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1 INTRODUCCIÓN
En el presente proyecto se va a realizar el diseño de ingeniería para la
construcción de un gasoducto desde la planta de compresión de Puerto Margarita
hasta la ciudad de Tarija, debido a que el actual gasoducto de abastecimiento de
gas natural a esta ciudad, se encuentra a máxima capacidad de transporte, 13,8
millones de pies cúbicos por día (MMPCD), habiéndose realizado diversas
modificaciones a este gasoducto durante el transcurso de su operación.
Realizando la proyección del crecimiento de la demanda de gas natural en la
ciudad de Tarija y alrededores, en las diferentes categorías de consumo y
tomando en cuenta las diversas políticas energéticas que está planteando el
actual gobierno departamental, se determinará los volúmenes de transporte, los
cuales nos permitirán determinar los principales parámetros de diseño.
Tomando en cuenta que existe un gasoducto en operación, en lo que se refiere a
la trayectoria del nuevo gasoducto, se propone que sea paralelo al actual por
motivos principalmente medio ambientales, como ser el derecho de vía, existiendo
ciertas modificaciones en algunos tramos donde sea necesario un cambio de
trayectoria.
Una vez concluido el diseño se realizara un estudio técnico-económico, para
determinar la factibilidad y viabilidad del proyecto.
La elaboración de este proyecto se realizará bajo el estricto cumplimiento de
normas internacionales de calidad, diseño y construcción, como son las lSO,
ASTM, ASME, APl, entre las principales.
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2 ANTECEDENTES
2.1 ANTEEDENTES GENERALES
El gasoducto Villa montes-Tarija (GVT) inicia sus operaciones en el año 1988 con
un diámetro de 4½n y una capacidad inicial de transporte de 6.4 millones de pies
cúbicos por día (MMPCD), abasteciendo con gas natural hasta la población de El
Puente, desde su puesta en marcha hasta la fecha este gasoducto ha sido
modificado en varias oportunidades para subsanar la demanda creciente de gas
natural, como también la ampliación del gasoducto hasta la población de
Camargo.
A continuación se detallan las principales modificaciones que se han realizado en
el presente gasoducto:
- El 2004, inicia operaciones el gasoducto El Puente - Camargo,
- Inicios del 2007, se entrega la primera fase de ampliación del GVT donde
se realiza la conexión con la planta del campo Margarita, con una tubería
de 10"de diámetro y una distancia de 12 Km, la construcción de un loop de
12 Km con 10" de diámetro en el tramo Entre Ríos - Tarija, adicionalmente
la instalación de una unidad más grande de compresión de 900 Hp,
alcanzando una capacidad de transporte de 7.5 MMPCD.
- A finales del 2008, se entrega la segunda fase de ampliación del GVT con
la construcción de un loop en el tramo Entre Rios - Tarija de 23 Km y otro
de21.4Km en el tramo Palos Blancos - Tarija, ambos con tubería de 10" y la
adecuación del punto de medición de El Portillo, alcanzando un caudal de
transporte de 13.8 MMPCD.
Con todas estas modificaciones realizadas, aún es insuficiente la capacidad de
transporte de gas natural, debido a que el comportamiento de la demanda durante
el día no es lineal, presentando picos entre las 11:00 a 13:00 y 18:00 a 20:00,
donde existe un mayor consumo de gas natural, alcanzando los valores máximos
de transporte del gasoducto.
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También se debe tomar en cuenta que la Empresa Tarijeña del Gas (EMTAGAS)
actualmente cuenta con 27.000 usuarios en todo el departamento, existiendo
alrededor de 12.000 usuarios que esperan por este servicio por la incapacidad de
transporte del GVT.
Las políticas energéticas que está implementando el gobierno departamental de
Tarija va a demandar aún más este energético, el cual tiene como principales
metas: la masificación del uso de gas natural vehicular (GNV) como combustible
automotor, el financiamiento directo para la instalación de redes de gas natural en
las categorías domiciliaria, comercial y especialmente a las industrias, así también
la renovación de equipos de generación eléctrica a gas natural.
2.2 ANTECEDENTES ACADEMICOS
Construcción del gasoducto Senkata - Ilo Proyecto de grado 2011
3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
3.1 Identificación del Problema
La ciudad de Tarija y alrededores, tiene una demanda real insatisfecha de 10
MMPCD de gas natural, el actual gasoducto Puerto Margarita - Tarija solo tiene
una capacidad de 13.8 MMPCD, esta demanda seguirá creciendo de manera
significativa debido a la política energética que se está implementando en todo el
departamento de Tarija que es el uso masivo del gas natural en el área:
domiciliaria, industrial, gas vehicular (GNV) y generación eléctrica.
