REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
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OPTIMIZACIÓN DE LAS CONDICIONES OPERACIONALES DEL
SISTEMA DE FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO (DAF) DE LA PLANTA
DE EFLUENTES DEL PATIO DE TANQUES DE BACHAQUERO
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
Realizado por:
Bch. Esperanza L. Quiroz N.
Tutor Académico:
Ing. Humberto Martínez
Maracaibo, Septiembre de 2009
OPTIMIZACIÓN DE LAS CONDICIONES OPERACIONALES DEL
SISTEMA DE FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO (DAF) DE LA PLANTA
DE EFLUENTES DEL PATIO DE TANQUES DE BACHAQUERO
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C.I. 19.213.424
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Quiroz N. Esperanza L.
DER
Dirección Sector Rómulo Gallegos Calle 12 Casa #18-208.
Teléfono: 0416 0865105
esmi2005@hotmail.com
________________________________
Ing. Humberto Martínez
Tutor Académico
INDICE DE CONTENIDO
FRONSTIPICIO
2
VEREDICTO
3
ÍNDICE DE CONTENIDO
4
ÍNDICE DE FIGURAS
7
ÍNDICE DE TABLAS
8
ÍNDICE DE GRÁFICOS
9
LISTA DE ANEXOS
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AGRADECIMIENTO
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RESE
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11
RESUMEN
12
ABSTRACT
13
INTRODUCCIÓN
14
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
16
1.1. Planteamiento del problema
16
1.2. Formulación del problema
17
1.3. Objetivo general
17
1.4. Objetivos específicos
18
1.5. Justificación e importancia de la investigación
18
1.6. Delimitación
19
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
20
2.1.
Descripción de la empresa
20
2.2.
Antecedentes de la investigación
21
2.3. Bases teóricas
26
2.3.1. Optimización operacional
26
2.3.2. Teoría básica de la separación
29
2.3.3. Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF)
31
2.3.4. Sistema de presurización
46
2.3.5. Caracterización del agua
47
2.3.6. Eficiencia del sistema
49
2.4. Operacionalización de variables
48
2.4.1. Definiciones
49
2.4.2. Cuadro de variables
50
2.5. Términos básicos
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CAPÍTULO III. METODOLOGÍA
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3.1. Tipo de investigación
54
3.2. Diseño de la Investigación
55
3.3. Técnicas de recolección de la información
55
3.4. Instrumentos de recolección de información
56
3.5. Tratamiento de la información
59
3.6. Procesamiento de los datos
59
3.7. Fases de la investigación
60
CAPÍTULO IV. RESULTADOS
62
4.1.
62
Caracterizar las corrientes de entrada y salida de la Planta de
Efluentes del Patio de Tanques de Bachaquero
4.2.
Determinar las causas que afectan la eficiencia del DAF
69
4.3.
Establecer las condiciones óptimas de operación del sistema DAF
76
4.4.
Actualizar el diagrama de tuberías e instrumentación del sistema de
78
flotación
de la planta de tratamiento de efluentes del Patio de
Tanques de Bachaquero.
CONCLUSIONES
79
RECOMENDACIONES
81
BIBLIOGRAFÍA
82
ANEXOS
86
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura
Pág.
1. Esquema de diseño y aplicación de los sistemas de biotratamiento.
29
Análisis y elección de las medidas biocorrectivas
2. Diagrama esquemático de los DAF´s
36
3. Operación del sistema DAF
44
4. Esquema funcional de celda de flotación
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6. Diagrama esquemático del sistema de presurización
5. Esquema de Tratamiento. Planta de Tratamiento Bachaquero
7. Diagrama causa-efecto
44
45
47
70
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro
Pág.
1. Parámetros contractuales
48
2. Parámetros no contractuales
48
3. Operacionalización de la variable
50
4. Sistematización de la toma de muestras: presión
58
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5. Sistematización de la toma de muestras: química
58
6. Sistematización de la toma de muestras: presión
59
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7. Fases de la investigación
8. Caracterización de las corrientes de entrada y salida del DAF (anual).
61
62
Datos cuantitativos.
9. Tabla de análisis del Método Causa- Efecto
71
10. Comportamiento de los parámetros de entrada y salida (anual).
77
11. Eficiencia calculada DAF1 y DAF2 en función de la presión de
78
operación
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico
Pág.
1. Flujo de alimentación
63
2. Flujo del efluente
64
3. Sólidos suspendidos totales
65
4.Tamaño de las partículas
66
5. Crudo en agua (O/W) entrada
67
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6. Crudo en agua (O/W) promedio salida DAF 1 vs. DAF 2
67
7. Eficiencia DAF 1 y DAF 2 (%)
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LISTA DE ANEXOS
Anexo N° 1. Reporte diario SIMCO/cierre de producción
Anexo N° 2. Diagrama de Tuberías e Instrumentación. Actualizado 2009
Anexo Nº 3. Fotografías de la Planta
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AGRADECIMIENTO
A la Universidad Rafael Urdaneta, por darme las herramientas para enfrentar
nuestro futuro profesional.
Al Profesor Humberto Martínez, mi tutor académico, por guiarme para la
realización de este trabajo en todo momento y por compartir sus conocimientos y
experiencia conmigo,
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A la Ingeniera Ana Cardozo, por ayudarme a conseguir una valiosa experiencia.
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A la empresa SIMCO, por permitirme tomar una parte del conocimiento.
A todos los que contribuyeron en la realización de este trabajo.
EEssppeerraannzzaa
Quiroz N, E. OPTIMIZACIÓN DE LAS CONDICIONES OPERACIONALES DEL
SISTEMA (DAF) DE LA PLANTA DE EFLUENTES DEL PATIO DE TANQUES DE
BACHAQUERO. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de
Ingeniería Química. Trabajo Especial de Grado. Maracaibo, Febrero, 2009. 94 p.
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REESSU
UM
MEEN
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El propósito de esta investigación fue optimizar las condiciones operacionales del
sistema DAF de la planta de efluentes del Patio de Tanques de Bachaquero a fin de
corregir desviaciones, mejorar la operabilidad de los equipos, el proceso y los métodos
de trabajos. La investigación fue descriptiva, de campo y no experimental. Para esto se
revisó la literatura y se plantearon las fases de la investigación que incluyeron,
recolección de información, registro, análisis y diagramación. Se conoció que el flujo de
alimentación oscila entre 28.833 BB y 45.542 BB mensuales y el nivel de efluente
puede variar entre 1.148 BB y 1.366 BB mensuales. El promedio de SST y Oxígeno
disuelto está dentro de los parámetros contractuales y el tamaño de las partículas
cumple en aproximadamente un 80% las especificaciones. El promedio del Crudo en
Agua en la entrada del sistema DAF fue de 83,73 ppm, en la salida del DAF 1 fue de
6,78 ppm y en el DAF 2 fue de 6,77 ppm con una diferencia de 0,15% entre los dos
sistemas. La eficiencia de ambos sistemas se calculó en 93,63% y la presión del DAF1
y 2 fue de 56 y 50 psig, respectivamente. Se determinó que las causas que pueden
afectar la eficiencia del DAF pueden ser de los equipos, de mantenimiento e
incumplimiento de los parámetros contractuales, pero el parámetro crítico en este
estudio fue el referido a la presión del sistema. Dado que el sistema DAF opera a una
temperatura ambiental de 35ºC aproximadamente y una humedad relativa de 82%, la
presión óptima fue de 50-56 psi, además se actualizó el diagrama de tuberías e
instrumentación del sistema DAF de la planta de tratamiento de efluentes del Patio de
Tanques de Bachaquero, representado por una modificación en el recorrido de un tramo
de la tubería.
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PALABRAS CLAVES: Condiciones Operacionales, Sistema de Flotación por aire
disuelto, Patio de Tanques Bachaquero
esmi2005@hotmail.com
Quiroz N., E. OPTIMIZATION OF THE OPERATIONAL CONDITIONS OF THE (DAF)
SYSTEM OF THE PLANT OF BACHAQUERO's TANKS.
Universidad Rafael
Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química. Trabajo Especial de
Grado. Maracaibo, Febrero, 2009. 94 p.
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BSSTTR
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The purpose of this investigation was to optimize the operational conditions of the
system DAF of the Plant of Bachaquero's Tanks in order to correct diversions, to
improve the operability of the equipments, the process and the methods of works. The
research was descriptive, of field and not experimentally. For this the literature was
checked and there appeared the phases of the investigation that they included,
compilation of information, record, analysis and diagramming. It was known that the
flow of nourishment ranges between 28.833 BB and 45.542 monthly BB and the level of
effluent can change between 1.148 BB y 1.366 BB monthly BB. SST's average and
disolve oxygen is inside the contractual parameters and the size of the particles fulfills
in approximately 80 % the specifications. The average of the Crude oil in Water in the
entry of the system DAF was of 83,73 ppm, in the exit of the DAF 1 was of 6,78 ppm and
in the DAF 2 was of 6,77 ppm with a difference of 0,15 % between both systems. The
efficiency of both systems was calculated in 93,63% and the pressure of DAF1 and 2
was of 56 and 50 psig, respectively. One determined that the reasons that can affect the
efficiency of the DAF can be of the equipments, of maintenance and breach of the
contractual parameters, but the critical parameter in this study went recounted to the
pressure of the system. Ought to DAF system operates to an environmental temperature
of 35ºC approximately and a relative dampness of 82 %, the ideal pressure was of 50-56
psi, in addition there was updated the graph of pipelines and instrumentation of the
system DAF of the plant of treatment of effluent of Bachaquero's Tanks, represented by
a modification in the tour of a section of the pipeline.
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KEY WORDS: Operational conditions, Floculation, Dissolve Air Flotation, Plant of
Bachaquero´s Tanks, Optimization
esmi2005@hotmail.com
Introducción
INTRODUCCIÓN
En el proceso de producción petrolera, el agua eliminada de la deshidratación del
crudo, es tratada para ser reutilizada como agua de inyección para la recuperación de
petróleo, entre otras cosas. Tradicionalmente, las técnicas para el tratamiento de las
aguas de producción (aguas aceitosas) utilizan separadores API y separadores de
placas corrugadas. El volumen de agua obtenida luego de esta separación, es superior
al utilizado, siendo requerido que estas sean descargadas al medio ambiente previo
tratamiento. En tal sentido, muchos países, incluyendo Venezuela, han venido
incorporando
aceitosas.
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la tecnología de flotación con aire disuelto para tratar las aguas
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Es por ello y basado en las observaciones es que se formula el presente trabajo
el cual busca optimizar las condiciones operacionales del sistema DAF de la planta de
efluentes del patio de tanques de Bachaquero, por medio de la caracterización de las
corrientes de entrada y salida, la determinación de las causas que pueden afectar la
eficiencia del DAF, establecer las condiciones optimas de operación y actualizar el
diagrama de tuberías e instrumentación del sistema.
Para ello, en el capítulo I de la presente investigación se establece el
planteamiento del problema, los objetivos, la justificación, el alcance y la delimitación de
la investigación; posteriormente, se describe las generalidades de la empresa objeto de
estudio, para obtener un conocimiento global sobre esta.
El capítulo II, contiene el Marco Teórico, donde se presentan algunos trabajos
realizados anteriormente sobre el tema y conceptos básicos que soportan el desarrollo
del presente estudio y que, permitió utilizarse como aporte documental y técnico para su
desarrollo.
El capítulo III, define el tipo y diseño de la investigación y la metodología
utilizada para la realización de cada uno de los objetivos establecidos; especificando las
técnicas de recolección de datos.
El capítulo IV muestra los resultados obtenidos a través del desarrollo de la
metodología y técnicas descritas en el capítulo III; además, de un análisis de cada uno
Esperanza L. Quiroz N.
Introducción
de esos resultado, en el cual se emitieron razonamientos en cuanto a la problemática
que presenta la empresa. Por último, se establecen las conclusiones del estudio
realizado y las correspondientes recomendaciones.
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Capítulo I. El Problema
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
Título
Optimización operacional del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF) de la
Planta de Efluentes del Patio de Tanques de Bachaquero.
1.1.- Planteamiento del Problema
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DERde recuperación secundaria de crudo en los distintos yacimientos
Los procesos
de petróleo pertenecientes a esta región se efectúan con el vapor de agua; luego de la
extracción del crudo, se lleva a cabo un proceso de separación crudo-agua en tanques
API, proceso que se realiza en los patios de tanques de las empresas petroleras o
contratistas. El agua resultante de dicha separación sale con un porcentaje de crudo en
forma de emulsión y sólidos suspendidos, es por esto que se hace necesario tratar
dicha agua para ser reutilizada en las plantas de inyección (PIA). La inyección alternada
de agua es empleada como una forma de aumentar la eficiencia de recuperación de
petróleo. Sin embargo, su desempeño se encuentra afectado por una serie de factores,
entre los que se puede mencionar la heterogeneidad del yacimiento, propiedades de los
fluidos, esquemas de inyección utilizados, condiciones de la mezcla, entre otros. Las
aguas luego de ser tratadas deben mantener bajo control ciertos parámetros entre los
cuales se destacan el crudo en agua, sólidos suspendidos y tamaño de partícula; este
control es establecido para asegurar una buena eficiencia al momento de su
reutilización.
Para que se cumplan las especificaciones antes mencionadas es primordial que
estas aguas sean tratadas en la planta de efluentes que consta de dos equipos de
flotación por aire disuelto (DAF). De acuerdo a datos obtenidos en el sistema DAF de
dicha planta, se detectó una desviación en algunos parámetros como lo son: el tamaño
de partículas y crudo en agua. Esta condición puede ser la causa de posibles daños en
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo I. El Problema
17
los equipos utilizados, producto de una inadecuada operación de los procesos o por la
variación de las características del caudal que ingresa a la planta de tratamiento, tales
como altos porcentajes de crudo en agua. De acuerdo a lo antes planteado se realizó
un trabajo de investigación para optimizar el sistema DAF de la planta de Efluentes del
Patio de Tanques de Bachaquero.
1.2.- Formulación del Problema
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La situación presentada parte del reconocimiento de una serie de factores tales
como:

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Conocimiento de la Planta de Efluentes del Patio de Tanques de Bachaquero, así
como cada uno de los equipos que intervienen en el proceso de tratamiento de las
aguas para inyección, a fin de determinar cuales podrían ser considerados factores
mecánicos y ambientales críticos.

Conocimiento del proceso en detalle, a fin de determinar cuales son los factores
químicos y cinéticos que pueden ser considerados igualmente como factores críticos
en el proceso de flotación.

Búsqueda de información bibliográfica relacionada con el problema a investigar y
de los documentos y registros de los parámetros obtenidos en el proceso. Está
información es recolectada, sistematizada, estableciendo un marco teórico conceptual,
un método de investigación, es organizada en tablas, gráficos y analizada
estadísticamente a fin de elaborar las conclusiones pertinentes.

