27-tesis.iq011.r75
TRANSCRIPT
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
1/115
UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NCLEO DE ANZOTEGUI
ESCUELA DE INGENIERA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA
CURSOS ESPECIALES DE GRADO
DISEO DE UNA RED DE DISTRIBUCIN DE GAS NATURAL PARA
USO DOMESTICO EN EL SECTOR LAS COCUIZAS DEL MUNICIPIO
MATURN DEL ESTADO MONAGAS
Realizado por:
ROCCA MARTNEZ GEOVANNY JOS
Trabajo de Grado Presentado ante la Universidad de Oriente como
Requisito Parcial para Optar al Ttulo de
INGENIERO QUMICO
BARCELONA, AGOSTO DEL 2011
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
2/115
UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NCLEO DE ANZOTEGUI
ESCUELA DE INGENIERA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA
CURSOS ESPECIALES DE GRADO
DISEO DE UNA RED DE DISTRIBUCIN DE GAS NATURAL PARA
USO DOMESTICO EN EL SECTOR LAS COCUIZAS DEL MUNICIPIO
MATURN DEL ESTADO MONAGAS
_____________________________________
ING. ISVELIA AVENDAO
ASESOR ACADEMICO
BARCELONA, AGOSTO DEL 2011
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
3/115
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
4/115
RESOLUCIN
De acuerdo al artculo 44 del Reglamento de Trabajo de Grado
Los trabajos de Grado son de exclusiva propiedad de la
Universidad de Oriente y slo podrn ser utilizados a otros fines con el
consentimiento del consejo de Ncleo respectivo, el cual lo notificar el
Consejo Universitario.
iv
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
5/115
DEDICATORIA
Para Zaida Martnez y Geovanny Rocca (mami y papi), su gran amor y
lucha por sacarme adelante, ha sido lo ms grande y maravilloso que han
hecho en mi vida.
Espero ser digno de tan loable labor.
v
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
6/115
AGRADECIMIENTOS
A Jehov mi Dios, por nunca abandonarme y guiar mis pasos en el
camino del xito. Solamente l sabe lo que esto significa para m.
A mis padres, siempre confiaron en m y jams se rindieron para que
alcanzara esta meta, ste triunfo es de ustedes. Lo Logramos!
A mi hermano, por acompaarme en todo momento, por ser mi amigo
y por darme la oportunidad de ser su gran ejemplo, espero seguir hacindote
sentir orgulloso.
A mis tas Rosa, Esmeralda, Beln y Danni. Han sido mis segundas
madres, me han querido como un hijo y me han apoyado en todo momento.
Espero que tambin sientan ste logro como el de ustedes.
A mi to Jess Garca, mi segundo padre. Siempre faltarn palabraspara describir mi agradecimiento, admiracin y sobre todo mi gran estima por
usted. Gracias por aceptarme en su vida y ayudarme cuando ms lo
necesite.
A mis primos Wilmar, Marianella, Lisbeth, Rosalis, Marcelino, Jos
Daniel, Deivis, Deimer, Dariannys y Oscar Jos. Porque en todo momento
siempre han estado a mi lado y nunca me han fallado. Ms que primos, son y
siempre sern mis hermanos.
vi
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
7/115
A mis sobrinos Moiss, Yailimar, Jos Flix, Lucia y Deiviannys. Por ser
mi inspiracin y llenar de alegras m camino. Dios los cuide y acompae
siempre.
A mi estrellita, gracias por mantener tu brillo intacto, Teodoro
A Antonio Amundaray y a mi Negra, bendito sea el momento en que los
conoc, nada de esto sera igual sin la presencia y ayuda de ustedes. Estar
eternamente agradecido.
Yaire Vargas, Jos Rendn y Luis Corobo, gracias por quererme y
ayudarme cada vez que lo necesite.
A mis hermanos Octavio y Morgan. Por aceptarme como soy y contar
con ustedes en todo momento.
A mis grandes amigos y camaradas de lucha, Tania, Leobelis, Mara
Jos, Rilimar, Blanco, Jorge, Joseph, Pedro, Daniel, Oscar, Sergio, Chacn,
Julio, Andrs, Emil, Jaikall, Hctor, Eduardo, Albert, Simn, Edgar, Carlos,
Alejandro, Juan C. Gracias por todo el afecto y consideraciones que tuvieron
conmigo a lo largo de todos estos aos.
Simplemente soy la
suma de todo lo que me han
dado.
De corazn, gracias
vii
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
8/115
RESUMEN
En el siguiente trabajo se presenta el dimensionamiento de una red de
gas natural para uso domestico, mediante la implementacin de los modelos
matemticos de las ecuaciones de Weymouth, Panhandle y el mtodo de
Hardy Cross, as como tambin la utilizacin del simulador Stoner SynerGEE
Gas 4.3.2 para la comprobacin y optimizacin de los resultados recogidos
con los modelos antes mencionados. Para ello, se describir la ruta de
suministro de gas natural que entra a la ciudad de Maturn y el recorrido de la
misma hasta llegar al punto de distribucin ms cercano de la localidad a
gasificar. Se levantar un plano digital con la informacin del censo catastral
de la zona, donde se ubicaran los usuarios residenciales, comerciales, entre
otros, con la finalidad de calcular la cantidad de gas requerida para satisfacer
la demanda del sector, obtenindose un valor de la misma de 109232 PCND
(de acuerdo con las normas COVENIN), el cual, segn las ecuaciones
planteadas, podr ser transportado por una tubera PEAD de 63 mm de
dimetros, con cadas de presin y valores de velocidad permisibles. Luegocon los perfiles de presin y velocidad aportados por simulador, se proceder
al anlisis de los escenarios de trabajo ms crticos de la red, concretndose
el diseo ms adecuado para el abastecimiento de la comunidad, logrndose
optimizar las cargas en el suministro de gas en un 60% y valores de presin
y velocidad, totalmente aceptables con las premisas planteadas en ste
proyecto.
viii
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
9/115
TABLA DE CONTENIDO
RESOLUCIN ................................................................................................iv
DEDICATORIA ............................................................................................... v
AGRADECIMIENTOS.....................................................................................vi
RESUMEN....................................................................................................viii
TABLA DE CONTENIDO ................................................................................ix
CAPITULO I .................................................................................................... 1
INTRODUCCIN............................................................................................ 1
1.1 Introduccin........................................................................................... 1
1.2 Planteamiento del problema.................................................................. 3
1.3 Justificacin........................................................................................... 5
1.4 OBJETIVOS .......................................................................................... 7
1.4.1 Objetivo General............................................................................. 7
1.4.2 Objetivos Especficos...................................................................... 7
1.5 Antecedentes ........................................................................................ 8
CAPITULO II ................................................................................................. 12
FUNDAMENTOS TERICOS....................................................................... 12
2.1 Gas natural......................................................................................... 12
2.1.1 Clasificacin del Gas Natural........................................................ 13
2.1.2 Gas Metano (Comercial)............................................................... 14
2.1.3 Gas Natural Licuado (GNL) .......................................................... 15
2.1.4 Gas Natural Comprimido (GNC)................................................... 15
2.1.5 Gas Licuado de Petrleo (GLP).................................................... 16
2.1.6 Fracciones Licuables del Gas Natural .......................................... 16
2.1.7 Importancia del Gas Natural ......................................................... 17
2.1.8 Usos del Gas Natural.................................................................... 18
2.2 Reservas de gas en Venezuela........................................................... 20
ix
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
10/115
2.3 Proyecto de Gasificacin Nacional ...................................................... 22
2.4 Transporte del Gas Natural ................................................................. 23
2.4.1 Gasoductos................................................................................... 26
2.4.1.1 Importancia de los Gasoductos.............................................. 27
2.4.1.2 Clasificacin de Gasoductos Dependiendo de la Ubicacin .. 27
2.5 Tipos de tuberas................................................................................. 27
2.5.1 Tuberas de Polietileno ................................................................. 28
2.5.2 Tuberas de Acero ........................................................................ 28
2.5.3 Tuberas de Cobre........................................................................ 29
2.6 Redes de Distribucin de Gas Metano................................................ 30
2.7 Propiedades fsicas de los fluidos ....................................................... 31
2.7.1 Viscosidad .................................................................................... 31
2.7.2 Densidad....................................................................................... 31
2.7.3 Gravedad Especfica de un Gas................................................... 32
2.8 Regimenes de flujo de fluidos en tuberas........................................... 32
2.8.1 Flujo Laminar ................................................................................ 32
2.8.2 Flujo Turbulento............................................................................ 32
2.8.3 Fluidos Newtonianos .................................................................... 33
2.8.4 Fluidos no Newtonianos................................................................ 33
2.8.5 Fluido Compresible ....................................................................... 33
2.8.6 Fluido Incompresible..................................................................... 33
2.8.7 Nmero de Reynolds .................................................................... 34
2.9 Ecuaciones ms importantes empleadas para el transporte y
distribucin de gas natural......................................................................... 34
2.9.1 Ecuacin para Flujo Isotrmico..................................................... 34
2.9.2 Ecuacin de Weymouth................................................................ 36
2.9.3 Ecuacin de Panhandle ................................................................ 38
2.9.5 Factor de Compresibilidad ............................................................ 39
2.9.6. Velocidad de Flujo ....................................................................... 41
x
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
11/115
2.10 Seleccin de La Ecuacin de Flujo ................................................... 42
2.11. Mtodos de clculos para resolver redes de gas ............................. 43
2.11.1 Mtodo de Hardy Cross.............................................................. 43
2.12 Pasos para el Diseo de Sistemas de Transporte y Distribucin de
Gas Natural ............................................................................................... 47
2.12.1. Normas, Cdigos y Estndares ................................................ 47
2.12.2. Clasificacin de rea por densidad poblacional ........................ 47
2.12.3. Presiones del Proceso. .............................................................. 48
2.12.3.1. Mxima Presin de Operacin Permitida ............................ 48
2.12.3.2. Presin Normal de Operacin ............................................. 48
2.12.3.3. Presin de Operacin Futura .............................................. 48