3.2 Formulación del Problema
El crecimiento poblacional de la ciudad de Tarija y sus alrededores influye en el
aumento de la demanda de gas natural, lo cual no es satisfactoria.
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4 OBJETIVOS
4.1 Objetivo General
Realizar un estudio Técnico-Económico para la construcción de un nuevo
gasoducto, para satisfacer la demanda de gas natural a la ciudad de Tarija y
alrededores.
4.2 objetivos Específicos
Realizar un análisis de la demanda de gas natural.
Estimar los volúmenes a transportar de gas natural.
Realizar un estudio de la planimetría y perfil topográfico para llevar adelante el
diseño técnico.
Dimensionar el gasoducto, determinar el número de estaciones de compresión,
definiendo los parámetros de operación.
Evaluación técnica y económica del proyecto
5 JUSTIFICACION
5.1 Justificación Técnica
Al llevarse a cabo la construcción de un nuevo gasoducto en la ri.¡ta Puerto
Margarita
- Tarija aplicando las especificaciones dadas en el presente proyecto se podrá
satisfacer la demanda de gas natural a la ciudad de Tarija y alrededores,
abasteciendo de forma óptima a los usuarios de:
- Gas domiciliario
- Gas para las industrias
- Gas para generación de energía eléctrica
- Gas vehicular
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Para el transporte de grandes cantidades de gas, un gasoducto es sin lugar a
duda, la forma más eficiente de transporte. Las ventajas de los gasoductos son.
- Bajo consumo de energía
- Seguro para las personas
- No es afectado por las condiciones climáticas
- Alto grado de automatización
5.2 Justificación Económica
Con el proyecto se transportará gas natural a través de un gasoducto, logrando de
este modo minimizar riesgos operativos y reduciendo costos de mantenimiento y
operación generados por el transporte actual, como ser la implementación de
loops en periodos muy cortos de funcionamientos.
5.3 Justificación Social
Este proyecto brindará beneficios a la sociedad, ya que contará con la capacidad
de transporte para satisfacer la demanda creciente de este energético,
especialmente al sector industrial de la ciudad de Tarija, la que se encuentra
afectada por la incapacidad de transporte del sistema, posibilitando contar con el
recurso energético en forma confiable y continua. Además que generará trabajos
para los habitantes de la zona, logrando de esta manera brindar un servicio social.
5.4 Justificación Ambiental
El transporte a través de ductos confiables con altos niveles de seguridad que
minimizan la posibilidad de fugas y el exceso de emanaciones toxicas que
contaminan el medio ambiente.
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6 ALCANCE
6.1 Alcance Temático
Área de la investigación: Transporte de Hidrocarburos
Tema Específico: Diseño para la construcción de un gasoducto
6.2 Alcance Geográfico
País: Bolivia
Departamentos: Tarija y Chuquisaca
Puerto Margarita: Latitud: 21°15'10"5 y Longitud: 63°45'42"O
Villamontes: Latitud: 21°15'51"S y Longitud: 63°28'26"O
Palos Blancos: Latitud: 21°24'49"Sy Longitud: 63°46'49"O
Entre Ríos: Latitud: 21°29'7"S y Longitud:64°11'27"O
Tarija (ciudad): Latitud: 21°34'1'S y Longitud: 64°4'2"O
El Puente: Latitud: 21°14'50"S y Longitud:65°12'28"O
Camargo: Latitud: 20°38'43"S y Longitud: 65°12'37"O
6.3 Alcance Temporal
La investigación se llevará a cabo durante el segundo semestre académica II/2012
hasta el 25 de Noviembre del 2012, como fecha máxima de presentación.
7 MARCO TEORICO
7.1 Gas Natural
El gas natural es una de las varias e importantes fuentes de energía no
renovables, formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentra
frecuentemente en yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo o
en depósitos de carbón. Aunque su composición varía en función del yacimiento
del que se saca, está compuesto principalmente por metano en cantidades que
comúnmente pueden superar el 90 ó 95% y suele contener otros gases como
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nitrógeno, CO2, H2S, helio y mercaptanos. Existen casos que el gas natural
contiene hasta 49% de CO2. Como fuentes adicionales de este recurso natural, se
están investigando los yacimientos de hidratos de metano que, según
estimaciones, pueden suponer unas reservas energéticas muy superiores a las
actuales de gas natural.
Puede obtenerse también con procesos de descomposición de restos orgánicos
(basuras, vegetales - gas de pantanos) en las plantas de tratamiento de estos
restos (depuradoras de aguas residuales urbanas, plantas de procesado de
basuras, de alpechines, etc.). El gas obtenido así se llama biogás.
