Captulo II

Fundamentos Tericos

Captulo II

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2.- Fundamentos Tericos

La presente investigacin tiene como finalidad el estudio de alternativas para

la remocin de crudo en el sistema de tratamiento de efluentes de la Estacin de Flujo

Guafita, siendo este parte fundamental de las operaciones de produccin de crudo,

por ello se hace indispensable definir de manera clara y detallada dichos sistemas en

funcin de unificar trminos bajo los cuales se realizar la evaluacin.

2.1.- Sistema

Segn la Real Academia Espaola sistema se define como.

Conjunto de reglas o principios sobre una materia racionalmente

enlazados entre s conjunto de cosas que relacionadas entre s

ordenadamente contribuyen a determinado objeto. (p. 456)

2.2.- Produccin

Segn la Real Academia Espaola produccin se define como.

Accin de producir designar la actividad de un sistema en que a partir

de unos factores (materiales o inmateriales) y mediante una serie de

procesos genera un producto o servicio como resultado de las

transformaciones ejercidas por unos factores sobre unos materiales.

(p. 352)

2.3.- Sistemas de operaciones de produccin

Los sistemas de operaciones de produccin en la Estacin de Flujo Guafita

son aquellos que se utilizan para el tratamiento del fluido que ingresa.

Los sistemas de operaciones de produccin de la Estacin de Flujo Guafita se

dividen en sistemas principales y auxiliares, estos son:

Captulo II

11

2.3.1. Sistemas principales:

2.3.1.1. Sistema de recepcin.

El sistema de recepcin se encuentra formado por el mltiple de produccin;

en la Estacin de Flujo Guafita, el mltiple de produccin o manifol, representa un

sistema de recibo al cual llega el flujoducto de cada uno de los pozos productores

asignados a sta estacin, el mltiple facilita el manejo de la produccin total de

los pozos que ha de pasar por los tanques de lavado, como tambin el aislamiento

de pozos para pruebas individuales de produccin. Por medio de las interconexiones

del sistema y la disposicin apropiada de vlvulas, se facilita la distribucin, el

manejo y el control del flujo de los pozos

El mltiple se encuentra constituido por diez lneas de ingreso que traen el

fluido proveniente del campo, cuatro cabezales o caones que dirigen el fluido hacia

tres tanques de lavado y un tanque de prueba, y por las vlvulas que permiten la

conexin entre las lneas de ingreso y los cabezales

Fig. 2.1 Mltiple de produccin de la Estacin de Flujo Guafita.

Captulo II

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2.3.1.2. Sistema de deshidratacin

En general, el fluido extrado de los yacimientos petrolferos contiene

emulsiones de agua en petrleo. Una emulsin es una mezcla de dos lquidos

inmiscibles, es decir, lquidos que no se mezclan en condiciones normales, y cuando

lo hacen, uno de ellos se dispersa en el otro en forma de pequeas gotas y es

estabilizado por un agente emulsionante. Este ltimo es una sustancia que permite

que la emulsin se haga estable o permanente, actuando en forma de una pelcula

envolvente.

O/W: Emulsin Aceite en Agua

W/O: Emulsin Agua en Aceite.

W/O/W: Emulsin mltiple Agua en aceite en Agua.

Generalmente la formacin de emulsiones se debe a la influencia de efectos

mecnicos en el sistema de produccin, adems de la presencia de sustancias

qumicas. Los efectos mecnicos estn constituidos por el movimiento del crudo a

travs de las lneas de produccin, en las cuales debido a los accesorios involucrados

Fig. 2.2 Tipos de Emulsin. Fuente Leonardo Valladares (2005) Evaluacin de los sistemas de operaciones de produccin de la Estacin de Flujo Guafita.

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se producen efectos de turbulencia y agitacin. En cuanto a las sustancias qumicas,

estas se pueden encontrar tanto en el agua asociada al crudo, como en el propio

crudo (asfltenos y parafinas), y pueden ser solubles, como jabones de sodio,

magnesio y calcio; e insolubles como slice, negro de humo y arcilla. En resumen, las

condiciones que favorecen la formacin de emulsiones son:

x Contacto de dos lquidos inmiscibles.

x Efectos de turbulencia o agitacin.

x Existencia de agentes emulsionantes.

