Bombas [2]El bombeo puede definirse como la adicin de energa a un fluido para moverse de un punto a otro. Una bomba es un transformador de energa. Recibe la energa mecnica, que puede proceder de un motor elctrico, trmico, etc., y la convierte en energa que un fluido adquiere en forma de presin, de posicin o de velocidad.

Las bombas pueden clasificarse sobre la base de las aplicaciones a que estn destinadas, los materiales con que se construyen, o los lquidos que mueven. Otra forma de clasificarlas se basa en el principio por el cual se agrega energa al fluido, el medio por el por el cual se implementa este principio y finalmente delinea la geometra especficas comnmente empleadas. Esta clasificacin se relaciona por lo tanto, con las bombas mismas y no se relaciona con ninguna consideracin externa a la bomba o an con los materiales con que pueden estar construidas.

Tomando en cuenta esta ltima clasificacin, todas las bombas pueden dividirse en dos grandes categoras:

DinmicasEn las cuales se aade energa continuamente, para incrementar las velocidades de los fluidos dentro de la mquina a valores mayores de los que existen en la descarga, de manera que la subsecuente reduccin de velocidad dentro, o ms all de la bomba produce un incremento de presin. Las bombas dinmicas pueden, a su vez, subdividirse en otras variedades de bombas centrfugas y de otros efectos especiales.

De Desplazamiento Positivo.En las cuales se agrega energa peridicamente mediante la aplicacin de fuerza a una o ms piezas mviles para un nmero deseado de volmenes, lo que resulta un incremento de presin hasta el valor requerido para desplazar el fluido a travs de vlvulas con aberturas en la lnea de descarga.

Clasificacin de las bombas de desplazamiento positivo:

Las bombas de desplazamiento se dividen esencialmente en los tipos reciprocantes y rotativas, dependiendo de la naturaleza del movimiento de los miembros que producen la presin. Cada una de estas clasificaciones mayores pueden, a su vez, subdividirse en varios tipos especficos de importancia.

Las bombas de desplazamiento positivo (reciprocantes), por lo general, se clasifican por sus caractersticas:

1. - Extremo de impulsin, es decir, potencia o accin directa.

2. - Orientacin de la lnea de centros del elemento de bombeo, es decir, horizontal o vertical.

3. - Nmero de carrera de descarga por ciclos de cada biela, es decir, accin sencilla o doble accin.

4. - Configuracin del elemento de bombeo: pistn, mbolo o diafragma.

5. - Nmero de varillas o bielas de mando, es decir, simplex, dplex o mltiplex.

Tipo ReciprocantesLas bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo que descargan una capacidad definida de lquido durante el movimiento del pistn o mbolo a travs de la distancia de carrera. El pistn puede ser accionado mediante vapor, motor de combustin o por un motor elctrico.

La categora del tipo reciprocantes tiene como principio el desplazamiento positivo, el cual consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminucin del volumen de la cmara. En el ejemplo, el mbolo, ha desplazado su volumen del recipiente grande al recipiente chico. El volumen del fluido desplazado (B) es igual al volumen del mbolo (A). Este volumen desplazado es igual al producto del rea transversal del mbolo por la longitud total sumergida. Por lo tanto, en una mquina de desplazamiento positivo el elemento que origina el intercambio de energa no tiene necesariamente movimiento alternativo (mbolo), sino que puede tener movimiento rotatorio (rotor), llamadas tambin volumtricas y roto estticas respectivamente.

En una bomba reciprocante, el flujo es estable hasta el final de la carrera del pistn, donde el pistn se detiene y regresa. Por lo tanto, el comportamiento del flujo de descarga es pulsante. Estas pulsaciones pueden ser reducidas mediante cmaras de amortiguacin en la descarga de la bomba y el uso del cilindro de doble accin.

Todas las bombas reciprocantes tienen una parte que maneja el fluido, comnmente llamada el extremo lquido, el cual tiene:

1.- Un slido que se desplaza, llamado mbolo o pistn.

2.- Un recipiente que contiene al lquido, llamado el cilindro.

3.- Una vlvula de succin de retencin que permite el fluido de la tubera de succin hacia el cilindro lquido.

4.- Una vlvula de descarga de retencin que permite el flujo del cilindro hacia la tubera de descarga.

5.- Empaque para sellar perfectamente la junta entre el mbolo y el cilindro y evitar que el lquido se fugue del cilindro.

La capacidad de la bomba vara con el nmero de mbolos o pistones y pueden clasificarse en simplex, dplex, triplex, etc.

La bomba se disea para una velocidad, presin, capacidad y potencia especficas. La bomba puede aplicarse a condiciones de potencia menores que las del punto especfico de diseo, pero con sacrificio de la condicin ms econmica de operacin.

