El oro negro y los motores extremos.

Imagen 1: Desde las plataformas petrolíferas no solo se perfora
verticalmente hacia las profundidades. Empleando métodos de
perforación de pozos, es posible realizar una o más perforaciones
en diferentes direcciones.
El oro negro y los motores extremos
El petróleo es el oro negro de la Tierra. Para llegar hasta este tesoro son necesarias innovadoras y
modernas tecnologías de extracción de petróleo y gas natural. Las condiciones a las que están
sujetos los materiales en perforaciones profundas son extremas: temperaturas de hasta 200 grados, vibraciones y altas presiones. Los motores maxon llevan a cabo diferentes tareas: se emplean, por ejemplo, para accionar controladores de válvulas, mecanismos de activación y aparatos de medición.
Casi ningún vehículo se desplaza hoy en día sin combustible y muchas calefacciones no funcionarían sin
petróleo. En resumen: más del 85 por ciento del consumo mundial de energía está basado en las tres
fuentes de energía fósiles: petróleo, gas y carbón. Sin embrago, para llegar hasta estos valiosos recursos
de nuestra Tierra es necesario perforar cada vez a mayores profundidades, lo que no es una tarea fácil.
La tecnología de la perforación profunda (llamada “Downhole Drilling” en el sector de la exploración de
petróleo y gas) permite la extracción de petróleo y gas a profundidades de más de 2.500 m. En combinación con la tecnología de perforación direccional (la orientación dinámica de una perforación profunda),
permite la explotación de yacimientos, hasta ahora inaccesibles, a profundidades de perforación de
aprox. 5.000 metros y longitudes de hasta 11.000 metros.
El petróleo es una fuente de energía finita, pero no es posible imaginarse la vida moderna sin él. Por ello,
en muchas regiones del mundo se extrae el oro negro de las entrañas de la Tierra. Por ejemplo, en
EE. UU., Rusia, Inglaterra, China y Oriente Próximo hay numerosas instalaciones de extracción de
petróleo y gas, tanto en tierra como en el mar, que producen a diario varios miles de barriles de petróleo
o gas. El pozo de perforación para la extracción de petróleo más largo del mundo tiene actualmente (febrero de 2008) 11.680 metros de longitud (fuente: Wikipedia). Se realizó en el año 2007 en el curso de la
de la explotación del campo petrolífero de Chayvo, frente a la costa norte de Sajalín (Rusia). Este campo
Anja Schütz / maxon motor ag, © 2013 maxon motor ag
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petrolífero se encuentra a unos 2.500 metros de profundidad, pero a varios kilómetros de distancia de la
costa. La explotación principal tiene aquí lugar mediante perforaciones direccionales desde tierra firme.
El lodo sirve de propulsión
Todas las perforaciones tienen algo en común: los requisitos que deben cumplir los materiales son muy
exigentes. En particular, las cabezas perforadoras deben soportar condiciones extremas. Las condiciones
de temperatura y presión que imperan a estas profundidades, en combinación con las fuertes vibraciones
que se producen durante el proceso de perforación, hacen que el empleo de motores eléctricos se convierta en un verdadero desafío. Las condiciones a varios kilómetros bajo la superficie de la Tierra crean
cualquier cosa menos un entorno favorable para la tecnología. A temperaturas de hasta 200 grados deben emplearse robustos materiales, los cuales realizan su trabajo con una fiabilidad del 100 por cien incluso a estas elevadas temperaturas.