2.12.4. Temperatura del Proceso .......................................................... 48
2.12.4.1. Temperatura de Diseo....................................................... 48
2.12.4.2. Temperatura Normal de Operacin..................................... 48
2.12.5. Demanda de gas. ...................................................................... 49
2.12.6 Dimensionamiento de la Tubera de Transporte......................... 49
2.13. Equipos y accesorios en los sistemas de transporte y distribucion
de gas natural. ....................................................................................... 50
2.13.1 Vlvulas ...................................................................................... 50
2.13.1.1. Vlvulas de seguridad ......................................................... 51
2.13.1.2 Vlvulas de Bloqueo............................................................. 51
2.13.2. Medidores .................................................................................. 52
2.13.3. Regulador .................................................................................. 52
2.13.4 Acometidas ................................................................................. 52
2.13.5 Estaciones de Regulacin y Medicin ........................................ 52
2.14. Herramientas tecnologicas para el diseo de la red de distribucion y
transporte de gas naturalpara uso domestico. .......................................... 53
2.14.1. AutoCAD 3D 2010 ..................................................................... 53
2.15.2. Stoner SYNERGEE 4.3.2 .......................................................... 54
xi
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
12/115
CAPITULO III ................................................................................................ 56
MARCO METODOLGICO.......................................................................... 56
3.1 Tipo de Investigacin........................................................................... 56
3.2 Diseo de la Investigacin................................................................... 57
3.3 Instrumentos y Tcnicas de Recoleccin de Informacin.................... 57
3.4 Procedimiento Metodolgico ............................................................... 58
CAPITULO IV................................................................................................ 60
DESARROLLO DEL PROYECTO ................................................................ 60
4.1 Documentacin de la investigacin ..................................................... 60
4.2 Diagnostico de la situacin actual ...................................................... 61
4.2.1 Descripcin del rea a gasificar.................................................... 61
4.2.2 Sistema actual de distribucin de gas en el municipio Maturn..... 62
4.3 Bases de diseo para la elaboracin de la red de distribucin de gas
natural para uso domestico. ...................................................................... 64
4.3.1 Determinacin de la demanda para el rea a gasificar................. 64
4.3.2 Presiones de Operacin de la Red. .............................................. 67
4.3.2.1 Cada de presin admisible.................................................... 67
4.3.3 Dimetros de Tuberas. ................................................................ 68
4.3.4 Velocidad Mxima de Operacin. ................................................. 68
4.3.5 Diseo de las Tuberas. ................................................................ 68
4.4 Dimensionamiento de la red a partir de los modelos matemticos
planteados................................................................................................. 69
4.4.1 Ecuacin de Weymouth................................................................ 71
4.4.2 Ecuacin de Panhandle. ............................................................... 72
4.4.3 Mtodo de Hardy Cross. ............................................................... 734.5 Modelo de Simulacin de la red. ......................................................... 73
4.5.1 Diseo del plano digital................................................................. 73
4.5.2 Software Stoner SynerGEE Gas 4.3.2.......................................... 75
4.5.2.1 Optimizacin de la Demanda de Gas..................................... 76
xii
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
13/115
CAPITULO V................................................................................................. 77
ANALISIS DE RESULTADOS....................................................................... 77
5.1. Caractersticas del gas utilizado......................................................... 77
5.2. Demanda del suministro..................................................................... 77
5.3. Dimensionamiento de la Red ............................................................. 79
5.3.1. Modelos matemticos. ................................................................. 79
5.4. Dimetros para tubera PEAD............................................................ 80
5.3.2. Mtodo de Hardy Cross............................................................... 81
5.4. Simulacin de la Red.......................................................................... 83
5.4.1. Optimizacin de la demanda de gas............................................ 855.4.2. Perfil de presin........................................................................... 86
5.4.3. Perfil de velocidades.................................................................... 87
5.5. Flujograma con el procedimiento para el diseo de la red. ................ 87
5.5.1. Parte I: Diagnostico del rea....................................................... 88
5.5.2. Parte II: Parmetros de diseo ................................................... 89
5.5.3. Parte III: Calculo de la red a travs de los modelos matemticos
............................................................................................................... 90
5.5.4. Parte IV: Dimensionamiento y optimizacin de la red................. 91
CONCLUSIONES...................................................................................... 93
RECOMENDACIONES ............................................................................. 94
BIBLIOGRAFA............................................................................................. 96
METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y ASCENSO:......... 98
xiii
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
14/115
CAPITULO I
INTRODUCCIN
1.1 Introduccin
En los ltimos aos, el gas natural ha pasado a ocupar una posicin
relevante en el escenario energtico mundial. Sin embargo, a pesar de las
cuantiosas reservas gasferas, que ubican a Venezuela entre los primeros
pases a nivel mundial en reservas de gas, no haba sido posible disear
polticas dirigidas que proporcionaran una utilizacin eficiente de esta
potencial fuente energtica. Muestra de ello es la quema y venteo en los
sistemas de alivio de las instalaciones petroleras de hasta un 20% del gas
producido y el incremento del consumo de gas licuado del petrleo, como
combustible domestico, distribuido en cilindros presurizados.
Con base a lo estipulado en la constitucin de la repblica, donde se
plantea el uso eficiente de los hidrocarburos, adems del resguardo delambiente, el estado venezolano enfoca polticas destinadas al cumplimiento
de ste mandato. Teniendo esto en cuenta, a travs de PDVSA S.A, y su filial
PDVSA GAS se crea el plan de gasificacin nacional.
PDVSA GAS, es una empresa encargada de la extraccin, manejo,
transporte, distribucin y comercializacin del gas natural en Venezuela
principalmente para satisfacer la demanda de gas en el mercado, el cual es
transmitido a travs de un sistema de tuberas llamado gasoducto, diseado
y construido para operar con la capacidad de distribuir el fluido en funcin de
su composicin y comportamiento termodinmico bajo condiciones variables
de presin, volumen y temperatura.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
15/115
2
Teniendo en cuenta la importancia del gas natural como recurso
energtico, el bajo impacto que tiene en el ambiental en comparacin con
otros carburantes y as como de un producto final de gran utilidad para los
sectores domestico y comercial, se ha creado el Plan de Gasificacin
Nacional.
ste proyecto tiene como objetivo gasificar 23 estados de la repblica;
fortaleciendo las organizaciones del poder popular y favoreciendo el
desarrollo comunitario, privilegiando dichas organizaciones. elevando lacalidad de vida de la poblacin, dndole prioridad a las comunidades de
menores recursos, garantizando as el suministro continuo de este
combustible, generando empleos, estableciendo una economa del servicio y
tarifas sociales por la construccin de redes de distribucin de gas metano, a
fin de satisfacer la demanda de estos servicios a los sectores domstico y
comercial, a travs de la instalacin de 48.900 Km. de infraestructura de
redes de distribucin, para beneficiar a 3.260.000 familias. Su fecha estimada
de culminacin es en el cuarto trimestre del ao 2016.
Con la finalidad de seguir ampliando el desarrollo del proyecto de
gasificacin nacional, en el estado Monagas se han planteado iniciar los
esfuerzos necesarios para brindar a sus habitantes el anhelado servicio de
gas domestico por tuberas; con cuyas construcciones ser posible disminuir
el consumo de GLP en la regin, disponiendo as el volumen del mismo para
ser utilizado con fines ms lucrativos para la nacin.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
16/115
3
1.2 Planteamiento del problema
Debido a que el gas natural (GN) ha pasado a ocupar una posicin
relevante en el escenario energtico mundial, con un crecimiento continuo de
la demanda. Por su parte, La Repblica Bolivariana de Venezuela,
actualmente est considerada como uno de los pases ms importantes en el
contexto mundial, como suplidor de energa gasfera. Segn PDVSA Gas, las
reservas probadas, sobrepasan los 148 billones de pie cbicos de gas
asociado y 14 billones de pie cbicos de gas no asociado, ms sus reservasprobables y posibles, 64 billones de pie cbicos de gas asociado y 18
billones de gas no asociado lo ubican en el segundo lugar entre los pases de
Amrica en reservas de gas, el primero de Amrica Latina y octavo a nivel
mundial.
El Presidente de la Repblica Hugo Chvez crea en 2005 el proyecto
de Gasificacin Nacional, mediante decreto presidencial, todo esto en pro de
mejorar la calidad de vida de los venezolanos, como ha sido la principal
meta del Gobierno desde que se estableci en el ao 1999. Luego de que
durante un tiempo estuvo adscrita a PDVSA Gas Comunal, en el ao 2009
Gasificacin Nacional pasa nuevamente a control de PDVSA Gas como
Gerencia General; y en el 2010 la Gasificacin es transferida a las Regiones
donde la responsabilidad de su construccin en el Estado Monagas es de
Exploracin y Produccin.
La Gasificacin hace su aparicin en el Estado Monagas en el ao
2006, en medio de la poltica de impulso y empoderamiento de las
comunidades, inicindose los trabajos en el Sector Alto Paramaconi, en la
Parroquia los Godos, para la ejecucin del proyecto de instalacin de 1
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
17/115
4
kilometro de tubera PEAD incluyendo con la respectiva construccin de
casetas de regulacin para clientes domsticos. Los trabajos finalizaron a
principios del 2008 con la prueba neumtica, barrido, limpieza y quema de
gas en los tramos instalados; adicionalmente se realizaron trabajos de lneas
internas.
Actualmente se estn realizando trabajos en el Sector la Cruz, los
cuales se iniciaron en el ao 2007 para la construccin de 60 Km de tubera
de Redes Domsticas y el beneficio de 2.114 familias, alcanzando un avance
de aproximadamente 68,33% del proyecto; luego de una larga paralizacinde la obra en Mayo del 2008, debido a problemas financieros con la
contratista encargada del cumplimiento de la misma.