Tipo Rotatorias de Tornillo.Las bombas rotativas de tornillo son unidades de desplazamiento positivo, en el cual el flujo a travs de los elementos de bombeo es verdaderamente axial en lugar de lanzar el lquido como en una bomba centrfuga este tipo de bomba lo atrapa, lo empuja contra la caja fija en forma muy similar a como lo hace el pistn de una bomba reciprocante, pero a diferencia de esta ltima, la bomba rotatoria de tornillo descarga un flujo continuo. Aunque generalmente se le considera como bombas para lquidos viscosos, pueden manejar casi cualquier lquido que este libre de slidos abrasivos.

Debido a la baja inercia relativa de sus partes en rotacin, las bombas de tornillo son capaces de operar a mayores velocidades que otras bombas rotatorias o alternativas de desplazamiento comparable.

Las bombas de tornillo como otras bombas rotatorias de desplazamiento positivo tienen unas caractersticas de flujo que es esencialmente independiente de la presin. Estas bombas se clasifican de acuerdo al nmero de tornillo que presenten en su diseo o configuracin. Estos pueden ser simples o mltiples.

Las bombas de tornillos mltiples se encuentran en una gran variedad de configuraciones y diseos. Todas emplean un rotor conducido engranado con uno o ms rotores de sellado. El mismo flujo se establece entre las roscas de los tornillos, y a lo largo del eje de los mismos. Pueden usarse tornillos con roscas opuestas para eliminar el empuje axial en la bomba.

En el mercado se encuentran dos (2) tipos bsicos disponibles, la construccin del extremo simple o doble, de las cuales la ltima es la ms conocida, vase

Debido a que la bomba de tornillo es un dispositivo de desplazamiento positivo, entregar una cantidad definida de lquido por cada revolucin de los rotores.

La capacidad real entregada de cualquier bomba rotatoria especifica es afectada por:

1.- Variacin en la velocidad.

2.- Variacin en las viscosidades.

3.- Variacin en la presin diferencial.

Debido a la holgura entre los rotores y su alojamiento, las bajas velocidades y las altas presiones el deslizamiento aumenta, lo que resulta en una capacidad reducida para una velocidad dada. El impacto de estas caractersticas puede variar ampliamente para los diversos tipos de bombas. El deslizamiento, sin embargo, no se afecta en forma medible por los cambios en la velocidad, no obstante, se produce en un pequeo porcentaje de deslizamiento del flujo total a velocidades altas.

Las bombas de tornillo por s mismas no originan presin, simplemente transfieren una cantidad de fluido del lado de entrada al lado de salida. La presin desarrollada en el lado de salida es tan slo el resultado de la resistencia al flujo en la lnea de descarga. La caracterstica de la prdida de un tipo y modelo de bomba en particular es uno de los factores claves que determinan la gama aceptable de operacin, en general est bien definido por el fabricante de la bomba.

La viscosidad y la velocidad estn ntimamente ligadas y no es posible considerar una sin la otra. La velocidad bsica que el fabricante debe considerar es la velocidad axial interna del lquido pasando a travs de los rotores. Esa es una funcin del tipo de bomba, diseo y tamao. La velocidad de rotacin debe reducirse cuando se manejan lquidos de alta viscosidad. Las razones no solo estn en la dificultad para llenar los elementos de bombeo, sino tambin las prdidas mecnicas que resultan de la accin del corte de los rotores en la sustancia que se maneja. La reduccin de estas prdidas es con frecuencia ms importante que las velocidades relativamente altas, aunque las ltimas pudieran ser posibles debido a las condiciones de succin.

Las prdidas internas de potencia son de dos tipos: mecnicas y viscosas. Las prdidas mecnicas incluyen toda la potencia necesaria para vencer el arrastre de la friccin mecnica de todas las partes en movimiento dentro de la bomba, incluyendo los rotores, cojinetes, engranes, sellos mecnicos, etc. Las prdidas por viscosidad incluyen toda la prdida de potencia originada por los efectos de arrastre del fluido viscoso contra todas las partes dentro de la bomba, as como de la accin de corte del mismo fluido. Es probable que la prdida mecnica sea el mayor componente cuando se opera a bajas viscosidades, mientras que las prdidas por viscosidad son mayores en condiciones de alta viscosidad.

En general, las prdidas para un tipo y tamao de bomba dada, varan con la viscosidad y la velocidad de rotacin, pueden o no ser afectadas por la presin, dependiendo del tipo y modelo de bomba bajo consideracin. Estas prdidas, sin embargo, deben estar siempre basadas en la mxima viscosidad que debe manejarse, puesto que sern las ms altas en este punto.

