadas de servicio en primario y

secundario y una potencia máxima continua que puede obtenerse en su secundario. El

incrementar la tensión en su primario, y por tanto la corriente en el mismo, lleva a la

saturación del núcleo magnético, con lo que el mismo no es capaz de transferir mas

potencia al secundario y el exceso de potencia de entrada solo produce

sobrecalentamientos del núcleo por corrientes parásitas o armónicos, y del bobinado

primario, por efecto Joule, (el cual se conoce como efecto Joule al fenómeno por el cual

si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los

31

electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del

material conductor por el que circulan, elevando la temperatura) del mismo llevando a

la rotura del devanado por fallo del aislante del mismo. Una espira en cortocircuito

genera a su vez más calor y provoca el fallo total del devanado.

En un transformador es fundamental prever una correcta refrigeración del mismo, y a

este fin, los de mayor tamaño (a partir de algunos kilowatios), están bañados en aceite

refrigerante que actúa también como dieléctrico.

Así pues, la tensión de entrada, la potencia máxima continua de salida, y la temperatura

ambiente, son tres parámetros que no deben sobrepasarse de forma permanente.

2.2.2.4 TIPOS DE TRANSFORMADORES

Los transformadores elevadores usualmente son transformadores de tres fases y se

requieren para elevar el voltaje de la salida del VSD de 480 volt a valores requeridos

para el motor del sistema de bombeo electro sumergible

Una placa de características típica para este tipo de transformador puede ser como

sigue:

Es un transformador es de tres fases para 520 KVA con una entrada de 480 V a 60 Hz.

Si el voltaje de entrada es menor que 480V, el KVA disponible será menor

TABLA N 4 DESCRIPCIÓN DE LA PLACA


32

Esta parte indica como el transformador debe ser ajustado para obtener diferentes

voltajes secundarios. Por ejemplo, como debería ser ajustado el transformador para

obtener un voltaje secundario de 2450V cuando el voltaje primario es 480V

TABLA N 5. DESCRIPCIÓN DE VOLTAJE EN PLACA

FUENTE: Transformador power AUTOR: Eduardo Juárez Ruales

El bobinado secundario debe estar conectado "Wye", el sector No 1 debería ser

colocado en la posición 2 y el selector No 2 debería ser colocado en la posición 4.

Como debería ser conectado el transformador si el voltaje requerido en el secundario

todavía es 2450V pero el voltaje primario es solamente 330V

33

TABLA N 6. TAP PARA 2501 VOLT

FUENTE: Transformador power AUTOR: Eduardo Juárez

Debido a que el voltaje primario no es 480V, la selección previa no daría 2450V. Por el

otro lado, sabemos que en cualquier posición que se seleccione, la relación de

transformación permanecerá constante

=

Entonces el voltaje secundario de placa puede ser calculado así:

= =3564 V

El bobinado secundario debería estar conectado en "Wye", el conector No 1 debería

estar en la posición 1 y el conector No 2 debería estar en la posición 3.

34

TABLA N 7. TAP PARA 3572 VOLT


En si tenemos transformadores de 260, 520, 600, 815, 1500 KVA dependiendo la

necesidad.

2.2.3 CABLE UTILIZADO PARA EL EQUIPO ELECTRO SUMERGIBLE.

Se deben tomar en cuenta otros parámetros como son las perdidas en el cable del todo el

sistema de superficie y el cable de fondo que este puede ser =Numero 1, 2, 4 o 6.

La potencia eléctrica es transmitida al motor eléctrico por medio de un cable de tres

conductores. Los cables para el sistema ESP se pueden construir tanto en

configuraciones redondas como planas.

35

FIGURA 13. TIPOS DE CABLE

FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Juárez Ruales

FIGURA 14. COMPONENTES DEL CABLE


1.- Conductor

2.- Aislamiento

3.- Barrera

4.- Armadura

5.- Capilar de inyección este puede ser de uno o dos capilares.

El material conductor usado es cobre recocido o solido. La resistencia del conductor es

directamente proporcional a la longitud del mismo. El incremento del área de la sección

de un conductor, por otra parte, tiene un efecto inverso sobre la resistencia, (la

resistencia es inversamente proporcional a área de la sección).

36

TABALA N 8. TIPOS DE CABLE


FIGURA 15. PERDIDAS DE VOLTAJE EN CABLE


La función de la armadura es la de proteger tanto la chaqueta como el material de

aislamiento del daño mecánico.

El aislamiento usado para estos cables debe ser capaz de resistir las temperaturas y la

presión de la cavidad del pozo y resistir el contacto de los fluidos contenidos en el

37

mismo. Se utilizan materiales termoplásticos y varios materiales elastoméricos tanto

para el aislamiento como para las chaquetas. Sin embargo, existen limitaciones para

estos materiales utilizados en la construcción de los cables. Los cables más comunes se

diseñan generalmente para una vida útil de 10 años a su temperatura máxima de

funcionamiento, basándose en los límites de temperatura de los materiales del

aislamiento

2.2.3 CAJA DE VENTEO

Protege el acoplamiento entre el cable de potencia procedente del pozo y el cable de

potencia que llega del VSD y realiza tres funciones:

1.- Proporcionar un punto para conectar el cable proveniente del controlador al cable del

pozo.

2.- Proporcionar un desfogue a la atmósfera para el gas que pueda migrar por el cable de

potencia desde el fondo

3.- Proporcionar puntos de prueba fácilmente accesibles para la revisión eléctrica de los

equipos subsuperficiales.

FIGURA 16. CAJA DE VENTEO


CAPÍTULO III

38

CAPÍTULO III

3 VARIADOR DE FRECUENCIA

Un variador de frecuencia de corriente alterna (c.a) es un dispositivo utilizado para

controlar la velocidad de rotación de un motor de corriente alterna (c.a) o de inducción,

por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor.

Los dispositivos variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad

síncrona de un motor de corriente alterna (CA) está determinada por la frecuencia de

CA suministrada y el número de polos en el estator, de acuerdo con la relación:

ECUACIÓN 8

Donde

RPM = Revoluciones por minuto

f = frecuencia de suministro AC (hertz)

p = Número de polos (adimensional)

La velocidad de rotación de un motor de 4 polos conectado a 50 Hz será de 1.500 rpm,

mientras que la de un motor de 2 polos será de 3.000 rpm.

Además de cambiar la frecuencia, el variador también varía el voltaje aplicado al motor

para asegurar que existe el par necesario en el eje del motor sin que surjan problemas de

sobrecalentamiento.

Motores síncronos operan a velocidad síncrona determinada por la ecuación. La

velocidad de un motor de inducción es un poco menor que la velocidad síncrona.

39

Un motor de 4 polos que esta conectado directamente a la red de distribución eléctrica

de 60 Hz debería tener una velocidad síncrona de 1800 rpm:

Si el motor es un motor de inducción, la velocidad de operación a plena carga estará

sobre los 1750 RPM.

Si el motor está conectado al variador de velocidad que le proporciona 40 Hz, la

velocidad síncrona será de 1200 RPM:

FIGURA 17. VARIADOR DE FRECUENCIA


40

3.1 VARIADOR SIMPLIFICADO

El variador de frecuencia regula la frecuencia de la corriente aplicada al motor,

logrando con ello modificar su velocidad. Sin embargo, se debe tener presente que

el cambio de frecuencia debe estar acompañado por un cambio de la tensión

aplicada, para no saturar el flujo magnético del rotor este toma corriente a una

frecuencia fija para cambiarla a corriente de frecuencia variable y suministra al

equipo de fondo.

El variador de frecuencia provee torque constante en todo el rango de velocidades y

puede ser usado manualmente para ajustar la relación V/Hz para aplicaciones

específicas (Velocidad Base) adicional provee capacidad para un arranque suave

(Soft Start) y optimiza la producción del pozo (Evita los arranques y paradas cíclicas

del equipo y del pozo)

3.2 PARTES DE UN VARIADOR DE FRECUENCIA:

Todos los variadores de frecuencia modernos cuentan con las siguientes partes

principales:

CIRCUITO RECTIFICADOR: Recibe la tensión alterna y la convierte en continua

por medio de un puente rectificador de diodos de potencia.

CIRCUITO INTERMEDIO: Consiste en un circuito LC cuya función principal es

suavizar el rizado de la tensión rectificada y reducir la emisión de armónicos hacia la

red.

41

INVERSOR: Convierte la corriente continua del circuito intermedio en una alterna con

tensión y frecuencia variables mediante la generación de pulsos. Se emplea el sistema

IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) para generar los pulsos de voltaje de manera

controlada.

CIRCUITO DE CONTROL

Como la velocidad definida, para controlar las funciones del variador y generar la

velocidad y el par necesarios para el eje del motor. El circuito de control también sirve

para proteger el variador en determinadas situaciones y para proporcionar al usuario

información sobre el estado del variador.

Si se controlan la frecuencia y el voltaje aplicados con precisión, el usuario puede estar

seguro de conseguir un buen rendimiento del proceso y del producto. En los últimos

años se han logrado importantes avances en esta área, avances como los variadores de

control vectorial de flujo en lazo abierto y en lazo cerrado, descritos más adelante.

3.3 VARIADOR DE 6 ó 12 PULSOS

Los efectos de la frecuencia de alimentación conocidos como 'armónicos' son producto

del variador cuando éste obtiene corriente de la red eléctrica. Los armónicos

distorsionan el suministro de alimentación y pueden tener efectos adversos sobre los

equipos que utilizan el mismo suministro.