2.3.1.2.1 Deshidratacin

Corona, (2001) define deshidratacin como el proceso

mediante el cual se separa el agua presente en el crudo hasta los niveles

de contenido de agua y sedimentos establecidos en la especificaciones de

mercado y/o refinacin (p. 1-11).

El agua presente en el crudo se trata de retirar debido a que sta es una

impureza y adems contiene sales inorgnicas que pueden causar incrustaciones o

corrosin en las instalaciones y equipos.

Los requisitos esenciales de un proceso de deshidratacin son los siguientes:

1. Destruir o neutralizar la accin del agente emulsionante (romper la emulsin).

2. Promover (fomentar) la coalescencia (unin) de pequeas gotas de agua y

fomentar gotas ms grandes por agitacin mecnica o movimientos

gravitacionales.

3. Acelerar el proceso de separacin del crudo y el agua por reduccin de la

viscosidad de la fase continua.

Captulo II

14

4. Conceder suficiente tiempo para la separacin del agua del crudo (asentamiento).

5. Remover el agua del equipo en el cual es completado el proceso de deshidratacin

(manejo de aguas efluentes).

2.3.1.2.2 Mtodos de Deshidratacin

Los mtodos de deshidratacin tratan de eliminar o modificar las propiedades

de los agentes emulsionantes para permitir el rompimiento de las emulsiones, adems

promover el acercamiento de las gotas para facilitar su coalescencia.

Los mtodos de deshidratacin se pueden clasificar en tres grupos:

x Mtodos qumicos: se utilizan compuestos surfactantes para permitir que las

diminutas gotas de la fase dispersa se junten y decanten.

x Mtodos mecnicos: entre estos se encuentran la aplicacin de calor, el reposo y

el lavado.

x Mtodos electrnicos: se emplea un campo elctrico que promueve el movimiento

de las gotas de agua, formado gotas ms grades que precipitan por gravedad.

Por lo general, en la prctica se combinan estos mtodos para obtener mejores

resultados.

En el Campo Guafita, el proceso de deshidratacin se lleva a cabo en dos

etapas: la desestabilizacin de la emulsin de agua en crudo y la separacin del crudo

y el agua en un tanque de lavado, la funcin de dicho tanque es proporcionar

suficiente tiempo de residencia para poder lograr la separacin. Este proceso se

realiza sin aplicacin de calor al fluido.

El mtodo utilizado para tratar la emulsin es el tratamiento qumico sin

reposo a temperatura ambiente, lo cual no es usual pero normalmente se aplica a

Captulo II

15

crudos livianos o medianos. La qumica (demulsionantes) se inyecta en las lneas de

flujo, en los mltiples o en los saltos de los cluster por medio de una bomba, con el

objeto de romper la emulsin en el crudo antes de que llegue a la estacin o casi

romperla de manera que la inyeccin de qumica en la estacin sea mnima.

La fase de separacin se lleva a cabo en tanques de lavado o tanques de

decantacin. La separacin de emulsiones de agua en petrleo en los tanques de

lavado se basa en el principio de gravedad diferencial. En otras palabras, siendo el

agua ms pesada que el petrleo, est se asienta en el fondo de un tanque que

contenga una mezcla de las dos. Sin embargo, las pequeas partculas de emulsin

pueden ser de un material suficientemente duro para resistir la ruptura y evitar que se

junten o renan las gotas de agua en un tiempo razonable. Por lo tanto, el calor, los

productos qumicos, los auxiliares mecnicos o sus diversas combinaciones son

comnmente necesarios para acelerar la separacin.

Existen diferentes diseos de tanques de lavado, en la Estacin de Flujo

Guafita se utilizan tanques de lavado con bafles o deflectores.

2.3.1.2.3 Tanque de lavado con bafles o deflectores

Son un tipo de tanques de lavado que cuentan con bafles internos que

permiten elevar el tiempo de residencia, que es el tiempo que debe pasar la emulsin

dentro del tanque para que el petrleo y el agua se separen adecuadamente. El

proceso llevado a cabo dentro de un tanque de lavado de este tipo es como sigue: El

crudo emulsionado que viene del mltiple de produccin entra al desgasificador

donde se separa la fase lquida, sta desciende por el tubo y entra a la zona de lavado

a travs del distribuidor. Esto hace que la emulsin se divida lo mximo posible, para

as aumentar el rea de contacto entre el agua de lavado y la emulsin. La emulsin

fluye a travs del agua de lavado siguiendo una trayectoria inclinada ascendente y en

forma de zig - zag debido al arreglo de los bafles (desviadores) lo que permite

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incrementar el tiempo de residencia del petrleo dentro de dicho tanque. Luego

penetra en la zona de la emulsin donde el agua remanente se asienta.

