• Author / Uploaded
• Victor M YC

• Categories
• Bomba
• Presión
• Roca (geología)
• Estrellas
• Física Aplicada e Interdisciplinaria

Citation preview

Eficiencia volumétrica En los gases succionados por un compresor, el volumen real del vapor succionado por unidad de tiempo proveniente de la tubería de succión es el desplazamiento real del compresor. La relación desplazamiento real del compresor (Va) al desplazamiento del pistón (Vp) es conocido como eficiencia volumétrica total o real del compresor. La eficiencia volumétrica es el porcentaje de flujo que se tiene disponible para realizar un trabajo, respecto al flujo teórico que por construcción dicha bomba debería suministrar. En otras palabras, es una medida de las perdidas en volumen debidas a fugas internas de la bomba hidráulica y se calcula dividiendo el caudal actual que entrega la bomba en litros o galones por minuto, entre el caudal teórico que por construcción la bomba debería de entregar y se expresa en porcentaje. El caudal actual de la bomba se mide utilizando un medidor de flujo o bien vaciando la entrega de la bomba en un recipiente y midiendo el tiempo de llenado y el volumen correspondiente.

Debido a que las fugas internas se incrementan conforme se incrementa la presión de operación y conforme disminuye la viscosidad del fluido, estas variables deben ser establecidas cuando se documenta la eficiencia volumétrica. Por ejemplo, si se tiene una bomba hidráulica con un caudal teórico de 100 [GPM] y al momento de la prueba nos entrega un caudal de 94 [GPM] a 5,000 [PSI] y 120 [SUS], se dice que la bomba tiene una eficiencia volumétrica del 94% a 5,000 [PSI] y 120 [SUS]. En la práctica, la viscosidad del fluido se establece, tomando nota de la temperatura del fluido a la salida de la bomba y verificando la tabla de viscosidad correspondiente, del fluido que se esta utilizando en el sistema hidráulico.

Factores que modifican la eficiencia volumétrica total Los factores que tienden a limitar el volumen de vapor succionado por carrera de trabajo, con lo cual se determina la eficiencia volumétrica del compresor, son los siguientes: *El claro del compresor, también conocido como espacio muerto, *Estrangulamiento, *Elevadas relaciones de compresión, *Calentamiento en el cilindro, *Fugas por el pistón y válvulas.

Calculo de la Eficiencia Volumétrica de Bombas Hidráulicas de Caudal Variable La bomba hidráulica del usuario mencionado anteriormente, estaba especificada para entregar un caudal teórico de 1,000 [litros por minuto] a su máximo desplazamiento y con el máximo de revoluciones por minuto permitidas. Su entrega en ese momento era de 920 [litros por minuto] a 4,350 [PSI] y 100 [SUS]. Cuando le informe al usuario que la eficiencia volumétrica de la bomba era de hecho de un 92%, quedo sumamente sorprendido y confundido por la diferencia en los reportes. Tratando de explicarle la diferencia entre ambos, le pedí que me mostrara el reporte del primer técnico. Después de revisarlo, me di cuenta de que los resultados si coincidían con los míos, pero que habían sido interpretados equivocadamente. La prueba había sido realizada a la misma presión de operación y a la misma temperatura si acaso con un grado de diferencia con mi prueba, pero con un desplazamiento reducido de la bomba. El técnico había limitado el desplazamiento de la bomba para suministrar 400 [litros por minuto] al máximo de revoluciones permitidas y sin carga en el sistema, probablemente debido a que estas eran las condiciones máximas que su medidor de flujo podía manejar.

A 4,350 [PSI] el flujo medido fue de 320 [litros por minuto] y por lo tanto, la conclusión había sido de un 80% de eficiencia volumétrica. Para ayudar a entender por qué esta última interpretación es incorrecta, pensemos por un momento que las fugas internas de una bomba se realizan por orificios fijos. La cantidad de flujo a través de un orificio depende del diámetro (y en realidad de la forma) del orificio, la caída de presión a través de él y la viscosidad del fluido. Esto quiere decir que, si estas variables permanecen constantes, el valor de las fugas internas permanecerá constante, independientemente del desplazamiento de la bomba. Nótese entonces en el ejemplo anterior, que las fugas internas en ambas pruebas, fueron de 80 [litros por minuto]. Si se realizara la misma prueba calibrando el desplazamiento de la bomba a 100 [litros por minuto] sin carga, el caudal entregado por la bomba seria de 20 [litros por minuto] a 4,350 [PSI] y la misma viscosidad del fluido. Esto significa que la misma bomba tiene una eficiencia volumétrica del 20% cuando se calibra su desplazamiento al 10%, 80% cuando se calibra su desplazamiento al 40% y del 92% cuando su desplazamiento se calibra al 100%. Como puede verse, si el caudal suministrado por la bomba es medido con un desplazamiento menor al total, necesita hacerse un ajuste en el cálculo de la eficiencia volumétrica.