En Maturn existe una Estacin de Distrito modelo T-27 en la Av. Bella
Vista a la altura de la entrada del sector Alto Paramaconi, del lado derecho
sentido Este Oeste, construida entre el 2007 y el 2009 con una capacidad
de brindar servicio de gas directo a 18.000 viviendas; adems en sta ciudad
se han instalado 42,95Km de tubera PEAD y 17,99 Km de lneas internas
instaladas, 850 familias se benefician del servicio de gas directo.
Con la finalidad de seguir ampliando el desarrollo del proyecto de
gasificacin nacional para el estado Monagas, se plantea la parroquia Las
Cocuizas como prxima rea de gasificacin domestica. Dicha parroquia,
corresponde al municipio Maturn, ubicada al noreste de este municipio con
una densidad poblacional (segn censo 2001) de cerca de 88000 habitantes,
ubicados en aproximadamente 24000 viviendas.
Para llevar a cabo este proyecto se deber ubicar las lneas de
transmisin de gas metano en las cercanas del sector, para as delimitar el
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
18/115
5
rea de estudio y poder determinar los clientes domestico que harn uso del
servicio, con lo que se estimar la demanda para la ejecucin de una primera
fase de dicho proyecto. Posteriormente con toda la informacin recopilada se
elaborarn los planos de recorrido de la red de distribucin de gas domestico
tomando en cuenta la longitud y dimetro de cada tramo de tubera, con
ayuda del simulador "Stoner Syner Gee Gas" versin 4.3 (Simulador para
anlisis de estados estacionarios y sistemas de transmisin de gas), el cual
ayudar a comprobar el buen funcionamiento del sistema.
1.3 Justificacin
En la Repblica Bolivariana de Venezuela se producen,
aproximadamente, ciento cuarenta y seis mil barriles diarios (146 MBD) de
GLP, los cuales son distribuidos en todo el territorio nacional para ser
utilizados de acuerdo con la siguiente tabla.
Tabla Nro. 1.1. Produccin de GLP en la Repblica Bolivariana de
Venezuela
USO m3/da
Cilindros presurizados para uso
domestico5184
PEQUIVEN 5616
Refineras 4176
Exportacin 6048
Fuente:Asociacin Venezolana de Procesadores de Gas (AVPG) 2009
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
19/115
6
Todo el GLP que pueda ser sustituido por gas seco y utilizado con fines
ms lucrativos como la exportacin, refinacin y otros procesos
petroqumicos, generar ingresos adicionales a la nacin, aumentado la
calidad de vida de los venezolanos.
Por otra parte, el uso de gas seco como combustible domstico en las
ciudades, modifica la comercializacin de los dems combustibles
domsticos, con repercusiones tanto en las ciudades mismas, como en el
pas en general.
En Maturn, por ejemplo, como una buena parte de la poblacin estara
siendo atendida con la red de gas, muy probablemente, la comercializacin
del GLP estar orientada a satisfacer la demanda de combustible domstico
de las poblaciones que actualmente se ven en la necesidad de utilizar
fuentes de energa ms costosas o de menor calidad (electricidad, querosn,
gasoil, lea).
En materia de seguridad, el uso de gas seco tambin aporta algunos
beneficios. Por ser este menos pesado que el aire, si se produjera alguna
fuga, existe una menor probabilidad de acumulacin de una nube de gas con
suficiente potencial de explosin, capaz de producir daos cuantiosos, caso
contrario al GLP, que por ser ms pesado que el aire, en lugar de
desplazarse rpidamente hacia la atmsfera, tiende a acumularse en el rea
donde se producen las fugas, resultando en una alta probabilidad de
ocurrencia de explosiones cuando no existe buena ventilacin. Adicional a
esto, las presiones con las que operan las redes de gas domstico oscilan
alrededor de 60 Ipcm en los alimentadores, pudiendo llegar a alcanzar, como
mximo, presiones de hasta 125 Ipcm y no ms de 0,5 Ipcm en las tuberas
que llevan el gas desde las tanquillas, ubicadas en el dominio pblico, hasta
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
20/115
7
los artefactos dentro de las casas, mientras que los cilindros presurizados en
los que se vende el GLP, en su mayora notablemente deterioradas y con la
perisologa vencida, pudieran contenerlo a presiones mayores de 130 Ipcm y
suelen ubicarse dentro o muy cerca de las casas.
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 Objetivo General
Disear una red de distribucin de gas natural para uso domestico en elsector Las Cocuizas del municipio Maturn del estado Monagas.
1.4.2 Objetivos Especficos
Describir el sistema actual de distribucin y transporte de gas natural
para uso domestico en la ciudad de Maturn.
Determinar la demanda de gas domestico en el rea a gasificar.
Caracterizar el gas natural a ser transportado.
Seleccionar la ruta de distribucin ms conveniente para el transporte
del gas domestico.
Crear un flujograma con la muestra de clculo para el diseo de una
red de distribucin de gas natural para uso domestico.
Realizar los clculos de diseo de la red de distribucin de gas natural
a partir de los modelos matemticos de Panhandle y Weymouth.
Comparar los resultados obtenidos en el clculo de la red de
distribucin con los arrojados por el simuladorStoner SynerGEE Gas.
Establecer el esquema final ms conveniente para ste proyecto.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
21/115
8
1.5 Antecedentes
A continuacin se detallan los aspectos relevantes de los proyectos que
han servido como base terica y prctica para la orientacin de esta
investigacin.
Gasificacin de la Ciudad de Maturn, una Alternativa para el
Desarrollo Regional. PDVSA, (1996).
Este fue un trabajo realizado por PDVSA con el objetivo de "Obtenerdesde el punto de vista conceptual, la potencialidad de las necesidades de
Gas Metano, cuya frmula qumica es CH4, en la ciudad de Maturn, la
infraestructura necesaria para el transporte y distribucin de este
hidrocarburo en esta zona y el anlisis econmico asociado a la gasificacin
de la regin". Los pasos propuestos para la obtencin de este objetivo
fueron:
- Definir la demanda potencial de consumidores de Gas Metano en
Maturn.
- Identificar las fuentes de suministro del gas.
- Dimensionar y especificar la red de gasoductos necesaria.
- Estimacin de la inversin.
A partir de los resultados de este trabajo, se pronostic la demanda
como se muestra en la figura 1.1. Respecto a la oferta de gas disponible en
las fuentes de suministro, afirmaron que las reservas aseguraban el
suministro por un periodo superior a veinte aos.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
22/115
9
El diseo conceptual de la Ingeniera del Proyecto, contemplaba una
red de tuberas de Polietileno de Alta Densidad (PEAD) de cuatrocientos
ocho mil metros (408000 m), distribuidos entre los siguientes dimetros
nominales de tubera: 32, 63, 90 Y 110 mm. La figura 1.2, muestra un
diagrama esquemtico del diseo conceptual de la red.
Demanda
Figura 1.1 Proyeccin de la Demanda de Gas Domestico en Maturn
Fuente: Gasificacin de la Ciudad de Maturn, una Alternativa para el
Desarrollo Regional. PDVSA,
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
23/115
10
Figura 1.2 Diagrama Esquemtico de la Red de Gas de Maturn
Fuente: Gasificacin de la Ciudad de Maturn, una Alternativa para el
Desarrollo Regional. PDVSA,
Tabernero D, en el 2005 realiz una Propuesta para el proyecto de
las redes de distribucin de gas seco por tubera como
combustible domestico en el municipio autnomo de Maturn,
estado Monagas, en ste proyecto se diseo de una red de
distribucin de gas completamente de polietileno de alta densidad. El
mismo comprende tres subsistemas de alta, media y baja presin. El
estudio realizado por el autor, est proyectado para un suministro de
gas seco en ms de 90000 mpcnd a lo largo de 50 aos, todo basado
en la informacin suministrada por el instituto nacional de estadsticas.
Calzadilla T. en el ao 2005, realiz un diseo de un sistema de
distribucin de gas metano en la ciudad de Anaco, Estado
Anzotegui, mediante la recoleccin de informacin proveniente de
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
24/115
11
proyectos ya iniciados alrededor de la ciudad, adems del clculo de
la demanda actual de gas para clientes industriales, comerciales y
domsticos, la cual junto con el mapa cartogrfico digital de la zona y
con ayuda del simulador de redes de gas Stoner SynerGEE se
ubicaron los clientes para generar los distintos sitios por los cuales se
trazaron los tramos de tubera, para luego realizar la corrida de la
simulacin, basada en las ecuaciones para flujo de gas y definir el
dimensionamiento de las redes obteniendo un modelo con una
longitud de tuberia de 4,2 km. para la red industrial de material acero y
400 km. para la red domestica y comercial de polietileno de altadensidad y con la operacin de dos estaciones de distrito ( TPL9 Y T-
27) con valores mnimos de presin entre 39 y 40 psig, proyectando
un sistema de distribucin con un consumo optimo tomando en cuenta
un crecimiento de poblacin de ms de 20 aos.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
25/115
CAPITULO II
FUNDAMENTOS TERICOS
2.1 Gas natural
En trminos generales, el gas natural es una mezcla en proporciones
variables de elementos de naturaleza tanto orgnica (parafinas) como
inorgnica, los cuales pueden clasificarse como: Combustibles, diluyentes y
contaminantes.
Combustibles: Son los hidrocarburos que van desde el Metano hasta el
Heptano e incluso hidrocarburos ms pesados. Normalmente el Metano
es el constituyente de mayor proporcin en la mezcla.
Diluyentes: Son compuestos inertes, no combustibles, considerados como
agentes que disminuyen el poder calorfico del gas natural. Los ms
comunes son: Dixido de Carbono, Nitrgeno, Oxigeno, Vapor de Agua,Helio, Argn, etc. Dependiendo de la concentracin de estos compuestos,
puede ser necesaria su remocin para cumplir con las especificaciones
de calidad que debe tener el gas natural para su transporte y utilizacin.
