Download Oil and Gas Automation Solutions Número 7

Mejore la eficiencia
Aumente la eficiencia
energética de las
bombas ESP usando
unidades de onda
sinusoidal en vez de
unidades de seis pasos.
Capte gráficos
dinamométricos
Cree gráficos
dinamométricos y
grabaciones de
diagramas en el campo
usando un Palm Pilot.
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Aumento de la eficiencia energética de las
bombas ESP usando unidades de onda sinusoidal
en vez de unidades de seis pasos
por Jim Lousier
gerente de desarrollo de hardware
Aunque las unidades de seis pasos siguen siendo las especificadas en sistemas
de bombeo sumergible eléctrico (electric submersible pumping, ESP), su
selección castiga inadvertidamente a sus usuarios a través de los mayores
costos energéticos. Las unidades de onda sinusoidal ofrecen una mejora del
2% o más en la eficiencia, en comparación con el control tradicional de seis
pasos.
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ESP es en función de sus componentes, los
cuales incluyen la unidad de frecuencia
· Número 6
variable, el transformador elevador, el cable del
· Número 5
motor, el motor sumergible y la bomba. Dado
· Número 4
· Número 3
que este valor puede a menudo ser bajo de
· Número 2
hasta un 50%, hay un gran incentivo para mejorar el rendimiento de estos
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componentes individuales. Un aspecto que no debe pasarse por alto en la
búsqueda de la mayor eficiencia es el método de excitación empleado para
Oil & Gas Automation
hacer funcionar la bomba ESP.
Solutions es una publicación
de Unico, Inc.
Históricamente, se usaron originalmente las formas de onda de seis pasos con
las unidades de CA debido a las características deficientes de conmutación de
Desde 1967
los primeros dispositivos de potencia de semiconductores. Las frecuencias
Unico, Inc.
bajas de conmutación de estas unidades de seis pasos (360 a 540 Hz con las
3725 Nicholson Rd.
frecuencias típicas de excitación de 60 a 90 Hz) fueron una ventaja con las
P. O. Box 0505
Franksville, WI
53126-0505
aplicaciones de ESP porque produjeron picos tolerables de voltaje del motor
con cables largos de motor. En contraste, las unidades de frecuencia variable
262.886.5678
262.504.7396 fax
oilgas@unicous.com
unicous.com
de la actualidad usan una técnica llamada modulación de duración de impulsos
(PWM) para conmutar semiconductores modernos a velocidades muy altas
(2,000 a 8,000 Hz) para producir formas de onda sinusoidales suaves que son
ideales para operar transformadores y motores.
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Aunque las unidades de modulación de duración de impulsos han sustituido a
las unidades de seis pasos en casi todos los sistemas de extracción artificial de
superficie, persiste la confusión en cuanto a cuál estrategia es más
energéticamente eficiente con los sistemas de ESP. Esta confusión se centra
generalmente en los filtros de salida empleados en unidades con modulación
de duración de impulsos para eliminar la ondulación de frecuencia de
conmutación de las salidas de onda sinusoidal. Dichos filtros eliminan
completamente las fluctuaciones transitorias de conmutación que pueden
crear tensión en el aislamiento del motor y del cable. De hecho, reducen la
tensión de voltaje en un 40% aproximadamente en comparación con el nivel
de las unidades de seis pasos. Si bien los filtros de salida introducen pérdidas
de potencia que predeciblemente bajan el nivel de eficiencia energética
general, el uso de onda sinusoidal en vez de voltajes de seis pasos reduce las
pérdidas en otras partes del sistema, lo cual más que compensa la pérdida de
filtro.
Las unidades de seis pasos producen corrientes distorsionadas del motor que
pueden tener corrientes armónicas grandes de hasta un 40% de la corriente
útil fundamental del motor. Esta distorsión armónica total (total harmonic
distortion, THD) produce mayores pérdidas de calor en el transformador, cable
y motor, que reducen la eficiencia general del sistema. Las unidades de onda
sinusoidal, por otra parte, casi no tienen distorsión armónica pero sufren de
algunas pérdidas adicionales de sus filtros de salida. Lo importante es reducir
las pérdidas armónicas de seis pasos en relación con las pérdidas adicionales
del filtro de onda sinusoidal.
El ejemplo anterior ilustra la mejora potencial en la eficiencia energética
general utilizando onda sinusoidal en vez de unidades de seis pasos en un
sistema de ESP típico. Los niveles de eficiencia hidráulica y mecánica de la
bomba se han omitido del ejemplo para enfocarnos en el aspecto de la
eficiencia eléctrica. Las unidades de onda sinusoidal también aportan otras
mejoras en la eficiencia del suministro eléctrico que se han omitido para
simplificar la explicación.
Basándonos en los resultados, puede verse que las unidades de onda
sinusoidal mejoran la eficiencia energética general de los sistemas de ESP en
un 2% con respecto a sus predecesores de seis pasos. Las unidades de seis
pasos producen una distorsión significativa de corriente que aumenta las
pérdidas de transformador, cable y motor. Al reducir la distorsión armónica de
corriente de salida, las unidades de onda sinusoidal aumentan la eficiencia
general del sistema a pesar de las pérdidas adicionales de usar un filtro de
salida. Las unidades de onda sinusoidal también cambian las pérdidas
alejándolas de los componentes de la perforación a los filtros de salida de la
superficie, lo cual baja el calentamiento y aumenta la fiabilidad de los
componentes de la perforación.
