Campo de la invención

La presente invención está relacionada con dispositivos de deshidratación de lodos y/o cortes que incluyen hornos cilindricos. Particularmente la presente invención se relaciona con la deshidratación de lodos y cortes de perforación petrolera mediante un homo cilindrico, donde el cilindro comprende más de dos secciones de paletas intemas.

Descripción del estado de la técnica

En el estado de la técnica se encuentran documentos que divulgan dispositivos de secado con hornos rotatorios, como por ejemplo, KR20060018924A y US3387380A.

El documento KR20060018924A describe una tolva caliente y una tolva fría en la que se carga el material a deshidratar; se instala al menos un quemador; al menos un tambor cilindrico instalado entre la tolva fría y la tolva caliente; el tambor cilindrico comprende una pluralidad de paletas internas distribuidas en al menos tres secciones del tambor cilindrico. Al menos un grupo de paletas comprende dos barras rectangulares unidas por uno de sus lados describiendo un ángulo recto, dichas paletas están ubicadas al interior de la sección media del tambor cilindrico. Además, el tambor cilindrico comprende otro gmpo de paletas rectangulares que describen un semi-arco al interior de la tercera sección del tambor cilindrico.

Adicionalmente, el documento divulga un engranaje exterior que cubre una sección circular del tambor cilindrico y un piñón engranado al engranaje exterior del tambor cilindrico, además de al menos dos rodamientos exteriores dispuestos por debajo del tambor cilindrico.

También, el documento menciona una pluralidad de paletas de aislamiento térmico dispuestas a intervalos regulares a lo largo del borde interior de la primera sección del tambor cilindrico, las cuales están unidas fijamente a espaciadores que sobresalen de la superficie interior del tambor cilindrico. Sobre los dos espaciadores descansa una lámina de tres lados, los cuales que describen un ángulo cóncavo y un ángulo convexo entre sí. Uno de los lados de la lámina se extiende hacia la superficie interna del tambor cilindrico y hacia la paleta adyacente sin hacer contacto con ninguno de dichos elementos. En particular, una de las desventajas presentes en el documento KR20060018924A se debe a la geometría de las paletas, ya que los sólidos tendrían un tiempo de residencia dentro del cilindro superior al necesario para llevarlo a la humedad objetivo, lo cual genera ineficiencias y desperdicios. Por otro lado, los gases emitidos por el dispositivo divulgado en el documento KR20060018924A no presentan un tratamiento de descontaminación previa a su expulsión.

Por su parte el documento US3387380A describe una unidad de homo dotado con una pared metálica sustancialmente cilindrica que, en la superficie interior de su extremo de entrada y extremo de salida, está provista de filas de paletas distribuidas en una sección principal y en una sección media. Las paletas de la sección principal al interior de la unidad de homo tienen una inclinación mayor que las filas de paletas en la sección media. Las paletas de la sección principal y en la sección media se extienden radialmente hacia el centro del homo y presentan una sección transversal en forma de “J” donde la porción inclinada se encuentra en dirección de la rotación de la unidad, de esta manera facilitan el avance progresivo y rotacional de la carga que se está secando al interior del homo.

Además, las paletas en forma de“J” de la sección principal y la sección media de la unidad de homo tienen una relación escalonada con las paletas de filas o vías adyacentes y definen un paso abierto longitudinalmente a lo largo de toda la longitud de la pared interior de la unidad de homo. Estas paletas sirven no sólo para hacer avanzar la carga de material secado en espiral sino también para agitarlo y permitir que el gas caliente entre en contacto con sus partículas durante el avance a lo largo del homo.

Por otra parte, el documento US3387380A presenta la desventaja de no tener una paleta transportadora adicional a la paleta en forma de“J”, con una geometría que evite el exceso de residencia del material a deshidratar dentro del homo cilindrico. La configuración de las paletas en forma de“J” difícilmente lograría un porcentaje de deshidratación del 25% de lodos y/o cortes de perforación de petróleo, teniendo en cuenta que las paletas en forma de“J” cumplen la función de transporte y no de exposición del material a deshidratar a las altas temperaturas dentro del homo cilindrico. Breve descripción de la invención

La presente invención corresponde a un dispositivo de deshidratación de lodos y/o cortes y a un método de deshidratación del mismo.

El dispositivo de la presente invención corresponde a un dispositivo deshidratador que tiene un cilindro deshidratador rotatorio que incluye una entrada, una salida opuesta a la entrada, una primera región longitudinal adyacente a la entrada, y una segunda región longitudinal localizada entre la primera región longitudinal y la salida. Dicho cilindro deshidratador rotatorio también incluye una unidad de suministro de fluido acoplada a la entrada. Por su parte el dispositivo deshidratador comprende una pluralidad de paletas tipo“T” localizadas en una superficie intema de la segunda región longitudinal del cilindro deshidratador rotatorio, donde cada paleta tipo“T” se conforma de una lámina con una región central y dos secciones laterales que sobresalen de la región central y un soporte conectado entre la lámina y la superficie intema de la segunda región longitudinal.

La presente invención también consta de un método de deshidratación de lodos y/o cortes que comprende una etapa inicial donde se suministran lodos y/o cortes y una corriente de aire a un cilindro deshidratador, donde el flujo másico de aire es entre 10 y 200 veces el flujo másico de lodos y/o cortes. En una segunda etapa se deshidratan los lodos y/o cortes de la etapa inicial hasta que tengan un 25% de humedad mediante una primera región longitudinal del cilindro deshidratador, generando una corriente de lodos y/o cortes parcialmente seca y una corriente de gases contaminados, donde la primera región longitudinal tiene una temperatura de operación superior a l00°C. En una etapa final se transportan los lodos y/o cortes parcialmente secos de la segunda etapa a lo largo del cilindro deshidratador mediante una pluralidad de paletas tipo“T” localizadas en una superficie interna de una segunda región longitudinal del cilindro deshidratador, donde la segunda región longitudinal se ubica contigua a la primera región longitudinal. En un ejemplo de la presente invención el dispositivo y método de deshidratación de lodos y/o cortes comprende una tolva de alimentación conectada a una bomba para transferir los lodos y/o cortes hacia el cilindro deshidratador rotatorio donde son transportados por una pluralidad de paletas. Allí el agua contenida en dichos lodos y/o cortes alcanza el punto de ebullición, produciendo una deshidratación de los lodos y/o cortes y por ende su reducción en volumen y humedad. Finalmente los lodos y/o cortes deshidratados pasan a través de un mecanismo de separación solido-gas conectado al final del cilindro deshidratador, lo cual evita la salida al ambiente de gases contaminados con material particulado.

El dispositivo de la presente invención tiene una capacidad mínima de procesamiento de 7,9m ³ diarios de lodos y/o cortes con una humedad del 75%, alcanzando un promedio de humedad de 10% a 15% después de tratar el los lodos y/o cortes en el presente dispositivo.

Breve descripción de las figuras

La FIG. l corresponde a una vista en perspectiva de una modalidad del dispositivo deshidratador.

La FIG.2 corresponde a una vista lateral del dispositivo deshidratador de la Fig. 1.

La FIG.3 corresponde a una vista superior del dispositivo deshidratador de la Fig. 1 La FIG.4 corresponde a una vista lateral en corte del dispositivo deshidratador de la Fig. 1 con un primer detalle correspondiente al quemador , el cobertor , un conducto , paletas de deshidratación tipo“canal”, una unidad de suministro de fluido, un segundo detalle del mecanismo de intercambio de calor , una tubería de entrada y una tubería de salida. La FIG.5 corresponde a una vista lateral en corte de una modalidad del mecanismo de separación sólido gas que incluye la bifurcación , el mecanismo de ciclón, el mecanismo intercambiador de calor , el mecanismo de separación de finos y un detalle de la malla . La FIG.6 corresponde a una vista en perspectiva de una modalidad del cilindro deshidratador sobre la superficie horizontal con un corte longitudinal, dejando ver las tres regiones longitudinales con sus respectivas paletas, un primer detalle del quemador y la tapa, un segundo detalle de un rodillo y un tercer detalle del mecanismo de trasmisión de potencia, el primer elemento de transmisión y la primera unidad motriz.

La FIG.7 corresponde a una vista en perspectiva y frontal de la primera región longitudinal del cilindro deshidratador y un detalle de una paleta de deshidratación tipo “canal” de una modalidad del cilindro deshidratador.

La FIG.8 corresponde a una vista en perspectiva y frontal de la segunda región longitudinal y un detalle de dos paletas tipo“T” de una modalidad del cilindro deshidratador. La FIG.9 corresponde a una vista en perspectiva y frontal de la tercera región longitudinal y un detalle de las paletas transportadoras tipo“J” de una modalidad del cilindro deshidratador.

Descripción detallada de la invención

Los lodos y/o cortes son mezclas sólido-líquido que son ampliamente usadas en la industria. Particularmente, los lodos de perforación son esenciales para la formación de pozos petroleros.

Para efectos de la presente invención, se entenderán como “lodos y/o cortes” los fluidos usados para la perforación de pozos, los sólidos producto de la perforación de pozos y la mezcla de los anteriores fluidos y sólidos. Los lodos y/o cortes pueden ser cualquier sustancia o mezcla de sustancias con características físicas y químicas, como por ejemplo: aire o gas, agua, petróleo o combinaciones de agua y aceite con determinado porcentaje de sólidos.

Por otro lado, se entenderá que los“cortes” de perforación son trozos pequeños de roca que se fracturan debido a la acción de los dientes de una broca que perfora un suelo, por ejemplo, en la formación de un pozo petrolero.

Durante el proceso de perforación, la broca es refrigerada, lubricada y accionada por lodos, los cuales se mezclan con cortes en la zona donde la broca impacta el suelo. Esta mezcla de lodos y cortes se bombea hacia la superficie, se cierne en zarandas vibratorias y se monitorea en cuanto a composición, tamaño, forma, color, textura, y contenido de hidrocarburos.

Los cortes de perforación salen humectados con lodo de perforación en diferentes proporciones según las condiciones de los cortes y la calidad del equipo utilizado para separarlos del lodo. Las principales funciones del lodo de perforación son: retirar los cortes del fondo del pozo, enfriar y lubricar la broca, en el caso de los lodos base aceite evitar su corrosión, controlar presiones del subsuelo, sostener los cortes y material pesado en suspensión y transmitir potencia hidráulica a la broca.

Particularmente, los lodos base agua consisten en una mezcla de sólidos, líquidos y químicos, con agua. Algunos de los sólidos reaccionan con la fase agua y químicos disueltos, por lo tanto son llamados“sólidos reactivos”. La mayoría son arcillas hidratables. Los químicos agregados al lodo restringen la actividad de estos, permitiendo que ciertas propiedades de los fluidos de perforación se mantengan dentro de límites deseados.

Por otro lado, los sólidos presentes en el lodo no reaccionan con el agua y químicos de manera significativa, siendo llamados “sólidos inertes”. Cualquier aceite que se agregue a un lodo base agua es emulsificado dentro de la fase agua, manteniéndose como pequeñas y discontinuas gotas (emulsión aceite en agua).

También, el lodo presenta la propiedad tixotrópica, que es la capacidad de un fluido de desarrollar resistencia de gel con el tiempo cuando se le deja en reposo, pero permitiéndole regresar a su estado fluido al aplicarle agitación mecánica.

Los lodos no acuosos son también reagrupados de acuerdo a su contenido de hidrocarburos aromáticos: Grupo I alto contenido de aromáticos, Grupo II contenido medio de compuestos aromáticos, y Grupo III bajo contenido de compuestos aromáticos. Se ha reportado que los grados de toxicidad se incrementan de manera directamente proporcional al contenido de compuestos aromáticos.

Adicionalmente, los lodos base agua y sintéticos son menos dañinos al ambiente debido a sus componentes biodegradables, no sí para aquellos a base aceite. A través del tiempo estos lodos junto con los cortes se convierten en un desecho que demanda un tratamiento posterior para su disposición.