Contaminantes: Los contaminantes en el gas natural pueden causar
daos (por efectos de corrosin) principalmente a las instalaciones
metlicas que estn en contacto con el mismo. Para evitar aquello, y
adems para cumplir con las normas sanitarias que existen
internacionalmente, estos deben ser eliminados o mantenidos a muy
bajas concentraciones. Algunos de ellos tienen una accin toxica y
perjudicial para el medio ambiente. Los ms comunes son: Nitrgeno,
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
26/115
13
Oxigeno, Vapor de Agua, Sulfuro de Hidrogeno, Disulfuro de Carbono,
Sulfuro de Carbonilo, Mercaptanos, Azufre orgnico y libre. Los slidos
que pueden presentarse en el gas se consideran como suciedad y al igual
que el contenido lquido deben eliminarse para conformar un gas limpio.
2.1.1 Clasificacin del Gas Natural
De acuerdo a su localizacin en el subsuelo:
Gas Asociado. Es el gas que se encuentra en un yacimiento dondepredominan los hidrocarburos lquidos. Puede encontrarse disuelto en
el petrleo o formando una capa de gas en la parte alta del
yacimiento.
Gas no Asociado. Llamado tambin gas libre. Es el producto nico o
con una proporcin baja de hidrocarburos lquidos que se encuentra
en el yacimiento.
Gas Condensado. Es el gas que se encuentra en un yacimiento
mezclado con Hidrocarburos lquidos.
De acuerdo a su composicin:
Gas Rico (hmedo). Es aquel gas natural del cual se puede obtener
apreciables cantidades de hidrocarburos lquidos (C3l debido a que
contiene alta proporcin de componentes pesados. Es bastante
utilizado en la petroqumica y en la elaboracin de gasolina natural.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
27/115
14
Gas Pobre (seco). Es aquel gas natural formado prcticamente por
metano (ms de 90%). Se utiliza directamente. como combustible o en
proyectos de mantenimiento de presin de yacimientos, tambin en la
produccin de hidrgeno.
Gas Agrio. Es aquel gas natural que tiene un bajo contenido de
compuestos de azufre, especialmente sulfuro de hidrgeno.
Gas Dulce. Es aquel gas natural que no contiene o contiene muy poco
compuestos de azufre, especialmente sulfuro de hidrgeno.
2.1.2 Gas Metano (Comercial)
El Gas Metano es un producto refinado, proveniente del procesamiento
del gas natural, compuesto en ms de un 70 % por metano (C14), adems
de etano, propano, butano y otros en menor cuanta, el gas metano es
separado de los lquidos y se comercializa va gasoductos. En la tabla 2.1 se
muestra el porcentaje de los componentes del Gas Metano (Comercial),
Entre los usos ms comunes. del Gas Metano est el de combustible para la
generacin de electricidad, en la fabricacin de aluminio, productos,
siderrgico, cemento y materiales de construccin, papel, cartn, textiles,
vidrio, alimentos, etc.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
28/115
15
Tabla 2.1. Anlisis Cromatografico del Gas Natural
Componente Intervalo %Metano 81,64 82,21Etano 7,81 8,49
Propano 0,68 0,70Iso-Butano 0,08 0,10
Normal Butano 0,10 0,15Iso-Pentano 0,04 0,07
Normal-Pentano 0,04 0,06Hexano 0,04 0,06
Heptano y ms pesados 0,05 0,09Dixido de Carbono 1 8
Sulfuro de Hidrogeno 0 1Nitrgeno 0 3
2.1.3 Gas Natural Licuado (GNL)
Es el gas residual formado por metano en estado lquido. Esto se logra
a -162 C y presin atmosfrica. Bajo estas condiciones el metano ocupa un
volumen seiscientas (600) veces menor que en forma gaseosa, lo cual
permite su transporte en barcos especialmente acondicionados llamados
"metaneros". El gas natural licuado se regasifica en los puertos de recepcin
mediante la aplicacin de calor en vaporizadores, para su posterior
transporte hacia los centros de consumo industrial, comercial y domstico.
2.1.4 Gas Natural Comprimido (GNC)
Otra de las formas de comercializacin del gas natural es por va de su
almacenamiento, una vez comprimido, en tanques especiales bajo presiones
de alrededor de 3500 Lb/pies2. Esta modalidad permite transportar con
mayor facilidad el gas y no requiere sistemas de vaporizacin. Su mercado
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
29/115
16
vara desde el uso automotriz, hasta clientes industriales con el uso de
tanques estacionarios, con consumos moderados y que no tengan acceso a
redes de gas.
2.1.5 Gas Licuado de Petrleo (GLP)
El gas licuado de petrleo es una mezcla de hidrocarburos en estado
lquido formado esencialmente por dos componentes del gas natural,
propano y butano, los cuales permanecen en estado lquido a presiones
moderadas y temperatura ambiente. El GLP se almacena y transporta enforma lquida. Posee mayor poder calrico que el GNL, siendo sus vapores
ms pesados que el aire, por lo que tienden a acumularse en las zonas ms
bajas, contrario a lo ocurre con el gas natural o metano que es ms liviano
que el aire.
2.1.6 Fracciones Licuables del Gas Natural
Las fracciones licuables del gas natural como son: etano, propano,
butano y gasolinas naturales en forma lquida, son condensados en plantas
de fraccionamiento que estn formadas por torres de separacin vertical
donde el producto de fondo de una torre es la alimentacin de la siguiente.
El proceso de fraccionamiento comienza con la torre Desetanizadora
que recibe una mezcla de amplio rango de ebullicin de etano, propano,
butano y gasolinas naturales donde el producto condensado es el etano,
luego sigue la Despropanizadora donde se extrae el propano, la torre
siguiente es la Desbutanizadora donde el producto tope son los butanos que
alimentaran a la Separadora de Butanos y el producto de fondo son las
gasolinas naturales y finalmente se encuentra la Fraccionadora de gasolina
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
30/115
17
donde el producto de tope es la gasolina y el producto de fondo es un corte
de residuos pesados.
Estos productos son de gran utilidad en la industria petroqumica, el
etano y el propano, en la produccin de etileno y propileno para la produccin
de plsticos y resinas; los butanos, en la produccin de metil-terbutil-ter.
2.1.7 Importancia del Gas Natural
La importancia del gas natural se debe a que es un combustibleeficiente, cuyas ventajas superan la disponibilidad, eficiencia y manejo de
otros combustibles. Entre algunas ventajas que ste ofrece, se pueden
mencionar las siguientes:
Es limpio. No produce holln ni mugre. Por lo tanto, los equipos en que
se usa como combustible no requieren mantenimiento especial.
Puede manejarse a presiones deseadas de entrega en los sitios de
consumo.
Su poder calorfico y combustin son altamente satisfactorios.
Volumtricamente es susceptible a la compresin o expansin, en
funcin a la relacin presin-temperatura que se le desee imponer.
Puede ser transportado por sistemas de tuberas madres, troncales y
ramales, especialmente diseadas, que permiten mantener rangos de
volmenes a presiones deseadas.
Su entrega a clientes puede ser continua y directa a los artefactos
donde debe consumirse, utilizando controles y reguladores, sin
requerimientos de almacenaje en sitio o preocupacin por volmenes
almacenados en el hogar, la oficina, el taller, la planta o fbrica.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
31/115
18
La reversibilidad gas-lquido-gas lo hace apto para el envasado en
pequeos y seguros recipientes, fciles de transportar, e instalar para
suplir combustibles en sitios no servidos por red de tuberas de
distribucin. El gas licuado puede tambin transportarse en barcos,
desde reas remotas de produccin y procesamiento a grandes
terminales de almacenamiento que surten a industrias y a miles de
clientes particulares.
Por su eficiencia y poder calrico, su costo por volumen es muy
econmico.
Las caractersticas de funcionamiento limpio y eficiente, surendimiento y precio econmico han logrado que cada da se expanda
el mercado de gas natural para vehculos (GNV). Se ha comprobado
que como combustible, el gas Metano es muchsimo menos
contaminante del ambiente que otros como la gasolina y el Diesel.
2.1.8 Usos del Gas Natural
Entre las fuentes de energa, el gas natural se caracteriza por su
eficiencia, limpieza y competitividad. El gas natural es tambin una energa
verstil, que se puede emplear tanto en el hogar como en el comercio y la
industria.
EN EL HOGAR: El gas natural puede utilizarse en los hogares para
cocinar, lavar y secar, y obtener agua caliente, calefaccin y
climatizacin. Y en el jardn, el gas natural permite cocinar en
barbacoas y calentar patios y terrazas.
El gas natural ofrece la mxima economa en la climatizacin de los
hogares, con equipos modulares que pueden adaptarse a gran parte de las
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
32/115
19
necesidades existentes. En el jardn, las barbacoas de gas natural ofrecen la
mxima limpieza, puesto que no producen cenizas ni otros residuos slidos.
EN EL COMERCIO Y LA INDUSTRIA: El gas natural puede utilizarse
en cualquier proceso de generacin de calor o fro, en la cogeneracin
de energa trmica y elctrica, y en la generacin de electricidad. La
combustin del gas natural permite regular mejor la temperatura de las
cmaras de combustin de una extensa gama de equipos y aplicarla
directamente al tratamiento de mltiples productos. Como
combustible, el gas natural se utiliza en los sectores industriales quenecesitan energa trmica limpia, eficaz y econmica: hornos,
fundiciones, tratamientos trmicos, cubas de galvanizado y calefaccin
de grandes locales (poli deportivos y naves industriales o
comerciales). El gas natural tambin permite climatizar y generar fro
para edificios y cmaras industriales o producir hielo para las pistas de
patinaje.
Otra aplicacin de actualidad y con un gran futuro es la cogeneracin.
