estudio de factibilidad de uso de válvulas de polietileno...

Introducción

2

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, el uso del gas natural, como fuente energética o

como materia prima, está tomando mayor importancia dentro del mercado

nacional e internacional, no solo por sus bajos costos, sino también, por sus

bondades ecológicas bien importantes, dadas sus características de limpieza,

comparada con la de otros combustibles.

PDVSA GAS, es la empresa encargada, de las actividades de

procesamiento, transporte, distribución y comercialización del gas natural y

por ende es, la responsable de los sistemas y redes de distribución de gas, en

las principales regiones y ciudades del país.

La red de distribución de gas metano del área metropolitana de

Caracas, es la más grande existente en el país. Está conformada por cuatro

ramales de distribución, con tuberías que van desde 6" hasta 10" de

diámetro, que suministran gas a clientes industriales y a la red de gas

doméstico.

La red de gas doméstico, está constituida por tuberías de acero, que van

desde 1" hasta 6” de diámetro, por tuberías de polietileno de alta densidad

con diámetro que van desde 32 mm hasta 125 mm, y por válvulas de

seccionamiento fabricadas en acero y en hierro colado. Para reducir los costos

de instalación y mantenimiento de la red, es necesario recurrir al uso de

válvulas que ofrezcan el mismo desempeño que las instaladas en la red, y que

sean menos costosas.

Este estudio tiene como objetivo principal, determinar si el uso de

válvulas de polietileno en la red de distribución de gas doméstico, es confiable

Introducción

3

y económico, basándose en las condiciones de los sistemas de distribución

existentes, en las normas internacionales y en las experiencias acumuladas en

otros países.

PDVSA-GAS.

En enero de 1998, entró en funcionamiento un proceso de

transformación de la industria petrolera nacional, cuya expresión

fundamental, es el nuevo rol que asume la casa matriz, Petróleos de

Venezuela. A partir de entonces, nace la división, que hoy se conoce como

PDVSA-GAS.

Esta empresa, procesa y maneja el 100% del gas producido por la

industria petrolera en el ámbito nacional, extrae el 100% de los líquidos del

gas, distribuye y comercializa el 100% del gas metano, opera la red nacional

de gasoductos, y estudia los requerimientos del mercado.

Su objetivo fundamental es planificar, dirigir y ejecutar los programas

de extracción y comercialización de gas licuado y gas metano, para satisfacer

la demanda a corto, mediano y largo plazo en el mercado nacional e

internacional. Para cumplir dicho objetivo, la empresa maneja la construcción,

operación y mantenimiento de las plantas de extracción, procesamiento y

fraccionamiento de los líquidos del gas natural así como, los sistemas de

transporte y distribución de gas metano, para garantizar suministro confiable

y obtener un nivel de rentabilidad acorde con la actividad general de la

industria.

Introducción

4

Dentro de la organización de PDVSA-GAS, está la Gerencia de

Ingeniería Operacional de Gas, cuya función es, planificar y coordinar la

ejecución de los proyectos de expansión y mantenimiento programados en

las instalaciones desde la fase conceptual hasta su puesta en funcionamiento,

de acuerdo a los lineamientos corporativos de la empresa. Estas funciones

incluyen, además los servicios y asesorías técnicas necesarias para la

extracción, fraccionamiento, suministro, transmisión y distribución de gas

licuado y gas metano y, forman parte de uno los grandes retos, que hoy día

tiene la Industria Petrolera nacional, cual es, hacer realidad, la gasificación

del país, apoyado en un proceso de apertura.

Si bien, PDVSA-GAS es una división recién creada, es una empresa con

fortalezas bien establecidas, sólida desde el punto de vista operacional,

orientada al negocio y con personal calificado, de gran experiencia y

conocimientos en el negocio de gas. Es, probablemente la empresa con

mayores retos, que sin ninguna duda, promoverá excelente valor agregado a

este país de grandes reservas de hidrocarburos, con 143 billones de pies

cúbicos de gas en sitio, donde se esta dando énfasis, en el negocio integral

del gas, como promotor del desarrollo y donde la demanda esta garantizada;

quienes participen en este negocio, tendrán la oportunidad de ser

moldeadores, en cierta manera, del futuro de Venezuela.

La intensa actividad que enmarcó la gestión de PDVSA -Gas durante el

año 1998, estuvo dirigida a la consolidación y fortalecimiento de la industria

de este energético en Venezuela. La empresa en general, ha dado pasos

importantes tendientes a abrir mayores oportunidades en el sector gasífero,

promover el establecimiento de un marco jurídico adecuado, definir una

política de precios que permita la inversión en infraestructura, impulsar la

Introducción

5

gasificación de ciudades, contribuir mayormente en el desarrollo industrial del

país y al mejoramiento de la calidad de vida de los venezolanos.

Con la ampliación de la capacidad de extracción de la planta Jusepín y

la del Tren C en Jose, así como la reubicación de la Planta de Refrigeración

San Joaquín, y la planta de Santa Bárbara, Venezuela ha expandido su

producción de Líquidos del Gas Natural (LGN) hasta alcanzar los 190 mil

barriles diarios y su capacidad de fraccionamiento de LGN a 240 mil barriles

diarios. Esto sitúa a Venezuela, dentro de los principales productores

mundiales de líquidos del gas natural. En 1998, la producción promedio de

estos Líquidos del Gas Natural, fue de 171 mil barriles diarios, de los cuales el

68% fue destinado al consumo interno y el 32% restante a los mercados

internacionales.

En cuanto a la infraestructura de transmisión de gas metano, la

industria petrolera venezolana, ha instalado hasta la fecha, un total de 5.000

kms, de gasoductos, que tienen una capacidad de transmisión de 74,94

MMmcD (2.646 MMPCD), y se espera expandir en los próximos años,

apoyándose en los estudios de las diferentes formas de negocio con terceros,

dentro del proceso de apertura en marcha. Las inversiones en ese proyecto,

se estiman en el orden de un mil millones de dólares (US$ 1000.000.000) En

1998, las ventas de gas metano, se ubicaron en el orden de 90,37 MMmcD

(3.191 MMPCD), de los cuales 58% fué al sector industrial y doméstico y

42%, a operaciones y procesos dentro de la propia industria.

El mayor reto de PDVSA -GAS, para los próximos años, es hacer

realidad la gasificación del país, apoyada en un proceso de apertura del

negocio y en la promoción y desarrollo de los sectores petroquímico,

siderúrgico, eléctrico, industrial y en general, abriendo oportunidades para

Introducción

6

que se incremente el uso de este energético en el país, haciendo partícipe al

mercado nacional de un combustible económico, limpio y seguro.

Las grandes reservas en sitio, los avances tecnológicos y la

preocupación mundial por preservar el ambiente, indican claramente, que el

gas será el hidrocarburo del futuro en el mundo, desplazando otras formas de

energía primaria, oportunidad que se debe aprovechar, promoviendo

mediante la inversión privada y pública su rápido desarrollo. La

transformación emprendida por Petróleos de Venezuela, originando a PDVSA-

GAS, apunta hacia esos objetivos; como es bien sabido PDVSA-GAS es, la

empresa más grande de su tipo en toda Latinoamérica y está comprometida

con el impulso y expansión de las actividades gasíferas, mediante el

aprovechamiento de las oportunidades en el mercado internacional y la

apertura del sector al capital privado.

Capítulo I Planteamiento del Caso

8

I.1- PLANTEAMIENTO DEL CASO

Dentro de los planes de Negocios de Petróleos de Venezuela, está

contemplado maximizar el uso de gas metano y, ofrecer a los consumidores

industriales y domésticos, la opción de un producto eficiente, menos

contaminante y más económico que el resto de los energéticos disponibles,

lo cual contribuirá a mejorar la competitividad entre las empresas y calidad

de vida de las comunidades; con esta premisa, se propone extender el

suministro y servicio de gas doméstico a todas las regiones, áreas industriales

y ciudades del país

Al presente, la industria petrolera, con su red más grande de

distribución de gas metano, abastece la mayoría de los clientes industriales y

domésticos, que se encuentran establecidos dentro y en la periferia del área

metropolitana de Caracas.

Al comienzo, cuando se instaló la red de distribución doméstica, se

utilizaron tuberías de acero y válvulas de acero y de hierro colado, mas tarde,

con el desarrollo de las nuevas tecnologías, el advenimiento en el mercado de

tuberías de polietileno y el incremento de las demandas de servicio de gas

doméstico, se recurrió al uso de estos materiales, menos costosos y a

técnicas de instalación más rápidas y seguras, que facilitaron la expansión de

esta red de distribución de gas doméstico.

Hoy día, con este primer estudio, se propone estimular el uso de

válvulas de polietileno a fin reducir significativamente los costos, mejorando

los tiempos de instalación, facilidad de operación, mínimo mantenimiento,

seguridad en los procesos y más importante aun, la sustitución de las

válvulas de acero y de hierro colado que ya han cumplido su vida útil.


9

Las válvulas de polietileno fueron introducidas a la industria, para

distribución de gas natural en los Estados Unidos en 1976, y desde entonces,

han sido exitosamente utilizadas hasta con rangos de presiones máximas de

100 psi.

Las válvulas de polietileno que se fabrican en la actualidad, y que son

utilizadas en sistemas de distribución de gas doméstico, cumplen con los

estándares ASME B16.40 )1( e ISO 10933 )2(

El estándar ASME B16.40 abarca válvulas termoplásticas en tamaños

que van desde ½” hasta 6” de diámetro, los cuales son los apropiados para

usarse en tuberías termoplásticas de distribución de gas donde la máxima

presión a la cual el sistema de tuberías de distribución puede ser operado,

está de acuerdo con el código de regulaciones federales (CFR) título 49, parte

192; para rangos de temperatura de –29°C a 38°C. Este estándar establece

las mínimas capacidades, características y propiedades que debe tener una

válvula de reciente manufactura para ser considerada apta para su uso en

sistemas de distribución de gas metano. Los detalles de diseño y

manufactura, adicionales a los especificados en esta norma incluyendo el

diseño y pruebas de producción, son de absoluta responsabilidad del

fabricante.

El estándar ISO 10933 especifica los criterios de calificación y

fabricación, y métodos de pruebas para válvulas de polietileno diseñadas para

usarse en tuberías de polietileno para distribución de gas metano.

Adicionalmente, esta norma especifica algunas propiedades generales del

material, del cual estas válvulas están fabricadas. Este estándar abarca

válvulas con diámetros nominales que van desde 20 mm hasta 160 mm

(1) The American Society of Mechanical Engineer (ASME). Manually Operated Thermoplastic Gas Shutoff and Valves in Gas Distribution Systems. 1985. NY. USA. (2) The International Standard Organization (ISO). Polyethylene Valves for Gas Distribution Systems. 1997.


10

(desde ½” hasta 6”), para rangos de temperaturas de servicio de –20°C a

40°C.

I.2- OBJETIVO GENERAL

Determinar si el uso de válvulas fabricadas en polietileno, en la red de

distribución de gas doméstico, es confiable y económico, basado en las

condiciones de los sistemas de distribución existentes, así como en

experiencias y normas internacionales.

I.3- OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Ø Revisión de la red de distribución del área metropolitana, según

las tuberías y accesorios que posee el mismo.

Ø Evaluar las características del gas que se va a distribuir

Ø Revisar el pronóstico de la demanda de gas doméstico entre los

años 2000 y 2020

Ø Recopilación y revisión de normas para el uso de tuberías y

válvulas de polietileno para aplicaciones en gas metano.

Ø Análisis de las normas y recomendación de la más adecuada para

PDVSA-GAS.

Ø Elaboración de análisis de costos.

Ø Elaboración de especificaciones y procedimientos para la

instalación y operación de válvulas de polietileno.

Capítulo II Marco Teórico

12

II.- MARCO TEÓRICO

II.1- EL GAS NATURAL

El gas natural es una mezcla de hidrocarburos que incluye el Metano

(CH4) como principal componente, y proporciones menores de Etano,

Propano, Butano y otros compuestos más pesados. Esta mezcla también

contiene contaminantes no hidrocarburos tales como Sulfuro de Hidrógeno

(H2S), Dióxido de Carbono (C2O), Nitrógeno (N2), Helio (He), vapor de agua

(H2O) y gases inertes. Su composición también puede clasificarse según tres

grupos, aquellos compuestos que se aprovechan como combustible y materia

prima, los que actúan como diluentes y a los que se les denomina

contaminantes )3( .

Hasta el presente, se presume que el petróleo y el gas se han formado

como resultado de la descomposición y acción bacteriológica de materia

orgánica debido a las elevadas temperaturas y presiones producidas durante

millones de años, por efecto del asentamiento de las capas sedimentarias que

las contiene.

GasGas

PetróleoPetróleo Figura No 1. Separación del Gas y el Petróleo

Fuente: PDVSA-GAS. Aray Luis B. Gas Doméstico (1994) . CETREX

(3) Petróleos de Venezuela (PDVSA). Aray Luis. Gas Doméstico. 1994. Caracas, Venezuela


13

En los campos petroleros, con la producción de los pozos, se extraen

grandes cantidades de petróleo y gas, que son separados en la superficie a

través de mecanismos de separación instalados en las estaciones de flujo y

recolección, tal como se muestra en la figura N°1.

En este proceso de separación, el crudo es enviado a los sistemas de

almacenamiento o a las refinerías para su transformación y conversión en

productos de gran demanda; mientras que el gas, que en este punto es una

mezcla de vapores de hidrocarburos livianos y pesados (CH4.àC6H14),

comienza su tratamiento y proceso de separación.

A continuación, la figura N°2 muestra un diagrama esquemático de los

diversos componentes que constituyen el gas natural.

CONTAMINANTES

COMBUSTIBLES Y

MATERIA PRIMA

DILUENTES

Ø METANO Ø ETANO Ø PROPANO Ø BUTANO Ø PENTANO Ø HEXANOS PLUS

Ø DIÓXIDO DE CARBONO

Ø NITRÓGENO

Ø OXÍGENO

Ø VAPOR DE AGUA

Ø HELIO

Ø SUL FURO DE HIDRÓGENO

Ø SULFURO DE CARBONILLO

Ø MERCAPTANOS

Ø AZUFRE LIBRE Y ORGÁNICO

GAS NATURAL

Figura No 2. Componentes del Gas Natural



14

El gas, como el petróleo, se encuentra en el subsuelo contenido en los

espacios porosos de ciertas rocas, en estructuras geológicas denominadas

yacimientos que pueden ser de tres tipos:

a) Yacimiento de gas asociado, donde el producto principal es el

petróleo (Figura N°3).

b) Yacimiento de gas seco o libre, donde el producto principal es el gas

mismo (Figura N°4).

c) Yacimiento de condensado, donde el gas se encuentre mezclado

con hidrocarburos líquidos. A este tipo de gas se le denomina gas

húmedo.

Venezuela tiene grandes recursos de gas natural, los últimos cálculos

nos sitúan por el orden de los 4,1 billones de metros cúbicos (143 billones de

pies cúbicos) de gas en sitio, lo que a la rata de producción actual equivale a

unos 100 años de duración.

GAS

PETRÓLEO

Figura No 3 Yacimiento de Gas Asociado

GAS

Figura No 4 Yacimiento de Gas Libre



15

II.2- PROCESAMIENTO DEL GAS NATURAL

El gas libre y asociado, proveniente de los yacimientos debe pasar

primero por las plantas de acondicionamiento, en las cuales el gas es

sometido a un proceso de endulzamiento y deshidratación para retirar

impurezas como el H2S y el CO2, y el agua presente en el mismo.

Posteriormente, este gas libre de agua y contaminantes es

transmitido hacia las plantas de extracción, donde se separa el metano de los

otros componentes más pesados.

El gas remanente, resultante del proceso de extracción se le

denomina gas metano residual, esta conformado en su mayor parte por

metano, y es enviado a través de las plantas y sistemas de transmisión y

distribución, a los centros de consumo, para ser comercializado, a los

clientes que utilicen este gas como fuente de energía; mientras que los

elementos o fracciones mas pesadas, son enviadas a las plantas de

fraccionamiento, donde son procesadas y separados en sus componentes

más puros, como: Propano, I-Butano, N-Butano, Pentanos y Gasolina

Natural )4( . En la figura N°5 se muestra un esquema de procesamiento del

gas en Venezuela.

Figura No 5 Procesamiento del Gas Natural

Gas Metano

Extracción

Gas sin

CO2, H2S,H2O

Ø Propano

Ø Gasolinas

Ø Butanos

Ø Etano

Ø Pentanos

Acondicionamiento


(4) Loc. Cit


16

II.3- COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL GAS NATURAL

Tal como se extrae de los yacimientos, el gas natural contiene

impurezas y vapores de hidrocarburos mas pesados. Mediante tratamiento,

se elimina gran parte de las impurezas, y con el procesamiento, se separa el

metano, de las fracciones más pesadas, dejándole solamente una mínima

porción de los otros componentes (Etano, Propano y gasolina natural);

Después de realizado este acondicionamiento, la composición final del gas es

la que se muestra en la tabla Nº 1.

COMPONENTE % MOLAR (rango)

Metano (CH4) 81,64 – 82,21 Etano (C2H6) 8,49 – 7,81

Propano (C3H8) 0,68 – 0,70 I-Butano (C4H10) 0,10 – 0,08 N-Butano (C4H10) 0,15 – 0,10 I-Pentano (C5H12) 0,07 – 0,04 N-Pentano (C5H12) 0,06 – 0,04

Hexano (C6H14) 0,06 – 0,04 Heptano (C7H16) 0,09 – 0,05

Dióxido de Carbono

(CO2) 8,51 – 8,77

Nitrógeno (N2) 0,15 – 0,16 Gravedad Específica 0,58 – 0,75

Poder Calorífico (BTU/PC) 1012 - 990

II.4- USOS Y VENTAJAS DEL GAS NATURAL

El gas natural es utilizado en una gran variedad de formas, tanto en el hogar

como en los negocios, plantas eléctricas, industrias y como combustible para

automóviles. Del gas producido anualmente, 171 MMmcD (6.033 MMPCD), el

70% que representa 120 MMmcD (4.233 MMPCD) es utilizado en las

operaciones de la industria petrolera, mientras que el otro 30% representado

por 51 MMmcD (1.810 MMPCD) se destina al mercado interno.


Tabla N°° 1 Composición del Gas Metano Residual


17

La figura No 6 muestra los principales usos del gas natural en Venezuela.

El gas representa una excelente alternativa como fuente de energía, es

poco contaminante y resulta más económico, puede ser transportado por

sistemas de gasoductos que permiten despachar volúmenes constantes y

entregar a los clientes de manera continua y directa a los equipos donde va a

ser utilizado, sin necesidad de almacenaje en sitio, también puede ser

distribuido con facilidad en envases o bombonas especialmente fabricados

para esos propósitos.

