Informe y Estimaciones Basadas en las pruebas de Flandes Jueves 9 abril*

Gari Ciodaro Guerra**

Business and Engineering Solutionshttp://besolutions.co/

El presente documento pretende evaluar los resultados del catalizador de origen mexicano. Poruna parte se analizó los resultados obtenidos en términos de Grado API y viscosidad cinemática delas pruebas de Flandes, para con ellos, poder estimar los resultados que se obtendrán en la futuraprueba con crudo pesado.

I. MARCO TEÓRICO -BOMBAEBILIDAD DEUN FLUIDO

Una bomba es un mecanismo que transforma laenergía eléctrica (red eléctrica) o química (combustiónde diesel) en movimiento de un fluido, dicha energía esgastada a medida que el fluido avanza por el oleoducto,deteniéndose cuando toda la mencionada energía setermina. En los fluidos, el rozamiento interno (entrecapaz del mismo fluido) puede gastar hasta el 70% dela energía que le suministro la bomba. la viscosidad esel parámetro mas importante para determinar cuantaenergía es perdida por rozamiento interno, es por estoque la viscosidad de dos crudos con el mismo gradoAPI, puede ser la diferencia entre si es enviado por carrotanque o por oleoducto. Para crudos de Colombia, ya laexperiencia le ha indicado a la industria que un crudode más de 20 API, se puede enviar por oleoducto, y estaconcepción se debe a que generalmente, un crudo demenor densidad (mayor grado API) tiene menor visco-sidad, pero esta regla se mantiene, siempre y cuando elcontenido químico del crudo se mantenga. Si el contenidoquímico es variado, en particular el% de asfáltenos, laviscosidad cambia, y la anterior suposición deja de tenersentido; al respecto podemos ver que en las normasinternacionales el Grado API no caracteriza un crudo deforma completa, se debe agregar su coeficiente Watsono k de la UOP, que varía de acuerdo a la composiciónquímica del crudo, y por tanto completa la ïmagen"decrudo pesado-liviano etc. Para más información ver [1].

En la práctica, un indicador bastante aproximadode la energía de un fluido, es la presión, es por estoque una bomba aumenta la presión de un fluido yeste se detendrá cuando dicha presión regrese a sucondición antes de entrar a la bomba, es decir, cuandoesas unidades de presión que suministro la bomba, seterminen. Usando esta analogía presión y energía, sepuede estimar la equivalencia de la energía perdida porviscosidad y todas las formas de perdidas, y a su vez,

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cuando se tienen estas pérdidas en términos de presión,se vuelve a aplicar métodos matemáticos para pasarlaa lo que comúnmente se llama, cabeza de presión, quetiene unidades de longitud (metros, pies etc.).

II. MARCO TEÓRICO-MÉTODO DEEVALUACIÓN

Se estableció un escenario hipotético en el que unabomba triplex (de desplazamiento positivo)(ver catalogo[2]), imparte unidades de presión al crudo que se estéevaluando, y posteriormente se calculó cuanta distanciaen oleoducto, podría llegar aquel crudo, sin necesidad deser re-bombeado en el camino.

Figura 1. Bomba GD-600 Gardner Denver

En la industria Colombiana, esta bomba es usada cuan-do los crudos de menor grado API, son bombeados, larazón para esto es que estas bombas en particular man-tienen un caudal constante independiente del fluido so-bre el que estén trabajando, algo que no es cierto para lasbombas centrifugas, cuyo caudal es afectado enormemen-te por el fluido impulsado. Esto es evidente en la figura2.

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Figura 2. Comparación Bombas [3]

Con los cálculos hechos sobre las mediciones deFlandes, se asumió que la misma variación en términosde% se observaría en un crudo más pesado y de mayorviscosidad, como es el crudo de moriche, cuya fichatécnica puede ser descargada en [4].

A. Tratamiento Matemático

Para determinar las propiedades dinámicas de unfluido primero debemos calcular su número Raynolds.