“El gas natural ocupa el tercer lugar en el mundo entre las fuentes de energía
primarias, y ocupa la quinta parte del consumo tanto en Europa, como en el resto
del mundo. Sus amplios beneficios tanto ambientales como energéticos y
económicos son puntos clave en el desarrollo y utilización del mismo. Es una
fuente de energía que está en plena carrera ascendente” (Instituto Politécnico
Nacional, Transporte de Hidrocarburos por Ductos, México D.F., Enero 2009).
La composición del gas natural varía según el yacimiento:
Composición del campo Margarita
Component
e
% Molar Peso Molecular
(M) lb/lb mol
N2
CO2
C1
C2
C3
iC4
nC4
iC5
0.65
2.07
83.19
9.16
2.74
0.25
0.70
0.30
28.0134
44.010
16.043
30.070
44.094
58.123
58.123
72.150
7
nC5
C6
C7+
0.20
0.21
0.26
72.150
86.177
100.204
Total 100.00
Fuente: Elaboración Propia en base a datos de Internet.
Características del gas natural.
Características del gas natural
Nombre comercial: gas natural
Nombre químico: metano y más pesados
Peso molecular: 16
Estado físico: gaseoso, incoloro e inodoro
Temperatura de ignición: 530oF
Poder calorífico: 9460 Kcal/mpc @68oF y 14.22 lb/pg2
Odorizacion: adición de ciertos compuestos sensibles al olfato
llamados mercaptanos
Fuente: Elaboración Propia en base a datos de Internet.
El gas natural se transporta y distribuye principalmente a través de gasoductos y
como gas natural licuado en los llamados buques metaneros y camiones
criogénicos, asimismo se puede transportar en cilindros de alta presión (como gas
natural comprimido). Es medido en metros cúbicos (a una presión de 75000
Pascal y una temperatura de 15oC) o en pies cúbicos (misma presión y
temperatura). Normalmente, la producción de gas a partir de los pozos y los
repartos a las centrales eléctricas se miden en millares o en millones de pies
cúbicos (Mcf y MMcf). Los recursos y las reservas son calculados en trillones de
pies cúbicos (Tcf).
7.2 Utilidades Del Gas Natural
El gas seco o gas natural comercial se utiliza como:
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1. Combustible en:
a) Transporte (autobuses y taxis)
b) Hogares (calentadores de agua, estufas, calefacción)
c) Comercios (aire acondicionado, calentadores de agua, hornos)
d) Industrias (sistema de calefacción, secado, generación de vapor, hornos)
2. Generación de energía eléctrica por medio de plantas de ciclo combinado, esta
tecnología consiste en utilizar la combustión del gas natural y el vapor que
producen los gases de escape para generar electricidad de manera
complementaria.
3. Materia prima en la elaboración de productos petroquímicos ya que de forma
relativamente fácil y económica puede ser convertido a hidrógeno, etileno, o
metanol, para fabricar diversos tipos de plásticos y fertilizantes.
7.3 Propiedades Del Gas Natural
7.3.1 Densidad Relativa Del Gas
Es la relación del peso molecular del gas con respecto al peso molecular del aire;
para el caso de los gases siempre se toma como referencia 28.959 que es el valor
aproximado del aire.
7.3.2 Poder Calorífico
El poder calorífico “bruto” del gas es el número de BTU producidos por la
combustión a presión constante de 1 p3 de gas medido a 60oF y de 30 pulgadas
de Hg; con aire a la misma presión y temperatura del gas, cuando los productos
de la combustión se enfrían hasta la temperatura inicial del gas y aire, y cuando el
agua formada por la combustión se condensa al estado líquido.
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El poder calorífico bruto del gas natural es aproximadamente 1020 BTU/p3. El
poder calorífico neto del gas, es el número de BTU producidos por la combustión a
presión constante, de 1 p3 de gas medido a 60oF y 30 pulgadas de Hg con aire a
la misma presión y temperatura, cuando los productos de la combustión se enfrían
hasta la temperatura inicial del gas y aire y cuando el agua formada por la
combustión permanece en estado de vapor. Debido a lo anterior, el poder
calorífico neto, es menor que el poder calorífico bruto. Se determina por medio de
un calorímetro, o se calcula partiendo de su análisis químico.
7.3.3 Temperatura De Ignición
Si una mezcla de aire y gas se calienta gradualmente, la velocidad de la reacción
química aumenta progresivamente hasta un punto en que la reacción no depende
de la fuente de calor externa y se efectúa instantáneamente la combustión; la más
baja temperatura en la que esto sucede se denomina temperatura de ignición.