Cemento

Recuperación Crudo

Combustible

Transf. LGN

Otros

Electricidad

Petroquímica

Acero/Aluminio

Doméstico

Otros

Industria Petrolera 120 MMmcD

(4223 MMPCD)

Mercado Interno 51 MMmcD

(1810 MMPCD)

Total = 171 MMmcD (6033 MMPCD)

6

5

32

21

21

15

46

32

10

12

(%) (%)

70% 30%

Industria Petrolera

Mercado Nacional

Figura No 6 Distribución de los Usos del Gas Natural

Fuente: PDVSA-GAS.


18

II.5- DISTRIBUCIÓN DEL GAS METANO

Después que el gas ha pasado por el proceso de tratamiento y separación,

es transmitido a través de los gasoductos principales hacia los centros de

consumo. En el trayecto pueden existir ramales de derivación que vayan a

otros sitios, para llevar gas a poblaciones que se encuentren cerca de los

sistemas de transmisión. Al llegar a cada sitio de consumo, el gasoducto

principal alimenta la red de distribución que suministra gas a la ciudad; este

servicio se controla, con el uso de medidores y reguladores, de modo que el

consumidor, lo recibe con los requerimientos de presión y volúmenes

adecuados )5( .Un sistema de distribución por redes permite que, el servicio

llegue a los usuarios, por medio de tuberías, sin contratiempo, en forma

continua y segura, y sin necesidad de almacenaje. En la Figura N°7, se

muestra un sistema general de distribución de gas, formado por: el ramal de

distribución, derivaciones industriales, estaciones de distrito y finalmente las

redes de gas doméstico.

Derivación Doméstica

Gasoducto 48 Bar (700 PSIG)

Derivación Industrial

Red Doméstica 4,1 Bar (60 PSIG)

Derivación Industrial Ramal de

Alimentación

Red Doméstica

4,1 Bar (60 PSIG)

Ramal de Alimentación

14,5 Bar (210 PSIG)

l

Derivación Comercial

0,03 Bar (0,5 PSIG)

1 Bar (15 PSIG)

6,2 Bar (90 PSIG)

6,2 Bar (90 PSIG)

Estación de Distrito 14,5/4,1 Bar (210/60 PSIG)

Estación de Regulación Primaria 34,5/14,5 Bar (700/210 PSIG)

E.M.R 4,1/0,03 ó 1 Bar (60/0,5 ó 15 PSIG)

E.M.R 14,5/ 1 Bar (210/90 PSIG)


Figura No 7 Red Urbana de Distribución de Gas

(5) Loc. Cit


19

II.6 - ESTACIONES DE GAS EN LOS SISTEMAS DE

DISTRIBUCIÓN

II.6.1 - Estación de Regulación Primaria

Las estaciones de regulación primaria, son instalaciones que tienen la

función, de regular la presión del gas que viene de los gasoductos, a una

presión entre 48 y 62 Bar (700 y 900 PSIG), hasta la red de distribución a

una presión entre 14,5 y 16,5 Bar (210 y 240 PSIG). Por lo general, estas

estaciones se ubican sobre los gasoductos, y a partir de este punto se inician

los ramales de distribución )6( .

II.6.2 - Estación de Distrito Doméstico

Es una instalación que tiene la función de filtrar, aliviar, medir, odorizar

y regular la presión de gas. Cuando el gas entra a la estación de distrito,

primero pasa por un separador de sólidos y líquidos, para eliminarle la posible

presencia de objetos extraños, y luego pasa a la etapa de regulación, donde

la presión de 14,5 Bar (210 psig), es regulada a 4,1 Bar (60 psig), que es la

presión normal en la red de distribución doméstica. Las variables medidas en

la estación de distrito son registradas permanentemente, con el fin de tener

un instrumento de análisis que permita prever situaciones de riesgo en el

funcionamiento de la estación )7( .

II.6.3 - Estación de Cliente Industrial

Es una instalación que tiene la función de filtrar, regular, aliviar y

medir el gas entregado a clientes industriales. Normalmente en esta estación

la presión de 14,5 Bar (210 psig) se regula a 6,2 Bar (90 psig) de presión en

el sistema de entrega, o es regulada a una presión mayor dependiendo de las

condiciones requeridas por el cliente )8( .

(6) Loc. Cit

(7) Loc. Cit

(8) Loc. Cit


20

II.6.4 - Estación de Medición y Regulación de Clientes

domésticos y comerciales Son instalaciones que tienen la función, de regular la presión del gas

que viene desde la tubería de distribución principal hasta las derivaciones de

los clientes domésticos, para bajar, medir y regular la presión del gas

metano, desde 4,1 Bar (60 psig) hasta 1 Bar (15 psig), si el cliente es

comercial, o hasta 0,03 Bar (½ psig), si el cliente es residencial )9( .

II.7 - Polietileno

Este material es un polímero termoplástico, el cual se obtiene de la

polimerización a baja presión, del etileno (monómero) en presencia de un

catalizador, el cual es una mezcla de Trialquilos de aluminio (R3AL) con

Tetracloruro de Titanio ( TiCl4), y cuya densidad oscila entre 0,910 g/cm³ y

0,965 g/cm³ )10( .

La estructura básica del polietileno (PE) es la cadena, la cual no tiene

grupos sustituyentes, es decir, ramificaciones en su cadena principal.

Comercialmente, los polietilenos son fabricados con sustituyentes alquil

(ramificaciones de 1-7 átomos de carbono), con valores de n entre 400 y

sobre 50.000. El polietileno es sólido, parcialmente cristalino (semi-

CATALIZADORR3AL y TiCl4

n CH2 == CH2 — (CH2 — CH2)n —

Fuente: Elaboración propia

Figura No 8 Estructura Química del Polietileno

(9) Loc.Cit

(10) Petróleos de Venezuela (PDVSA). Savino Vicenzo. Estado del arte en tuberías poliméricas para la distribución de gas natural. 1998. Caracas, Venezuela


21

cristalino), cuyas propiedades están fuertemente influenciadas por las

cantidades relativas de fases cristalinas y amorfas. Variaciones controladas de

los parámetros estructurales, tal como la cristalinidad, resulta en una amplia

familia de productos con grandes diferencias en propiedades físicas, como

temperaturas de ablandamiento, rigidez, dureza, claridad, resistencia al

impacto, etc )11( . Los polietilenos están divididos en los siguientes grupos:

- Polietileno de baja densidad (PEBD): que posee densidades que

varían entre 0,910 y 0,925 g/cm³, y es relativamente blando y flexible, con

una baja resistencia al calor.

- Polietileno de media densidad (PEMD): que tiene densidades que

varían entre 0,926-0,940 g/cm³, y es un polietileno más duro y rígido, con un

alto esfuerzo a tensión y tiene una alta resistencia al calor.

- Polietileno de alta densidad (PEAD): polímeros con densidades que

varían entre 0,941-0,965 g/cm³. Este polietileno tiene máxima dureza,

rigidez, esfuerzo a tensión y resistencia al calor que los polietilenos de baja y

media densidad.

La diferencia en las propiedades físicas entre los distintos polietilenos

se muestra en la tabla N° 2, donde se pueden observar las mejores

propiedades mecánicas ofrecidas por los polietilenos de mediana y alta

densidad, razón por la cual son utilizados en la fabricación de tuberías y

válvulas para la distribución de gas doméstico.

(11) Loc.Cit


22

Propiedades de los polietilenos de media densidad (PEMD) y de alta

densidad (PEAD) Propiedad PEMD PEAD

Densidad (gr/cm³) 0,926 – 0,940 0,941 - 0,965 Indice de fluidez

(gr/min) 0,4 – 0,15 << 0,15

Esfuerzo Hidrostático de Largo Termino

Mpa (PSI)

8,3 – 10,5 (1.200 – 1.520)

10,5 – 13 (1.530 – 1.910)

Base Hidrostática de Diseño Mpa (PSI)

8,6 (1.250)

11 (1.600)

Esfuerzo de cedencia a

tracción Mpa (PSI)

18 - << 21 (2.600 - << 3.000)

21 - << 24 (3.000 - << 3.500)

Módulo de elasticidad Mpa (PSI)

621 (90.000)

758 (110.000)

Igualmente, se puede observar que dentro de los mismos tipos de

polietileno, dependiendo del peso molecular y de las ramificaciones, pueden

ser obtenidos distintos porcentajes de cristalinidad. Estos distintos niveles de

cristalinidad originan los diferentes grados de polietileno con propiedades

físicas diversas que son comúnmente referidos en las normas ASTM-D1248,

ASTM-D3350 y ASTM-D2513 sobre tuberías de polietileno )12( .

Las propiedades del polietileno dependen de tres parámetros

moleculares a saber: ramificación molecular (Densidad), peso molecular

(Índice de fluidez) y de la distribución del peso molecular. Esencialmente, el

polietileno consiste en una larga cadena molecular formada por miles de

enlaces del monómero etileno. El arreglo, la longitud, la distribución y

frecuencia química de estas ramificaciones, indica, que tan cerca, pueden

unirse las cadenas y formar regiones cristalinas.

Tabla No 2. Propiedades de los Polietilenos más Utilizados

Fuente: PDVSA-INTEVEP. Savino Vicenzo. Tuberías Poliméricas para la Distribución de Gas Natural (1998) .

(12) Loc.Cit


23

La extensión de la cristalinidad en un material es reflejada por la

densidad del mismo. El polietileno de alta densidad tiene más regiones

cristalinas, las cuales resultan en un polietileno de gran esfuerzo a tensión,

pero al mismo tiempo de baja flexibilidad. Las ramificaciones del polietileno

son normalmente controladas alterando las condiciones de polimerización,

incluyendo la temperatura, presión y catálisis, o mediante la adición de un

copolímero, como el propileno, butileno o el hexeno. El desempeño a largo

plazo del polietileno, es afectado fuertemente por la distribución del peso

molecular y por el peso molecular promedio.

II.8 - APLICACIONES DEL POLIETILENO EN LA INDUSTRIA

DEL GAS

Las principales aplicaciones que ha tenido el polietileno en la industria

del gas, han sido principalmente en tuberías, válvulas y otros accesorios para

la distribución de gas doméstico en redes urbanas.

De las tres clases de polietilenos existentes, los mas utilizados en la

distribución de gas doméstico son el polietileno de mediana densidad (PEMD)

y el polietileno de alta densidad (PEAD). La diferencia de uso de tuberías y

válvulas de PEMD versus el uso tuberías y válvulas de PEAD, está en que las

primeras son menos costosas y poseen más flexibilidad que las tuberías y

válvulas de PEAD.

II.9 - VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL POLIETILENO

II.9.1 - Ventajas

La gran aceptación a escala mundial, en cuanto a la instalación de

válvulas plásticas con predominio de polietileno, en sistemas de distribución


24

de gas a nivel doméstico, obedece a las grandes ventajas comparativas, que

tienen las válvulas de polietileno sobre las de acero. Esta preferencia, se

refleja en la expansión que ha tenido su aplicación, en sistemas de presiones

cada vez más elevadas. El desarrollo de materiales termoplásticos más

resistentes, ha permitido que la presión de operación se haya incrementado

desde menos de 0,14 Bar (2 psig) a mas de 6,9 Bar (100 psig), en los últimos

treinta años.

Las principales ventajas que tienen las válvulas de polietileno sobre las

de materiales metálicos se indican a continuación:

- Bajo peso en comparación con las válvulas de acero

Debido a que la densidad del acero es mayor que la densidad del

polietileno, las válvulas fabricadas en polietileno son más livianas que las

fabricadas en acero. Esta característica facilita, tanto el transporte como los

trabajos de instalación de largos tramos de sistemas de tuberías.

- Facilidad de unión

Una característica de las válvulas de polietileno es que pueden ser

unidas fácil y rápidamente, por medio de la fusión térmica de las partes a

empalmar. Las técnicas mas utilizadas, para realizar este tipo de uniones son,

la fusión a tope y la electrofusión. En la tabla No 3 se indica el tiempo

promedio requerido en horas, para la realización del empalme de tuberías de

diferentes materiales, instaladas bajo tierra. Como se puede apreciar, el

tiempo requerido para unir válvulas de polietileno, mediante el método de

termofusión, es mucho menor que el requerido para la unión de válvulas de

acero por medio de soldadura (Aproximadamente en una relación 1:3).


25

El menor tiempo de empalme de las válvulas de acero, en la mayoría

de los casos, corresponde a la unión con bridas. Sin embargo, su costo de

fabricación es mayor que el costo de las válvulas de acero, unidas mediante

otras técnicas.

Tiempo mínimo requerido para el empalme de tuberías y válvulas. Diámetro nominal de la tubería (Pulgadas)

2 4 6 8 10 12 Tipo de empalme Tiempo estimado por empalme (Hr)

Cementación 0,15 0,25 0,66 0,86 1,08 1,41 Fusión a Tope y electrofusión

0,10 0,20 0,50 0,70 0,92 1,20

Soldadura 0,30 0,80 1,32 1,72 2,16 2,81 Roscado 0,18 0,80 2,00 ND ND ND Brida 0,11 0,15 0,40 0,50 0,80 1,00

ND: Conexión no disponible.

- Altamente resistentes a la corrosión.

Como materiales no conductores de electricidad, los plásticos son

totalmente inmunes a la corrosión de carácter electrolítico o galvánico. Esta

característica permite que las válvulas sean instaladas en medios ácidos o

alcalinos, o en suelos húmedos sin necesidad de pinturas o recubrimientos

especiales, como se requiere con las válvulas metálicas.

- Larga duración

Debido a la gran resistencia de las válvulas de polietileno, frente a los

agentes físico/químicos del medio, su vida esperada es de más de 50 años, a

temperaturas de servicio de 20ºC.

Fuente: PDVSA-INTEVEP. Savino Vicenzo. Tuberías Poliméricas para la Distribución de Gas Natural (1998) .

Tabla No 3. Tiempos Mínimos de Empalme


26

- Menores pérdidas de presión por fricción

Las superficies internas de las válvulas de polietileno, son mas lisas

que las de cualquier otro material. La rugosidad absoluta (ε) de las válvulas

de polietileno es de 3105,1 −× mm( 5106 −× "), mientras que en las de acero es

de 2105,4 −× mm ( 3108,1 −× ") y en las de hierro galvanizado 1105,1 −× mm

( 3106 −× "). Esto determina por ejemplo, que para una válvula de polietileno

de 2" de diámetro, el factor de fricción en régimen turbulento sea de 0,013

( 5103 −×=∈

D) y 0,020 ( 4109 −×=

∈

D) para la válvula de acero; lo cual

representa una pérdida de presión de 65% mayor en el caso de la válvula de

acero.

- Bajo costo del material

Tal vez una de las ventajas más atractiva de las válvulas de plástico,

es la economía que se obtiene en el costo del material, en comparación con

la opción de válvulas metálicas.

II.9.2 - Desventajas

- Baja presión de operación

La mayor limitación de las válvulas de polietileno, es que no están

capacitadas para soportar presiones superiores a las 10 Bar (150 psig) a

temperaturas de 20ºC, con los espesores estándar. Sin embargo, la

incorporación de nuevos materiales y el mejoramiento de las propiedades del

polietileno, permitirá elevar la presión de diseño, y ampliar su campo de

aplicación.


27

- Menor resistencia al impacto

Las válvulas de polietileno tienen la desventaja de poder ser dañadas

mas fácilmente que las de acero, debido a que su resistencia al impacto es

menor, a pesar de ésta limitación, el polietileno constituye uno de los

plásticos con mayor resistencia al impacto (10 veces mayor que la del PVC).

Debido a la mayor fragilidad del PVC, su uso en sistemas de transporte de

gas doméstico ha sido limitado.

Los plásticos, pueden ser susceptibles a otras formas de ataque,

distintas a la corrosión, como pueden ser algunos oxidantes fuertes,

reductores, hidrocarburos pesados u otros agentes que pudieran alterar o

romper la molécula del polímero. Cuando están sometidos a algún esfuerzo

externo, los polímeros pudieran fracturarse, de igual manera pudiera ocurrir,

si están en contacto con alguna sustancia que altere su composición química

aumentará la posibilidad de iniciación y propagación de fractura.

Normalmente, estas sustancias no están presentes en los suelos, por

lo tanto, las tuberías y accesorios de plástico son apropiados para ser

instalados bajo tierra.

II.10 - Situación Actual de los Sistemas de Distribución de Gas

a Nivel Mundial.

El gas natural es una gran fuente de energía. Las reservas probadas

de gas en el mundo están estimadas en mas de 150.000 billones de m³; pero

a pesar de esto, actualmente solo 25 % del consumo primario de energía en

el mundo, proviene del gas natural.


28

En Europa, después de las industrias y plantas de generación de

energía eléctrica, los mayores consumidores de gas natural son los clientes

domésticos y comerciales. En muchos de los países europeos, un gran

número de clientes domésticos están conectados a la red de gas: en el Reino

Unido, el 75% de las viviendas y comercios, en Alemania el 50%, en Hungría

el 60% y en Holanda aproximadamente el 100%. La longitud total de

tuberías instaladas en Europa es alrededor de 1.500.000 Km, compuestas por

tuberías de acero, hierro colado, PVC y polietileno. Las longitudes de

tuberías instaladas en cada país europeo están dadas en la tabla No 4 )13( .

Hoy en día, el polietileno es el material de tuberías y accesorios

preferido en los sistemas de distribución de Europa. En la siguiente tabla se

muestran las longitudes de tuberías y la cantidad de válvulas de polietileno

instaladas en algunos de estos países.

País Longitud de

Tuberías (Km) Nº Válvulas Instaladas

Presión Máxima de Operación,

(PSIG) Holanda 12.000 1.000.000 120 Reino Unido 110.000 5.000.000 105 Estados Unidos 805.000 16.000.000 100 Alemania 93.000 3.000.000 60 Francia 63.000 2.000.000 60

En total, mas de 300.000 Km. de tuberías de polietileno están hoy en

operación en Europa, por lo tanto se ha estimado que entre 20% y 25% de

las redes de distribución de gas de Europa están construidas totalmente en

polietileno (Tuberías, válvulas y otros accesorios), y se espera que este

porcentaje se incremente.

Tabla No 4. Longitudes de Tuberías y Número de Válvulas Instaladas

Fuente: " Oesterholt Dave. (March 1999). The Present and Future of PE in Gas Networks"

(13) Oesterholt Dave. The present and future of PE in gas networks. Prepared for international seminar ,

Caracas, Venezuela. 17th - 19th March 1999.