Bombas de Inyeccin de qumica

Tiene la funcin de prevenir la formacin y /o eliminar la espuma. Este equipo est constituido por un recipiente que contiene una mezcla de silicn y gasoil, una bomba con su respectivo contador acoplado al recipiente, la cual inyecta esa mezcla en un sitio previamente determinado como el ms adecuado para inyectar y contrarrestar formacin de espuma en los tanques de la estacin. El sitio de inyeccin de la qumica vara de una instalacin a otra, dependiendo de las caractersticas de los crudos. En algunos casos, la inyeccin se hace en el mltiple de produccin, en otros, antes o despus de los separadores de produccin y en otros en las tuberas de entrada de los fluidos a los tanques de almacenamiento temporal.

La bomba de inyeccin de substancias qumicas inyecta los reactivos qumicos al sistema a una razn predeterminada que debe ser proporcional a la produccin del pozo. Las pruebas en frascos indican la cantidad requerida para el tratamiento adecuado de una determinada cantidad de emulsin de petrleo crudo, por ejemplo, cien barriles. Una vez que esta razn entre el compuesto y la emulsin se ha determinado, es el deber del empleado ajustar la bomba inyectora para agregar la cantidad necesaria.

La mayora de los diseos del equipo de produccin especifican la inyeccin de compuestos qumicos en el cabezal del pozo, o corriente arriba del separador. Por supuesto, la presin a esos puntos de la tubera es mas alta que la de la atmsfera.

Por lo tanto, la mayora de las bombas de inyeccin de substancias qumicas se fabrican para superar las presiones que comnmente se encuentran en las lneas de flujo de los pozos de petrleo.

La bomba centrfuga, es actualmente la mquina ms utilizada para bombear lquidos en general. Las bombas centrfugas son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidrulica que transforma la energa mecnica de un impulsor. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos labes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrfuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tuberas de salida o hacia el siguiente rodete se basa en la ecuacin de Euler y su elemento transmisor de energa se denomina impulsor rotatorio llamado rodete en energa cintica y potencial requeridas y es este elemento el que comunica energa al fluido en forma de energa cintica.

CARACTERSTICAS: *La caracterstica principal de la bomba centrfuga es la de convertir la energa de una fuente de movimiento (el motor) primero en velocidad (o energa cintica) y despus en energa de presin. *Existen bombas centrifugas de una y varias etapas. En las bombas de una etapa se pueden alcanzar presiones de hasta 5 atm, en las de varias etapas se pueden alcanzar hasta 25 atm de presin, dependiendo del nmero de etapas. *Las bombas centrifugas sirven para el transporte de lquidos que contengan slidos en suspensin, pero poco viscosos. Su caudal es constante y elevado, tienen bajo mantenimiento. Este tipo de bombas presentan un rendimiento elevado para un intervalo pequeo de caudal pero su rendimiento es bajo cuando transportan lquidos viscosos. *Este tipo de bombas son las usadas en la industria qumica, siempre que no se manejen fluidos muy viscosos. *Las bombas centrfugas de una etapa y monoblock, son ideales para movimientos de lquidos en general, con una profundidad mxima de aspiracin de 7 m. 9 m. *Estas bombas son adecuadas para bombear agua limpia, sin slidos abrasivos.

PARTES DE UNA BOMBA CENTRFUGA:Carcasa: Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la funcin de convertir la energa de velocidad impartida al lquido por el impulsor en energa de presin. Esto se lleva a cabo mediante reduccin de la velocidad por un aumento gradual del rea. Impulsores: Es el corazn de la bomba centrfuga. Recibe el lquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba. Anillos de desgaste: Cumplen la funcin de ser un elemento fcil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando as la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos. Estoperas, empaques y sellos: la funcin de estos elementos es evitar el flujo hacia fuera del lquido bombeado a travs del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba. Eje o Flecha: Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrfuga, transmitiendo adems el movimiento que imparte la flecha del motor. Cojinetes: Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relacin con las partes estacionarias. Soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba. Bases: Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.

Cabezal del pozo (Arbolito de navidad)

El trmino Cabezal est definido, en la industria como todo el equipo permanente entre la porcin superior del revestimiento de superficie y la brida adaptadora (adapter flange), sin embargo suele atribuirse otros nombres coloquiales como "Arbol de navidad" o "Cruz del pozo". La seccin de flujo (christmas tree) o rbol de navidad se define como el equipo permanente por encima de la brida adaptadora (vlvulas y medidores); sin embargo para este caso, se tomar la seccin de flujo como parte componente del cabezal.Tambinse le reconoce por el nombre de Cruz de pozo, debido a la forma que se asemeja.