Actualmente, existen fundamentalmente dos clases de lodos de perforación, 1) lodos de perforación base agua, cuya composición es 76%-95% agua de mar o agua dulce, 24%- 5% barita, bentonita, sólidos de perforación y productos químicos; 2) lodos de perforación no acuosos. Estos últimos se subdividen en lodos base aceite OBM, lodos base aceite-mineral mejorado y lodos sintéticos.

Durante el proceso de separación mecánica de los lodos y/o cortes producidos por la perforación de un pozo petrolero se presenta una humectación muy alta de dichos cortes generando unas pérdidas importantes de lodo y una mayor dificultad para la disposición final de la mezcla de lodos y/o cortes, pues esto genera una mayor cantidad de volumen de desechos y como consecuencia un mayor costo de tratamiento. Estos lodos y/o cortes de perforación presentan una humedad promedio del 68% y requieren piscinas o zodmes (zona de disposición de material de excavación) de gran tamaño.

Uno de los objetivos de la presente invención es alcanzar una capacidad de deshidratación de lodos y/o cortes diaria entre 7,9m ³ y 72m ³ y una reducción de la fase liquida en los lodos y cortes hasta del 50%, por ejemplo si se recibe una mezcla inicial de lodos y/o cortes con un porcentaje volumétrico del 68% en la fase liquida, después del proceso llevado a cabo con el dispositivo y método de la presente invención, se obtendrá una mezcla final de lodos y/o cortes con un porcentaje en volumen de la fase liquida hasta del 10%.

Haciendo referencia a la FIG. l, la capacidad mínima de procesamiento diario del dispositivo de deshidratación, es de 7,9m ³ de lodos y/o cortes con una humedad del 75%, alcanzando un promedio de humedad de 10% a 15% después de tratar los lodos y/o cortes en el presente dispositivo. Otros dispositivos de deshidratación encontrados en la industria para tratamiento de lodos y/o cortes con un 75% de humedad, obtienen un porcentaje de humedad entre 45% y 65% en los lodos y/o cortes tratados.

Otro de los objetivos de la presente invención es proporcionar un dispositivo deshidratador que deshidrate lodos y/o cortes hasta una humedad entre el 60% al 75%. Haciendo referencia a la FIG.5, otro objetivo de la presente invención es proporcionar un mecanismo de separación de sólido-gas, que separe las partículas de menor tamaño del gas residual del cilindro deshidratador, para evitar que dichas partículas sean arrojadas al ambiente provocando la contaminación de este y el deterioro de la salud de quienes lo habitan.

La presente invención incluye un dispositivo deshidratador que tiene un cilindro deshidratador (100) rotatorio que incluye una entrada (101); una salida (102) opuesta a la entrada (101); una primera región longitudinal (106) adyacente a la entrada (101); y una segunda región longitudinal (107) localizada entre la primera región longitudinal (106) y la salida (102) y una unidad de suministro de fluido (105) acoplada a la entrada (101); el dispositivo deshidratador comprende:

- una pluralidad de paletas tipo“T” (109) localizadas en una superficie interna de la segunda región longitudinal (107), donde cada paleta tipo“T” (109) se conforma de:

- una lámina (112) con una región central y dos secciones laterales que sobresalen de la región central; y

- un soporte (113) conectado entre la lámina (112) y la superficie intema de la segunda región longitudinal (107).

Haciendo referencia a la FIG.6, en una materialización preferida de la presente invención el cilindro deshidratador (100), rota sobre su propio eje para mantener en constante movimiento los lodos y/o cortes que ingresan por la entrada (101) y que después del recorrido a lo largo del cilindro deshidratador (100) salen por la salida (102). El efecto técnico del movimiento constante y rotatorio del cilindro es evitar concentraciones indeseadas de los lodos y/o cortes a lo largo del dispositivo de deshidratación, dichas concentraciones pueden provocar burbujas, taponamientos y zonas con excesiva o insuficiente temperatura. Además, la concentración de lodos y/o cortes impediría que el ventilador centrífugo alcance el tiro necesario para el arrastre de las partículas.

También, el cilindro deshidratador (100) está dividido en al menos dos regiones longitudinales, una primera región longitudinal (106) adyacente a la entrada (101) y una segunda región longitudinal (107) localizada entre la primera región longitudinal (106) y la salida (102) con el objetivo de deshidratar y transportar los lodos y/o cortes a través de la primera región longitudinal (106) y la segunda región longitudinal (107).

Otro de los efectos técnicos de tener más de dos regiones longitudinales es que en cada una de ellas pueden instalarse diferentes tipos de paletas que cumplan diversas funciones, tales como exponer los lodos y/o cortes a la llama directa, incrementar el número de superficies en contacto con los lodos y/o cortes, y transportar dichos lodos y/o cortes.

Haciendo referencia a la FIG.2, FIG.3 y la FIG.4, el cilindro deshidratador (100) tiene una unidad de suministro de fluido (105), acoplada a la entrada (101), por medio de dicha unidad se transportan los lodos y/o cortes hacia el interior del cilindro deshidratador (100).

Fa unidad de suministro de fluido (105) se selecciona del grupo conformado por bombas (v.g. de piñones, de pistones, de diafragma, de doble diafragma, de aspa, de tomillo, de cavidad progresiva, de lóbulos, de levas, peristálticas, reciprocantes, centrifugas, dúplex, dilaceradoras), alimentadores de tomillos, alimentadores vibratorios, tuberías, o combinaciones de los mismos.

Por otro lado, haciendo referencia a la FIG.6 y FIG.8, el cilindro deshidratador comprende una pluralidad de paletas tipo“T” (109), localizadas en una superficie interna de la segunda región longitudinal (107), donde cada paleta tipo“T” (109) se conforma de una lámina (112) con una región central y dos secciones laterales que sobresalen de la región central y un soporte (113) conectado entre la lámina (112) y la superficie interna de la segunda región longitudinal (107).

Haciendo referencia al detalle de la FIG.8, uno de los objetivos del uso de la lámina (112), en la paleta tipo“T” (109) es aumentar el número de superficies en contacto con los lodos y/o cortes al interior del cilindro deshidratador (100), de manera adicional a la cara intema del cilindro deshidratador (100).

Las dimensiones de la paleta tipo“T” (109) pueden variar de acuerdo al espíritu de la invención, por ejemplo la lámina (112) puede tener en la región central un ancho entre 90mm a l40mm y una longitud entre 900mm a l.400mm, con un área entre 0,08 lm ² a 0,196m ²

También, la lámina (112) puede tener en una sección lateral un ancho entre 50 mm a 75 mm y una longitud entre 900 mm a 1.400 mm, con un área entre 0,045m ² a 0,l05mm ² . En un ejemplo de la presente invención las secciones laterales pueden tener dimensiones diferentes; en dicho ejemplo la sección lateral opuesta puede tener un ancho entre 40 mm a 65 mm y una longitud entre 900 mm a 1.400 mm, con un área entre 0,036m ² a 0,09lm ² . Por lo tanto, cada una de las paletas tipo“T” (109) contiene un volumen de lodos y/o cortes de 0,0 lm ³ a 0,04m ³

En un ejemplo de la invención la segunda región longitudinal (107) comprende entre 20 a 30 paletas tipo“T” (109) equidistantes, lo que permite transportar aproximadamente de 0,5m ³ a0,75m ³ de lodos y/o cortes teniendo en cuenta que por día el dispositivo deshidratador podría recibir entre 8m ³ a 80m ³ de lodos y/o cortes.

Haciendo referencia al detalle de la FIG.8, la paleta tipo“T” (109) comprende una lámina (112) con dos secciones laterales que sobresalen de la región central de la lámina (112), y que describen un ángulo g entre 50° y 60° respecto a la región central de la lámina (112). Adicionalmente la paleta tipo“T” (109) incluye un soporte (113) que se conecta en un extremo longitudinal de manera perpendicular a la región central de la lámina (112) y el extremo longitudinal opuesto se conecta a la superficie intema de la segunda región longitudinal (107) del cilindro deshidratador (100); por otra parte uno de sus extremos laterales de conectan perpendicularmente a una placa (140) ubicada únicamente en un extremo de la paleta tipo“T” (109). El soporte (113) se ubica longitudinalmente a la segunda región longitudinal (107) y a la región central de la lámina (112).

Haciendo referencia a la FIG.8, tanto el soporte (113) como las secciones laterales de la lámina (112) permiten que la paleta tipo“T” (109) contenga los lodos y/o cortes mientras estos alcanzan el punto más alto dentro del cilindro deshidratador (100). Este efecto técnico se logra gracias a que las secciones laterales de la lámina (112) cumplen la función de una pala, cuando están en el punto más bajo del cilindro deshidratador (100) recogen los lodos y/o cortes y los contienen durante su desplazamiento hasta llegar al punto más alto del cilindro deshidratador (100). Por su parte la placa (140), obstaculiza los lodos y/o cortes contenidos en las paletas tipo“T” (109) impidiendo que estos se devuelvan hacia regiones anteriores del cilindro deshidratador (100).

Adicionalmente, de manera preferida, una de las dos secciones laterales que sobresalen de la región central de la lámina (112) puede tener un área entre 0,07m ² a 0,09m ² , ofreciendo la ventaja de elevar y contener una mayor cantidad de lodos y/o cortes evitando el escurrimiento de estos de la paleta tipo“T” (109).

Haciendo referencia a la FIG.8, la región central de cada lámina (112) conforma respecto a un eje radial (136) que sale del centroide del cilindro deshidratador (100) un ángulo b de 10° a 110°. Además, el eje radial (136) que sale del centroide del cilindro deshidratador (100) conforma respecto a una tangente (152) al diámetro exterior del cilindro deshidratador (100) un ángulo recto. Dicho ángulo b de manera preferible se encuentra en un rango de 45° a 80° y de manera aún más preferible del ángulo b es de 65°, esto se debe a que un ángulo b inferior a 65° propiciará que los lodos y/o cortes se escurran antes de que la paleta tipo“T” (109) llegue al punto más alto del cilindro deshidratador (100). Sin embargo una persona medianamente versada en la materia entenderá que el espíritu de la invención comprende diferentes rangos de ángulos b y y . Haciendo referencia a la FIG.8, las paletas tipo “T” (109) se separan entre sí equiángularmente respecto a un eje longitudinal (138) localizado en el centroide del cilindro deshidratador (100) permitiendo que una alta cantidad de lodos y/o cortes haga contacto con las paletas tipo“T” (109).

Preferiblemente, la lámina (112), la placa (140) y el soporte (113) pueden seleccionarse del grupo compuesto por metales como diferentes tipos de acero o aleaciones de aluminio, materiales compuestos, materiales cerámicos, y otros equivalentes que sean conocidos por una persona medianamente versada en la materia.

Algunos tipos de acero que pueden ser utilizados son los aceros al carbono, aceros al cromo, aceros al cromo-níquel, aceros inoxidables como el acero inoxidable 301, acero inoxidable 302, acero inoxidable 304, acero inoxidable 316, acero inoxidable 405, acero inoxidable 410, acero inoxidable 430, acero inoxidable 442, acero aleado con manganeso. También pueden usarse fundiciones de hierro, hierro galvanizado, aleación de níquel-cromo-molibdeno-tungsteno, aleaciones ferrosas al cromo-molibdeno, etc. La lámina (112) y el soporte (113) pueden fabricarse adicionalmente de materiales compuestos, los cuales pueden tener matrices poliméricas o de resinas reforzadas con fibras, dichas fibras pueden ser sintéticas o naturales.

Dicho soporte (113) puede adherirse por medio de soldadura química, soldadura por temperatura, soldadura por presión, soldadura por fricción, y otros medios equivalentes que sean conocidos por una persona medianamente versada en la materia.