29

En general, existe buena experiencia en el uso de materiales de

polietileno. El número de fallas por kilómetros por año, de tuberías de este

material es del orden de 2%, teniendo en cuenta que la mayoría de las fallas

reportadas se deben a procedimientos erróneos en la instalación de las

tuberías, válvulas y otros accesorios, si se le compara con los sistemas de

distribución con tubería de acero y de hierro colado.

Generalmente el gas es distribuido a bajas presiones, normalmente por

debajo de 1 Bar (15 PSIG). En estos casos el polietileno de mediana densidad

(PEMD) es muy confiable y ha sido probado en presiones hasta de 4 Bar (60

PSIG), se estima que el PEMD será el material preferido para esta clase de

instalaciones. Por otra parte, las características de seguridad ofrecidas por el

polietileno de alta densidad (PEAD), a pesar de que puede soportar presiones

mayores a los 4 Bar (60 psig), es mas rígido comparado con el polietileno de

mediana densidad (PEMD).

Capítulo III Descripción del Sistema

31

III.- DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA.

III.1.- Sistema de Transmisión PDVSA-GAS

PDVSA-GAS es la encargada de operar y mantener la red de

Transmisión y Distribución de gas natural en el país. La red actual consta de

3.484 Km. de gasoductos principales y 1.597 Km. de ramales, derivaciones y

redes domésticas para un total general de 5.081 Km. que conducen y

distribuyen aproximadamente 65 MMmcD (2.284 MMPCD) )14( .

III.1.1.- Capacidad de Transmisión

La capacidad total de transmisión de la red es de aproximadamente

65 MMmcD (2.284 MMPCD), de los cuales 45,97% corresponde al sistema

Anaco-Barquisimeto, 20,62% al sistema Anaco-Puerto Ordaz, 24,08% al

sistema Anaco-Puerto La Cruz, y el sistema Ulé - Amuay 9,33%. Esta

distribución permite el suministro de gas a 500 clientes industriales, 460.000

clientes domésticos y comerciales. La figura N°9 muestra la distribución

porcentual de la red.

Capacidad de Transmisión de la Red de Gas

9,33 %

24,08 %

20,62 %

45,97 %

Anaco-Barquisimeto

Anaco-Puerto La Cruz

Anaco-Puerto Ordaz

ULE-Amuay

Fuente: PDVSA-GAS.

Figura No 9. Capacidad de la red de gas

(14) Petróleos de Venezuela (PDVSA). Aray Luis. Gas Doméstico. 1994. Caracas, Venezuela


32

III.1.2.- Configuración De La Red de Transmisión y

Distribución

La red de Transmisión y Distribución se conforma principalmente de

estaciones (Estaciones de Válvulas, Regulaciones Primarias, Medición y

Regulación, etc.), tuberías de diferentes diámetros (Redes principales,

ramales y derivaciones) y Plantas Compresoras. Esta red es mostrada en la

figura N°10. La red de transmisión de gas que opera y mantiene PDVSA-GAS

está dividida en cuatro sistemas principales que son:

Ø Sistema Anaco-Caracas-Barquisimeto

Ø Sistema Anaco-Puerto Ordaz

Ø Sistema Anaco-Jose-Puerto la Cruz

Ø Sistema Ulé- Amuay

Altagracia Barquisimeto

Maracaibo

Puerto La Cruz

Anaco

Pto Ordaz

Morón Caracas

Pto Fijo

Occidente

Centro - Occidente

Plantas Compresoras

Fuente: PDVSA-GAS.

Figura No 10. Sistema de Transmisión de Gas Nacional.


33

III.2- SISTEMA DE TRANSMISIÓN ANACO – CARACAS -

BARQUISIMETO

III.2.1- Configuración del Sistema de Transmisión Anaco –

Caracas-Barquisimeto.

La red de gas doméstico de Caracas se alimenta del sistema de

transmisión de gas que parte de la Estación Principal Anaco y se ramifica en

varios puntos que cubren el Centro y Centro-Occidente del país hasta la

Estación Terminal Barquisimeto.

El sistema de transmisión de gas Anaco-Caracas-Barquisimeto está

conformado por toda una gama de tuberías que varían desde las 10" hasta

las 36" de diámetro, constituyéndose en el más extenso del país. También

posee una planta compresora, de seis (6) unidades turbocompresoras Solar

Centauro con capacidad de 19.2 MW (25.755 HP). Esta planta descarga a

una presión de 62 Bar (900 PSIG) hacia el corredor de Barquisimeto.

La fuente que abastece este sistema, es la Estación Principal Anaco

(EPA), la cual suministra el gas a 880 PSIG. En la figura N°11 se muestra el

diagrama esquemático del sistema.


34

ESQUEMÁTICO DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN

GAS ANACO - CARACAS - BARQUISIMETO

85h v

Debido a su extensión, para su estudio, el sistema se divide en once

subsistemas:

Ø Subsistema Anaco-Altagracia

Ø Subsistema Altagracia-Arichuna

Ø Subsistema Arichuna-Figueroa

Ø Subsistema Figueroa-Litoral

Ø Subsistema Figueroa-Tejerías

Ø Subsistema Arichuna -Tejerías

Ø Subsistema Tejerías-Guacara

Capacidad: 28 MMmcD (970 MMPCD)

EPA ANACO ALTAGRACIA

N50

ARICHUNA

GUARENAS

TEJ

FIGUEROA

TACOA

ENCRUCIJADA

GUACARA N65 N60

QUIZANDA

MORÓN

N70

16”/10” 16”/16” 12”/12”/30”

20”/12”

36” 36”

20” 16”

20” 20”

20”/10”

26”/26”

20”

10”

26”/26”

26”/26”/30”/36”

YARITAGUA N66

CARACAS 12”

ETB

Fuente: PDVSA-GAS.

Figura No 11. Sistema de Transmisión de Gas Anaco- Caracas- Barquisimeto.


35

Ø Subsistema Guacara-La Quizanda

Ø Subsistema Guacara-Morón

Ø Subsistema Morón-Barquisimeto

Ø Subsistema Altagracia N50-Morón N70

III.2.1.1- Subsistema Anaco-Altagracia

Este Subsistema está compuesto por cuatro tuberías principales, dos

de Ø 26", uno de Ø 30" y uno de Ø 36", con una longitud de 230 Km y 11

estaciones de válvulas intermedias, que parten desde la Estación Principal

Anaco y finalizan en la Planta Compresora Altagracia o Estación N50,

III.2.1.2- Planta Compresora Altagracia

La planta es complemento de la estación N50, posee 6 unidades turbo

compresoras con capacidad de 22 MMmcD (760 MMPCD), también posee un

sistema de separación y remoción de líquidos y dos cámaras independientes

de descarga, una de Baja presión hacia el sistema tradicional (Gasoducto y

Lazo) y la otra de Alta presión hacia el Nurgas, las cuales ofrecen la facilidad

de distribuir el gas comprimido.

III.2.1.3- Subsistema Altagracia - Arichuna

El Subsistema Altagracia-Charallave, esta conformado por dos tuberías

principales de Ø 26”, con una longitud total de 80 Km., que, salen de la

Estación Altagracia N50 y llegan a la Estación Arichuna; En su recorrido tiene

3 estaciones de válvulas intermedias y 3 entregas a ramales o clientes. Este

subsistema alimenta además, al Ramal Ocumare-La Bonanza (Antiguo


36

Gasoducto El Lechoso-La Bonanza), el cual agrupa a una cantidad importante

de clientes domésticos e industriales, localizados en las poblaciones entre

Ocumare del Tuy y Charallave. Para el suministro de gas natural a las zonas

industriales de Yare, Santa Teresa del Tuy, Santa Lucía del Tuy y clientes

industriales, comerciales y domésticos de la ciudad de Guarenas, se utiliza el

Gasoducto Arichuna-Guarenas y el Ramal Ciudad Lozada.

III.2.1.4- Subsistema Arichuna-Figueroa

Este subsistema está conformado por una tubería principal de Ø 26”,

con una longitud de 30 Km. que parte de la Estación Arichuna y llega a la

Estación Figueroa. En su recorrido tiene 4 estaciones de válvulas intermedias

y entrega a 2 Gasoductos y 2 Ramales. Este subsistema se encarga de

suministrar gas a los subsistemas Caracas-Lateral, Monte Elena y Figueroa-

Litoral, pertenecientes a la red de distribución del área metropolitana de

Caracas.

III.2.1.5- Subsistema Figueroa-Litoral

Comprendido por 30 Km de longitud, de tubería principal de Ø 20",

que parte de la estación Figueroa y llega a la Estación Terminal Tacoa; en su

recorrido tiene 6 estaciones de válvulas intermedias y entrega a 3 Ramales.

Este subsistema suministra gas al subsistema Mamera-La Moran, el

cual pertenece al área metropolitana de Caracas, y distribuye gas a la zona

noroeste del municipio Libertador.


37

III.2.1.6- Subsistema Figueroa - Tejerías

Esta conformado de un gasoducto principal de Ø 20", de 48 Km de

longitud que se inicia en la Estación Figueroa y termina en La Estación

Tejerías, pasando por 3 estaciones de válvulas intermedias; tiene suministro

alterno desde del Lazo Charallave-Tejerías a través de una Interconexión

Regulada, en la Estación Cerro Tejerías. Proporciona entregas a ramales y

clientes domésticos e industriales localizados en la ruta entre San Antonio de

los Altos y Tejerías.

III.2.1.7- Subsistema Arichuna - Tejerías

Este Subsistema está conformado por el Gasoducto y Lazo Arichuna-

Tejerías de Ø 20", ambas tuberías parten de la Estación Charallave (La

Peñita), hasta La Estación Tejerías, pasando por una (1) estación de válvula

intermedia independiente para cada tubería. El Gasoducto se utiliza para

alimentar a los clientes industriales ubicados en la zona industrial La Cumaca

de Paracotos, mediante una interconexión localizada en la estación La

Bonanza (Charallave), tiene conexiones disponibles para servir como

suministro alterno al Ramal Ocumare-Charallave (antiguo Gasoducto El

Lechoso-La Bonanza).

Otros clientes ubicados en el sector Guayas en Tejerías también son

alimentados por este Gasoducto. El Lazo se utiliza exclusivamente para

transmisión.

III.2.1.8- Subsistema Tejerías-Guacara

Este subsistema está conformado por el Gasoducto y Lazo Tejerías-

Guacara, ambas tuberías parten de la Estación Tejerías hasta La Estación


38

Guacara N65, pasando por ocho (8) estaciones combinadas entre

seccionamiento, suministro alterno e interconexión. Tiene una longitud de 80

Km. de tubería; el Gasoducto se utiliza esencialmente para distribución,

mientras que el Lazo se utiliza para transmisión y como respaldo del

Gasoducto.

III.2.1.9- Subsistema Guacara-La Quizanda

Este Subsistema está comprendido por dos líneas principales de Ø 12"

y 11 Km de longitud de tubería, que parten de la Estación Guacara N65, y

llegan a la Estación La Quizanda, tiene una (1) estación de válvulas

intermedia en cada Gasoducto.

III.2.1.10- Subsistema Guacara-Morón

Tiene una longitud de 63 Km. de tubería, en dos líneas de Ø 12" y

16”, que salen de la Estación N65 (Guacara), tiene además 4 estaciones de

válvulas intermedias y llega a la Estación Morón (antigua Planta Compresora

Morón), El subsistema, está interconectado con el Gasoducto Nurgas en Las

Estaciones Guacara N65, Universidad N66 y Morón N70.

III.2.1.11- Subsistema Morón-Barquisimeto

Este Sistema consta de dos líneas principales de 135 Km de longitud

de tubería de Ø 10", que salen de la Estación Morón (antigua Planta

Compresora Morón), tiene 6 estaciones de válvulas intermedias y termina en

la Estación Terminal Barquisimeto.


39

III.2.1.12- Subsistema Altagracia N50-Morón N70

Este Subsistema, lo constituye una línea principal (Gasoducto Nurgas)

de Ø 30" que sale de la Estación Altagracia N50, tiene 13 estaciones de

válvulas intermedias y termina en la Estación N70.

Este Subsistema fue construido para suministrar gas a diferentes

gasoductos y ramales ubicados en su trayectoria, utilizando para ello, las

instalaciones existentes en las estaciones Los Morros N60, Guacara N65,

Universidad N66 y Morón N70. El suministro al Subsistema Tejerías-Guacara

se efectúa a través del Gasoducto de 16" y 36 Km de longitud, con 2

estaciones de válvulas automáticas desde La Encrucijada-Los Morros N60. En

la estación Los Morros N60 se inicia el Gasoducto de 8" Los Morros-San

Sebastián de 26 Km. de longitud y 1 estación intermedia.

III.3- SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE GAS DE LA CIUDAD DE

CARACAS

III.3.1- Ramal Caracas-Lateral

El ramal Caracas-Lateral, se inicia en la estación Cochecito con una

tubería de Ø 10", que se interconecta con el ramal Monte Elena - Puente

Veracruz en la estación de Puente Veracruz. Desde esta estación continua su

recorrido alimentando a las urbanizaciones y zonas industriales de los

municipios Chacao. Sucre y la zona este del municipio Libertador. Esta

alimentación, se realiza a través de catorce (14) estaciones de distrito,

instaladas estratégicamente, y en las cuales se regula la presión y odoriza el

gas suministrado a la red de gas doméstico e industrial.


40

El esquema actual de operación establece una presión de 14,5 Bar (210

PSIG) desde la estación Cochecito, y se regula en estas estaciones de distrito,

a 4,1 Bar (60 PSIG), para ser entregado a los clientes residenciales y

comerciales. La distribución de este ramal se muestra en la figura N°12.

III.3.2- Ramal Monte Elena - Puente Veracruz

El ramal Monte Elena, comienza en la estación Monte Elena que es

alimentada por el gasoducto Arichuna - Figueroa de Ø 16", que se

interconecta con el ramal Caracas – Lateral, en la estación Puente Veracruz,

ubicada en la zona de Chuao. Este ramal se encarga de distribuir gas a todo

el municipio Baruta, a través de tres (3) estaciones de distrito en las cuales

sé odoriza y se regula la presión del gas de 14,5 Bar (210 PSIG) a 4,1 Bar (60

PSIG) en la red doméstica, para los clientes residenciales y comerciales. La

distribución del ramal Monte Elena - Puente Veracruz, se muestra en la figura

N°13.

Figura No 12. Sistema de Distribución Caracas - Lateral

Baruta

Libertador

El Hatillo

Sucre Chacao

Estación Cochecito

EstaciónFigueroa

Gasoducto Arichuna -Figueroa

Ramal Caracas - Lateral

Estación

Puente Veracruz

Fuente: PDVSA-GAS. Despacho de Gas Doméstico


41

III.3.3- Ramal O.A.M - Interconexión Mamera

El ramal O.A.M - Interconexión Mamera, comienza en la estación Oscar

Armando Mendoza (O.A.M), la cual es alimentada por una tubería de Ø 12" a

una presión de 400 PSIG, desde la estación Figueroa. Este ramal de

distribución esta compuesto por tres tramos de tubería de Ø 6", los cuales se

interconectan a través de las estaciones de distrito E1 y E2 ubicadas en la

zona de Caricuao. Esta interconectado con el sistema Mamera - La Moran a

través de una tubería de Ø 6". El esquema de operación de este sistema es

de 14,5 Bar (210 PSIG) partiendo de la estación O.A.M y de la interconexión

con la estación Mamera, y es regulada a 4,1 Bar (60 PSIG) en las estaciones

de distrito, para entregar gas metano a los clientes domésticos de la zona.

Este sistema se encarga de distribuir gas a toda el área del sudoeste del

municipio Libertador, en especial a toda la zona de Caricuao. La figura N°14

muestra la distribución de este sistema.

Figura No 13. Sistema de Distribución Monte Elena - Puente Veracruz

Baruta

Libertador

El Hatillo

Sucre Chacao

Estación Monte Elena

Gasoducto Arichuna-Figueroa

Ramal Monte Elena

Puente Veracruz

Estación Puente Veracruz



42

III.3.4- Ramal Mamera - La Morán

El sistema Mamera - La Moran, parte de la estación principal Mamera

con una tubería de Ø 8", suministrando gas a las zonas industriales de

Antímano y La Yaguara, y a la zona noroeste del municipio Libertador a

través de cuatro (4) estaciones de distrito. El esquema de operación de este

ramal, es de 12,4 Bar (180 PSIG) desde la estación Mamera, y se regula a 4,1

Bar (60 PSIG) en las estaciones de distrito para ser entregado a los clientes

residenciales y comerciales, y a 90 PSIG en las estaciones de medición y

regulación para a los clientes industriales de Antímano y La Yaguara. La

figura N°15, muestra el Sistema de Distribución Mamera - La Morán.

Figura No 14. Sistema de Distribución OAM - Interconexión Mamera

Baruta

Libertador

El Hatillo

Sucre Chacao Ramal

OAM - Interconexión Mamera

Estación OAM

Estación Figueroa

Estación DTTO E1

Estación DTTO E2

Estación Mamera



43

III.4- DESCRIPCIÓN DE LA RED DE GAS DOMÉSTICO DEL

ÁREA METROPOLITANA DE CARACAS.

El sistema actual de distribución de gas doméstico, del al área

metropolitana de Caracas, esta conformado básicamente por los tres

subsistemas descritos anteriormente.

Estos tres subsistemas, suministran gas natural a la red doméstica a

través de 23 estaciones de distrito, las cuales tienen la función de regular,

aliviar, medir y odorizar el gas entregado a la red de gas doméstico a una

presión de 4,1 Bar (60 PSIG).

Esta red de gas doméstico, consta de 1.605,9 Kilómetros de tuberías

que forman los ramales de alimentación a los clientes. Actualmente se

Baruta

Libertador

El Hatillo

Sucre Chacao

Ramal Mamera - La Morán

Gasoducto Figueróa - Litoral

Estación Mamera


Figura No 15. Sistema de Distribución Mamera - La Morán


44

atienden aproximadamente 225.000 suscriptores, con tuberías de acero,

que van desde 1” hasta 6” de diámetro, y con tubería de polietileno de alta

densidad que van desde 32 mm hasta 125 mm de diámetro. Todas las

válvulas instaladas, están fabricadas en acero y en hierro colado.

Después de regular la presión de gas a 4,1 Bar (60 PSIG), se entrega

a cada cliente 0,03 Bar (½ PSIG) a través de un regulador de presión,

colocado en la tubería de entrada del cliente. En el caso de los clientes

comerciales, se les entrega 1 Bar (15 PSIG), ya que estos usuarios, tienen

otros equipos con regulación interna de presión.