Una manera de combatir esta distorsión consiste en reducir los efectos armónicos del

suministro. Para ello es preciso duplicar el número de veces que se obtiene corriente del

suministro y, por lo tanto, también reducir la corriente obtenida por cada pulso. De este

modo se "nivela" la corriente extraída y, con ello, el contenido armónico de la línea de

42

suministro. Este método de gestión de la calidad de la alimentación eléctrica se conoce

como control de 12 pulsos.

3.3.1 VARIADOR DE 6 PULSOS

El variador normal de 6 pulsos consta de 6 elementos rectificadores (dos por fase: uno

para el medio ciclo positivo y otro para el medio ciclo negativo).

El variador que utiliza el control de 12 pulsos consta de dos unidades de rectificación

con 6 elementos rectificadores cada una (12 en total); la segunda unidad se conecta

mediante un transformador de desplazamiento de fase.

3.3.2 VARIADOR DE 12 PULSOS.

El resultado sobre la corriente de entrada es visible cuando se utiliza el control de 12

pulsos.

Al igual que la configuración de 12 pulsos, se pueden acoplar reactancias en la entrada

de la red eléctrica del variador, o del enlace de c.c., para reducir la distorsión global, tal

como se muestra en las ilustraciones.

3.3.3 CONTROLADOR DE VELOCIDAD VARIABLE (VSC)

La Bomba Electrocentrífuga es típicamente poco flexible cuando opera a una velocidad

fija; el equipo está limitado a una gama fija de caudales de producción y a una altura de

columna dinámica generada que es fija para cada caso. El Controlador de Velocidad

Variable (VSC) ha ganado rápida aceptación como un accesorio del sistema ESP de

gran valor para aliviar estas restricciones. Permitiendo que se varíe la velocidad del

equipo entre 30 y 90 Hz con lo cual se puede cambiar el caudal, la altura de columna

43

dinámica o ambas, dependiendo de las aplicaciones. Estos cambios se logran con solo

cambiar la velocidad de operación, sin modificaciones al equipo en el fondo del pozo.

La operación básica del VSC es convertir la potencia de trifásica de entrada, típicamente

a 480 voltios, a un suministro de potencia de (directa). Luego, utilizando los

semiconductores de potencia como interruptores de estado sólido, invierte

secuencialmente este suministro de corriente continúa para regenerar 3 fases de salida

en corriente alterna de potencia seudo-sinusoidal, cuya frecuencia y voltaje son

controlables.

La flexibilidad en el bombeo fue el propósito original de la aplicación de los VSC a los

sistemas ESP, pero se han logrado obtener muchos otros beneficios. De interés

particular son aquellos que pueden alargar la vida del equipo subsuperficial: el arranque

suave, la velocidad controlada automáticamente, la supresión de transitorios de línea y

la eliminación de los estranguladores en superficie.

El VSC aísla la carga de las interrupciones de entrada y transitorios causados por rayos;

balancea el voltaje de salida para reducir el calentamiento del motor; ignora la

inestabilidad en la frecuencia de los suministros con generador; compensa las caídas de

tensión o desconecta la unidad de la línea; y minimiza la presión eléctrica y mecánica

durante el arranque. Además, dependiendo de la aplicación, el VSC puede mejorar la

eficiencia total del sistema, reducir el tamaño del generador requerido, obviar la

necesidad de un estrangulador, reducir el tamaño de la unidad subsuperficial y proveer

funciones de control inteligentes para maximizar la producción. Todos estos beneficios

no pueden lograrse simultáneamente; sin embargo, el usuario puede elegir y seleccionar

la combinación más adecuada para su aplicación.

44

3.3.4 EFECTOS SOBRE LA BOMBA

El desempeño de la bomba electro sumergible se caracteriza por una curva de altura de

columna dinámica generada vs. Caudal a alguna velocidad estándar determinada por la

frecuencia. Si la velocidad cambia, se genera una nueva curva; una mayor si la

frecuencia se aumenta y una más pequeña si la frecuencia decrece. Si se acopla la

bomba a un motor de inducción trifásico, y se varía la frecuencia de funcionamiento del

motor, su velocidad cambia en proporción directa al cambio de frecuencia. Por lo tanto,

la velocidad de la bomba y de allí su salida hidráulica puede ser controlada simplemente

variando la frecuencia del suministro de potencia - siempre y cuando los límites de

carga del motor y el voltaje sean observados adecuadamente.

La técnica de combinar las características de desempeño de la bomba centrífuga y del

motor de inducción trifásico, nos permite desarrollar una curva de desempeño para

cualquier frecuencia dentro de los límites útiles. Las siguientes ecuaciones fueron

derivadas en base a estas condiciones (Leyes de Afinidad):

ECUACIÓN 9

Nuevo caudal de flujo = Nueva frequencia

60 HzCaudal de flujo @ 60 Hz

Alt. Columna nueva =Nueva frequencia

60 HzAlt. de columna @ 60 Hz

2

Potencia nueva = Nueva frequencia

60 HzPotencia @ 60 Hz

3


45

FIGURA 18. CURVA CARATERISTICA UNA PARA UNA ETAPA A

FRECUENCIA VARIABLE


3.3.5 EFECTOS SOBRE EL MOTOR.

Un motor de frecuencia fija de un tamaño particular tiene un torque de salida máximo

específico, siempre que se suministre el voltaje de placa a sus terminales. Este mismo

torque se puede lograr a otras velocidades variando el voltaje en proporción a la

frecuencia - de esta forma la corriente magnetizadora y la densidad del flujo magnético

permanecerán constantes, y así el torque disponible será constante (a deslizamiento

nominal). Como resultado, la potencia de salida será directamente proporcional a la

velocidad, ya que la potencia se obtiene de multiplicar el torque por la velocidad. Se

observará que esta re-clasificación de motores aumenta la potencia máxima disponible

para un tamaño particular de rotor.

Potencia nueva del motor = Nueva frequencia

60 HzPotencia del motor @ 60 Hz

46

3.3.6 LA BOMBA, EL MOTOR Y EL VCD

Normalmente la bomba es escogida para entregar una cierta salida hidráulica a una

velocidad particular. El tamaño del motor puede seleccionarse de manera que su

capacidad se ajuste a la bomba cuando opera a la velocidad escogida. Por encima de esa

velocidad el motor estará sobrecargado y habrá una condición de baja carga a

velocidades más lentas, debido a la naturaleza cúbica de la carga de la bomba. Esto se

refleja en la corriente consumida por el motor. El amperaje de placa del motor solo será

consumido a la velocidad escogida.

El requerimiento de KVA en la superficie se calcula en la forma normal, incluyendo la

pérdida resistiva en el cable, pero el cálculo se realiza a la frecuencia máxima, ya que

esto representa el requerimiento pico del sistema. Se escoge una unidad VSC cuya

capacidad en KVA se ajuste o exceda los requerimientos.

La característica lineal del rendimiento de potencia del motor intercepta la característica

cúbica de la potencia consumida por la bomba a la frecuencia máxima de diseño. Las

frecuencias de operaciones más altas podrían generar una situación de sobrecarga del

motor. Estos principios cubren la teoría, pero en la práctica hay varios detalles

adicionales que necesitan ser tomados en consideración cuando se diseña un sistema

VSC total.

47

FIGURA 19. HP VS BHP


3.4 REQUERIMIENTO DE KVA.

Debido a la amplia flexibilidad o variados voltajes y condiciones en las que un

transformador puede operar, junto con la inhabilidad para determinar a que factor de

potencia serán empleados, no es factible decir que el valor de kilovatios es el mismo que

el de KVA. Por ello la potencia en los transformadores es expresada en kilo voltio-

ampere, lo que representa su potencia aparente. Muy pocos transformadores están

expresados en voltios-amperes o en un valor decimal. Por ejemplo: 0,75kVA son 750

VA.

Para determinar el tamaño de un transformador necesario para una aplicación

determinada es necesario saber las condiciones de uso. Por ejemplo:

180 HP, 1000V, 113ª

48

profundidad de fijación 3000ft

Temperatura de fondo 200°F

Cable #1 de cobre, 3100ft

La tabla para el cálculo de tensión de superficie en la sección de procedimientos de

campo muestra una caída de 24V cada mil pies para cable #1 con 113ª. Para alimentar el

motor con 1000V la salida del transformador debería ser de aproximadamente 1072V.

La siguiente ecuación es empleada para calcular los KVA requeridos para el sistema

trifásico.

Cálculo de los KVA requeridos

1000

)1,732 x amps x superficie de voltaje(kVA

KVA= (1000V x 113A x 1,732) / 1000=215 KVA.

Tres transformadores de 75kVa o uno de 215kVA son requeridos para esta instalación.

3.3.1 GRADO DE SOBRECARGA

Típicamente los transformadores son diseñados en forma conservativa y tienen una

capacidad de sobrecarga basadas en características y condiciones de temperatura.

La condición de sobrecarga está determinada por las siguientes pautas

La temperatura en la parte superior del aceite antes de entrar en sobrecarga es de

75°C.

La temperatura en la parte superior del aceite no deberá ser mayor a los 85°C

durante el período de sobrecarga.

49

Cuando el promedio diario de temperatura es menos a los 30°C el transformador puede

ser operado continuamente con un 1% de sobrecarga por cada grado por debajo de los

30°C de promedio.

