Desarrollo de un modelo matemático para describir el proceso de calentamiento en los tanques de tratamiento de 10 000 m3 de la EPEP-Centro

Abstract

En la presente investigación se desarrolla un modelo matemático para su uso como herramienta de análisis en el diseño y evaluación de los tanques de 10 000 m3 que se utilizan en el tratamiento primario del petróleo en la EPEP-Centro. La modelación matemática es fenomenológica con nivel de descripción de gradiente máximo, la que se encuentra implementada en MATLAB (R2018a). La modelación matemática permite predecir el perfil de temperaturas del petróleo a partir de las características físicas de tanque, el área de transferencia de calor, las condiciones termodinámicas del agente de calentamiento, así como del flujo y temperatura inicial del petróleo. El modelo fue validado, mostrando errores de predicción inferiores a un 10% y una adecuada respuesta ante cambios en los valores de los términos independientes. A partir de la solución del modelo para las condiciones normales de operación, se demuestra que el empleo de un solo banco de serpentines es insuficiente para alcanzar los 85oC y de modo contrario, que la operación con los dos bancos de serpentines supone un calentamiento excesivo y riesgoso. Por esta razón, se evaluó el comportamiento del calentamiento del petróleo si se prescindiera del primer banco de serpentines y se usara los serpentines superiores en su lugar. Este análisis mostró que mediante tal modificación es posible alcanzar temperaturas alrededor de los 85°C para el tratamiento del petróleo, además de simplificar el diseño y reducir los costos de instalación y mantenimiento del tanque. Se determinó el consumo de vapor para la operación con el primer banco de serpentines (3 201 kg/h), ambos serpentines (7 662 kg/h) y con la modificación (4 538 kg/h). Se desarrollaron a partir de la modelación fenomenológica, modelos matemáticos de regresión y curvas de nivel para determinar sin la necesidad de un programa de cómputo y de forma rápida, la temperatura final de tratamiento durante el control y operación del proceso de tratamiento.