Modelado, simulación y control de un separador trifásico de petróleo como herramienta didáctica para ingeniería de petróleos

El objetivo del presente trabajo fue desarrollar el modelado, simulación y control de un Separador Trifásico de Petróleo (TPS) como herramienta didáctica para Ingeniería de Petróleos. Primero se determinan los parámetros que rigen el proceso, siendo estos, datos estructurales del equipo, condiciones de operación, propiedades del agua, crudo, gas, y flujos de entrada. Una vez que se establecen los parámetros necesarios se realiza el modelo matemático basado en ecuaciones diferenciales. Para realizar la simulación se utilizó el software Matlab donde se aplicó una programación funcional. Para el control del sistema se trabajó con Simulink empleando el bloque Matlab Function que facilitó importar el modelo desarrollado en Matlab, esta herramienta facilitó el control del nivel de los fluidos y presión del gas al utilizar controladores Proporcional Integral Derivativo (PID) y un Proporcional. Con la herramienta App Designer se creó la aplicación TPS que permite interactuar al usuario con la simulación del equipo. La aplicación se instala en el ordenador con pasos sencillos detallados en un manual de usuario. Los flujos de entrada de crudo y gas se establecen mediante cálculos flash, y fueron validados utilizando el paquete termodinámico Wilson del simulador de procesos Dwsim. Se obtuvieron siete gráficas donde se ilustra el nivel de los fluidos, la presión del gas, apertura de las válvulas de control de: agua, crudo y gas, además volúmenes de las cámaras del equipo y los caudales de los líquidos y del gas. Se concluye que las herramientas del software Matlab permitieron desarrollar el modelado, la simulación y control del separador trifásico de crudo, y a su vez permitieron crear una aplicación de interacción con el usuario. Se recomienda simular el proceso desde las condiciones del estado estacionario para analizar los cambios que pudieren efectuarse en las variables de estudio como fueron el nivel y la presión.The aim of this work was to develop the modeling, simulation, and control of a Three-Phase Separator (TPS) for oil, as a didactic tool for Petroleum Engineering. First, the parameters that govern the process were determined, such as equipment structural data, operating conditions, water properties, oil, gas, and input flows. Once the necessary parameters are established, the mathematical model based on differential equations is carried out. To conduct the simulation, Matlab software was used, where a functional programming was applied. To control the system, it was necessary to use Simulink applying Matlab Function block which facilitated the process of importing the model developed in Matlab, this tool facilitated the control of fluids level and gas pressure by using controllers such as Proportional-Integral-Derivative (PID) and Proportional. With the App Designer tool, the TPS application was created which allows the user to interact with the equipment simulation. The application is installed on the computer with simple steps detailed in a user manual. The oil and gas input flows are established by flash calculations which are validated using Wilson thermodynamic package of Dwsim process simulator. Seven graphs were obtained where fluids level; Control valves opening of gas pressure, water, oil, and gas; As well as volumes of the equipment chambers and the flow rates of the liquids and gas are shown. It is concluded that the Matlab software tools allowed to develop the modeling, simulation, and control of the three-phase separator of oil and, at the same time allowed to create an application for interaction with the user. It is recommended to simulate the process from the steady-state conditions to analyze the changes that could be made in the study variables such as level and pressure