Figura N° 16. Esquema operacional de la red de gas doméstico

Centro de Medición

Estación de Distrito Ramal de

Distribución Tubería Principal

Válvula de Seccionamiento

Línea de Derivación Válvula de

acometida Estación de regulación

primaria



45

La cantidad de líneas en kilómetros, para cada diámetro de tubería de

acero y de polietileno, así como el número de válvulas y tanquillas instaladas

en la red de gas doméstico del área metropolitana, se muestran en el anexo

N° 1.

La red doméstica, esta totalmente odorizada. La odorización es

realizada en las estaciones de distrito y consiste en darle olor al gas mediante

el compuesto orgánico Terbutil-Mercaptano. Las tuberías se encuentran

enterradas en las aceras o calzadas de las calles, a una profundidad que

oscila entre 50 y 80 cm.

En cada esquina de las urbanizaciones servidas, por lo general existen

válvulas para el seccionamiento de las líneas, estas válvulas se encuentran en

tanquillas de dimensiones de 70x90 cm o de 40x50 cm en forma de cubo.

La red de gas doméstico del área metropolitana de Caracas, ha estado

utilizando tuberías de polietileno desde hace 5 años, y actualmente tubería de

este material, esta siendo utilizada, en los trabajos de expansión de la red

hacia nuevas áreas de la ciudad de Caracas.

Hasta la fecha se han instalado un total de 86,7 kilómetros de tuberías

de polietileno en el área conformada por San Antonio de los Altos, Carrizal,

Los Teques, Guarenas, Guatire, Charallave, Cúa, Santa Teresa, Santa Lucia y

el área metropolitana de Caracas. Solamente en el área metropolitana de

Caracas, se han instalado 43 kilómetros de tubería de este material.


46

III.5 - COMPONENTES DE LA RED URBANA DE DISTRIBUCIÓN

III.5.1 - Red principal

Es el sistema de tuberías que transporta el gas, con una presión de

operación de 4,1 Bar (60 psig), proveniente de las Estaciones de Distrito, de

donde se conectan las redes de distribución, y que están ubicadas debajo de

las aceras o calzadas en las calles o avenidas, en las ciudades de Caracas,

Guarenas, Guatire, Los Teques y Valles del Tuy.

El gas odorizado en las estaciones de distrito, se distribuye, a través de

esta red, hacia los clientes domésticos (Casas, edificios y comercios). Las

tuberías de la red principal son de acero rígido y de polietileno de alta

densidad (PEAD).

III.5.2 - Válvula de seccionamiento

Es una válvula que, tiene como función, aislar tramos de tubería en

casos de situaciones de contingencia o de mantenimiento mayor. Estas

válvulas son todas de tapón y de esfera, y están ubicadas en la red principal,

para asegurar la continuidad del servicio y afectar el menor número de

clientes posible, facilitado además, las labores de mantenimiento y/o control

de situaciones de emergencia.

La condición de falla de la válvula de seccionamiento, generalmente

ocurre por falta de mantenimiento de lubricación, y esto se debe a la

tendencia de baja atención, dada la condición de operación de la válvula, de

estar siempre abierta. Las mismas se ubican en tanquillas rectangulares de

70x90 y 40x50 cm. que son normalmente ubicadas en las esquinas, en

aceras o calzadas.


47

III.5.3 – Acometida

La acometida es la conexión que une a la red principal con el cliente, y

esta compuesta por la silla de derivación, la línea de derivación y la válvula

de acometida.

III.5.3.1 - Silla de derivación

Es un elemento mecánico en forma de T, el cual se utiliza para la

incorporación de un nuevo cliente a la red principal. Este elemento, consta

de una salida que se une a la línea de derivación, otra que se comunica con

la tubería y una tercera que se cierra con un elemento tipo tapón.

Si la tubería principal es de acero rígido, la silla de derivación es soldada

a la tubería de la red principal, y si la tubería es de polietileno de alta

densidad, la silla de derivación es empalmada por medio de electrofusión.

III.5.3.2 - Línea de derivación

Es una tubería, de acero o de polietileno de alta densidad, que se

instala para conectar la silla de derivación hasta la válvula de acometida del

cliente.

III.5.3.3 - Válvula de acometida

Es una válvula que se utiliza principalmente, para cortar el servicio de gas al

cliente residencial o comercial. Este tipo de válvula, es de tapón y se coloca

en tanquillas ovaladas del tipo F-4, ubicadas muy cerca de la edificación del

cliente.

Capítulo IV Metodología

49

IV.- METODOLOGÍA

Con la finalidad de lograr los objetivos planteados en este proyecto se

siguieron los siguientes pasos:

RECOPILACIÓN DE

INFORMACIÓN.

COMPARACIÓN TÉCNICA

DE LAS NORMAS.

ESTIMACIÓN DEL

NÚMERO DE VÁLVULAS.

COMPARACIÓN

TÉCNICA DE LAS

VÁLVULAS

PROCEDIMIENTOS DE

INSTALACIÓN

REQUERIMIENTOS DE

COMPRA

ANÁLISIS

DE COSTOS

Fuente: PDVSA-GAS. Departamento de Estudios y Asesorías

Diagrama N°1. Esquema General de la metodología seguida para el estudio


50

IV.1 - Recopilación de la información.

Para recomendar la factibilidad de uso, de las válvulas de polietileno,

en la red de gas doméstico del área metropolitana de Caracas, se obtuvo

toda la información disponible relacionada con la instalación, operación y

mantenimiento requerido tanto en las válvulas de acero como en las válvulas

de polietileno; así mismo, se obtuvo una amplia información relacionada con

la situación actual de la red de transmisión y distribución de gas y de su

esquema de operación, se llevaron a efecto varias reuniones con los

representantes de los fabricantes en Venezuela, de los que se obtuvo

catálogos, certificaciones de pruebas realizadas en laboratorios de las plantas

de manufactura, volúmenes de ventas y datos técnicos de las válvulas de

acero y de las válvulas de polietileno.

IV.2 – Estimación del número de válvulas de seccionamiento.

La estimación del número de válvulas de seccionamiento se realizó con

el objetivo de conocer la cantidad de válvulas requeridas para cubrir la

demanda estimada de gas doméstico y comercial en cada municipio del área

metropolitana de Caracas para el año 2020.

IV.3.- Comparación técnica de las normas.

En este trabajo, se dio considerable importancia al estudio y

verificación de las normas internacionales ASME B16.40 e ISO 10933, para el

diseño y fabricación de válvulas de polietileno, haciendo especial énfasis en

la data y especificaciones, con el fin de asegurar la compatibilidad de éstos

estándares, con la norma PDVSA EM-18-11/02, para el diseño y fabricación

de tuberías de polietileno, instaladas en la red de gas doméstico.


51

Los parámetros comparados en las normas se presentan agrupados como

sigue:

Ø Dimensiones

Ø Presión Máxima de Operación

Ø Temperaturas de Operación

Ø Fluidos de trabajo

Ø Polietilenos Especificados

Ø Condición de Prueba Neumática de Producción

Ø Condición de Resistencia Química

Esta comparación permitió evaluar los parámetros, características y

especificaciones requeridas para el uso de válvulas de polietileno en la red

metropolitana de gas de PDVSA -GAS.

IV.4.- Comparación técnica de las válvulas.

Para soportar la recomendación que este proyecto pretende, se ha

realizado el estudio comparativo de las características técnicas que ofrece

la válvula de polietileno de alta densidad Ø 2" )15( contra las características

técnicas que ofrece las válvulas de acero )16( y de hierro colado de Ø 2"

ANSI 150 )17( .

Ø Relación Diámetro Externo/Espesor (SDR)

Ø Diámetro Nominal (Dn)

(15) Nordstrom Valves Inc. Polyethylene Valves for Gas Industry. January 1995. Sulphur Springs, Texas, USA

(16) Nordstrom Valves Inc. Steel Plug Valves for Gas Industry. January 1994. Sulphur Springs, Texas, USA

(17) Nordstrom Valves Inc. Iron Plug Valves for Gas Industry. January 1994. Sulphur Springs, Texas, USA


52

Los parámetros comparados fueron los siguientes:

Ø Dimensiones del cuerpo de cada válvula

Ø Presiones máximas de trabajo

Ø Temperaturas de servicio

Ø Capacidad de flujo

Ø Materiales de cada componente

Ø Materiales requeridos para su instalación

Ø Peso

Ø Probabilidad de falla

Ø Operación y mantenimiento

IV.5.- Procedimientos de instalación.

Una vez realizada la comparación técnica de las válvulas, se elaboró

una descripción del procedimiento requerido para la instalación de una

válvula de polietileno de Ø 2”, y se comparó con el procedimiento utilizado

durante la instalación de las válvulas de acero y de hierro colado Ø 2” clase

ANSI 150.

IV.6.- Requerimientos de compra.

Luego de realizada la descripción de los procedimientos de instalación,

la comparación técnica de las válvulas y la comparación técnica de las

normas, se procedió a describir los renglones que deberán ser incluidos en


53

la orden de compra de válvulas de polietileno, también las pruebas que

deberán ser exigidas al fabricante como parte del certificado de calidad de

la válvula.

IV.7.- Análisis de costos.

Para realizar este análisis, fueron comparados los costos del material y

los costos de instalación de una válvula de polietileno de alta densidad Ø 2”

(63 mm) contra los costos del material y los costos de instalación de una

válvula de acero y una de hierro colado Ø 2” clase ANSI 150.

Capítulo V Bases y Premisas

55

V.- Bases y premisas

V.1 –Pronóstico de la demanda

Los datos de crecimiento y expansión del área metropolitana de

Caracas, permite visualizar un crecimiento de la demanda de 0,27 MMmcD

(9,39 MMPCD) de consumo actual de gas metano, a 1 MMmcD (35,11

MMPCD) para el año 2020, es decir, un incremento del 73% en la demanda

actual; tal como es mostrado en el figura N°17a.

Tomando como base el tamaño o extensión de la red, y las demandas

actuales, el crecimiento de la población y expansión del área metropolitana se

estima, que el número de clientes potenciales por municipio, será como se

muestra en la figura N°17b.

9,39

15,43

21,86

28,29

35,11

0

5

10

15

20

25

30

35

40

2000 2005 2010 2015 2020

AÑOS

MM

PCD

Figura N°17a. Pronóstico de la Demanda Para el Año



56

V.2- Características del gas

El gas metano a ser distribuido tiene las siguientes características:

gravedad específica 0,688, con contenido de 80% de metano, 12,6% de

etano, 7% de CO2 y aproximadamente 0,4% de otros gases, poder calorífico

de 1000 BTU/PC, y como puede observarse el contenido de CO2 de este gas

esta por debajo del 8%. En la tabla N°5 se muestran todos los componentes

de este gas.

Componentes del Gas

Componentes %

Metano 80 Etano 12,6 Dióxido de Carbono 7 Propano 0,27 Nitrógeno 0,11 I-Butano 0,01 N-Butano 0,01

Figura N°17b. Clientes Potenciales Estimados Por Municipio Para el Año 2020.

41458

8886

13875

105868

135639

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000

# Clientes

Baruta

Chacao

El Hatillo

Sucre

Libertador

Mu

nic

ipio

Tabla N° 5. Características del gas.




57

V.3 - Condiciones operacionales del sistema de distribución del

área metropolitana.

Las presiones de operación del sistema de distribución, pueden

observarse en las tablas N°6 y N°7:

Sistema de Distribución

Ramal Presión Máxima

Caracas-Lateral 210 PSIG

Monte Elena - Puente Veracruz

210 PSIG

OAM- Interconexión Mamera 210 PSIG

Mamera - La Morán 180 PSIG

Presiones de Entrega a Clientes

Clientes Presión Máxima

Industriales 90 PSIG

Red doméstica 60 PSIG



Tabla N° 6. Presiones de Operación del Sistema de Distribución

Tabla N° 7. Presiones de Entrega a Clientes


58

V.4 – Norma existente para instalación, operación y mantenimiento de tuberías de polietileno (PDVSA EM-18- 11/02).

La norma que PDVSA-GAS ha adoptado para el uso, instalación,

operación y mantenimiento de tuberías de polietileno (PDVSA EM-18-11/02),

está basada en los estándares siguientes:

Ø ASTM D1248

Ø ASTM D 2513 )18(

Ø ASTM D 3350

Ø ISO 4437 )19(

Ø ISO 12162

Ø API 15 LE

Ø 49 CFR 192

La norma PDVSA EM-18-11/02 )20( de tuberías de polietileno, fue

utilizada como base para realizar la comparación técnica entre las normas

internacionales que establecen las características y propiedades que deben

tener las válvulas de polietileno para ser utilizadas en servicio de gas, a fin de

seleccionar la norma que más se adapte a las condiciones de servicio de la

red de gas doméstico del área metropolitana de Caracas.

(18) The American Society for Testing and Materials (ASTM). Thermoplastic Gas Pressure Pipe, Tubing and Fittings (ASTM D2513). 1998. NY. USA.

(19) The International Standard Organization (ISO). Buried Polyethylene Pipes for the Supply of Gaseous Fuels- Metric Sizes (ISO 4437).1997. Geneve, Switzerland.

(20) Petróleos de Venezuela S.A (PDVSA). Manual de Especificaciones Técnicas de Materiales para Tubos de Polietileno (PDVSA EM-18-11/02). 1999. Caracas, Venezuela.

Capítulo VI Resultados y Discusión

60

VI – RESULTADOS Y DISCUSIÓN VI.1- Estimación del número de válvulas requeridas para el

año 2020

Para realizar la estimación del número de válvulas requeridas para el

año 2020, se determinó primero la cantidad de kilómetros de tubería

requeridos en cada municipio del área metropolitana de Caracas para ese

año. El cálculo de los kilómetros estimados de tubería, se realizó tomando

como base los metros actuales de tubería por cliente y los clientes

potenciales estimados por superficie (hectárea), obteniéndose un índice de

metros de tubería por Hectárea. Conociendo la superficie de cada municipio y

los metros de tubería por superficie, se obtuvo los kilómetros estimados de

tubería para el año 2020.

El número de válvulas estimadas en cada municipio para el mismo

año se obtuvo con los kilómetros estimados de tubería, y utilizando el criterio

general de "Cada 50 metros de tubería, debe colocarse una válvula de

seccionamiento", que es utilizado por PDVSA-GAS en la red doméstica de

Caracas. A continuación se muestra el cálculo del número de válvulas

requeridas en el municipio Baruta para el año mencionado.

Metros actuales de tubería = 385.416 m

Clientes actuales = 28.090 Clientes 72,13=

Clientemts

Clientes potenciales = 40.874 Clientes

Superficie = 8.173 Hectáreas 5=

HACliente




61

Realizando el producto entre los metros actuales de tubería por cliente,

y los clientes potenciales por superficie, se obtienen los metros de tubería a

requerir por cada hectárea, tal como se muestra a continuación:

HA

mts

HA

Cliente

Cliente

mts=×

62,68=HAmts

Conociendo la superficie de cada municipio, y los metros de tubería

por superficie, se obtienen los metros de tubería estimados, y posteriormente

se obtienen los kilómetros de tubería estimados para el año 2020, el cual es

mostrado a continuación:

kmHA

HA

mts=×

1000

Kilómetros de tubería estimados en el municipio Baruta

para el año 2020

560,8 Kms.

Colocando una válvula de seccionamiento cada 50 m de tubería, se

obtuvo el número de válvulas estimadas en el municipio Baruta, el cual es

mostrado a continuación:

Número de válvulas estimadas en el municipio Baruta

para el año 2020

11.217

Estimados


62

El cálculo de los kilómetros de tubería estimados, y del número de

válvulas estimadas para el año 2020 en los otros municipios del área

metropolitana de Caracas, es resumido en las tablas N° 8 y N° 9.

Municipio mts

Actuales Clientes Actuales Cliente

mts

Clientes Potenciales

Superficie (HA) HA

Cliente

HA

mts

Baruta 385.416 28.090 13,72 40.874 8.173 5 68,62 Chacao 160.590 14.619 10,99 8.761 1.769 4,95 54,4

El Hatillo 16.059 500 32,12 13.680 12.548 1,09 35,01 Sucre 369.357 44.654 8,27 104.377 17.243 6,05 50,06

Libertador 674.478 107.189 6,29 122.608 30.744 3,99 25,08

Municipio HAmts

Superficie

(HA)

Km. de Tubería

Estimados

N° Estimado de Válvulas

Baruta 68,62 8.173 560,8 11.217 Chacao 54,4 1.769 96,2 1.925

El Hatillo 35,01 12.548 439,3 8.786 Sucre 50,06 17.243 863,2 17.264

Libertador 25,08 30.744 771,1 15.421

VI.2- COMPARACIÓN TÉCNICA DE LAS NORMAS

La tabla N°10 muestra los valores de la relación dimensión estándar

(SDR), diámetro nominal (Dn), presión máxima de operación, temperatura de

operación y fluidos de trabajo establecidos en las normas ASME B16.40 e ISO

10933 (para válvulas de polietileno a ser utilizadas en sistemas de

distribución de gas doméstico), contra los valores establecidos en la norma

PDVSA EM-18-11/02 para tuberías de polietileno. La norma PDVSA EM-18-

11/02 establece los requisitos que deben cumplir las tuberías de polietileno

de mediana y alta densidad, para la conducción de gas, petróleo, agua no

potable y otros fluidos no degradantes del polietileno, Sin embargo, para

Tabla N° 8 Cálculo de los metros de tubería estimados por superficie para el año 2020

Tabla N° 9 Número estimado de válvulas por municipio para el año 2020


Fuente: Elaboración Propia


63

efectos de esta comparación solo se utilizaron los requisitos que deben

cumplir éstas tuberías para el caso que transporten gas.

La relación dimensión estándar (SDR), es la relación específica entre el

diámetro externo promedio especificado y el espesor mínimo de pared

especificado tanto para tuberías de polietileno, como para válvulas de

polietileno.

Norma PDVSA EM 18-11/02 ASME B16.40 ISO 10933

Fluidos de Trabajo Gas Gas Gas

SDR 7.3, 9, 11, 13.5, 17, 21 6, 9.3, 10, 11, 13.5, 17, 21

11, 17.6

Pulg ½ àà 6 ½ àà 6 ½ àà 6 Dimensiones Dn

mm 20 àà 160 20 àà 160 20 àà 160

PSIG 60 * 80 * 74 * Presión Máxima de trabajo Bar 4,1 5,5 5,1

°C 20 àà 40 -29 àà 38 -20 àà 40 Temperatura de operación °F 68 àà 104 -20 àà 100 -4 àà 104

Como se puede observar, en cuanto al manejo de gas, el rango de la

Relación Dimensión Estándar (SDR), es más amplio para la norma ASME

B16.40 que para el estándar ISO 10933 y muy similar al rango que cubre la

norma PDVSA EM-18-11/02. Debido a que el valor de SDR utilizado en las

tuberías de la red de gas doméstico de PDVSA-GAS es 11 (Ver cálculo en el

anexo Nº6), tanto la norma ASME B16.40 como la norma ISO 10933 pueden

ser utilizadas como normas para el diseño y fabricación de válvulas de

polietileno a ser instaladas en dicha red de distribución de gas doméstico.

