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DESARROLLO DE HERRAMIENTA DE SIMULACIN PARA EQUIPOS SEPARADORES DE AGUA LIBRE Francisco Javier Andrade Rodrguez Universidad Nacional de Colombia Tesis de Maestra Automatizacin Industrial 1 Director: Profesor Oscar Germn Duarte Velasco PhD.

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Introduccin Problema Objetivos Retos Resultados Trabajos futuros Conclusin 2 Contenido

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Introduccin Facilidades de superficie 3 Deshidratacin primaria: FWKO Deshidratacin primaria: FWKO Sistema de Gas Deshidratacin secundaria Sistema de Agua Pozos: Gas, Crudo, Agua Crudo a venta

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Introduccin Separadores en las facilidades de superficie 4 Separadores gravimtricos Verticales Horizontales Inclinados Bifsicos Trifsicos Separadores de agua libre (FWKO) Otros

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Introduccin Separadores de agua libre FWKO 5

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Problema Clculo de separadores de agua libre: 6 Antes Durante Despus

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Problema ANTES 7 Datos de campo y no de ingeniera. Metodologas basadas en la misma teora pero con enfoques diferentes. Criterios, recomendaciones, buenas prcticas, valores estandarizados no siempre estn a la mano. Informacin dispersa, incompleta e imprecisa.

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Problema DURANTE 8 El tiempo es ms importante que los resultados. Presupuestos tempranos en base a conceptuales incompletas. Inexperiencia en el diseo. Tiempo de ejecucin y evaluacin de resultados.

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Problema DESPUS 9 Lo que se suelda no se corta antes de cortar cabezas. El cliente confa que el constructor corregir errores. Los errores de diseo no se detectan durante la construccin. Informacin incompleta antes o durante la construccin.

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Objetivos OBJETIVO GENERAL 10 Desarrollar una herramienta de simulacin que permita el diseo y el anlisis dinmico, adems de la simulacin de control para separadores horizontales de agua libre.

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Objetivos OBJETIVOS ESPECFICOS 11 Compilar y organizar los mtodos de clculo de FWKO en estado estacionario incluyendo normas tcnicas y buenas prcticas de ingeniera. Primer objetivo especfico

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Objetivos OBJETIVOS ESPECFICOS 12 Implementar una metodologa de diseo y caracterizacin de equipos en diferentes condiciones de operacin. Segundo objetivo especfico

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Objetivos OBJETIVOS ESPECFICOS 13 Desarrollar un modelo dinmico de un FWKO donde se pueda simular el comportamiento del FWKO con lazos de control. Tercer objetivo especfico

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Retos PRIMER OBJETIVO ESPECFICO 14 Se investig sobre el estado del arte en el diseo de FWKO. Se establecieron los fundamentos tericos que soportan el diseo. Compilar los mtodos, procedimientos y recomendaciones

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Retos SEGUNDO OBJETIVO ESPECFICO 15 Se desarrollaron soluciones algebraicas. Se desarroll un modelo nuevo para optimizar el peso del recipiente. Se estableci un algoritmo de clculo basado en la experiencia. Desarrollar una metodologa de diseo y anlisis de desempeo

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Retos SEGUNDO OBJETIVO ESPECFICO 16 Se crearon libreras sobre OpenModelica que asocia el clculo de propiedades, dimensionamiento y anlisis de desempeo. Se probaron los modelos con resultados histricos y en hojas electrnicas patrn. Desarrollar una metodologa de diseo y anlisis de desempeo

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Retos TERCER OBJETIVO ESPECFICO 17 Se realiz un balance de masa en funcin de las corrientes, presin y niveles del separador. Se caracteriz a cada clase asociada al equipo. Desarrollar un modelo dinmico que permita simular lazos de control

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Retos TERCER OBJETIVO ESPECFICO 18 Se defini una metodologa para calcular las condiciones iniciales para la presin, nivel de agua en la separacin y nivel en el lado crudo. Condiciones iniciales

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Retos TERCER OBJETIVO ESPECFICO 19 Se model cada clase: el separador, las vlvulas, los controles y sus respectivos conectores. Se desarroll una interfaz entre el ejecutable de OM y el VB de Excel. Desarrollar un modelo dinmico que permita simular lazos de control