Eficiencia de barrio areal Medida de la efectividad de un proceso de recuperación de petróleo mejorada que depende del volumen del yacimiento contactado por el fluido inyectado. La eficiencia del barrido volumétrico es un resultado total que depende del patrón de inyección seleccionado, los pozos de patrón separado, las fracturas en el yacimiento, la posición de los contactos gas-petróleo y petróleo/agua, el espesor del yacimiento, la permeabilidad y heterogeneidad areal y vertical, la relación de movilidad, la diferencia de densidad entre los fluidos de desplazamiento y desplazado y la tasa de flujo.

La eficiencia del barrido areal, Ea, se define como la fración del area horizontal del yacimiento donde ha ocurrido el proceso de recuperación secundaria. Es decir: Ea=área horizontal invadida/área horizontal total invadible La eficiencia del barrido areal se relaciona con factores que se dan en la naturaleza, y por lo tanto, son incontrolables; entre ellos: las propiedades de las rocas (porosidad, permeabilidad, conductividad, otros) y las propiedades del sistema roca fluidos (ángulo de contacto, permeabilidades relativas, presiones capilares, otros), las cuales tienen una influencia directa sobre el volumen de roca invadida por el fluido inyectado, así como también sobre la dirección y velocidad del movimiento de los fluidos.

Heterogeneidad Cualidad de variación en las propiedades de las rocas de acuerdo con la ubicación en un yacimiento o formación. Los yacimientos de gas de lutita son formaciones heterogéneas cuya mineralogía, contenido orgánico, fracturas naturales y otras propiedades varían de un lugar a otro. Esta heterogeneidad hace que el modelado del sistema petrolero, la evaluación de la formación y la simulación del yacimiento sean críticas para maximizar la producción de los yacimientos de lutita. Los yacimientos son cuerpos originados durante largos procesos geológicos donde actúan diversos ambientes depositacionales tanto en tiempo como en espacio. Como resultado de subsecuentes reorganizaciones físicas y químicas, como compactación, solución, dolomitización y cementación, las características del yacimiento son variables. Así la heterogeneidad de un yacimiento depende en gran medida de los ambientes depositacionales y eventos subsecuentes. Las características geológicas de las rocas que conforman los yacimientos son extremadamente variables y presentan variaciones laterales y verticales. Estas variaciones pueden ocurrir a grandes distancias, o incluso a distancias muy cercanas.

La heterogeneidad de un yacimiento puede ser definida como la variación de las propiedades del yacimiento en función del espacio. Idealmente, si el yacimiento es homogéneo, la medición de propiedades en cualquier ubicación describe completamente la distribución de dicha propiedad en todo el yacimiento. La descripción de yacimientos homogéneos es bastante simple. Si el yacimiento es heterogéneo, las propiedades del yacimiento varían en función de la localización espacial. Estas propiedades pueden incluir permeabilidad, porosidad, espesor, saturación, fallas, fracturas, etc. Para una descripción apropiada de un yacimiento, es necesario predecir la variación de estas propiedades como función de localizaciones espaciales.

Desplazamientos sin comunicación vertical En un proceso de desplazamiento, relación del espesor acumulativo de las secciones verticales de la zona productiva que entran en contacto con el fluido de inyección con respecto al espesor vertical total de la zona productiva. La eficiencia de desplazamiento vertical (EI) depende fuertemente de parámetros, tales como la relación de movilidad y el volumen total del fluido inyectado. La permeabilidad no uniforme puede causar un frente irregular que afecta la eficiencia de desplazamiento vertical debido a que el fluido inyectado circula más rápido en zonas de alta permeabilidad que en zonas de baja permeabilidad. A continuación, ilustraremos los efectos de la relación de movilidad y heterogeneidad para yacimientos sin comunicación. Trataremos desplazamientos tipo pistón del aceite (i=2) por el agua (i=1) en modelos heterogéneos uniformes y con estratos horizontales. Además, no se permite la permeabilidad o transmisibilidad en dirección vertical; una condición que puede aplicarse en la

práctica real si el yacimiento contiene esquistos de lutita impermeables y continuos en el intervalo total. Dos ESTRATOSPrimero, consideremos el caso de un yacimiento teniendo solamente dos estratos como se muestra en la figura 1, con cambio en la saturación de agua . La para la capa superior es mayor que para la capa inferior. La posición frontal en cada capa puede determinarse de la ley de Darcy.

