Bomba sumergible

Una bomba sumergible (o bomba eléctrica sumergible ( ESP )) es un dispositivo que tiene un motor herméticamente sellado acoplado directamente al cuerpo de la bomba. Todo el conjunto se sumerge en el fluido que se va a bombear. La principal ventaja de este tipo de bomba es que evita la cavitación , un problema asociado con una gran diferencia de altura entre la bomba y la superficie del fluido. Las bombas sumergibles impulsan el fluido hacia la superficie, a diferencia de las bombas de chorro, que crean un vacío y dependen de la presión atmosférica. Las bombas sumergibles utilizan fluido presurizado de la superficie para accionar un motor hidráulico en el fondo del pozo, en lugar de un motor eléctrico, y se utilizan en aplicaciones de petróleo pesado con agua caliente como fluido motriz.

En 1928, el ingeniero e inventor armenio de sistemas de suministro de petróleo, Armais Arutunoff, instaló con éxito la primera bomba sumergible de petróleo en un yacimiento petrolífero. ^{[ 1 ]} En 1929, Pleuger Pumps (actualmente Pleuger Industries ) desarrolló el diseño de la bomba de turbina sumergible, precursora de la moderna bomba sumergible multietapa. ^{[ 2 ]}

Las bombas sumergibles eléctricas son bombas centrífugas multietapa que operan en posición vertical. Los líquidos, acelerados por el impulsor, pierden su energía cinética en el difusor, donde se produce una conversión de energía cinética en energía de presión. Este es el principal mecanismo de funcionamiento de las bombas radiales y de flujo mixto. En la bomba sumergible hidráulica (HSP), el motor es hidráulico en lugar de eléctrico, y puede ser de ciclo cerrado (manteniendo el fluido de potencia separado del fluido producido) o de ciclo abierto (mezclando el fluido de potencia con el fluido producido en el fondo del pozo, con separación en superficie).

El eje de la bomba se conecta al separador de gas o al protector mediante un acoplamiento mecánico en la parte inferior. Los fluidos ingresan a la bomba a través de un filtro de entrada y son impulsados ​​por las etapas de la bomba. Otras partes incluyen los cojinetes radiales (casquillos) distribuidos a lo largo del eje, que proporcionan soporte radial al mismo. Un cojinete de empuje opcional absorbe parte de las fuerzas axiales que se generan en la bomba, pero la mayor parte de estas fuerzas son absorbidas por el cojinete de empuje del protector.

También existen bombas sumergibles de tipo tornillo, que utilizan un tornillo de acero como elemento de trabajo. El tornillo permite que la bomba funcione en agua con alto contenido de arena y otras impurezas mecánicas .

Las bombas sumergibles se utilizan en numerosas aplicaciones. Las bombas de una sola etapa se emplean para drenaje, bombeo de aguas residuales , bombeo industrial general y bombeo de lodos. También son populares en filtros para estanques. Las bombas sumergibles de varias etapas se suelen bajar a un pozo y se utilizan principalmente para la extracción de agua en aplicaciones residenciales, comerciales, municipales e industriales , pozos de agua y pozos petrolíferos .

Otros usos de las bombas sumergibles incluyen plantas de tratamiento de aguas residuales , manejo de agua de mar , extinción de incendios (ya que se trata de un cable ignífugo ), perforación de pozos de agua y pozos profundos , plataformas de perforación marinas , sistemas de elevación artificial , drenaje de minas y sistemas de riego .

Las bombas ubicadas en zonas con riesgo eléctrico y utilizadas para líquidos combustibles o para agua que pueda estar contaminada con líquidos combustibles deben diseñarse para evitar la ignición del líquido o los vapores.

Las bombas sumergibles se utilizan en la producción de petróleo para proporcionar una forma relativamente eficiente de "elevación artificial", capaz de operar en un amplio rango de caudales y profundidades. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Al disminuir la presión en el fondo del pozo (reduciendo la presión de flujo en el fondo del pozo o aumentando la caída de presión), se puede producir una cantidad significativamente mayor de petróleo en comparación con la producción natural. Estas bombas suelen ser eléctricas, denominadas bombas sumergibles eléctricas (ESP), o hidráulicas, denominadas bombas sumergibles hidráulicas (HSP).

Los sistemas ESP constan de componentes de superficie (ubicados en la instalación de producción, por ejemplo, una plataforma petrolífera ) y componentes subterráneos (en el pozo ). Los componentes de superficie incluyen el controlador del motor (generalmente un controlador de velocidad variable), cables de superficie y transformadores. Los componentes subterráneos se instalan conectándolos al extremo inferior de la tubería de producción, mientras se encuentran en la superficie, y luego se bajan al pozo junto con la tubería.

Una fuente de corriente alterna de alto voltaje (de 3 a 5 kV) en la superficie alimenta el motor subterráneo. Hasta hace poco, la instalación de bombas electrosumergibles (ESP) resultaba costosa debido a la necesidad de un cable eléctrico que conectara la fuente con el motor. Este cable debía enrollarse alrededor de tuberías con juntas y conectarse en cada unión. Los nuevos umbilicales de tubería flexible permiten desplegar tanto la tubería como el cable eléctrico con una sola unidad de tubería flexible convencional. También se pueden incluir cables para datos de sensores y control.