Realización de levantamiento de campo del sistema DAF, con la finalidad de
verificar que se ajusta a los planos existentes y corroborar que posee las características
adecuadas para su funcionamiento.
1.3.- Objetivo General
Optimizar las condiciones operacionales del sistema DAF de la Planta de
Efluentes del Patio de Tanques de Bachaquero.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo I. El Problema
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1.4.- Objetivos Específicos
1)
Caracterizar las corrientes de entrada y salida de la Planta de Efluentes del Patio
de Tanques de Bachaquero.
2)
Determinar las causas que puedan afectar la eficiencia del DAF.
3)
Establecer las condiciones óptimas de operación del sistema DAF.
4)
Actualizar el diagrama de tuberías de instrumentación del sistema de flotación
de la planta de tratamiento de efluentes del patio de taques de Bachaquero.
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1.5. Justificación e Importancia de la Investigación
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R del la Planta de Efluentes del Patio de tanques
DEDAF
El sistema
Bachaquero es
de gran interés ya que éste es de los sistemas fundamentales en el proceso de
tratamiento del agua de inyección proveniente de los procesos de recuperación
secundaria, es por ello que optimizar su funcionamiento es de vital importancia, ya que
se está asegurando una mejor calidad en el producto deseado aprovechando al máximo
la capacidad del sistema.
Debido a las alteraciones presentadas en la eficiencia del sistema DAF se
decidió estudiar el proceso operacional y químico empleado con la finalidad de
diagnosticar y optimizar el sistema, por lo que con esta investigación se pudo proponer
nuevas
técnicas operacionales y bases teóricas que serán de gran utilidad en
investigaciones futuras y en dado caso replanteamiento del diseño usado actualmente.
Así mismo tiene un valor tecnológico ya que se puede satisfacer la necesidad de
conocimientos respecto a la investigación que se realiza, y asegurar que la información
obtenida estará disponible en el caso que sea necesario.
La empresa se verá beneficiada económicamente de modo que mejorando el
proceso hay ahorro de los recursos disponibles tales como energía eléctrica, mano de
obra necesaria, tiempo, entre otros todo esto traducido en la disminución de gastos de
producción.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo I. El Problema
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1.6.- Delimitación
1.6.1.- Delimitación Espacial
El trabajo se realizó en la Planta de Tratamiento de Efluentes en Bachaquero y
en el edificio Géminis ubicado en la avenida 5 de julio entre calle 3E y 3F.
1.6.2.- Delimitación Temporal
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La investigación se inició en el mes de septiembre del 2008 y culminó en el mes
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de febrero del año 2009.
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Capítulo II. Marco Teórico
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
En el segmento presentado a continuación, se expone la fundamentación teórica
de esta investigación, la cual es producto de una exhaustiva revisión de las principales
propuestas que se han ocupado de los parámetros tanto operativos como químicos de
la planta de efluentes del Patio De Tanques de Bachaquero. En este orden de ideas, en
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SE y supuestos básicos acerca de
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estudios similares y un análisis de S
la conceptualización
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las variables objeto
de estudio.
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las primeras páginas de este apartado se realiza una revisión de antecedentes de
2.1.-Descripción de la empresa
El nombre de SIMCO viene de sus siglas en español Servicio de Ingeniería,
Mantenimiento, Construcción y Operaciones (Engineering, Maintenance, Construction
and Operations Services). El Consorcio SIMCO fue establecido por las compañías
Wood Group, los operadores de producción, Vepica y Camsa en 1997.
En junio de 1998, SIMCO comenzó un contrato de 16 años con PDVSA para los
Servicios Integrados de Tratamiento de Agua y de inyección.
Durante el período de vigencia del contrato SIMCO está a cargo de las
necesidades de inyección de agua en el lago de Maracaibo, específicamente en
Lagomar, Lagotreco, Lagocinco, Lagomedio y el Sur del Lago Centro de las zonas.
SIMCO también gestiona dos plantas de tratamiento en tierra en Punta de Palmas y
Bachaquero. Además, SIMCO ha construido 4 nuevas plataformas de inyección de
agua cada uno con 50 MBAD de la capacidad y ha instalado un sistema SCADA
utilizando las telecomunicaciones para el monitoreo remoto y control de los parámetros
operativos.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
21
La misión del consorcio es trabajar conjuntamente con PDVSA para satisfacer el
tratamiento de las aguas, las necesidades de inyección en un lugar seguro y
económicamente eficaz.
El contrato de PDVSA-SIMCO es una alianza basada en el concepto que explica
que por medio de un arancel aplicado a los barriles de agua tratada y se inyecta,
SIMCO ofrece los siguientes servicios:
 Tratamiento del agua y la inyección de acuerdo con los requisitos de PDVSA.
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 Diseño, adquisición e instalación de control remoto y sistemas de supervisión
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Desarrollo
DEdeRpersonal venezolano.
(SCADA).

 Aplicación de la Calidad, Salud, Seguridad y Medio Ambiente.
 Optimización de las operaciones para maximizar la eficiencia y eficacia.
 Gran rehabilitación de las instalaciones y revisión de equipo.

Gestión de 400 km de tuberías, colocación de nueva tubería y la conexión de
nuevos pozos de acuerdo con plan contractual.
2.2.-Antecedentes de la Investigación
En primer lugar se tiene el trabajo de Forero, Ortiz y Duque (2007), titulado
“Design and application of flotation systems for the treatment of reinjected water in a
Colombian Petroleum Field. C.T.F (original en ingles, Diseño y aplicación se sistemas
de flotación para tratamiento de agua de reinyección en un campo petrolero
colombiano) tuvo como objetivo la aplicación de un nuevo proceso de flotación,
desarrollado por Ecopetrol S.A., para el tratamiento de agua de producción o residual
para inyección en campos de producción de petróleo.
La metodología utilizada fue básicamente la misma reportada en la evaluación de
la Planta Piloto (Forero, 1999), sin embargo se efectuaron algunas modificaciones como
por ejemplo la adopción de células de flotación con geometría similar a las disponibles
en los tanque reales y tiempo de retención constante (50 min.). Las conclusiones del
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
22
estudio fueron, entre otras: que el sistema de flotación propuesto mostró un promedio
de 75% de eficiencia en la separación bajo condiciones de operación (50 min de tiempo
de retención) en la producción de agua a diferencia de un 16% de eficiencia en el
sistema de separación por gravedad. La influencia de los clarificantes fue muy
importante, lo cual puede significar una diferencia en el incremento de la eficiencia de
15% a 25% en condiciones de evaluación. El diseño de Forero ha servido de referencia
obligada para otros trabajos que manejan estas mismas variables, ya que se estudió la
influencia de clarificantes y la eficiencia de las operaciones que fueron sometidas a
condiciones tales como: el tiempo de retención, sistema manual o automatizado. Con
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Susado.
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indicadores, el tiempo y el tipo de clarificantes
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ello, se estableció para esta investigación, la necesidad de asumir entre sus
Otra referencia importante es la aportada por Gross, Fuica, Pereyra y Bracho.
(2007) sobre el “Desarrollo de soluciones modulares transportables para la
potabilización de agua y tratamiento de efluentes con uso de tecnologías avanzadas”.
En este trabajo se expone la estrategia de desarrollo de soluciones de tratamiento,
tanto de agua potable como de efluentes, en unidades modulares prefabricadas,
compactas y transportables, mediante aplicación de tecnologías avanzadas dando lugar
a soluciones costo-eficientes y competitivas aplicables a poblaciones de 25 a 100.000
habitantes y/o industrias. Dicha estrategia se basó en el desarrollo de diseños volumenintensivos, con aplicación de tecnologías avanzadas, empleando materiales calificados
que optimicen la relación durabilidad-costo de cada solución. Se destaca la aplicación
de la tecnología de clarificación mediante flotación por aire disuelto (DAF) por ser
altamente eficiente en remoción de sólidos y carga orgánica, y por el menor
requerimiento de área que involucra este proceso en comparación con un proceso típico
de sedimentación.
Se identificó el Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio con sistema Pultrurado,
como material alternativo al acero inoxidable para la construcción de las estaciones de
tratamiento, destacándose por su precio (25% menos que la solución en AISI 304),
menor peso de la unidad (75% menor), elevada resistencia y durabilidad del material.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
23
A partir de modelos de cálculo, parametrización y diseño se desarrollaron las
siguientes soluciones atendiendo a la demanda de mercado identificada: Estación de
Tratamiento de Agua Potable (ETA) modular autolavable, con tecnología DAF,
desarrollada para caudales de producción desde 10 a 650 m3/h (1.600 a 104.000
habitantes); Estación de Tratamiento de Efluentes (ETE) mediante fosa séptica y
filtración biológica (FSFB), atendiendo a poblaciones menores a los 200 habitantes;
Estación de Tratamiento de Efluentes mediante proceso de lodos activados y digestión
aerobia (LADA), adecuada para atender poblaciones comprendidas entre 250 y 2.000
habitantes; Estación de Tratamiento de Efluentes mediante filtración biológica y
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habitantes; Unidad de Tratamiento
Físico
Químico de efluentes (UTFQ) mediante
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flotación por aire
(DAF), desarrollada básicamente para su aplicación en el área
DEdisuelto
tecnología DAF (FB-DAF), desarrollada para poblaciones entre 2.000 y 80.000
industrial tanto para la reutilización del efluente, y recuperación de materia prima, como
para la mejora de sistemas existentes de tratamiento que operan sobrecargados.
En este trabajo se evidencia las técnicas aplicadas a partir de la clarificación
mediante flotación por aire disuelto (DAF) la cual es referida como eficiente en remoción
de sólidos y carga orgánica. También, Patiño (2005) realizó una tesis cuyo titulo es
“Tratamiento de aguas producto de la perforación de pozos petroleros” cuyo objetivo fue
aplicar una técnica de oxidación avanzada (AOP) a una muestra de aguas proveniente
de pozos petroleros. La reducción de sólidos suspendidos totales se logró en un 99,4%
como resultado del coalescdor y el AOP. La reducción de contaminantes fue Cloruros
18940 a 698 ppm, sólidos suspendidos totales 1410 a 5 ppm, hidrocarburos totales de
520 a 10, fenoles de 4 a 0.1 demanda química de oxígeno de 7838 a 77. La conclusión
de este estudio permitió obtener un efluente con una excelente calidad para descarga
del ambiente y con niveles de contaminantes muy por debajo de los requeridos para
inyección en la formación respectiva, así como una referencia importante para el
presente trabajo de investigación al comparar la técnica de oxidación avanzada con la
de flotación de aire disuelto en cuanto a la efectividad de reducción de sólidos
suspendidos e hidrocarburos.
Otro estudio, realizado por Chirico y Sánchez (2002) en la Universidad Central de
Venezuela, titulado “Beneficios técnicos, económicos y ambientales que ofrece la
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
24
automatización del tratamiento químico aplicado a las aguas industriales”, muestra el
diseño e implantación de un sistema de automatización para la dosificación de
sustancias químicas requeridas en el tratamiento del agua de la Torre de Enfriamiento I
105 C ubicada en la Planta de Fertilizantes de PEQUIVEN S.A., Morón, Estado
Carabobo y para el tratamiento de las aguas residuales producidas en la Refinería El
Palito, Sector El Palito, Edo Carabobo a través de unidades de remoción de sólidos por
flotación con aire disuelto (DAF).
El seguimiento exhaustivo de la operación de los procesos antes y después de la
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R
SEy ambientales de la implantación de
cuantificar las implicaciones técnicas, económicas
E
R
S
O
los sistemas de
ERECHy control propuestos.
Dautomatización
instalación del sistema de automatización desarrollado para cada caso, permitió
Con el propósito de cuantificar las implicaciones técnicas, económicas y
ambientales de la automatización del control en instalaciones propias del área de
servicios industriales, se procedió de acuerdo con la metodología que se describe a
continuación:
Se seleccionaron dos (2) sistemas de amplia aplicación en el sector industrial
venezolano. Uno de ellos fue la Torre de Enfriamiento I 105 C ubicada en el área de
servicios industriales de la Planta de Fertilizantes de Pequiven Morón, y el otro sistema,
correspondiente al tratamiento de residuos industriales, fue la Planta de Efluentes para
la eliminación de Hidrocarburos, ubicada en la Refinería de El Palito. En tal sentido,
estos sistemas se seleccionaron tomando en cuenta que fuera posible cubrir los
siguientes aspectos: posibilidades de conocer con cierto detalle, los principios de
funcionamiento, características, parámetros involucrados en su operación y tratamiento
químico aplicado en las unidades, así como el impacto de estos parámetros en las
áreas técnica, económica, y ambiental. Facilidades instaladas para la automatización,
para así, determinar en donde se podría mejorar el sistema y hacerlo más eficiente en
todos lo sentidos. Factibilidad de la ejecución del proyecto desde el punto de vista
económico y legal. Se revisó la existencia de restricciones por parte de los clientes y de
la compañía Calgon Interamerican, C.A, para el suministro de información relacionada
con precios, consumos, informes de laboratorios, existentes hasta el momento y luego
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
25
de la puesta en marcha de la automatización. Aseguramiento de la continuidad del
tratamiento químico y recolección de datos durante todo el periodo de estudio.
Los resultados mostraron que, a excepción del dióxido de cloro, en todos los
casos se logra una reducción significativa de los consumos promedios mensuales de
sustancias químicas y por consiguiente en los costos por este concepto. Esto situación
implica un impacto beneficioso en los costos del
tratamiento del agua como
consecuencia del uso racional de las sustancias químicas aplicadas, sin que se afecten
negativamente las condiciones de operación del sistema, tal como se mostró en el
OS
D
A
V
R
S
anteriormente. Aun cuando se considera
queEel comentario anterior resume los
E
R
S
O
CH ahondar en algunos detalles, que pueden ayudar
resultados obtenidos,
DEResEconveniente
apartado correspondiente a la
discusión de los aspectos técnicos, presentada
a identificar las bondades del control automatizado implantado en la torre de
enfriamiento I.
En este estudio se patentiza la importancia de la automatización en los procesos
para evitar reflejar los riesgos que se corren con la dosificación manual y basada en
criterios cualitativos.
También se tiene el trabajo de Galil y Wolf (2000) titulado “Remoción de
hidrocarburos de las aguas de desecho por flotación de aire disuelto” (original en ingles,
Removal of hydrocarbons from petrochemical wastewater by dissolved air flotation), del
Instituto de Tecnología Israelí en Haifa, cuyo objetivo fue evaluar la eficacia de la
remoción de sólidos suspendidos, materia orgánica general, hidrocarburos y fenoles por
DAF, bajo la influencia del tipo de floculante: sulfato de aluminio (alumbre) o un
polielectrólito cationico En la pruebas de jarras se incluyeron la floculación química
seguida del DAF, controlando la dosis de floculante y el aire para la proporción de
sólidos.
La caracterización de la alimentación y el efluente estuvo basada en el análisis
general de materia orgánica, sólidos suspendidos, hidrocarburos y fenoles. La
alimentación de todos los experimentos fue suministrada diariamente de la salida de
una unidad de separación gravitacional en un complejo petroquímico en Haifa, Israel. La
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
26
alimentación contenía hidrocarburos en la rango de 20 a 77 mg/L. Por lo general menos
del 10 % fue encontrado en la forma libre, el 70 a 80 % fue emulsionado y el 10 a 20 %
fue disuelto. El proceso de DAF permitió reducir el contenido de hidrocarburo general
entre 50 a 90 %. El efluente fue caracterizado por los niveles estables y uniformes de
alimentos sólidos suspendidos, y el aceite, casi sin depender de las concentraciones de
la alimentación.
Las conclusiones mostraron que la floculación química seguido del DAF remueve
de manera eficiente la fase emulsionada, que podría ser agregada y separada a la
OS
D
A
V
R
SE
cantidades sustanciales de materia orgánica
disuelta.
E
R
S
O
H
DEREC
superficie. Sin embargo, fue encontrado también que en el proceso se podrían quitar
Este trabajo sirvió para identificar los principales catalizadores utilizados en la
remoción eficiente de hidrocarburos y otros sólidos suspendidos de las aguas
provenientes de las actividades petroleras.
2.3.-Bases teóricas
2.3.1.-Optimización operacional
La optimización operacional trata de maximizar algún tipo de beneficio o salidas
del sistema, o de minimizar algún tipo de costos o entradas al proceso, relaciones
adicionales en forma de balances de materia, balances de energía, ecuaciones de
diseño y estipulación de algunas variables las cuales constituyen restricciones bajo las
cuales la búsqueda se va a llevar a cabo. (Jiménez, 2003:80)
En tal sentido, el diagnóstico operacional constituye una herramienta para
lograrlo y cosiste
en un procedimiento técnico-operativo, para evaluar el
comportamiento de un sistema, es decir realizar un control de procesos y compararlo
con los parámetros establecidos para verificar el óptimo comportamiento del mismo.
De acuerdo a Chirico y Sánchez (2002), en toda organización es fundamental la
optimización continua de las operaciones, ya sea implementando procedimientos
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
27
administrativos u operativos más eficientes y de bajo costo, o invirtiendo en desarrollos
de sistemas automáticos para lograr el objetivo de reducir los costos de operación,
invirtiendo lo menos posible, para una pronta recuperación de la inversión.
El diseño de la evaluación de las operaciones depende de la naturaleza del
sistema y las especificaciones de funcionamiento, por lo que una ingeniería de procesos
debe ser aplicada en cada caso. Sin embargo, el diagnóstico por lo general, va a estar
fundamentado en la metodología de investigación, es decir:





OS
D
A
V
R
Determinación de la muestra y muestreo
SE
E
R
S
O
CH
Recolección
de E
la muestra
DER
Búsqueda de información
Procesamiento de la data
Análisis de los resultados
A efectos del presente trabajo, el diseño a seguir viene dado por las siguientes
etapas:

Recolección de la información operacional de los equipos a ser objeto del
diagnóstico tanto de la condiciones de diseño y como han venido operando hasta
la actualidad.

Hacer
comparación
de
la
información
operacional
para
generar
las
observaciones pertinentes.

Colectar la información de calidad del agua tanto a la entrada como a la
descarga de los tres DAF que existen operando.

Mediante herramientas estadísticas cualificar la data de calidad del agua que se
dispone y con la respectiva representación gráfica generar el grado de
confiabilidad operativa de los DAF.