Debido a que el petrleo es ms liviano que la emulsin, pasa a la zona

superior; en la que se encuentra el petrleo deshidratado. Por ltimo, el petrleo

limpio entra al recolector y de all a la lnea de descarga que va hacia los tanques de

almacenamiento.

Fig. 2.3 Partes de un tanque de lavado con deflectores. Fuente Corona, Ender. (2001). Manejo y Operacin de Sistemas de Tratamiento de Crudo. PDVSA. Venezuela.

Fase crudo

Fase agua

Venteo

Tubo desgasificador

Lnea de admisin

Desborde de crudo

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La Estacin de Flujo Guafita cuenta con tres tanques de lavado; el TK100-01,

el TK40-02 y el TK100-02, estos dos ltimos fueron tanques de almacenamiento, y se

modificaron en aos resientes a tanques de lavado, con el fin de poder manejar los

volmenes de fluido en incremento y de darle flexibilidad al proceso. Estos tanques

adems de contar con todo lo necesario para operar como un tanque de lavado, siguen

contando con las instalaciones para servir como tanques de almacenamiento.

2.3.1.3 Sistema de almacenamiento de crudo

El sistema de almacenamiento en una Estacin de Flujo se encuentra

conformado por los tanques de almacenamientos o tanques de reposo. Estos tanques

cumplen varias funciones, desde almacenar temporalmente la produccin, fiscalizar y

medir la calidad del petrleo para su venta y para asentar el crudo despus de la

deshidratacin.

Las partes que componen generalmente estos tanques son:

x Bocas de inspeccin: facilitan la entrada y salida de los tanques para permitir

inspecciones programadas mantenimiento y reparacin interna de los tanques.

x Boquillas: son las conexiones de entrada y salida que se conectan al casco y

donde se instalan los respiradores en el techo.

x Escaleras: se emplean para subir al techo a objeto de realizar mediciones,

inspecciones, mantenimiento, etc.

x Boca de aforo: es la abertura sobre el techo del tanque, a travs de la cual se

hacen las medidas y se toman las muestras para un aforo. Estas bocas deben

permanecer cerradas cuando no se estn realizando medicin, evitndose as

prdida de petrleo por evaporacin.

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x Termopozos: se utilizan para la observacin visual de la temperatura del

producto.

x Respiradores: ubicados en el techo del tanque, impiden la acumulacin de una

presin excesiva.

x Lneas: las lneas que forman parte de un tanque de almacenamiento son las

siguientes:

Lneas de entrada

Lneas de salida (succiones)

Lnea de contra expansin: se utiliza para evitar que se acumulen

presiones por efecto de la expansin y rompa la lnea de entrada

Lnea de circulacin se utiliza para mover el contenido en el momento

oportuno.

Lnea de drenaje: se utilizan para retirar el agua y los sedimentos que

contenga el crudo al llegar al tanque.

2.3.1.4 Sistema de bombeo

Este sistema consta de bombas que hacen posible el traslado de los fluidos por

medio de tuberas, El crudo recolectado en la Estacin de Flujo Guafita es bombeado

hacia Patio de Tanques Silvestre (PTS) en el estado Barinas, a travs de un oleoducto

de dimetro variable en su recorrido de 16 (0,4064 m) y 20 (0,508 m). La longitud

aproximada del oleoducto es de 260 Km., para el bombeo del crudo se utilizan el

sistema de bombeo de la Estacin de Flujo Guafita y la Estacin Reforzadora

Totumito.

Captulo II

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2.3.1.5 Sistema de tratamiento de efluentes

En la estacin se utilizan diversos equipos para el tratamiento de las aguas

aceitosas resultantes del proceso de deshidratacin del petrleo, estos equipos tratan

de disminuir las cantidades de petrleo en el agua, y la temperatura del agua hasta los

niveles permitidos en Ley Penal del Ambiente, Decreto 883.