TABLA 9. SOBRECARGAS PERMITIDAS EN EL TRANSFORMADOR

Temperatura en la parte superior Sobrecarga permitida

35°C 100%

45°C 75%

55°C 50%

65°C 24%

75°C 10%


AUTOR: Eduardo Juárez Ruales

3.3.2 IMPEDANCIA DE TRANSFORMADORES

La impedancia del transformador es la oposición total (resistiva y reactiva) que el

transformador ofrece al paso de la corriente alterna a una frecuencia dada. El valor de la

impedancia expresado como un porcentaje está grabado en la placa del transformador

como información estándar.

Los transformadores empleados en los sistemas de bombeo electrosumergible son

diseñados para tener una mayor impedancia que los transformadores convencionales de

distribución por las siguientes razones.

50

1. Para incrementar la resistencia mecánica del sistema.

2. Reducir la magnitud de las fuerzas magnéticas actuantes en los bobinados del

transformador durante el arranque y condición de cortocircuito del motor.

3. Limitar la magnitud de la corriente de sistema en la condición de atascamiento y

arranque del motor.

4. El incremento de la impedancia de estos transformadores no eleva las pérdidas

debido a que la resistencia en los bobinados permanece constante. La reactancia

de los bobinados es elevada resultando esto en una mayor regulación de voltaje

para bajos factores de potencia, sin embargo esto es una ventaja en los arranques

directos.

Cuando un banco de tres transformadores monofásicos son conectados en triángulo sus

impedancias deberán ser idénticas para obtener un mayor balance. Cuando están

conectados en estrella la diferencia de impedancias no deberá ser mayor al 15% entre

los transformadores. Diferencias mayores a esta tendrán como consecuencia

sobrecalentamiento, desbalance de voltaje y falla prematura del equipo.

3.4 ANÁLISIS DE LOS EQUIPOS ANTES DE ARRANCAR EL MISMO

TEXTO

Antes del arranque de un pozo se debe a analizar el comportamiento del mismo para

determinar mediante las cartas amperométricas si en pozo tiene problemas de presencia

de gas, problemas en el equipo al momento de los arranques, o si es un equipo que

arranca sin problemas.

51

3.4.1 ANÁLISIS DE LAS CARTAS AMPEROMETRICAS ANTES DE UN

ARRANQUE.

Una de las más comunes y valiosas herramientas disponibles para el técnico de campo

para solucionar problemas es registrador amperométrico. Apropiadamente monitoreada,

la carta amperométrica puede proveer información valiosa para la detección y

corrección de problemas operacionales menores antes de que puedan causar problemas

mayores. Cuando el registrador es apropiadamente utilizado y comprendido, puede ser

muy importante para mostrar cambios en las condiciones operativas del equipo o del

pozo. La interacción entre el pozo y el equipo de fondo será algunas veces conflictiva,

y, en esos casos, este desbalance es reflejado en el registrador.

Es muy importante que el rango del transformador de corriente (CT) sea configurado

para asegurarse de que (en condiciones normales de operación) la pluma registre cerca

de la zona central de carta. Las condiciones de sobre y baja corriente deben quedar

registradas dentro de los límites de la carta para fines diagnósticos. Una carta

amperométrica que lee el amperaje correcto para el rango elegido es necesaria. Muchas

operaciones son llevadas a cabo con la relación incorrecta, con la carta incorrecta o

ambas. Los procedimientos para determinar el rango correcto del CT están indicados en

la sección de procedimientos de campo.

Asumiendo que el registrador funciona correctamente, un número de cambios en las

condiciones de operación pueden ser definidos por medio de la apropiada interpretación

de la carta amperométrica. Algunas condiciones potencialmente dañinas son:

Bajo amperaje, bajo amperaje o amperaje errático.

52

Fluctuaciones en el sistema de energía.

Los siguientes lineamientos discuten la apropiada interpretación de las cartas

amperométricas y su relación con otras guías en la solución de problemas y

mantenimiento preventivo de bombas electrosumergibles.

FIGURA 20. BRITOR

FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales

3.4.1 OPERACIÓN NORMAL

Un motor trifásico, de dos polos, velocidad constante de inducción bajo una condición

de carga constante es un amperaje constante. Una instalación optimizada está diseñada

de tal forma que la potencia está dentro del 10% de la de placa, y la TDH no varía más

de un 5% de la actual. Bajo estas condiciones, el registrador debería trazar una curva

suave y simétrica cercana al valor de corriente de placa. La siguiente carta ilustra

condiciones ideales. Un pozo que no produce una curva suave, pero el la línea de

amperaje es consistente día a día es considerada normal para esas condiciones de pozo.

Cualquier desviación de la operación normal del pozo es debido a posibles problemas o

condiciones cambiantes del pozo.

53

FIGURA 21. INDICANDO UNA OPERACIÓN NORMAL


3.4.2 FLUCTUACIÓN DE ENERGÍA

Bajo operación normal continua, la energía consumida por el motor permanece

constante. Bajo estas circunstancias, el amperaje varía inversamente con el voltaje.

Consecuentemente, si la tensión de alimentación fluctúa, la corriente fluctuará en un

intento por mantener una potencia constante. Estas fluctuaciones se verán reflejadas en

la carta amperométrica. La causa mas común de fluctuaciones de tensión es la

sobrecarga del sistema de alimentación.

54

FIGURA 22. CARTA AMPEROMETRICA

FLUCTUACIONES EN LA FUENTE DE

TENSION


3.4.3 BLOQUEO POR GAS

La siguiente figura muestra una carta perteneciente a una bomba con bloqueo por gas y

consecuentemente se detuvo. En el arranque, el nivel del fluido anular es alto, luego, la

producción y el amperaje son incrementados levemente debido al reducido TDH. Esto

es seguido de un período normal de operación con el nivel de fluido cercano al del

diseño. Una disminución en el amperaje y cierta fluctuación es registrada cuando el

nivel de fluido queda por debajo de lo diseñado a medida que el gas comienza a

formarse cerca de la bomba, finalmente, volviéndose errática a la vez que el fluido llega

a un nivel cercano al del intake. Cargas cíclicas de gas causan el paro por baja carga del

sistema.

Algunas veces, es posible remediar esta situación bajando la bomba hasta un punto en

donde la aparición de gas es suficientemente baja como para permitir una operación

55

continua. De no poderse bajar la bomba, puede que sea posible disminuir la producción

hasta que un nivel apropiado de producción es alcanzado. Si ninguna de estas soluciones

son viables, un sistema de funcionamiento cíclico deberá ser diseñado para maximizar

la extracción de fluido.

FIGURA 23. CARTA AMPEROMETRICA INDICANDO BLOQUEO POR GAS


3.4.4 CONDICIÓN DE POZO SIN NIVEL DE FLUIDO

La siguiente figura muestra la carta amperométrica de un sistema que dejó sin nivel al

pozo y luego se detuvo por baja corriente, fue re arrancado automáticamente y detenido

nuevamente por la misma razón.

El análisis de las secciones A, B y C son idénticas a las de bloqueo por gas excepto que

no hay fluctuaciones visibles por ruptura de gas evidentes, debido a que se asume que

no hay gas presente. En la sección D, el nivel de fluido se acerca al intake de la bomba y

el flujo y el amperaje decrecen. Finalmente, el nivel de bajo corriente establecido es

alcanzado y el sistema se desconecta. Cuando el sistema se apaga por baja corriente una

secuencia automática de re arranque se dispara. Como es mostrado, el sistema es re

arrancado automáticamente después del tiempo establecido. Durante la desconexión, el

56

nivel del fluido aumentó levemente. Cuando el sistema re arranca, el nivel de fluido no

había alcanzado el nivel estático y la secuencia comienza de nuevo.

El problema es que el sistema es demasiado grande para esta aplicación. La bomba

deberá ser redimensionada. Una estimulación podría incrementar la productividad del

pozo lo suficiente como para balancear el sistema.


INDICANDO UNA CONDICION DE VACIO DEL

POZO


3.4.5 CONDICIÓN DE POZO SIN NIVEL DE FLUIDO – FALLA EN EL

ARRANQUE

La siguiente figura muestra una línea de amperaje de una sistema que se ha detenido por

baja carga, luego falló en re arrancar automáticamente, y luego arrancó comenzando el

ciclo de nuevo. El análisis de esta gráfica es similar al anterior, excepto que en este caso

57

el tiempo de re arranque automático no es suficiente como para permitir que el nivel del

pozo se recupere. Es sistema está considerablemente sobredimensionado. El cronómetro

de re arranque debería ser ajustado de tal forma que permita que el pozo recupere su

nivel. La bomba debería ser redimensionada o bien el pozo estimulado para lograr un

equilibrio en el sistema.


INDICANDO LA PERDIDA DE NIVEL DEL

POZO Y LA IMPOSIBILIDAD DE RE

ARRANQUE


3.4.6 CICLOS FRECUENTES DE CORTA DURACIÓN

Ciclos frecuentes de corta duración en un motor electrosumergible producen una carta

similar a la de pérdida de nivel excepto que los tiempos de funcionamiento son más

cortos y los ciclos mas frecuentes. El historial de amperaje aplica generalmente a

motores que son demasiado grandes para la aplicación. Es muy inusual encontrar un

58

sistema electrosumergible tan mal dimensionado. Si la productividad del pozo es

compatible con el sistema, otros problemas deberán ser considerados.

