TEGFG-2(1) Fabiola Giunta

7/23/2019 TEGFG-2(1) Fabiola Giunta

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

DI SEO Y SIMULACIN DE UNA RED DE TUBERAS PARA

TRANSPORTE DE GAS DE VENTEO Y/O QUEMA EN ELDI STRITO NORTE DE PDVSA, ESTADO MONAGAS

Presentado ante la IlustreUniversidad Central de Venezuela

Por el Br. Giunta, Fabiola

Para optar al Ttulode Ingeniero Qumico

Caracas, 2014


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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

DI SEO Y SIMULACIN DE UNA RED DE TUBERAS PARATRANSPORTE DE GAS DE VENTEO Y/O QUEMA EN EL

DI STRITO NORTE DE PDVSA, ESTADO MONAGAS

TUTOR ACADMICO: Prof. Francisco YnezTUTOR ACADMICO: Prof. Edgar Chacn

Presentado ante la IlustreUniversidad Central de Venezuela

Por el Br. Giunta, Fabiola

Para optar al Ttulode Ingeniero Qumico

Caracas, 2014


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DEDICATORIA

A Jess de Nazaret.

El tiempo de Dios es perfecto


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AGRADECIMIENTOS

A Dios por ser siempre la luz que gua mis pasos, mis metas y mi vida.

A la Ilustre Universidad Central de Venezuela, la Casa que Vence las Sombras, por ser

mi segunda casa, por mi educacin integral y mi formacin como Ingeniero Qumico.

A los profesores Francisco Ynez y Edgar Chacn, por el apoyo brindado a este

Trabajo Especial de Grado, por sus consejos y tutela oportuna.

A mi abuela Eva Lupi de Giunta, por sus enseanzas y valores que todava perduran en

el tiempo aunque ya no ests fsicamente.

A mi padres Elizabeth y Fabio porque sin ustedes no sera lo que soy.

A Kati, mi hermana, mi alma gemela por siempre, gracias por todo tu apoyo.

A mis hermanos, por siempre sacar una sonrisa, por su amor incondicional.

A los profesores Humberto Kum, Rebeca Pradere, Mara Rodrguez y Luis Garca por

su capacidad de enseanza a travs de la experiencia, sus clases, y por su valiosa

contribucin en mi formacin acadmica.

A mis amigos, Dayana, Nataly, Joel, Luisa Victoria, Eduardo, Adri Isa, amigos de

SEIQ-UCV y muchos otros por su apoyo, compaa y confianza en mi persona.

A mis familiares, profesores y a todas las personas que contribuyeron de cierta manera

a mi formacin como persona, y como profesional.


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Giunta Z., Fabiola

DISEO Y SIMULACIN DE UNA RED DE TUBERAS PARA

TRANSPORTE DE GAS DE VENTEO Y/O QUEMA EN EL DISTRITO

NORTE DE PDVSA, ESTADO MONAGAS

Tutores Acadmicos: Prof. Francisco Ynez y Prof. Edgar Chacn. Tesis.

Caracas, U.C.V. Facultad de Ingeniera. Escuela de Ingeniera Qumica. 2014, 75

pginas.

Palabras Clave: Gas Natural, Quema, Venteo, Transporte, Tuberas, Simulacin,

Pipephase.

Resumen: El Gas Natural es un combustible fsil formado por hidrocarburos livianos,el cual posee un alto poder calorfico. Venezuela cuenta con grandes reservas probadas

de gas natural; por lo cual, se ubica como el primer pas de Latinoamrica y el octavo

a nivel mundial en reservas gasferas. Sin embargo, se estima que se desaprovecha entre

el 10 y 20% de la produccin total; la cual, se quema o se ventea lo que conlleva a la

prdida de un valioso recurso energtico y genera un impacto ambiental por la emisin

de gases que contribuyen al efecto invernadero. En este Trabajo Especial de Grado se

plantea el diseo de una red de gasoductos para llevar el gas de quema y/o venteo del