Los componentes subterráneos generalmente incluyen una bomba y un motor, ubicado este último en el fondo del pozo. El motor hace girar un eje que, a su vez, hace girar los impulsores de la bomba para elevar el fluido a través de la tubería de producción hasta la superficie. Estos componentes deben funcionar de manera confiable a altas temperaturas de hasta 149 °C (300 °F) y altas presiones de hasta 34 MPa ( 5000 psi ) , en pozos profundos de hasta 3,7 km (12 000 pies ) de profundidad, con altos requerimientos de energía de hasta 750 kW (1000 caballos de fuerza). La bomba en sí es una unidad multietapa, cuyo número viene determinado por los requisitos operativos. Cada etapa incluye un impulsor y un difusor. Cada impulsor está acoplado al eje giratorio y acelera el fluido desde cerca del eje radialmente hacia afuera. El fluido luego entra en un difusor no giratorio, que no está acoplado al eje y contiene paletas que lo dirigen de regreso hacia el eje. Las bombas tienen diámetros que van desde 90 mm (3,5 pulgadas) hasta 254 mm (10 pulgadas) y varían entre 1 metro (3 pies) y 8,7 metros (29 pies) de longitud. El motor que acciona la bomba suele ser un motor de inducción trifásico de jaula de ardilla, con una potencia nominal en la placa de características que oscila entre 7,5 kW y 560 kW (a 60 Hz). ^{[ 3 ]}               

Los conjuntos ESP también pueden incluir: sellos acoplados al eje entre el motor y la bomba; filtros para rechazar arena; y separadores de fluidos en la entrada de la bomba que separan gas, petróleo y agua. ^{[ 3 ]} Los ESP tienen eficiencias drásticamente menores con fracciones significativas de gas, mayores a aproximadamente el 10% del volumen en la entrada de la bomba, por lo que separar el gas del petróleo antes de la bomba puede ser importante. Algunos ESP incluyen un separador de agua/petróleo que permite reinyectar agua en el fondo del pozo. Como algunos pozos producen hasta un 90% de agua, y el levantamiento de fluidos es un costo significativo, reinyectar agua antes de elevarla a la superficie puede reducir el consumo de energía y mejorar la economía. Dada la alta velocidad de rotación de los ESP de hasta 4000 rpm (67  Hz) y las tolerancias ajustadas, no son muy tolerantes a los sólidos, como la arena.

En todo el mundo se utilizan al menos 15 marcas de bombas electrosumergibles (ESP) para yacimientos petrolíferos.

Los cables para bombas sumergibles son conductores eléctricos diseñados para su uso en terrenos húmedos o bajo el agua, con tipos especializados para las condiciones ambientales de la bomba. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

Un cable para bomba sumergible es un producto especializado diseñado para bombas sumergibles en pozos profundos o en condiciones igualmente adversas. El cable necesario para este tipo de aplicación debe ser duradero y fiable, ya que el lugar de instalación y el entorno pueden ser extremadamente restrictivos y hostiles. Por ello, el cable para bomba sumergible puede utilizarse tanto en agua dulce como salada. También es apto para enterramiento directo y dentro de las estructuras de los pozos. El área de instalación de un cable para bomba sumergible presenta limitaciones físicas. Los fabricantes de cables deben tener en cuenta estos factores para lograr el máximo grado de fiabilidad.

El tamaño y la forma del cable para bombas sumergibles pueden variar según el uso, las preferencias y el tipo de bomba que utilice el instalador. Los cables para bombas se fabrican con uno o varios conductores y pueden tener sección transversal plana o redonda; algunos tipos incluyen cables de control, además de los conductores de alimentación para el motor de la bomba. Los conductores suelen estar codificados por colores para su identificación, y la cubierta exterior del cable también puede estar codificada por colores.

En los cables de 3 y 4 núcleos, según la imagen de los tipos SPC que se muestra a la derecha, se utiliza cobre simple/cobre estañado como conductor.

• Cable de PVC de 3 y 4 núcleos
  • Cable plano
  • Cable redondo
• Cable de goma de 3 y 4 núcleos
  • Cable plano
  • Cable redondo
• Plano Bebible
• Cable HO7RN-F

• 
  Diferentes tipos de SPC
• 
  Sección transversal de Beincable

• Bomba centrífuga
• Bomba de chorro eyector
• Bomba de refuerzo
• Bomba de tambor

• Lyons, William C., ed. (1996). Manual estándar de ingeniería de petróleo y gas natural . Vol.  2 (6.ª  ed.). Gulf Professional Publishing. ISBN 0-88415-643-5.

• Bomba versátil que funciona bajo el agua , julio de 1947, Popular Science. Excelente dibujo en sección transversal del diseño de una gran bomba sumergible para obras hidráulicas públicas.