La acción correctiva consiste en determinar el nivel del fluido inmediatamente después

del paro. Si el nivel del fluido está sobre la bomba verifique por inusuales altas

presiones en la cañería. Si la línea de descarga está obstruida o una válvula cerrada al

paso del fluido una reducción en la producción ocurrirá, acompañado de una caída en el

nivel de corriente. Si la presión de descarga es razonablemente baja verifique por bajos

niveles de producción. Cualquier nivel de caudal bajo sería causado por una pérdida en

la cañería. Los ciclos frecuentes de corta duración son extremadamente perjudiciales

para los motores, esta condición deberá ser corregida inmediatamente.

FIGURA 26. CARTA AMPEROMETRICA INDICANDO CICLOS

FRECUENTES DE CORTA DURACIÓN


3.4.7 CONDICIONES DE ALTO CONTENIDO DE GAS

La siguiente figura muestra el trazo de corriente de un sistema que se encuentra

operando cercano a los niveles del su diseño, pero está manejando un fluido liviano con

gas. La fluctuación es causada por gas atrapado y libre en una solución de fluido mas

pesado. Esta condición es usualmente acompañada por una reducción en la producción

59

total. Una bomba electrosumergible intentará bombear cualquier fluido presente en el

intake, incluyendo gas. Un barril de gas representa una contribución a la producción,

pero si representa un volumen sustancial en la bomba. Un manejador de gas deberá ser

considerado en la próxima instalación para mejorar el manejo del gas e incrementar la

producción.

Este tipo de trazo de amperaje puede también ser el resultado de bombear fluido

emulsionado, donde el intake es obstruido momentáneamente por la emulsión. En un

bloqueo por emulsión las puntas que aparecen en el gráfico se encuentran por debajo del

nivel normal de corriente.

FIGURA 27. CARTA AMPEROMETRICA INDICANDO CONDICIONES DE

ALTO CONTENIDO DE GASEOSO


3.4.8 PARA INMEDIATO POR BAJA CORRIENTE

La siguiente figura muestra el trazo de corriente de un sistema que está arrancando,

funcionando por un corto período de tiempo y luego deteniéndose por baja corriente.

Este ciclo es repetido por una secuencia de arranque automático. Generalmente, esto es

causado por un fluido sin suficiente densidad o volumen para cargar al motor con un

60

amperaje arriba de la configuración de baja carga. Si las pruebas de productividad

muestran que hay fluido disponible en el intake, puede ser posible solucionar este

problema al bajar la configuración de corte por baja corriente. Otra causa de este

comportamiento es la falla del cronómetro que bloquea el corte por baja corriente

durante la secuencia de arranque.

FIGURA 28. CARTA AMPEROMETRICA INDICNDO PARO INMEDIATO

POR BAJO CORRIENTE


3.4.9 FALLA EN EL PARO POR BAJA CARGA

La siguiente figura muestra el trazo de corriente de un sistema que experimenta un

arranque normal, seguido de una disminución de la corriente hasta llegar al nivel de

corriente de vacío del motor. Después de un tiempo de funcionamiento sin carga la

unidad falla por sobrecarga. Este comportamiento es típico de una unidad

sobredimensionada para la aplicación y una pobre protección por baja carga. La unidad

eventualmente vacía el pozo hasta un punto en donde la alarma de baja carga apaga la

61

unidad, pero en este caso, la alarma falló o fue mal configurada. Sin producción, el

motor funcionó hasta que el incremento de temperatura causó que el motor o el cable se

quemaran. El fluido que circula por el motor permite la refrigeración del mismo.

FIGURA 29. CARTA AMPEROMETRICA INDICANDO UNA FALLA EN EL

CORTE POR BAJA CARGA


3.4.10 CONTROL DE NIVEL DE TANQUE

La siguiente figura muestra el trazo de corriente de un sistema que es controlado por un

interruptor de nivel. El interruptor apaga la unidad y comienza la secuencia de arranque

automático. Este tipo de operación es normal, pero el punto clave está en el retardo de re

arranque. En este caso, el retardo es demasiado corto. En casi todos los casos, cuando el

equipo se detiene, la columna de fluido tiende a descender por la bomba, haciéndola

girar en sentido inverso. Intentar arrancar cualquier bomba electrosumergible en estas

condiciones tendrá como consecuencia un daño en la misma como un eje doblado o

cortado. Un mínimo de 30 minutos es requerido para asegurarse de que no está girando

en sentido inverso.

62

FIGURA 30. CARTA AMPEROMETRICA MOSTRANDO UN SISTEMA QUE

ES CONTROLADO POR UN INTERRUPTOR DE NIVEL


3.4.11 CONDICIONES NORMALES DE SOBRECARGA

La siguiente carta muestra un trazo de corriente correspondiente a un sistema que tuvo

un paro por sobrecarga. La sección A de la curva muestra un arranque con un nivel de

corriente por debajo del de placa, gradualmente aumentando. La sección B muestra la

unidad funcionando correctamente. La sección C muestra un gradual incremento en el

amperaje hasta que finalmente de para por sobrecarga. Hasta que la causa de esta

sobrecarga sea corregida no se deberá intentar re arrancar. La instalación completa

deberá ser analizada.

Causas comunes de este tipo de paros son incrementos en la gravedad específica o

viscosidad del fluido, producción de arena, emulsiones, o problemas mecánicos como

descargas atmosféricas, sobrecalentamiento del motor o equipo desgastado.

63

FIGURA 31. CARTA AMPEROMETRICA INDICANDO UN PARO POR

SOBRECARGA


3.4.12 CONDICIONES DE BOMBEO DE SÓLIDOS

La siguiente carta muestra el trazo de corriente de un sistema que arranca, bombea

erráticamente por un corto período de tiempo y luego bombea normalmente. Este tipo

de operación es esperado cuando se está limpiando el pozo de restos sólidos como

incrustaciones, arena, barro, etc. Este tipo de operación no es usual, pero no es

recomendada.

La potencia actual requerida es proporcional a la gravedad específica del fluido. Si es

necesario el uso de fluidos para ahogar el pozo, utilice uno del menor peso posible y

contacte el ingeniero de aplicaciones para determinar los requerimientos de arranque.

Bajo ciertas circunstancias, puede que sea necesario contrapresionar en boca de pozo

para evitar un amperaje excesivo. Si el pozo produce inicialmente arena, se lo deberá

hacer producir inicialmente con bajo caudal a una capacidad reducida para lentamente

retirar la arena.

64

FIGURA 32. TRAZO DE CORRIENTE DE UN SISTEMA QUE ARRANCA,

BOMBEA ERRATICAMENTE POR UN CORTO PERIODO Y LUEGO

BOMBEO NORMALMENTE


3.4.12 INTENTOS DE EXCESIVOS DE ARRANQUE MANUAL

La siguiente carta muestra el trazo de corriente de un sistema que funcionaba

normalmente hasta que ocurrieron fluctuaciones. Finalmente, la unidad se detuvo

debido a una sobrecarga. Arranques manuales fueron intentados. Si un arranque manual

falla bajo estas condiciones, la unidad deberá ser verificada por un técnico calificado. In

este caso, fluctuaciones de la alimentación causaron el paro del sistema. Cuando el

motor no arranca, otras áreas deberán ser investigadas. Por ejemplo, si una fase del

primario se quemó, la unidad intentará arrancar en condición monofásica,

inmediatamente parándose. Este tipo de intento de arranques eventualmente destruirá el

equipo.

65

3.4.13 CONDICIÓN DE CARGA ERRÁTICA

La siguiente figura muestra el trazo de corriente de un sistema de comportamiento

errático. Este tipo de comportamiento es usualmente producido por fluctuaciones en la

gravedad específica o grandes cambios en la presión de superficie. En esta figura, el

sistema finalmente se detiene debido a una sobrecarga y no arrancó automáticamente.

Algunos resultados típicos o causas simultáneas de una falla por sobrecarga de este tipo

son una bomba congelada, un motor quemado, un cable quemado o fusibles quemados.

No se deberá intentar un arranque manual hasta que el sistema sea minuciosamente

inspeccionado por un técnico y la causa determinada.

FIGURA 33. TRAZO DE CORRIENTE DE UN SISTEMA DE

COMPORTAMIENTO ERRÁTICO


CAPÍTULO IV

66

CAPÍTULO IV

4 DISEÑO DEL SISTEMA

Para la aplicación del power tráiler debemos simular los equipos con los cuales

podemos aplicar este proyecto.

4.1 DATOS PARA EL DISENO DEL EQUIPO

La selección de una unidad de bombeo electrosumergible, en la mayoría de las

condiciones, no es una tarea difícil, especialmente si los datos son confiables. Para

nuestra aplicación tomaremos datos de pozos adyacentes.

A continuación se halla la lista de datos requeridos para un buen diseño de un

equipo electrosumergible:

4.1.1 DATOS DEL POZO.

1. Tamaño de la tubería de revestimiento y su peso.

El tamaño de la tubería de revestimiento es con la cual se completa el pozo que

puede ser de 13 3/8”, 9 5/8”, 7”, y 5 ½”.

2. Profundidad de asentamiento de la tubería de revestimiento (vertical y

medida).

Es a la profundidad a la cual vamos a llegar con tubería 9000 ft (pies), 10000ft,

etc.

3. Tamaño, tipo y conexión de la tubería de producción (nueva o usada).

Los tipos de tubería puedes ser tipo A, B nueva o usada quiere decir, y las

conexiones si son NewVam, Atlas, etc.

67

4. Intervalo de perforaciones del pozo, con disparos o abierto.

Es la distancia que esta disparado el pozo quiere decir que tenemos en la zona de

interés disparado 20, 10 , 5 ft dependiendo del programa.