2.3.1.5.1 Remocin de aceite libre

El objeto de sta primera fase de tratamiento es permitir la remocin de aceite

libre y slidos en suspensin, tales como arena, arcillas, gravas finas y otros, as

como, facilitar el funcionamiento de las unidades posteriores por los efectos de

compensacin de flujo y regulacin de las concentraciones de hidrocarburos

presentes en el efluente a ser tratado.

La separacin de aceite libre puede ser llevada a cabo mediante dos

procedimientos, a saber:

Separadores de gravedad: en los cuales las gotas de aceite se elevan hacia arriba con

una velocidad definida por su gravedad especfica.

Gravedad artificial: centrfugas y ciclones.

El proceso utilizado en la Estacin de Flujo Guafita es separadores de

gravedad. Los equipos ms utilizados de separacin por gravedad son separadores

API (American Petroleum Institute) y separadores de placa corrugada CPI

(Interceptor Plates of Corrugated)

2.3.1.5.1.1 Separador API

Su funcin es la de separar el aceite libre proveniente de los tanques de

lavado. En trminos del tamao del glbulo de aceite, la remocin se basa en aquellos

con dimetros de 0.015 cm., por lo cual el funcionamiento de estas unidades depende

Captulo II

20

de la naturaleza del aceite, caractersticas del flujo, diseo y tamao de la unidad.

Pueden ofrecer eficiencias altas en el orden de un 75% o ms.

Los separadores API consiste de estanques rectangulares, los cuales disponen

de una zona de entrada, una zona de separacin aceite / agua y una zona de salida.

Ver la Figura 2.4.

La zona de entrada: comprende un canal de preseparacin que cumple la

funcin de reduccin de velocidad del flujo entrante por la tubera de acceso.

La zona de separacin: bsicamente est conformada por los canales de

separacin (estructuras rectangulares dimensionadas de acuerdo a ciertos criterios),

los cuales disponen de las tolvas de recoleccin de lodos, el desnatador y la pantalla

de retencin.

ENTRADA DE EFLUENTE

SALIDA DE EFLUENTE

RECOLECTOR DE CRUDO

ZONA DE ENTRADA

ZONA DE SEPARACION

ZONA DE SALIDA

Fig. 2.4 Partes de un separador API Fuente Manual PDVSA. FC201PRT Separador de aceite API. Venezuela.

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La zona de salida: se refiere al vertedero de pared localizado despus de la

pantalla de retencin de aceite, a una distancia de 2 pies (0.61 m) de la misma. El

agua fluye por arriba hacia un canal que distribuir sta a otras unidades en caso de

ser requerido.

2.3.1.5.1.2 Ecuaciones bsicas utilizadas en diseo de un separador API

A continuacin se darn a conocer las ecuaciones bsicas empleadas en el

diseo de un separador API. El Instituto Americano del Petrleo ha fijado valores

lmites que deben ser considerados y extrados del Manual PDVSA. MDP09EF

05. (1996). Diseo conceptual de tecnologas de control de efluentes. Venezuela.

x Velocidad mxima de flujo horizontal (Vh) 15 veces la velocidad de ascenso de

las gotas de crudo, pero la misma no debe exceder de 3 pie/min.(0.01524 m/s)

x La profundidad del separador (P) deber estar entre 3 pies (0,9144m) como

mnimo a 8 pies (2,4384 m) a fin de evitar turbulencias en el canal.

x La relacin entre profundidad ancho del canal (P/Ac) debe estar entre 0.3 a

0.5 y el ancho del separador deber estar entre 6 y 20 pies.( 1,8288 y 6,096 m).

x Velocidad de ascenso de las gotas (Vt) La ecuacin para determinar la velocidad

de ascenso de las gotas de crudo en el agua se deduce a travs de la ley de Stokes,

en la cual para un dimetro mnimo de las gotas de crudo fijado para el diseo es

de valor de 0.015 cm.

(1)

Donde:

Vt = velocidad de ascenso de las gotas de crudo de 0.015 cm. de dimetro en pie/min.

Sw = gravedad especifica del efluente en gr./cc.

vw

SoSwVt

u 02412.0

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So = gravedad especifica del crudo a temperatura de diseo en gr./cc.