La cogeneracin con gas natural produce conjuntamente energa elctrica (o
mecnica) y calor til para fbricas, centros sanitarios y hoteleros, y grandes
complejos urbansticos. La cogeneracin con gas natural reduce en gran
medida la emisin de contaminantes. El gas natural se utiliza cada vez ms
en la generacin de electricidad en centrales trmicas convencionales o de
ciclo combinado. Este proceso permite ahorrar energa, y adems disminuir
los niveles de contaminacin.
SECTOR PETROQUIMICO: Por su alto contenido en hidrgeno, el
gas natural es la materia prima ms utilizada en la produccin de
amoniaco para fertilizantes, as como en otras aplicaciones
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
33/115
20
petroqumicas. Materia prima, fertilizantes, plsticos, MTBE, alcoholes,
aldehdos, acetileno, etc.
SECTOR ELECTRICO: Turbogeneradores, turbinas a vapor, plantas
de cogeneracin y ciclos combinados.
2.2 Reservas de gas en Venezuela
Venezuela cuenta hoy en da con amplias reservas probadas de gas
natural ubicndose como el octavo pas del mundo con mayores reservasprobadas de gas natural y el primero en Amrica Latina, gracias a la
importante participacin del gas natural en el mercado energtico nacional es
posible tambin ahorrar gran cantidad de petrleo.
Las reservas probadas de gas en Venezuela alcanzan los 151 Billones
de Pies Cbicos de gas (BPC), y cuenta con un volumen de 40 billones de
reservas posibles y una base de recursos aproximada de 196 billones de
BPC, para totalizar un volumen de reservas de 427 billones de pies cbicos.
Segn el Ente Nacional del Gas (ENAGAS), adscrito al Ministerio de Energa
y Petrleo, de esta manera nuestro pas pasar del octavo al tercer lugar
como pas con mayores reservas de gas en el mundo y el primero en
Amrica Latina.
El 50% de stas se encuentra en nuestra plataforma continental Costa
Afuera. Las mayores reservas de gas de Venezuela estn ubicadas al norte y
noroeste del territorio nacional, en las costas de la plataforma continental
caribea y atlntica, abarcando una extensin de ms de 500 mil kilmetros
cuadrados.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
34/115
21
El 71% de las reservas probadas de gas se encuentran en la zona
oriental de nuestro pas, el 24% en la zona occidental, el 2.5% en el Norte de
la pennsula de Paria, el 2.4% en la Plataforma Deltana y el 0.14% en la zona
sur. El 90.8% de estas reservas probadas de Gas Natural corresponden a
gas asociado al petrleo y slo el 9.2% al gas no asociado.
Entre los planes estratgicos de PDVSA, se encuentra el Proyecto de
Gas Delta Caribe, cuyo plan contempla una actividad integral que a la par de
las explotaciones de los campos petroleros, incorpora nuevas reservas, lo
cual significa una intensa actividad exploratoria en la regin Costa Afuera dela pennsula de Paria.
Figura 2.1. Distribucin de Reservas Gasferas en el TerritorioVenezolano
Fuente: Sitio Web de PDVSA S.A
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
35/115
22
2.3 Proyecto de Gasificacin Nacional
El Plan de Gasificacin Nacional en Venezuela, a travs de PDVSA
GAS en un periodo comprendido entre los aos 2004-2016, enmarcado
dentro de los planes de desarrollo endgeno, beneficiara a mas de 3 millones
de familias venezolanas con gas metano directo por tubera, el mismo es un
hidrocarburo gaseoso, compuesto de carbono e hidrogeno, su frmula es
CH4, es ms ligero que el aire, incoloro, inodoro e inflamable. Por ello, se
prev la instalacin de 16.000 kilmetros de redes de tubera PEAD
(polietileno de alta densidad) y lneas internas de acero galvanizado en loshogares. Adicionalmente, se garantiza el servicio continuo de gas licuado de
petrleo que normalmente es gaseoso a temperatura ambiente y presin
atmosfrica compuesto principalmente de Propano. Se contempla beneficiara
a mas de 500 mil hogares ubicados en los sectores que debido a su
topografa, accesibilidad, complejidad tcnica, dispersin y baja densidad
poblacional, no pueden ser beneficiados con gas directo en el corto plazo,
mediante la construccin de 9 plantas comunitarias de llenado de cilindros (
bombonas) ubicadas en diferentes estados del pas.
El objetivo principal es gasificar sectores de ciudades ubicadas en 12
estados del pas. Los estados son los siguientes: Distrito Capital, Miranda,
Aragua, Carabobo, Lara, Anzotegui, Falcn, Gurico, Bolvar, Monagas,
Sucre, Nueva Esparta. El alcance de dicho proyecto es satisfacer la
demanda de gas metano comercial para los sectores Industriales,
Comerciales y Domstico de las zonas anteriormente mencionada.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
36/115
23
2.4 Transporte del Gas Natural
Un sistema de transmisin de gas natural comprende tuberas de alta
presin que transportan gas entre puntos de abastecimiento y puntos de
distribucin a las reas de consumo. El gas distribuido en las reas de
mercado ingresa al sistema de distribucin a presin ms baja para ser
distribuida a los consumidores finales. El gas tambin puede ser transportado
para su almacenaje o bien para su conexin a otros sistemas de transmisin.
Los sistemas de transmisin consisten de secciones de tuberainterconectados y frecuentemente incluyen estaciones compresoras ubicadas
a intervalos conforme a las necesidades de variacin de presin del flujo de
gas a travs de las tuberas. La distancia entre estaciones compresoras
consecutivas puede ser desde 48 Km a ms de 241 Km, dependiendo de las
condiciones del flujo como as tambin de los requerimientos econmicos y
las condiciones del terreno por donde se desarrolla el sistema. Las presiones
de operacin mximas de los sistemas de transmisin son generalmente
mayores a 3.450 KPa y pueden llegar a los 10.340 KPa.
Los sistemas de transmisin del gas se pueden dividir en: sistema de
recoleccin, facilidades de compresin y tratamiento, sistema de tuberas
principales y sistema de distribucin. Los gasoductos que comprenden los
sistemas de recoleccin, troncales principales y los sistemas de distribucin
constituyen un medio muy econmico para transportar el gas a largas
distancias. En el diseo de gasoductos para transportar gas a largas
distancias se deben considerar varios factores, como: naturaleza y cantidad
del gas transportado, condiciones operacionales, tipo y perfil del terreno a ser
recorrido y la distancia entre los extremos del gasoducto. La inversin inicial
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
37/115
24
representa los grandes costos asociados al transporte, puesto que los costos
de operacin son relativamente bajos.
Los sistemas de recoleccin estn formados por una serie de tuberas
de pequeo dimetro que convergen en tuberas de mayores dimetros o
troncales principales, los cuales deben tener la capacidad para transportar la
produccin actual y los crecimientos previstos en el rea. El sistema de
distribucin est conformado por una serie de tuberas de dimetros
relativamente pequeos, que sirven para conducir el gas desde el centro de
compresin hasta los centros de consumo o clientes. Las partes queconforman estos sistemas de distribucin son:
Lnea Matriz. Conjunto de tuberas y accesorios en acero que permiten
transportar el gas desde la estacin receptora hasta las estaciones
reguladoras.
Lnea Arteria. Conjunto de tuberas en un gasoducto urbano, que
conducen el gas desde las estaciones reguladoras hasta los anillos.
Anillo. Tubera que conduce el gas desde una lnea arteria a una zona
habitada, a la cual se conectan las acometidas para el consumo final.
Acometida. Derivacin comprendida entre una tubera de la red local
de gas, generalmente un anillo, y el medidor de un inmueble que ser
alimentado congas. El medidor forma parte de la acometida.
Instalacin Interna. Comprende las tuberas, vlvulas y accesorios
utilizados para conducir el gas desde el medidor hasta los aparatos de
consumo.
Medidor de Gas. Dispositivo utilizado para medir volmenes de gas.
Estacin Receptora. Conjunto de aparatos, tuberas, vlvulas y
accesorios que reciben el gas de un gasoducto troncal o ramal y que
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
38/115
25
permiten la limpieza, la medicin, la regulacin de la presin y la
odorizacin del gas.
Estacin Reguladora. Es el conjunto de aparatos, tuberas, vlvulas,
reguladores y accesorios que reciben el gas de una lnea matriz y que
permiten odorizar, disminuir y mantener constante la presin de
entrega de gas.
Odorizacin. Accin de agregar una sustancia qumica de olor
caracterstico a un producto inodoro para hacerlo fcilmente
detectable en el evento de fugas o escapes.
Para tender la tubera en el mar, se usara el sistema de boyas, estoobliga a que las secciones o sartas de tubera se preparen
previamente en tierra. Las tuberas usadas como boyas para ayudar la
flotabilidad de las lneas submarinas se instalan en el punto medio de
las tuberas previamente determinadas.
Usando el sistema de flotamiento de tubera, los clculos de pesos
versus flotabilidad, deben ser calculados correctamente para evitar que la
tubera flote superficialmente o se hunda hasta el fondo marino haciendo
imposible que las dems sartas de tuberas puedan ser soldadas en tierra
para luego ser jaladas por el barco remolcador.
La tubera debe ir flotando cerca del fondo marino para no tener
problemas con la navegacin artesanal de la zona. A medida que el
remolcador se acerque a la plataforma, las ultimas sartas se irn liberando de
las boyas para que las mismas se vayan hundiendo hacia el fondo marino y
luego ser suficientemente ancladas para soportar tanto los cambios de las
corrientes marinas como su flotabilidad.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
39/115
26
2.4.1 Gasoductos
Consiste en un conjunto de tuberas y accesorios que permiten la
conduccin del gas, por las que el gas circula a alta presin, desde el lugar
de origen. Se construyen enterrados en zanjas y se entierran a una
profundidad tpica de 1 metro. Excepcionalmente, se construyen sobre la
superficie. Por razones de seguridad, las regulaciones de todos los pases
establecen que a intervalos determinados se siten vlvulas en los
gasoductos mediante las que se pueda cortar el flujo en caso de incidente.