5. Profundidad de asentamiento de la bomba, (medida y vertical).

A la altura que vamos a asentar la bomba, esto depende de la presión de fondo

fluyentey que la bomba no quede a la altura de las perforaciones y debajo del

nivel de fluido, como vimos en el capitulo anterior.

4.1.2 DATOS DE PRODUCCIÓN.

1. Presión de la tubería de producción en la cabeza del pozo.

La presión que tendremos en la superficie de la tubería de revestimiento mejor

conocido como caising.

2. Presión en la tubería de revestimiento en la cabeza de pozo.

La presión que tendremos en la superficie de la tubería de producción mejor

conocido como tubing.

3. Nivel de producción de ensayo del pozo.

La cantidad de fluido que el pozo va a producir.

4. Nivel de fluido y/o presión de fondo fluyente.

La presión que ejerce el yacimiento hacia el pozo perforado.

5. Nivel de fluido estático y/o presión estática de fondo de pozo.

La presión constante que tendremos en el pozo.

6. Profundidad de referencia.

La profundidad tomada de un pozo similar.

7. Temperatura en el fondo del pozo.

68

8. Caudal de flujo deseado.

La cantidad de fluido que se espera extraer o tener en superficie.

9. Relación gas - aceite (prod GOR y Rs).

La cantidad de gas que vamos a tener en el fluido extraído a superficie.

10. Presión del punto de burbuja.

La presión en la cual el fluido se convierte en gas.

11. Corte de agua.

La cantidad de agua que vamos a tener en el fluido extraído a superficie.

4.1.3 CONDICIONES DEL FLUIDO DEL POZO

1. Gravedad específica del agua.

2. Gravedad específica o API del petróleo.

3. Gravedad específica del gas.

4. Presión del punto de burbuja del gas.

5. Viscosidad del petróleo.

4.2 DISEÑO DEL POZO EDY K 129

El diseño del pozo se lo debe hacer siguiendo los siguientes parámetros.

4.2.1 DATOS DEL POZO

Tubería de Revestimiento: 7 pulgadas de diámetro exterior, peso 23

lbs/pie (7” OD 23#)

Tubería de producción: 2-7/8 pulg. de diámetro exterior, 8 Rd, EUE,

nuevo

69

Intervalo de perforaciones: 5300 a 5400 pies de profundidad (vertical).

Profundidad de asentamiento de la bomba: 5200 pies (medido y vertical).

4.2.2 DATOS DE PRODUCCIÓN:

Presión de tubería. de producción en cabeza de pozo: 150 psi

Caudal de ensayo: Q = 900 BPD

Prof. de referencia: 5350 pies.

Presión de fondo fluyente de ensayo: Pwf = 985 psi

Presión de fondo estática: Pr = 1,650 psi

Temperatura de fondo de pozo: BHT = 180 °F

Relación gas petróleo: No hay

Corte de agua: W.C. = 90%

Producción deseada: 2,000 stb/d (tanque)

4.2.3 CONDICIONES DEL FLUIDO DEL POZO:

Peso específico del agua: 1.02

Gravedad API del aceite: 30° (0.876)

Peso específico del gas: No hay

Punto de burbuja del gas: No hay

Viscosidad del aceite: No se conoce

4.2.4 SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA:

Voltaje primario disponible – 7,200 / 12,470 volts

Frecuencia -- 60 Hz

Capacidad de la fuente de energía -- Sistema estable

70

4.2.5 DETERMINAR LA PRESIÓN DE ENTRADA DE LA BOMBA (PIP):

La presión de entrada de la bomba al flujo deseado puede ser calculada a partir de

las condiciones de producción presentes. Como el corte de agua es muy alto y el

GOR no se conoce, el índice de productividad constante dará, muy probablemente,

resultados satisfactorios.

Cálculo del Índice de productividad (PI constante)

ECUACIÓN 9

PI = Q

P - Pr wf

Donde:

Q = Caudal de prueba

Pr = Presión Estática del yacimiento

Pwf = Presión Fluyente o Dinámica al caudal Q

PI = 900 bpd

1,650 psi - 985psi

PI = 1.353 bpd / psi

El caudal máximo de producción del pozo (a Pwf = 0 psi) es el siguiente:

Q = PI (P - 0)max r

Q = 1.353 (1,650 psi - 0)max

Qmax = 2,233 bbl/d

Luego, hallar la presión fluyente del pozo (Pwfd) al caudal deseado 2.000 bpd (Qd):

P = P - Q

PIwf rd

71

P = 1,650 psi - 2,000 bpd

1.353 bpd / psiwf

Pwf = 171.8 psi

FIGURA 34. CURVA DEL COMPORTAMIENTO DEL POZO

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 500 1000 1500 2000 2500

Caudal de flujo (qo), stb/d

Pre

sió

n d

e fl

ujo

(P

wf)

, psi

g

PI constante

qomax = 2,233 stb/d


La presión de entrada de la bomba se puede determinar corrigiendo la presión de

fondo fluyente del pozo por la diferencia entre la profundidad de asentamiento de la

bomba y la profundidad de referencia y considerando la pérdida por fricción en el

espacio anular de la tubería de revestimiento.

Como la bomba está asentada sobre las perforaciones, la pérdida por fricción debido

al flujo en el revestimiento desde las perforaciones hasta la profundidad de

asentamiento de la bomba será despreciable en comparación con la presión dinámica

y puede ser ignorada. Además, como hay agua y aceite en el fluido producido, es

necesario calcular la gravedad específica compuesta de los fluidos producidos.

72

La gravedad del fluido

ECUACIÓN 10

(SGL) = (SGPetróleo x % Petróleo) + (SGAgua x % Agua)

(SGL) = (1.02 x 0.9) + (0.876 x 0.1) = 1.01.

Donde:

SGL: gravedad especifica del fluido

SGPetróleo : gravedad especifica del petróleo

% Petróleo: porcentaje de petróleo

SGAgua : gravedad especifica del agua

% Agua. Porcentaje de agua

La diferencia entre la profundidad de referencia (5.350') y la profundidad de

asentamiento de la bomba (5.200') es de 150 pies. Para calcular la presión de

entrada de la bomba (PIP) podemos convertir esta diferencia de 150 pies a psi y

restarla de la presión de flujo del pozo (Pwfd), calculada anteriormente para el caudal

deseado de 2.000 bpd:

ECUACIÓN 11

PIP = P - (Prof. de referencia - Prof. de la bomba) SG

2.31 ft / psiwfL

PIP = 171.8 psi - (5,350 ft - 5,200 ft) 1.01

2.31 ft / psi

PIP = 106.2 psi

Donde

PIP: presión de entrada de bomba

73

Pwf. : Presión de fondo fluyente

SGL. Gravedad especifica del fluido

2.4.6 COLUMNA DINÁMICA TOTAL (TDH)

Es la altura total requerida para bombear la capacidad de fluido deseada.

FIGURA 35. TDH


Esta altura hace referencia al trabajo requerido para levantar una la columna vertical

de fluido determinada, desde la descara de la bomba hasta la superficie. Tomando en

cuenta el tipo de bomba empleada, el valor de TDH es usado para calcular el

número de etapas necesarias para levantar la columna de fluido. La columna

dinámica total se calcula de la siguiente forma:

ECUACIÓN 12

TDH = Hd + Ft + Pd

Hd : Distancia vertical entre la cabeza del pozo y nivel estimado de producción.

74

H = Prof. vertical de la bomba - PIP 2.31 ft / psi

SGLd

o también:

H = Prof. vertical de referencia - P 2.31 ft / psi

SGdwf

L

H = 5,350 ft - 171.8 2.31 ft / psi

1.01d

Hd = 4,957.1 ft

Ft : Perdida por fricción en la tubería. Se determina usando la fórmula Hazen –

Williams

Viendo en la tabla 10 para T.P. nueva de 2 7/8 “ a 2.000 BPD (31 pies/1.000).

F = 5,200 ft 31 ft

1,000 ftt

Ft = 161.2 ft

Pd : Presión necesaria para superar la presión existente en la línea de flujo (presión

deseada en la cabeza del pozo).

La presión de tubería en la cabeza de pozo requerida es 150 psi. Convirtiendo

a altura de columna (pies):

P = Presión (psi) 2.31 ft / ps

SGdL

P = 150 psi 2.31 ft / psi

d

101.

Pd = 343.1 ft

75

TABLA 10 GRÁFICA DE PÉRDIDA POR

FRICCIÓN


En resumen: Hd = 4,957 ft

Ft = 161 ft

Pd = 343 ft

Columna Dinámica Total (TDH) = 4,967 ft + 161 ft + 343 ft

TDH =5,461 pies

4.3 BOMBA SELECCIONADA

El tipo de bomba 2200. El rango óptimo de operación de esta bomba se extiende

desde 1,500 bbl/d hasta 2000 bbl/d a 60Hz.

Tenemos la curva de desempeño de la bomba correspondiente a 60 Hz para la

bomba tipo 2200. Utilizando la curva de desempeño encontrar, a la tasa de

76

producción deseada de 2000 bpd, la altura de columna por etapa (49.7 ft/etapa) y el

consumo de potencia por etapa (1.09 bhp/etapa).