Haciendo referencia a la FIG.6 y la FIG.9, en una realización de la invención, el dispositivo deshidratador, puede incluir una tercera región longitudinal (108) localizada entre la segunda región longitudinal (107) y la primera salida (102).

Haciendo referencia a la FIG.4 y la FIG.6, el cilindro deshidratador (100) se apoya sobre una superficie horizontal (114), donde el cilindro deshidratador (100) conforma un ángulo entre 2 ^o a 5 ^o con la horizontal (114), esto permite que los lodos y/o cortes con un 40% a 75% de humedad se deslicen por efecto de la inclinación, gravedad y rotación a lo largo del cilindro deshidratador (100), hacia la primera salida (102) del cilindro deshidratador (100). Por lo anterior, la parte más alta se encuentra en la entrada (101) y la parta más baja se encuentra en la primera salida (102) del cilindro deshidratador (100). Esto permite que los lodos y/o cortes sean transportados gradualmente desde la entrada (101) hacia la salida (102). La humedad contenida en los lodos y/o cortes afecta directamente el tránsito de estos a través de las diferentes regiones del cilindro deshidratador (100), por tanto la eficiencia de deshidratación de la primera región (106) afecta directamente el tránsito de los lodos y/o cortes hacia la segunda región (107) y hacia otras posibles regiones del cilindro deshidratador (100).

Haciendo referencia a la FIG.l y FIG.6 el cilindro deshidratador (100) que está unido a la superficie horizontal (114), donde dicha superficie horizontal (114) puede adherirse por medio de soldadura química, soldadura por temperatura, soldadura por presión, soldadura por fricción, y otros medios equivalentes que sean conocidos por una persona medianamente versada en la materia.

Haciendo referencia a la FIG.6, el cilindro deshidratador (100) se conecta a una primera unidad motriz (117), por medio de la cual obtiene el movimiento rotatorio. Dicha primera unidad motriz (117) se conecta axialmente a un mecanismo de transmisión de potencia (115), el cual transfiere a su vez, el movimiento a un primer elemento de transmisión (116) dispuesto en el cilindro deshidratador (100). En un ejemplo de la invención dicho primer elemento de transmisión (116) es un engranaje dentado que se ajusta alrededor del cilindro deshidratador (100) y que se encaja con un piñón usado como mecanismo de transmisión de potencia (115).

Preferiblemente, el mecanismo de transmisión de potencia (115) se selecciona entre cables, cadenas de transmisión, correas o bandas de transmisión, poleas, poleas dentadas, engranajes, piñones, piñón-cadena, mecanismo de piñón y tomillo sin fin, mecanismo de cremallera, ruedas de fricción, discos de fricción, chavetas y ejes nervados, juntas cardán y juntas homocinéticas, árbol de levas y otros elementos de transmisión mecánica equivalentes conocidos por una persona versada la materia técnica.

Haciendo referencia a la FIG.6, preferiblemente, la primera unidad motriz (117), puede seleccionarse entre motores de corriente alterna (v.g. motores sincrónicos trifásicos, motores asincronos sincronizados, motores con un rotor de imán permanente, motores monofásicos, motores bifásicos, motores con arranque auxiliar bobinado, motores con arranque auxiliar bobinado y con condensador), motores de corriente continua (v.g. motores de excitación en serie, motores de excitación en paralelo, motores de excitación compuesta).

Preferiblemente, la primera unidad motriz (117) está conectada a un reductor de velocidad de engranajes para adaptar la velocidad de un motor para entregar el par que necesita el cilindro deshidratador (100) para desarrollar una rotación entre 1 revolución por minuto hasta 15 revoluciones por minuto.

Adicionalmente, variando la velocidad de la rotación del cilindro deshidratador (100), es posible controlar el tiempo de residencia de los lodos y/o cortes en el interior del cilindro deshidratador (100). También, dependiendo de la humedad en el lodo y/o corte de entrada al proceso, se establece las revoluciones que se debe aplicar siendo una velocidad de rotación menor a 7 rpm como la velocidad preferida para tratar lodos y/ cortes con un porcentaje de humedad mayor al 45% y una velocidad de rotación mayor a 7 rpm como la velocidad preferida para deshidratar lodos y/o cortes con un porcentaje de humedad menor al 45%.

Preferiblemente, el reductor de velocidad se seleccionará entre reductores de velocidad sin fin de corona, reductores de velocidad de engranajes, reductores cicloidales, reductores de velocidad planetarios, reductores de engranajes intemos, reductores de engranajes extemos o combinaciones de los anteriores. Se entenderá en la presente invención por rodillo un elemento que permite el deslizamiento, y/o la rodadura de un elemento respecto a una de sus caras. Por lo general, el rodillo tiene una forma cilindrica, con un diámetro intemo que entra en contacto con un el elemento que desliza y/o rueda respecto al rodillo.

Haciendo referencia a la FIG.6 el cilindro deshidratador (100) puede incluir al menos cuatro rodillos (144) que facilitan el movimiento rotatorio sobre el eje longitudinal (138), haciendo contacto con los rieles (146) y a su vez brinden soporte al cilindro deshidratador (100). Dichos rodillos (144) están localizados equidistantemente al primer elemento de transmisión (116), en donde al menos dos rodillos (144) se encuentran adyacentes a la entrada (101) y al menos dos rodillos (144) se encuentran adyacentes a la salida (102) del cilindro deshidratador (100). Adicionalmente los rodillos (144) están sujetos sobre la superficie horizontal (114).

Preferiblemente, los rodillos (144) pueden seleccionarse entre rodillos auto-lubricantes, rodillos bimetálicos con respaldo de acero, rodillos de acero inoxidable, rodillos de bronce, rodillos de goma, rodillos de hierro, bujes de plástico.

También, el dispositivo deshidratador es caracterizado porque el cilindro deshidratador (100) incluye medios de calentamiento dispuestos operacionalmente en la primera región longitudinal (106) del cilindro deshidratador (100).

Los medios de calentamiento pueden seleccionarse entre calentadores de resistencias eléctricas, calentadores a gas, como de gas propano o metano, calentadores de chaqueta de vapor, calentadores de carbón, calentadores que usan elementos combustibles, medios equivalentes conocidos por una persona medianamente versada en la materia o combinaciones de las anteriores.

Haciendo referencia a la FIG.3, FIG.4 y Fig.6, el medio de calentamiento preferido es un quemador (119), tipo jet, que comprende un conducto (150) para el transporte combustible, preferiblemente será gas licuado de petróleo. Adicionalmente, el quemador (119), tipo jet, puede incluir un ventilador para aumentar la presión del aire primario necesario para la combustión y quemar una mayor cantidad de combustible y a su vez su rendimiento sea superior.

Haciendo referencia a la FIG. l y FIG.3, el cilindro deshidratador (100) puede comprender una tapa (103) dispuesta en la entrada (101), donde la tapa (103) tiene una primera abertura (104) conectada a un mecanismo transportador de lodo, y una segunda abertura (118) en la cual se conecta un medio de calentamiento. En un ejemplo de la presente invención dicho medio de calentamiento es un quemador (119) tipo jet. El quemador (119) tipo jet puede ser un quemador tipo torbellino (swirls, en inglés) envolvente, tipo torbellino divergente, de torbellino con álabes axiales, de torbellino con álabes radiales, de torbellino de álabes móviles, de una, dos, tres, cuatro o más antorchas, de premezcla parcial, quemadores con pulverizadores de combustible líquido, quemadores similares conocidos por una persona versada en la materia, o combinaciones de los mismos.

Asimismo, el quemador (119) tipo jet puede operar con un combustible seleccionado del grupo que comprende gas licuado de petróleo (GLP), gas natural, gas de síntesis, propano, butano, hexano, metano, carbón pulverizado (v.g. sub-bituminoso, bituminoso, antracita), gasóleo, gasolina, diésel, alcoholes, solventes, biomasa, biomasa pretratada (v.g. por torrefacción, pirólosis, pirólisis rápida), residuos sólidos (v.g. cascarilla, papel, plásticos, viruta vegetal), combustibles similares conocidos por una persona versada en la materia o combinaciones de los mismos

Haciendo referencia a la FIG. 4 y FIG. 6, los medios de calentamiento están ubicados concéntricamente a la tapa (103) conectada a la segunda abertura (118) de la tapa (103) del cilindro deshidratador (100).

Se entenderá en la presente invención que aire primario es el aire que ingresa por medio del quemador (119) para obtener la mezcla adecuada para la combustión.

Fos medios de calentamiento pueden generan una llama directa dentro del cilindro deshidratador (100), el dispositivo deshidratador incluye preferiblemente como medio de calentamiento un quemador (119) de gas licuado del petróleo cuya temperatura en punta alcanza los 800 °C y a medida que el corte avanza alcanza la temperatura normal de ebullición. Preferiblemente, la temperatura de la llama del quemador de gas licuado preferida es de l200°C, en la primera región longitudinal (106) y una temperatura de 380°C en la tercera región longitudinal (108) del cilindro deshidratador (100).

Adicionalmente, el quemador (119) puede producir entre 235kWh a l6l2kWh (800.000 BTU/h a 5.5 millones de BTU/h).

Igual que las variables anteriores su configuración de trabajo depende de la humedad inicial del corte a base agua a tratar. Teniendo en cuenta el porcentaje de humedad de los cortes base agua que son entre 60% y 80% de humedad es preferible que el quemador produzca alrededor de l436kWh (4.9 millones de BTU/h) para lograr la mejor calidad de secado en lodos y/o cortes. Con el fin de producir un 50% menos de emisiones contaminantes de NOx el quemador alcanza una temperatura máxima en la llama que no supere los l300°C debido a los gases NOx que se emiten a esta temperatura.

Con el fin de soportar las tensiones causadas por el vapor intemo, el espesor de la cubierta del cilindro deshidratador (100) tiene preferiblemente entre 20mm a 60mm de espesor. Además, la cubierta al tener un espesor entre 20mm a 60mm reduce la transferencia de calor a través de la superficie exterior del cilindro deshidratador (100) de modo que la temperatura intema es constante y no hay disminución de la temperatura.

El medio de calentamiento (139) produce una llama directa dentro del cilindro deshidratador (100), el dispositivo deshidratador incluye preferiblemente un quemador (119) de gas licuado del petróleo cuya temperatura en punta alcanza los 800 °C, a medida que los lodos y/o cortes avanzan alcanzan la temperatura de ebullición. Preferiblemente, la temperatura de la llama del quemador de gas licuado es de l200°C, en la primera región longitudinal (106) y una temperatura de 380°C en la tercera región longitudinal (108) del cilindro deshidratador (100).

Adicionalmente, el quemador (119) puede producir entre 800.000 BTU/h hasta 5.5 millones de BTU/h.

Igual que las variables anteriores su configuración de trabajo depende de la humedad inicial de los lodos y/o cortes. Teniendo en cuenta el porcentaje de humedad de los lodos y/o cortes que es del 60% al 80% es preferible que el quemador produzca 1436 kWh para lograr la mejor calidad de secado en los lodos y/o cortes.

Por otro lado, el quemador (119) puede incluir dos sensores de presión positiva. Un primer sensor medidor de presión diferencial para cualquier tipo de combustible, preferiblemente GUP, que se utiliza para garantizar que la caída de presión en el gas de alimento al quemador sea la adecuada según la operación que se esté realizando.

También, el quemador (119) puede incluir un segundo sensor de presión positiva medidor de presión diferencial de aire que se utiliza para garantizar que la caída de presión en el aire de alimento al quemador sea la adecuada según la operación que se esté realizando.

Haciendo referencia a la FIG.4 y FIG.6, en una realización de la invención, el dispositivo deshidratador, puede incluir en la tapa (103) un cobertor (143) que se extiende a lo largo del cilindro deshidratador (100), donde el cobertor (143) tiene una longitud con base en la longitud del quemador (119) tipo jet. Haciendo referencia a la FIG.4, el cobertor (143) del quemador (119) tiene una longitud entre 20% a 40% mayor a la distancia entre la tapa (103) del cilindro deshidratador (100) y la punta que emite la llama del quemador (119). El cobertor (143) tiene como objetivo impedir que los lodos y/o cortes caigan directamente sobre la punta del quemador (119) donde se genera la llama.