Qw = viscosidad absoluta del aceite en poises.

x rea mnima transversal vertical (Ac) el rea mnima se determina mediante la

siguiente ecuacin:

Vh

QmAc (2)

Donde:

Ac = rea transversal vertical (pies2)

Qm. = caudal de agua por tratar (pies3)

Vh = velocidad horizontal superficial (pie/min)

x Numero de canales Si Ac es mayor de 160 pies2 (14,86 m) es necesario

determinar el nmero de canales requeridos por medio de la siguiente ecuacin:

160Ac

Nrequerido (3)

x Longitud mnima (L) se determina entre el distribuidor de entrada del agua al

canal y los recolectores de crudo, de acuerdo a la siguiente relacin:

PVt

VhFL uu (4)

L = longitud mnima (pie)

F = factor de diseo

P = profundidad del separador (pie)

Captulo II

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Vt = velocidad de ascenso de las gotas de crudo (pie/min)

Vh = velocidad horizontal superficial (pie/min)

x Factor de diseo (F) es experimental y se basa en los efectos de corto circuito

(Fs) y turbulencia (Ft) que afectan en la prctica un comportamiento hidrulico

ideal.

FsFtF u (5)

Fs= se recomienda un valor de 1.2

Ft es funcin de la relacin de velocidad horizontal (Vh) a la velocidad de ascenso

del glbulo de aceite (Vt); Vh/Vt. En la Tabla N 2.1 se presentan los factores

asociados

Tabla N 2.1 Valores de factores de turbulencia recomendados para el diseo de separadores API.

x Profundidad definitiva del canal

NcAAc

Pu

(6)

Ac= Area transversal de la unidad

A = Ancho de la unidad fijado de acuerdo a criterios

Nc = Nmero de canales calculados

VH/Vt Factor de turbulencia Ft20 1,4515 1,3710 1,276 1,143 1,07

Fuente: Manual PDVSA. MDP09EF05. (1996). Diseo conceptual de tecnologas de control de efluentes. Venezuela.

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24

2.3.1.5.1.3 Separador de capa corrugada CPI

El separador de placas corrugadas conocido como CPI (Figura 2.5), consiste

bsicamente en modificaciones hechas a los API, al colocarle placas internas; dichas

placas se instalan con una inclinacin de 45. La cresta y los canales de las placas

mejoran la separacin del crudo al proveer mayor superficie de coalescencia y

proveer adems canales cncavos por donde el crudo fluye hacia la superficie.

El agua efluente que contiene crudo y slidos suspendidos pasa en direccin

horizontal entre los espacios cerrados de los paquetes. El flujo debe ser laminar en el

paso por las placas para la efectiva separacin gravitacional del crudo y slidos

suspendidos del agua.

El crudo contenido en el agua, desde la entrada hasta la salida del paquete,

asciende hasta la parte superior de las corrugaciones y la inclinacin de las placas

NIVEL DELAGUA

VERTEDERO AJUSTABLE DEL

CUBO DEL ACEITE

ACEITE SEPARADO

CAPA DE ACEITE

ENTRADA DE EFLUENTE

RECOLECTOR DE CRUDO

EFLUENTE LIMPIO

SOLIDOS SEPARADOS

TUBERIA EXTRACCION DE

LODOS

LAMINAS DEL CPI A 45

COMPARTIMIENTO

RECOLECTOR DE EFLUENTE

LIMPIO

Fig. 2.5 Partes del separador de capa corrugada. Fuente US Filter www.water.siemens.com Fecha 15 /07/2007

Captulo II

25

hasta el tope del tanque de proceso, donde es removido por un desnatador. El

sedimento se mueve hacia el fondo del tanque para luego ser descargado

intermitentemente.

2.3.1.5.1.4 Ecuaciones bsicas utilizadas en diseo de un separador CPI

Dado que los separadores de placas corrugadas CPI, son patentes especficas,

en sta seccin se desarrollar el diseo conceptual de un separador de placas

convencional extrado del Manual PDVSA. MDP09EF05. (1996). (Diseo

conceptual de tecnologas de control de efluentes. Venezuela.)

Criterios de diseo

x Clculo de la velocidad de desplazamiento entre placas:

La teora que sustenta el proceso de sedimentacin laminar se basa en la siguiente

relacin:

PID

I2058.0

cosd

Vsc

d

tgdLpVo

uuu

u (1)

donde:

Vo = velocidad de desplazamiento entre placas (cm/seg)

Vsc = velocidad crtica de sedimentacin (cm/seg)

Lp = longitud de las placas (cm.)

d = separacin entre placas (cm) usualmente, 5 cm. > d >2 cm.