Tabla N° 10 PDVSA EM-18-11/02 VS ASME B16.40 e ISO 10933

Fuente: Normas PDVSA EM-18-11/02, ASME B16.40 e ISO 10933

*Para un polietileno de mediana densidad con SDR = 11 y temperaturas entre 20ºC y 38ºC.


64

En cuanto a la presión máxima de trabajo, los valores están

referenciados para un polietileno de mediana densidad a un rango de

temperatura entre 24ºC y 38ºC, y un SDR de 11. Las normas ASME B16.40 e

ISO 10933 muestran un valor superior al especificado por la norma EM-18-

11/02 para tuberías de polietileno de distribución de gas doméstico. Esto

indica que tanto la norma ASME B16.40 como la norma ISO 10933, en lo que

a la presión máxima de trabajo se refiere, pueden ser utilizadas en el diseño

y fabricación de válvulas de polietileno a ser utilizadas en la red de gas

doméstico, debido a que la máxima presión de trabajo de dicha red es 60

PSIG.

Hay que aclarar que las normas COVENIN N° 1977 y N° 1774

establecen que la máxima presión de trabajo a la que deben operar los

sistemas de distribución de gas doméstico en Venezuela es de 4,1 Bar (60

psig).

Los rangos de temperatura de operación indicados en las normas

ASME B16.40 e ISO 10933 satisfacen el rango de temperatura de servicio

establecidos en el estándar PDVSA EM-18-11/02. Estos rangos de

temperatura son apropiados para la temperatura de servicio de la red de gas

doméstico, la cual tiene un valor mínimo de 20°C y un valor máximo de 32°C.

Esto indica que ambas normas, pueden ser utilizadas en la manufactura de

válvulas de polietileno a ser utilizadas en la red de gas doméstico. La tabla

N°11, muestra los polietilenos especificados en las normas PDVSA EM-18-

11/02, ASME B16.40 e ISO 10933.


65

Norma PDVSA EM-18-11/02 ASME B16.40 ISO 10933

PE2406 PEMD PE80

PEMD PE2406 PEMD PE80

PE3408 Polietilenos

especificados PEAD

PE100 PEAD PE3408 PEAD PE100

PE2406 1.250 PE80 1.160

PE2406 1.250 PE80 1.160

PE3408 1.600 HDB @ 23°C

(PSI) PE100 1.450

PE3408 1.600 PE100 1.450

PE2406 80 PE80 74

PE2406 80 PE80 74

PE3408 100 Presión de Diseño

(PSIG) PE100 93

PE3408 100 PE100 93

La base hidrostática de diseño (HDB) se define como el mínimo

esfuerzo circunferencial a tensión aplicado en la pared de la tubería y/o

válvula de polietileno, y es utilizado para caracterizar a los polietilenos y

determinar la presión de diseño tanto para una tubería de polietileno, como

para una válvula de polietileno. La presión de diseño, tanto para una tubería

como para una válvula de polietileno es determinada mediante la siguiente

ecuación:

,donde:

P: Presión de Diseño (PSIG)

HDB: Base Hidrostática de Diseño (PSI)

SDR: Relación Dimensión Estándar

F.S: Factor de Seguridad (0,32 para sistemas de distribución de

gas)

Las presiones de diseño especificadas en la tabla Nº 11, fueron

calculadas utilizando un SDR igual a 11, debido a que éste es el SDR más

Tabla N° 11 Polietilenos Especificados

P 2 x HDB

SDR - 1 x F.S =



66

común en el sistema de distribución de gas doméstico, como se mencionó

anteriormente.

Como puede observarse en dicha tabla, los polietilenos de mediana y

alta densidad especificados en las normas ASME B16.40 e ISO 10933 para

válvulas, son los mismos especificados en la norma PDVSA EM-18-11/02 para

tubería de polietileno.

La norma ASME B16.40 identifica al polietileno de alta densidad

(PEAD) con el código PE3408, este polietileno tiene un HDB de 11 Mpa

(1.600 psi) y una presión de diseño de 6,9 Bar (100 psig) para un SDR de 11.

El mismo polietileno de alta densidad en la norma ISO 10933 es identificado

con el código PE100, y tiene un HDB de 10 Mpa (1.450 psi) y una presión de

diseño de 6,4 Bar (93 psig) calculada para un SDR de 11.

Estos valores indican que las válvulas fabricadas bajo la norma ASME

B16.40, tanto con polietileno de mediana como de alta densidad, soportan

mayores presiones que las mismas válvulas fabricadas bajo el estándar ISO

10933.

Sin embargo, si se utiliza una válvula de PE100 en una tubería de

PE3408, la válvula debe operar a las mismas condiciones de presión y

temperatura de la tubería, debido a que la presión de diseño de la tubería es

menor que la presión de diseño de la válvula.

La tabla N°12 muestra los valores de presión para realizar la prueba

neumática de producción de las válvulas de polietileno que son instaladas en

la red de gas doméstico. Estas presiones se obtienen multiplicando la presión

de diseño por 1,5 )21( . En estas pruebas se evalúa la resistencia de la carcasa

(21) The American Society of Mechanical Engineer (ASME). Manually Operated Thermoplastic Gas Shutoff and Valves in Gas Distribution Systems. 1985. NY. USA.


67

y el desempeño del asiento de la válvula cuando es sometida a las presiones

de prueba mostradas en la tabla Nº 12.

PDVSA EM-18-11/02 ASME B16.40 ISO 10933 Norma

Polietileno PSIG Bar Polietileno PSIG Bar Polietileno PSIG Bar PE2406 80 5,5 PE3408 100 6,9

PE2406 80 5,5 PE80 74 5,1

PE80 74 5,1 Presión de

Diseño PE100 93 6,4

PE3408 100 6,9 PE100 93 6,4

PE2406 --- --- PE3408 --- ---

PE2406 120 8,3 PE80 111 7,7

PE80 --- ---

Presión de Prueba

Neumática PE100 --- ---

PE3408 150 10,3 PE100 140 9,7

Ø < 2" 15 seg. Tiempo mínimo de duración

--- Ø > 2" 30 seg.

30 seg.

Como puede notarse en dicha tabla, los valores de presión neumática

de las pruebas de producción para evaluar el desempeño de las válvulas

según el estándar ASME B16.40, son mayores que los recomendados por la

norma ISO 10933, siendo en consecuencia el estándar ASME B16.40 más

estricto en cuanto a la fabricación de válvulas de polietileno que el estándar

ISO 10933.

Esto es un factor importante a considerar, ya que si por alguna razón

ocurre una falla en el sistema de regulación de presión de la red de gas

doméstico, la presión de trabajo de dicha red se incrementará, por lo tanto,

las válvulas de polietileno que estén fabricadas bajo la norma ASME B16.40

van a resistir mejor la sobrepresión.

Las tablas 13a y 13b, muestran en porcentaje, los diferenciales

máximos de cambio de peso y esfuerzo de cedencia del polietileno utilizado,

Tabla N° 12 Condiciones de Prueba Neumática de Producción



68

tanto para la fabricación de las tuberías como para la fabricación de las

válvulas, en presencia de los químicos especificados en las normas.

Como puede observarse, la norma ASME B16.40 es el único estándar

que especifica el Terbutil-Mercaptano, el cual es el agente odorante del gas

utilizado en la red de gas doméstico de PDVSA-GAS para detectar la

presencia de fugas de gas.

Agentes Químicos PDVSA EM-18-11/02 ASME B16.40 ISO 10933

Aceite Mineral < 0,5 < 0,5 < 0,5 Etilglicol < 0,5 < 0,5 < 0,5

< 0,5 @ 20°C < 0,5 @ 20°C Metanol

0,5 ∧∧ 5 @ 60°C < 5

0,5 ∧∧ 5 @ 60°C Tolueno (100%) 0,5 ∧∧ 5 < 7 0,5 ∧∧ 5 @ 20°C

Gasolina < 0,5 ---- < 0,5 Tebutil-Mercaptano

(5%) ---- < 0,5 ----

Agentes Químicos PDVSA EM-18-11/02 ASME B16.40 ISO 10933

Aceite Mineral - 12 - 12 - 12 Etilglicol - 12 - 12 - 12

- 12 - 12 Metanol - 35

- 35 - 35

Tolueno (100%) - 50 - 40 - 50 Gasolina - 12 ---- - 12

Tebutil-Mercaptano (5%)

---- - 12 ----

Tabla N° 13b. Porcentaje Máximo de Cambio de Esfuerzo de Cedencia

Tabla N° 13a. Porcentaje Máximo de Cambio de Peso




69

Visto estos resultados, la norma ASME B16.40 es la que debe utilizar

PDVSA-GAS para el diseño y manufactura de válvulas de polietileno que sean

instaladas en la red de distribución de gas doméstico. Además, es

recomendable utilizar válvulas de polietileno de alta densidad en la red de gas

doméstico de PDVSA-GAS, debido a que las tuberías instaladas en dicha red

son de polietileno de alta densidad. Es conveniente mencionar que es posible

instalar válvulas de polietileno de mediana densidad en la red doméstica,

considerando que estas válvulas requieren de un proceso especial de

empalme, el cual es explicado más adelante en los procedimientos de

instalación de este trabajo.


70

VI.3- COMPARACIÓN TÉCNICA DE LAS VÁLVULAS

VI.3.1.- Materiales de los componentes y dimensiones de la válvula de acero

Válvula de tapón Ø 2" ANSI 150. Acero Componente Material

1) Vástago Acero al Carbono 2) Collar de Retención (Prensaestopas) Acero al Carbono 3) Sellos del Prensaestopas Nitrilo (BUNA-N)

4) Empacaduras Acero inoxidable y compuesto de grafito

5) Cuerpo Acero ASTM A216 6) Tapón Acero al Carbono 7) Tornillo de lubricación Acero al Carbono 8) Tornillos del Prensaestopas Acero ASTM A194 9) Tornillos de la cubierta Acero ASTM A194 10) Cubierta Acero al Carbono 11) Válvula de retención de lubricante Acero al Carbono 12) Sellos del Tapón Lubricante a presión 13) Asiento Lubricante a presión

Tabla N° 14 Componentes de la Válvula de Acero

Figura N° 18a Componentes de la Válvula de Acero

Fuente: Nordstrom Valves Inc. Steel Valves for Gas Industry. January 1994



71

Válvula de tapón Ø 2" ANSI 150. Acero

Dimensiones A 178 mm (7”) B 152 mm (6”) C 137 mm (5,4”) D 76 mm (3”) E 201 mm (7,9”) F 107 mm (4,2”) G 25 mm (1”)

Peso Aproximado 14 Kg (31 Lbs)

Las figuras N° 18a y N° 18b, muestran la válvula de tapón de acero de

Ø 2”, que ha sido instalada en la red de gas doméstico del área metropolitana

de Caracas. Esta válvula esta diseñada para soportar una máxima presión de

trabajo de 19,7 Bar (285 PSIG), con bridas ANSI 150 de 8 espárragos de 4”x

5/8”, 158 mm (6") de diámetro y 19 mm (0,75") de espesor )22( .El peso de la

B

F

E

Tabla N° 15 Dimensiones de la Válvula de Acero

Tabla N° 16 Peso de la Válvula de Acero

Figura N° 18b Dimensiones de la Válvula de Acero

1/16”

A

C

G

D




(22) Nordstrom Valves Inc. Steel Valves for Gas Industry. January 1994. Sulphur Springs, Texas, USA


72

válvula es de 14 kg (31 lbs.), y las dimensiones de la válvula están indicadas

en la Fig. 18b.

VI.3.2.- Materiales de los componentes y dimensiones de la válvula de hierro colado.

Válvula de tapón Ø 2" ANSI 150. Hierro Colado Componente Material

1) Vástago Hierro Gris 2) Collar de Retención (Prensaestopas) Acero al Carbono 3) Sellos del Prensaestopas Nitrilo (BUNA-N)

4) Empacaduras Acero inoxidable y compuesto de grafito

5) Cuerpo Hierro Gris 6) Tapón Hierro Gris 7) Tornillo de lubricación Acero al Carbono 8) Tornillos del Prensaestopas Acero A449-SAEGr5 9) Tornillos de la cubierta Acero A449-SAEGr5 10) Cubierta Hierro Dúctil 11) Válvula de retención de lubricante Acero al Carbono 12) Sellos del Tapón Lubricante a presión 13) Asiento Lubricante a presión

Tabla N° 17 Componentes de la Válvula de Hierro Colado

Figura N° 19a Componentes de la Válvula de hierro Colado Fuente: Nordstrom Valves Inc. Iron Valves for Gas Industry. January 1994

Fuente: Nordstrom Valves Inc. Iron Valves for Gas Industry. January 1994


73

Válvula de tapón Ø 2" ANSI 150. Hierro Colado

Dimensiones A 149 mm (5,8”) B 152 mm (6”) C 119 mm (4,7”) D 61 mm (2,4”) E 163 mm (6,4”) F 35 mm (1,38”) G 25 mm (1”)

Peso Aproximado 9 Kg (20 Lbs)

Las figuras N° 19a y N° 19b, muestran la válvula de tapón de hierro

colado de Ø 2”, que ha sido instalada en la red de gas doméstico del área

metropolitana de Caracas los últimos cinco años. Esta válvula esta diseñada

para soportar una máxima presión de trabajo de 13,8 Bar (200 PSIG), con

bridas ANSI 150 de 4 espárragos de 4”x 5/8”, 158 mm (6") de diámetro y 19

A

C

G

D

B

F

E

Tabla N° 18 Dimensiones de la Válvula de Hierro Colado

Tabla N° 19 Peso de la Válvula de Hierro Colado




Figura N° 19b Dimensiones de la Válvula de Hierro Colado


74

mm (0,75") de espesor )23( .El peso de la válvula es de 9 kg (20 lbs.), y las

dimensiones de la válvula están indicadas en la Fig. 19b.

V.3.3.- Materiales de los componentes y dimensiones de la

válvula de polietileno de alta densidad.

Válvula de Bola Ø 2", de Polietileno de Alta Densidad Componente Material

1) Cuerpo Polietileno 2) Bola Polipropileno 3) Retenedor de Asiento Polipropileno 4) Asiento Nitrilo (BUNA-N) 5) Vástago Acetal 6) Sellos del vástago Nitrilo (BUNA-N) 7) Adaptador de llave Polipropileno

3

2

1

6

4

5

7

Tabla N° 20 Componentes De La Válvula De Polietileno de alta densidad

Figura N° 20a Componentes De La Válvula De Polietileno de alta densidad

Fuente: Nordstrom Valves Inc. Polyethylene Valves for Gas Industry. January 1995


(23) Nordstrom Valves Inc. Iron Valves for Gas Industry. January 1994. Sulphur Springs, Texas, USA


75

Válvula de Bola Ø 2". Polietileno A 325 mm (12,8") B 164 mm (6,44”) C 231 mm (9,1”) D 91 mm (3,6”) E 47 mm (1,85”)

Peso Aproximado

1,7 Kg (3,8 Lbs)

La figura N° 20a y 20b muestra los detalles de la válvula de polietileno

de alta densidad del mismo diámetro (2”) fabricada bajo el código ASME

B16.40, propuesta en este estudio, para ser utilizada en la red de gas

A

E

B

C D

Figura N° 20b Dimensiones De La Válvula De Polietileno de alta densidad

Tabla N° 21 Dimensiones De La Válvula De Polietileno de alta densidad

Tabla N° 22 Peso De La Válvula De Polietileno de alta densidad





76

doméstico del área metropolitana de Caracas, para reemplazar las válvulas de

acero instaladas que ya han cumplido su vida útil, y las previstas para nuevas

instalaciones.

Como puede observarse de las figuras N°18b y N°19b, la válvula de

acero y de hierro colado Ø 2" ANSI 150 tiene en sus extremos bridas de 158

mm (6") de diámetro, mientras que la válvula de polietileno Ø 2" puede ser

soldada a la tubería de polietileno (Figura N°20b) del mismo diámetro. Por un

lado, esto representa una ventaja para la válvula de polietileno, debido a que

no requiere de la instalación de bridas en la tubería, disminuyendo así los

costos de instalación, pero por otra parte implica mayores costos al momento

de hacer un reemplazo o mantenimiento.

En las tablas N°16 y N°19 puede observarse que la válvula de acero

pesa 41 kg (31 Lbs) y que la de hierro colado pesa 9 kg (20 Lbs), mientras

que la válvula de polietileno pesa 1,7 kg (3,8 lbs). Esto se debe a que la

densidad del acero y del hierro colado es mayor que la densidad del

polietileno, y además a que el espesor de pared de la válvula de acero y de la

de hierro colado es mayor que en la válvula de polietileno. Esta diferencia de

peso representa una ventaja para la válvula de polietileno, ya que esta puede

ser manipulada con mayor facilidad.

Por otra parte, las probabilidades de falla de las válvulas acero y de

hierro colado son mayores que en las válvulas de polietileno, debido a que las

primeras tienen componentes metálicos susceptibles a la corrosión, cuando el

gas tiene un alto contenido de agua, dióxido de carbono y sulfuro de

hidrógeno. Esto puede causar la corrosión del vástago de la válvula de acero

y de la de hierro colado, con lo cual se dificulta la operación de las mismas.


77

Las fallas en las válvulas de polietileno podrían presentarse en los

empalmes (válvula-tubería), solo si estos no se realizan siguiendo los

procedimientos adecuados de empalme por electrofusión y/o fusión a tope, si

el material es atacado por oxidantes fuertes, sustancias reductoras,

hidrocarburos pesados u otros agentes que pudieran alterar o romper la

molécula del polietileno de la válvula, que no es el caso de la red de gas

doméstico del área metropolitana de Caracas.

Otra ventaja de la válvula de polietileno es que el diseño de la misma

es de apertura total (“full- open”), y permite que las partículas de materiales

pasen a través de esta sin producirse obstrucción en el área de la compuerta.