Red = V D

ν= QD

νA(1)

Donde V [m/s] es velocidad promedio, D[m] diáme-tro, A[m2] área, Q[m3/s] caudal y ν[m2/s] viscosidadcinemática. Si Red es menor que 2300, se considera queel fluido se mueve en régimen laminar, si es mayor quedicho número, entonces esta en régimen turbulento.Sabiendo el régimen en que esta el fluido, se puedeentonces utilizar el diagrama de Moody para determinarel factor de Darcy, o de pérdidas por fricción f .

Figura 3. Diagrama de Moody [5]

De la figura 3, se puede concluir rápidamente que espreferible, en la mayoría de los casos, transportar unfluido en régimen turbulento, ya que en general, el factor

de fricción será menor en este escenario.

Una vez estimado el valor del factor de Darcy, usamoslas siguientes ecuaciones para obtener el largo que esposible bombear dicho fluido en un oleoducto hipotético.

L = (Hbomba −Hestatico)D2gfV 2 (2)

Hbomba = PT

ρg(3)

Donde PT [Pa] es la presión de trabajo de la bomba,ρ[kg/m3] es la densidad del fluido impulsado, g[m/s2]la gravedad, y Hestatico[m], es la distancia vertical entrelos puntos A y B de la línea, para la presente estimaciónse usó 10 m, cabe recordar, que en la mayoría de vecesel factor de Darcy y Hbomba son muchos más influyentesque el Hestatico y su estimación puede ser ignorada.

B. Valores de la Bomba GD-600 Gardner Denver.

PT = 3026[PSI] = 20863535, 6[Pa]

Litros desplazados por revolución, 5,78[l/rev]

revoluciones por minuto, 200rpm

Caudal Q, 1156[l/min]

Los anteriores valores se usaron como constantes, paratodos los crudos evaluados.

C. Valores del oleducto

D interno,5in = 0, 127m

altura, 10m

A, area transversal, 0, 012[m2]

III. RESULTADOS-FLANDES

El procedimiento llevado a cabo es el siguiente: Severtió 500 litros de naphtha con 1 kg de catalizadoren un tanque de fibra de vidrio, se esperó 10 minutos.Después se llenó un carro tanque con 3000 litros decrudo 16 API, se sacó una pequeña muestra y se le midioviscosidad y densidad. después se mezcló el contenido deltanque de fibra de vidrio con el crudo 16 API del carrotanque, se esperó 6 horas, y se midió la densidad y laviscosidad cinemática de una muestra de dicha mezcla.

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El Ingeniero Jacob de Exportecnicas simulo el resultadode mezclar 500 litros de naphtha con crudo 3000 litrosde 16 API para poder aislar la acción del catalizador.En la tabla I se puede ver el resumen de las tres probetas.

Tabla I. Mezcla del crudo, siempre 3000 l de crudo 16 API.Crudo

1 API 162 API 16 + 500 l Nafta3 API 16 + 500 l Nafta+1kg catalizador

Tabla II. Resultados FlandesCrudo ρ(kg/m3) ν (cSt) f L (km)

1 API 16 958,374 104 0,0345 69,032 API 22,1 920,314 26 0,0081 306,523 API 23,4 912,590 14,55 0,0069 364,81

De la tabla II podemos observar que el crudo 1, solo esbombeable a través de 69 km de oleoducto, una distanciamuy baja, si se tiene en cuenta que la bomba que seestá usando es bastante potente. De la experienciase tiene que el crudo 22,1 API ya es apto para serbombeado, entonces, en las futuras estimaciones, uncrudo que se considere para bombeo, debería llegar amás o menos 300 km sin ser re-bombeado. Del crudo 2y 3, vemos el fenómeno explicado en la primera secciónde este informe, es decir, ambos crudos tienen un gradoAPI bastante similar, sin embargo, la viscosidad de lamuestra 3 es mucho menor que la de la muestra 2, que setraduce en 60 kilómetros aproximadamente de diferenciaen alcance de oleoducto.

Tabla III. Variacion % entre el crudo 1 y 2; el crudo 1 y 3Crudo API % ρ % ν % f % L %

API 22,1 38,13 -3,97 -75 -76,54 344API 23,4 46,25 -4,78 -86 -80,12 428

Si comparamos ahora la variacion de las propiedadesentre las muestras 2 y 3, es decir, el efecto neto delcatalizador mas alla de la presencia de la naphtha,tenemos los siguientes resultados.

el grado API Varió 5.8 %

La viscosidad cinemática disminuyó 44%

La distancia que puede ser bombeado el crudo, es20% mayor, usando el catalizador.