= ngulo de inclinacin respecto a la horizontal (Normalmente 45)

Captulo II

26

= 1.3, para flujo laminar entre placas.

= viscosidad cinemtica del fluido, (cm2/s)

x Clculo del rea superficial:

Vo

QAs (2)

donde:

As = rea superficial de la unidad ( m2)

Q = caudal (m3/seg).

Vo = velocidad de desplazamiento entre placas (m/seg)

x Clculo del nmero de placas:

(3)

donde:

n = nmero de placas

As = rea superficial de la unidad (m2)

d = separacin entre placas (m)

e = espesor de la placa (m)

a = ancho neto de la zona de sedimentacin (m).

Este valor ser fijado tomando como referencias los anchos de las placas

comerciales.

edasenAs

nu

u I

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x Comprobacin del Nmero de Reynolds:

(4)

donde:

NR = nmero de Reynolds. Usualmente, 1600 > NR > 400

d = separacin entre placas (m)

Vo= velocidad de desplazamiento entre placas (m/seg)

= viscosidad cinemtica del fluido (m2/seg).

x Dimensiones del separador, Longitud, L y Ancho:

Dado que se debe fijar una de las variables, la restante ser el resultado de la relacin:

aLsAs u (5)

donde:

As = rea superficial (m2)

Ls = longitud (m)

a = ancho (m)

2.3.1.5.2 Remocin de aceite emulsionado y slidos en suspensin

Esta se refiere a la remocin de materia en estado coloidal, bien sea de aceite

en emulsin mecnica, qumica o slidos en suspensin, mediante el uso de

sustancias qumicas coagulantes. El proceso se lleva a cabo en unidades de

floculacin y separadores de gravedad.

PdVo

NRuu 2

Captulo II

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Los principales procesos asociados son:

1. FloculacinFlotacin

2. FloculacinSedimentacin

3. Filtracin en arena

2.3.1.5.2.1 Floculacin Flotacin

La flotacin se refiere al proceso de separacin de aceite y slidos presentes

en el efluente por medio de burbujas de aire que aceleran el ascenso. Estas burbujas

se adhieren a las partculas en suspensin y producen una disminucin de la densidad

aparente del conjunto burbujapartcula hasta un punto menor que la del agua. La

diferencia de densidades origina un impulso ascensional que hace que las partculas

se acumulen en la superficie.

Estos procesos, por lo general, se llevan a cabo despus del proceso preliminar

de separacin de aceites.

Los principios de operacin del proceso de flotacin dependen del mtodo

empleado para producir las pequeas burbujas de aire o gas requeridas.

Las burbujas de gas son generadas por:

x Descompresin de una corriente de agua presurizada con aire o gas disuelto.

x Por aire o gas dispersado mecnicamente o hidrulicamente.

Los tipos ms importantes de tecnologas son la Flotacin por Aire Disuelto

(DAF) y Flotacin por Aire Inducido (IAF). Cabe destacar, que dichos procesos se

facilitan mediante la adicin de sustancias qumicas coagulantes, por lo que en varias

referencias se clasifican como procesos fisicoqumicos.

Captulo II

29

En la estacin se utilizan dos equipos Wemco basados en la tecnologa IAF,

con una capacidad de procesamiento de 170 MBPD (Mil Barriles de Petrleo

Diarios) cada uno.

2.3.1.5.2.2 Flotacin por Aire Inducido (IAF)

Los sistemas por flotacin por aire inducido se pueden dividir de acuerdo al

sistema de induccin del aire y/o gas, ya que en algunos modelos este aire o gas es

inducido por equipos mecnicos, y en el segundo modelo el sistema es ms simple, ya

que el aire o gas es inducido hidrulicamente por un sistema de eductores, (eductor

consiste en una simple bomba de vaco hidrulica.)

Fig. 2.6 Representacin de una Unidad de flotacin por aire inducido. Fuente del autor.