V.3.4.- Presiones máximas de trabajo

La presión máxima de trabajo de la válvula de acero de Ø 2" ANSI 150

es de 19,7 Bar (285 psig) y la de la válvula de hierro colado de Ø 2" ANSI

150 es de 13,8 Bar (200 psig), por consiguiente son aptas para operar en la

red de gas doméstico de PDVSA-GAS. Las válvulas de polietileno de Ø 2",

fabricadas bajo el código ASME B16.40, tanto de media como de alta

densidad, también pueden operar sin ningún problema en la red de gas

doméstico de PDVSA-GAS debido a que las presiones máximas de trabajo son

de 5,5 y 6,9 Bar (80 y 100 psig) respectivamente, operando dentro del

mismo rango de temperaturas de la válvula de acero, tal como se indica en la

tabla N°23. Es recomendable utilizar válvulas de polietileno de alta densidad

en la red de gas doméstico de PDVSA-GAS, debido a que las tuberías

instaladas en dicha red son de polietileno de alta densidad; sin embargo, si

se instalan válvulas de polietileno de mediana densidad debe tenerse en

cuenta que el procedimiento de soldadura de éstas es más estricto, y por

tanto se requiere de un personal especializado para realizar dicha soldadura.


78

Válvula de tapón Ø 2" ANSI 150. Válvula de Bola Ø 2". Polietileno Temp. °C Presión Máxima (PSIG) Temp. °C Presión Máxima (PSIG)

Acero Hierro Colado PEMD PEAD -29 ∧∧ 38

285 200 -29 ∧∧ 38

80 100

V.3.5.- Capacidades de flujo

En cuanto a la capacidad de flujo, la válvula de acero Ø 2” permite un

caudal de flujo de 29 m³/H (126 GPM) y la de hierro colado Ø 2” permite un

caudal de 27,3 m³/H, mientras que la válvula de polietileno del mismo

diámetro permite 40 m³/H (175 GPM). La tabla N°24 muestra los valores de

capacidad de flujo para una válvula de acero y de hierro colado Ø 2” clase

ANSI 150 y para una válvula de polietileno Ø 2”, fabricada bajo el código

ASME B16.40.

Válvula de tapón Ø 2" ANSI 150. Válvula de Bola Ø 2". Polietileno

CV (GPM) CV (GPM) Acero Hierro Colado 126 120

175

Esta diferencia entre los valores de capacidad de flujo indica que las

válvulas de acero y de hierro colado ofrecen una caída de presión por

accesorio mayor que la ofrecida por la válvula de polietileno (0,17 Bar (2,5

PSIG) para la válvula de acero y 0,09 Bar (1,3 PSIG) para la válvula de

polietileno). Esto es debido a que el diámetro interno en las válvulas de

acero y de hierro colado es menor que el diámetro interno de la válvula de

polietileno.

Tabla N° 23 Presiones Máximas de Trabajo

Tabla N° 24 Capacidades de flujo


& Steel Valves for Gas Industry. January 1994


& Steel Valves for Gas Industry. January 1994


79

V.3.6.- Torques de Operación La tabla N°25 muestra los valores de los torques de operación tanto

para la válvula de acero Ø 2” clase ANSI 150, como para la válvula de

polietileno Ø 2”.


Acero Hierro Colado

15 LB-FT @ 285 PSIG

15 LB-FT @ 200 PSIG

60 LB-FT @ 100 PSIG

En relación con el torque de operación, tanto la válvula de acero como

la de hierro colado ofrecen menor torque que la de polietileno, debido a que

las primeras son válvulas lubricadas. Es decir, que las válvulas de acero y de

hierro colado son más fáciles de abrir y cerrar, siempre y cuando estén

lubricadas. La válvula de polietileno requiere de mayor torque para abrirla y

cerrarla, pero tiene la ventaja de que no necesita lubricación, lo que hace que

esta válvula sea de mínimo mantenimiento.

VI.4.- Requerimientos de instalación, operación y

mantenimiento

V.4.1.- Materiales requeridos en la instalación de válvulas

Los materiales requeridos para la instalación de cada una de estas

válvulas se muestran en la tabla Nº 26. Como se puede observar tanto la

válvula de acero como la de hierro colado requieren dos niples de transición

para poder ser conectados a la tubería de polietileno; estos niples al igual que

las bridas pueden presentar fugas al momento de su instalación ó a lo largo

de su vida útil. La válvula de polietileno, solamente requiere los dos anillos de

Tabla N° 25 Torques de Operación


80

electrofusión, que se van empalmar simultáneamente con la válvula y la

tubería durante el proceso de electrofusión, haciendo más sencillo el

procedimiento de instalación


Acero Hierro Colado

Ø 2 Bridas de acero, Ø 2" ANSI 150

Ø 8 Espárragos de acero, 4" x 5/8"

Ø 2 Niples de transición Acero-PEAD,

63 mm x 2" ó 2" x 2"

Ø 2 Anillos de electrofusión

VI.4.2- Válvula de acero y hierro colado Ø 2" ANSI 150

90 cm

30 cm

85 cm

5 cm

15 cm

0,8 m³ de

Concreto

Tapa de Tanquilla

70 x 90 cm

1,4 t 40 cm

Figura N° 21 Descripción de la Tanquilla Para la Válvula de Acero y Hierro Colado

Tabla N° 26 Materiales Requeridos en la Instalación de las Válvulas

Fuente: PDVSA-GAS

Fuente: PDVSA-GAS. Departamento de Gas Doméstico


81

En la figura N° 21 se muestra la configuración de la tanquilla donde va

colocada la válvula de acero y la válvula de hierro colado. Como se puede

observar, esta tanquilla tiene forma de cubo, y requiere ser construida

utilizando 0,8 m³ de concreto.

La ventaja que ofrece esta tanquilla es que proporciona acceso directo

a la válvula en el momento que ésta vaya a ser desincorporada o reparada.

La desventaja que tiene es que no es hermética, razón por la que se corre el

riesgo de que la tanquilla se inunde, lo que contribuye al daño de la válvula.

Estas válvulas deben estar ancladas al suelo, en el caso de que la

tubería principal sea de polietileno, ya que la misma tiene que estar protegida

contra cargas torsionales y cargas cortantes excesivas en el momento que la

válvula es operada.

VI.4.2.1- Procedimiento de instalación de la válvula de acero

y de la válvula de hierro colado

El tipo de soldadura utilizada para unir las bridas a los niples de

transición es la soldadura de filete, y el cordón de la misma debe ser 1.4

veces el espesor de la pared del niple de transición; esta operación se hace

en 18 minutos para cada brida. El procedimiento de soldadura utilizado para

unir las bridas es la soldadura por arco con electrodo desnudo y gas Inerte.

En este procedimiento de soldadura se forma un arco eléctrico entre

un electrodo continuo (Alambre) y las piezas de trabajo, en este caso, la

brida y la tubería. La corriente eléctrica funde el alambre, el cual es

alimentado a través de una pistola. El metal fundido es transferido al baño

de soldadura por la fuerza del arco eléctrico. Este proceso utiliza una fuente


82

de potencia de corriente continua que suministra un voltaje de 25V y una

corriente de 200A. Así mismo, el baño de metal es protegido de la atmósfera

por medio de una pantalla creada por un gas o mezcla de gases de

protección. En el anexo N°4 se muestra un esquema que detalla este proceso

de soldadura.

Los gases se usan para proteger el metal fundido de la acción del aire.

El oxígeno contenido en el aire promueve la formación de porosidades e

inclusiones. El nitrógeno promueve la formación de grietas y la pérdida de

ductilidad en la soldadura.

El gas de protección permite obtener un arco estable influyendo en

una forma determinante en las características del mismo. Existen diversos

tipos de mezclas de gases disponibles. El gas de protección utilizado para

soldar aceros al carbono es una mezcla de Argón (Ar) con un 3% o 5% de

oxígeno.

Esta soldadura requiere de un generador de gran tamaño para

suministrar energía eléctrica necesaria para producir el arco de soldadura, y

además requiere de un personal bien calificado para realizarla.

Los métodos para la inspección de la soldadura de las bridas son los

siguientes:

Ø Ultrasonido

Ø Líquidos Penetrantes

Ø Prueba Hidrostática


83

VI.4.2.2- Operación y Mantenimiento de las válvulas de acero

y hierro colado.

Las válvulas se operan en forma manual por medio de una llave

especial. El hecho de que se apliquen fuerzas excesivas para abrir y cerrar la

válvula, es indicio que existen problemas de lubricación del vástago, y cuando

esto sucede se debe reponer el lubricante de la válvula.

Durante la fase de inicio de operación, se deben verificar las uniones

de las bridas, ajustar los tornillos de estas cuando sea necesario, verificar las

juntas del prensaestopas y la lubricación del vástago.

Una vez que la válvula ha sido inspeccionada, se debe verificar su

operatividad, a tal fin, es necesario abrirlas y cerrarlas varias veces.

La inspección de estas válvulas debe realizarse cada mes, y en el

momento de la inspección, se deben tener disponibles los registros de los

trabajos de inspección realizados anteriormente.


84

VI.4.3- Válvula de polietileno Ø 2".

En la figura N° 22 se muestra el diseño existente en el mercado, y que

se propone sea aplicado en PDVSA-GAS para la tanquilla donde va a ser

colocada la válvula de polietileno. A diferencia de la válvula de acero, la

válvula de polietileno debe instalarse en la tubería antes de que ésta se

coloque en la zanja. Luego que la válvula es colocada en la tubería se coloca

una tanquilla prefabricada, que tiene un collarín de hierro colado en la parte

superior y una base de plástico reforzado ( Ver anexo N° 3) que sostiene la

válvula para evitar que ésta se mueva cuando es operada.

Figura N° 22 Descripción de la Tanquila Para la Válvula de Polietileno

85 cm

21 cm

5 cm

Tapa de Tanquilla Ø 21cm

0,04 m³ de Concreto

17 cm Marco de Tanquilla. (Plástico Reforzado)

Collarín de Tanquilla. (Hierro Colado)

13 cm

Fuente: PDVSA-GAS. Departamento de Gas Doméstico


85

La ventaja de esta tanquilla, es su facilidad de instalación y solo se

requieren 0,04 m³ de concreto para sostener el collarín de hierro colado.

Además, esta tanquilla es hermética y proporciona acceso directo a la

válvula. La desventaja que tiene este tipo de tanquilla es que, en el momento

de reemplazar la válvula hay que abrir la zanja y quitar la tanquilla, lo que

implica un incremento en el costo de mantenimiento.

Al igual que la válvula de acero y de hierro colado, es necesario que la

válvula de polietileno tenga un anclaje para que se compense el torque

aplicado a la misma, y así evitar transferir cargas torsionales hacia la tubería

de polietileno. El diseño de la tanquilla propuesta para la válvula de

polietileno tiene una base que sirve como anclaje para la válvula.

Esta válvula de bola es construida para que ambos extremos coincidan

con el SDR (Relación Dimensión Estándar) de la tubería de polietileno, y

puede ser unida a ella mediante el proceso de electrofusión, sin ninguna

interferencia física o química en los extremos donde la válvula se une a la

tubería, eliminándose virtualmente los temores de compatibilidad de fusión

(unión con polietilenos de diferentes densidades), con las tuberías de este

mismo material y, utilizando el mismo equipo de campo en uso, para la

conexión de la tubería de polietileno.

Las válvulas de polietileno también pueden ser unidas a las tuberías

por medio del proceso de fusión a tope. A diferencia del método de

electrofusión, la fusión a tope requiere que la válvula y la tubería sean de

polietilenos de igual densidad.


86

VI.4.3.1- Procedimiento de instalación de la válvula de

polietileno

A continuación se describen los procesos de Fusión a tope y

Electrofusión.

Ø Fusión a tope

Esta técnica consiste en calentar y derretir el extremo de la válvula y el

extremo de la tubería a empalmar, y posteriormente presionar ambas

superficies por un lapso de tiempo determinado. Este procedimiento es

descrito a continuación:

♦ La tubería y la válvula se colocan en un dispositivo portátil que las

mantiene alineadas durante todo el proceso de empalme )24( , tal como se

ilustra en la figura N°23. Este soporte tiene un brazo móvil en el cual se

sujeta la válvula, y el otro estacionario el cual sujeta a la tubería.

♦ Se rectifican el extremo de la válvula y el extremo de la tubería,

verificando que resulten completamente perpendiculares al eje de las

tuberías )25( , tal como se muestra en la figura N°24.

Figura N° 23 Equipo portátil para alinear la tubería y la válvula

Fuente: Durapipe - S&LP. Polyethylene Systems for Gas Industry. November 1997

(24) Durapipe-S&LP. Polyethylene Systems for Gas Industry. November 1997. England

(25) Loc. Cit


87

♦ Se coloca una plancha térmica (en forma de disco) entre ambos

extremos )26( (ver figura N°25).

♦ Se presiona la válvula y la tubería contra la plancha durante un tiempo

determinado, al final del cual se alcanza la temperatura de fusión del

material )27( .

♦ Se retira rápidamente el disco, y luego la válvula y la tubería se unen

ejerciendo una presión durante algunos segundos. En la figura N° 26 se

muestra como debe quedar un empalme realizado mediante esta técnica,

con el espesor que debe tener el cordón de fusión )28( .

Figura N° 24 Proceso de rectificación de las superficies a empalmar

Figura N° 25 Proceso de calentamiento de las superficies a empalmar



(26) Loc. Cit

(27) Loc. Cit

(28) Loc. Cit


88

Realizada correctamente, la fusión a tope es tan resistente como el

sistema de tuberías, sin embargo es un procedimiento que exige sumo

cuidado. Es muy importante el control de la temperatura de fusión, procurar

que la alineación entre los extremos de la tubería y de la válvula sea buena, y

cuidar que las superficies se encuentren libres de polvo, ya que esto puede

causar que se produzca una fuga en el empalme realizado. Adicionalmente,

el polietileno de la válvula y el polietileno de la tubería tienen que ser de la

misma densidad, debido a que el tiempo de calentamiento aplicado es el

mismo, tanto para la tubería como para la válvula.

Ø Electrofusión

En esta técnica, la fusión se consigue mediante el pase de una

corriente eléctrica a través de las secciones a empalmar, con lo cual se funde

el extremo de la tubería y el extremo de la válvula, y se unen formando un

solo bloque )29( .

Para realizar esto, se necesita un elemento de acople que consiste en

una camisa del mismo material de la tubería y de la válvula, que incorpora

1/8"

Figura N° 26 Estado final del empalme realizado


(29) Petróleos de Venezuela (PDVSA). Savino Vicenzo. Estado del arte en tuberías poliméricas para la distribución de gas natural. 1998. Caracas, Venezuela


89

una resistencia eléctrica en su interior, tal como se muestra en la figura

N°27.

El procedimiento empleado en la electrofusión es resumido a

continuación:

♦ Se introduce la tubería y el extremo de la válvula en la camisa o anillo

de empalme )30( (Ver figura N° 28).

♦ Se hace pasar, por medio de una unidad de control de electrofusión,

una corriente eléctrica de 110 voltios durante un tiempo determinado,

dependiendo del diámetro y espesor de la tubería o válvula )31( .

♦ Se espera que se enfríe la tubería y la válvula por un tiempo

determinado, y luego se remueven los equipos )32( . En el anexo N°5 se

muestra el equipo utilizado para la realización de este tipo de empalme.

Figura N° 27 Acople o anillo de electrofusión Fuente: PDVSA-INTEVEP. Savino Vicenzo. Tuberías Poliméricas para la Distribución de Gas Natural (1998) .

(30) Loc. Cit

(31) Loc. Cit

(32) Loc. Cit


90

A diferencia de la fusión a tope, esta técnica es mas precisa debido a

que los tiempos de calentamiento son medidos directamente en la caja o

unidad de electrofusión, lo que permite la fusión entre una válvula de

polietileno de media densidad con una tubería de polietileno de alta densidad.

En esta técnica, es importante que las superficies a ser unidas se encuentren

libres de polvo, ya que esto puede causar que se produzca una fuga en el

empalme realizado.

En los procesos de fusión a tope y electrofusión se requieren equipos

que son de fácil transporte, lo cual representa una ventaja si se compara con

la soldadura de arco con electrodo y gas inerte, ya que en ésta se requiere

de equipos que son más difíciles de transportar.

En el anexo N°2, en las páginas vii y xi, se describen con mas detalle

los procesos de fusión a tope y electrofusión, así como los requerimientos

mínimos para instalar las válvulas de polietileno.

Figura N° 28 Esquema del acople mediante electrofusión Fuente: PDVSA-INTEVEP. Savino Vicenzo. Tuberías Poliméricas para la Distribución de Gas Natural (1998) .


91

Los métodos de inspección requeridos para los empalmes realizados en

las válvulas de polietileno son los siguientes:

Ø Ultrasonido

Ø Prueba neumática

A diferencia de las inspecciones requeridas en la soldadura de las

bridas de acero al carbón, en la inspección de los empalmes realizados en las

válvulas de polietileno no deben utilizarse líquidos penetrantes para detectar

imperfecciones en el cordón de fusión. Esto último es debido a que los

líquidos penetrantes pueden ocasionar daños en el polietileno.

VI.4.3.2- Operación y Mantenimiento de las válvulas de

polietileno.

Las válvulas de polietileno se operan en forma manual por medio de

una llave especial. Debido a que este tipo de válvula es menos resistente a

impactos y fuerzas externas en comparación con la de acero, esta válvula

debe ser operada con el valor de torque indicado por el fabricante. El torque

excesivo podria romper el adaptador de llave de la válvula, y además puede

dañar el elemento de cierre de la válvula.

A diferencia de la válvula de acero y hierro colado, la válvula de

polietileno es una válvula no lubricada, ya que esta diseñada con doble

asiento de nitrilo; razón por la que este tipo de válvula requiere poco

mantenimiento. Además, las válvulas de polietileno son selladas, y no

necesitan el ajuste de tornillos o espárragos.


92

La inspección de las válvulas de polietileno debe realizarse cada mes,

con el objetivo de verificar la operatividad de esta válvula (Apertura y cierre).

Al igual que las válvulas de acero, en el momento de la inspección se deben

tener disponibles los registros de los trabajos de inspección que han sido

realizados anteriormente.

VI.5- Requerimientos para la compra de válvulas de

polietileno

A continuación se indican los requerimientos de compra que deben ser

exigidos a los fabricantes y/o proveedores de válvulas de polietileno.

Ø Dimensiones ANSI

y métricas

Ø Presión de Operación; PSIG (Bar)

Ø Capacidad de flujo (Cv)

Ø Torques de operación

Ø Tipo de polietileno

Ø Material de cada componente de la válvula

Ø Certificado de calidad

El certificado de calidad que debe ser exigido al fabricante de la válvula

debe tener los resultados de las siguientes pruebas:

Ø Relación Diámetro Externo/Espesor (SDR)

Ø Diámetro Nominal (Dn)

Ø Dimensiones de la carcasa


93

Ø Prueba de presión límite de 1000 horas de la norma ASME B16.0,

párrafo 3.3.3.a, año 1985, que demuestre la resistencia del cuerpo de la

válvula.

