El oro negro y los motores extremos

El petróleo es el oro negro de la Tierra. Para llegar hasta este tesoro son necesarias innovadoras y modernas tecnologías de extracción de petróleo y gas natural. Las condiciones a las que están sujetos los materiales en perforaciones profundas son extremas: temperaturas de hasta 200 gra-dos, vibraciones y altas presiones. Los motores maxon llevan a cabo diferentes tareas: se em-plean, por ejemplo, para accionar controladores de válvulas, mecanismos de activación y apara-tos de medición.

Casi ningún vehículo se desplaza hoy en día sin combustible y muchas calefacciones no funcionarían sin petróleo. En resumen: más del 85 por ciento del consumo mundial de energía está basado en las tres fuentes de energía fósiles: petróleo, gas y carbón. Sin embrago, para llegar hasta estos valiosos recursos de nuestra Tierra es necesario perforar cada vez a mayores profundidades, lo que no es una tarea fácil. La tecnología de la perforación profunda (llamada “Downhole Drilling” en el sector de la exploración de petróleo y gas) permite la extracción de petróleo y gas a profundidades de más de 2.500 m. En combina-ción con la tecnología de perforación direccional (la orientación dinámica de una perforación profunda), permite la explotación de yacimientos, hasta ahora inaccesibles, a profundidades de perforación de aprox. 5.000 metros y longitudes de hasta 11.000 metros.

El petróleo es una fuente de energía finita, pero no es posible imaginarse la vida moderna sin él. Por ello, en muchas regiones del mundo se extrae el oro negro de las entrañas de la Tierra. Por ejemplo, en EE. UU., Rusia, Inglaterra, China y Oriente Próximo hay numerosas instalaciones de extracción de petróleo y gas, tanto en tierra como en el mar, que producen a diario varios miles de barriles de petróleo o gas. El pozo de perforación para la extracción de petróleo más largo del mundo tiene actualmente (fe-brero de 2008) 11.680 metros de longitud (fuente: Wikipedia). Se realizó en el año 2007 en el curso de la de la explotación del campo petrolífero de Chayvo, frente a la costa norte de Sajalín (Rusia). Este campo petrolífero se encuentra a unos 2.500 metros de profundidad, pero a varios kilómetros de distancia de la costa. La explotación principal tiene aquí lugar mediante perforaciones direccionales desde tierra firme.

El lodo sirve de propulsión

Todas las perforaciones tienen algo en común: los requisitos que deben cumplir los materiales son muy exigentes. En particular, las cabezas perforadoras deben soportar condiciones extremas. Las condiciones de temperatura y presión que imperan a estas profundidades, en combinación con las fuertes vibraciones que se producen durante el proceso de perforación, hacen que el empleo de motores eléctricos se con-vierta en un verdadero desafío. Las condiciones a varios kilómetros bajo la superficie de la Tierra crean cualquier cosa menos un entorno favorable para la tecnología. A temperaturas de hasta 200 grados de-ben emplearse robustos materiales, los cuales realizan su trabajo con una fiabilidad del 100 por cien in-cluso a estas elevadas temperaturas.

El motor EC 22 HD (Heavy Duty) cumple todos los requisitos para estas extremas condiciones ambienta-les. Desarrollado para los excepcionalmente exigentes requisitos en la tecnología de la perforación pro-funda, este motor conmutado electrónicamente resiste las duras condiciones en las que fracasarían los motores “normales”. Hoy en día, el desarrollo continuo de la electrónica y de los motores permite contro-lar y dirigir mejor muchas funciones durante todo el proceso de perforación. Por ejemplo, la turbina de la herramienta de perforación es accionada por el caudal de lodo. Mediante un acoplamiento magnético, los motores se convierten en generadores y suministran la energía eléctrica para diferentes funciones motri-ces. Gracias a este sistema autárquico es posible prescindir de baterías de litio, caras y nocivas para el medio ambiente. Con ayuda del EC 22 HD es posible medir dinámicamente (MWD/Measurement While Drilling) y ajustar la posición de la cabeza perforadora durante el proceso de perforación. Esta medición se realiza por medio de acelerómetros, sensores de inclinación y otros instrumentos, los cuales propor-cionan una exacta descripción de la posición de la cabeza perforadora. Pero, ¿cómo llegan los valores medidos hasta la superficie?. Para ello, la tecnología MWD convierte los datos en pulsos, los cuales se transmiten a la plataforma petrolífera. Este sistema está accionado por electroimanes o motores HD. Además, diversas herramientas de perforación profunda están provistas de válvulas o compuertas hidrá-ulicas accionadas por motores electromecánicos.

Para el EC 22 HD hay también un reductor adecuado: el GP 22 HD (Imagen 3). Muchas aplicaciones, especialmente en perforaciones profundas, precisan de un robusto reductor que cumpla los requisites de forma precisa. La mayoría de las aplicaciones subterráneas requieren altos pares para un tiempo de fun-cionamiento a veces muy corto (control de válvulas, movimiento de compuertas). Una propiedad especial de los reductores son los orificios integrados, necesarios para el flujo libre de aceite. Esto es debido a que el reductor, al igual que el motor, puede funcionar en aceite. Las diferentes versiones del EC 22 han sido optimizadas para el funcionamiento en aire o en aceite (en baño de aceite hidráulico).

Los motores se construyen sin adhesivo y no tienen un sistema de conmutación mecánica. De esta ma-nera, el motor puede soportar temperaturas extremas y tiene un rendimiento estable incluso en alto vacío. La potencia nominal depende del medio circundante y es de 80 W en aire y, debido a una disipación de calor considerablemente más elevada, 240 W en aceite. Estos motores están diseñados para temperatu-ras ambiente superiores a 200 grados y una presión atmosférica de hasta 1.700 bar. Si los motores están refrigerados por aceite, pueden soportar temperaturas de incluso +240 grados. Otras de las exigencias que deben cumplir estos motores con un diámetro de 22 milímetros son la resistencia contra vibraciones de hasta 25 Grms, así como contra impactos y sacudidas equivalentes a 100 veces la aceleración de la gravedad (100 G). En comparación, los coches de Fórmula 1 soportan cargas de 2 G y los aviones de combate, de hasta 13 G. Un ser humano es capaz de resistir aprox. 10 G, es decir, diez veces su peso corporal. Estos son valores extremos, y solo los astronautas y los pilotos pueden soportar estas altas cargas durante un cierto tiempo.

Elevado rendimiento incluso a grandes profundidades
Además de una resistencia excepcionalmente alta frente a condiciones atmosféricas extremas en las profundidades, los motores maxon HD disponen también de un rendimiento muy elevado. En aire alcan-zan un rendimiento de hasta el 88 por ciento y en aceite tienen un rendimiento de más del 70 por ciento. Con estas características, el EC 22 puede ser útil en innumerables áreas de aplicación, por ejemplo en las extremas condiciones del espacio exterior. Con sus propiedades de funcionamiento sin rizo de par, los motores disponen de excelentes características de control y son, por ello, los óptimos para tareas de posicionamiento de alta precisión en el espacio, incluso a bajas revoluciones. Estos motores también se emplearán en un futuro en Venus, ya que la NASA está planificando un viaje espacial con este destino. Allí, el motor deberá soportar temperaturas de hasta 480 grados. Por ello, el desarrollo de los motores de precisión para condiciones extremas sigue su curso.

 © maxon motor ag

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