Hacer inteligencia tecnológica que permita superar la problemática operativa que
se detecte.
Para Hugges mencionado en Chirico y Sánchez (2002:21), un sistema de control
de procesos es una operación voluntaria o artificial, progresivamente continua, que
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
28
consiste en una serie de acciones controladas o movimientos dirigidos hacia un
determinado resultado final. Así mismo, los elementos básicos de un sistema de control
de procesos son: el proceso, la medición, la evaluación o control, y los elementos
finales de control.
Como proceso, se conoce al conjunto de equipos y materiales ensamblados y
relacionados para alguna secuencia manufacturera y que debe controlarse. Por otra
parte, la medición es la conversión de la variable dinámica de proceso (física o química)
a una señal análoga de esta variable, como por ejemplo, a presión neumática, a un
OS
D
A
V
R
SEa ser medida y utiliza energía de esa
primarios los cuales responden a la cantidad
física
E
R
S
O
cantidad paraDtransformar
su propio estado en tal forma que el resultado de la
ERECH
voltaje eléctrico o a una corriente eléctrica. La medición se hace a través de elementos
transformación pueda ser utilizado como información útil y representativa de dicha
cantidad. Chirico y Sánchez (2002:21).
De acuerdo con lo expresado por Chirico y Sánchez (2002:22), entre las
características más resaltantes de un instrumento de medición se encuentran:
Resolución: Se refiere a la capacidad del instrumento para diferenciar dos
magnitudes físicas o químicas cercanas.
Precisión o Repetitividad: Entendida como la capacidad que tiene el instrumento
de medición para ser consistente en la medición de una cantidad física en particular.
Exactitud: Se refiere a la discrepancia entre el resultado de la medición y el
verdadero valor (Patrones de valores precisos suministrado por laboratorios de
metrologías normalmente regulados con altas normas de calidad) de la variable física
que está siendo medida.
Estrechamente relacionado con la medición se tiene el error de medición, el cual
se clasifica en sistemático, aquel que en el curso de una serie de mediciones, hechas
en las mismas condiciones sobre la misma cantidad, permanece constante en signo y
en magnitud o varía de acuerdo a un ley definida cuando las condiciones cambian, y
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
29
aleatorios asociado a la variabilidad del signo y magnitud del error sin ley definida
durante las mediciones.
En cuanto al control, consiste en comparar el valor real de la salida de la planta
(variable controlada) con la entrada de referencia (valor deseado), determinando el error
o diferencia entre estas dos variables, y producir una señal de control (variable
Adaptada de Hugges (1998). De esta manera, tal y como lo puntualiza Chirico y
Sánchez (2002), al evaluar el funcionamiento del sistema y en la medida que se
minimicen las pérdidas de productos químicos requeridos, las ineficiencias en el
OS
D
A
V
R
SEy económicos.
mejor aprovechamiento de los recursosR
materiales
E
S
O
H
DEREC
tratamiento y los requerimientos de mantenimiento correctivo, entre otros, se logrará un
En este mismo orden de ideas, Arroyo y Quesada (1998) exponen que el diseño
de estos sistemas de tratamiento se lleva a cabo estableciendo varias etapas de
trabajo:
INVESTIGACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN Y DEL EMPLAZAMIENTO
ANÁLISIS Y ELECCIÓN DE LAS MEDIDAS BIOCORRECTIVAS
EVALUACIÓN DE LA EFECTIVIDAD DEL SISTEMA ELEGIDO
DISEÑO Y EVALUACIÓN DEL SISTEMA
EVALUACIÓN DEL CONTROL Y SEGUIMIENTO
ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
Figura 1. Esquema de diseño y aplicación de los sistemas de biotratamiento IV.2.
Análisis y elección de las medidas biocorrectivas. Arroyo y Quesada (1998)
2.3.2.-Teoría básica de la separación
De acuerdo Forero, JE, Ortiz, OP y Duque, JJ. (2007), la remoción de aceite,
grasa y sólidos de aguas de producción puede ser realizada usando varias técnicas
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
30
ampliamente conocidas y aceptadas. Sin embargo, la aplicación de cada una de esas
tecnologías depende de la calidad, características y las condiciones de la mezcla
particular de agua y crudo.
La mayoría de las técnicas actuales para la realización del tratamiento de la
separación está basada en la diferencia de la densidad, la separación es medida
mediante la Ley de Stokes, la cual establece que la velocidad de separación (Vs) es
una función del cuadrado del diámetro de las partículas.
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
Donde
Vs = Velocidad de separación de las partículas
g = Aceleración de la gravedad
ρa = Densidad del agua
ρo = Densidad del crudo
d = Diámetro de la partícula (crudo/sólido)
μ = Viscosidad de la fase continua (agua)
De acuerdo a esta Ley, se puede observar que el tamaño de la partícula es el
factor más importante en el diseño del sistema de separación, debido al impacto
significativo sobre el valor de la velocidad de separación. La mayoría de las actuales
tecnologías convencionales suelen únicamente tomar en cuenta la significancia del
incremento del tiempo de residencia o el uso de agentes vinculantes o coagulantes,
siendo que aunque con menor importancia pero como un factor influyente de la
velocidad de separación, hay factores tales como la diferencia de densidad, la
viscosidad y aun la aceleración de la gravedad. Consecuentemente, a mayor tamaño de
los flóculos, menor será el tiempo de separación de las partículas suspendidas, el
crudo podría ser presentado en el agua en forma libre o emulsionado.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
31
En general, el aceite libre podría ser definido como una partícula cuya medida es
mayor a 500 micrones y el cual bajo condiciones normales pude ser separada
rápidamente cuando hay valores aceptables en las diferencias de densidad. Esto no
siempre se manifiesta de esta manera, especialmente cuando las aguas residuales
provienen del tratamiento de crudos pesados.
Se considera que cuando las partículas de aceite o sólidos suspendidas en agua
tienen un diámetro menor que 150 micrones, se tiene una emulsión. Esto es porque el
tiempo de separación es de una magnitud que hace que los métodos convencionales
OS
D
A
V
R
RESE
del tratamiento de aguas no sea económicamente viable.
S
O
H
C
E
DER
Cuando el tamaño de las partículas en suspensión son menores que 50
micrones, la aplicación de los sistemas estandarizados por gravedad sea ineficiente en
el tratamiento del agua. Esas emulsiones pueden ser clasificadas en dos principales
categorías: emulsiones de procesos mecánicos y aquellas de procesos químicos. Las
emulsiones químicas son formadas por la presencia de sustancias que actúan en el
crudo, sólidos o en la interfase del agua, eliminando las fuerzas de atracción entre las
partículas en suspensión y estableciendo el equilibrio entre las diferentes fases.
Estas condiciones particulares de agua y crudo mezclados, consideradas
emulsiones estables en los procesos de tratamiento del agua residual, son uno de los
puntos de interés en el desarrollo de este trabajo, por lo tanto el objetivo principal en
esas condiciones es desestabilizar el sistema de forma que las partículas pueden ser
separadas mediante el efecto de gravedad en sistemas convencionales.
2.3.3.-Sistema de Flotación por aire Disuelto (DAF)
Antecedentes del proceso
El proceso de clarificación de agua potable por flotación con Aire Disuelto (FAD)
es conocido desde los años 60, a través de varias aplicaciones y estudios (Reino Unido,
Países Escandinavos, Holanda, Australia, Sudáfrica, etc.). No obstante, su utilización
aún continúa siendo extraordinaria a pesar de sus grandes ventajas operativas. En
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
32
efecto, la flotación resulta ser un proceso mucho más eficiente que la decantación para
la remoción de partículas de baja densidad. Partículas con tales características incluyen
bacterias, algas, cistos de protozoarios y flóculos de hidróxido de aluminio, resultantes
de la coagulación orgánica. En tal caso, estas partículas que constituyen un serio
problema para los procesos convencionales, resultan para el caso de la FAD, de
sencilla y eficaz remoción, como lo evidencian numerosos ensayos realizados. (Gross,
Cristar y Ritcher, 1996)
En el proceso de producción petrolera, el agua eliminada de la deshidratación del
OS
D
A
V
R
SlasEtécnicas para el tratamiento de las
pozos, entre otras cosas. Tradicionalmente,
E
R
S
O
CHaceitosas) utilizan separadores API y separadores de
aguas de producción
(aguas
DERE
crudo, es tratada para ser reutilizada como agua de inyección para la recuperación de
placas corrugadas. El volumen de agua obtenida luego de esta separación, es superior
al utilizado, siendo requerido que estas sean descargadas al medio ambiente previo
tratamiento. En tal sentido, muchos países, incluyendo Venezuela, han venido
incorporando
la tecnología de flotación con aire disuelto para tratar las aguas
aceitosas. En el anexo Nº 3, Figura 8 se presenta una foto de la piscina que contiene
agua aceitosa O/W la cual alimenta la planta.
Tal y como lo exponen Rojas, Rincón, Díaz, Colina, Behling, Chacín y Fernández
(2008), existen ventajas a nivel de infraestructura y de costos, que hacen que el
proceso de flotación sea una opción perfectamente viable para el tratamiento de las
aguas aceitosas de producción.
De acuerdo a Bulacia (1996), la tecnología avanzada de flotación permite un
método de clarificación de efluentes tan eficiente como económica. El mecanismo del
proceso DAF genera burbujas muy pequeñas con un promedio de diámetro de 20
micrones; esto en la parte media de la suspensión. Estas burbujas se adhieren tanto a
sólidos finos, materia en suspensión, bacterias, precipitados de grasas, aceites,
jabones, metales pesados, colorantes, proteínas, elementos orgánicos, entre otros,
levantándolas y haciéndolas flotar en la superficie, permitiendo la clarificación en el
fondo del tanque.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
33
La proporción de separación y flotación usando la tecnología DAF está dada por
acción de elevación de las burbujas microscópicas, que es de aproximadamente 30 cm.
por minuto para las burbujas de 20 micrones, en contraste con las de velocidad de
asentamiento en un clarificador por sedimentación, y que es menor a 2.5 cm/min. Esto
debido a la pequeña diferencia entre la gravedad específica de los sólidos suspendidos
finos y el agua. De acuerdo a estas diferencias de velocidades, tenemos que la flotación
es aproximadamente 12 veces más rápida que la sedimentación. Bulacia (1996)
En Flotación, las burbujas de aire proporcionan una fuerza de apoyo en la
OS
D
A
V
R
E de éstos. Además, la acción de
como consecuencia, un menor volumen
en
elStamaño
E
R
S
O
CHpara concentrar capas de lodo en la superficie, formando
levantarse lasD
burbujas,
EREactúa
separación, haciendo posible el diseño de equipos de más corto tiempo de retención y
un colchón de lodos recuperados de hasta 4% de consistencia. (En sedimentación se
obtienen de 0.5-0.7%). Bulacia (1996)
La función de separar los sólidos del líquido, en el que se encuentran en estado
suspensión por su reducido tamaño, es primordial para infinidad de aplicaciones, tanto
industria como municipales, bien para recuperar los sólidos valiosos, evitando su
pérdida en un efluente industrial o bien para clarificar el líquido, reduciendo al máximo
los sólidos en suspensión. Esta función se suele realizar convencionalmente por dos
sistemas principales: decantación y la filtración y un tercero denominado: Sistema de
Flotación por Aire Disuelto o Dissolved Air Flotation (DAF). URSO (2008)
El primero consiste en retener en un depósito el líquido que contiene sólidos en
suspensión
(normalmente aglomerados en partículas mayores por medio de la
floculación) de modo que decanten al cabo de un cierto tiempo en el fondo, de donde se
van retirando continua o periódicamente. (Véase en el Anexo 3, figura 11 el equipo que
permite la floculación). La filtración por su parte consiste en forzar el paso del líquido a
través de medio filtrante (mallas con diferentes medidas, arena, entre otros), donde son
retenidos los sólidos, que posteriormente se retiran limpiando el medio filtrante. URSO
(2008)
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
34
La flotación por aire disuelto es el tercer sistema. Se basa en el principio de la
solubilidad del aire en el agua sometida a presión. Consiste fundamentalmente en
someter el agua bruta ya floculada a presión durante cierto tiempo en un recipiente,
introduciendo simultáneamente aire comprimido y agitando el conjunto por diversos
medios, hasta lograr la dilución del aire en el agua. Posteriormente despresuriza el agua
en condiciones adecuadas, desprendiéndose gran cantidad de micro burbujas de aire.
Estas se adhieren a los flóculos en cantidad suficiente para que su fuerza ascensional
supere el reducido peso de los flóculos, elevándolos a la superficie, de donde son
retirados continua o periódicamente, por distintos medios mecánicos. URSO (2008)
OS
D
A
V
R
S
Para Rojas y otros (2008), “la flotación
conE
aire disuelto es un método eficaz para
E
R
S
O
H
C
E densidad de una suspensión, para clarificar líquidos con baja
eliminar partículas
DEdeRbaja
turbiedad y en aguas altamente coloreadas donde se producen flóculos poco densos.”
Es por ello, que con objeto de ahorrar energía por un lado y por otro para evitar al
máximo la posible destrucción de flóculos en el turbulento proceso de creación de micro
burbujas, normalmente no se presuriza el caudal total de tratamiento, sino un caudal
parcial de agua clarificada recirculada suficiente para crear las micro burbujas
necesarias para el proceso. URSO (2008)
En líneas generales, la flotación es una operación unitaria utilizada para separar
partículas de sólidos o líquidos desde una fase líquida. Esta se logra mediante la
inyección de burbujas de gas muy finas (generalmente aire), en el seno del líquido a
tratar. Estas burbujas chocan y se unen con las partículas de materia suspendidas en el
seno del líquido, haciendo que la fuerza de empuje se incremente considerablemente,
produciendo que la materia sólida o líquida flote. La materia flotante acumulada en la
superficie del líquido, se retira del mismo barriendo la superficie por medios mecánicos.
Este proceso se realiza en un equipo especialmente diseñado para tal fin, denominado
tanque de flotación. El sobrenadante acumulado sobre la superficie del líquido en el
tanque de flotación, constituido por partículas de sólidos en suspensión y aceite, debe
ser evacuado del sistema, de manera de evitar que se mezcle nuevamente con el
líquido. El agua con crudo, previamente tratada con un agente clarificante proveniente
del tanque de floculación, fluye por gravedad a la parte inferior del tanque de flotación,
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
35
mezclándose íntimamente con una corriente de agua saturada con aire, las burbujas de
aire en ascenso chocan con las gotas/flóculos de crudo y se adhieren a ellas,
llevándolas hacia la superficie, donde el crudo es separado con la ayuda de unos
brazos raspadores de accionamiento axial, que la impulsa hacia una tolva de colección,
ubicada en la superficie del tanque y son canalizadas a una fosa de nata. (SIMCO,
2006)
Posteriormente, un raspador ubicado en el fondo del tanque, permite la
recuperación de lodos pesados que no flotaron, los cuales se canalizan hacia una tolva
OS
D
A
V
R
Ecuba de almacenamiento y el resto
recolección. El agua tratada se recupera
enS
una
E
R
S
O
H
EC
rebosa la cuba
hacia
un tanque de almacenamiento, para desde allí seguir hacia el
DyEvaR
ubicada en el fondo, desde la cual son enviados por gravedad a una fosa de
sistema de filtración. (SIMCO, 2006)
Finalmente, las bombas centrífugas del sistema de filtración alimentan el tanque
de presurización, con el agua tratada en el sistema de flotación, con el fin de saturarla
con aire comprimido procedente de los compresores de aire, a una presión constante.
De esta forma, el nivel de agua en el tanque de presurización evoluciona entre dos
alturas por medio de dos interruptores de nivel, que permiten el cierre y apertura de la
válvula de entrada del aire comprimido. (SIMCO, 2006)
Según Trujillo (1993), Sulbarán (1992) y Bulacia (1996), algunos estudios sobre
el uso de esta tecnología en aguas municipales y en aguas residuales industriales, han
demostrado que la eficiencia en la remoción de sólidos suspendidos totales (SST),
aceites y grasas, es superior a los métodos convencionales de tratamiento
(separadores API, separadores de placas corrugadas), aunado a esto los tiempos de
retención son menores y por ende los volúmenes de los equipos para tratar un caudal
dado también lo son.
Para URSO (2008) y Benítez, Sanvicente, Lafraga, Zamora, Morales y otros
(2002), otras de sus ventajas son las siguientes: En cuanto al tiempo de retención: La
flotación es un fenómeno mucho más rápido que la decantación, precisando tanto un
espacio ocupado mucho menor y un tiempo de retención muy breve. En relación a la
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
36
concentración de los sólidos separados, los sólidos decantados están sumergidos
permanentemente en un medio líquido, por lo que su concentración tiene un límite muy
bajo. Los sólidos flotados, por el contrario, están sobre un medio líquido, pero en
contacto con el aire, pudiendo alcanzar concentraciones muy superiores a los
decantados.
En cuanto a los productos químicos, los flóculos convenientes en la decantación
deben ser grandes y bien formados, con objeto de acelerar el proceso. Para ello es
necesaria la adición de determinadas cantidades de productos químicos y la retención
OS
D
A
V
R
SEde reducido tamaño, suficiente para la
necesita solamente flóculos incipientes R
(pinE
flocs)
S
O
adhesión de D
lasE
microburbujas.
RECH La cantidad necesaria de productos químicos será
previa en floculadores para la buena formación de los flóculos. La flotación, en cambio,
consiguientemente menor, así como el tiempo de formación del flóculo. Pueden por
tanto evitarse los tanques floculadores, ya que la floculación se realiza normalmente en
línea (flash flocculation).
Figura 2. Diagrama esquemático de los DAF´s. Forero, Ortiz y Duque. (2007)
Flotación
La flotación es un proceso de clarificación primaria particularmente efectivo para
tratar aguas con baja turbiedad, altamente coloreadas y con gran contenido de algas.
Consiste en la separación de las partículas naturales presentes en el agua cruda,
coaguladas o floculadas, mediante el uso de sales de aluminio o de hierro y de
polímeros. En la flotación interviene la diferencia entre la masa volumétrica de los
sólidos o flóculos y la del líquido en que se encuentran en suspensión. Sin embargo,
contrariamente a lo que ocurre en la decantación, este proceso de separación sólido–
líquido únicamente se aplica a partículas que tienen una masa volumétrica real
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
37
(flotación natural) o aparente (flotación provocada) inferior a la del liquido que la
contiene. (Canepa de Vargas, Maldonado y Barrenechea, 2004; 65)
En la flotación provocada, se aprovecha la capacidad que tienen ciertas
partículas sólidas o líquidas para unirse a burbujas de gas (generalmente, aire) y formar
conjuntos partícula–gas menos densos que el líquido que constituye la fase dispersa.
La resultante de las fuerzas (gravedad, empuje de Arquímedes, fuerza de resistencia)
conduce a un desplazamiento ascendente de los conjuntos partícula–gas que se
concentran en la superficie libre del líquido. (Canepa de Vargas, Maldonado y
Barrenechea, 2004; 65)
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
Para que sea factible la flotación de partículas sólidas o líquidas más densas que
el líquido, es preciso que la adherencia de las partículas a las burbujas de gas sea
mayor que la tendencia a establecer un contacto entre las partículas y el líquido. Este
contacto entre un sólido y un líquido se determina mediante la medida del ángulo
formado por la superficie del sólido y la burbuja de gas.