7.3.4 Peso Molecular
Cuando se trata de mezclas no se habla de peso molecular sino de peso
molecular aparente, debido a que la mezcla esta compuesto por moléculas de
diferentes tamaños, es calculado utilizando la siguiente ecuación:
Ma = ∑(Yi × Mi)
Dónde:
Ma = Peso molecular aparente de la mezcla
Yi =Fracción molar de cada componente de la mezcla
Mi =Peso molecular de cada componente de la mezcla
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7.4 Sistemas De Transporte
7.4.1 Gasoductos
Un gasoducto es una conducción que sirve para transportar gases combustibles a
gran escala. Es muy importante su función en la actividad económica actual del
país.
7.4.2 Construcción
Consiste en una conducción de tuberías de acero, por las que el gas circula a alta
presión, desde el lugar de origen. Se construyen enterrados en zanjas a una
profundidad habitual de 1 metro. Excepcionalmente, se construyen en superficie.
Por razones de seguridad, las normas de todos los países establecen que a
intervalos determinados se sitúen válvulas en los gasoductos mediante las que se
pueda cortar el flujo en caso de incidente. Además, si la longitud del gasoducto es
importante, pueden ser necesarios situar estaciones de compresión a intervalos.
El inicio de un gasoducto puede ser un yacimiento o una planta de regasificación,
generalmente situada en las proximidades de un puerto de mar al que llegan
buques (para el gas natural, se llaman metaneros) que transportan gas natural
licuado en condiciones criogénicas a muy baja temperatura (-161 ºC).
Para cruzar un río en el trazado de un gasoducto se utilizan principalmente dos
técnicas, la perforación horizontal y la perforación dirigida. Con ellas se consigue
que tanto la flora como la fauna del río y de la ribera no se vean afectadas. Estas
técnicas también se utilizan para cruzar otras infraestructuras importantes como
carreteras, autopistas o ferrocarriles.
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El tendido por mar se hace desde barcos especialmente diseñados, los cuales van
depositando sobre el lecho marino la tubería una vez que ha sido soldada en el
barco.
Las normas particulares de muchos países obligan a que los gasoductos
enterrados estén protegidos de la corrosión. A menudo, el método más económico
es revestir el conducto con algún tipo de polímero de modo que la tubería queda
eléctricamente aislada del terreno que la rodea. Generalmente se reviste con
pintura y polietileno hasta un espesor de 2-3 mm. Para prevenir el efecto de
posibles fallos en este revestimiento, los gasoductos suelen estar dotados de un
sistema de protección catódica, utilizando ánodos de sacrificio que establecen la
tensión galvánica suficiente para que no se produzca corrosión.
El impacto ambiental que producen los gasoductos, se centra en la fase de
construcción. Una vez terminada dicha fase, pueden minimizarse todos los
impactos asociados a la modificación del terreno, al movimiento de maquinaria,
etc. Queda, únicamente, comprobar la efectividad de las medidas correctivas que
se haya debido tomar en función de los cambios realizados: repoblaciones,
reforestaciones, protección de márgenes, etc.
En general, en Europa, todos los gasoductos están obligatoriamente sometidos a
procedimientos de evaluación de impacto ambiental por las autoridades
competentes. En este procedimiento, se identifican, entre otras, las zonas
sensibles ambientalmente y los espacios protegidos, se evalúan los impactos
potenciales y se proponen acciones correctoras.
7.4.3 Tipos De Gasoductos
Existen diferentes tipos de gasoductos, según su aplicación para la que fueron
diseñadas:
Red de recolección.
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Red internacional de alta presión.
Red de distribución de baja presión llegando hasta el consumidor.
7.4.4 Ubicación De Gasoducto
La ubicación del gasoducto está detallada en los planos, donde debe figurar
perfiles y niveles principales, cruce de carreteras, caminos, rios, quebradas.
7.4.5 Planos
Los planos son los documentos donde consta todos los detalles propios de la
construcción.
Son preparados con toda la información de campo, y si fuese necesario modificar
algún detalle porque la geografía del terreno no permite construir tal como está
especificado, ésta se ejecutará con la autorización escrita de la Compañía
propietaria, compañía constructora y la entidad que representa al Estado Peruano.
7.4.6 Ruta
La ruta será trazada con estacas de la siguiente manera:
-Terreno llano y tramo recto: cada 100 metros.
-Terreno llano y tramo curvo: cada 50 metros.
-Terreno quebrado y tramos rectos: cada 50 metros.
-Terreo quebrado y tramos curvos: cada 30 metros
Las estacas tendrán 2” x 2” x 24“ y pintado parcial fosforescente de 4” en la parte
superior.
La ruta en cruce de rios, quebradas, puentes, o cualquier otra instalación industrial
debe ser trazada en detalle y aprobada por la compañía principal y el
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representante de Osinerg.