Distrito Norte en el estado Monagas, a una planta para su procesamiento y

acondicionamiento. Por consiguiente se realiza un trazado del sistema de tuberas en

mapas digitales, para luego proceder al diseo y simulacin de la misma en el

simulador Pipephase. El anlisis de sensibilidad se plantea realizando una variacin

en el contenido de agua en la composicin del gas natural que circula por el sistema de

tuberas. La inversin inicial presenta los costos de los tramos de tuberas e inversin

de la construccin del gasoducto y se determina que el proyecto es viable

econmicamente. Adems se presenta un balance energtico del cual se concluye quela energa asociada al gas es 3 veces mayor que la energa necesaria para impulsar el

gas; es decir, el gas natural a transportar es completamente aprovechable para generar

energa.


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NDICE DE CONTENIDO

INTRODUCCIN ........................................................................................................ 1

CAPTULO I ................................................................................................................. 2

FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIN ............................................................ 2

I.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................................. 2

I.2 ANTECEDENTES ................................................................................................ 3

I.3 OBJETIVOS .......................................................................................................... 8

I.3.1 Objetivo General ............................................................................................ 8

I.3.2 Objetivos Especficos ...................................................................................... 8

CAPTULO II ............................................................................................................. 10

MARCO TERICO .................................................................................................... 10

II.1 GAS NATURAL ................................................................................................ 10

II.2 USOS DEL GAS NATURAL ............................................................................ 11

II.3 GAS NATURAL EN VENEZUELA ................................................................. 13

II.3 QUEMA Y VENTEO......................................................................................... 14

II.4 ESTRUCTURA GENERAL DE VALORIZACIN DEL GAS NATURAL .. 14

II.5 SISTEMAS DE TUBERAS .............................................................................. 16

II.5.1 Tuberas ........................................................................................................... 17

II.5.2. Equipos de impulso de gas ............................................................................. 18

II.5.2.1 Ventiladores .............................................................................................. 19

II.5.2.2. Sopladores ................................................................................................ 20

II.5.2.3. Compresores ............................................................................................ 22

II.6 NORMATIVA Y MANUALES PARA DISEAR REDES DE TUBERA .... 24

II.7 MAPAS DIGITALES ........................................................................................ 25

II.7.1 MapSource de Garmin ........................................................................... 25

II.7.2 VenRut (Venezuela Ruteable) de GPS YV .............................................. 26

II.8 SIMULADOR PIPEPHASE ................................................................................ 26

CAPTULO III ............................................................................................................ 28

MARCO METODOLGICO ..................................................................................... 28

III.1 RECOPILACIN DE LA INFORMACIN.................................................... 28

III.2 REVISIN BIBLIOGRFICA ........................................................................ 29

III.3 DESCRIPCIN DEL REA ............................................................................ 29


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III.4 CONDICIONES DE PRODUCCIN .............................................................. 30

III.5 CONDICIONES BSICAS .............................................................................. 30

III.6 TRAZADO Y DISTRIBUCIN DE LA RED DE TUBERAS ...................... 31

III.7 SIMULACIN DE LA RED DE TUBERAS ................................................. 31III.8 ANLISIS DE SENSIBILIDAD ...................................................................... 32

III.9 BALANCE ENERGTICO ................................................................................ 33

III.10 ESTIMACIN ECONMICA ....................................................................... 33

CAPTULO IV ............................................................................................................ 34

DISCUSIN Y RESULTADOS................................................................................. 34

IV.1 BASES DEL DISEO ........................................................................................ 34

IV.2 TRAZADO Y UBICACIN GEOGRFICA DEL SSTEMA DE TUBERAS..................................................................................................................................... 37

IV.3 DISEO Y SIMULACIN DEL SSTEMA DE TUBERAS EN PIPEPHASE..................................................................................................................................... 39