Si θ = 0, el contacto entre el sólido y el líquido se realiza de forma perfecta; es
imposible la adherencia sólido-gas. Si θ = 180°, el contacto entre el sólido y el líquido es
nulo; es óptimo el contacto sólido-gas. Se trata de un caso límite que nunca se da en la
práctica, puesto que ningún líquido da un ángulo θ mayor de 110° (caso del mercurio).
Entre estos dos valores, la adherencia partícula–gas aumenta con el valor del ángulo θ.
Puede considerarse este tipo de flotación de una partícula en el caso de partículas
sólidas o líquidas (aceites) que tienen una forma relativamente simple y una naturaleza
conocida. En el caso de partículas floculadas, a los fenómenos de superficie se suman
las adherencias mecánicas ligadas a la estructura de los flóculos, especialmente
inclusiones de gas en los flóculos. (Canepa de Vargas, Maldonado y Barrenechea,
2004; 66).
El ángulo θ se puede aumentar mediante el uso de sustancias tensoactivas que
forman una película hidrófoba alrededor de las partículas. Tales sustancias poseen en
sus moléculas una parte no polar (hidrófoba) que es atraída por las burbujas de aire en
ascensión y otra polar (hidrófila), que es atraída por la fase dispersa. El empleo de
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
38
sustancias espumantes también ha sido recomendado para formar una mezcla más
estable de burbujas y partículas: tales sustancias tienen, además, la propiedad de
reducir el tamaño de las burbujas de aire, aumentando la superficie específica de las
mismas, para proporcionar mayor capacidad de absorción y tiempo de contacto, ya que
burbujas de aire pequeñas poseen menores velocidades ascensionales. (Canepa de
Vargas, Maldonado y Barrenechea, 2004; 65).
Los mecanismos de contacto entre las burbujas de aire y las partículas pueden
resultar de las siguientes acciones:
OS
D
A
V
R
RESE
1.-Colisión entre la burbuja y la partícula, debido a turbulencia o a atracción entre
S
O
H
C
E
2.-Aprisionamiento
de las burbujas contra los flóculos o contacto entre los flóculos que
DER
ambas.
están sedimentando y las burbujas de aire en ascensión.
3.- Crecimiento de las burbujas de aire entre los flóculos. Cuando se tienen partículas
hidrofílicas, los mecanismos b y c parecen ser los responsables de la eficiencia de la
flotación, en tanto que el mecanismo a parece predominar en la obtención de una
ligazón más estable entre las burbujas de aire y las partículas, las cuales requieren un
cierto grado de hidrofobia. (Canepa de Vargas, Maldonado y Barrenechea, 2004; 66-67)
Ecuación de la velocidad ascensional
Da acuerdo a los autores citados (2004, 67), el conjunto partícula–burbuja de gas
adquiere rápidamente una velocidad ascensional cuyo valor permanece constante: se
trata de la velocidad límite de ascensión, que se calcula, al igual que las partículas
sometidas a sedimentación, por medio de la formula general de Newton:
V 2-n = 4d 1+ n g (ρ s - ρ)
3C e
En la que para el caso de la flotación:
d es el diámetro del conjunto partícula–burbuja de gas y
ρ s es la masa volumétrica del conjunto partícula–burbuja de gas.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
39
Los cálculos siguen siendo los mismos: por lo tanto, en función del número de
Reynolds, pueden definirse regímenes de flujo para los cuales la velocidad límite
ascensional viene dada por las formulas particulares de Stokes (laminar), de Allen
(intermedio) y de Newton (turbulento).
La ecuación de Stokes V = (ρ s - ρ) g d2
18 μ
resuelta para burbujas de aire solamente, en agua a 20 °C, muestra que el régimen
laminar se respeta para diámetros de burbujas inferiores a 120 micrómetros. Su
OS
D
A
V
R
RESE
velocidad límite es, entonces, de 30 m/h. Se trata de un caso extremo, puesto que la
S
O
H
C
E
DER
diferencia (ρe – ρs) es máxima.
Mediante esta ecuación, se aprecia la influencia de los diferentes factores: la
velocidad (V) varía como (d2), como (ρe – ρs) y en el mismo sentido que la temperatura
del líquido, la cual, a su vez, varía en sentido inverso a la viscosidad.
En efecto, es preciso que intervenga el factor de forma o de esfericidad del
conjunto partícula–burbuja de gas, que, en las anteriores ecuaciones de Stokes y de
Newton, se asimila a una esfera.
La influencia favorable del diámetro o del tamaño del conjunto partícula–burbuja
de gas no debe hacer olvidar que, en el caso de la flotación de partículas más pesadas
que el líquido, la superficie específica (es decir, la relación superficie/volumen o
superficie/masa) disminuye cuando aumenta el diámetro. Se obtiene, así, para una
misma cantidad de aire fijado por unidad de superficie una reducción del factor (ρe –
ρs); intervienen, por lo tanto, los dos parámetros.
El tamaño de las burbujas de aire o burbujas es muy importante en la flotación,
pues burbujas pequeñas, además de presentar mayor superficie para una misma
cantidad de aire, necesitan desplazar menor cantidad de agua de la superficie de la
partícula donde se van a adherir. La relación entre el tiempo de contacto entre las
burbujas y las partículas en una cámara de flotación depende de la velocidad
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
40
ascensional de las burbujas, que, a su vez, es proporcional al cuadrado del diámetro de
las mismas.
Tas 1 = Vas 1 = (db 2 )2
Tas 2 Vas 2 db 1
Donde:
Tas 1 . Tas 2 : tiempo de ascensión de las burbujas 1 y 2, respectivamente (s).
Vas 1 . Vas 2 : velocidad ascensional de las burbujas 1 y 2, respectivamente (m/s).
db 1 . db 2 : diámetro de las burbujas 1 y 2, respectivamente (m).
OS
D
A
V
R
E , resulta, en la cámara de flotación,
Para una burbuja de aire con dbR=E
0,1,
Sdb
S
O
ECHEl tamaño de las burbujas depende, principalmente, de la
un tiempo cien veces
DERmayor.
1
2
presión de disolución del aire en el agua y del pH. El pH también puede influir en el
tamaño de las burbujas formadas en el interior de la cámara de disolución.
Volumen mínimo de gas necesario para la flotación. El volumen mínimo de gas
Vg, de masa volumétrica g, necesario para conseguir la flotación de una partícula de
masa S y de masa volumétrica p, en un líquido de masa volumétrica ρl, viene dado por
la siguiente relación:
Vg / S = ( p - l) / ( l - g) (1/ p)
Clarificantes DAF
Los clarificantes DAF (Por sus siglas en inglés: Dissolved Air Flotation, es decir,
Flotación por Aire Disuelto) se utilizan normalmente para remover sólidos suspendidos,
grasas, aceites y partículas flotantes en el agua de deshecho. De acuerdo a Rojas y
otros (2008), en ensayos de laboratorio realizados para evaluar un equipo de flotación
con aire disuelto, en el que se utilizaron Floculante catiónico de alto peso molecular
(FCAMP), Poliacrilamida (PA), Floculante Catiónico Poli E (FC) y Polímero de alto peso
molecular (PAPM), se obtuvieron buenos resultados de clarificación con el FCAPM, FC
y PAPM para el tipo de aguas de producción utilizada, empleando bajas dosis, mientras
que la poliacrilamida (PA) alcanza un 56% de clarificación valor relativamente bajo con
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
41
respecto a los demás productos utilizados. El el anexo 3, Figuas 9 y 10 se encuentran
los tanques en donde se almacenan dichos clarificantes.
También se conoce que el porcentaje de clarificación tiende a disminuir al
aumentar la concentración de los productos, este comportamiento normalmente se ve
en procesos de clarificación cuando la efectividad del coagulante es alta y el rango de
acción de los parámetros que la afectan, tal como la alcalinidad, pH y cloruros, es
amplio. Dosis altas de coagulante tienden a desestabilizar los flóculos, así lo indicó la
investigación realizada sobre polímeros (polielectrolitos) en el Centro de Ingeniería
OS
D
A
V
R
SEen lugar de ayudar a la coagulación
excesivas de polielectrolitos producían R
dispersión
E
S
O
ECH
[15]. En la prueba
se determinó que el producto adecuado es el FCAPM y la
DEdeRjarras
Sanitaria, de Cincinatti, Estados Unidos, la cual concluyó demostrando que dosis
concentración máxima operativa es de 0,006 % en volumen (3,54 mg/L).
Una alimentación que comúnmente es penetrado con químicos, se presuriza con
aire disuelto y se transfiere al clarificador. Allí se libera la presión y millones de burbujas
de aire son liberadas, adhiriéndose a los sólidos suspendidos y otros contaminantes,
elevándose a la superficie. El material flotante y el sedimentado, es removido por
brazos desnatadores en la superficie y los arrastra en el fondo, para su desalojo.
Estos sistemas son 100% presurizados ó de recirculación. Mezclan floculación,
clarificación y engrosamiento de lodos en una sola operación. Su capacidad es de 8 a
1,000 gpm. Y en sus usos comunes remueve partículas suspendidas así como grasas,
emulsiones, entre otros.
Al respecto, el trabajo de Rojas y otros (2008) expone cuales son algunas de las
condiciones operacionales en el tratamiento de aguas mediante el método DAF,
haciendo referencia a que a la presión de 40 psi y 40% de reciclo, se obtiene mayor
remoción de sólidos suspendidos totales (SST), aceites y grasas, evidenciando en esas
condiciones operacionales un 69% de clarificación, 90% de remoción de aceites y
grasas y 77% de remoción de SST.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
42
Operación del sistema DAF
La Flotación por Aire Disuelto es un proceso que permite remover las partículas
presentes en el agua haciéndolas flotar, por medio de la adhesión de pequeñísimas
burbujas de aire. En este proceso, las microburbujas de aire, son generadas por la
súbita reducción de presión en la corriente líquida saturada de aire, proveniente de una
cámara o tanque saturación. En efecto, por medio de una bomba, una pequeña
cantidad de agua clarificada (5 a 10 % del caudal que pasa por la unidad) es
presurizada hasta un valor de 4 a 5,5 bar y conducida a un tanque de saturación, donde
OS
D
A
V
R
E de flotación por aire disuelto, que
S
Figura 13 se pude observar una foto real
del
Sistema
E
R
S
O
H Nº 3.
se encuentra D
ubicada
ERenEelCanexo
la concentración de aire disuelto alcanza su correspondiente valor de saturación. En la
El aire es provisto mediante compresor controlado según demanda del sistema.
Esta agua presurizada y saturada de aire, es distribuida a la entrada del agua floculada
a la celda de flotación, donde mediante brusca descompresión, se propicia la liberación
del exceso de aire en forma de diminutas burbujas. Estas a su vez, se adhieren
rápidamente a los flóculos preformados haciéndolos flotar. Los flóculos ascienden y se
acumulan en la superficie del recinto de flotación, formando una capa de lodo de
espesor creciente, que se remueve periódicamente mediante raspadores superficiales.
Gross F, Cristar V., y Ritcher C. (1996).
Un sistema de DAF está compuesto de varios elementos, cuyas características y
funcionamiento de cada uno de ellos pueden ser explicados de la manera siguiente:
Tubos de mezcla del efluente
La alimentación es llevada al centro del tanque donde se distribuye por un tubo
de mezcla. El agua reciclada y saturada de aire es también introducida al distribuidor
principal a través de aspersores que logran una turbulencia para mezclado. La presión
del agua reciclada es reducida a presión atmosférica a través de la válvula de control.
Aquí se logra una uniformidad con el aire saturado en el agua residual que condiciona la
alimentación y lo lleva al siguiente paso.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
43
Mezcla central y distribución
Se despresuriza el agua reciclada que se mezcla con la alimentación principal en
el distribuidor central. La cámara central se diseña para retener la mezcla y realizar una
distribución general en el tanque. Esta cámara también permite el tiempo adecuado
para que las moléculas de aire puedan adherirse y aglomerarse a los sólidos
suspendidos, produciéndose una sustentación hidráulica.
Remoción de material flotante y sedimentos
OS
D
A
V
R
RESE
Si existieran sólidos pesados, se irían directamente al fondo del tanque del DAF.
S
O
H
C
E
DER
Una rastra los recoge e impide que se acumulen en el fondo, llevándolos al centro para
ser desalojados. La válvula puede ser cerrada o abierta de manera manual o
automática para desalojar los lodos sedimentados. Un desnatador en la superficie
remueve los sólidos que flotan hacia la descarga superficial. Ambos lodos son
recolectados en el tanque de colección de lodos.
Celdas DAF
El flujo disminuye dramáticamente cuando va la cámara de distribución al tanque
de flotación. Esto se debe a que el tanque ha sido diseñado para dar espacio y tiempo a
que los sólidos viajen a la superficie, formen una capa de nata lo suficientemente
espesa para ser removida con facilidad por el desnatador. El agua tratada y clarificada
es expulsada del tanque por las Celdas DAF de salida.
Cámara de salida
El flujo de agua clarificada, por acción de vasos comunicantes es llevado a un
tanque de rebombeo, de aquí se tomará una parte para reciclar y el resto para
descarga.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
44
Unidad de presurización
La porción del agua clarificada que se recicla, es el medio que llevará el aire
disuelto al equipo DAF. Esta alimentación es inyectada al tanque de presurización con
aire comprimido a 75 psi. El nivel de este tanque es controlado para evitar que aire sin
disolver llegue a la cámara del DAF. El agua presurizada y el aire comprimido son
mezclados y retenidos lo suficiente para crear una solución saturada. Esta solución
saturada pasará por la válvula reductora de presión.
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
Figura 3. Operación del Sistema DAF. URSO Servicios Medioambientales
En Figura 3 se indica un esquema funcional del proceso. Las leyes físicas que
gobiernan el movimiento de partículas en un medio viscoso (en este caso el agua),
Stokes:
BARREDOR SUPERFICIAL
VÁLVULA DE QUIEBRE DE PRESIÓN
AGUA FLOTANTE
aplicables a decantación y flotación indistintamente, pueden resumirse en la ley de
DIFUSOR
AGUA FLOCULADA
BOMBA DE PRESURIZACIÓN
TANQUE DE SATURACIÓN
COMPRESOR DE AIRE
AGUA SATURADA
Figura 4. Esquema funcional de celda de flotación. Adaptación de Gross, Cristar y
Ritcher (1996).
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
45
La Planta de efluentes del patio de tanques de Bachaquero funciona bajo el
siguiente esquema:
FLOTACIÓN
FLOCULADOR
SEPARADORES API
EL PATIO DE TANQUES PDVSA
REVERSA/CLARIFICANTE
8 A 12 PPM CLARIFICANTE
REVERSA/CLARIFICANTE
5 PPM
PRESURIZACIÓN
SISTEMA DE FLOTACIÓN
Punto Operacional
Biocida 300 ppm/choque
Semanal
Secuestrante de O2
1 ppm
S
O
H
C
E
DER
Antincrustante 10 a 13 ppm
Secuestrante de O2 1 ppm
Biocida
OS
D
A
V
R
RESE
TORRE DESAEREADORA
SISTEMA DE
FILTRACIÓN
FOSA DE AGUA
PRETRATADA
Figura 5. Esquema de Tratamiento. Planta de Tratamiento Bachaquero. SIMCO: 2008
Condiciones de operación de los Tanques de flotación
Los tanques de flotación son diseñados para manejar una cantidad de agua
comprimida entre los 200 y 663 m3/h. El agua debe mantenerse con un contenido de
180 ppm de sólidos y 310 ppm de crudo emulsionado y debe ser depurada hasta lograr
que el nivel de sólidos y de crudo se reduzca a no más de 20 ppm y 16 ppm
respectivamente. (SIMCO, 2006). También, el tanque de flotación está provisto de un
sistema mecánico de barrido automatizado para retirar los lodos y las natas flotantes
separadas del agua, el cual es accionado por un motor eléctrico a prueba de explosión.
(SIMCO, 2006)
Por otra parte, en el sistema de fosa del API Norte, debe mantenerse una sola
bomba cuando alcanza el nivel de 1,90 mts; dos bombas cuando alcanza el nivel en la
fosa de 1,94 mts; y tres bombas cuando alcanza el nivel en la fosa de 2,00 mts.
(SIMCO, 2007).
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
46
En cuanto al sistema de abastecimiento, se debe abrir la válvula de descarga del
tanque de almacenamiento, a fin de que el nivel de éste se mantenga en 8,00 mts, ya
que de lo contrario no trabaja el cuello de ganso. (SIMCO, 2007).
El sistema trabaja a la intemperie, de forma continua sujeto a una temperatura
ambiente de 35ºC aproximadamente, una humedad relativa de 82% y bajo un ambiente
moderadamente corrosivo. También, el sistema de saturación con aire, toma parte del
agua clarificada mediante un sistema de bombas, para recircularla pasando por el
tanque de presurización para disolver el aire, el cual debe operar bajo una presión de
OS
D
A
V
R
RESE
85 psig de manera completamente automática. (SIMCO, 2006)
S
O
H
C
E
DER
En relación a los tanques de flotación, la apertura de la válvula de control debe
estar en un 54% cuando el nivel de los tanques de abastecimiento tenga 8,00 mts ó
100% cuando baja el nivel de 8,00 mts. (SIMCO, 2007).
Para el mantenimiento y manipulación de los equipos, el personal debe tener la
facilidad de acceso cómodo y seguro. La operación del tanque de flotación puede
localizarse in situ o de forma remota por medio de mandos de consola ubicada en la
sala de mando principal. (SIMCO, 2006)
2.3.4.-Sistema de presurización
El sistema de presurización consta de: Un bombeo de agua hacia el tanque de
presurización, un tanque de presurización para el contacto agua/aire con reguladores el
contacto agua aire con una regulación del nivel de agua y una o varias líneas equipadas
con un sistema de expansión de generación de micro burbujas. La regulación de nivel
se realiza mediante la válvula solenoide de admisión de aire y dos interruptores de
nivel, que permite la entrada de aire cuando el nivel de agua es alto y cierra la admisión
de aire cuando el nivel de agua es bajo. El papel de la extensión es de realizar el pase
de presión del agua presurizada de 4-6 bares hasta la presión atmosférica con la
generación simultánea de micro burbujas de 40 a 60 micras, dentro de la masa de
agua. Esta expansión se realiza en dos etapas y se logra mediante dos válvulas en
serie (de control y de goma ubicadas en galería). (SIMCO, 2006).
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
47
El tiempo de presurización (saturación del tanque con aire comprimido
procedente de los compresores de aire) debe estar entre 90 y 120 segundos. En este
tiempo se debe activar el interruptor de bajo nivel el cual manda a cerrar la válvula de
entrada de aire y dar comienzo al tiempo de llenado que debe estar en seis minutos.
(SIMCO, 2006).
El sistema está provisto de un interruptor de nivel muy bajo el que manda a abrir
las válvulas para evacuar el aire en el tanque, cierra las válvulas de galería. La presión
de operación en el tanque de presurización está entre 50-60 psi. En la descarga de las
OS
D
A
V
R
SE(SIMCO, 2006)
descarga que están calibrados a 109 psiR
(7.5
bar).
E
S
O
H
DEREC
bombas están ubicados los interruptores de paro de bomba por alta presión de
Figura 6. Diagrama esquemático del sistema de presurización. (Canepa de Vargas,
Maldonado y Barrenechea, 2004; 71)
2.3.5.-Caracterización del agua
Para la caracterización del agua de producción se utilizan ciertos parámetros
tales
como;
turbidez
(método
nefelométrico),
Alcalinidad
(titulación),
sólidos
suspendidos (método gravimétrico), cloruros (método argentométrico), aceites totales
(crudo total por extracción), el pH y la temperatura. (Rojas y otros, 2008).
De acuerdo a la normativa establecida en el manual de SIMCO (2007) referidos a
la calidad del agua, se establecen los parámetros contractuales y no contractuales. Los
primeros están relacionados con la eficiencia que el cliente mide en cuanto a la
eficiencia del tratamiento que se le da a las aguas, mediante el seguimiento continuo a
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
48
la calidad de la misma, asignando límites a parámetros físico-químicos importantes en
el proceso de transporte e inyección en el pozo. Estos parámetros son: sólidos
suspendidos totales (SST), tamaño de partícula, velocidad de corrosión y oxigeno
disuelto. (SIMCO, 2007). Por otra parte, los parámetros contractuales son establecidos
conjuntamente con el cliente, produciendo un determinado efecto en caso de
incumplimiento según se observa en el cuadro 1 mostrado a continuación:
Cuadro 1
Parámetros contractuales
PARÁMETRO
VALOR LÍMITE REQUERIDO POR
EL CLIENTE
S
O
H
C
E
DER
EFECTO
OS
D
A
V
R
RESE
Sólidos suspendidos
totales (SST)
< 10 ppm
Tamaño de partícula
< 5 micrones
Oxigeno disuelto
< 50 ppb
Crudo en agua O/W
< 10 ppm