El factor de energía mejorado de las unidades de onda sinusoidal también
puede disminuir la instalación de servicios públicos y los costos operativos. Las
unidades de onda sinusoidal proporcionan un factor de energía cercano a la
unidad en todas las combinaciones de voltaje de línea, carga de bomba y
velocidad del motor. En contraste, los factores de energía de la unidad de seis
pasos pueden dejar mucho que desear debido a una variedad de condiciones.
Los factores de energía reducidos aumentan las pérdidas en el suministro
eléctrico y pueden reducir la eficiencia energética general en varios
porcentajes adicionales, pudiendo también ocasionar multas por factor de
energía impuestas por los servicios públicos.
Para ver un ejemplo de los tipos de multas estrictas que imponen las
empresas eléctricas por problemas de calidad de energía, consulte el artículo
relacionado sobre el acatamiento de reglamentaciones armónicas de los
servicios públicos en el Número 3 de Solutions.
Para obtener más información sobre el ahorro de energía con las unidades
de onda sinusoidal, contáctenos.
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Captación y visualización de gráficos dinamométricos de
bomba de vara usando un Palm Pilot
Una de las características sobresalientes de las unidades de bomba de vara
succionadora de Unico es su capacidad para generar gráficos dinamométricos
de superficie y de bomba. Con el programa nuevo de Unico, llamado Drive
Chart™, los operadores de pozos pueden captar fácilmente gráficos
dinamométricos en el campo usando un Palm Pilot u otro dispositivo de mano,
luego llevarlos a la oficina para guardarlos, analizarlos e imprimirlos.
Drive Chart™ puede presentar dos
gráficos completamente separados de
carga contra posición u otros trazados
con ejes x-y simultáneamente,
permitiendo evaluar al mismo tiempo
las condiciones de superficie y
perforación. El programa ofrece
también un trazado basado en tiempo
que monitorea hasta cuatro señales
simultáneas como grabador de
diagramas. Esto puede ser útil, por
ejemplo, para monitorear la
torsión de caja de engranajes de la bomba de vara o una entrada de
referencia.
Para captar un diagrama, conecte simplemente el dispositivo de mano a la
unidad con un cable en serie, indíquele cuál unidad y parámetros o bits de E/S
debe monitorear, y pulse el botón "start" (inicio) para comenzar el muestreo.
Es posible captar cualquier número de diagramas en el campo e identificarlos
por nombre y fecha/hora, transfiriéndolos luego a una computadora de
escritorio. Los usuarios pueden especificar la frecuencia de muestreo, la
escala, los estilos de línea y los colores, además de otras opciones de
visualización. Una opción de expansión automática redimensiona la escala de
la visualización al muestrear los datos.
Chart Viewer™, un programa complementario para PC, permite ver en detalle
los diagramas en la pantalla completa, imprimirlos o exportarlos para
analizarlos en una hoja de trabajo u otro programa.
Drive Chart™ funciona en dispositivos de mano con OS 3.5 o posterior.
Funciona con unidades que usan el protocolo incorporado de sistemas
(Embedded Systems Protocol, ESP) exclusivo de Unico, el cual incluye nuestra
serie 2000 y nuestra serie 1000 cuando se utiliza con el controlador de 40
MHz. La sincronización con un PC requiere la versión 4.0 o posterior del
HotSync Manager for Windows.
Contáctenos para adquirir Drive Chart™ para sus operaciones.
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Las unidades presentan simultáneamente cuatro
parámetros de extracción artificial
Las unidades de extracción artificial de Unico incorporan una pantalla de 24
caracteres con dos líneas que puede usarse para configurar la unidad, hacer
diagnósticos del sistema y visualizar datos para el operador. Cada aplicación de
extracción artificial incluye una variedad de parámetros útiles específicos de la
aplicación que pueden visualizarse en lenguaje simple adecuado para el
personal operativo. Puede programarse la pantalla del operador en el campo
utilizando nuestro software UEdit™ para Windows con el fin de visualizar
simultáneamente los cuatro parámetros que son más importantes para el
funcionamiento del sistema.
Para una bomba de metano de capa de
carbón, puede configurarse la pantalla del
operador para presentar el nivel de líquido, el
flujo de líquido, la corriente del motor y el
modo de control.
En el caso de una bomba sumergible
eléctrica (ESP) grande, pueden mostrarse la
frecuencia del motor, el voltaje del motor, la
corriente del motor y el modo de control.
En cuanto a una bomba de vara, la pantalla
puede reflejar la velocidad de la bomba, el
flujo de líquido, el llenado de la bomba y el
modo de control.
Cualquiera sea el sistema, pueda adaptarse la pantalla para dar al operador
justo la información correcta.
Contáctenos para saber más detalles sobre las unidades de extracción
artificial de Unico.
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En números futuros...
Próximamente aparecerán los artículos indicados en
los números futuros de Oil & Gas Automation Solutions:
Aprovechamiento de las estructuras tarifarias de los servicios públicos
para reducir los costos de energía de la extracción artificial
Componentes de pérdida de energía en un sistema típico de bombeo
de vara
Una manera novedosa de conceptualizar la eficacia de las extracciones
artificiales
Reducción del consumo de energía y mejoramiento del factor
energético de las bombas de haz
Detección de oscilaciones de atasco/deslizamiento PCP que fatigan los
acoples de vara-cuerda y reducen la eficiencia energética
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