FIGURA 36. EFICIENCIA DE LA BOMBA A 60

Hz

RANGO DE OPERACION

EFICIENCIA DE LA BOMBA

ALTURA DE COLUMNA

POTENCIA AL FRENO (BHP)

ALTURA DECOLUMNA (ft)

60HERTZ

RPM @ 60 Hz = 3500, Graveda especifica = 1.00Bomba electrosumergible de Centrilift

Serie 513

FUENTE : Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales

Determinar el número de etapas requeridas para la bomba en esta aplicación

ECUACIÓN 13

No. Etapas = Altura Dinámica Total

Altura / etapa

No. Etapas = 5,460 ft

49.7 ft / etapa = 110 Etapas

Una vez determinado el número de etapas, podemos calcular la potencia al freno de

la bomba (BHP), tal y como sigue:

BHP = BHP/Etapa x Número de etapas x SGL

77

La potencia al freno por etapa para la bomba 2200 es igual a 1.09 BHP/etapa.

BHP = 1.09 BHP/etapa x 110 etapas x 1.01 = 121 BHP

4.4. CABLE DE POTENCIA SELECCIONADO

El tamaño adecuado del cable depende de factores combinados de caída en el

voltaje, amperaje y espacio disponible entre las uniones de la tubería de producción

y la tubería de revestimiento.

Se recomienda que, para el amperaje del motor seleccionado y la temperatura de

fondo de pozo dada, la selección de un tamaño de cable sea tal de asegurar una caída

de voltaje de menos de 30 voltios por 1,000 pies para asegurar la capacidad de

transporte de corriente del cable. Sin embargo, para los pozos profundos se

recomienda buscar una caída de voltaje en el cable menor que el 15% del voltaje de

placa del motor. Si la caída de voltaje es entre el 15% y el 19% se podrá requerir de

un controlador de velocidad variable. Por encima del 19% comunicarse con el

fabricante de la bomba sumergible para realizar un estudio especial. Si la caída del

voltaje es demasiado baja, el par de arranque puede resultar en la rotura del eje.

Considerar el uso de un VSD si la caída del voltaje en el cable es menos del 5%.

Ingresando la corriente del motor (35 Amps) y la temperatura de fondo de pozo

(180° F) se encuentra que la temperatura de funcionamiento del cable es de 193° F.

Se seleccionar el cable en base a esta temperatura de operación.

Seleccionaremos el cable Nº 4 que tiene una caída de voltaje de 16 volts/1.000 pies

a 68°F. Añadiendo 200 pies de cable para las conexiones de superficie, y

corrigiendo para 193°F de temperatura en el conductor, la caída de voltaje será:

Caida de Voltaje = 16 volts 5,400 ft 1.267

1,000 ft = 110 Volts

78

La caída de voltaje calculada es igual al 5% del voltaje de placa, por lo tanto es

seguro decir que la unidad arrancará utilizando un panel de control estándar.

FIGURA 37. PÉRDIDA DE VOLTAJE EN EL CABLE


79

FIGURA 38. TEMPERATURA VS CORRIENTE


Debemos determinar el voltaje de superficie requerido, que es igual al voltaje de

placa del motor más la caída del voltaje:

Voltaje de superficie = 2,145 volts + 110 volts = 2,255 volts

Ahora se puede calcular los KVA del sistema con la ecuación:

KVA = Voltaje en superficie Amperios del motor 1.73

1000

KVA = 2,255 volts 35 amps 1.73

1000

= 137 KVA

80

4.5 DISEÑO DEL VARIADOR DE FRECUENCIA PARA EL POWER TRAILER

Todos fueron diseñados para funcionar a velocidad constante (60 Hz).

Al usar un Variador de Frecuencia (VSD) para cambiar la velocidad operacional de

una bomba electrosumergible, las características de desempeño de la bomba

cambiarán respectivamente a los diferentes pozos. Estos cambios se pueden

predecir mediante el uso de las Leyes de Afinidad, las cuales gobiernan el

desempeño de la bomba centrífuga a medida que ocurren cambios en la velocidad de

operación. Cuando se aplican a cada punto sobre una curva de desempeño altura de

columna-caudal, estas leyes demuestran como con cambios de velocidad de

operación:

la capacidad es directamente proporcional a la velocidad;

la altura de columna generada es proporcional al cuadrado de la velocidad;

la potencia al freno es proporcional al cubo de la velocidad;

y la potencia generada por el motor es directamente proporcional a la velocidad.

La relación matemática entre estas variables se puede ilustrar de la siguiente forma:

ECUACIONES 14

Q2 = Q1

N

N2

1

H2 = H1 N

N2

1

2

BHP2 = BHP1 N

N2

1

3

MHP2 = MHP1 N

N2

1

81

Donde:

Q1, H1, BHP1, MHP1 y N1 = Valores iniciales de:

Caudal de producción,

Altura de columna,

Potencia al freno,

Potencia generada por el motor y Velocidad.

Q2, H2, BHP2, MHP2 y N2 = Valores nuevos de: Caudal de producción, Altura de

columna, Potencia al freno y Velocidad.

Para poder operar el power tráiler se debe tener lo siguiente del pozo.

1.- Obtener y analizar los datos de operación del equipo (motor).

2.- Definir los rangos de producción (barriles por día) para el gasto mínimo y máximo,

la profundidad de asentamiento de la bomba y las presiones de entrada de la bomba, o

los niveles de fluido, para los niveles de producción deseados.

3.- Calcular el volumen de aceite, de gas libre y de agua en la entrada de la bomba

utilizando los datos de ensayo o las correlaciones de flujo multifásico que mejor se

ajusten a sus condiciones.

4.- Calcular la columna dinámica total requerida (TDH) para el caudal de producción

mínimo y el máximo, igual a la suma de la altura neta de columna, la pérdida por

fricción y la presión de descarga en la cabeza de pozo. Si los datos están disponibles,

determinar la presión de descarga de la bomba utilizando correlaciones de flujo

multifásico y los datos de PVT.

5.- Basándose en las curvas de desempeño de la bomba con Variador de Frecuencia

(VSD), seleccionar una bomba que quepa en el revestimiento del pozo y que el rango de

82

producción en la entrada de la bomba permanezca dentro de los rangos de capacidad

recomendados para la bomba, a la frecuencia deseada.

Desde la curva de desempeño, determinar la altura / etapa y la potencia al freno /

etapa a la frecuencia de operación máxima deseada. Calcular el número de etapas

requeridas para proporcionar la altura dinámica total, que es igual a la altura

dinámica total dividido por la altura generada por etapa a la frecuencia máxima de

operación.

Luego, determinar la altura / etapa desarrollada para el caudal mínimo deseado:

Altura minima / Etapa = TDH mínimo

No. etapas

Utilizando la mínima altura / etapa y el caudal de flujo mínimo deseado en la

succión de la bomba, localizar la frecuencia de funcionamiento en la curva de

desempeño de la bomba. Revisar para asegurarse de que el punto está dentro del

rango de operación recomendado para la bomba.

Resuelva el requerimiento máximo de potencia al freno (BHP) de la siguiente

forma:

BHP Máximo = BHP / etapa @ 60 Hz No. etapas Hz Máximo

60 Hz S.G.

3

La potencia requerida equivalente a 60 Hz puede ser determinada como sigue:

BHP Equivalente @ 60 Hz = BHP Máximo 60 Hz

Hz Máximo

6.- Basado en la información técnica proporcionada por el fabricante, seleccionar el

tamaño y modelo apropiado de la sección de sello y determinar los requerimientos

de potencia para la bomba y la sección del sello. El motor seleccionado debe ser lo

83

suficientemente grande para soportar la carga máxima sin afectar su vida

operacional.

7.- Utilizando los datos técnicos proporcionados por el fabricante de las bombas

electrosumergibles determinar si se excede alguna de las limitaciones técnicas.

8.- Seleccionar el cable de potencia, determinar las pérdidas de voltaje como se

describió anteriormente y calcular el voltaje en superficie como sigue:

Voltaje en Superficie = Voltaje del motor Hz Máximo

60 Hz + Caida de voltaje en el cable

9.- Calcular los KVA y seleccionar los accesorios y otros equipos como en los

anteriores.

Y para esto aplicaremos al pozo EDY K136

4.5.1 DATOS DEL POZO.

Tubería de revestimiento -- 7 in. O.D., 32 lbs/ft.

Tubería de producción -- 3-1/2 In. O.D. External Upset 8 Rd. (nuevo)

Profundidad del intervalo de perforaciones (vertical) -- 6,500 - 6,700 ft.

Profundidad de Asentamiento de la Bomba -- 5,500 ft. (vertical)

Profundidad de Asentamiento de la Bomba - 6,000 ft. (medida)

4.5.2 DATOS DE PRODUCCIÓN.

Presión en la cabeza del Pozo: 125 psi

Profundidad de Punto de Referencia (vertical): 6,600 ft.

Presión Estática en el Fondo del Pozo: Pr = 2950 psi

Índice de Productividad: PI = 2.5 bpd/psi

84

Temperatura del Fondo de Pozo: 180° F

Relación gas – petróleo: GOR = 1

Corte de Agua: W.C. = 75%

Rango Deseado de producción en el Tanque: 3,000 stb/d a 5,000 stb/d

4.5.3 CONDICIONES DEL FLUIDO DEL POZO.

Gravedad Específica del Agua: 1.08

Gravedad API del Aceite: 32° (0.865)

Gravedad Específica del Gas: Yg = 0.65

Presión de burbuja: Pb = 14.7

Viscosidad del Aceite: No Disponible

4.5.4 FUENTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA.

Voltaje Primario Disponible: 480 volts

Frecuencia: 60 Hertz

Capacidad de la Fuente de alimentación: Sistema Estable, Suficiente.