Penalización por incumplimiento
Pérdida de inyección en los pozos
Erosión en tuberías
Penalización por incumplimiento
Pérdida de inyección en los pozos
Penalización por incumplimiento
Daños en tuberías y equipos
Aumento de la velocidad de corrosión
Penalización por incumplimiento
Pérdida de inyección en los pozos
Potenciales penalizaciones por daños
ambientales
Fuente: SIMCO (2007).
En cuanto a los parámetros contractuales referidos al PH, dureza total,
alcalinidad y bacterias sulfato reductoras (BSR), se muestra en el cuadro 2:
Cuadro 2
Parámetros no contractuales
PARÁMETRO
RANGOS

pH
Agua del Lago 6,5 aprox.

Dureza total
Dureza entrada =Dureza salida
Agua del Lago < 150 ppm de
CaCO 3


Alcalinidad
Bacterias sulfato
reductoras (BSR)
BSR < 102 cel/ml


IMPLICACIONES SOBRE EL
TRATAMIENTO
Determinar el carácter corrosivo o
incrustante
Determinar en la selección del
clarificante
Revelar indicios de incrustaciones
Determinar en la selección del
tratamiento
Identificar la eficiencia del biocida
Acelera la corrosión
Fuente: SIMCO (2007)
2.3.6.-Eficiencia del sistema
La eficiencia de diseño de un sistema como el DAF, se fundamenta en una serie
de variables tales como presión, temperatura, humedad relativa, entre otros. Al
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
49
considerarse estos valores constantes, entonces, la eficiencia estará dada por el
porcentaje calculado de remoción de curdo en agua medido a la entrada y la salida del
sistema, es decir:
% eficiencia= O/W entrada DAF(n)-O/W salida DAF(n) x 100
O/W entrada DAF(n)
*n: Sistema a medir, en este caso DAF1 y DAF2
La eficiencia teórica se obtiene por el mayor valor de eficiencia encontrado en
condiciones constantes.
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
2.4.-Operacionalización de la variable
2.4.1. Definiciones

Variable objeto de estudio: Condiciones operacionales del sistema DAF de la
planta de efluentes del patio de tanques de Bachaquero

Definición conceptual: Las condiciones operacionales son las características
con las cuales funciona u opera un sistema.

Definición operacional: Son los factores a considerar para que la planta de
efluentes del patio de tanques de Bachaquero trabaje en condiciones óptimas de
eficiencia.