7.5 Flujo De Fluidos En Tuberias
El método más común para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a
través de un sistema de tuberías. Las tuberías de sección circular son las más
frecuentes, ya que esta forma ofrece no solo mayor resistencia estructural sino
también mayor sección transversal para el mismo perímetro exterior que cualquier
otra forma. A menos que se indique específicamente, la palabra “tubería” en este
estudio se refiere siempre a un conducto cerrado de sección circular y diámetro
interior constante.
7.5.1 Propiedades Fisicas De Los Fluidos
La solución de cualquier problema de flujo de fluidos requiere un conocimiento
previo de las propiedades físicas del fluido en cuestión. Valores exactos de las
propiedades de los fluidos que afectan a su flujo.
7.5.2 Regímenes De Flujo De Fluidos En Tuberías (Laminar Y Turbulento)
Realizando un experimento simple, es que se logra mostrar que hay dos tipos
diferentes de flujo de fluidos en tuberías. El experimento consiste en inyectar
pequeñas cantidades de fluido coloreado en un líquido que circula por una tubería
de cristal y observar el comportamiento de los filamentos coloreados en diferentes
zonas, después de los puntos de inyección.
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Regímenes de flujo.
Fuente: Elaboración propia en base al libro McGraw-Hill. Crane Co. “Flujo de
fluidos en válvulas, accesorios y tuberías”. 15a edición. 1957-1976.
Si la descarga o la velocidad media son pequeñas, las láminas de fluido coloreado
se desplazan en líneas rectas, como se ve en la figura . A medida que el caudal se
incrementa, estas láminas continúan moviéndose en líneas rectas hasta que se
alcanza una velocidad en donde las láminas comienzan a ondularse y se rompen
en forma brusca y difusa, según se ve en la . Esto ocurre en la llamada velocidad
crítica. A velocidades mayores que la crítica los filamentos se dispersan de
manera indeterminada a través de toda la corriente, según se indica en la figura .
7.5.3 Flujo Laminar
El tipo de flujo que existe a velocidades más bajas que la crítica se conoce como
régimen laminar y a veces como régimen viscoso. Este régimen se caracteriza
por el deslizamiento de capas cilíndricas concéntricas una sobre otra de manera
ordenada. La velocidad del fluido es máxima en el eje de la tubería y disminuye
rápidamente hasta anularse en la pared de la tubería.
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7.5.4 Flujo Turbulento
El flujo de gases a través de sistemas de tuberías involucra flujos de horizontales,
inclinados y verticales efectuados a través de la propia tubería así como de sus
accesorios (Fittings), sus sistemas de medición y control del flujo.
Si la velocidad es mayor que la crítica, el régimen es turbulento. En el régimen
turbulento hay un movimiento irregular e indeterminado de las partículas del fluido
en direcciones transversales a la dirección principal del flujo, el movimiento del
fluido se hace muy sensible a cualquier perturbación, las cuales se amplifican
rápidamente; la distribución de velocidades en el régimen turbulento es más
uniforme a través del diámetro de la tubería que en régimen laminar. A pesar de
que existe un movimiento turbulento a través de la mayor parte del diámetro de la
tubería, siempre hay una pequeña capa de fluido en la pared de la tubería,
conocida como la capa periférica o sub capa laminar, que se mueve en régimen
laminar.
“Al contrario de la viscosidad o la densidad, la turbulencia no es una propiedad del
fluido, sino del flujo. Como características más destacables de los movimientos
turbulentos se tienen, Irregularidad, Tridimensionalidad, Difusividad, Disipación,
Altos números de Reynolds”.
(Chi U. Ikoku, “Natural Gas Production Engineering”, Florida, Krieger Publishing
Company, 1984).
7.5.5 Numero De Reynolds
Las investigaciones de Osborne Reynolds han demostrado que el régimen de flujo
en tuberías, es decir, si es laminar o turbulento, depende del diámetro de la
tubería, de la densidad y la viscosidad del fluido y de la velocidad del flujo. El valor
numérico de una combinación adimensional de estas cuatro variables, conocido
como el número de Reynolds, puede considerarse como la relación de las fuerzas
dinámicas de la masa del fluido respecto a los esfuerzos de deformación
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ocasionados por la viscosidad. En hidráulica de tuberías de gas, utilizando las
unidades habituales, una ecuación más adecuada para el número de Reynolds es
el siguiente:
N r=710.39(pot o
)(Qo γ gμgd
)
Donde:
Presión a condiciones estándar, 14.696 psl
=Temperatura a condiciones estándar 520 ºR
Caudal de gas. Mpcsd
= Gravedad específica del gas.