Adems, si la longitud del gasoducto es importante, pueden ser necesariasestaciones de compresin a intervalos.
El inicio de un gasoducto puede ser un yacimiento o una planta de
regasificacin, generalmente situada en las proximidades de un puerto de
mar al que llegan buques (para el gas natural, se llaman metaneros) que
transportan gas natural licuado en condiciones criognicas a muy baja
temperatura (-161C).
Para cruzar un ro en el trazado de un gasoducto se utilizan
principalmente dos tcnicas, la perforacin horizontal y la perforacin dirigida.
Con ellas se consigue que tanto la flora como la fauna del ro y de la ribera
no se vean afectadas. Estas tcnicas tambin se utilizan para cruzar otras
infraestructuras importantes como carreteras, autopistas o ferrocarriles. El
tendido por mar se hace desde barcos especialmente diseados, los cuales
van depositando sobre el lecho marino la tubera una vez soldada en el
barco.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
40/115
27
2.4.1.1 Importancia de los Gasoductos
La principal ventaja del gasoducto sobre transportes alternativos es su
economa y su seguridad. Su impacto ambiental es mnimo, puesto que la
zona por la que discurre se restaura y, al cabo de pocas semanas, salvo por
la sealizacin correspondiente, no se distingue su trazado. Antes de
tenderlo, se realiza un estudio medioambiental y otro arqueolgico.
2.4.1.2 Clasificacin de Gasoductos Dependiendo de la Ubicacin
GASODUCTO URBANO. Conjunto de tuberas y accesorios que
conforman una red de distribucin de gas, dentro de una poblacin
para atender el suministro domiciliario residencial, comercial y/o
industrial de este combustible.
GASODUCTO TRONCAL. Conjunto de tuberas y accesorios para
transportar gas desde las fuentes de abastecimiento hasta las
estaciones receptoras, y que alimenta; directamente o a travs de
ramales, gasoductos urbanos, industrias y termo elctricas.
GASODUCTO RAMAL. Conjunto de tuberas y accesorios para
transportar gas, que se deriva de un gasoducto troncal y alimenta
gasoductos urbanos, industrias y termoelctricas. El ramal podr
hacer parte del gasoducto troncal.
2.5 Tipos de tuberas
Una gran variedad de tubos y otros conductos, se encuentran
disponibles para el abastecimiento de gases o lquidos a los componentes
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
41/115
28
mecnicos, o desde una fuente de abastecimiento a una mquina, en la
actualidad, existen muchos tipos de tuberas y en base al material de
construccin, se pueden nombrar las siguientes:
2.5.1 Tuberas de Polietileno
Normalmente se usa polietileno en las tuberas instaladas hasta la
estacin de reduccin de presin de la industria. Son adecuadas cuando se
trata de tuberas enterradas y cuando normalmente las presiones son
inferiores a 6 bar.
Figura 2.2. Tubera de Polietileno de Alta Densidad
2.5.2 Tuberas de Acero
Las tuberas de acero se pueden instalar en toda la red de distribucin e
instalaciones que van desde la estacin de regulacin hasta el aparato de
consumo. Las tuberas de acero siempre deben ser protegidas contra
corrosin.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
42/115
29
Figura 2.3. Tubera de Acero Galvanizado
2.5.3 Tuberas de Cobre
Las tuberas de cobre tambin se usan en las instalaciones industriales,
normalmente cuando las presiones son inferiores a 6 bar y se recomienda su
uso en instalaciones areas o visibles.
Figura 2.4. Tubera de Cobre
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
43/115
30
2.6 Redes de Distribucin de Gas Metano
Es un arreglo de tuberas interconectadas entre s en forma de malla o
circuito que se utilizan para distribuir el gas directo a clientes domsticos y
comerciales en una ciudad o regin. El objetivo principal es llevar el gas
metano desde los centros de produccin hasta los sitios donde se requiere o
se consume. La red domestica opera con un rango de presin de 60 psig y
estn conformadas por tuberas de polietileno de alta densidad (PEAD), sus
dimetros son de 32, 63, 90 Y 110 mm, estas poseen un cable espa a lo
largo de su recorrido para facilitar su deteccin y ubicacin exacta.
Las tuberas se encuentran enterradas en las aceras o calzadas de las
calles, su profundidad oscila entre 0,65 a 0,80 m. medido desde la parte
superior del tubo hasta el nivel del suelo, tambin se construyen acometidas
de tipo residencial y/o comercial que tienen una tranquilla donde est alojada
la vlvula de bloqueo del suministro, denominada F4. As mismo, en cada
esquina de las urbanizaciones, por lo general, existen vlvulas para el
seccionamiento de las lneas.
Las redes domesticas estn totalmente odorizadas, lo cual se realiza en
las estaciones de distrito y consiste en darle olor al gas mediante un
compuesto qumico llamada terbutil-mercaptano, con el fin de proporcionarle
al usuario una forma fcil de detectar posibles fugas. Para verificar los
niveles de concentracin del odorante se tornan muestras mensuales con
tubos colormetros en los puntos ms extremos del rea de influencia de
cada estacin de distrito, se considera que el mercaptano es detectable al
olfato humano si el valor de la muestra est entre 2.5 y 7 ppm. Un sistema de
distribucin por redes permite que el servicio llegue en forma continua y
segura a los usuarios, sin requerimiento de almacenamiento, por ductos de
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
44/115
31
alta resistencia como lo son las tuberas. Este sistema en forma general est
compuesto por el gasoducto, el ramal principal que se deriva del gasoducto,
la estacin de distrito y las redes de gas domstico.
2.7 Propiedades fsicas de los fluidos
Para disear tramos y red de tuberas donde el fluido que se vaya a
transportar sea gas, es imperativo conocer sus propiedades fsicas, los
diversos modelos matemticos y sus limitaciones; con la finalidad de predecir
el caudal que puede ser transportado a travs de la tubera, bajo condicionesde presin y temperatura preestablecidas. Las propiedades fsicas que
afectan al flujo son principalmente, la viscosidad, la densidad y la gravedad
especfica.
2.7.1 Viscosidad
La viscosidad es la medida de la facilidad que tiene un fluido, para fluir
cuando se le aplica una fuerza externa. El coeficiente de viscosidad absoluta,
o simplemente la viscosidad absoluta de un fluido es una medida de su
resistencia al desplazamiento o a sufrir deformaciones internas. La
viscosidad de un gas aumenta con la temperatura, pero la viscosidad de un
lquido disminuye con la temperatura.
2.7.2 Densidad
La densidad de una sustancia es su masa por unidad de volumen.
Tambin se define como el inverso del volumen especfico. El efecto de la
presin sobre la densidad de los lquidos carece de importancia en los
problemas de flujo de fluidos; sin embargo, las densidades de los gases y
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
45/115
32
vapores deben ser consideradas, puesto que stas varan grandemente con
la presin.
2.7.3 Gravedad Especfica de un Gas
Se define como la relacin entre la densidad de un gas y la densidad
del aire a las mismas condiciones de presin y temperatura, o como la razn
entre el peso molecular del gas y el peso molecular del aire.
Ec. 1
2.8 Regimenes de flujo de fluidos en tuberas.
2.8.1 Flujo Laminar
En el flujo laminar las partculas del fluido se mueven a lo largo de
trayectorias lisas en capas o lminas, deslizndose una fina capa sobre la
adyacente con solo un intercambio molecular de cantidades de movimiento.
En este tipo de flujo la accin de la viscosidad frena la tendencia a la
turbulencia.
2.8.2 Flujo Turbulento
El flujo turbulento es el ms frecuente en las aplicaciones prcticas de
la ingeniera. Esta clase de flujo las partculas del fluido (pequeas masas
moleculares) se mueven siguiendo trayectorias muy irregulares, originando
un violento intercambio de cantidad de movimiento de una porcin del fluido
a otra.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
46/115
33
2.8.3 Fluidos Newtonianos
Son fluidos en los cuales la viscosidad, es independiente del esfuerzo
cortante o del tiempo. La mayora de los lquidos y todos los gases
pertenecen a este grupo.
2.8.4 Fluidos no Newtonianos
Son fluidos en los cuales la viscosidad, depende del esfuerzo cortante odel tiempo. Ejemplo de estos fluidos son, las lechadas, emulsiones y la
mayora de los lquidos con viscosidad mayor de 20 Pa a baja tasa de
esfuerzo cortante.
2.8.5 Fluido Compresible
El flujo se considera compresible, cuando la cada de presin debida al
paso de un gas por un sistema, es lo suficientemente grande, en
comparacin con la presin de entrada, para ocasionar una disminucin del
10% o ms en la densidad del gas.
2.8.6 Fluido Incompresible
El flujo es incompresible, si la sustancia en movimiento es un lquido, o
si se trata de un gas cuya densidad, cambia el valor en el sistema en un valor
no mayor al 10%.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
47/115
34
2.8.7 Nmero de Reynolds
Las investigaciones de Osbome Reynolds han demostrado que el
rgimen de flujo en tuberas (laminar o turbulento) depende de cuatro
variables que son: dimetro de la tubera, velocidad de flujo, densidad y
viscosidad del fluido. El valor numrico de una combinacin adimensional de
estas cuatro variables, conocido como el nmero de Reynolds puede
considerarse como la relacin de las fuerzas dinmicas de la masa del fluido
respecto a los esfuerzos de deformacin ocasionados por la viscosidad.
2.9 Ecuaciones ms importantes empleadas para el transporte y
distribucin de gas natural
2.9.1 Ecuacin para Flujo Isotrmico
El flujo de gases en tuberas largas se aproxima mucho a las
condiciones isotrmicas. La prdida de presin en tales tuberas es a
menudo grande con relacin a la presin de entrada, y la solucin de este
problema cae fuera de los lmites de la ecuacin de Darcy. Una
determinacin exacta de las caractersticas del flujo dentro de esta categora
puede hacerse utilizando la ecuacin para flujo totalmente isotrmico.