Mapa de variables: A continuación se muestra el Cuadro 3 que contiene la
operacionalización de la variable objeto de estudio, con dimensiones e
indicadores, fundamentados ya en la teoría antes expuesta.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
50
2.4.2.-Cuadro de variables
A continuación se presenta la sistematización de las variables, exponiendo el
objetivo general y los específicos, dimensiones e indicadores
Cuadro 3
Operacionalización de la variable
Optimizar las condiciones operacionales del sistema DAF de la planta de
efluentes del patio de tanques de Bachaquero
Objetivo específico
Caracterizar
las
corrientes de entrada y
salida de la Planta.
Variable
Dimensión
Corrientes de
entrada y salida
de la Planta
OS
D
A
V
R
RESE
S
O
H
C
E
Condiciones
DER
operacionales
del Sistema
DAF de la
Planta
de
Efluentes del
Patio
de
Tanques de
Bachaquero
Determinar las causas
que pueden afectar la
eficiencia del DAF.
Causas que
afectan la
eficiencia del
DAF
Establecer
las
condiciones óptimas de
operación del Sistema
DAF
Actualizar el Diagrama
de
Tuberías
e
Instrumentación
del
Sistema de Flotación de
la Planta de tratamiento
de Efluentes del Patio de
Tanques de Bachaquero.
Condiciones de
operación
Esperanza L. Quiroz N.
Indicadores
Cantidad de alimentación
(BBS)
Cantidad de efluente
(BBS)
Sólidos Suspendidos
Totales (SST)
Tamaño de las partículas
de los SST (µ)
Crudo en agua O/W
entrada (ppm)
Crudo en agua O/W
salida DAF1 y DAF2
(ppm)
Eficiencia de los DAF y
DAF 2 con respecto a
crudo en agua (%)
Oxigeno disuelto (ppb)
Presión (Psig)
Características del
diseño del sistema
Temperatura (ºC)
Presión (Psig)
Humedad relativa (%)
Tipo de mantenimiento
Dosificación de
Clarificante (ppm)
Tipo de clarificantes
Parámetros de operación
(P, T)
Diagrama de
Tuberías
Levantamiento del plano
Capítulo II. Marco Teórico
51
2.5.-Términos básicos
Agua: Es el producto de la combinación de dos átomos (oxigeno e hidrógeno)
que hasta el momento es el único elemento capaz de experimentar tres tipos de
estados a priori incompatibles: líquido, gaseoso y sólido. (URSO, 2008).
Agua de Inyección: Es la que se emplea como una forma de aumentar la
eficiencia de recuperación de petróleo. (Grizman, 2001)
OS
D
A
V
R
RESE
Agua tratada: Aquellas que se han depurado previamente mediante procesos de
eliminación total o parcial de contaminación existente en las aguas residuales, con el
S
O
H
C
E
DER
objeto de mantener un efluente que altere lo mínimo posible los parámetros físicos,
químicos y biológicos del medio receptor o con el propósito de ser reutilizada, es decir,
obtener el grado de pureza necesario en función de la finalidad de su reutilización.
(URSO, 2008).
Alcalinidad: Calidad de alcalino, que tiene álcali, es decir hidróxidos metálicos
muy solubles en el agua que se comportan como una base fuerte. Las aguas naturales
adquieren su alcalinidad mediante la disolución de rocas básicas carbonatadas, que
además aportan al medio hídrico sus cationes mayoritarios. Rodríguez y Marín (2004:
231). Representa
una estimación de la composición
de iones de bicarbonato y
carbonato en el agua del proceso, ya que la alcalinidad en la mayoría de las aguas
naturales está dada por los iones. La medida de la alcalinidad del agua da una medida
para escoger el tratamiento adecuado. (SIMCO, 2007)
Catalizador: Agente o sustancia capaz de acelerar o retardar una reacción, sin
alterar el resultado final de la misma. (RAE, 2002)
Caudal: Cantidad de agua que emana o corre. (RAE, 2002)
Clarificar: Aclarar algo o quitarle los impedimentos que lo ofuscan. (RAE, 2002)
Efluente: Líquido que procede de una planta industrial. (RAE, 2002)
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
52
Emulsión: La emulsión es un sistema de dos fases que consta de dos líquidos
parcialmente miscibles, uno de los cuales es dispersado en el otro en forma de
glóbulos.
Emulsión bituminosa: Dispersiones relativamente estables de goticulas de betún
asfáltico (fase dispersa o discontinua) en un medio emulsionante (fase continua)
(URSO, 2008).
Floculación: Proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias
OS
D
A
V
R
facilitando de esta forma su decantación
Sy Eposterior filtrado. Es un paso a la
E
R
S
O
potabilización deEaguas
deH
origen superficial y del tratamiento de aguas servidas
D REC
denominadas floculantes, se aglutina las sustancias coloidales presentes en el agua,
domésticas, industriales y de la minería. (Forero, Ortiz y Duque, 2007)
Floculante: Sustancia química que aglutina sólidos en suspensión, provocando
su precipitación. Por ejemplo el alumbre, que es un grupo de compuestos químicos,
formado por dos sales combinadas en proporciones definidas una de las sales es el
sulfato de aluminio o el sulfato de amonio. (Forero, Ortiz, y Duque, 2007)
Humedad: Agua que está impregnada en un cuerpo o que, vaporizada, se
mezcla con el aire. (RAE, 2002)
Proceso: Conjunto de las fases secuenciales de un fenómeno natural o de una
operación artificial. (Jiménez 2003)
Sólidos Suspendidos Totales (SST): Es la medida de materia sólida que se
encuentra suspendida en el agua del proceso. También se reporta en unidades de
concentración (ppm). Para retener estas partículas sólidas, se disponen de trenes de
filtrados (Serk, Baker y Veneagua) y productos químicos llamados ayudantes de
filtración, que ayudan a alcanzar el valor establecido. (SIMCO, 2007)
Tamaño de partículas: Es el valor promedio del tamaño de las partículas que se
encuentran en suspensión o flotando en el agua del proceso, se reporta en unidades
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo II. Marco Teórico
53
métricas, micrones, que representan 10-6 m. Para obtener los tamaños de partículas
deseados se emplean sistemas de filtración que permiten retener las partículas de
mayor tamaño. Además, en la mayoría de los casos se inyecta ayudante de filtración
para mejorar la eficiencia del tren de filtrado.
Temperatura: Grado de calor de un cuerpo o de la atmósfera cuya unidad en el
sistema internacional es el Kelvin. (RAE, 2002)
Turbidez: Cualidad de turbio. (RAE, 2002)
OS
D
A
V
R
RESE
Viscosidad: Propiedad de los fluidos de importancia en múltiples procesos
S
O
H
C
E
DER
industriales además de ser una variable de gran influencia en las mediciones de flujos
de fluidos. (Jiménez, 2003)
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo III. Metodología
CAPÍTULO III
METODOLOGIA
En el presente capítulo se describe toda la metodología que fue utilizada en la
investigación, es decir, el tipo y diseño de la investigación, técnicas, instrumentos y
tratamiento de la información y fases de la investigación.
3.1.- Tipo de investigación
OS
D
A
V
R
RESE
S
O
H
C
E
ER (2000), definir el tipo de
Según D
Méndez
investigación tiene como propósito
“señalar el tipo de información que se necesita así como el nivel de análisis que deberá
realizar”.
Tomando en cuenta la clasificación de Hurtado (2000), la presente investigación
se tipifica dentro de la modalidad proyecto factible, ya que este tipo de estudio consiste
en la aplicación de un modelo operativo viable, que representa la solución a un
problema de tipo práctico, para satisfacer necesidades de una institución o un grupo
social, con apoyo de investigaciones de campo o documental.
Por otra parte, Méndez (2000), define la Investigación Descriptiva como aquella
que “identifica características del universo de investigación, señala formas de conducta
y actitudes del universo investigado, establece comportamientos concretos y descubre y
comprueba la asociación entre variables de investigación”. Al respecto, Hurtado (2000),
menciona que la investigación descriptiva tiene como objetivo central lograr la
descripción o caracterización del evento de estudio dentro de un contexto particular.
Por su parte, Sabino (2000) añade que ésta se aplica cuando el objetivo
primordial es describir algunas características fundamentales de conjuntos homogéneos
de fenómenos, mediante criterios que reflejan la estructura o el comportamiento de los
fenómenos en estudio, proporcionando de ese modo información sistemática y
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo III. Metodología
55
comparable con la de otras fuentes. Tomando como referencia los anteriores criterios,
la presente investigación se consideró como un Proyecto factible descriptivo
Para esta investigación se escogió el tipo de estudio descriptivo. De acuerdo al
mencionado autor, ya que el interés de las investigadoras se centró en optimizar las
condiciones operacionales del sistema flotación por aire disuelto, en inglés Dissolved Air
Flotation (DAF), de la planta de efluentes del patio de tanques de Bachaquero.
3.2.- Diseño de la Investigación.
OS
D
A
V
R
SE 2000), el diseño de investigación
Según Cerda (1991, citado por
Hurtado,
E
R
S
O
H
Cdecisiones,
consiste en un conjunto
pasos, esquema y actividades a realizar en el
DEREde
curso de una investigación. Según la naturaleza de este estudio se escogió la tipología
de diseño de campo no experimental, ya que la variable condiciones operacionales del
sistema flotación por aire disuelto, así como sus dimensiones e indicadores fueron
analizados en su estado natural, sin la intervención del investigador y de acuerdo a
Sabino (2000) en este tipo de investigación los datos de interés se recogen en forma
directa de la realidad.
En tal sentido, Arias (2006) menciona que la investigación de campo no
experimental “es aquella que consiste en la recolección de datos directamente de los
sujetos investigados, o de la realidad donde ocurren los hechos, sin manipular o
controlar las variables, o sea, no se altera las condiciones existentes”.
3.3.-Técnicas de Recolección de Información.
La técnica de recolección de información ha sido definida por Hernández y otros
(2003), como el proceso de recolectar información a través de un instrumento aplicado
a la muestra seleccionada en forma aleatoria. Para Hurtado (2000) estas técnicas,
“comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
información necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigación”.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo III. Metodología
56
Para esta investigación se utilizaron varias técnicas para la recolección de los
datos por medio de las cuales se describieron y analizaron sistemáticamente las
características de los fenómenos estudiados o como son llamados, parámetros
contractuales, tales como: Crudo en Agua (W/O), Sólidos Suspendidos Totales (SST) y
Oxigeno disuelto, entre otros, utilizando técnicas especiales que incluyeron la
observación directa e indirecta a los procesos de la empresa, revisión documental, toma
de muestras y entrevistas no estructuradas al personal involucrado, que fueron
utilizadas para obtener información en los procesos, analizarlos, mejorarlos y así poder
optimizar las condiciones operacionales del sistema DAF de la planta de efluentes del
OS
D
A
V
R
RESE
patio de tanques de Bachaquero. Algunas de estas técnicas fueron:
S
O
H
C
E
La Observación
DER directa: Sabino (1995, citado por Méndez, 2000), la define como
“el uso sistemático de nuestros sentidos en la búsqueda de los datos que necesitamos
para resolver un problema de investigación”. Por otro lado, Hurtado (2000), menciona
que la técnica de la observación requiere que el investigador tenga acceso directo al
evento de estudio”. En este caso se observaron los eventos directamente de la realidad,
debido a que las investigadoras acudieron personalmente a la empresa SIMCO en
Bachaquero.
La Revisión Documental: “Es una técnica en la cual se recurre a información
escrita, ya sea bajo la forma de datos que pueden haber sido producto de mediciones
hechas por otros, o como textos que en si mismos constituyen los eventos de estudio”.
Hurtado (2000). En este sentido, se realizó una revisión de trabajos de investigación,
manuales y textos que sirvieron de apoyo a esta investigación, tales como los manuales
de operaciones de la empresa SIMCO, la información de los reportes semanales de
calidad de agua y otros trabajos tales como los presentados por Gross y otros (2007);
Forero y otros (2007); Galil y Wolf (2000), entre otros.
3.4.-Instrumentos de Recolección de Información.
La técnica de recolección de información ha sido definida por Hernández y otros
(2003), como el proceso de recolectar información a través de un instrumento aplicado
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo III. Metodología
57
a la muestra seleccionada en forma aleatoria. En esta investigación se escogió la
entrevista y la toma de muestras:
La Entrevista: Hurtado (2000), dice que “es una técnica basada en la interacción
personal, y se utiliza cuando la información requerida por el investigador es conocida
por otras personas, o cuando lo que se investiga forma parte de la experiencia de esas
personas”. Según Tamayo y Tamayo (2001), es de uso bastante común en la
investigación de campo, ya que buena parte de los datos se logran por entrevistas. La
entrevista es la relación directa establecida entre el investigador y su objeto de estudio
OS
D
A
V
R
SyaEque la iniciativa estuvo en manos de
estudio, se utilizó la entrevista no estructurada,
E
R
S
O
ECH
las entrevistadoras
quienes
exhortaron a los entrevistados a proporcionar información
DER
a través de individuos o grupos con el fin de obtener testimonios orales. En el caso de
sin preguntas predeterminadas.
Fue aplicada la técnica de la entrevista informal no estructurada de sondeo de
opinión con los técnicos e ingenieros a fin de corroborar los parámetros de operación, e
igualmente, para reforzar la información obtenida de los manuales y documentos
archivados en la empresa SIMCO que permitieron indagar sobre las variables e
indicadores planteados y así corroborar los conocimientos adquiridos durante la revisión
bibliográfica. Esta información se recolectó a través de apuntes y fotografías tomadas
durante la entrevista.
Toma de muestras: En este estudio, un Operador y/o un Supervisor de turno se
encargaron de tomar los datos relativos a la presión, química y consumo de química,
tanto en campo como en Sala de Control.
En el siguiente cuadro se puede observar el manejo operacional de las muestras
en cuanto a la presión, describiendo el sistema por medio del cual se obtuvieron los
datos, la frecuencia de la toma, el personal involucrado, los instrumentos utilizados,
unidad de medida y la precisión.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo III. Metodología
58
Cuadro 4
Sistematización de la toma de muestras: presión
Sistema
Compresores
Flotación
Tanques API
Transferencia
Tiempo
Personal
Operador/
Supervisor de turno
@ 8 hr
Instrumentos
utilizados
Manómetro
tipo Bourdon
“C”
Unidad de
medida
Psi, Bar
Precisión
s/información
se
reemplaza una vez
dañado
@ 1 hr
Autora: Quiroz (2008)
Fuente: Datos tomados de SIMCO (2008)
Así mismo,
se presenta
una descripción de la muestra de la química,
observándose como característica resaltante que no se tiene un parámetro específico
OS
D
A
V
R
RESE
de precisión:
Sistema
O/W (ppm)
S Cuadro 5
O
H
C
E
DERSistematización de la toma de muestras: química
Tiempo
Personal
@ 2 hr
(parámetro
crítico)
SST (ppm)
Tamaño de la
partícula (<5 mc
y > 12mc)
pH (1-7)
Cloruros
Cl(ppm) *
Hierro (ppm)***
@ 24 hr
Técnico
especialista
Química
Alcalinidad
CaCO 3
Dureza
CaCO 3 **
Oxigeno
CaCO 3 ****
en
Instrumentos
utilizados
Espectrofotóm
etro
Balanza
Balanza
(HACH)
Balanza
Unidad de
medida
Absorbancia
con relación en
ppm
ppm
Mg
Phimétro
Äcido neutro
básico
Ppm
por
cálculo
Método
clorimétrico
Kit
para
determinar
hierro
Kit de análisis
Precisión
s/información
Indicadores de
color
Autora: Quiroz (2008)
Fuente: Datos tomados de SIMCO (2008)
También el Cuadro 6 muestra las especificaciones de cada uno de los elementos
utilizados en el consumo de química, lo cual debe ser cumplido por el Técnico
especialista en química.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo III. Metodología
59
Cuadro 6
Sistematización de la toma de muestras: consumo de química
Sistema
Tiempo
Clarificante TD25513
Clarificante Pass “C”
Secuestrante TC2100
Inhibidor de corrosión
ST2818
Continuo 24 hr
(5 ppm dentro de las 24 hr)
1 ppm continuo 24 hr
10-13 ppm continuo a excepción del día
que se inyecta biocida en el que se
detiene por 3 hrs
Surfactante OT3013
Biocida Biotreat
Clarificante HVD-408
Personal
300 ppm una vez por semana, se le llama
choque biocida
Emergente, solo se usa si el agua está
fuera de la especificación
Biocida TK2413
Autora: Quiroz (2008)
Fuente: Datos tomados de SIMCO (2008)
S
O
H
C
E
DER
Técnico
especialista
en Química
Instrumentos
utilizados
Unidad de
medida
Medidor de
nivel, cinta
métrica y
factor de
ajuste
litros
OS
D
A
V
R
RESE
3.5.-Tratamiento de la Información.
Según Méndez (2000), "es un proceso que consiste en el recuento, clasificación
y ordenación en tablas o cuadros de toda la información obtenida, dependiendo
ciertamente de la clase de estudio y datos de la investigación". En este sentido, en este
estudio se procesará la información ordenándola en tablas y gráficos, para su posterior
análisis, de los cuales se derivaran las conclusiones del caso. En este estudio los datos
operacionales se procesaron mediante un software (Excel), cuyos datos fueron
ingresados al sistema por el Operador de Turno y el Supervisor.
3.6.-Procesamiento de los datos
Una vez recolectada la información pertinente al estudio, se procedió a extraer de
la base de datos de la empresa SIMCO, aquel relacionado con la variable de estudio,
realizando tablas que incluyeron los indicadores pertinentes, entre los cuales se pueden
mencionar las partes por millón (ppm) de Crudo en Agua (O/W), Agua en Crudo (W/O),
el tamaño (µ) de las partículas de los sólidos suspendidos totales (SST), entre otros.
Estos fueron procesados a través de una base de datos (SPSS), versión 15.0,
analizándolos mediante estadística descriptiva y presentándolos en tablas y gráficos.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo III. Metodología
60
Los promedios fueron calculados en función de las mediciones obtenidas por el
reporte diario durante 11 meses del año 2008. El cálculo de variación de efluentes y
efluentes se calculó a partir de los valores mínimo y máximo, es decir:
% variación = Nivel máximo – Nivel mínimo x 100
Nivel mínimo
La eficiencia se calculó en función del porcentaje de remoción de crudo en agua
de cada uno de los sistemas (DAF1 y DAF2), es decir:
OS
D
A
V
R
RESE
% eficiencia= O/W entrada DAF(n)-O/W salida DAF(n) x 100
O/W entrada DAF(n)
S
O
H
C
E
ERen este caso DAF1 y DAF2
*n: Sistema aD
medir,
3.7.-Fases de la investigación
Para la realización del presente trabajo se siguieron los siguientes pasos:
Selección del tema, línea y problema de investigación; revisión de antecedentes y
consultas con especialistas en la materia para concretar la problemática a abordar;
presentación al comité académico para su consideración; planteamiento de los objetivos
y formulación del anteproyecto; posteriormente, se elaboró el marco teórico y
metodológico, en el cual se describió la técnica para la recolección de información,
seguido por el análisis e interpretación de los datos.
A continuación se describen las fases de la investigación en forma precisa y
debidamente fundamentadas para dar cumplimiento a cada uno de los objetivos
planteados del trabajo de investigación:
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo III. Metodología
61
Cuadro 7
Fases de la investigación
Objetivo Nº 1
Caracterizar las corrientes de entrada y salida de la Planta.
Fase
I. Recolección de información.


II. Análisis de los resultados.
Metodología
Se consultó la bibliografía vinculada a este trabajo de
investigación como, manuales, trabajos especiales de
grado, textos entre otros, y así obtener la información
necesaria.
Se tomaron los datos pertinentes del sistema de
información de la empresa

OS
D
A
V
R
RESE
Se realizó una evaluación de la información recopilada en
la fase anterior con el fin de clasificarle y registrarla.
Objetivo Nº 2
Determinar las causas que pueden afectar la eficiencia del DAF.
I. Recolección de información.
 Se realizó una observación directa de los procesos, a
través de visitas al Patio de Tanques de Bachaquero.
 Se realizaron entrevistas no estructuradas al personal
operativo para examinar el conocimiento y experiencia de
los operadores en cuanto a equipos, actividades,
procesos, entre otros.
 A través de la información recopilada a través de las
entrevistas no estructuradas y de los resultados del
objetivo anterior se determinó la descripción detallada de
dichos procesos.
II. Identificación de los procesos.
 Se determinaron los criterios para esquematizar los
diferentes tipos de procesos llevados a cabo en el sistema
DAF del Patio de Tanques de Bachaquero.
III.Construcción de mapas de
 Se clasificaron los diferentes procesos realizados en la
procesos.
instalación.
S
O
H
C
E
DER
Objetivo Nº 3
Establecer las condiciones óptimas de operación del sistema DAF
a. Recolección de
 Se redactaron los pasos secuenciales y detallados de
información.
cada una de las operaciones, indicando: actividades
involucradas, despliegue de las mismas y responsables en
cada tarea.
 Se estableció un formato estándar, el cual se utilizó para
registrar cada una de las operaciones.
Objetivo Nº 4
Actualizar el diagrama de tuberías e instrumentación del sistema de flotación de la planta de
tratamiento de efluentes del Patio de Tanques de Bachaquero.
I. Registro
Registro de Procedimientos.
 Se redactaron los pasos secuenciales y detallados del
sistema, indicando: actividades involucradas, despliegue
de las mismas y responsables en cada tarea.
 Se crearon los diagramas de bloques respectivos para
dichos procesos
II. Diagramación
Esperanza L. Quiroz N.