Ø Prueba de torques a las presiones sostenidas de la norma ASME

B16.40, párrafo 3.3.3.b, año 1985, que demuestre la operación del

elemento de cierre de la válvula a las temperaturas de servicio (-29° à

38°C).

Ø Resultados de pruebas de asiento a baja presión y a 1,5 veces la

presión de diseño de la válvula, según la norma ASME B16.40, párrafo

3.2.2, año 1985.

Capítulo VII Análisis de Costos

95

VII.- ANÁLISIS DE COSTOS

VII.1- ANÁLISIS DE COSTOS VÁLVULA DE ACERO VS VALVULA

DE POLIETILENO

Las tablas N° 26, N° 27 y N° 28 muestran los costos involucrados

tanto en la adquisición como en la instalación individual, de ambas válvulas.

Como puede observarse, el costo de la válvula de acero incluyendo su

instalación hasta inicio de operación esta en el orden de Bs. 889.973,

mientras que los costos de la válvula de polietileno están en el orden de los

Bs. 232.000, lo cual indica que la válvula de polietileno es 400% más

económica que la válvula de acero, esto es una buena razón para

recomendar la sustitución de la válvula de acero por la válvula de polietileno

en las instalaciones de gas doméstico del área metropolitana de Caracas.

Costo De las Válvulas

Precio Unitario (Bs.)

Precio Unitario (Bs.) Válvula de

Acero Ø 2” ANSI 150 274.888

Válvula de PEAD Ø 2” 93.358

Tabla N° 27 Costo de las Válvulas de Acero y de PEAD

Fuente: PDVSA-GAS. Departamento de Estimación de Costos


96

Costo de Materiales Requeridos en la Instalación

Válvula de Acero Ø 2” ANSI 150

Válvula de PEAD Ø 2”

Descripción del Material




2 Bridas Ø 2” ANSI 150 10.000

8 Espárragos 4”x 5/8” 1.450

2 Anillos de Electrofusion

Ø 2” 33.000

2 Empacaduras 1.250 Tapa de

Tanquilla 122.869


Ø 2” 33.000

2 Niples de Transición 63 x

2 42.000

Tanquilla Prefabricada 54.210

Total Materiales

306.969 Total

Materiales 120.210

Costos de Instalación

Válvula de Acero Ø 2” ANSI 150


Descripción del Trabajo




Mano de obra, Soldadura, Inspección

25.625 Mano de obra,

Soldadura, Inspección 4.489

Construcción de la Tanquilla de Concreto

282.491 Instalación de

Tanquilla* 14.125

Total Instalación

308.116 Total Instalación 18.614

Tabla N° 29 Costos de Instalación de Válvulas de Acero y de PEAD


Tabla N° 28 Costo de Materiales. Acero Vs PEAD



97

En la figura N° 22 se muestra la configuración que tiene la tanquilla

donde va colocada la válvula de polietileno. Esta tanquilla* es prefabricada, y

la suplen los mismos representantes o distribuidores de las válvulas.

En los costos de instalación de cada tipo de válvula, están incluidos los

costos de mano de obra, el costo de la soldadura de cada brida en el caso de

la válvula de acero, el costo de empalme por electrofusión en el caso de la

válvula de polietileno, el costo de inspección de fugas, y el costo de

construcción de la tanquilla de concreto (válvula de acero) e instalación de la

tanquilla prefabricada (Válvula de polietileno de alta densidad).

El costo del metro cúbico de concreto es de 353.114 Bs/m³. En el caso

de la válvula de acero se requiere la construcción de una tanquilla de 0,8

metros cúbicos de concreto para alojar la válvula, esto quiere decir que el

costo de construcción de esta tanquilla es de Bs. 282.491. Esto hace que sea

costoso instalar una válvula de acero en la red doméstica del área

metropolitana de Caracas.

Para la válvula de polietileno de alta densidad se requiere instalar una

tanquilla prefabricada (Ver anexo Nº 3) que requiere de 0,04 metros cúbicos

de concreto, lo que implica que el costo de vaciado de concreto sea de Bs.

14.125.

Costos Totales

Costos Válvula de Acero Ø 2” ANSI 150


Válvula Bs. 274.888 Bs. 93.358

Materiales Requeridos

Bs. 306.969 Bs. 120.210

Instalación Bs. 308.116 Bs. 18.614

Costo Total Bs. 889.973 Bs. 232.182

Tabla N° 30. Costos Totales. Acero Vs PEAD



98

Si en el área metropolitana de Caracas se requiere instalar 54.613

válvulas de seccionamiento para el periodo comprendido entre los años 2000

y 2020, el uso de válvulas de polietileno permitiría a PDVSA-GAS un ahorro

en el orden de los Bs. 35.924 millones (US$. 52 millones) colocados al valor

actual.

VII.2- ANÁLISIS DE COSTOS VÁLVULA DE HIERRO COLADO VS

VALVULA DE POLIETILENO

Como puede observarse en las tablas N° 29, N° 30 y N° 31, el costo

de la válvula de hierro colado incluyendo su instalación hasta inicio de

operación esta en el orden de Bs. 696.466, mientras que los costos de la

válvula de polietileno están en el orden de los Bs. 232.182, lo cual indica que

la válvula de polietileno es 300% más económica que la válvula de hierro

colado, en cuanto a la instalación y a los materiales requeridos para

realizarla, a pesar de que la válvula de hierro colado sea un poco mas

económica que la válvula de polietileno.

Costo De las Válvulas


Precio Unitario (Bs.) Válvula de

Hierro Colado Ø 2” ANSI 150 81.381

Válvula de PEAD Ø 2” 93.358

Tabla N° 31 Costo De las Válvulas de Hierro Colado y de PEAD



99

Costo de Materiales Requeridos en la Instalación

Válvula de Hierro Colado Ø 2” ANSI 150






2 Bridas Ø 2” ANSI 150 10.000

4 Espárragos 4”x 5/8” 1.450


Ø 2” 33.000

2 Empacaduras 1.250 Tapa de

Tanquilla 122.869


Ø 2” 33.000

2 Niples de Transición 63 x

2 42.000

Tanquilla Prefabricada 54.210

Total Materiales

301.169 Total

Materiales 120.210

Costos de Instalación

Válvula de Hierro Colado Ø 2” ANSI 150






Mano de obra, Soldadura, Inspección

25.625 Mano de obra,

Soldadura, Inspección 4.489

Construcción de la Tanquilla de Concreto

282.491 Instalación de

Tanquilla* 14.125

Total Instalación

308.116 Total Instalación 18.614

El costo de materiales requeridos asociado a la válvula de hierro

colado es de Bs. 301.169 mientras que el costo de materiales asociado a la

válvula de polietileno de alta densidad es de Bs. 120.210, siendo esta ultima

Tabla N° 33 Costos De Instalación de Válvulas de Hierro Colado y de PEAD


Tabla N° 32 Costos de Materiales. Hierro Colado Vs PEAD



100

300% más económica en lo referente a materiales requeridos para la

instalación de las válvulas.

En lo referente a los costos de instalación, observamos que el costo

asociado a la válvula de hierro colado es de Bs. 308.116, mientras que el

costo asociado a la válvula de polietileno de alta densidad es de Bs. 18.614,

lo cual indica que es más costoso instalar una válvula de hierro colado que

instalar una válvula de polietileno de alta densidad.

Costos Totales

Costos Válvula de Hierro

Colado Ø 2” ANSI 150


Válvula Bs. 81.381 Bs. 93.358

Materiales Requeridos Bs. 301.169 Bs. 120.210

Instalación Bs. 308.116 Bs. 18.614

Costo Total Bs. 696.466 Bs. 232.182

Si en el área metropolitana de Caracas se requiere instalar 54.613

válvulas de seccionamiento para el periodo comprendido entre los años 2000

y 2020, el uso de válvulas de polietileno permitiría a PDVSA-GAS un ahorro

en el orden de los Bs. 25.356 millones (US$. 37 millones) colocados al valor

actual.

Es necesario aclarar que los ahorros dependerán de la comparación de

la vida útil, y del mantenimiento que requiera cada tipo de válvula, bien sea

de acero, hierro colado y polietileno de alta densidad.

Tabla N° 34. Costos Totales. Hierro Colado Vs PEAD


Bibliografía

106

BIBLIOGRAFÍA

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The American Society For Testing and Materials (ASTM) Edition 1998 Thermoplastic Gas Pressure Pipe, Tubing and Fittings (ASTM D2513) New York, USA.

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The International Standard Organizations (ISO) Edition 1997-12-01 Buried Polyethylene Pipes For The Supply Gaseous Fuels- Metric Sizes Specifications (ISO 4437) Geneve, Switzerland.

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Petróleos de Venezuela S.A (PDVSA) Edición 1994 Gas doméstico Caracas, Venezuela

Petróleos de Venezuela S.A (PDVSA) - INTEVEP. Edición 1998 Estado del arte en tuberías poliméricas para distribución de gas natural Caracas, Venezuela

1" 1 1/4" 1 1/2" 2" 2 1/2" 3" 4" 6"1056.8 29.3 125.9 159.6 12.7 43.8 84.5 50.3 1562.9

32 mm 63 mm 90 mm 110 mm 125 mm8.4 21.8 6.2 5.4 1.2

F-4 40x50 70x9047784 41,144 1500 4379 47023

Total PEAD Km

6604Acometidas

41144

Diametro de Tuberia

Nº Valvulas y Tanquillas en la red de gas domesticoTipos

SeccionamientoTotal Nº Valvulas

Nº Tanquillas Total Nº Tanquillas

Total Km

43 1605.9

Kilometros Actuales de Tuberias de AceroDiametro de Tuberia

Total

Kilometros Actuales de Tuberias de Acero

KILOMETROS DE TUBERIA INSTALADOS, Y N° DE VALVULAS INSTALADAS

1" 1 1/4" 1 1/2" 2" 2 1/2" 3" 4" 6"1056,8 Km 29,3 Km 125,9 Km 159,6 Km 12,7 Km 43,8 Km 84,5 Km 50,3 Km 1562,9 Km

32 mm 63 mm 90 mm 110 mm 125 mm8,4 Km 21,8 Km 6,2 Km 5,4 Km 1,2 Km

F-4 40x50 70x9047784 41,144 1500 4379 470236604 41144

Nº Válvulas y Tanquillas en la red de gas domésticoTipos Total Nº

VálvulasNº Tanquillas Total Nº

TanquillasSeccionamiento Acometidas

Fuente: PDVSA - GAS. Departamento de Gas Doméstico

Kilometros Actuales de Tuberiás de AceroDiámetro de Tubería

Total

Kilometros Actuales de Tuberias de PolietilenoDiametro de Tubería

Total PEAD Km Total Km

43 Km 1605,9 Km

i

Especificaciones y Procedimientos para la Instalación, Operación y

Mantenimiento.

Especificaciones Para Válvulas de Polietileno. Ø Presiones y Temperaturas de Servicio Permitidas:

PEMD PEAD

PSIG@ Bar@ PSIG@ Bar@ SDR 74°F

(23°C) 140°F (60°C)

74°F (23°C)

140°F (60°C)

74°F (23°C)

140°F (60°C)

74°F (23°C)

140°F (60°C)

6 100 100 6,9 6,9 100 100 6,9 6,9 9.3 96 77 6,6 5,3 100 62 6,9 4,3 10 89 71 6,1 4,9 100 57 6,9 3,9 11 80 64 5,5 4,4 100 51 6,9 3,5

13,5 64 51 4,4 3,5 82 41 5,6 2,8 17 50 40 3,4 2,8 64 32 4,4 2,2 21 40 32 2,8 2,2 51 25,6 3,5 1,8

Ø Capacidad de Flujo (Requerimientos mínimos):

Flujo mínimo de gas referente a la condición

(1)

Longitud equivalente para un tubo

SDR = 11 (Máximo)

Tamaño nominal de la válvula

ft³/hr m³

Coeficiente de la válvula.

Cv (2)

Coeficiente de pérdida del tubo. K

(3) ft m

½ 190 5,4 6 5,0 10 3,0 ¾ 290 8,2 10 5,0 15 4,6 1 600 17,0 20 3,0 12 3,7

1 ¼ 1.200 34,0 39 2,0 11 3,4 1 ½ 1.500 42,5 51 2,0 13 4,0

2 2.400 68,0 80 2,0 17 5,2 3 6.000 170,0 200 1,5 21 6,4 4 9.900 280,0 330 1,5 28 8,5 5 15.000 425,0 440 1,5 37 11,3 6 19.000 538,0 650 1,9 57 17,4

(1) Flujo mínimo de gas con la válvula totalmente abierta a una presión de entrada de 0,5 PSIG (0,035 BAR

(manométrica)), 70ºF (21,1ºC), gravedad especifica de 0,64 y 0,3 in de columna de agua de caída de presión, asumiendo para la válvula un SDR = 11.

(2) Cv = Flujo de agua a 60ºF(16ºC) en galones por minuto el cual pasara con una caída de presión de 1,0 PSI(0,07 Bar).

(3) K = Coeficiente de pérdida consistente con la ecuación:

=

g

VKh

2

2

1

Fuente: The American Society of Mechanical Engineer (ASME). Manually Operated Thermoplastic Gas Shutoff and Valves for Gas Distribution Systems, ASME B16.40. 1985. NY. USA.


ii

Ø Dimensiones:

Tamaño

(mm) Tamaño (Pulgs)

Diámetro Interno

SDR Tipo De Empalme

20 ½ Normal 11; 9,3

25 ¾ Normal 11; 10; 9,3

Fusión A Tope; Electrofusion

32 1 Reducido 13,5; 11; 9,3

40 1¼ Reducido 17; 13,5; 11; 10; 9,3

50 1½ Reducido 17; 13,5; 11; 10; 9,3


Normal 63 2

Reducido 21; 17; 13,5; 11; 9,3


Normal 90 3

Reducido 21; 17; 13,5; 11; 9,3


Normal 110 4

Reducido 21; 17; 13,5;11; 9,3


Normal 125 6

Reducido 26; 21; 17; 13,5; 11


Torques máximos de operación según ASME B16.40

Torque máximo @ 100°F (38°C) Torque máximo @ -20°F

(-29°C) Tamaño

nominal de válvula (in) Lbf-Ft Nm Lbf-Ft Nm

½ 11 15 33 45 ¾ 13 18 40 54 1 25 34 50 68

1 ¼ 33 45 67 90 1½ 42 56 83 112 2 50 68 100 136 3 75 102 113 153 4 100 136 150 204 5 113 153 169 229 6 125 169 118 253



iii

Torques máximos de operación según ISO 10933 Diámetro Nominal Externo

mm Torque Máximo de

Operación (Nm) dn < 63

63 < dn < 125 125 < dn < 225

35 70

150

Requerimientos de operación y mantenimiento de las válvulas.

Se requiere que cada operador establezca un plan escrito de operación y

mantenimiento, y que mantenga los registros necesarios para administrar dicho

plan. La parte esencial del plan incluye instrucciones para los empleados que

cubren los procedimientos de operación y mantenimiento durante las operaciones

normales del sistema y durante las reparaciones del mismo. También se deben

incluir programas específicos relacionados con recursos que presenten un gran

peligro a la seguridad pública tanto en una emergencia como en requerimientos

extraordinarios de construcción o mantenimiento; y además de proveer

inspecciones periódicas para asegurar que las presiones de operación sean las

apropiadas para el sistema. Cada operador debe llevar a cabo un programa escrito

para prevenir daños en las tuberías cuando se realicen trabajos de excavación.

Las válvulas usadas en los sistemas de distribución de gas son utilizadas

para aislar ciertas partes de la red que necesiten mantenimiento o que hayan

presentado alguna emergencia. La instalación de las válvulas dependerá del diseño

del sistema, del número de conexiones principales, de los clientes involucrados y

de la accesibilidad del gas.

Fuente: The International Standard Organization (ISO). Polyethylene Valves for Gas Distribution Systems. ISO 10933. 1997. Geneve, Switzerland

iv

Localización de las válvulas

La localización de las válvulas plásticas en sistemas de distribución de gas

debe realizarse según los requisitos de la sección 846 de la norma ASME B31.8, las

cuales proponen lo siguiente:

a) Una válvula debe ser instalada en la tubería de entrada de cada estación de

regulación, controlando el flujo o la presión del gas en el sistema de distribución.

La distancia que debe haber entre la válvula y regulador, o reguladores, debe ser

lo suficiente como para permitir la operación de la misma durante una emergencia

como lo es una gran fuga de gas o fuego en la estación de regulación.

b) Las válvulas que van colocadas en las tuberías principales de distribución, tanto

para propósitos de operación o emergencias, deben ser localizadas de manera tal

que pueda proveer un acceso inmediato y facilidad en la operación durante una

emergencia. Para tener acceso inmediato a la válvula es necesario que esta sea

instalada en una tanquilla. Esta tanquilla debe ser instalada de manera tal que se

evite la transmisión de cargas externas a la tubería principal cuando se vaya a

operar la válvula. Para lograr una mejor flexibilidad en la operación de la red, las

válvulas deben ubicarse de acuerdo a los siguientes criterios:

Ø Cierre del flujo de gas con afectación a la menor cantidad de clientes y rápida

reposición del servicio.

Ø Interconexiones en forma de anillos, que rodeen las cuadras o manzanas de

cada zona y a su vez se unan con la del sector vecino, construyéndose una

gran malla en toda la ciudad; además cada sector tendrá dos conexiones a la

línea principal, las cuales poseen válvulas de seccionamiento. Esta disposición

de la red ofrece diferentes vías para el flujo de gas y por ende un excelente

comportamiento hidráulico.

v

De esta manera, con el uso de dichas válvulas se podrá aislar a cada sector

de la tubería principal o del sistema completo.

Requerimientos de Empalme para las Tuberías, Válvulas y Accesorios de

Polietileno.

Las tuberías, válvulas y accesorios fabricadas en polietileno deben ser

unidas (soldadas) mediante la termofusion (Fusión a tope y electrofusion). Los

requerimientos generales de empalme de tuberías y accesorios plásticos son

mostrados a continuación:

Ø Las tuberías deben ser diseñadas e instaladas de manera que cada

empalme pueda sostener la tensión longitudinal o las fuerzas de empuje

causadas por la contracción o expansión de las tuberías, o mediante las cargas

internas y externas anticipadas.

Ø Cada junta o empalme debe ser hecho de acuerdo con los procedimientos

escritos que han sido probados mediante ensayos o experiencias previas, para

producir un empalme rígido y resistente.

Ø Cada empalme debe ser inspeccionado para asegurar su correcto

funcionamiento.