Por otro lado, la tapa (103) tiene una tolerancia entre 20mm y 30mm respecto a la entrada (101) del cilindro deshidratador (100), permitiendo el ingreso de aire secundario al cilindro deshidratador (100).

Haciendo referencia a la FIG.4, se entenderá en la presente invención que aire secundario es el aire que ingresa por medio de la tolerancia de la tapa (103) para el secado de los lodos y/o cortes. El aire secundario permite la combustión con exceso de aire superior al mínimo necesario. Cuando se utiliza un exceso de aire, la combustión tiende a no producir sustancias combustibles en los gases de reacción. También, la razón por la cual se utiliza normalmente un exceso de aire es hacer reaccionar completamente el combustible disponible en el proceso de combustión. En este tipo de combustión es típica la presencia de oxígeno en los gases de combustión.

Adicionalmente, la abertura (104) de la tapa (103), está conectada a una unidad de suministro de fluido (105) que comprende una tolva (147) y una bomba de transferencia (148) que transportan de manera constante los cortes base agua hacia el cilindro deshidratador (100). Mediante el uso de un dispositivo de remoción se transfieren los lodos y/o cortes almacenados en uno o varios tanques de almacenamiento de 39,75 m ³ . Haciendo referencia a la FIG. l a FIG.4, desde los tanques de almacenamiento y mediante el uso de un mecanismo de remoción de los lodos y/o cortes son transferidos a una tolva (147) de donde son alimentados a la bomba de transferencia (148) de lodos y/o cortes. Esta bomba de transferencia (148) se encarga de transportar los lodos y/o cortes con humedades entre 65% a 80% al cilindro deshidratador (100).

La bomba de transferencia (148) mueve partículas hasta de 1.5 pulgadas de diámetro con capacidad de bombeo de 40m3/hr y l200psi. Con esta bomba de transferencia (148) se logra dar fluidez a los sólidos provenientes de la perforación que aunque cuentan con una gran humedad sus propiedades siguen siendo las de un sólido. En una realización de la invención la bomba de transferencia (148) trabaja a una potencia de lOOhp, genera una velocidad entre 5 strokes a 30 strokes y tiene un flujo entre 30 m ³ /h a 40 m ³ /h. Preferiblemente, la bomba de transferencia (148) puede seleccionarse del grupo compuesto por bombas de engranes, bombas de aspa, bombas de tomillo, bombas de cavidad progresiva, bombas de lóbulo o bomba de levas, bombas peristálticas, bombas reciprocantes, bombas centrifugas, bomba dúplex, bomba de diafragma, bomba de doble diafragma, bombas dilaceradoras u otras bombas equivalentes conocidos por una persona versada en la materia técnica.

Preferiblemente, el cilindro deshidratador (100), la tapa (103), la superficie horizontal (114) y el cobertor (143) pueden seleccionarse del grupo compuesto por metales como diferentes tipos de acero o aleaciones de aluminio, materiales compuestos, materiales cerámicos, y otros equivalentes que sean conocidos por una persona medianamente versada en la materia.

Algunos tipos de acero que pueden ser utilizados son los aceros al carbono, aceros al cromo, aceros al cromo-níquel, aceros inoxidables como el acero inoxidable 301, acero inoxidable 302, acero inoxidable 304, acero inoxidable 316, acero inoxidable 405, acero inoxidable 410, acero inoxidable 430, acero inoxidable 442, acero aleado con manganeso.

También, pueden usarse fundiciones de hierro, hierro galvanizado, aleación de níquel- cromo-molibdeno-tungsteno, aleaciones ferrosas al cromo-molibdeno, etc. El cilindro deshidratador (100), la tapa (103), las superficies horizontales pueden fabricarse adicionalmente de materiales compuestos, los cuales pueden tener matrices poliméricas o de resinas reforzadas con fibras, dichas fibras pueden ser sintéticas o naturales como fibras de vidrio o fibras de carbono.

Por otro lado, haciendo referencia a la FIG.6 y FIG.7, adyacente a la entrada (101) del cilindro deshidratador (100), la primera región (106) comprende una pluralidad de paletas de deshidratación (110) tipo“canal”, las cuales deshidratan los lodos y/o cortes con una humedad entre 40% y 75%. Esta paleta de deshidratación (110) tipo“canal” permite transportar los lodos más húmedos, los cuales contienen entre 70%-75% de agua, desde la entrada (101) del cilindro deshidratador (100) rotatorio hasta la segunda región longitudinal (107) donde están localizadas las paletas tipo“T” (109).

Haciendo referencia a la FIG. 6 y FIG. 7 la paleta de deshidratación (110) tipo“canal” posee una forma rectangular hueca, dicha paleta de deshidratación (110) está ubicada en la cara intema de la primera región (106) del cilindro deshidratador (100) y se encuentran dispuestas de manera transversal a la longitud del cilindro deshidratador (100). Haciendo referencia a la FIG.7, la paleta de deshidratación (110) tipo“canal” tiene dos tabiques dispuestos de tal manera que se unen a la superficie intema del cilindro deshidratador (100), formando un ángulo entre 40° y 55° respecto al eje longitudinal (138) del cilindro deshidratador (100).

Haciendo referencia a la FIG.4, FIG. 6 y FIG.7 la paleta de deshidratación (110) tipo “canal” es una estructura unida a la superficie intema de la primera región longitudinal (106) del cilindro deshidratador (100) por dos tabiques con una longitud entre lm a l,2m. Dichos tabiques pueden adherirse por medio de soldadura química, soldadura por temperatura, soldadura por presión, soldadura por fricción, y otros medios equivalentes que sean conocidos por una persona medianamente versada en la materia.

Por otro lado, uno de los efectos técnicos del uso de la paleta de deshidratación (110) tipo“canal” es transportar los lodos y/o cortes mediante los dos tabiques al punto más alto del cilindro deshidratador (100) y dejarlos caer desde dicho punto hasta la parte más baja del cilindro deshidratador (100) exponiendo los lodos y/o cortes a altas temperaturas internas del cilindro deshidratador (100).

Preferiblemente, el material de la paleta de deshidratación (110) tipo“canal” puede seleccionarse del gmpo compuesto por metales como diferentes tipos de acero o aleaciones de aluminio, materiales compuestos, materiales cerámicos, y otros equivalentes que sean conocidos por una persona medianamente versada en la materia. Adicionalmente, algunos tipos de acero que pueden ser utilizados son los aceros al carbono, aceros al cromo, aceros al cromo-níquel, aceros inoxidables como el acero inoxidable 301, acero inoxidable 302, acero inoxidable 304, acero inoxidable 316, acero inoxidable 405, acero inoxidable 410, acero inoxidable 430, acero inoxidable 442, acero aleado con manganeso. También pueden usarse fundiciones de hierro, hierro galvanizado, aleación de níquel-cromo-molibdeno-tungsteno, aleaciones ferrosas al cromo-molibdeno, etc.

También la paleta de deshidratación (110) tipo“canal” puede fabricarse adicionalmente de materiales compuestos, los cuales pueden tener matrices poliméricas o de resinas reforzadas con fibras, dichas fibras pueden ser sintéticas o naturales.

Haciendo referencia a la FIG. 4, FIG. 6 y FIG.9 la paleta transportadora (111) tipo“J” ubicada en la tercera región (108) del cilindro deshidratador (100) tiene una longitud entre 0,7m y 0,75m. La paleta transportadora (111) tipo“J” comprende una base rectangular que sigue el contomo de la superficie intema del cilindro deshidratador (100), adjunta a la base y unida por una de sus aristas, se prolonga una lámina rectangular perpendicular a dicha base. Contigua a la lámina rectangular existe una placa rectangular con un ángulo a cóncavo entre 40° y 55° respecto a la lámina rectangular.

Haciendo referencia nuevamente a la FIG.9, la paleta de transportadora (111) tipo“J” permite que los lodos y/o cortes se desplacen eficientemente sobre la tercera región longitudinal (108) del cilindro deshidratador (100), dicha tercera región longitudinal (108) representa entre el 70% y el 80% de la superficie intema del cilindro deshidratador (100). En esta región los lodos y/o cortes presentan una etapa granular aproximadamente del 60% al 80% de su composición total durante la cual los lodos y/o cortes comienzan espontáneamente a formar gránulos.

Adicionalmente, el efecto técnico del uso de dicha estructura es recoger la mayor cantidad de lodos y/o cortes, transportándolos hacia la salida (102) del cilindro deshidratador (100).

Preferiblemente, la paleta de transportadora (111) tipo“J” pueden seleccionarse del grupo compuesto por metales como diferentes tipos de acero o aleaciones de aluminio, materiales compuestos, materiales cerámicos, y otros equivalentes que sean conocidos por una persona medianamente versada en la materia. Algunos tipos de acero que pueden ser utilizados son los aceros al carbono, aceros al cromo, aceros al cromo- níquel, aceros inoxidables como el acero inoxidable 301, acero inoxidable 302, acero inoxidable 304, acero inoxidable 316, acero inoxidable 405, acero inoxidable 410, acero inoxidable 430, acero inoxidable 442, acero aleado con manganeso.

También, pueden usarse fundiciones de hierro, hierro galvanizado, aleación de níquel- cromo-molibdeno-tungsteno, aleaciones ferrosas al cromo-molibdeno, etc. La paleta de transportadora (111) tipo“J” puede fabricarse de materiales compuestos, los cuales pueden tener matrices poliméricas o de resinas reforzadas con fibras, dichas fibras pueden ser sintéticas o naturales.

Haciendo referencia a la FIG.9 la paleta de transportadora (111) tipo“J” es una estructura unida a la superficie intema de la tercera región longitudinal (108) del cilindro deshidratador (100) por una base rectangular. Dicha base rectangular puede adherirse por medio de soldadura química, soldadura por temperatura, soldadura por presión, soldadura por fricción, y otros medios equivalentes que sean conocidos por una persona medianamente versada en la materia. Haciendo referencia la FIG. 2, FIG.3, FIG.4 FIG.5, el cilindro deshidratador (100) se conecta a una bifurcación (121) la cual está unida a la salida (102) opuesta a la entrada (101) del cilindro deshidratador (100). Dicha bifurcación (121) también puede denominarse como caja de gases y una de sus funciones es separar los residuos del cilindro deshidratador (100) en residuos sólidos, partículas de mayor tamaño, y en residuos gaseosos contaminados los cuales contienen partículas de menor tamaño. La salida (102) del cilindro deshidratador (100) se conecta a un mecanismo de transporte de sólidos (120) que a su vez se conecta a un recipiente (126).

La bifurcación (121) tiene dos salidas, una salida superior (154) y una salida inferior (155) que permiten que los gases contaminados asciendan y se dirijan a un mecanismo de separación sólido-gas (122) mediante la salida superior (154) de la bifurcación (121). Los residuos sólidos o las partículas de mayor tamaño se dirigen a un recipiente (126) mediante la salida inferior (155) de la bifurcación (121).

Haciendo referencia a la FIG. l, el dispositivo deshidratador, caracterizado porque en la salida inferior (155) de la bifurcación (121) se conecta un mecanismo de transporte de sólidos (120) que tiene una salida conectada a un recipiente (126). Dicho mecanismo de transporte (120) preferiblemente es un tomillo de descarga de lodos y/o cortes tratados, que trabaja con una potencia de lOhp a 20hp, y que puede tener una velocidad de giro de 30rpm a 50rpm.

Preferiblemente, la temperatura de los gases contaminados dentro de la bifurcación (121) es entre 260°C a 320°C garantizando la deshidratación de un alto porcentaje de los lodos y/o cortes.