Ec. 2
Donde:
Tasa de flujo a condiciones base (PCND)
Temperatura base o de contrato (normalmente 520 R)
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
48/115
35
Presin base o de contrato (14,7 lpca)
Dimetro (pulg)
Presin de entrada del sistema (lpca)
Presin de salida del sistema (lpca)
Gravedad especifica del gas (adimensional)
Temperatura promedio del gas en el sistema a condiciones de
flujo (R)
Longitud de la tubera (millas)
Factor de friccin de Fanning (adimensional)
Esta ecuacin es completamente general para flujo de estado
estacionario, y considera adecuadamente variaciones en la energa cintica,
presin, y temperatura para cualquier seccin de tubera.Esta frmula se desarrolla en base a las siguientes hiptesis:
Flujo isotrmico.
No se aporta ni se realiza trabajo mecnico sobre o por el sistema.
La velocidad de flujo o descarga permanece constante con el tiempo.
El gas responde a las leyes de los gases perfectos.
La velocidad puede ser representada por la velocidad media en una
seccin.
El factor de friccin es constante a lo largo de la tubera.
La tubera es recta y horizontal entre los puntos extremos.
La aceleracin puede despreciarse por ser tubera larga.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
49/115
36
2.9.2 Ecuacin de Weymouth
Existe una amplia gama de modelos matemticos aplicables al clculo
del flujo de gas en tuberas. Uno de los pioneros en el desarrollo de dichos
modelos fue Thomas R. Weymouth, quien a partir de datos operacionales
dedujo un modelo para tal fin. Este modelo ha sido intensivamente probado y
se han propuesto modificaciones para mejorar su exactitud y utilidad.
Esta ecuacin y algunas otras han sido derivadas por Jonson yBerward, a partir de un balance de energa que concluye en que todas estas
relaciones caen dentro de la frmula general:
Ec. 3
Donde:
Tasa de flujo a condiciones base (pie3/h)
Temperatura base o de contrato (normalmente 520 R)
Presin base o de contrato (14,7 lpca)
Presin de entrada del sistema (lpca)
Presin de salida del sistema (lpca)
Dimetro (pulg)
Gravedad especifica del gas (adimensional)
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
50/115
37
Temperatura promedio del gas en el sistema a condiciones de
flujo (R)
Longitud de la tubera (millas)
Coeficiente de transmisin (adimensional)
El factor de transmisin es funcin del nmero de Reynolds (Re). Las
investigaciones realizadas en torno al factor de friccin y factor de
transmisin, en las ecuaciones utilizadas para el clculo de la capacidad de
caudal de un sistema de redes y tuberas de gas, caen dentro de cuatro (4)
clasificaciones. Para Weymouth identificamos una de ellas, que sera donde
el coeficiente de friccin es una constante numrica, por tanto:
Ec. 4
Este valor expresado en trminos del factor de transmisin, quedara
as:
Ec. 5
Luego si el valor de f, se sustituye en la ecuacin 1 y si la tasa de flujo
se expresa en pies cbicos normales por da (PCND) la ecuacin de
Weymouth se reduce:
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
51/115
38
Ec. 6
2.9.3 Ecuacin de Panhandle
Tal como se ha explicado en el caso de la ecuacin de Weymouth la
ecuacin de Panhandle, se ha considerado una de las formulas que mayor
uso ha tenido en la industria del gas natural para diseo de tuberas.
A diferencia de la ecuacin de Weymouth, la ecuacin de Panhandle se
emplea para diseo de tubera de alta presin y gran dimetro, dnde la tasa
de flujo puede variar notablemente.
Esta ecuacin es una de las ms usadas para el clculo de largas
lneas de transmisin.
E
Donde:
Tasa de flujo a condiciones base (PCND)
Temperatura base o de contrato (normalmente 520 R)
Presin base o de contrato (14,7 lpca)
Dimetro (pulg)
Presin de entrada del sistema (lpca)
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
52/115
39
Presin de salida del sistema (lpca)
Gravedad especifica del gas (adimensional)
Temperatura promedio del gas, por lo general es constante
(535R)
Longitud de la tubera (millas)
Coeficiente de friccin (adimensional)
Eficiencia del gasoducto, la cual depende de la rugosidad y edaddel mismo, as como tambin de las caractersticas del gas transportado por
lo general se considera un valor de 88,5% como normal
El coeficiente de friccin de Panhandle es funcin del nmero de
Reynolds:
Ec. 8
2.9.5 Factor de Compresibilidad
El efecto de la compresibilidad deber compensarse adecuadamente
en tuberas de gas de alta presin, a fin de hacer las predicciones con
exactitud. Existen argumentos acerca del mejor mtodo de aplicar el
factor Z.
Al desarrollar la forma general de las diferentes ecuaciones de flujo,
as con la ecuacin de Weymouth, la aplicacin de las leyes para los
gases reales:
Ec. 9
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
53/115
40
Entonces se puede decir:
Sabiendo que P se refiere a , se puede utilizar el factor de
compresibilidad como un promedio ( ) y se podra decir que la expresin
se transforma en:
Quedando para la ecuacin de Weymouth reflejado de la siguiente
manera
Este cambio en la ecuacin principal, frecuentemente conlleva a errores
a la hora de evaluar el Z. Este tipo de complicaciones, de alguna forma
pueden tambin afectar el clculo de la cada de presin en la tubera, sobretodo cuando se trabaja a alta presiones y longitudes grandes. En vista que
cuando se trabaja a presiones bajas y longitudes cortes, el error puede ser
aceptable, siempre y cuando no sea mayor al 3%.
Ec.
Ec.
Ec.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
54/115
41
2.9.6. Velocidad de Flujo
Al obtener una cada de presin dentro de los parmetros permisibles,
se proceda a verificar la velocidad del flujo, teniendo en cuenta que ese
valor, no deber superar los 60 pie3/seg. (Norma COVENIN 928-2008). La
ecuacin a utilizar para calcular la velocidad es la siguiente:
Ec. 13
Donde:
Velocidad del gas (pie/seg)
Temperatura inicial o de entrada al sistema (R)
Presin inicial o de entrada al sistema (lpca)
Tasa de flujo ( )
Dimetro de la tubera (pulg)
En caso de obtener velocidades mayores a la permisible se supone un
dimetro mayor y se repite todo el procedimiento de clculo y verificacin.
Una vez obtenido el dimetro adecuado se procede al clculo del tramo
siguiente de tubera y as sucesivamente hasta tener dimensionado todo el
sistema de tubera.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
55/115
42
2.10 Seleccin de La Ecuacin de Flujo
En las siguientes tablas, se presentan una serie de consideraciones
para la escogencia de ecuaciones de flujo para el diseo de sistemas de
distribucin de gas propuestas por diversos autores.
Tabla 2.2 Consideraciones para aplicar la ecuacin de Weymouth.
EXXON Paratuberas menores de 12". BUENA
M. Martnez Para: 2" < D < 16" BUENA
I.G.T. Flujo completamente turbulento, altas
presiones y D < 20"
BUENA
I.G.T. Flujo parcialmente turbulento, mediana a alta
presin y d < 20".
CONSERVADORA
No se recomienda para dimetros menores de 2".
Tabla 2.3 Consideraciones para aplicar la ecuacin de PanhandleEXXON Para tuberas mayores de 12". RECOMENDABLE
M. Martnez Para: 4 x 106 < Re < 40 x 106, D>16". BUENA
I.G.T. Para altas temperaturas, flujo parcialmente
turbulento, Re >300.000.
BUENA
I.G.T. Para distribucin, para presiones medianas y
altas, D>16".
RELATIVAMENTE
BUENA
En general se puede sealar que para el diseo y operacin de los
Sistemas de Distribucin de Gas se requiere contar con una ecuacin que
relacione las distintas variables que afectan el flujo de gas. En el rgimen
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
56/115
43
turbulento una de las ecuaciones que mejor se aproxima al comportamiento
del gas es la ecuacin de Panhandle modificada.
2.11. Mtodos de clculos para resolver redes de gas
El clculo de la cada de presin para una sola tubera requiere
solamente de la aplicacin de la ecuacin de flujo. Sin embargo, en un
sistema de distribucin la mayor parte de las tuberas estn interconectadas
formando una red.
A consecuencia de la interconexin entre los diferentes tramos, el gas
puede fluir desde la fuente hasta los nodos de consumo, y en diferentes vas
y a distintas tasas de flujo. Por eso, cuando se habla de resolver una red, se
quiere especificar el clculo del caudal en cada tramo y la presin en cada
nodo.
A continuacin se presentan el mtodo de Hardy Cross, usualmente
empleado para el dimensionamiento de las redes de suministro de gas.
2.11.1 Mtodo de Hardy Cross
El fundamento matemtico de la mayora de los mtodos de clculo
utilizados en redes de gas tienen su base en la teora general de Hardy
Cross que, a su vez, proviene de una aplicacin directa de las leyes de
Kirchoff, las cuales establecen:
En todo nodo, la sumatoria algebraica de los flujos que entran y
salen es igual a cero.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
57/115
44
En un circuito cerrado o red, la suma algebraica de las prdidas de
carga es igual a cero.