Se actualizó el diagrama de tuberías e instrumentación del
sistema de flotación de la planta de tratamiento de
efluentes del Patio de Tanques de Bachaquero.
Capítulo IV. Resultados
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
En el presente segmento se presentan los resultados de la investigación, los
cuales son el producto de la aplicación de un trabajo de campo dirigido a la recolección
de los datos y que son analizados en función de los objetivos de este estudio.
OS
D
A
V
R
4.1.-Caracterizar las corrientes de entrada
yS
salida
E del sistema DAF
E
R
S
O
H
DEREC
Se tomaron en cuenta los indicadores referidos a la Cantidad de flujo de
alimentación, medidos en barriles (BB), Cantidad de efluente (BB), sólidos suspendidos
totales (SST), tamaño de las partículas de los SST (µ), Crudo en agua (O/W), Oxigeno
disuelto (ppm), cuyas distribuciones en los promedios anuales calculadas de acuerdo
con la base de datos SIMCO (ver anexo 1) pueden observarse en el Cuadro 8.
Cuadro 8
Caracterización de las corrientes de entrada y salida del DAF (anual). Datos
cuantitativos.
ENTRADA
SALIDA
INDICADOR
CONTRACTUAL
MEDIA 
Cantidad de flujo de alimentación (BB)
Cantidad de efluente (BB)
Sólidos Suspendidos Totales (SST) (ppm)
Tamaño de las partículas de SST (% <5 micrones)
Crudo en agua (ppm)
O/W entrada
O/W salida DAF 1
O/W salida DAF 2
Oxigeno disuelto (ppb)
Temperatura
Presión DAF 1 / DAF 2 (psig)
Humedad Relativa
Fuente: Quiroz (2008)
Esperanza L. Quiroz N.
39244,58
83,73
S/I
56
50
SI
1258,01
4,33
91,36
6,78
6,77
11
<10
85
<310
<10
<10
<50
85
Capítulo IV. Resultados
63
4.1.1.- Cantidad de Flujo de alimentación
En este estudio se calculó un flujo de alimentación promedio de 39.245 BB De
acuerdo a lo observado en el Gráfico 1, se puede apreciar que el nivel de flujo de
alimentación presenta una variación mayor a 57% con respecto al promedio anual, con
lo que puede inferirse y constatarse en los datos generales que el flujo de alimentación
oscila entre 28.833 BB y 45.542 BB mensuales.
Grafico 1
Flujo de alimentación
BB
S
O
H
C
E
DER
50000,00
45000,00
40000,00
35000,00
30000,00
25000,00
20000,00
15000,00
10000,00
5000,00
0,00
0
1
2
3
4
OS
D
A
V
R
RESE
5
6
7
8
9
10
11
MES
Fuente: Quiroz (2008)
4.1.2.- Cantidad de efluente
Se reportó el nivel de efluente resultante, con un promedio anual de 1.258 BB.
Como puede apreciarse, en el Gráfico 2, el nivel de efluente puede variar en
aproximadamente un 18%, con valores mínimos y máximos de 1.148 BB y 1.366 BB.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo IV. Resultados
64
Grafico 2
Flujo de efluente
1400,00
1350,00
BB
1300,00
1250,00
1200,00
1150,00
OS
D
A
V
R
0
1
2
3
4
5 SE
6
7
8
9
10
E
R
S
O
H
MES
DEREC
1100,00
11
Fuente: Base de datos SIMCO. Quiroz (2008)
4.1.3.- Sólidos Suspendidos Totales (SST)
En cuanto a los sólidos suspendidos totales de la salida de la planta, se obtuvo
un promedio de 4,33 ppm. Con ello, se puede aseverar que el efluente de este estudio
fue caracterizado por los niveles estables y uniformes de sólidos suspendidos casi sin
depender de las concentraciones de la alimentación.
De acuerdo a las condiciones de operación descritas en el Manual de
Operaciones de la empresa SIMCO, referentes a los tanques de flotación y de acuerdo
al diseño de estos, el agua debe mantenerse con un contenido de 180 ppm de sólidos y
debe ser depurada hasta lograr que el nivel de sólidos se reduzca a no más de 20 ppm
a la salida de los DAF´s (SIMCO, 2006), sin embargo, los valores establecidos en los
parámetros contractuales del cliente requieren valores menores a 10 ppm del agua de
inyección a la salida de la Planta, que serán utilizados en proyectos de recuperación
secundaria.
Los valores del reporte diario de la empresa indican que se cumplen con las
especificaciones del cliente, ya que los mismos se encuentran por debajo de los 6 ppm.
En el gráfico mostrado a continuación se observa el comportamiento de los sólidos
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo IV. Resultados
65
suspendidos totales (SST) registrados en la base de datos de la empresa SIMCO, con
respecto al parámetro establecido por el cliente (<10 ppm):
Grafico 3
Sólidos suspendidos totales (ppm)
12,00
10,00
ppm
8,00
SST (ppm)
6,00
4,00
2,00
0,00
S
E
R
S
O
H
DEREC
0
1
2
3
4
5
6
7
8
E
9
S
RVADO
P arámetro
co ntractual (< 5 ppm)
10 11
MES
Fuente: Base de datos SIMCO. Quiroz (2008)
4.1.4.- Tamaño de las partículas
Otro parámetro analizado fue el tamaño de las partículas, obteniéndose en
promedio un 91,36%. Al respecto, según los parámetros contractuales se exige que el
tamaño de las partículas de los sólidos suspendidos sea < 5 micrones.
Por acuerdo entre ambas empresas, se concertó que al menos el 85% de los
sólidos suspendidos totales debe tener un tamaño < 5 micrones, de tal manera que se
puede asegurar que la remoción de sólidos se cumplió de forma exitosa. Este
comportamiento puede ser observado en el gráfico 4:
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo IV. Resultados
66
Grafico 4
Tamaño de las partículas (micrones)
Porcentaje (%)
93,00
92,00
91,00
Tamaño de las
part í culas (%) < 5
micrones
90,00
89,00
88,00
87,00
Parámet ro cont ract ual
(%) < 5 micrones
86,00
85,00
S
O
H
C
E
DER
84,00
0
1
2
3
4
5
OS
D
A
V
R
RESE
6
7
8
9
10 11
MES
Fuente: Base de datos SIMCO. Quiroz (2008)
4.1.5.-Crudo en agua (O/W) entrada
Se analizaron los datos provenientes del Crudo en Agua medido en la entrada
del sistema DAF, obteniéndose un promedio de 83,73 ppm. De acuerdo a las
condiciones de operación descritas en el Manual de Operaciones de la empresa
SIMCO, el agua debe mantenerse con un contenido máximo de 310 ppm de crudo
emulsionado para luego ser depurada, verificándose que los valores mínimo y máximo
no superaron lo expresado en el referido manual, por lo tanto, se puede constatar que
los valores reportados en la base de datos de la empresa, se encuentran dentro del
rango esperado.
El cumplimiento de los parámetros contractuales establecidos por la empresa
SIMCO en relación a los calculados, pueden apreciarse en el gráfico 5.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo IV. Resultados
67
Grafico 5
Crudo en agua (O/W) entrada (ppm)
350,00
300,00
ppm
250,00
Crudo en Agua
(O/W) entrada
(ppm)
Condición de
operación (310
ppm)
200,00
150,00
100,00
50,00
0,00
0
1
2
3
4
OS
D
A
V
R
RESE
5
6
7
8
9
10 11
S
O
H
C
E
Fuente:
R de datos SIMCO. Quiroz (2008)
DEBase
MES
4.1.6.-Crudo en agua (O/W) salida DAF1 y DAF 2
La media del valor resultante de crudo en agua (O/W) en la salida del sistema
DAF1 se ubicó en 6,78 ppm y en el DAF2 fue 6,77 ppm, con una diferencia de 0,15% a
favor del DAF2. Es de hacer notar que el sistema estuvo fuera de parámetros en el mes
6 (abril). (Gráfico 6).
Grafico 6
Crudo en agua (O/W) salida DAF 1 vs. DAF 2 (ppm)
18,00
16,00
14,00
ppm
12,00
10,00
DAF 1
8,00
DAF 2
6,00
4,00
2,00
0,00
1
2
3
4
5
6
MES
Fuente: Base de datos SIMCO. Quiroz (2008)
Esperanza L. Quiroz N.
7
8
9
10
11
Capítulo IV. Resultados
68
4.1.7.-Eficiencia de los DAF 1 y DAF 2 con respecto a crudo en agua (%)
En promedio la eficiencia global de ambos sistemas fue de 93,56%. La eficiencia
de diseño del sistema se obtuvo del porcentaje de eficiencia calculado en ambos
sistemas, en función de crudo en agua medido a la entrada vs. la salida del DAF1 y
DAF2. La eficiencia teórica del sistema se obtuvo del mayor valor de eficiencia de
ambos sistemas. (Gráfico 7)
OS
D
A
V
R
RESE
Grafico 7
Eficiencia DAF 1 y DAF 2 (%)
%
S
O
H
C
E
DER
96,00%
95,00%
94,00%
93,00%
92,00%
91,00%
90,00%
89,00%
88,00%
87,00%
86,00%
85,00%
Eficiencia DAF1
Eficiencia DAF2
Eficiencia teórica
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11
MES
Fuente: Base de datos SIMCO. Quiroz (2008)
4.1.8.-Oxigeno Disuelto
El promedio del Oxigeno disuelto medido a la salida de la Planta fue de 11 ppb,
siendo el valor contractual <50 ppb
4.1.9-Presión de los sistemas
El promedio de la presión de operación de los sistemas DAF 1 y DAF 2 fue de 56
y 50 psig, respectivamente.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo IV. Resultados
69
4.2.-Determinar las causas que afectan la eficiencia del DAF 1 y DAF 2
Las causas que afectan la eficiencia del DAF en este estudio pueden provenir de
los factores mano de obra, métodos de trabajo, materiales y materia prima, maquinaria
y equipos y medio ambiente. En cuanto al sistema, se detectaron en los reportes
continuas paradas de planta por fallas en los equipos de presurización. Así mismo, se
evidenció falta de dispositivos de medición y control, tales como las variables de
OS
D
A
V
R
E
consecuente incumplimiento de los parámetros
Scontractuales.
E
R
S
O
ERECH
D
A continuación se presenta la figura 7 que muestra el diagrama causa-efecto,
temperatura y humedad relativa. No se observó un plan de mantenimiento con el
realizado a tal fin. Así mismo se observa en el Cuadro 9, el método causa-efecto, en el
que se describe el tipo o naturaleza del problema, la causa, la descripción y el
correspondiente análisis.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo IV. Resultados
70
METODOS DE TRABAJO
MANO DE OBRA
MATERIALES Y MATERIA
MAQUINARIA
PRIMA
Ajuste de
química
Descuido
Inadecuado
Registros poco
confiables
Personal
Capacitación
insuficiente
Contenido
de O/W
alto
DER
Deteriorado
Fuera de
servicio
DAF
Sistema de
presurización
Válvulas
Mantenimiento
inadecuado
Deteriorado
Mantenimiento
inadecuado
Deteriorado
Descalibrado
inadecuadas
SST
Tamaño de
partículas
vencidas
Desviación de
parámetros
contractuales
de calidad de
agua
Fuera de
servicio
Exposición a
la lluvia
Intemperie
Corrosión
Mantenimiento
inadecuado
MEDIO AMBIENTE
MAQUINARIA Y
EQUIPOS
Figura 7: Diagrama Causa - Efecto
Fuente: Resultados del registro de Observación directa y entrevistas no estructuradas al personal. Quiroz (2008)
Esperanza L. Quiroz N.
poca cantidad
Agua
Fuera de
servicio
Floculadores
Descalibrado
mal almacenada
Pinturas
PH
Obsoleto
Descalibrado
Descalibrado Mantenimiento
Fuera de
inadecuado
servicio
oxidado
Manual de
operaciones
análisis de
O/W
Deteriorado
inadecuado
S
E
R
S
ECHO
A criterio particular Desorganización
poca cantidad
Aceros
inadecuado
análisis
de SST
mal almacenados
Aditivos
químicos
S
O
D
A
ERV
no automatizado
Procesos
Trabajo
Incumplimiento
de horario
mal
calculado
Capítulo IV. Resultados
71
Cuadro 9
Tabla de análisis del Método Causa- Efecto
Ítem
Tipo
Causa
Sub-causa
Personal
1
Mano de
obra
E
R
S
O
RECH
DE
Trabajo
Incumplimiento de
horario
Capacitación
insuficiente
Descuido
2
Método de
trabajo
Esperanza L. Quiroz N.
Procesos
Descripción
La planta debe contar como mínimo con un
operador, un supervisor, un electricista, un
químico, un instrumentista, un mecánico y
una persona para la limpieza.
Es primordial que se cubran todos los turnos
ordinarios y las guardias en forma constante
y puntual, ya que, la planta no puede quedar
desatendida.
En cada área de la planta es necesario
contar con personal especializado que
apliquen los conocimientos técnicos.
Inadecuado
Análisis
La planta cuenta con el
personal suficiente para cubrir
cualquier evento.
S
O
D
A
SERV
Cuando el trabajo se realiza en forma
rutinaria, se tiende a obviar ciertos
procedimientos o no se le presta atención a
la actividad a ejecutar. No se detectan fallas
de equipo y procedimientos operacionales.
Para un buen funcionamiento de la planta
existe un programa para proceder ante cada
evento, estos programas son elaborados
basados en métodos comprobados y
utilizados en la mayoría de las plantas.
El personal que labora en la
planta cumple con su horario
según los reportes de
asistencia.
La planta cuenta con personal
técnico capacitado en las
diferentes áreas de acción
como lo son: mantenimiento,
electricidad, instrumentación
industrial y mecánico.
El empleado realiza el trabajo
de operación y mantenimiento
con un buen grado de
cuidado y atención al
momento de ejecutar una
actividad.
Este ítem relaciona al
anterior, al cumplirse el
programa debe ser según el
procedimiento. Según los
reportes de operaciones los
programas son cumplidos a
cabalidad por parte del
personal operativo.
Capítulo IV. Resultados
Ítem
2
Tipo
72
Causa
Sub-causa
Registros poco
confiables
Procesos
Desorganización
Descripción
Si los registros no son compilados de forma
precisa origina errores de análisis de datos
DER
A criterio particular
S
O
D
A
SERV
La empresa debe contar con manuales de
organización, que incluyan normas y
descripción de cargos
En muchas ocasiones no seguir con el
procedimiento y utilizar el criterio particular
para ejecutar una actividad puede ser dañino
para la planta e incluso para la seguridad del
trabajador, debido a la falta de uniformidad
en la realización del trabajo
E
R
S
O
ECH
Método de
trabajo
Mal calculado
Ajuste de
química
No automatizado
Análisis de O/W
Análisis de SST
Obsoleto
Esperanza L. Quiroz N.
Manual de
operaciones
Análisis
Los datos no son registrados
con precisión ya que en
ocasiones se reportan los
datos e función del promedio
mes
El personal se rige por los
manuales de la empresa
De acuerdo a la emulsión formada en el agua
del proceso se realiza en ajuste de química a
inyectar según esta prescrito en el manual de
la empresa Clariant.
Un proceso de ajuste de química
automatizado provee de confianza al
procedimiento
Existen métodos de análisis de mayor
precisión
Para mejorar el funcionamiento de los
equipos y la obtención de óptimos resultados,
es necesario tener los últimos y eficaces
métodos tanto operaciones como de
mantenimiento eléctrico y mecánico.
Ya que existe un método de
trabajo y un plan de
contingencia para cada
eventualidad se demostró
por medio de observación y
reportes que los operadores
no usan el criterio particular
en este caso, apegándose a
las normativas.
Es posible cometer errores al
momento de realizar los
cálculos para el ajuste de
química.
Loa cálculos se realizan
manualmente pero se logra el
objetivo.
Se realizan análisis siguiendo
los métodos tradicionales
Se realizan análisis siguiendo
los métodos tradicionales
Los métodos de análisis de
laboratorio para O/W y SST
se encuentran en vigencia, al
igual que los manuales de
operación de la planta.
Capítulo IV. Resultados
Ítem
3
Tipo
Causa
73
Contenido de
O/W
Sub-causa
Descripción
Es importante que la cantidad de crudo en
agua que entre al sistema sea 310 ppm como
máximo.
E
R
S
O
RECH
Alto
DE
S
O
D
A
SERV
Mal almacenados
Materiales y
materia
prima
Aditivos
químicos
Poca cantidad
Aceros
Oxidado
Mal almacenadas
Pinturas
Poca cantidad
Esperanza L. Quiroz N.
Se refiere a la química utilizada para tratar
las emulsiones formadas en el agua
proveniente de los patios de tanques
Inadecuado
Inadecuado
Análisis
La empresa SIMCO toma
muestra a la entrada del
sistema para verificar que no
contenga mayor cantidad de
la acordada. Ellos en
ocasiones han aceptado el
agua proveniente de PDVSA
pero no se hacen
responsables del resultado.
Son correctamente
almacenados, en lugar
ventilado y fuera de la luz
directa del sol
Se encuentran en cantidad
suficiente
Son los adecuados ya que se
ha comprobado por medio de
experimentos y estudios de
trayectoria
Actualmente las tuberías de
encuentran en excelente
estado.
No se observó oxido
El acero de las tuberías tienen que ser de
buena calidad y adecuados para el trasporte
de emulsiones
El acero de las tuberías tienen que ser
resistente al ambiente en donde se expone.
Ayudan a evitar el deterioro de equipo y
tuberías ante el medio ambiente.
Son correctamente
almacenadas, en lugar
ventilado y fuera de la luz
directa del sol
Hay suficiente existencia
Capítulo IV. Resultados
Ítem
Tipo
Causa
74
Sub-causa
Descripción
Ayudan a evitar el deterioro de equipo y
tuberías ante el medio ambiente.
Inadecuadas
E
R
S
O
RECH
DE
Agua
Vencidas
PH
SST
Tamaño de las
partículas
4
Medio
ambiente
Exposición a la
lluvia
Intemperie
S
O
D
A
SERV
Referido a la variación de las características
con las que llega el agua a la planta las
cuales son O/W, SST como parámetros
críticos
El DAF es un equipo el cual por su diseño y
su función se encuentra abierto a la
atmósfera. En el momento que la lluvia este
presente dificulta su operación.
Corrosión
5
Maquinaria y
equipos
DAF
Procedimiento que debe realizarse para
mantener las condiciones de operación de
maquinaria y equipos.
Mantenimiento
inadecuado
Esperanza L. Quiroz N.
Análisis
Las pinturas que utilizan para
los equipos y tuberías son de
muy buena calidad, debido a
que, se encuentran en
buenas condiciones
Las pinturas no están
vencidas
Es constante
Está dentro de los parámetros
Está dentro de los parámetros
Varios equipos y sobre todo
los DAF’s se encuentran
expuestos a condiciones
ambientales como la lluvia
No se observó corrosión de
los equipos
Según la entrevista realizada
y el análisis de los reportes, el
mantenimiento realizado a
cada uno de los equipos
cumple con las
especificaciones prescritas en
los manuales para cada uno
de ellos y en el tiempo
reglamentario.
Capítulo IV. Resultados
Ítem
5
Tipo
Causa
Válvulas
75
Sub-causa
Descalibrado
Deteriorado
Fuera de servicio
Descripción
DE
Floculadores
Descalibrado
Deteriorado
Fuera de servicio
Mantenimiento
inadecuado
S
O
D
A
SERV
Para un óptimo funcionamiento de equipos e
instrumentos es necesario una adecuada
calibración y mantenimiento del sistema
E
R
S
O
RECH
Mantenimiento
inadecuado
Es uno de los elementos mas importantes del
proceso desarrollado en la planta, ya que
registradas todas las variables debido a sus
respectivos instrumentos de medición facilita
detectar fallas tanto como el control en la
misma.
Maquinaria y
equipos
Al encontrase un equipo o un instrumento en
mal estado, es imposible que trabaje en su
máxima expresión. El estar fuera de servicio
un equipo importante de la planta o un
instrumento de control de ella, puede llegar a
ocasionar incluso la parada de la misma. Por
ello, es fundamental que se encuentren
funcionando.
Análisis De Problema: Desviación De Los Parámetros Contractuales de Calidad de Agua
Quiroz (2009)
Sistemas de
presurización
Esperanza L. Quiroz N.
Descalibrado
Deteriorado
Fuera de servicio
Mantenimiento
inadecuado
Análisis
Todos los equipos funcionan
en su rango permitido, de no
ser así el instrumento es
reemplazado, salvo el
medidor de flujo ubicado en la
entrada de los DAF, que
según el personal no es
indispensable y que no afecta
el proceso.
Es necesario conocer todos
los parámetros en la entrada
del sistema DAF para realizar
un análisis mas exhaustivo
comparando con las
condiciones de operación de
del sistema, como lo son
presión y tiempo de retención
en el sistema de
presurización en función de
dichos parámetros.
Se realizó un reemplazo de
una válvula en mal estado del
DAF 1. En el tiempo que se
realizó la investigación se
observaron reportes con
fallas frecuentes debida a la
falla en las bombas de
presurización.
Capítulo IV. Resultados
76
4.3.-Establecer las condiciones óptimas de operación del sistema DAF
El sistema trabaja a la intemperie, de forma continua sujeto a una temperatura
ambiente de 34ºC-40ºC aproximadamente y una humedad relativa de 82% (SIMCO,
2006). Sin embargo, no existen registros de estos datos, por lo que no se tomaron en
cuenta estas variables ambientales.
La empresa establece además, que el sistema de saturación con aire debe
operar bajo una presión de 85 psig de manera completamente automática (SIMCO,
OS
D
A
V
R
SEun estudio llevado a cabo en la
E
DAF1 y DAF2 respectivamente. S
Al R
respecto,
O
REporCH
Universidad del
Rojas y otros (2008), muestra que la mejor condición
DEZulia
2006), sin embargo, se verificó una presión promedio de 56 y 50 psig para los sistemas
operacional es la presión de 40 psig, lo cual produce una mayor remoción de SST. En
general, en la referida investigación se expuso que el comportamiento indica que la
reducción de la presión hasta 40 psig favorece la remoción y la clarificación de las
muestras, revirtiéndose este efecto al aumentar la presión hasta 50 psig. Sin embargo,
este estudio se basó en modelos de laboratorio, lo cual no reproduce con fidelidad el
sistema de esta investigación.
Esta información fue corroborada por el estudio de Tapia y Cázares (2005)
quienes indicaron que con una presión de 60 psig se tuvo una mejoría en la clarificación
del agua, pero se observó una falta de aire para remover los flóculos. Se constató
también que una presión de 40 psig parece estar al límite de la cantidad de aire
requerida para una buena remoción. Estos datos se obtuvieron a partir de una serie de
experimentos realizados con una planta piloto, en la cual una bomba de alta presión
recircula una parte del flujo de agua, bombeándola hacia un saturador de aire. De
acuerdo al estudio mencionado, el saturador requiere una fuente de aire a presión para
compensar al que sale disuelto en el agua de recirculación. La presión en el saturador
se le llama presión de saturación, y es una de las variables que mayor influencia tienen
en el desempeño de FAD.
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo IV. Resultados
77
Como puede observarse en el Cuadro 10, no se presentaron relaciones entre la
dosis del floculante TD-22513, los valores de presión y la eficiencia del sistema. Un
resumen general que indica el comportamiento de los parámetros de entrada y salida
puede observarse en dicho cuadro:
Cuadro 10
Comportamiento de los parámetros de entrada y salida (anual).
FLUJO (BB)
PARTÍCULAS
1
44845,82 1231,88
SST
(ppm)
5,93
2
45542,29 1240,55
5,88
3
45542,29 1240,55
5,88
4
40053,96 1264,22
5
QUIMICA
A LA ENTRADA
DEL SISTEMA DAF
71,71
4,41
4,32
O2
(ppb)
11,73
92,59
70,52
5,00
4,60
10,00
58
48
5
8
92,59
70,52
5,00
4,60
10,00
56
50
5
8
3,67
91,20
178,40
12,60
16,44
10,00
50
51
5
5
45409,25 1147,65
3,40
90,43
91,39
4,81
5,08
10,00
56
50
5
5
6
34678,18 1240,41
3,60
90,13
68,60
5,86
5,43
10,00
56
50
5
5
7
34453,26 1252,10
3,65
91,14
73,86
5,99
5,65
11,27
56
50
5
5
8
36470,81 1345,26
3,57
91,45
67,75
6,91
6,01
12,00
56
50
5
5
MES
Entrada
Salida
DER
Tamaño
(%)
92,27
PRESION
EN EL SISTEMA DAF
O/W DAF (ppm)
Entrada Salida 1 Salida 2
T104A
T104B
PASS-C
TD-22513
60
50
5
8
OS
D
A
V
R
ESE
R
ECHOS
9
40123,35 1365,66
3,85
91,57
77,87
6,66
6,60
12,00
56
50
5
5
10
35737,71 1318,38
4,04
90,98
77,66
8,91
8,37
12,00
56
50
5
6
11
28833,43 1191,48
4,10
90,65
72,73
8,37
7,32
12,00
56
50
5
6