4.5.5 DETERMINAR LA PRODUCTIVIDAD DEL POZO:

El rango de producción es de 3,000 bpd a 5,000 bpd y la profundidad de

asentamiento de la bomba es conocida. La productividad del pozo ha sido definida

con un PI de 2.5 bpd/psi.

Resolver la nueva presión dinámica (Pwfd ) al nivel de producción deseado (Qd )

P = P - Q

PIwfd rd

85

Pwfd @ Mínimo Caudal Deseado Pwfd @ Máximo Caudal Deseado

P = 2,950 psi - 3,000 bpd

2.5 bpd / psiwf

Pwf = 1,750 psi

P = 2,950 psi - 5,000 bpd

2.5 bpd / psiwf

Pwf = 950 psi

La presión de entrada de la bomba puede ser determinada corrigiendo la presión

dinámica del fondo del pozo con la diferencia entre la profundidad de asentamiento

de la bomba y el punto de referencia, y considerando la pérdida por fricción en el

espacio anular del revestimiento.

Es necesario encontrar la gravedad específica compuesta del fluido producido

(SGL) utilizando los datos disponibles.

SGL = (0.75 x 1.08) + (0.25 x 0.865) = 1.03

La caída de presión, debido a la diferencia en la profundidad de referencia y la

profundidad de asentamiento de la bomba, puede ser determinada (suponiendo que

no hay pérdida de fricción en el revestimiento), y la presión de entrada de la bomba

(PIP) a un rango de gasto mínimo y máximo se puede calcular como sigue:

PIP = P -

profundidad de referencia - profundidad de la bomba SG

2.31 ft / psiwfdL

PIP @ Mínimo Caudal Deseado PIP @ Máximo Caudal Deseado

PIP Mín = 1750 psi -

6,600 ft - 5,500 ft SG

2.31 ft / psi

PIP Máx = 950 psi -

6,600 ft - 5,500 ft SG

2.31 ft / psi

86

PIP Mín. = 1,260 psi

PIP Máx. = 460 psi

Columna dinámica total (TDH): Se dispone ahora de suficientes datos para

determinar los requerimientos de altura dinámica total para un rango de gastos

deseados, mínimos y máximos.

TDH = Hd + Ft + Pd

Hd Distancia vertical entre la cabeza del pozo y nivel estimado de producción.

H = Prof. vertical de la bomba - PIP 2.31 ft / psi

SGLd

Hd @ Mínimo Caudal Deseado Hd @ Máximo Caudal Deseado

H = 5,200 ft -1,260 psi 2.31 ft / ps

1.03d

Hd = 2,670 ft

H = 5,200 ft -460 psi 2.31 ft / ps

1.03d

Hd = 4,468 ft

Ft Perdida por fricción para la tubería de 3 ½” (nueva). Utilizando la figura 4-16. La

pérdida por fricción es:

Para 3,000 bpd = 30 ft/1,000 ft

Para 5,000 bpd = 75 ft/1,000 ft

F = Prof. medida de la bomba Pérdida por fricción

1,000 ftt

FL @ Mínimo Caudal Deseado FL @ Máximo Caudal Deseado

F = 6,000 ft 30 ft

1,000 ftL

FL = 180 ft

F = 6,000 ft 75 ft

1,000 ftL

FL = 450 ft

87

Pd Presión necesaria para superar la presión existente en la línea de flujo (presión

deseada en la cabeza del pozo).

La presión de tubería en la cabeza de pozo requerida es 1250 psi. Supondremos que

la presión de descarga en la cabeza de pozo es la misma para los diferentes niveles

de producción. . Convirtiendo a altura de columna (pies):

P = Presión (psi) 2.31 ft / ps

SGdL

P = 125 psi 2.31 ft / psi

d

103.

Pd = 280 ft

En resumen:

Mínimo Caudal Deseado (q=3000

bpd)

Máximo Caudal Deseado (q=5000

bpd)

Hd = 2,674 ft Hd = 4,468 ft

Ft = 180 ft Ft = 450 ft

Pd = 280 ft Pd = 280 ft

TDH = 3,134 ft TDH = 5,198 ft

4.5.6 SELECCIÓN DE LA BOMBA.

Como tenemos muchas opciones disponibles, nuestro criterio de selección es buscar

una bomba que quepa en el revestimiento y que el máximo caudal (5.000 BPD) se

produzca a 70 Hertz y que esté cerca al punto de máxima eficiencia (BEP). La

bomba 4100 satisface estas condiciones.

88

FIGURA 39. CURVA CARACTERISTICA PARA UNA BOMBA

4100

Altura de columna (ft)

RPM Variable, Gravedad especifica = 1.00 GC 4100, Serie 513


Luego, seleccionar la altura / etapa desde la curva en éste punto, se leerá 56

pies/etapa. Con la columna dinámica total máxima de 5,198 pies, encontrar el

número de etapas de la bomba:

No. de etapas = TDH

Altura por etapa

No. de etapas = 5,198 ft

56 ft / etapa

No. de etapas = 93

Para revisar el punto mínimo del requerimiento hidráulico, dividir la columna

dinámica total mínima (3,134 pies) por el número de etapas seleccionadas.

TDH min. / etapa = 3,134 ft

93 etapas

89

TDH min. = 34 ft / etapa

Al graficar el TDH / etapa mínima (34 pies) y el caudal mínimo (3,000 bpd) en la

curva de desempeño de la bomba 4100 obtendremos la mínima frecuencia de

funcionamiento de 51 Hertz. Como podemos ver, este punto se encuentra dentro del

rango de operación de la bomba seleccionada.

Luego, usando la curva del Variador de Velocidad para la bomba 4100 buscar los

HP al freno / etapa a 70 Hz (2.9 HP/etapa). Para calcular los HP al freno a la

máxima frecuencia:

BHP @ Max. Hz = BHP/etapa @ 70 Hz. x No. etapas x S.G.

BHP @ Max. Hz = 2.9 BHP/etapa x 93 etapas x 1.03

BHP @ Max. Hz = 278 BHP

Para calcular los HP al Freno equivalentes de la bomba para 60 Hz

BHP @ 60 Hz = BHP @ Hz Max 60 Hz

Hz Max

BHP @ 60 Hz = 278 HP 60 Hz

70 Hz

BHP @ 60 Hz = 238 BHP

4.5.7 SELECCIÓN DEL CABLE DE POTENCIA:

Seleccionar la corriente del motor y la temperatura del conductor. Basado en la

corriente del motor (60 amps) y la temperatura del conductor a 180°F (Temperatura

del pozo vs. Corriente), puede usarse el cable número 2 AWG. Añadiendo 200 pies

para las conexiones de la superficie, la caída de voltaje en cable es:

Caída de voltaje en el cable = 21.8 volts 1.3 6,200 ft

1,000 ft

90

Caída de voltaje en el cable = 175.71 volts

Calcular el voltaje requerido en la superficie (VS) a la máxima frecuencia de

operación:

VS = Voltaje del motor Hz Max

60 Hz + Caída de voltaje

VS = 2,305 volts 70 Hz

60 Hz + 175.71 volts

VS = 2,865 volts

Calcular los KVA para seleccionar el tamaño del equipo de superficie.

KVA = VS Amps. del motor 1.73

1 000,

KVA = 2,865 volts 60 Amps 1.73

1 000,

KVA = 297

4.6 CONSTITUCIÓN DEL POWER TRAILER

El power tráiler será construido para trabajar con equipos de bombas que fluctúan entre

725 y 10000 bpd y con motores de 100 hp hasta 1200 hp.

Después de haber realizado dos ejemplos de los pozos EDY K129 y EDY K 136, que

son los que generalmente se trabaja en el bloque determinamos que utilizaremos para el

power trailer los siguientes equipos.

91

FIGURA 40. POWER TRAILER


La conexión se la realizara desde el transformador reductor de 13000 volt a 480 volt el

cual va a la caja de conexiones.

Con la salida de la caja de conexiones nos conectamos a un variador de frecuencia de

815 KVA este nos permitirá tener un rango de potencia amplia para cualquier

aplicación.

92

FIGURA 41. VARIADOR DE FRECUENCIA


Un controlador Uniconn el cual nos va a permitir el control de la velocidad de arranque

y parada del pozo, adicionalmente utilizaremos una manómetro para la carta

amperométricas la cual nos va a determinar la corriente a la cual esta trabajando el

motor de fondo, cabe recalcar que la corriente no debe pasar de la placa nominal.

Para la transmisión de voltaje que será 2865 volt que es el dato de nuestro pozo,

tendremos un transformador elevador de 600 KVA y estará colocado con un tap de Sw

1 Pos 2 (2858 Volt) lo que transmitiremos al motor de fondo.

Para la aplicación de los pozos los cuales vamos a producir según los datos unos 4000

bpd tomando en cuenta que producción neta tenemos un 40% de BSW a un precio

actual de 85,38 dólares tendremos lo siguiente, una trabajo del variador de frecuencia de

80dias y los equipos un lugar sin cubierta esto nos producirá el taponamiento de los

ventiladores esto producirá el incremento de la temperatura interna del variador lo para

93

lo cual será necesario un mantenimiento preventivo la actualización del controlador, y

posible cambio de partes internas del variador.