Por otro lado, la bifurcación (121) puede tener un sensor ubicado en parte inferior de la bifurcación (121). Dicho sensor controla la temperatura máxima de operación que garantice la humedad final en los lodos y/o cortes y la integridad del equipo. Un segundo sensor ubicado en la parte superior de la bifurcación (121) tiene la misma función del sensor ubicado en la parte inferior de la caja de polvos y sirve como parámetro de verificación.

Preferiblemente, la bifurcación (121) puede seleccionarse del grupo compuesto por metales como diferentes tipos de acero o aleaciones de aluminio, materiales compuestos, materiales cerámicos, y otros equivalentes que sean conocidos por una persona medianamente versada en la materia. Algunos tipos de acero que pueden ser utilizados son los aceros al carbono, aceros al cromo, aceros al cromo-níquel, aceros inoxidables como el acero inoxidable 301, acero inoxidable 302, acero inoxidable 304, acero inoxidable 316, acero inoxidable 405, acero inoxidable 410, acero inoxidable 430, acero inoxidable 442, acero aleado con manganeso.

También, pueden usarse fundiciones de hierro, hierro galvanizado, aleación de níquel- cromo-molibdeno-tungsteno, aleaciones ferrosas al cromo-molibdeno, etc. La bifurcación (121) puede fabricarse adicionalmente de materiales compuestos, los cuales pueden tener matrices poliméricas o de resinas reforzadas con fibras, dichas fibras pueden ser sintéticas o naturales como fibras de vidrio o fibras de carbono.

Haciendo referencia a la FIG.5, el mecanismo de separación sólido-gas (122) incluye un mecanismo de ciclón (123) que tiene una entrada (124) conectada mediante la bifurcación (121); una salida inferior (125) conectada al recipiente (126) y una salida superior (127).

Haciendo referencia a la FIG.5, en una realización de la invención, el dispositivo deshidratador puede incluir un mecanismo de separación sólido-gas (122) que comprende un mecanismo de ciclón (142) que consiste en dos ciclones conectados en paralelo ubicados detrás de la bifurcación (121) y se conectan con la salida superior (154) de la bifurcación (121).

El mecanismo de ciclón (142) es adecuado para separar partículas con diámetros mayores a 5pm. Además, cuenta con la ventaja de no tener partes móviles, lo cual implica bajos costos de mantenimiento y operación. También, el mecanismo de ciclón (142) tiene una caída de presión baja, en comparación con otros tipos de separadores sólido-gas, y puede fabricarse en tamaños relativamente pequeños, en comparación con otros separadores, por ejemplo, sedimentadores.

En el mecanismo de ciclón (142), la trayectoria del gas comprende un doble vórtice, en donde el gas describe una espiral descendente en el lado extemo, y ascendente, en el lado intemo. La espiral descendente arrastra las partículas sólidas gmesas, mientras que la espiral ascendente lleva consigo gas y partículas sólidas.

Preferiblemente, cada ciclón del mecanismo de ciclón (142) tiene en su parte superior una sección cilindrica y una sección cónica que se extiende hacia debajo de la sección cilindrica.

El mecanismo de ciclón (142) separa partículas sólidas gmesas presentes en la corriente de gases con contaminantes sólidos que entran por la entrada lateral (124). Las partículas gmesas salen por la salida inferior (125), mientras que los gases con contaminantes sólidos finos, salen a través de la tubería de salida superior (130). Haciendo referencia a la FIG.5, la entrada lateral (124) puede ser de voluta envolvente, de voluta parcialmente envolvente, tangencial o axial. También, la entrada lateral (124) puede ser circular o rectangular.

Por otra parte, haciendo referencia a la FIG.5, la tubería de salida superior (130) es una bifurcación que se extiende desde el interior de cada ciclón, hasta un punto superior a la cara superior de cada ciclón. La tubería de salida superior (130) se encarga de captar la corriente de gas del vórtice intemo de los ciclones y evita que ingrese el gas que entra a través de la entrada lateral (124). Preferiblemente, la tubería de salida superior (130) se extiende desde un punto ubicado a la altura de la arista inferior de la entrada lateral (124), o debajo de esta.

Haciendo referencia a la FIG. l y FIG.5, preferiblemente, cada ciclón del mecanismo de ciclón (142) tiene forma cónica y tiene una entrada lateral (124) tangencial respecto a la base mayor de la forma cónica de cada ciclón, conectando a los dos ciclones.

Por otro lado, las principales familias de ciclones de entrada lateral (124) tangencial son ciclones de alta eficiencia, ciclones convencionales y ciclones de alta capacidad.

En la Tabla 1, se muestra una comparación entre las familias de ciclones de entrada lateral (124) tangencial, tomando en cuenta la eficiencia de remoción de tres tipos de partículas de contaminantes sólidos suspendidas en una corriente de gas con contaminantes sólidos.

El primer tipo de partículas son las partículas suspendidas totales (PST); el segundo tipo de partículas, son la fracción de partículas respirables (PM10), las cuales tienen un tamaño menor a 10,0 pm. Finalmente, el tercer tipo de partículas, son las partículas finas (PM2.5) con tamaño inferior a 2,5pm.

También, se entenderá en la presente invención por partículas finas, partículas con un tamaño de lOpm.

Tabla 1. Comparativo de eficiencias de remoción para las familias de ciclones.

En una modalidad de la invención, el ciclón es un ciclón de alta eficiencia. Los ciclones de alta eficiencia se diseñan para alcanzar mayor remoción de las partículas pequeñas que los ciclones convencionales. Los ciclones de alta eficiencia pueden remover partículas de 5pm con eficiencias hasta del 90%, pudiendo alcanzar mayores eficiencias con partículas más grandes.

Los ciclones de alta capacidad están garantizados solamente para remover partículas mayores de 20pm, aunque en cierto grado ocurra la colección de partículas más pequeñas. Sin embargo, en el caso de tener varios ciclones conectados en paralelo, conocidos como multiciclones, se puede alcanzar eficiencias de recolección entre 80% y 95% para partículas de tamaño mayor a 5pm.

Haciendo referencia a la FIG. l y FIG.3, se entenderá en la presente invención que una conexión en paralelo de dos o más ciclones, es cuando se divide el caudal total que ingresa en fracciones iguales, en cada ciclón. De esta manera, se puede manejar caudales grandes con ciclones pequeños, y altas eficiencias de separación.

Haciendo referencia a la FIG. l, FIG.2 y FIG.3, preferiblemente, se conecta un recipiente (126) mediante un mecanismo de transporte de sólidos (120) a la salida inferior (125) del mecanismo de ciclón (142). El recipiente (126) permite recolectar las partículas gruesas separadas por el mecanismo de ciclón (142).

Por otro lado, el mecanismo de ciclón (142) puede contener un tomillo de transporte de material particulado que preferiblemente trabaja a una potencia entre 4000W a 8000W (5hp a lOhp).

El mecanismo de ciclón (142) se selecciona del grupo conformado por ciclones centrífugos de alta eficiencia, ciclones de alta capacidad, ciclones de baja presión, precipitadores dinámicos en seco, ciclones de baja eficiencia, o combinaciones de los mismos.

Por su parte, los materiales metálicos de los cuales están hechos el recipiente (126) y/o el mecanismo de ciclón (142), pueden ser de acero inoxidable (v.g. AISI 304, 304L, 316, 316L); acero al carbono (v.g. AISI 1020, 1015, 1040, 1070, 1080, 1045; ASTM A36, A516); aceros aleados al níquel, cromo, molibdeno, vanadio o combinaciones de estos; aluminio; latón; hojalata; bronce; o combinaciones de los mismos.

En una realización de la invención el dispositivo deshidratador puede incluir un mecanismo de intercambio de calor (135) conectado al mecanismo de ciclón (142) mediante la tubería de salida superior (130) del mecanismo de ciclón (142). El mecanismo de intercambio de calor (135) tiene una entrada (141) unida a la tubería de salida superior (130) para el ingreso de los gases contaminados y una salida (153) para los gases contaminados con menos concentración de partículas sólidas.

Los gases contaminados pueden ser un flujo laminar, de transición o turbulento. Cuando es laminar y a bajas velocidades en el tubo, existe muy poco movimiento cerca de las paredes del tubo, lo que impide la transferencia de calor y funciona en realidad como un aislante. Un flujo más rápido y turbulento no tiene un gradiente continuo de velocidad, lo que hace que la película de fluido se mueva. Obstrucciones de diseño, ubicadas a lo largo de los tubos, denominadas turbuladores perturban el flujo laminar, lo que mejora la transferencia de calor. Estas obstrucciones aumentan la caída de presión e incrementan la tasa de condensación de los gases contaminados.

Haciendo referencia a la FIG. l, FIG.4 y FIG.5, el mecanismo de intercambio de calor (135) puede tener más de una entrada (156) para el ingreso de refrigerante que preferiblemente es aire. El fluido de gases contaminados pasa a través de los tubos y aletas difusoras adheridas a los tubos que ayudan a romper con el flujo laminar para así promover una transferencia de calor eficiente desde el fluido hacia las paredes del tubo. El metal utilizado en la fabricación preferiblemente tiene una alta conductividad térmica.

También, el mecanismo de intercambio de calor (135) tiene una inclinación entre 10° a 20° en la base del mecanismo de intercambio de calor (135), facilitando el escurrimiento del agua condensada de los gases contaminados y acumulando el agua en una de sus esquinas para una fácil depuración del mecanismo de intercambio de calor (135).

Adicionalmente, el mecanismo de intercambio de calor (135) puede ser de carcasa y tubos, donde los gases con contaminantes pasan por la carcasa y entre los tubos para refrigerante. También, el mecanismo de intercambio de calor (135) puede ser es de un paso, dos pasos, o tres pasos, esto indica que el refrigerantes entra y sale de la carcasa el número de paso para aumentar las tasa de transferencia de calor.

Por otro lado para controlar la dirección general del flujo del lado de la carcasa el mecanismo intercambiador de calor (135) puede tener aletas, deflectores, turbuladores o combinaciones de estos.

Preferiblemente, el mecanismo de intercambio de calor (135) puede seleccionarse del grupo compuesto por intercambiadores de contacto directo, intercambiadores de contacto indirecto, intercambiadores alternativos, intercambiadores de superficie, intercambiadores de placas, intercambiadores de tubos, intercambiadores de flujos cruzados, intercambiadores de flujos paralelos, intercambiadores en co-corriente, intercambiadores en contracorriente.

Adicionalmente, el mecanismo de intercambio de calor (135) tiene una estructura que contiene dicho mecanismo que puede seleccionarse del grupo compuesto por metales como diferentes tipos de acero o aleaciones de aluminio, materiales compuestos, materiales cerámicos, y otros equivalentes que sean conocidos por una persona medianamente versada en la materia. Algunos tipos de acero que pueden ser utilizados son los aceros al carbono, aceros al cromo, aceros al cromo-níquel, aceros inoxidables como el acero inoxidable 301, acero inoxidable 302, acero inoxidable 304, acero inoxidable 316, acero inoxidable 405, acero inoxidable 410, acero inoxidable 430, acero inoxidable 442, acero aleado con manganeso.

También, pueden usarse fundiciones de hierro, hierro galvanizado, aleación de níquel- cromo-molibdeno-tungsteno, aleaciones ferrosas al cromo-molibdeno, etc. El mecanismo de intercambio de calor (135) puede fabricarse adicionalmente de materiales compuestos, los cuales pueden tener matrices poliméricas o de resinas reforzadas con fibras, dichas fibras pueden ser sintéticas o naturales como fibras de vidrio o fibras de carbono.

En una realización de la invención el dispositivo deshidratador, puede incluir un mecanismo de separación sólido-gas (122) que comprende un mecanismo de separación de finos (128) que tiene una entrada (129) conectada a la salida superior (127) del mecanismo de ciclón (123), en donde entre la salida superior (127) del mecanismo de ciclón (123) y la entrada (129) del mecanismo de separación de finos (128) se conecta un intercambiador de calor (135).

