27-tesis.iq011.r75

Upload: mary20

Post on 10-Feb-2018

267 views

Category:

Documents


2 download

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