La inspección de los empalmes realizados en tuberías y accesorios de

polietileno debe ser efectuada antes del ensayo de presión neumática y antes de

su puesta en servicio. En todos estos casos, se deben realizar inspecciones

visuales, y se deben comparar con las normas; además si se tiene el equipo

disponible se podrían hacer las inspecciones con ultrasonido o con métodos de

radiografías. Para los tubos y accesorios de gran diámetro se requieren equipos

especiales que faciliten la alineación y que suministre una fuerza uniforme

requerida para realizar la electrofusion o la fusión a tope de las tuberías y

accesorios.

vi

Calificación y Entrenamiento

Para realizar las labores de instalación de tuberías y accesorios plásticos se

requiere que el personal que vaya a realizar dichas labores tenga el entrenamiento

y la calificación necesaria. Es necesario que todo el personal implicado en la

instalación de esta clase de tuberías y accesorios entienda el porque y la razón de

los procedimientos de instalación. Este entrenamiento debe incluir lo siguiente:

Ø Explicación de las propiedades físicas y características de las tuberías y

accesorios de polietileno.

Ø Explicación de los métodos de instalación y empalmes, incluyendo ayuda

visual mostrada por técnicos especializados. También, se revisan las

recomendaciones del fabricante para la instalación.

Ø Realización de varios tipos de empalmes.

Ø Cada persona debe realizar un empalme mientras esta es observada por un

supervisor experimentado. Cada muestra debe ser visualmente inspeccionada y

seccionada.

Fusión a Tope

Esta técnica consiste en calentar los extremos de las tuberías y/o accesorios

mediante la colocación de planchas calentadoras hasta que el material alcance la

temperatura de fusión, luego se retiran las planchas calentadoras y se presionan

ambos extremos uno contra el otro durante un periodo de tiempo determinado, y

permitiendo que el empalme se enfríe. Para asegurar la calidad en este tipo de

empalme se deben utilizar equipos mecánicos para mantener las tuberías y/o

accesorios alineados. A continuación se señalan los pasos a considerar en el

desarrollo de un procedimiento calificado de empalme:

vii

Ø Rectificar los extremos del tubo y/o accesorio. Se debe asegurar que las

superficies de los extremos a ser unidos estén bien limpias.

Ø Alineación de los extremos del tubo y/o accesorio, así ellos serán calentados

de manera uniforme. Presione los extremos a ser empalmados simultáneamente

contra la plancha calentadora con suficiente fuerza para asegurar el contacto

con ella. Se sostienen los extremos en el sitio hasta que el cordón de fusión se

haga notar en los extremos calentados. Este cordón podría ser de 1/32 pulgadas

o más largo en tamaño, dependiendo del materia y el diámetro del tubo y/o

accesorio.

Fuente: Durapipe - S&LP. Polyethylene Systems for Gas Industry. November 1997. England

Proceso de rectificación de las superficies a empalmar

Proceso de calentamiento de las superficies a empalmar


viii

A continuación se muestran los espesores adecuados para el cordón de fusión

para cada diámetro de tubería y/o válvula:

Diámetro de Tubería y/o Válvula (in)

Diámetro de Tubería y/o Válvula (mm)

Cordón de Fusión Apropiado (in)

1¼ & menor 32 1/16" 2" 63 1/8" 3" 90 1/8" 3/16"

4" & mayor 110 & mayor 3/16" 1/4"

Ø Se remueve la plancha calentadora y se traen los extremos calentados juntos

inmediatamente firmemente presionados para formar un cordón de fusión

uniforme de 1/8 a 3/16 pulgadas de ancho alrededor de la circunferencia del

tubo y/o accesorio. Este paso en el procedimiento de fusión a tope es la parte

mas critica. Si una partícula muy fina del material se encuentra pegada a la

plancha calentadora, descarte el procedimiento y limpie la plancha y comience

de nuevo. Si los tubos son presionados juntos con demasiada fuerza, todo el

material derretido será empujado hacia fuera del empalme y el material frío no

se fundirá apropiadamente. Si se emplea muy poca fuerza para presionar los

extremos, el resultado será un empalme con muy poca resistencia. Los

extremos tienen que ser sostenidos juntos bajo presión para un periodo de

tiempo prescrito. Después que este tiempo haya pasado se puede dejar de

presionar los extremos.

Ø Permita que el empalme se enfríe con suficiente tiempo antes de remover las

tenazas o algún otro aparato utilizado para sostener el mismo. El empalme no

debe ser sometido a ningún esfuerzo externo hasta que este se enfríe y alcance

la misma temperatura que el resto del tubo.

Espesores adecuados para el cordón de fusión

Fuente: Driscopipe Inc. Head Fusion Guide. 1999. Richardson, Texas. USA

ix

Fusión Utilizando Diferentes Resinas.

Las tuberías y accesorios de polietileno que sean fabricados con diferentes

resinas de polietileno o que sean de diferentes fabricantes pueden ser empalmadas

con gran éxito mediante el uso de termofusion (Fusión a Tope y Eletrofusion).

Investigaciones recientes han indicado que las tuberías y accesorios de polietileno

fabricados con diferentes resinas pueden ser unidas satisfactoriamente mediante la

termofusion. Algunas compañías de gas, como Gaz de France y British Gas, han

realizado empalmes en tuberías y accesorios de polietilenos de diferentes resinas

por años sin presentar ninguna dificultad apreciable. Sin embargo, como las

propiedades de fluidez difieren significantemente, el proceso de termofusion tiene

que ser más exacto.

Las técnicas utilizadas para realizar empalmes en polietilenos con resinas

diferentes, básicamente obtienen la misma consistencia de fluidez en el momento

que los extremos derretidos son presionados juntos. Para obtener esta condición,

el material de mas bajo índice de fluidez requiere de un largo periodo de

calentamiento mayor que el del material de índice de fluidez mas alto. La cantidad

de fuerza aplicada para presionar los extremos derretidos es usualmente

controlada por el mayor índice de fluidez del material. Los empalmes realizados

mediante termofusion en tuberías y accesorios de polietileno de diferentes resinas

requieren seguir estrictamente las temperaturas y tiempos de calentamiento

prescritos para las distintas clases de polietilenos a unir. El método especifico

utilizado dependerá del tipo de empalme, del material a utilizar y del equipo

disponible.

x

Electrofusión.

Los empalmes de electrofusión son realizados mediante la colocación de

uniones en la tubería, las cuales tienen incorporadas un cable enrollado o algún

otro conductor eléctrico en el polietileno de las mismas. Una fuente de poder

proporciona la energía eléctrica que el conductor necesita para generar el calor

necesario para producir la fusión del polietileno de la unión o accesorio. Al igual

que la fusión a tope que utiliza planchas calentadoras, la Electrofusion debe utilizar

un procedimiento calificado y debe cumplir con los mismos requerimientos del

método de fusión a tope. Las normas ASTM F1055 y ASTM F1290 cubren todo lo

relacionado con accesorios y el método de practica necesarios para la

Electrofusion. Se debe además consultar a los fabricantes y proveedores de

materiales en relación con los ciclos de calentamiento, equipos de suministro de

energía y procedimientos para el manejo del proceso de Electrofusion. El personal

que vaya a realizar la Electrofusion debe poseer habilidades y conocimientos para

poder producir empalmes de Electrofusion de alta calidad, y para que el personal

logre esto es necesario que el personal tenga un entrenamiento calificado.

En las recomendaciones específicas que los fabricantes deben tener en

consideración son las siguientes:

Ø El tipo de polietileno a ser empalmado

Ø La energía eléctrica requerida (Voltaje requerido)

Ø La temperatura ambiental

El equipo necesario para efectuar la electrofusión incluye:

Ø Caja de control

Ø Tenazas de alineación

Ø Herramientas para cortar los extremos.

xi

Este tipo de accesorios pueden unir simultáneamente dos tramos de tubería

y/o un tramo de tubería y una válvula u otro accesorio. Los pasos a considerar en

el desarrollo de un procedimiento calificado para instalar estos acoples son los

siguientes:

Ø Se rectifica el extremo del tubo o accesorio. Luego se limpia la superficie que

se va a empalmar.

Ø Se corta una capa delgada de polietileno de la superficie a ser unida. No

permita que la superficie a ser unida se contamine, ni tampoco las toque con las

manos.

Ø Alinee los extremos de las tuberías a ser unidas y coloque entre estos el

acople de Electrofusion. Sostenga todo el arreglo tuberias-acople para evitas

cualquier movimiento durante el proceso de fusión.

Ø Se suministra la electricidad desde una caja de control al acople. La cantidad

de energía eléctrica suministrada esta normalmente predeterminada o es

automáticamente controlada. La gran mayoría de los fabricantes diseñan los

acoples y otros accesorios para que la fusión ocurra haciendo pasar una

corriente eléctrica de 110 voltios.

Rectificación de la superficie a empalmar mediante electrofusión


xii

Ø Se espera a que se enfríe la tubería y se retiran las tenazas y los otros

equipos.

PRECAUCIONES DURANTE LA INSTALACIÓN

Ø Electricidad Estática.

Un peligro potencial que enfrentan el personal de construcción y

mantenimiento de sistemas de distribución de gas es la electricidad estática

contenida dentro y fuera de la tubería polietileno.

Cuando se purga, repara o reemplaza un tubo o válvula de plástico las

condiciones de los mismos que ayudan a que se produzca una generación y

acumulación de cargas electrostáticas debe ser reconocidas. Una carga

electrostática puede ser generada por:

1) Fricción durante el manejo físico de la válvula o el tubo durante el almacenaje,

transporte, instalación y reparación.

Suministro de energía al anillo de electrofusión


xiii

2) Gas con partículas (Oxido, polvo) fluyendo en condiciones de alta turbulencia

como las creadas en una restricción, en un codo, cordones de soldadura, fugas en

los tubos, o puntos de impacto originados cuando la tubería es enterrada.

3) Cambios geométricos en el diámetro de la tubería.

Una carga puede acumularse en la superficie interna o externa del tubo o

válvula plástica de la misma forma como puede acumularse en el metal si este es

eléctricamente aislado. Las cargas estáticas normalmente existen en la superficie

de los materiales aislantes o de los materiales no conductores de electricidad.

Estas cargas son significantes cuando estas se convierten en cargas lo

suficientemente altas como para producir un campo eléctrico lo suficientemente

fuerte como para inflamar el gas o cualquier mezcla aire/combustible. Las

condiciones que ayudan a producir una gran acumulación de carga incluyen los

aislantes de conductores de tierra y la baja humedad.

Las cargas estáticas pueden lentamente ser detenidas mediante la

conducción a través del aire o a través de otro material que tenga las mismas

características. Una descarga estática rápida puede ser evidenciarse mediante una

chispa cuando una persona o individuo se aproxima a la superficie cargada. La

magnitud eléctrica de la chispa usualmente no causa daño alguno, pero puede ser

suficiente como para encender una mezcla aire/gas.

En la operación de los tubos y válvulas de polietileno es esencial evitar la

acumulación de mezclas inflamables de aire/gas y de corrientes de descarga de

electricidad estática. Las corrientes estáticas potenciales acumuladas en el interior

de la tubería usualmente no es un problema serio. Similarmente, bajo una

situación en la que no hay fugas, las cargas estáticas pueden están contenidas en

la pared exterior del tubo o de la valvula. Esto usualmente no representa un

peligro, sin embargo muchos operadores previamente utilizan procedimientos para

disipar la acumulación de cargas antes de trabajar en el sistema. En el momento

xiv

cuando se inician reparaciones de fugas en el sistema, compresión de la tubería,

purga, etc., si existen condiciones en las cuales podría estar presentes cargas

electrostáticas y una mezcla aire/gas, es necesario tomar precauciones.

Ø Precauciones adicionales

Otras precauciones adicionales que se deben tener en cuenta cuando se trabaja

sobre sistemas de distribución de gas natural que utilicen tuberías y válvulas

polietileno son las siguientes:

1) El uso de una película antiestática de Polietileno o de una cinta conductora

húmeda colocada alrededor de la válvula o de la tubería.

2) Si el gas esta presente, la válvula debe ser humedecida con una solución de

agua - detergente apropiada para plásticos, comenzando por los extremos de la

válvula. La cinta conductora debe ser entonces colocada y dejada en el sitio.

3) La cinta conductora debe ser mantenida húmeda mediante la aplicación de

agua. En ambientes donde las temperaturas estén por debajo de los 0°C (32°F) se

debe añadir GLYCOL al agua para evitar que esta se congele.

4) No se debe ventear gas en una tubería que no se encuentre enterrada. Aun en

tuberías metálicas que están enterradas, ventear gas con un alto contenido de

partículas o polvo pudiera generar cargas y esto puede traer como resultado la

formación de una corriente electrostática y posteriormente la ignición del gas. El

venteo debe ser realizado en un sitio con pocos vientos, alejados de personas y de

materiales inflamables.

5) Se deben remover siempre del sitio las fuentes potenciales de ignición, como

pudieran ser las herramientas.

xv

6) En todos los casos, el personal de mantenimiento debe utilizar los equipos

apropiados de seguridad, como lo son los equipos respiratorios y vestimentas

resistentes al fuego tratadas para evitar la estática.

7) Comercialmente existen sistemas descargadores electrostáticos que podrían ser

considerados como un medio para eliminar la electricidad estática del lado interno

y externo de las válvulas y las tuberías.

8) Cada válvula de polietileno que sea instalada en un sistema de distribución de

gas, debe estar anclada de manera tal que se compense el torque aplicado a la

misma, para evitar la deformación tanto de la tubería como de la válvula de

polietileno.

9) La tanquilla para colocar la válvula de polietileno, debe estar soportada

independientemente de la válvula y de la tubería de polietileno para que no

generen ningún tipo de esfuerzos externos sobre éstas.

Inspección de Fugas.

Las técnicas de inspección de fugas mas apropiadas para tuberías y válvulas de

polietileno son las técnicas de infrarrojo y mediante el uso de un exposímetro.

Siempre que sea posible, se debe evitar realizar huecos para explorar sobre la

tubería o la válvula.

Fuente: Valvco Inc. Curb Boxes for PE

Valves. 1998. Harrison, NJ. USA

ALIMENTADOR DE ALAMBRE

GAS

RODILLOS GUIA

PISTOLA

FUENTE DE CORRIENTE

ALIMENTACIÓN DE ALAMBRE

GAS PROTECTOR

BOQUILLA DE GAS

BOQUILLA DE CONTACTO

BAÑO DE METAL FUNDIDO

PREPARACIÓN DE JUNTA

SOLDADURA TERMINADA

ARCO

Fuente: Petróleos de Venezuela (PDVSA).

Manual de inspección PI- 06- 02- 04. Septiembre 1989. Caracas, Venezuela

Unidad de Control de Electrofusión Posicionador

Raspador de superficie Planta eléctrica

Fuente: Durapipe - S&LP. Polyethylene Systems for Gas Industry. November 1997.

England

i

Dimensionamiento del sistema de tuberías de la red de gas doméstico de

PDVSA-GAS.

El flujo promedio en la red de gas doméstico de PDVSA-GAS es de 0,08

MMPCD (3300 PC/hr). Para determinar el diámetro de tubería correspondiente a

este flujo de gas, se utiliza la ecuación Nº 1 para tuberías de polietileno.

×

×

×−×

=

KD

LogGTZL

DPP

P

TQ

b

b 7,3)(4692,0

522

21

,donde:

D: Diámetro interno de la tubería (Pulg)

Tb: Temperatura base (ºR) = 460 ºR

T: Temperatura promedio del gas (ºR)

P1: Presión de Entrada (psia)

P2: Presión de Salida (psia)

Pb: Presión Base (psia) = 14,73 psia

Q: Flujo (en miles de PC/hr)

G: Gravedad específica del gas = 0,688

Z: Factor de compresibilidad = 1

L: Longitud considerada = 16404 FT (5 km)

K: Rugosidad efectiva de la tubería (Pulg) = 0,00006 pulgadas para una tubería de

polietileno

El flujo de gas es de 3300 PC/hr, la presión de entrada del gas es de 60

psig (presión a la que el gas deja la estación de distrito), la presión de salida es de

20 psig (presion de entrega al cliente, aguas arriba del regulador) y la temperatura

Ecuación Nº 1

Fuente: American Gas Association (A.G.A). Plastic Pipe Manual for Gas Service. 1994. Arlington, Virginia, U.S.A.

ii

promedio del gas es de 90 ºF. Sustituyendo estos valores en la ecuación anterior,

el diámetro interno de la tubería toma el siguiente valor:

Diámetro de Tubería

Calculado

D = 30,5 mm (1,20")

Debido a que la norma de tuberías de polietileno de PDVSA no especifica un

diámetro con ese valor, se debe tomar de la norma un valor superior al calculado.

Por lo tanto, el valor inmediato superior para el diámetro nominal es el siguiente:

Diámetro de Tubería

Especificado por la norma

D = 32 mm (1,26")

Luego de seleccionado el diámetro, se calcula el espesor mínimo de pared

de la tubería mediante la siguiente ecuación:

PHDBDP

t EXTm +××

×=

)32,0(2

Los valores del diámetro exterior correspondiente a un diámetro nominal de

32 mm (1,26"), de la presión de diseño y HDB utilizados para el cálculo del

espesor mínimo de la tubería, son mostrados a continuación:

DEXT = 32 mm (1,26)"

P= 100 psig (Presión de diseño de la tubería)

HDB = 1600 PSI

Ecuación Nº 2

Fuente: American Gas Association (A.G.A). Plastic Pipe Manual for Gas Service. 1994. Arlington, Virginia, U.S.A.

iii

Sustituyendo estos valores en la ecuación Nº2, se obtiene el siguiente

espesor mínimo de pared:

Espesor Mínimo de Pared

Calculado

Tm = 2,79 mm (0,11")

Para un diámetro nominal de 32 mm (1,26”), la norma de tuberías de

polietileno de PDVSA-GAS especifica los siguientes espesores de pared:

Espesores de pared especificados por la norma

PDVSA-EM-18-11/02 para un Dn = 32 mm (1,26")

T (in) t (mm) SDR

0,08 2 21

0,08 2 17

0,09 2,4 13.5

0,12 2,9 11

0,14 3,6 9

0,17 4,4 7,3

Como podemos apreciar, en los espesores de pared especificados para una

tubería de Ø 32 mm (1,26"), no aparece el valor del espesor mínimo calculado, por

lo tanto se debe tomar el valor inmediato superior, el cual es de 2,9 mm (0,12") y

corresponde a un SDR igual a 11.

Fuente: Petróleos de Venezuela S.A (PDVSA). Tubos de Polietileno ( PDVSA EM-18-11/02). Noviembre 1999. Caracas,Venezuela

estudio de factibilidad de uso de válvulas de polietileno...

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