La prdida de carga total (h) para una cierta longitud de tubera (L)
y una prdida de carga unitaria () es igual a:
Ec. 14
se puede decir que la resistencia de la tubera, se expresa de la
siguiente manera:
(Ec. 15)
Y por lo tanto
(Ec. 16)
El procedimiento para cerrar redes de gas se basa en el clculo de un
ajuste (Q0) para un caudal de flujo (Q0) previamente asignado, de tal
manera que la nueva tasa de flujo, en el tramo referido, ser:
(EcQn=Q0+Q0
Las leyes de Kirchoff seguirn siendo validas en cada uno de losnodos de la red. La prdida de carga total con el caudal corregido ser:
h= r * (Q0+ Q0)n
(EcEntonces para cada nodo:
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
58/115
45
h = r * (Q0+ Q0)n =r * (Q0
n + n Q0n-1 *Q0 +)
(Ec. 19)
Si Q0es pequea comparada conQ0todos los trminos de la serie
posteriores al segundo pueden ser despreciados, entonces la serie queda
reducida a:
h = r * (Q0+ Q0)2
(Ec. 20)
Desarrollando la ecuacin:
h= r * Q02+ 2r* Q0*Q0+ r *Q0
2
Aplicando la Ley de Mallas: (h =0):
h = (r * Q02+ 2r* Q0*Q0)= 0
Despejando de la ecuacin Q0 se obtiene la ecuacin para el ajuste
del caudal:
Usando la ecuacin de Weymouth para el clculo de cada tramo:
(Ec. 21)
(Ec. 22)
(Ec. 23)
(Ec. 24)
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
59/115
46
Donde K, es el coeficiente de Weymouth expresado de la forma:
C es llamada la constante de Weymouth y se representa as:
La ecuacin 24 se puede expresar de la forma:
Si se comparan las ecuaciones 14 y la 27 se concluye que n=2, =K-2
y que la perdida de carga, es igual a la diferencia de los cuadrados de las
presiones (h=P2).
Para el clculo de los caudales de cada tramo de la malla, el factor de
correccin del caudal queda reducido a la forma:
(Ec. 25)
(Ec. 26)
(Ec. 27)
(Ec. 28)
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
60/115
47
Para el clculo de las presiones de cada nodo de la red, el dimetro
ser una funcin directa de la cada de presin, como se demuestra en la
siguiente Ecuacin:
(Ec. 29)
2.12 Pasos para el Diseo de Sistemas de Transporte y Distribucin de
Gas Natural
2.12.1. Normas, Cdigos y Estndares
Al disear, construir, operar y hacer trabajos de mantenimiento de los
Sistemas de Transporte y Distribucin, se deber cumplir con las normas y
regulaciones aplicables, emitidas por organismos nacionales, estatales y
locales de Venezuela. Es aplicable la ltima edicin, incluyendo revisiones,
anexos y agendas de todos los cdigos y normas indicadas. En caso de
conflicto entre las mismas, se aplicar el criterio ms estricto y conservador.
2.12.2. Clasificacin de rea por densidad poblacional
La intencin de la clasificacin de rea poblacional es lograr una
adecuada seguridad de las personas que se encuentran en los alrededores
de las instalaciones de la lnea de gas. Para el diseo de redes Industriales y
domstica, no se usa este criterio, por las bajas presiones de estos sistemas.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
61/115
48
2.12.3. Presiones del Proceso.
2.12.3.1. Mxima Presin de Operacin Permitida
Es la presin utilizada para determinar el ajuste de los dispositivos de
alivio, cierre o limitadores de presin, instalados para proteger al usuario y al
sistema de tuberas en caso de sobrepresin accidental o por falla de algn
dispositivo de regulacin o aumento de temperatura.
2.12.3.2. Presin Normal de Operacin
Utilizada para determinar requerimientos de dimetros de tuberas y
limitaciones de cadas de presin.
2.12.3.3. Presin de Operacin Futura
Considera dimensionamiento para condiciones futuras, tales como
declinacin de yacimientos.
2.12.4. Temperatura del Proceso
2.12.4.1. Temperatura de Diseo
Extrema temperatura a la cual estar sujeta la lnea durante su
operacin.
2.12.4.2. Temperatura Normal de Operacin.
Utilizada para determinar requerimientos de dimetros
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
62/115
49
2.12.5. Demanda de gas.
Es el flujo de gas requerido para el funcionamiento a plena carga de un
equipo.
2.12.6 Dimensionamiento de la Tubera de Transporte
El dimensionamiento de tuberas engloba lo siguiente:
Establecer las condiciones operacionales: flujo, temperatura,
presin y Composicin del fluido.
Considerando criterios de lmites de velocidad, calcular el rango
de dimetro interior permisible.
Calcular el espesor de pared utilizando el criterio de mxima
presin de trabajo permisible.
Calcular las capacidades mximas y mnimas de acuerdo a los
criterios de velocidad.
Estimar cada de presin y comparar con cada de presin
permitida.
Repetir pasos previos hasta alcanzar las mejores condiciones
de diseo para la operacin esperada.
Revisar el dimensionamiento obtenido con el resto de la
configuracin del sistema en general y de las facilidades de
control.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
63/115
50
Disear los soportes de la tubera y realizar anlisis de
esfuerzos, en caso de requerirse.
Otros detalles: Materiales para tubera de acero, mnimo
espesor de pared, conexiones, derivaciones, revestimiento,
Proteccin Catdica, aislamiento, sealizacin.
Para el dimensionamiento de tuberas se usa un simulador de
flujo de gas en tuberas, el cual hace todos los clculos de los
parmetros nombrados anteriormente.
2.13. Equipos y accesorios en los sistemas de transporte y distribucion
de gas natural.
Las presiones que van a manejar estos sistemas de transmisin de Gas
van de 400 psig a 1.000 psig, debido a esto se tienen que incorporar una
serie de equipos y accesorios que permiten el transporte de gas a alta
presin, as como su monitoreo y control de condiciones. Entre otras cosas,
estos equipos van a permitir las acciones operacionales que permiten
manejar situaciones extraordinarias, tanto por razones inesperadas, como
por situaciones programadas o de mantenimiento. Entre estos equipos
podemos mencionar los siguientes:
2.13.1 Vlvulas
Son dispositivos utilizados en las tuberas para controlar, abrir o cerrar
el suministro de gas a una seccin de un sistema de tuberas o a un
artefacto.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
64/115
51
2.13.1.1. Vlvulas de seguridad
Son vlvulas de descarga automtica y tienen la funcin de mantener la
presin bajo un lmite mximo previamente fijado.
Figura 2.5. Vlvula de Seguridad
2.13.1.2 Vlvulas de Bloqueo
Estas vlvulas se diferencian de la anterior porque cortan totalmente el
flujo de gas natural que circula por la tubera cuando la presin regulada
supera el valor admisible.
Figura 2.6. Vlvula de Bloque
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
65/115
52
2.13.2. Medidores
Son equipos que miden el volumen de gas que fluye a travs de una
tubera.
2.13.3. Regulador
Dispositivo para la regulacin de presin, estos son utilizados en las
estaciones de regulacin, tambin pueden usarse en las lneas de
transmisin.
2.13.4 Acometidas
Tramo de tubera comprendido entre la red de distribucin y la
derivacin del servicio, incluye la vlvula de acometida y su correspondiente
tranquilla. Pueden tener reguladores o no.
2.13.5 Estaciones de Regulacin y Medicin
Son instalaciones que tienen la funcin de filtrar el gas y reducir y
estabilizar su presin, mantenindola constante en su salida, dentro de unos
lmites previamente determinados, independientemente de la presin de
entrada y de los caudales circulantes. Asimismo, incorporan los equipos de
medicin e instrumentacin necesarios para la medida del volumen de gas
emitido a travs de ellas
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
66/115
53
2.14. Herramientas tecnologicas para el diseo de la red de distribucion
y transporte de gas naturalpara uso domestico.
2.14.1. AutoCAD 3D 2010
Es un programa de diseo asistido por computadora para dibujo en dos
y tres dimensiones. Actualmente es desarrollado y comercializado por la
empresa Autodesk. El trmino AutoCAD surge como creacin de la
compaa Autodesk, teniendo su primera aparicin en 1982. AutoCAD es un
software reconocido a nivel internacional por sus amplias capacidades deedicin, que hacen posible el dibujo digital de planos de edificios o la
recreacin de imgenes en 3D.
.
Figura 2.7. Portada de Presentacin del AutoCAD 3D 2010
http://es.wikipedia.org/wiki/Softwarehttp://es.wikipedia.org/wiki/Dise%C3%B1o_asistido_por_computadorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gr%C3%A1ficos_3D_por_computadorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Autodeskhttp://es.wikipedia.org/wiki/Autodeskhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gr%C3%A1ficos_3D_por_computadorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Dise%C3%B1o_asistido_por_computadorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Software -
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
67/115
54
2.15.2. Stoner SYNERGEE 4.3.2
El Software Stoner SYNERGEE 4.3.2, consiste en un programa de
simulacin especficamente para el modelado y anlisis de presiones en
estado estacionario y flujo en sistemas de transporte y distribucin de gas
que surten a un rea metropolitana entera. Est en la capacidad de analizar
en circuitos cerrados de tuberas: reguladores, vlvulas, compresores,
estaciones de distrito, velocidad del flujo, etc. y es completamente grfico; la
red que este siendo analizada puede ser creada, manipulada, resuelta y
presentada en dos dimensiones.
Figura 2.8. Imagen de Presentacin del Simulador
Stoner SynerGEE Gas 4.3.2
El simulador Stoner SynerGEE permite elegir entre una amplia gama de
ecuaciones para realizar los clculos en las redes. Entre las ecuaciones con
las que cuenta este simulador, se pueden mencionar:
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
68/115
55
Ecuacin Fundamental con Factor de Friccin Constante.
Ecuacin Fundamental con Factor de Friccin Dependiente del
Flujo.
Ecuacin de distribucin del Institute Gas Technology (IGT).
Ecuacin A de Panhandle.
Ecuacin B de Panhandle.
Ecuacin de Spitzglass para Baja para Presin.
Ecuacin de Spitzglass para alta Presin.
Ecuacin de Weymouth.
-
7/22/2019 27-TESIS.IQ011.R75
69/115
CAPITULO III
MARCO METODOLGICO
3.1 Tipo de Invest