Captulo II

30

DESNATADOR

ENTRADA DE AIRE

MOTOR

TUBERIA DE ENTRADA

DESCARGA DE CRUDO

DISPENSADOR ZONAABCDEF

DESCRIPCIONINDUCCION DE AIRE

MEZCLADOR BI FASICOFLOTACION

ESPUMACIRCULACION

VALVULA CONTROL AIRE

DESNATADOR

ENTRADA DE AIRE

MOTOR

TUBERIA DE ENTRADA

DESCARGA DE CRUDO

DISPENSADOR ZONAABCDEF

DESCRIPCIONINDUCCION DE AIRE

MEZCLADOR BI FASICOFLOTACION

ESPUMACIRCULACION

VALVULA CONTROL AIRE

DESNATADOR

ENTRADA DE AIRE

MOTOR

TUBERIA DE ENTRADA

DESCARGA DE CRUDO

DISPENSADOR ZONAABCDEF

DESCRIPCIONINDUCCION DE AIRE

MEZCLADOR BI FASICOFLOTACION

ESPUMACIRCULACION

VALVULA CONTROL AIRE

Las unidades IAF de sistemas de aire inducido por rotores consisten en

unidades compactas de cuatro compartimientos divididos por pantallas, equipados

con un mecanismo rotor de auto aeracin impulsado por un motor. Cuando se usa gas

en el sistema las unidades deben ser completamente tapadas, ms esta condicin no es

necesaria cuando se trabaja con aire.

2.3.1.5.2.3 Criterios de diseo

Material extrado del Manual PDVSA. MDP09EF05. (1996). Diseo conceptual

de tecnologas de control de efluentes. Venezuela.

Dimensionamiento de la Cmara de Flotacin

A continuacin se mencionan algunos criterios de dimensionamiento de estas

unidades de flotacin. Sin embargo, es importante acotar que los mismos parmetros

bien pudieran basarse en las pruebas de tratabilidad realizadas sobre un efluente

particular.

Fig 2.7 Unidades de flotacin por aire inducido de la estacin. (Derecha) Partes de una unidad de flotacin Wemco. (Izquierda)

Fuente Manual Wemco

Captulo II

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x Relacin Aire/Slidos (A/S)

Representa el factor ms importante en la eficiencia de la flotacin, y depende

del tipo de efluente a tratar. Se refiere a la masa de aire liberado en la

despresurizacin por masa de slidos presentes en el afluente, y puede afectar

sensiblemente el proceso de flotacin, por cuanto influye en la concentracin final de

slidos o aceite en el efluente, as como en la velocidad de ascenso de stos.

La literatura reporta valores de relacin aire/slidos (A/S) que oscilan entre

0.04 y 0.006 en promedio. As mismo, puede ser ledo de grficas ya construidas para

tal fin, en funcin de la concentracin de slidos suspendidos y/o aceite requeridos a

la salida del tratamiento. Ver Grafico 2.1

Efecto de la relacin A/S sobre la calidad del efluente

Grafico 2.1 Efecto de la relacin aire/slido vs. concentracin de aceites o slidos suspendidos. Fuente : Manual PDVSA MDP09EF05

Captulo II

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x Carga superficial (L)

Este criterio se fija en base a los valores recomendados en la literatura:

1 gpm/pie2 (59 m3/m2/da) < L < 4 gpm/pie2 (235 m3/m2/da)

As mismo puede ser ledo directamente de grficas. Ver Grafico 2.2

Efecto de la carga superficial sobre la calidad del efluente a presin de 50 psi.

x Tiempos de Retencin

Se estima conveniente tiempos de retencin (tr) en la cmara de flotacin en el orden

de 20 a 40 min.

Grafico 2.2 Efecto de la carga superficial sobre la calidad del efluente a presin de 50 psi. Fuente. : Manual PDVSA MDP09EF05

Captulo II

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x Factor de eficiencia de la disolucin de aire en agua a la presin (f)

Este factor depende de las caractersticas fsicas y qumicas del agua, tales

como el pH, y de la presin en la cmara de presurizacin. Los valores de f varan

en un rango de 0.5 a 0.8, de acuerdo a si se hace la flotacin mediante sistema de

presurizacin total o parcial.

Dimensionamiento del Tanque de Presurizacin

x Tanque presurizado

Se requieren presiones en el tanque de presurizacin en el orden de 40 a 60

psi. Para el tanque de presurizacin, se recomiendan tiempos de retencin (tp) en el

orden de 1 a 3 min.

x Requerimientos de aire

Los requerimientos de aire a 40 psi son de 0.5 a 1 pie3/100 gal de desecho

presurizado.