Si la para del equipo se la realiza normalmente sin cambio de tarjetas ni actualización

será de dos horas, si el variador amerita el cambio de algún tarjeta u otra parte que no se

a determinando aun se tomar entre 4 a 8 horas.

Si tomamos en cuenta esta posibilidad diremos que la utilización del power tráiler en el

peor de los caso será utilizado entre 6 a 8 horas; ahora comparamos en precios la

producción neta será de 2400bpd, a un precio de $85.38 tendremos una ganancia de

$204,912.00 dólares al día, la producción por hora será de 100 bph con una ganancia de

$8,538.00 dólares tomado en cuanta el trabajo en el variador la perdido por las 8 horas

será de $68,304.00 dólares a una inversión de $1,200.00 dólares la horas que es la renta

del power tráiler tendremos una inversión de $9,600.00 vs $68,304.00 que inicialmente

costaba parar los equipos por mantenimiento.

CAPÍTULO V

94

CAPÍTULO V

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 CONCLUSIONES

El power tráiler será una herramienta útil para disminuir las pérdidas que existen

en la operación de los pozos, como hemos revisado durante toda nuestra carrera

la prevención de actividades que eleven los costos de producción son claves para

ser eficientes, productivos al menor costo posible.

Éste equipo es diseñado para suplir la necesidad de energía en el momento de

realizar mantenimiento a un variador o transformador que se encuentran dañados

o simplemente que requieren mantenimiento, su arreglo puede durar desde 4

horas en adelante y representa la pérdida de barriles, el power tráiler a un bajo

costo permitirá mantener la producción sin pérdida alguna.

El power tráiler en un día puede ahorrar por pozo en cada hora USD$9.180 , esto

lo obtenemos del siguiente cálculo: si un pozo tiene una producción diaria de

2.600 bl / 108 bl por hora, en 4 horas min de mantenimiento representa 432 bls

que al precio de Usd85 c/bl se convierte en Usd$ 36,720, prácticamente con

estos datos concluimos en la eficiencia y eficacia del power tráiler, que más que

un equipo para superficie se puede convertir en una herramienta perfecta para el

control de la operación sustituyendo los costos a última hora e imprevistos que

suceden normalmente en nuestra actividad.

95

En el capítulo anterior se hace un balance de la inversión y costo que

representaba parar los equipos por mantenimiento, antes del Power Trailer el

costo era de más de $60,000.00 diarios considerando 8 horas de trabajo y la

cantidad de barriles al precio comercial, ahora con el power tráiler la inversión

de $9,000.00 aprox por mismo tiempo de trabajo, sin cuantiosas pérdidas en la

producción que finalmente se traduce a la cantidad de barriles extraídos.

El uso de Power tráiler no requiere de entrenamiento adicional al que se

proporciona a los técnicos que realizar el mantenimiento de los equipos de

superficie, por lo que no representa un costo adicional en su inserción al campo.

El costo del Power tráiler es realmente insignificante frente al costo habitual en

la perdida de producción.

Un power tráiler, puede ser útil para varios pozos, inclusive una locación podría

tener un equipo que alimente a todos sus pozos, su utilidad es tan amplia que

puede coordinado y también servir para emergencias.

El tiempo de producción del power tráiler con todos los equipos locales no debe

superar 8 – 10 días, debido a que su ágil conexión y su diseño de montaje es

fácil y práctico.

96

5.2 RECOMENDACIONES

El power tráiler debe servir como una herramienta para programar

mantenimientos de equipos de superficie que conlleven un tiempo considerable

de no más de 48 horas, caso contrario perdería su funcionabilidad y

adaptabilidad móvil que es el fin de su operación.

Este equipo debe ser considerado dentro de la planificación del mantenimiento

de los equipos de superficie, su costo es de 1.200 Usd la hora, que fácilmente

cubre toda operación y el ahorro considerable que su uso proporciona.

Una de las recomendaciones es tener un power tráiler cada 100 pozos que

puedan ser coordinados para aumentar su buen uso.

Es necesario considerar que el power tráiler tiene una vida útil que debe ser

alargada con un buen mantenimiento, cuidado en su uso y estricto seguimiento a

las normas de seguridad, con el tiempo puede ir mejorando este servicio

incluyendo otros equipos que se conviertan en móviles para suplir necesidades

en los pozos.

El power tráiler puede ser mejorado con otros equipos, a futuro es recomendable

mejorar la tecnología de los equipos ubicados en la plataforma, como todo en la

industria, el servicio debe ir a la vanguardia de los cambios tecnológicos.

97

Cuando el power tráiler se encuentre listo para operar siempre deberá tener una

aprobación directa de uso, ya que éste por ninguno motivo puede fallar a la hora

de brindar el servicio en el pozo, del buen uso y mantenimiento del power

tráiler dependerá la vida útil del equipo que no debe ser inferior a 10 años.

El mantenimiento del Power Trailer no supera los $500 - $1500 mensuales,

debido a que debe considerarse le mantenimiento normal de la plataforma, su

desgaste en llantas, cambios de filtros en el generador, aceites y demás de

desgaste regular y preventivo.

El Power tráiler debe ser adquirido por las empresas que brindan los servicios

de mantenimientos de los equipos, su costo debe ser asumido por las mismas

compañías de servicio que al momento de cotizar pueden incluir como un

servicio adicional el no parar el pozo en ningún momento, es decir cero

pérdidas en la producción.

Seguridad Industrial es parte importante y componente esencial de la realización

de esta tesis que promueve la producción de un power tráiler, con esto quiero

indicar que éste equipo reúne todas las características y exigencias de la

seguridad de las personas, el medio ambiente y seguridad de los mismos

equipos.

98

5.3 GLOSARIO DE TÉRMINOS

Daremos algunos detalles de los términos utilizados en esta tesis.

POTENCIA ELÉCTRICA

Es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad

de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado (p = dW /

dt). La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio o watt, que es lo

mismo.

Cuando una corriente eléctrica fluye en un circuito, puede transferir energía al hacer un

trabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de

muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor

eléctrico), sonido (altavoz) o procesos químicos. La electricidad se puede producir

mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por la

transformación de la luz en las células fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar

químicamente en baterías

CORRIENTE ALTERNA

(Abreviada CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente

eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la

corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal, puesto que se

consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas

aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la

cuadrada.

99

Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los

hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por

los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin

más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o

modulada) sobre la señal de la CA.

CORRIENTE CONTÍNUA

Corriente directa (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) es el flujo continuo

de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A

diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés), en la corriente continua

las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de

mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Aunque comúnmente se

identifica la corriente continua con la corriente constante, es continua toda corriente que

mantenga siempre la misma polaridad.

AMPERIO

Ampere (símbolo A), es la unidad de intensidad de corriente eléctrica. Forma parte de

las unidades básicas en el Sistema Internacional de Unidades y fue nombrado en honor

de André-Marie Ampère. El amperio es la intensidad de una corriente constante que

manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección

circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío,

produciría una fuerza igual a 2×10-7 newton por metro de longitud.

El amperio es una unidad básica, junto con el metro, el segundo, y el kilogramo:3 es

definido sin referencia a la cantidad de carga eléctrica. La unidad de carga, el culombio,

100

es definido, como una unidad derivada, es la cantidad de carga desplazada por una

corriente de un amperio en el tiempo de un segundo.

Como resultado, las corrientes eléctricas también son el tiempo promedio de cambio o

desplazamiento de cargas eléctricas. Un amperio representa el promedio de un culombio

de carga por segundo.

VOLTAJE

Tensión eléctrica o diferencia de potencial (en algunos países también se denomina

Voltaje) es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre

dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por

el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones

determinadas. Se puede medir con un voltímetro.3

La tensión es independiente del camino recorrido por la carga y depende

exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo eléctrico, que es

un campo conservativo.

Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se

producirá un flujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial

se trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una

fuente externa (generador), esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su

potencial eléctrico (ley de Henry). Este traslado de cargas es lo que se conoce como

corriente eléctrica.

101

Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un sólo punto, o potencial, se

refiere a la diferencia de potencial entre este punto y algún otro donde el potencial se

defina como cero.

PRESIÓN ATMOSFÉRICA

Es la fuerza ejercida en una unidad de área por el peso de la atmósfera. La presión a

nivel del mar es 14.7 psi.

PRESIÓN ABSOLUTA

Es la suma de la presión manométrica y la presión atmosférica. La presión absoluta en

un vacío perfecto es cero.

PIP

Es la presión de entrada necesaria para alimentar adecuadamente la bomba y evitar tanto

la cavitación como el bloqueo por gas. Esto también se conoce como A.N.P.S. (Altura

Neta Positiva de Succión) requerida. Este valor varía con las condiciones de fluido del

pozo, esta variable se discutirá luego en la sección de diseño de la bomba.

102

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105

ANEXOS

ANEXO 1.- CORRIENTE ALTERNA

ANEXO 2.-CORRIENTE CONTINUA

106

ANEXO 3 TRANSFORMADOR

ANEXO 4 TRANSFORMADORES

107

ANEXO 5 VARIADOR DE FRECUENCIA

108

ANEXO 6 VARIADOR DE FRECUENCIA INTERNAMENTE

ANEXO 7 PLATAFORMA

109

ANEXO 8 TRANSFORMADOR

ANEXO 9 TAP DEL TRANSFORMADOR

110

ANEXO 10 CONSOLA CHOQUE

ANEXO 11 TORRE DE BRISTOR CONSOLA Y CAJA DE VENTEO

realizacion de tesis primera parte

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