IV.4 ANLISIS DE SENSIBILIDAD ....................................................................... 46

IV.5 ESTIMACIN DE LA INVERSIN INICIAL ................................................. 50

IV.6 BALANCE ENERGTICO ............................................................................... 49

CAPTULO V ............................................................................................................. 53

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................... 53

CONCLUSIONES....................................................................................................... 53

RECOMENDACIONES.............................................................................................. 54BIBLIOGRAFA ........................................................................................................ 55

APNDICES ............................................................................................................... 58


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LISTA DE TABLAS

Tabla 1: Estructura Organizacional de los Distritos Punta de Mata y El Furrial de

PDVSA. ......................................................................................................................... 4

Tabla 2: Balance de produccin del gas natural en el Distrito Norte, Enero-Mayo

2009 ............................................................................................................................... 4

Tabla 3: Composicin del gas de quema y/o venteo en el Centro Operativo Jusepn

(COJ). ............................................................................................................................ 5

Tabla 4: Composicin tpica del gas natural. .............................................................. 11

Tabla 5: Usos del gas natural como materia prima o como combustible.................... 12

Tabla 6: Flujo de gas de quema y/o venteo de cada estacin de flujo del Distrito Norte

de PDVSA, Estado Monagas. ..................................................................................... 34

Tabla 7: Caracterizacin nica del gas natural. .......................................................... 35

Tabla 8: Temperatura y presin nica de las estaciones de flujo de salida y llegada del

gas natural. .................................................................................................................. 36

Tabla 9: Composicin del gas seco. ............................................................................ 37

Tabla 10: Dimetro de los diferentes tramos de tuberas del sistema de transporte de

gas. .............................................................................................................................. 40

Tabla 11: Especificaciones dadas a los compresores en la simulacin del sistema. ... 43

Tabla 12: Velocidad promedio en el sistema de tuberas. ........................................... 45

Tabla 13: Comparacin de las presiones mximas requeridas por el sistema, para gas

seco y gas real. ............................................................................................................ 47

Tabla 14: Costos de la tubera por longitud de acuerdo al dimetro de la misma, en

US$/pies. ..................................................................................................................... 50

Tabla 15: Costo total en US$ de los tramos de tubera de cada dimetro. .................. 50

Tabla 16: Costo unitario de los compresores y costo de los equipos instalados enUS$, para el ao 1981. ................................................................................................ 51

Tabla 17: Costo unitario de los compresores y costo de los equipos instalados en

US$, para el ao 2013. ................................................................................................ 51

Tabla 18: Inversin total en la red de tuberas para el ao 2013................................. 52


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Tabla 19: Balance energtico del sistema. .................................................................. 49


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Produccin y distribucin del gas natural por jurisdiccin en el ao 2010

(MMm3) ...................................................................................................................... 13

Figura 2: Valorizacin del gas natural. ....................................................................... 15

Figura 3: Ventilador centrfugo de uso industrial. ...................................................... 20

Figura 4: Soplador de desplazamiento positivo. ......................................................... 21

Figura 5: Compresor de desplazamiento positivo, con tornillo rotativo. .................... 23

Figura 6: Programa MapSource de Garmin. ............................................................ 25

Figura 7: Imagen de presentacin del Grupo GPS YV de Venezuela. ....................... 26

Figura 8: Simulador Pipephase versin 9.1. ............................................................ 27

Figura 9: Trazado en MapSource de la red de tuberas de recoleccin de gas de

quema y/o venteo en el Distrito Norte de PDVSA, Estado Monagas. ........................ 38

Figura 10: Cruce con ros y vas terrestres de la red de tuberas de recoleccin de gas

natural en el Distrito Norte del Estado Monagas. ....................................................... 39

Figura 11: Corrida en Pipephase de la red de tuberas con gas seco. ...................... 41

Figura 12: Corrida en Pipephase de la red de tuberas con el sistema de impulso de

gas seco. ...................................................................................................................... 42