Viscocidad de gas, cp
Diámetro interno de la tubería, plg.
Valores críticos del Número de Reynolds.
Rango Régimen de flujo
Re ≤ 2 000 Flujo Laminar
2 000 < Re ≤ 4 000 Flujo de Transición
Re > 4 000 Flujo Turbulento
Para estudios técnicos, el régimen de flujo en tuberías se considera como laminar
si el número de Reynolds es menor que 2 000 y turbulento si el número de
Reynolds es superior a 4 000. Entre estos dos valores esta la zona denominada
“critica” donde el régimen de flujo es impredecible, pudiendo ser laminar,
turbulento o de transición, dependiendo de muchas condiciones con posibilidad
de variación. La experimentación cuidadosa ha determinado que la zona laminar
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puede acabar en números de Reynolds tan bajos como 1 200 o extenderse hasta
los 40 000, pero estas condiciones no se presentan en la práctica.
7.6 Viscosidad
La viscosidad de un fluido, es la medida de su resistencia al flujo cuando se le
aplica una fuerza externa, se define como la relación del esfuerxo cortante por
unidad de area en el gradiente de velo0cidad local.
Las viscosidades de todos los fluidos dependen fuertemente de la temperatura
aumentando en el caso de los gases y disminuyendo en el de los liquidos cuando
aumenta la temperatura. Lee, Gonzales. Eakin en 1966 desarrollaron una
equivalencia para el calculo de la viscosidad del gas expresada en función de la
temperatura de flujo densidad y peso molecular del gas, representada como sigue.
Donde:
7.7 Gravedad Especifica
La gravedad especifica de la mezcla de gas se define como la relación de la
densidad de la mezcla gaseosa con respecto al aire, ambas densidades deben ser
determinadas a la misma presión y temperatura. La gravedad especifica del gas
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es proporcional a su peso molecular si se mide a baja presión el gas se aproxima
al ideal.
Convencionalmente la gravedad especifica representa el peso molecular de una
mezcla gaseosa dividido entre el peso molecular aparente del aire igual a 28.96.
teniendo en cuenta el comportameinto del aire y la mezcloa gaseoasa la relación
puede se descrita por la siguiente ecuación.
Donde:
Gravedad especifica del gas
Densidad del gas.
Densidad del aire, 0.0805lb/ft3
Peso Molecular aparente del aire, 28.96.
7.8 Rugosidad De La Tuberia
La rugosidad de las paredes de los canales y tuberías es función del material con
que están construidos, el acabado de la construcción y el tiempo de uso. Los
valores son determinados en mediciones tanto de laboratorio como en el campo.
Los fluidos también pueden aumentar la rugosidad por erosión o corrosión o por la
precipitación de materiales que se adhieren a la pared del tubo, todo esto hace
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que la determinación de la rugosidad se dificulte. Generalmente la rugosidad
absoluta se determina por comparación del factor de fricción observado con
respecto al señalado por la tabla de Moody. Si no se dispone de ningún dato de
rugosidad se puede usar el valor igual a .
7.9 Factor De Friccion
Para el cálculo de la caída de presión en una tubería con un caudal determinado,
primero debemos entender el concepto de factor de fricción. El factor de fricción
es un parámetro adimensional que depende del número de Reynolds del flujo. En
la literatura de ingeniería, nos encontramos con dos factores de fricción
mencionadas. El factor de fricción de Darcy que se utiliza comúnmente. Otro factor
de fricción se conoce como el factor de fricción de Fanning es preferido por
algunos ingenieros. El factor de fricción de Fanning es numéricamente igual a una
cuarta parte del factor de fricción de Darcy de la siguiente manera:
Ecuación Factor de fricción de Fanning.
Dónde:
F f = Factor de fricción de Fanning
F d = Factor de fricción de Darcy
Para evitar confusiones, en las discusiones posteriores, el factor de fricción de
Darcy se utiliza y se representará con el símbolo de f. Para el flujo laminar, el
factor de fricción es inversamente proporcional al número de Reynolds, tal como
se indica a continuación.
Ecuación 2. 1. Factor de fricción para flujo laminar.