En una realización de la invención, el mecanismo de separación sólido-gas (122) es un colector de partículas finas que comprende un una bifurcación (121), un mecanismo de ciclón (142), un intercambiador de calor (135) y un mecanismo de separación de finos (128).

Preferiblemente, el mecanismo de separación de finos (128) pude seleccionarse entre filtros de mangas de limpieza mecánica (sacudido periódico), filtros de mangas de limpieza invirtiendo el flujo de aire o gas, filtros de mangas de limpieza mediante pulsos breves de aire.

El mecanismo de separación de finos (128) puede ser un filtro de mangas (145), un filtro de cartuchos o una combinación de los mismos. El filtrado de gases contaminados empleando el filtro de mangas (145), preferiblemente conectados a un sistema automatizado que emite pulsos breves de aire a las mangas (145) evitando su saturtación, es una adaptación de un proceso intermitente, que se refiere a secuencias de ciclo de filtrado durante un determinado período de tiempo, usualmente dictado por cotas en la caída de presión admisible, y etapas de limpieza subsiguiente.

A los efectos de lograr una continuidad en el filtrado de gases contaminados se ha optado por realizar la limpieza en lapso cortos de entre 0.03 y 0.1 segundos de aire entre 520 kPa y 800 kPa (60 y 100 psig), aumentando la frecuencia intercalando las operaciones de filtrado y limpieza, según un cronograma determinado manométricamente

En una realización de la invención, el mecanismo de separación de finos (128) es un filtro de mangas (145) con una, dos, tres, cuatro, cinco, seis, siete, ocho, nueve, diez o más mangas.

Adicionalmente el filtro de mangas (145) es un aditamento utilizado para la separación solido-gas mediante un medio poroso. Su objetivo es eliminar las partículas sólidas que arrastra una corriente gaseosa haciéndola pasar a través de un tejido poroso.

En una realización de la invención, dentro del mecanismo de separación de finos (128) el aire alcanzará una velocidad máxima de operación es de 2553 m/s y una velocidad mínima de operación es de 1276 m/s.

Haciendo referencia a la FIG.4 y a la FIG.5, el filtro de mangas (145) es de forma tubular y se encuentra suspendido en una especie de armadura o canastilla, preferiblemente se tiene un conjunto de cien filtros de mangas (145) de 2m de largo cada una. Estos cien filtros de mangas (145) cuentan con un sistema automatizado de limpieza (149) el cual genera un disparo de aire limpio, que se emite preferiblemente cada 20 segundos, con esto se garantiza que el equipo no se sature y permita así el paso del vapor de agua.

Haciendo referencia a la FIG.3, el mecanismo de separación de finos (128) puede incluir una válvula de alivio ubicada a en el sistema automatizado de limpieza (149), el cuál dispara aire a las mangas, garantizando la presión máxima de operación para la limpieza de mangas. El filtro de mangas (145) puede ser de una o más mangas, donde el material de las mangas se selecciona del grupo conformado por tela, dril, microfibra, fibra de vidrio, no tejidos de fibras poliéster, poliéster viscosas, poliéster siliconadas, polietileno, fibras bi- componente, fibras de poliamida, aramida, o combinaciones de los mismos.

Por otro lado, el mecanismo de separación de finos (128) que puede contener un tomillo de transporte de material particulado que preferiblemente es un tomillo que trabaja a una potencia de 5hp a lOhp, una velocidad de giro entre 30 rpm y 50 rpm.

Haciendo referencia a la FIG.4 y a la FIG.5, en la entrada (129) del mecanismo de separación de finos (128) se dispone de una malla (151) la cual está situada sobre la entrada (129), esta malla (151) es una caja con forma de paralelepípedo oblicuo conformado por cinco caras donde la inexistente sexta cara es la unión con la entrada (129) la cual no tiene malla (151).

Haciendo referencia al detalle de la FIG.5, la malla (151) cumple con el objetivo de separar las partículas de mayor tamaño, aumentar la velocidad de ingreso de los gases contaminados, reducir el flujo laminar y volverlo turbulento con el fin de distribuir los gases contaminados de manera uniforme en dirección a las mangas. Adicionalmente, la malla (151) es importante durante el encendido del ventilador, en donde se genera un pico de velocidad de arrastre.

Preferiblemente, la granulometría de la malla (151) pude seleccionarse entre malla 3, malla 4, malla 5, malla 6, malla 7, malla 8, malla 10, malla 12, malla 14, malla 16, malla 18, malla 20, malla 25, malla 30, malla 35, malla 40, malla 45, malla 50, malla 60, malla 70, malla 80 y malla 90 según el estándar Americano de tamiz (U.S. Standar Sieve).

Por otro lado, la armadura o canastilla del mecanismo de separación de finos (128) tiene forma prismática rectangular. Además, la armadura o canastilla tiene una tapa y una salida superior. Por su parte, en la salida inferior se ubica una válvula preferiblemente de 50,8mm.

En una realización (no ilustrada) de la presente invención el dispositivo de deshidratación no incluye el intercambiado de calor (135) y el mecanismo de separación de finos (128), por lo tanto la tubería de salida (130) del mecanismo de separación sólido-gas (122), está conectada una tubería de succión (131) de un mecanismo generador de vacío (132).

Haciendo referencia a la FIG.4 y FIG.5, en otra realización de la presente invención, los gases contaminados pasan a través de la tubería de salida (130) y se dirigen al intercambiador de calor (135), posteriormente los gases contaminados circulan hacia un mecanismo de separación de finos (128) donde se filtran las partículas entre 5pm y lOpm. Los gases que han sido previamente separados de dichas partículas, salen por una tubería de succión (131).

Dicho mecanismo generador de vacío (132) se selecciona del grupo conformador por ventiladores centrífugos (v.g. de rodete con aspas sirocco, inclinadas hacia atrás, inclinadas hacia adelante, rectas, helicoidales), compresores (v.g. reciprocantes, de tomillo, de lóbulos, de múltiple etapa), sopladores, o combinaciones de los anteriores. Dicho mecanismo generador de vacío (132) pude ser un ventilador centrífugo conectado al final del dispositivo deshidratador transportando los gases residuales del cilindro deshidratador (100) por tiro forzado al generar vacío disminuyendo la presión intema del dispositivo deshidratador garantizando la transferencia de masa desde la fase líquida a la fase gaseosa.

Es importante mencionar que de acuerdo a la forma que tengan las aspas o los álabes del rotor del ventilador centrífugo, este tendrá la capacidad de incrementar o mantener la presión del aire que sale de dicho ventilador centrífugo, respecto a la presión del aire que ingresó.

Por otro lado, el ventilador centrífugo puede tener un sensor de vacío que permite verificar la presión negativa dentro del sistema.

Preferiblemente, el ventilador centrífugo puede seleccionarse entre ventilador con palas alabeadas hacia delante, ventilador con palas inclinadas hacia atrás: de alto rendimiento y alta presión, ventilador de álabes radiales, ventilador axial o helicoidal, ventiladores tipo propulsor.

Adicionalmente, el mecanismo generador de vacío (132) podría tener una potencia de 100 hp, desarrollar una velocidad angular de 800rpm a l300rpm y tener un flujo entre 8m ³ /s a l2m ³ /s, permitiendo el arrastre continúo de los gases y partículas finas hacia el final del dispositivo deshidratador.

Haciendo referencia a la FIG.2 y a la FIG.4, en una realización de la invención el dispositivo deshidratador pude incluir un mecanismo generador de vacío (132) que tiene una descarga (133) conectado a una chimenea (134). Dicha chimenea (134) conectada al generador de vacío (132) permite evacuar los gases del sistema deshidratador por convección térmica, por ende la posición de la chimenea es completamente vertical, que puede alcanzar una altura de 15 metros. Por otra parte, la temperatura que alcanzan los gases en la chimenea (134) es entre l00°C a l l5°C, debido a que el intercambiador de calor (135) al separar el agua de los gases contaminados baja la temperatura de los gases, en este punto las partículas que aún se encuentran en los gases son menores a 5pm. Además, la chimenea (134) puede tener un sensor que permite controlar la temperatura de los gases de combustión, vapor de agua y establecer un límite de emisión de contaminantes para mantenerlos según regulación ambiental vigente.

Preferiblemente, el material de la chimenea (134) puede seleccionarse del grupo compuesto por metales como diferentes tipos de acero o aleaciones de aluminio, materiales compuestos, materiales cerámicos, y otros equivalentes que sean conocidos por una persona medianamente versada en la materia.

Adicionalmente, algunos tipos de acero que pueden ser utilizados son los aceros al carbono, aceros al cromo, aceros al cromo-níquel, aceros inoxidables como el acero inoxidable 301, acero inoxidable 302, acero inoxidable 304, acero inoxidable 316, acero inoxidable 405, acero inoxidable 410, acero inoxidable 430, acero inoxidable 442, acero aleado con manganeso. También pueden usarse fundiciones de hierro, hierro galvanizado, aleación de níquel-cromo-molibdeno-tungsteno, aleaciones ferrosas al cromo-molibdeno, etc.

Por otra parte, la presente invención incluye un método de deshidratación de lodos y/o cortes (en adelante método), el cual comprende las siguientes etapas:

a) suministrar lodos y/o cortes y una corriente de aire a un cilindro deshidratador (100); donde flujo másico de aire es entre 10 y 200 veces el flujo másico de lodos y/o cortes;

b) deshidratar los lodos y/o cortes hasta que tenga un 25% de humedad mediante una primera región longitudinal (106) del cilindro deshidratador (100), generando una corriente de lodos y/o cortes parcialmente seca y una corriente de gases contaminados, donde primera región longitudinal (106) tiene una temperatura de operación superior a l00°C; y

c) transportar los lodos y/o cortes parcialmente secos de la etapa b) a lo largo del cilindro deshidratador (100) mediante una pluralidad de paletas tipo“T” (109) localizadas en una superficie intema de una segunda región longitudinal (107) del cilindro deshidratador (100), donde la segunda región longitudinal (107) se ubica contigua a la primera región longitudinal (106).

En la etapa a) del método se suministran lodos y/o cortes y una corriente de aire a un cilindro deshidratador (100); donde el flujo másico de aire es entre 10 y 300 veces el flujo másico de lodos y/o cortes; en esta etapa una bomba transfiere los lodos y/o cortes que contienen partículas de hasta 38mm de diámetro desde una tolva (147) a la entrada (101) del cilindro deshidratador (100).

La relación del flujo másico de lodos y/o cortes y el flujo másico de aire depende de las condiciones de humedad y temperatura del aire, así como el coeficiente de transferencia de calor dentro del cilindro, el cual depende de la velocidad del aire, la viscosidad de los lodos y/o cortes y de la temperatura del aire.

Por ejemplo, si se tiene aire con humedad relativa inferior al 40% tendría una mayor capacidad de absorber el agua de los lodos y/o cortes que una corriente de aire con humedad relativa mayor al 80%. De acuerdo con lo anterior, la relación entre el flujo másico de lodos y/o cortes y el flujo másico de aire depende de las condiciones ambientales que determinan la humedad y temperatura del aire.

En caso de que las condiciones ambientales proporcionen aire con humedad relativa cercana al 90%, por ejemplo, en zonas de bosque húmedo tropical, o selváticas, el aire que se suministra al cilindro deshidratador (100) puede pre-tratarse mediante procesos de deshidratación y precalentamiento, tales como deshumidificación por enfriamiento por posterior calentamiento a presión constante, o deshumidificación por adsorción o absorción, métodos similares conocidos por una persona versada en la materia o combinaciones de los mismos.