IV. ESTIMACIONES-CRUDO PESADOMORICHE

La presente sección estima los resultados de tratar elcrudo moriche, cuyo grado API es 14.4 y viscosidad cine-

mática es 423 cSt. Cabe aclarar que los resultados aquímostrados se construyeron bajo el supuesto que el cata-lizador tendrá el mismo efecto, en términos de variaciónde viscosidad y densidad, sobre el crudo de Flandes quesobre el crudo de Moriche.

Tabla IV. Mezcla del crudo, 3000 l de crudo 14,4 APIcrudo

1 14,42 14,4 API + 500 litros Naphtha3 14,4 API + 500 l Naphtha + 1kg Catalizador

Tabla V. Resultados esperados con crudo MoricheCrudo ρ(kg/m3) ν (cSt) f L (km)

1 API 14,4 968,884 423 0,1402031 16,792 API 19,89 933,749 105,75 0,0350508 69,693 API 21,06 926,588 59,179 0,0105061 234,30

En la tabla V podemos observar que el catalizadormejora la bombeabilidad del crudo 3 de forma dramática,si recordamos la sección de Flandes, se había establecidoque un crudo que llegara a los 300 km sin necesidad deser re bombeado, se consideraría apto para el transportepor oleoducto; entonces el crudo moriche tratado solocon naphtha (crudo numero 2), sigue siendo no opto parael bombeo, sin embargo, con naphtha y catalizador, sevuelve apto, a pesar de mantener un grado API cercanocon el crudo 2. Lo anterior se debe al cambio de régimenen el fluido, con los cambios en viscosidad producidospor el catalizador, el número de Reynolds de la muestrapasa de ser laminar(como el crudo 2) a ser turbulento,disminuyendo en forma dramática el factor de Darcy,fenómeno que no ocurría con las muestras de Flan-des, ya que el crudo, materia prima suministrado allá,era desde un principio, bombeable en régimen turbulento.

Tabla VI. Comparacion Numeros de RaynoldsRed Regimen f

API 14,4 456,48 Laminar 0,1402API 19,89 1825,92 Laminar 0,0351API 21,06 3262,83 Turbulento 0,0105

V. CONCLUSIONES

Las pruebas en con el crudo pesado de Moriche aúndeben realizarse para confirmar las estimaciones de laanterior sección, de ser correctas, se podría transformarun crudo que antes no era bombearle en uno que ahora silo es, lo anterior no solo abre posibilidades para bombearnuevos crudos, si no que también podría implicar lareactivación de pozos, detenidos por tener crudo extrapesado. Por otra parte, teóricamente, el catalizador hace

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que la emulsión, crudo-naphtha, sea ahora un mezcla,es decir, que nunca se separe, lo anterior es uno delos más grandes problemas que tienen las empresas dehidrocarburos, cuyo solución es introducir mejoradoresde crudo en las estaciones de re bombeo, cuyo costo, aúnes incierto, pero se tiene el rumor que es extremadamentealto. En resumen, el catalizador podría ser aplicadocon la naphtha en la primera estación de bombeo,para hacer al crudo bombeable, y además hacer quela naphtha nunca se separe del crudo, reemplazandoen su totalidad los costosos mejoradores, que se usanactualmente. Cuando obtengamos las información dela operación completa de algún oleoducto, estaremosen capacidad de calcular la mejora en eficiencia, yel ahorro en costos, para finiquitar todos los detalles

de la inversión y el retorno potencial, por el momen-to, las estimaciones plantean un escenario muy favorable.

[1] Numero de Watson, consultado en abril de 2015, Watson[2] Bomba GD-600 Gardner Denver, consultado en abril de

2015, de Bomba[3] Que bomba utilizar, consultado en abril de 2015, de Cen-

trifuga vs DP

[4] Crudo de Moriche moriche[5] Diabrama de Moody Moody