Equilibrio vertical El equilibrio hidrostático se produce en un fluido en el que las fuerzas del gradientevertical de presión y la gravedad están en equilibrio. En un fluido hidrostático nohay aceleración vertical neta. El equilibrio hidrostático explica por qué la atmósfera terrestre no se colapsa sobreuna fina capa en la superficie por efecto de la gravedad o cómo los neumáticos deun coche o bicicleta pueden soportar el peso del vehículo gracias a la presión delgas en el interior.En el caso de una estrella, existe un equilibrio entre la fuerza de gravedad queactoa atrayendo el gas estelar hacia el centro y comprimiéndolo, y la variaciónradial de presión que acta en sentido contrario intentando expandir el sistema.

En condiciones normales la estrella está en equilibrio y adopta una forma esféricaestable. En una estrella la presión tiene dos partes, una hidrostática y otraproducida por la presión de radiación. !a presión que sostiene a las estrellas esfruto de la liberación de energía en el centro de estas por medio de reacciones defusión nuclear.

Combinación de eficiencia de barrido Es la medida de la efectividad de un proceso de recuperación de petróleo mejorada que depende del volumen del yacimiento contactado por el fluido inyectado. La eficiencia del barrido volumétrico es un resultado total que depende del patrón de inyección seleccionado, los pozos de patrón separado, las fracturas en el yacimiento, la posición de los contactos gas-petróleo y petróleo-agua, el espesor del yacimiento, la permeabilidad y heterogeneidad areal y vertical, la relación de movilidad, la diferencia de densidad entre los fluidos de desplazamiento y desplazado y la tasa de flujo de eficiencia de barrido areal. Usando las relaciones de movilidad disminuyen la eficiencia del barrido aumenta. desafortunadamente no hay mucho control sobre la dirección de permeabilidad. %ilos trenes de la dirección de la permeabilidad pueden ser identificados, los pozos inyectores y productores pueden ser acomodados para tomar ventaja de ellos en la mejora de la eficiencia de barrido areal. De otro lado, puede ser posiblema'imizar el (rea de barrido a través de un cuidadoso manejo de la distribución de presión y una apropiada selección del patrón de inyección y producción. Electivamente las eficiencias areal y vertical de barrido determinan la eficiencia volumétrica del barrido) la fracción del volumen del yacimiento el cual ser (contactado por el agua inyectada. La fracción de la saturación de aceitela cual ser(desplazada de esa porción del yacimiento contactado o barrido por agua es la eficiencia de barrido volumétrica ".Los análisis se consideran sobre el flujo de fluido y comportamiento del desplazamiento entre los pozos inyector y productor en una capa de espesor además (s se asume que el flujo es lineal dentro de la capa cuya amplitud en un flujo lineal puede fácilmente ser adaptado a otras geometrías teniendo flujo el radial.

Fenómenos de inestabilidad La inestabilidad elástica se refiere a un conjunto de fenómenos de no linealidad geométrica que se manifiesta en que los desplazamientos en un elemento estructural no son proporcionales a las fuerzas aplicadas. Esto se pone de manifiesto al comprobar que dentro de ciertos rangos de desplazamientos y fuerzas las ecuaciones que modelan al elemento estructural presentan no linealidad. Este comportamiento es también verificado con modelos físicos escalados o incluso en piezas reales de tamaño natural.

Fenómenos de inestabilidad elástica Los principales fenómenos de inestabilidad elástica son: *Pandeo flexional, que se da especialmente en pilares y prismas mecánicos de gran esbeltez flexional. *Inestabilidad lateral, que se da básicamente en vigas en piezas de pequeña esbeltez torsional. *Inestabilidad de arcos (snap through unidimensional), que se da en arcos o piezas planas de directriz curva cargados en el plano de curvatura. *Inestabilidad de cúpulas (snap through bidimensional), que se da en cúpulas poco apuntadas bajo cargas verticales. *Abolladura local, que se da en elementos bidimensionales en los que en alguna dirección existen tensiones de compresión, paralelas al plano tangente al elemento.

Conclusión La eficiencia volumétrica es una forma de medir la eficacia, usada más frecuentemente en referencia a los motores de combustión y las bombas hidráulicas. Aunque el concepto básico de flujo volumétrico para los motores de combustión y las bombas hidráulicas es más o menos el mismo, los detalles son lo suficientemente diferentes como para merecer un análisis más detallado. Este artículo intentará delinear esas diferencias, mostrar cómo se determina la eficiencia volumétrica para ambos tipos de mecanismos y discutir los procesos que pueden afectar la eficiencia volumétrica.