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Para flujo turbulento, el factor de fricción es una función del número de Reynolds,
el diámetro interno de la tubería, y la rugosidad interna de la tubería. Muchas
relaciones empíricas para el cálculo de f han sido presentadas por los
investigadores. Las correlaciones más populares son la de Colebrook-White y las
ecuaciones de la AGA. Antes de discutir las ecuaciones para calcular el factor de
fricción en el flujo turbulento, es conveniente analizar el régimen de flujo
turbulento. El flujo turbulento en tuberías (Re> 4000) se subdivide en tres regiones
separadas de la siguiente manera:
Flujo turbulento en tuberías lisas
Flujo turbulento en tuberías totalmente rugosas
La transición entre el flujo de tuberías lisas y tuberías rugosas
Para flujo turbulento en tuberías lisas, el factor de fricción f depende solamente del
número de Reynolds. Para tuberías totalmente rugosas, f depende más de la
rugosidad de la tubería interna y menos en el número de Reynolds. En la zona de
transición entre el flujo de tubería lisa y el flujo en tuberías totalmente rugosas, f
depende de la rugosidad de la tubería, el diámetro interno de la tubería, y el
número de Reynolds. Los distintos regímenes de flujo se representan en el
diagrama de Moody, que se muestra en la Figura 2.6. (Ver Anexos)
El diagrama de Moody, es un diagrama gráfico de la variación del factor de fricción
con el número de Reynolds para varios valores de rugosidad de la tubería relativa.
Este último término no es más que un parámetro adimensional que resulte de
dividir la rugosidad absoluta (o interna) de la tubería por el diámetro interno de la
tubería de la siguiente manera:
Ecuación. Rugosidad relativa.
Rugosidad Relativ a= eD
Dónde:
e = Rugosidad absoluta o interna de la tubería, plg
D = Diámetro interno de la tubería, plg
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7.9.1 Ecuacion Colebrook-White
La ecuación de Colebrook-White, es una relación entre el factor de fricción y el
número de Reynolds, rugosidad de la tubería y el diámetro interior del tubo. La
siguiente forma de la ecuación de Colebrook se utiliza para calcular el factor de
fricción en tuberías de gas en el flujo turbulento, (Re>4000).
Ecuación . Ecuación Colebrook-White.
Dónde:
f = Factor de fricción, adimencional
D = Diámetro interno de la tubería, plg
e = rugosidad absoluta del tubo, plg
Re = Numero de Reynolds del flujo, adimencional
7.10 Factor De Compresibilidad Del Gas (Z)
Es un factor de corrección introducido en la ecuación general de los gases y será
obtenido experimentalmente dividiendo el volumen real de n moles de un gas a
presión y temperatura, por el volumen ideal ocupado por la misma masa de gas a
iguales condiciones de presión y temperatura.
La ecuación a usar será de de los gases ideales pero con el factor Z como
corrección:
El factor Z, es función de propiedades pseudo reducidas, es decir, Z= f: ( Ppr ,
Tpr).
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Por ello es necesario encontrar una serie de parámetros que nos permitirán
encontrar el factor Z
Para hallar las propiedades pseudocriticas se pueden determinar a través de la
composiciones molares de cada componente del gas natural ó a través de la
gravedad específica del mismo.
Para determinar Z, por la gráfica es necesario conocer algunos parámetros que se
enuncian a continuación:
T pc=170.491+307.344 γ g
Ppc=709.604−58.718 γ g
Para el cálculo de factor de compresibilidad usaremos el método grafico de
Standing – katz
7.11 California Asociación De Gas Natural (Cnga) Método
Esta es una ecuación bastante simple para calcular rápidamente el factor de
compresibilidad cuando se conocen la gravedad de gas, la temperatura y la
presión. La siguiente ecuación se utiliza para calcular el factor de compresibilidad
Z:
Z= 1
[1+(Pprom∗344400∗10
1.785∗γ g
T 3.825)]
Esta fórmula para el factor de compresibilidad es válida cuando la presión del gas
promedio, Pprom, es más que 100 psig. Para presiones inferiores a 100 psig, Z es
aproximadamente igual a 1,00 donde
Pavg= presion promedio, psig
Tf= temperatura°R
γ g= gravedad especifica (air = 1.00)
23
Tenga en cuenta que la presión utilizada en la ecuación 1.34 es la presión relativa.
En una tubería de gas, la presión varía a lo largo de la longitud de la tubería. La
compresibilidad Factor Z también varía y, por tanto, debe calcularse para una
presión media en cualquier punto de la tubería. Si dos puntos a lo largo de la
tubería están a presiones P1 y P2, podríamos utilizar una presión media de. Sin
embargo, la siguiente fórmula es utilizado para un valor más exacto de la presión
media:
Pprom=23(p13−p2
3
p12−p2
2 )
7.12 Parámetros De Operación
PARAMETROS DE OPERACIÓN
520 ºR
14.696 Psia
1440.0 Psia
800.0 Psia
1.150.5 Psia
530 ºR
0.289
0.6805
0.0108 cp
20Mpcsd
103.66
millas
0.0006 plg.