Adicionalmente el tiempo de residencia de lodos y/o cortes tiempo de residencia en el dispositivo deshidratador, puede influir en la tasa de secado, la eficiencia del proceso y la calidad final de la deshidratación de lodos y/o cortes. Si el flujo de masa aumenta, el producto final será, en general, de mejor calidad. Por otra parte, hay un aumento del consumo de energía específica, esto es, de la energía que se necesita para evaporar una unidad de masa de agua y una disminución de la eficiencia térmica de la deshidratación, porque los lodos y/o cortes que pasan por el dispositivo deshidratador con mayor velocidad pierden menos humedad y la deshidratación puede resultar insuficiente. El manejo adecuado de la velocidad del producto tiene importancia fundamental en el secado. Adicionalmente, la selección de variables físicas como diámetro del cilindro deshidratador, velocidad angular e inclinación influye en el tiempo de residencia de los lodos y/o cortes dentro de dicho cilindro, lo cual afecta el tiempo de contacto que tienen los lodos y/o cortes con el aire.

También, la bomba (148) de transferencia de lodos y/o cortes preferiblemente tiene una capacidad de bombeo entre 25 m ³ /h a 45 m ³ /h y entre 800 psi a 1500 psi. La bomba (148) de transferencia de lodos y/o cortes tiene un rango de alimentación que preferiblemente varía entre 3strokes a 32 strokes por minuto.

Adicionalmente, la variación en los strokes de alimentación está directamente relacionada a la calidad de los lodos y/o cortes recibidos; es decir que a mayor humedad en los lodos y/o cortes de alimento menor deben ser los strokes, esto con el fin de garantizar el tiempo de exposición a la llama directa.

El conducto de transferencia de la bomba (148) está conectado a la tapa (103) dicha tapa está fija y no realiza un movimiento giratorio junto con el cilindro deshidratador (100). La tapa (103) tiene una tolerancia entre 20mm a 30mm respecto a la entrada (101) del cilindro deshidratador (100). Por medio de esta tolerancia puede ingresar al cilindro deshidratador (100) una relación de aire entre 20 a 100 veces mayor al flujo másico de lodos y/o cortes, la cual no representa la totalidad de aire que ingresa al cilindro deshidratador.

El cilindro deshidratador (100) se apoya sobre una superficie horizontal (114), donde el cilindro deshidratador (100) conforma un ángulo entre 2 ^o a 5 ^o con la horizontal permitiendo que los lodos y/o cortes se desplacen hacia la salida (102) del cilindro deshidratador (100), facilitando el desplazamiento de los lodos y/o cortes desde la primera región longitudinal (106), donde acontece la etapa b), a la segunda región longitudinal (107), donde acontece la etapa c), y a una posible tercera región longitudinal (108).

Las propiedades físicas y químicas de los lodos y cortes de salida dependen de los parámetros de operación del cilindro deshidratador (100), debido a que la velocidad de avance de una partícula sólida en los lodos y/o cortes se relaciona con la velocidad de rotación y el ángulo de inclinación del cilindro deshidratador (100). En una realización de la presente invención esta rotación varía entre 3rpm y l2rpm.

Las relaciones que influyen en la deshidratación, cuando se deshidratan lodos y/o cortes con aire forzado, son: la temperatura y la humedad relativa ambiente, la temperatura y el flujo de aire caliente, el contenido de humedad inicial y la temperatura. Por esta razón cuanto más elevado sea el contenido de humedad de los lodos y/o cortes, mayor será la cantidad de agua evaporada por unidad de energía.

Por otra parte, en la etapa b) del método, se deshidratan los lodos y/o cortes hasta que tengan un 25% de humedad mediante una primera región longitudinal (106) del cilindro deshidratador (100), generando una comente de lodos y/o cortes parcialmente seca y una comente de gases contaminados, donde la primera región longitudinal (106) tiene una temperatura de operación que puede ser entre l00°C y l50°C, entre 800°C a l200°C o mayor a 2000°C. Preferiblemente la temperatura de operación en la primera región longitudinal (106) al interior del cilindro deshidratador (100) no debe superar los l200°C, pues al superar l200°C pueden generarse gases de NOx.

Una temperatura de operación entre l00°C y 800°C al interior del cilindro deshidratador (100) puede generarse con medios de calentamiento como calentadores de tubos radiantes, calentadores por resistencias eléctricas, calentadores de inducción, dispositivos emisores de microondas, quemadores de premezcla y quemadores (119) tipo jet.

Se entenderá en la presente invención que la temperatura de operación se refiere a la temperatura máxima del aire en determinada parte del método. En el caso particular de que el medio de calentamiento sea un quemador (119) tipo jet, la temperatura máxima de operación en la etapa b) se refiere a la temperatura de llama, la cual puede determinarse por instrumentos de medición como pirómetros y termómetros.

Particularmente, a una temperatura superior a l00°C se propicia que el aire transfiera calor a los lodos y/o cortes para lograr deshidratarlos. Sin embargo, para tener mayores tasas de transferencia de calor, es preferible tener una temperatura de operación entre 500°C y 2000°C.

Este rango de temperaturas puede lograrse con quemadores (119) tipo jet que operen con combustibles como gas licuado de petróleo, metano, butano, propano, gas natural, gas de síntesis, carbón pulverizado (v.g. sub-bituminoso, bituminoso), o combinaciones de los mismos. También, los quemadores (119) pueden usar aire enriquecido con oxígeno adicionado, para lograr aumentar la temperatura de llama. El aire enriquecido puede tener una concentración de oxígeno entre 20% y 40%.

Haciendo referencia a la FIG.7, en una realización de la invención se utiliza una llama directa, la cual se localiza dentro del cilindro deshidratador (100) fijado concéntricamente a la tapa (103), los lodos y/o cortes se elevan mediante unas paletas tipo“canal” (110) de la primera región longitudinal (106) del cilindro deshidratador (100), y cae libremente, entrando en contacto directo con la llama. En esta primera región longitudinal (106) la temperatura de operación es entre 800°C y l500°C donde los lodos y/o cortes alcanzan su punto de ebullición logrando una humedad del 25%. Dicha llama directa es emitida por un quemador (119) que preferiblemente es un quemador tipo jet, cuya temperatura en la salida del quemador (119) alcanza los 800 °C. La llama del quemador (119) puede generar entre 234456.86 W (800.000 BTU/h) hasta 1611890.88 W (5.5 millones de BTU/h). Preferiblemente para alcanzar que los lodos y/o cortes lleguen a una deshidratación del 75% el quemador podría generar 1436048.24 W (4.9 millones de BTU/h).

Antes de que los lodos y/o cortes caigan directamente sobre la llama, los lodos y/o cortes presentan un porcentaje de humedad entre el 40% y 75%. Debido a la concentración de agua en los lodos y/o cortes es posible que al caer sobre la punta del quemador (119) que emite la llama puede ser apagada. Para evitar apagar la llama durante el proceso de deshidratación se obstruye la caída directa de lodos y/o cortes sobre la punta del quemador (119) que emite la llama, mediante una lámina o placa, que evita que la llama se apague con la caída directa de los lodos y/o cortes.

Preferiblemente, el quemador (119) opera con una relación de aire combustible entre de 10 kg de aire por 1 kg de combustible y 30 kg de aire por 1 kg de combustible. Por lo anterior, ingresan 30 kg de masa de aire al quemador (119) para mantener una relación de aire combustible de 900 kg.

Haciendo referencia a la FIG.7, las paletas de deshidratación (110) tipo“canal” tiene un ángulo entre 40° y 55° respecto al eje longitudinal (138) del cilindro deshidratador (100), este ángulo permite contener los lodos y/o cortes mientras el cilindro deshidratador gira sobre su eje longitudinal (138) elevando los lodos y/o cortes al punto más alto para luego dejar caer los lodos y/o cortes directamente sobre la llama.

También, en la etapa b) se exponen los lodos y/o cortes a la llama directa mediante unas paletas de deshidratación (110) tipo “canal”, localizadas en la primera región longitudinal (106) del cilindro deshidratador (100), las cuales retienen los lodos y/o cortes por medio de dos tabiques con una longitud entre lm a l,2m, y los elevan dejándolos escurrir sobre la llama directa.

Preferiblemente, en la etapa b) se tiene una subetapa bl) que consiste en obstruir el flujo de lodos y/o cortes alrededor del quemador (119). Esto es importante para evitar que los lodos y/o cortes caigan cerca de la boca de la antorcha del quemador (119), lo cual podría ocasionar desprendimiento de llama o extinción de la misma. Lo anterior es peligroso porque en un lapso no controlado, se ingresaría combustible y aire sin reaccionar dentro del cilindro deshidratador (100), lo cual podría generar una acumulación de combustible y oxidante que produciría una deflagración no controlada que podría comprometer estructuralmente el cilindro deshidratador (100).

Preferiblemente los lodos y/o cortes a deshidratar y los gases fluyen en la misma dirección. De esta manera, los gases calientes resultantes de la combustión del aire y el combustible, entran en contacto con los lodos y/o cortes a deshidratar cuando están más húmedos y a menos temperatura. Como consecuencia del elevado gradiente de temperatura, entre los gases y los lodos y/o cortes húmedos se genera el flujo de calor más alto dentro del cilindro deshidratador (100), lo cual produce que la mayor parte de la humedad se elimine en la primera región longitudinal (106) del dispositivo deshidratador.

En el proceso de deshidratación de la presente invención, puede elevarse la temperatura de los gases de entrada, precalentando el cilindro deshidratador (100) a una temperatura entre 500°C y l000°C durante un período entre 2min a 5min para alcanzar las temperaturas de ebullición de los lodos y/o cortes con el fin de conseguir una acción de deshidratación más intensa, sin pequdicar los lodos y/o cortes a deshidratar.

Adicionalmente, para lograr un mayor rendimiento de deshidratación la diferencia de temperatura entre los gases calientes y los lodos y/o cortes a deshidratar es más pequeña en los deshidratadores cilindricos de flujo a contracorriente que en los de flujo paralelo. Como consecuencia de ello el rendimiento de deshidratación es mayor en los deshidratadores de flujo paralelo como el de la presente invención.

Por otro lado, en la etapa c) del método se transportan los lodos y/o cortes parcialmente secos de la etapa b) a lo largo del cilindro deshidratador (100) mediante una pluralidad de paletas tipo“T” (109) localizadas en una superficie intema de una segunda región longitudinal (107) del cilindro deshidratador (100), donde la segunda región longitudinal (107) se ubica contigua a la primera región longitudinal (106).

De acuerdo a lo anterior, la configuración de la paleta transportadora tipo“T” (109) contiene y evita el escurrimiento de los lodos y/o cortes mientras el cilindro deshidratador (100) rota sobre su eje longitudinal (138). Esto se logra por la configuración de la paleta tipo “T” (109) compuesta por una lámina (112), dos secciones laterales que sobresalen de la región central de la lámina (112) que describen un ángulo entre 50° y 60° respecto a la lámina (112), donde el soporte (113) se conecta entre la lámina (112) y la superficie intema de la segunda región longitudinal (107) del cilindro deshidratador (100).

También la paleta tipo“T” (109) recibe los lodos y/o cortes con un 40% a un 75% de deshidratación de la primera región longitudinal (106) y los transporta hacia la salida (102) del cilindro deshidratador (100).

En particular el uso de la paleta tipo“T” (109) permite incrementar las superficies en contacto con los lodos y/o cortes al interior del cilindro deshidratador (100), adicionales a la cara intema del cilindro deshidratador (100). Cada paleta tipo“T” (109) transporta entre el 4% al 5% del total de lodos y/o cortes ingresados al cilindro deshidratador (100).

En una realización de la invención en la etapa c) se transportan lodos y/o cortes a una tercera región longitudinal (108) del cilindro deshidratador (100), que comprende paletas transportadoras (111) tipo“J”.