El motor EC 22 HD (Heavy Duty) cumple todos los requisitos para estas extremas condiciones ambientales. Desarrollado para los excepcionalmente exigentes requisitos en la tecnología de la perforación profunda, este motor conmutado electrónicamente resiste las duras condiciones en las que fracasarían los
motores “normales”. Hoy en día, el desarrollo continuo de la electrónica y de los motores permite controlar y dirigir mejor muchas funciones durante todo el proceso de perforación. Por ejemplo, la turbina de la
herramienta de perforación es accionada por el caudal de lodo. Mediante un acoplamiento magnético, los
motores se convierten en generadores y suministran la energía eléctrica para diferentes funciones motrices. Gracias a este sistema autárquico es posible prescindir de baterías de litio, caras y nocivas para el
medio ambiente. Con ayuda del EC 22 HD es posible medir dinámicamente (MWD/Measurement While
Drilling) y ajustar la posición de la cabeza perforadora durante el proceso de perforación. Esta medición
se realiza por medio de acelerómetros, sensores de inclinación y otros instrumentos, los cuales proporcionan una exacta descripción de la posición de la cabeza perforadora. Pero, ¿cómo llegan los valores
medidos hasta la superficie?. Para ello, la tecnología MWD convierte los datos en pulsos, los cuales se
transmiten a la plataforma petrolífera. Este sistema está accionado por electroimanes o motores HD.
Además, diversas herramientas de perforación profunda están provistas de válvulas o compuertas hidráulicas accionadas por motores electromecánicos.
Para el EC 22 HD hay también un reductor adecuado: el GP 22 HD (Imagen 3). Muchas aplicaciones,
especialmente en perforaciones profundas, precisan de un robusto reductor que cumpla los requisites de
forma precisa. La mayoría de las aplicaciones subterráneas requieren altos pares para un tiempo de funcionamiento a veces muy corto (control de válvulas, movimiento de compuertas). Una propiedad especial
de los reductores son los orificios integrados, necesarios para el flujo libre de aceite. Esto es debido a
que el reductor, al igual que el motor, puede funcionar en aceite. Las diferentes versiones del EC 22 han
sido optimizadas para el funcionamiento en aire o en aceite (en baño de aceite hidráulico).
Los motores se construyen sin adhesivo y no tienen un sistema de conmutación mecánica. De esta manera, el motor puede soportar temperaturas extremas y tiene un rendimiento estable incluso en alto vacío.
La potencia nominal depende del medio circundante y es de 80 W en aire y, debido a una disipación de
calor considerablemente más elevada, 240 W en aceite. Estos motores están diseñados para temperaturas ambiente superiores a 200 grados y una presión atmosférica de hasta 1.700 bar. Si los motores están
refrigerados por aceite, pueden soportar temperaturas de incluso +240 grados. Otras de las exigencias
que deben cumplir estos motores con un diámetro de 22 milímetros son la resistencia contra vibraciones
de hasta 25 Grms, así como contra impactos y sacudidas equivalentes a 100 veces la aceleración de la
gravedad (100 G). En comparación, los coches de Fórmula 1 soportan cargas de 2 G y los aviones de
combate, de hasta 13 G. Un ser humano es capaz de resistir aprox. 10 G, es decir, diez veces su peso
corporal. Estos son valores extremos, y solo los astronautas y los pilotos pueden soportar estas altas
cargas durante un cierto tiempo.
Elevado rendimiento incluso a grandes profundidades
Además de una resistencia excepcionalmente alta frente a condiciones atmosféricas extremas en las
profundidades, los motores maxon HD disponen también de un rendimiento muy elevado. En aire alcanzan un rendimiento de hasta el 88 por ciento y en aceite tienen un rendimiento de más del 70 por ciento.
Con estas características, el EC 22 puede ser útil en innumerables áreas de aplicación, por ejemplo en
las extremas condiciones del espacio exterior. Con sus propiedades de funcionamiento sin rizo de par,
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los motores disponen de excelentes características de control y son, por ello, los óptimos para tareas de
posicionamiento de alta precisión en el espacio, incluso a bajas revoluciones. Estos motores también se
emplearán en un futuro en Venus, ya que la NASA está planificando un viaje espacial con este destino.
Allí, el motor deberá soportar temperaturas de hasta 480 grados. Por ello, el desarrollo de los motores de
precisión para condiciones extremas sigue su curso.
Autor: Anja Schütz / maxon motor ag
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Imagen 3: Un vistazo al interior del motor EC
22 HD con su bobinado especial, sistema
maxon. © 2012 maxon motor
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Imagen 2: maxon motor también ofrece el reductor
adecuado para el EC22 HD: el GP22 HD.© 2012
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