Dimensionamiento del Tanque de Floculacin

x Cmara de Floculacin

La floculacin puede ser llevada a cabo por inyeccin de las sustancias

qumicas, bien sea en la lnea de entrada contando la misma con un mezclador

esttico, o a travs de la cmara de floculacin, la cual deber contar con tiempos de

retencin (tf) entre 5 a 15 min.

Captulo II

34

Dimensionamiento de la cmara de flotacin

x Clculo de la tasa de reciclo, R.

> @117.14 uuuu

PfCs

XoQSA

R (1)

donde:

R = caudal de recirculacin (gpm)

A/S = relacin aire/slidos

Q = caudal de entrada al sistema de tratamiento de aguas (gpm)

Xo = concentracin de slidos en suspensin en el efluente (mg/l)

Cs = solubilidad de aire en agua a presin atmosfrica, la cual en vara en funcin de

la temperatura de acuerdo a Tabla 2.2.

f = eficiencia de la disolucin de aire en agua a la presin

P = presin manomtrica, psi

Normalmente, el reciclo vara entre 3040%, pero pueden aceptarse reciclos por

encima del 15%.

Captulo II

35

Tabla 2.2 Solubilidad de aire en agua a presin atmosfrica

x Clculo del rea superficial requerida en el tanque de flotacin, A

L

RQA

(2)

donde:

A = rea superficial (pie2)

Q = caudal de entrada al sistema de tratamiento (gpm)

R = caudal de reciclo (gpm)

L = carga superficial, que puede ser leda del Grafico 2.2, o fijada de acuerdo a los

criterios establecidos:

1 gpm/pie2 (59 m3/m2/da) < L < 4 gpm/pie2 (235 m3/m2/da)

Dimensionamiento del tanque de presurizacin, Vp

tpRVp * (3)

Fuente: Manual PDVSA MDP09EF05

Captulo II

36

donde:

Vp = volumen del tanque de presurizacin (pie3)

tp = tiempo de retencin en el tanque de presurizacin (seg)

Suponiendo que el tanque es cilndrico, fijamos una variable, por ejemplo, dimetro

del tanque (d) entonces la altura del mismo ser:

2

4d

VpHp

uu

S (4)

donde:

Vp = volumen del tanque de presurizacin (pie3)

d = dimetro del tanque de presurizacin (pie)

Hp = altura del tanque de presurizacin (pie)

Dimensionamiento del tanque de floculacin, Vf

tfRQVf u (5)

donde:

Vf = volumen del tanque de floculacin (pie3)

tf = tiempo de retencin en el tanque de floculacin (seg)

Q = caudal de entrada al sistema de tratamiento (gpm)

R = caudal de reciclo (gpm)

Captulo II

37

2.3.1.5.2.2 Laguna de enfriamiento

La laguna de enfriamiento o laguna de concreto est diseada y construida

para recolectar el efluente que sale de todos los equipos de recoleccin de crudo, su

finalidad es de disminuir la temperatura de las aguas antes de ser enviadas al medio

ambiente por transferencia de calor por conveccin, es decir la temperatura del agua

que estas poseen disminuye por la accin de las corrientes de aire que tiene el medio

ambiente.

La laguna de concreto existente en la Estacin de Flujo Guafita posee cuatro

compartimientos, diseada de sta manera para dividir en dos compartimientos de

descarga de aguas y dos compartimientos de almacenaje, para luego ser descargadas

por tuberas a un canal que la transporta hasta otra laguna natural.

Esta laguna posee un rea aproximada de 7225 m2 (85 m x 85 m) y una altura

aproximada 6 m, en sta laguna tambin se retiene crudo.

En estudios anteriores realizados por el personal de la estacin, se

recolectaron datos para poder decir que en un da se concentra en las lagunas

aproximadamente 8 barriles de crudo, en un mes resultaran 240 barriles de crudo, el

cual se recupera de las lagunas y es enviado a la tanquilla de recoleccin ms cercana.

2.3.2 Sistemas auxiliares

Son todos aquellos sistemas que apoyan a los sistemas principales en el

tratamiento del fluido. Estos sistemas son:

x Sistemas de inyeccin de qumicos

x Sistema de aire de servicio

x Sistema de prueba de pozos

Captulo II

38

x Sistemas de aguas contra incendios

x Sistema de espuma contra incendios

x Sistema de drenaje de agua de lluvias y aguas negras

x Sistema de agua potable y agua de servicio