Haciendo referencia a la FIG.9, la paleta de transportadora (111) tipo“J” permite que los lodos y/o cortes se desplacen eficientemente desde la segunda región longitudinal (107) del cilindro deshidratador (100), dicha tercera región longitudinal (108) representa entre el 70% y el 80% de la superficie interna del cilindro deshidratador (100). En esta región los lodos y/o cortes comienzan espontáneamente a formar gránulos, llegando a una etapa granular aproximadamente del 60% al 80% de su composición total. Adicionalmente, la temperatura en la tercera región longitudinal (108) es entre 300°C a 400°C. En dicha etapa c) la temperatura ideal es de 380°C para obtener lodos y/o cortes con una humedad de 25%.

En una realización de la presente invención el secado de un barril de lodos y/o cortes requiere el uso de 3gal a 4gal de gas licuado de petróleo.

Por otra parte, después de la etapa c), el método de la presente invención puede incluir una etapa d) que consiste en tratar la corriente de gases contaminados de la etapa b) mediante un mecanismo de separación sólido-gas (122) conectado al cilindro deshidratador (100).

Haciendo referencia a la FIG.4 y a la FIG.5, en la etapa d) se usa una bifurcación (121) y un mecanismo de ciclón (123) que separan las partículas entre a 5pm a 20pm de diámetro de los gases contaminados residuales de la deshidratación de los lodos y/o cortes en el cilindro deshidratador (100). La bifurcación (121) tiene dos salidas, una salida superior (154) y una salida inferior (155) donde los gases contaminados asciendan y se dirigen a un mecanismo de ciclón (123) mediante la salida superior de la bifurcación (121).

Preferiblemente, la temperatura de los gases contaminados dentro de la bifurcación (121) es entre 260°C a 320°C garantizando un porcentaje de humedad de los lodos y/o cortes del 25%, esto gracias a la exposición de los lodos y/o cortes dentro del cilindro deshidratador (100) a la llama directa y al aire caliente. Durante dichas exposiciones se elimina entre un 65% a 75% de humedad y posteriormente se separan los gases de los residuos sólidos en la bifurcación (121).

Haciendo referencia la FIG.5, el mecanismo de separación sólido-gas (122) comprende un mecanismo de ciclón (142) ubicado detrás de la bifurcación (121) y se conecta con la salida superior (154) de la bifurcación (121). El mecanismo de ciclón (142) separa partículas con diámetros entre 20 pm a 5pm.

Dentro del mecanismo de ciclón (142), la trayectoria del gas comprende un doble vórtice, en donde el gas describe una espiral descendente en el lado extemo, y ascendente, en el lado intemo. La espiral descendente arrastra las partículas sólidas gmesas, mientras que la espiral ascendente lleva consigo gas y partículas sólidas menores a 5pm.

Adicionalmente, las partículas gmesas mayores a 5pm salen por la salida inferior (125) hacia un recipiente recolector (126), mientras que los gases contaminantes con sólidos menores a 5pm, salen a través de la tubería de salida superior (130).

También, la tubería de salida superior (130) se encarga de captar la corriente de gas del vórtice interno de los ciclones y evita que ingrese el gas que entra a través de la entrada del mecanismo de ciclón (142).

Los ciclones de alta capacidad que comprende el mecanismo de ciclón (142) están garantizados solamente para remover partículas mayores de 20pm, aunque en cierto grado ocurra la colección de partículas más pequeñas. Sin embargo, en el caso de tener multiciclones (varios ciclones conectados en paralelo), se puede alcanzar eficiencias de recolección entre 80% y 95% para partículas de tamaño mayor a 5pm.

En una realización de la invención, la cantidad de material particulado proveniente de los ciclones es del 0,5% al 2% de la cantidad total de lodos y/o cortes ingresados, es decir que por cada 100 barriles de lodos y/o cortes ingresados al proceso es posible obtener 0,5barriles a 2barriles de lodos y/o cortes con un porcentaje de finos aproximadamente del 28,19%. Con este sistema de precipitación de material particulado, se evita la emisión de dicho material al ambiente.

El método de la presente invención puede incluir una etapa e) posterior a la etapa d) que consiste en separar un vapor de agua presente en los gases contaminados mediante un mecanismo de intercambio de calor (135) conectado al mecanismo de separación sólido-gas (122).

Haciendo referencia a la FIG.5, el mecanismo de intercambio de calor (135) está conectado al mecanismo de ciclón (123) mediante la tubería de salida superior (130) del mecanismo de ciclón (142). El mecanismo de intercambio de calor (135) tiene una entrada (141) unida a la tubería de salida superior (130) para el ingreso de los gases contaminados y una salida (153) para los gases contaminados con menos concentración de partículas sólidas.

El mecanismo de intercambio de calor (135) posee al menos cuatro entradas (156) para el ingreso de refrigerante que preferiblemente es aire. El fluido de gases contaminados pasa a través de los tubos y aletas difusoras adheridas a los tubos que ayudan a romper con el flujo laminar para así promover una transferencia de calor eficiente desde el fluido hacia las paredes del tubo. El metal utilizado en la fabricación preferiblemente tiene una alta conductividad térmica.

También, el mecanismo de intercambio de calor (135) tiene una inclinación entre 10° a 20° , respecto a la horizontal, en la base del mecanismo de intercambio de calor (135), con el fin de llevar el agua condensada de los gases contaminados a una de sus esquinas para una fácil depuración del mecanismo de intercambio de calor (135).

Por otro lado, el método de la presente invención puede tener una etapa f) que consiste en retirar de la corriente de gases contaminados un material particulado mediante un mecanismo de separación de finos (128) conectado al mecanismo de intercambio de calor (135), y generar una corriente de gas limpio con un contenido de material particulado inferior al 30%, donde el material particulado de la corriente de gas limpio tiene un diámetro inferior a 5pm.

En una realización de la invención, el mecanismo de separación de finos (128) realiza el filtrado de gases contaminados empleando un filtro de mangas (145) preferiblemente mediante pulsos breves de aire. En una realización de la invención, dichos pulsos de aire se emiten cada 0.03s a O.ls a una presión relativa de 60psig a 100 psig. Adicionalmente el filtro de mangas (145) es un aditamento utilizado para la separación solido-gas mediante un medio poroso. Su objetivo es eliminar las partículas sólidas que arrastra una corriente gaseosa haciéndola pasar a través de un tejido poroso. Preferiblemente, dentro del mecanismo de separación de finos (128) el aire alcanzará una velocidad máxima de operación es de 2553 m/s y una velocidad mínima de operación es de 1276 m/s.

En una realización de la invención el proceso de control de material particulado se realiza por medio de 100 filtros de mangas (145) y se puede establecer que el volumen obtenido es del 0.3% es decir que por cada 100 barriles de lodos y/o cortes ingresados al sistema se obtienen 0.3 barriles de polvo fino con 44,38% de finos.

Por otro lado, en la entrada (129) del mecanismo de separación de finos (128) se dispone una malla (151) la cual está situada sobre la entrada (129). Dicha malla (151) separa las partículas de mayor tamaño, aumentar la velocidad de ingreso de los gases contaminados, reduce el flujo laminar y lo vuelve turbulento con el fin de distribuir los gases contaminados de manera uniforme en dirección a las mangas.

El método de la presente invención puede tener una etapa g) posterior a la etapa f), la cual consiste en sacar el gas limpio a través de una chimenea mediante un mecanismo generador de vacío (132).

El mecanismo generador de vacío (132) pude ser un ventilador centrífugo conectado al final del dispositivo deshidratador transportando los gases residuales del cilindro deshidratador (100) por tiro forzado al generar vacío disminuyendo la presión intema del dispositivo deshidratador garantizando la transferencia de masa desde la fase líquida a la fase gaseosa.

El ventilador centrífugo modifica la dirección del aire en un ángulo de 90°, es decir, el aire entra en el ventilador con un determinado ángulo, normalmente entre 80° y 90°, con dirección axial al plano de giro de las aspas y sale al exterior con un desfase de 90 ^a grados, entre 0 ^o y 10°, en dirección radial.

En una realización de la invención el dispositivo deshidratador pude incluir un mecanismo generador de vacío (132) que tiene una descarga (133) conectado a una chimenea (134).

Dicha chimenea (134) conectada al generador de vacío (132) permite evacuar los gases del sistema deshidratador por convección térmica, por ende la posición de la chimenea es completamente vertical y puede alcanzar una altura de 15 metros. También, la temperatura que alcanzan los gases en la chimenea (134) es entre l00°C a l l5°C, en este punto las partículas que aún se encuentran en los gases tienen un diámetro entre 5 mih y 15 mih .

Ejemplo 1:

Transporte de cortes desde pozo hasta la base de un dispositivo deshidratador:

Se recibieron almacenaron y trataron un total de 3350 barriles de cortes a lo largo de 15 días, dichos barriles presentaron una humedad promedio de 68%. Los cortes son predominantemente arcillosos y su humedad oscila entre 57% hasta 80%.

Estos 3350 barriles de cortes se recibieron en grupos de 250 barriles en un recipiente de almacenamiento ubicado en la zona asignada para la construcción del dispositivo deshidratador.

Alimentación de cortes al cilindro deshidratador:

Estos cortes fueron transferidos desde la tolva de alimentación hasta el cilindro deshidratador (100) rotario por medio de una bomba de transporte de cortes y su tasa de alimentación vario de 3 strokes a 32 strokes por minuto.

La tasa de alimentación de cortes al cilindro deshidratador (100) fue una variable de vital importancia ya que marcó la pauta entre el tiempo de residencia de los cortes y la humedad a la salida de los mismos.

La variación en los strokes de alimento está directamente relacionada a la calidad del corte recibido; es decir que a mayor humedad en el corte de alimento menor deben ser los strokes, esto con el único fin de garantizar un tiempo suficiente de exposición a la llama directa.

Rotación del cilindro transportador de cortes:

Una variable que determina la calidad del corte de salida es la rotación del cilindro deshidratador (100), esta rotación se varió desde 3rpm hasta l2rpm.

Aplicación de llama directa: Se utilizó un quemador de gas licuado de petróleo el cual se puede variar entre 800.000 BTU/h hasta 5.5 millones de BTU/h.

Igual que las variables anteriores su configuración de trabajo depende de la humedad inicial del corte a tratar, sin embargo se logró la mejor calidad de corte a la salido con 4.9 millones de BTU/h.

En cuanto al combustible se obtuvieron los siguientes consumos por día de prueba en el pozo Jacana 6:

De la tabla anterior se puede establecer que el consumo promedio por barril tratado es de 3.01 galones por barril de lodos y/o cortes húmedos.

Control de material particulado en el mecanismo de ciclón y el mecanismo de separación de finos:

Se pudo establecer de forma experimental que la cantidad de material particulado proveniente de los ciclones fue del 1% del valor del alimento, es decir que por cada 100 barriles alimentados al proceso se obtuvo 1 barril de cortes con un porcentaje de finos del 28,19%.

Con este sistema de precipitación de material particulado, se evitó que se generaran emisiones al ambiente.

Para el proceso de control de material particulado por medio del sistema de 100 mangas se pudo establecer experimentalmente que el volumen obtenido es del 0.3% es decir que por cada 100 barriles de cortes alimentados al sistema se obtuvieron 0.3 barriles de polvo fino con 44,38% de finos.

Durante la prueba se determinó que el volumen de procesamiento con el cual se logra la saturación de las mangas es de 2200 barriles, esta saturación la corroboro con el diferencial de presión antes y después del paso por las mangas, el diferencial detectado fue de 20 psi. Una vez procesados los 2200 barriles se procedió a realizar la respectiva limpieza de las mangas y se verifico nuevamente el diferencial de presión el cual regreso a 0.5 psi.

Resumen de la prueba realizada:

A continuación se presentan en tablas los parámetros del dispositivo de deshidratación usado en el anterior ejemplo 1, y posteriormente los parámetros del dispositivo de deshidratación usado en un ejemplo 2.

Se debe entender que la presente invención no se halla limitada a las modalidades descritas e ilustradas, pues como será evidente para una persona versada en el arte, existen variaciones y modificaciones posibles que no se apartan del espíritu de la invención, el cual solo se encuentra definido por las siguientes reivindicaciones.