Partes del CabezalA su vez el cabezal tambin puede ser dividido en dos partes:Equipo de perforacinIncluye generalmente el casing head, casing spool y casing hanger, incluyendo los sellos de aislamiento, cuando los anteriores elementos lo requieren. Estos componentes estn asociados con todas las sartas de revestimiento anteriores al revestimiento de produccin.Equipo de completamientoIncluye como componentes principales; los Tubing head, Tubing hanger, Tubing head adapter, christmas tree, valves, crosses and tee and chockes. En general todos los elementos asociadas con el revestimiento de produccin y la tubera de produccin usados; para completar y producir el pozo incluyendo el equipo de control de flujo.

Elwellhead(Cabezal de pozo) provee la base para el asentamiento mecnica del ensamblaje en superficie. Provee:1. Suspensin de tubulares (casings y tubings), concntricamente en el pozo.2. Capacidad para instalar en superficie un dispositivo de control de flujo del pozo como: Un BOP (Blowout Preventer) para la perforacin Un Xmas Tree (Arbol de Navidad) para la produccin o inyeccin3. Acceso hidrulico al anular entre casing para permitir el desplazamiento durante la cementacin y entre el casing de produccin y el tubing para la circulacin del pozo.El propsito del Arbol de Navidad (Xmas Tree) es proveer un control de vlvulasde los fluidos producidos o inyectados al pozo. El Xmas Tree es normalmente bridado al sistema de cabezal de pozo despus de correr el tubing de produccin. El diseo mostrado es uno de los ms simples y comunes diseos, en l brevemente se puede ver que comprende 2 vlvulas laterales de salida, normalmente una para la produccin y otra para la inyeccin. Adicionalmente una tercera vlvula de salida provee acceso vertical al tubing mediante herramientas de cable concntricas o coiled tubing tools.

La vlvula inferior es la vlvula mster y controla todo el acceso mecnico e hidrulico al pozo. En algunos casos, la importancia de esta vlvula para brindar seguridad al pozo es tan alta que es duplicada. Todas las vlvulas son en algunos casos tanto manualmente operadas como controladas remotamente hidrulicamente como en el caso de las plataformas marinas.Componentes bsicos del cabezalCabeza primaria del revestimiento. (Casing heads)Sirve como conexin intermedia entre el revestimiento conductor o revestimiento superficial y el equipo de control de pozo o con la sarta siguiente y/o la subsecuente seccin (casing spool or Tubing spool). Las funciones bsicas del casing head son soportar la sarta de revestimiento, conectar o adaptar el equipo de control de pozo aislando el hueco de la atmsfera y permitir el acceso al hueco para controlar la presin o el retorno de fluidos durante las operaciones de perforacin.Colgadores de revestimiento. (casing hangers)Son mecanismos retenedores con empaques que permiten soportar, centrar y usualmente sellar el anular entre el revestimiento y el tazn interno del casing head. Hay tres clases: cuas, colgador de cuas y tipo mandril.Protector de prueba. (Test protector)Posee doble funcin de acuerdo con el diseo del colgador seleccionado: Como Packoff primario para sellar el anular entre el tazn de casing head y la sarta de revestimiento. Como protector de prueba cuando el colgador posee mecanismo de sello y su funcin es aislar el rea de carga de las cuas que soportan la sarta evitando una sobrepresin hidrulica.Sellos de aislamiento. (isolated seals)Bajo este trmino se incluye cualquier tipo de mecanismo que selle el dimetro externo de el final de la sarta de revestimiento contra el tazn inferior que por diseo posee el Tubing head o el casing spool que se instala enseguida y constituye la siguiente seccin.Sellos de conexin. (ring gasket)Tambin conocidos como anillos de compresin, suministran un sellohermtico entre dos secciones o elementos ensamblados.Bridas adaptadoras. (adapter flange or Tubing bonnets)Permiten conectar la ltima seccin del cabezal al ensamble de vlvulas que se conoce como rbol de navidad.

Normas bsicas de regulacin.En cuanto a cabezales de pozo existen normas para fabricacin, diseo, seleccin y pruebas como requisito para garantizar al usuario la calidad del producto. Estas generalmente son creadas por los institutos: ANSI, ASME, ASTM, ASNT, AWS, MSS, NACE. Y por supuesto el AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE (API). Que en su norma 6A especifica los parmetros para la fabricacin y seleccin de cabezales y equipos de control de flujo suministrando detalles especficos para las conexiones bridadas desde 2000 PSI HASTA 20000 PSI de presin de trabajo as mismo provee una fuente de referencia para Tubing hangers, vlvulas de compuerta, choques y actuadores usados en la produccin de petrleo y gas en estas rangos de presin.