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Resultados CLCULO DE PROPIEDADES 20 Gas CrudoAgua

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Resultados CLCULO DE GEOMETRA 21 Pesos Espesores Dimensiones

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Resultados CASO DE ESTUDIO 22 DATOUNIDADVALOR TemperaturaF90 PresinPsig35 GORScfd/bopd70 Flujo de crudoBOPD1451 Corte de agua%BSW96.37 APIAPI31.7

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Resultados CLCULO DE GEOMETRA 23 CasoAspenHYSYSAplicacin BOPDBSW, ftLong, ft, ftLong, ft 1145196.378.5*34.859.031.14 23500908.532.478.531.01 350098.217.533.757.532.55 Estado*Peso No Opt.,lbPeso Opt.,lbPeso, lbPeso, % Vaco6697558716825914.1 Operativo184020169720143008.4 Lleno21454220628382594.0 *No cumple con criterio de velocidad de lquidos segn recomendacin de buena prctica. *Segn dimensiones calculadas por la aplicacin para el caso 1.

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Resultados ANLISIS DE DESEMPEO 24 Gotas de lquido Velocidad de gas Velocidad de arrastre Gas Gotas de agua Tiempo de residencia Velocidad de fluido Crudo Gotas de crudo Tiempo de residencia Velocidad de fluido Agua

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Resultados REDUCCIN DE TIEMPO DE EJECUCIN 25 Ingeniera conceptual o bsica DesempeoDimensionesPropiedades

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Resultados REDUCCIN DE TIEMPO DE EJECUCIN 26 El diseo de un separador, le puede tomar a un ingeniero con experiencia entre 3 y 4 das, con sta herramienta un ingeniero con menos experiencia pero entrenado en el uso de la aplicacin puede demorar 2 a 3 horas para tener varios clculos al tiempo. Esta gran ayuda hizo que la publicacin en la empresa PDE se premie con el primer lugar en un concurso de Technical Papers interno.

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Resultados DINMICA 27 Lazos de control Perturbaciones de entrada Vlvulas de control Datos del equipo Condiciones de proceso Condiciones iniciales

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Anlisis dinmico 28 Resultados

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INTERFAZ 29 Excel y VB.txt.bat.exe

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Resultados INTERFAZ 30 La iniciativa de utilizar el interfaz (Excel-OM) para proteger y estandarizar los procedimientos de clculo de la empresa fue premiado con el segundo lugar en los Technical Paper.

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Trabajos futuros 31 Se pueden implementar procedimientos de auto- sintona o incluso disear otro tipo de controladores. El cdigo desarrollado en modlica se lo puede probar y optimizar utilizando otras herramientas de compilacin como por ejemplo Dymola. El modelamiento con conectores puede ser utilizado para desarrollar libreras que permitan su aplicacin a otros sistemas hidrulicos o incluso de equilibrio lquido - vapor.

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Trabajos futuros 32 Los modelos dinmicos desarrollados pueden ser verificados con datos de campo. El trabajo se puede ampliar mejorando la interfaz grfica de las curvas dinmicas, en lugar de utilizar Excel se puede probar otro software multiplataforma ms amigable para mostrar en planos X-Y los resultados dinmicos.

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Conclusin 33 Los objetivos planteados para este trabajo se han cumplido y se obtuvieron algunos resultados adicionales que han superado las expectativas. Actualmente la aplicacin tiene muy buena acogida, es una herramienta de clculo referencial para el diseo y anlisis de desempeo de separadores y es el punto de partida para versiones mejoradas.

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Agradecimientos 34 Al profesor Oscar Duarte, por aceptar el reto. A la Universidad Nacional de Colombia, a su cuerpo docente y administrativo por darme la oportunidad. A la Repblica de Colombia, a sus instituciones y a su gente por abrirme las puertas. A Dios.

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GRACIAS 35 Final

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DESARROLLO DE HERRAMIENTA DE SIMULACIN PARA EQUIPOS SEPARADORES DE AGUA LIBRE Francisco Javier Andrade Rodrguez Universidad Nacional de Colombia Tesis de Maestra Automatizacin Industrial 36 Director: Profesor Oscar Germn Duarte Velasco PhD.