CALENTAMIENTO DE BETÚN

¿POR QUÉ VALE LA PENA CALENTAR EL BETÚN ELÉCTRICAMENTE?

INTRODUCCIÓN 

En la industria petrolera actual, hay cada vez menos descubrimientos nuevos de petróleo crudo ligero. Nuevas fuentes, ya sea de las arenas bituminosas de Canadá, del petróleo de esquisto bituminoso o de la perforación en alta mar, por ejemplo, a menudo son petróleo pesado, betún y asfalto. Los dos últimos términos, a veces usados indistintamente, se refieren a moléculas largas de cadena de hidrocarburo de muy alta viscosidad.

Figura 1: El flujo de betún por gravedad es muy lento en climas fríos.

Figura 1: El flujo de betún por gravedad es muy lento en climas fríos.
 
 
Debido a la creciente importancia del petróleo pesado, el betún y el asfalto, se deben aplicar nuevas técnicas para procesarlos. Un desafío básico es hacerlos fluir: desde el embalse hasta la refinería; de una estación de la refinería a la siguiente; desde un tanque de depósito hasta un camión o un vagón de ferrocarril, entre otras situaciones.

Figura 2: Efecto de la temperatura en la viscosidad del betún de Athabasca (ARC) libre de gas a presión constante [1].

 
La viscosidad extremadamente alta que se muestra para el betún de Athabasca en la Figura 2 es típica de todo el betún. Como referencia, la viscosidad del agua es de 8,9 x 10^-4 Pa-s. También es típica la tendencia observada de la viscosidad a disminuir exponencialmente con la temperatura.
 
En este artículo, demostramos cuantitativamente la importancia de calentar productos de petróleo pesado antes de bombearlos. Por conveniencia, simplemente usaremos el término betún para designar todos los productos de petróleo pesado descritos anteriormente.
 
 

 
 

DEPENDENCIA DE LA POTENCIA DE BOMBEO CON RESPECTO A LA TEMPERATURA

 
La potencia P requerida para bombear betún a un caudal Q a través de una tubería en la que la caída de presión es Δp viene dada por:

                                                                             (1)
La caída de presión, a su vez, es proporcional al factor de fricción f, la proporción entre la longitud del tubo L al diámetro d, y la presión dinámica ρV ^2/2, donde ρ es la densidad y V es la velocidad:
                                                                (2)
Como el betún es extremadamente viscoso, el flujo es laminar y tenemos la expresión familiar para el factor de fricción, f = 64/Re, donde Re es el número de Reynolds.
                                                                          (3)
El caudal Q está relacionado con el diámetro de la tubería d y la velocidad V por
                                                                                    (4)
 
Sustituyendo las ecuaciones 2, 3 y 4 en 1, obtenemos la expresión para la potencia:
                                                            (5)
En la ecuación (5), vemos que la potencia de bombeo es directamente proporcional a la viscosidad dependiente de la temperatura. Un cálculo con la ecuación (5) y los datos de viscosidad de la Figura 2 muestran el impacto del calentamiento, Tabla 1.

 
 

 
Tabla 1: se obtienen grandes ahorros en la potencia de bombeo calentando el betún
 
La potencia de bombeo esencialmente disminuye veinticinco veces, de 382 kW a 13,5 kW, al calentar el betún de 40^oC a 80^oC.
Cabe señalar que hay un ahorro no solo en la potencia de bombeo, sino también en el costo de capital, ya que una bomba de 13,5 kW cuesta una pequeña muy fracción de una bomba de 382 kW.
 

TÉCNICAS PARA EL CALENTAMIENTO ELÉCTRICO DE BETÚN

Figura 3: Sección transversal de un tanque de betún con calentador eléctrico de tubería.

 
Se utilizan varias técnicas para calentar el betún. La calefacción eléctrica es una excelente opción debido a su precisión, uniformidad y compacidad, entre otras cualidades. Las opciones comunes son:
· Un calentador de bridas y de inmersión con tanque, que incluye varios elementos de calentamiento de resistencia revestidos de metal en contacto directo con el betún. Se calienta y se circula el betún por convección natural dentro del tanque.
· Un calentador de circulación. En este caso, el calentador de bridas está dentro de un recipiente de circulación equipado con conexiones de entrada y salida. La transferencia de calor al betún ocurre por convección forzada.
· Un calentador de tubería, en el que los elementos de calentamiento están encerrados en una tubería y, por lo tanto, protegidos del contacto directo con el betún, como se ve en la Figura 3. Esta disposición puede preferirse en caso de viscosidad extrema.
En general, todo el betún debe considerarse como un líquido inflamable o que existiera el peligro de una explosión en caso de calentamiento excesivo. La temperatura máxima de almacenamiento y manipulación corresponde al punto de inflamación, es decir, la temperatura a la cual un líquido se incendiará, si la temperatura del vapor es mayor, en presencia de aire y de una fuente de llama. Esta temperatura varía según la calidad. Un valor típico es 450 ^o F. En consecuencia, se recomienda que los calentadores de betún tengan una carcasa a prueba de explosión (NEMA 7).

 
NOMENCLATURA