39244,58 1258,01
4,33
91,36
83,73
6,78
6,77
11
56
50
5
6
<10
85%<5 µ
-
<10
<10
<50
85
85
-
-
Contrato
-
-
Fuente: Quiroz (2008)
A pesar de ser diseñados ambos sistemas bajo los mismos parámetros de
funcionamiento, el DAF 2 presentó una eficiencia ligeramente superior al DAF 1. Sin
embargo, al someter los resultados al análisis correlacional (coeficiente de Pearson) los
factores presión y crudo en agua para ambos sistemas (DAF 1 y DAF 2) no se encontró
significancia estadística entre los valores >56 y < 58. , según los datos arrojados
mediante el programa SPSS 15.0.
Para el mantenimiento y manipulación de los equipos, el manual de la empresa
estipula que el personal debe tener la facilidad de acceso cómodo y seguro (a las
instalaciones de la planta), siendo llevada a cabo la operación del tanque de flotación in
situ o de forma remota por medio de mandos de consola ubicada en la sala de mando
principal. (SIMCO, 2006), sin embargo, solo se comprobó el manejo manual del
sistema, es decir, que no se sigue un procedimiento automatizado, lo cual trae como
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo IV. Resultados
78
consecuencia, que se deje a criterio del operador la aplicación de mecanismos de
seguimiento o corrección de desviaciones si las hubieren o si fueren detectadas.
En tal sentido, tal y como lo señalan Chirico y Sánchez (2002), resulta esencial
en operaciones industriales el control de presión, temperatura, humedad, nivel,
viscosidad, y flujo. Explican los mencionados autores que estas deben comportarse
como un sistema de control de procesos, es decir como una operación voluntaria o
artificial, progresivamente continua, que consiste en una serie de acciones controladas
o movimientos dirigidos hacia un determinado resultado final. Al respecto señalan, que
OS
D
A
V
R
SEfinales de control. En el cuadro 11 se
medición, la evaluación o control, y los R
elementos
E
S
O
H
aprecia el comportamiento
DERECde los sistemas y la eficiencia calculada
los elementos básicos de un sistema de control de procesos son: el proceso, la
Cuadro 11
Eficiencia calculada DAF1 y DAF2 en función de la presión de operación
O/W DAF (ppm)
MES
PRESION
Entrada Salida 1 Salida 2 T104A (1) T104B (2)
EFICIENCIA
DAF1
DAF2
1
71,71
4,41
4,32
60
50
94
94
2
70,52
5,00
4,60
58
48
93
93
3
70,52
5,00
4,60
56
50
93
93
4
178,40
12,60
16,44
50
51
93
91
5
91,39
4,81
5,08
56
50
95
94
6
68,60
5,86
5,43
56
50
91
92
7
73,86
5,99
5,65
56
50
92
92
8
67,75
6,91
6,01
56
50
90
91
9
77,87
6,66
6,60
56
50
91
92
10
77,66
8,91
8,37
56
50
89
89
11
72,73
8,37
7,32
56
50
88
90

83,73
6,78
6,77
56
50
92
Contrato
-
<10
<10
85
92
95
(1) y (2) Bombas presurizadoras ubicadas en el sistema de flotación
Fuente: Quiroz (2008)
4.3.1.- Condiciones operacionales propuestas
De acuerdo a los datos obtenidos, las condiciones operacionales propuestas
vienen dadas en función de los parámetros contractuales y los parámetros reales
obtenidos de la data analizada, quedando expresada de la forma siguiente:
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo IV. Resultados
79
Cuadro 12
Condiciones operacionales propuestas
INDICADOR
Sólidos Suspendidos Totales (SST) (ppm)
Tamaño de las partículas de SST (% <5 micrones)
Crudo en agua (ppm)
O/W entrada
O/W salida DAF 1
O/W salida DAF 2
Oxigeno disuelto (ppb)
Temperatura (ºC)
Presión DAF 1 / DAF 2 (psig)
Humedad Relativa (%)
ENTRADA
3-6
85
83,73
<10
<10
<50
34-35
50-85
82
OS
D
A
V
R
SE
4.4.- Actualizar el diagrama de tuberías
eE
instrumentación
del sistema de flotación
R
S
O
H
C
ERE de efluentes del Patio de Tanques de Bachaquero.
de la planta de
Dtratamiento
Fuente: Quiroz (2008)
Se revisó el diagrama de tuberías e instrumentación del sistema de flotación,
constatándose que no estaba actualizado, razón por la cual se hizo el levantamiento en
campo del mismo, verificándose una diferencia con relación al diagrama original. Al
indagar sobre las diferencias observadas, se conoció que se hizo una modificación
debido a que una sección de la tubería se dañó por humedad y corrosión, ya que
estaba bajo tierra, por lo que se procedió a ubicarla superficialmente para reducir el
impacto por corrosión y tener mejor acceso al momento de efectuar las reparaciones. El
diagrama se actualizó utilizando el programa Autocad y se presenta en el anexo 2.
Esperanza L. Quiroz N.
Conclusiones
Capítulo IV. Resultados
80
CONCLUSIONES
Se caracterizaron las corrientes de entrada y salida del sistema DAF
conociéndose que el flujo de alimentación oscila entre 28.833 BB y 45.542 BB
mensuales y el nivel de efluente puede variar entre 1.148 BB y 1.366 BB.

El promedio de SST y Oxígeno disuelto está dentro de los parámetros
contractuales y el tamaño de las partículas cumple en aproximadamente un 80% las
especificaciones. El promedio del Crudo en Agua medido en la entrada del sistema DAF
OS
D
A
V
R
RESE
fue de 83,73 ppm y en la salida del sistema DAF 1 fue de 6,78 ppm y en el DAF 2 fue
de 6,77 ppm, con una diferencia de 0,15% en promedio entre los dos sistemas a favor
S
O
H
C
E
DER
promedio fue de 50 y 56 psig, respectivamente.
del DAF1. La eficiencia de ambos sistemas puede calcularse en 93,56% y la presión

Se utilizó la metodología de causa-efecto con el cual se analizaron catorce
causas que en líneas generales pueden afectar la eficiencia del DAF tales como, el
mantenimiento predictivo y correctivo de los equipos realizados mensualmente e
incumplimiento de los parámetros contractuales. De acuerdo al análisis realizado a
través del diagrama causa-efecto, el parámetro crítico en este estudio se refiere a la
presión del sistema. Cabe destacar que la causa fundamental es la falta de toma de las
mediciones referidas a los parámetros, tales como: temperatura, velocidad de
ascensión de la partícula, tamaño de la burbuja, presión y flujo, además de los equipos
con los que se realicen tales mediciones.

Se propuso un conjunto de métodos para la optimización del sistema DAF para
que permita controlar de las variables operativas tales como: presión, temperatura,
oxigeno disuelto, tamaño de las partículas, crudo en agua y dosificación de química.

Ya que el sistema trabaja a la intemperie, de forma continua sujeto a una
temperatura ambiente que oscila entre 34ºC-40ºC y una humedad relativa de 82%, las
condiciones óptimas de operación vienen dadas por una presión de 50 psig para el
DAF2 y 56 psi para el DAF1, en las que se logró la mayor eficiencia de cada uno de los
sistemas.
Esperanza L. Quiroz N.
Conclusiones
Capítulo IV. Resultados

81
Se actualizó el Diagrama de Tuberías e Instrumentación del sistema de flotación
de la planta de tratamiento de efluentes del Patio de Tanques de Bachaquero,
representado debido a una modificación en el recorrido de un tramo de la tubería y la
debida rectificación en los planos.
S
O
H
C
E
DER
Esperanza L. Quiroz N.
OS
D
A
V
R
RESE
Recomendaciones
Capítulo IV. Resultados
82
RECOMENDACIONES

Operar la Planta con presiones superiores a los 50 psig.

Realizar pruebas paramétricas y de control que permitan verificar la correlación
de la presión con la eficiencia del sistema.
OS
D
A
V
R
E
Sascensión
sistema, tales como: temperatura, velocidad
de
de la partícula, tamaño de la
E
R
S
O
CH
burbuja, presión
y flujo,
así garantizar la eficiencia del sistema.
REpara
DE

Mantener un seguimiento de los diferentes parámetros a la entrada y salida del
Esperanza L. Quiroz N.
Bibliografía
Anexos
83
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Anexos
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S
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H
C
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Manuales
SIMCO. (2006). Manual de Operaciones Planta efluente Bachaquero. Venezuela. p. 27103
Esperanza L. Quiroz N.
Anexos
86
OS
D
A
V
R
RESE
S
O
H
C
E
DER
ANEXO Nº 1
REPORTE DIARIO SIMCO/CIERRE DE PRODUCCIÓN
Esperanza L. Quiroz N.
Anexos
87
ANEXO Nº 1
REPORTE DIARIO SIMCO/CIERRE DE PRODUCCIÓN
30/03/2008
HORA EMISIÓN:
VOLUMEN DE AGUA RECIBIDO:
S
O
D
A
ERV
VOLUMEN DRENADO PDTB:(VDR)
86330 BLS
S
E
R
S
ECHO
VOLUMEN DE AGUA BOMBEADO:(VB)
86330 BLS
VOLUMEN NO PROCESADO: (VNP)
DER
-86299
BLS
00:51:33
Presion descarga Lagotreco:
0
1024
|
Presion descarga Bachaquero:
HACIA LAGO TRECO
86330
BLS
HACIA BACHAQUERO
0
BLS
HORA
O/W
API
VOLUMEN DISPONIBLE EN PLANTA:(VDP)
56294
BLS
14:00
56
VOL DISP. EN PLANTA DIA ANTERIOR:(VDPA)
56325
BLS
16:00
61
18:00
58
20:00
54
DOSIS DE QUÍMICA
API / PLANTA
REVERSA
5,0
PPM
0
PPM
P-06A
0
0,00 HRS
22:00
63
ANTINCRUSTANTE
13,00
PPM
P-06B
40850
24,00 HRS
00:00
60
REMOVEDOR
0,00
PPM
P-06C
0
0,00 HRS
02:00
52
FLOCULANTE
0
PPM
P-06D
0
0,00 HRS
04:00
55
FLOCULANTE TD-22513
7
PPM
P-06E
45629
24,00 HRS
06:00
63
08:00
70
PROM
PPM
INY
10:00
66
5
BIOCIDA
BOMBAS PRINCIPAL EN OPERACIÓN
86478,57
RESULTADOS DE ANÁLISIS CRUDO EN AGUA ( PPM )
ENTRADA DESDE API
67,2
ENT
DAF¨S
49,3
SAL
DAF¨S # 1
F/S
SAL
DAF¨S #
2
7,0
ENT
SAL FIL VEN
FILTROS
6,8
3,5
SAL FIL S.B
2,5
INYECCION
MIX
NOCT
DIUR
2,4
3,8
3,1
3,1
12:00
84
67,2
87
Esperanza L. Quiroz N.
Anexos
88
CALIDAD DE AGUA BOMBEADA
MIX
DIUR
TANQUE
BLS
8,37
SÓLIDOS SUSPENDIDOS
OXIGENO DISUELTO
TURBIDEZ
TAMA. PART. < 5 micrones
NIVEL DE PH
62
NIVEL
PROM
SOLIDOS
INYECCION
NOCT
4,8
10,0
4,4
4,0
4,4
E
R
S
O
ECH
10,0
10,0
10,0
1,0
NTU
91,6
90,9
90,0
90,8
7,6
7,6
7,5
7,6
DER
47616
ABASTECIMIENTO – A/B
S
O
D
A
SERV
FLOCULACION A/B
FLOTACION A/B
PRETRATADA
MÁXIMA
CAPACIDAD
1136
MÁXIMA
CAPACIDAD
6290
1,99
1252
56294
Fuente: Base de datos SIMCO
88
Esperanza L. Quiroz N.
Capítulo IV. Resultados
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
ANEXO Nº 2
DIAGRAMA DE TUBERÍAS E INSTRUMENTACIÓN
Esperanza L. Quiroz N.
Anexos
S
O
H
C
E
DER
Esperanza L. Quiroz N.
90
OS
D
A
V
R
RESE
Anexos
91
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
ANEXO Nº 3
FOTOGRAFÍAS DE LA PLANTA
Esperanza L. Quiroz N.
Anexos
S
O
H
C
E
DER
92
OS
D
A
V
R
RESE
Figura 8. Foto de la piscina que contiene agua aceitosa O/W la cual alimenta la
planta.
Figura 9. Foto del tanque TD-2276 donde se encuentra el clarificarte.
Esperanza L. Quiroz N.
Anexos
S
O
H
C
E
DER
93
OS
D
A
V
R
RESE
Figura 10. Foto del tanque donde se encuentra el clarificarte.
Figura 11. Foto del floculador 1.
Esperanza L. Quiroz N.
Anexos
S
O
H
C
E
DER
94
OS
D
A
V
R
RESE
Figura 12. Foto de sistema de presurización.
Figura 13. Foto del sistema de flotación por aire disuelto.
Esperanza L. Quiroz N.