20 %
7.13 Determinación Del Número De Estaciones De Comprensión
24
8. METODOLOGIA
OBJETIVOS
ESPECÍFICOS ACCIONES TEORIAS
1. Estimar los volúmenes a
transportar de gas natural.
1.1 Analizar la Demanda del área
de influencia.
Estudio de
mercado
1.2 Estimar la Demanda
proyectada.
Regresión
estadística
1.3 Determinar la demanda
insatisfecha.
OBJETIVOS
ESPECÍFICOS ACCIONES TEMAS
2. Realizar un estudio de
planimetría y perfil
topográfico para llevar
adelante el diseño técnico.
2.1 Realizar un estudio de
planimetría de la zona donde se
construirá el ducto.
Planimetría
2.2 Elaborar un perfil topográfico
de la zona en la cual se va a
desarrollar el proyecto.
Cartografía
Dimensionar el gasoducto,
determinar el número de
estaciones de compresión,
definiendo los parámetros
de operación.
3.1 Determinar las variables
críticas de caudal, presión y
temperatura.
Flujo de gases
compresibles
en
tuberías3.2 Definir la dimensión
gasoducto y número estaciones
25
de compresión.
3.3 Calcular las pruebas de
resistencia al material.
3.4 Realizar el diseño para las
pruebas radiográficas.
Normas de
diseño
de gasoductos
4. Elaborar un estudio
técnico-económico del
diseño del gasoducto.
4.1 Cuantificar y clasificar la
inversión necesaria para la
implementación del proyecto.
Evaluación
económico-
financiera4.2 Calcular y proyectar los
ingresos y egresos que se
tendrán durante la vida útil del
proyecto.
4.3 Evaluar el estudio
económicamente.
26
TEMARIO TENTATIVO
CAPITULO I GENERALIDADES
2.1. INTRODUCCIÓN2.2. ANTECEDENTES2.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA2.4. OBJETIVOS2.5. JUSTIFICACIÓN2.6. ALCANCES
CAPITULO II MARCO TEORICO
2.7. MARCO TEÓRICO INICIAL
CAPITULO III MARCO PRACTICO
3.1. ANALISIS DE LA DEMANDA DE GAS NATURAL3.2. ESTIMACION DE LOS VOLUMENES3.3. ESTUDIO PLANIMETRICO Y TOPOGRAFICO3.4. DIMENSIONAMIENTO Y DETERMINACION DEL NUMERO DE
COMPRESORES
CAPITULO IV EVALUACION DEL PROYECTO
4.1. EVALUACION TECNICA4.2. EVALUACION ECONOMICA
CAPITULO V CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. CONCLUCIONES5.2. RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFÍA
ANEXO
27
CRONOGRAMA DE TRABAJO
ActividadesTiempo
Febrero Marzo abril Mayo
Investigacion de un tema X
Plantiamiento dell titulo X
Investigacion de los antecendentes X
Plantiamiento del problema X
Plantiamiento de los objetivos X
Plantiamiento de justificacion X
Plantiamiento de los alcanses X
Diseño del marco teorico X
Diseño del cuadro metodologico X
Presnetacion del perfil X
28
ANEXOS
Análisis Causa – Efecto
GNV
COMERCIAL
CRECIMIENTO VEGETATIVO INDUSTRIAL
GENERACION ELECTRICA
MIGACION
DOMICILIARIO
VIDA UTIL TRAYECTORIA
PLANIMETRIA
CONDICION DEL DUCTO
COMPRESORES
29
Incremento de consumo
Crecimiento poblacional
Desabastecimiento de gas natural
Capacidad de
Topografía
BIBLIOGRAFIA
Crane Co, “Flujo de Fluidos en Válvulas, Accesorios y Tuberías”, Mc Graw Hill
Book Co., 15a edición, 1957-1976.
Avance Plan de Expansión Cusiana-Vasconia. TGI.
Ministerio de Hidrocarburos y Energía. Estrategia Boliviana de Hidrocarburos.
2008.
Instituto Nacional de Estadística. Censo Nacional de Poblacion 1992 y 2001.
Potosí – Bolivia.
www .wikipedia .com/ Gas Natural
Instituto Politécnico Nacional, Transporte de Hidrocarburos por Ductos, México
D.F., Enero 2009.
www. energía. gob. Mx / Procesamiento, Almacenaje y Transporte de Gas.
www. oilproduction. Net / Reservas de Petroleo.
www. ypfb. gob. bo/ 2010_inf_tecnica_financiera / reservas de hidrocarburos.
www. wikipedia .com/Gasoductos.
Facultad de Ingeniería, “Rutas y Redes de Transporte, Distribución”
Chi U. Ikoku, “Natural Gas Production Engineering”, Florida, Krieger Publishing
Company, 1984.
30