Figura 13: Disposicin aproximada de los compresores a lo largo del sistema de

tuberas. ....................................................................................................................... 43

Figura 14: Variacin de la presin con respecto a la distancia en el primer tramo de

Licencia Quiriquire- Orocual. ..................................................................................... 44

Figura 15: Altura vs. Distancia en el primer tramo de tuberas de Licencia Quiriquire-

Orocual. ....................................................................................................................... 45

Figura 16: Corrida en Pipephase de la red de tuberas con gas real. ........................ 46

Figura 17: Envolvente Presin- Temperatura en el primer tramo Licencia Quiriquire-Orocual. ....................................................................................................................... 48


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1

INTRODUCCIN

El presente Trabajo Especial de Grado tiene como meta, el diseo y simulacin de una

red de tuberas para transporte de gas de quema y/o venteo en el Distrito Norte del

estado Monagas, mediante el uso del simulador Pipephase. Adems realizar la

estimacin de la inversin inicial para la instalacin del sistema de tuberas.

La metodologa empleada para el desarrollo y cumplimiento de los objetivos

previamente formulados, se inicia con la recopilacin y anlisis de la informacin, se

plantean los fundamentos de la investigacin, luego se realiza la trayectoria de la red

de tuberas, continuando con la realizacin de la simulacin en Pipephase, tambin

se realizan los cambios en el simulador para obtener el anlisis de sensibilidad.Posteriormente se realiza un balance energtico entre la energa asociada al gas de

quema y/o venteo y la energa necesaria para transportar el gas. Y por ltimo se hace

la estimacin de la inversin inicial tomando en cuenta los tramos de tuberas y los

principales equipos.

Se recopilan y discuten los resultados obtenidos de la trayectoria del gasoducto,

simulacin, anlisis de sensibilidad y la inversin inicial para construir el sistema de

tuberas. Adems se presenta el balance energtico del gas de quema y/o venteo que se

transporta.|

En el ltimo captulo se presentan las conclusiones y recomendaciones del presente

estudio, donde se presenta entre otros, que energticamente es rentable transportar el

gas, ya que la energa a aprovechar es 3 veces mayor que la energa que se gasta en su

transporte, adems la inversin inicial indica un proyecto econmicamente viable.

Entre las recomendaciones se incluye profundizar en el estudio econmico y evaluar el

uso de sopladores como sistema de impulso de gas, a fin de disminuir el gasto

energtico y los costos en la inversin inicial de la construccin del sistema de tuberas.


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CAPTULO I

FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIN

En este captulo se presentan el planteamiento del problema, los antecedentes, y los

objetivos: general y especficos, que se desean alcanzar con la realizacin de este

Trabajo Especial de Grado.

I.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Actualmente a nivel mundial, se busca reducir el impacto ambiental causado por la

quema y/o venteo de gas natural ya que contribuye con el cambio climtico global del

planeta al aumentar las concentraciones de gases de efecto invernadero como el dixido

de carbono y metano. Estos gases estn reteniendo una porcin creciente de la radiacin

infrarroja terrestre y se espera que hagan aumentar la temperatura planetaria entre 1,5

y 5,5 C en los prximos 50 aos. Adems se busca aprovechar un recurso energtico

valioso para el ser humano. El Banco Mundial estima que ms de 150 mil millones de

metros cbicos de gas natural se quema y/o se ventean al ao, lo cual constituye un

equivalente al 25 % del consumo de gas de Estados Unidos, o al 30% del consumo de

gas de la Unin Europea por ao. (The Word Bank, 2013).

La reduccin de la quema y/o venteo de gas requiere de un esfuerzo global y concertado

de los gobiernos y de la industria, as como de las comunidades locales. Para lograrlo

es necesario la instalacin de la infraestructura de gas para su adecuado procesamiento.

Para el ao 2010, las reservas probadas de gas en Venezuela alcanzaban los 195,1

billones de pies cbicos de gas (PDVSA, 2013), por lo cual, Venezuela se encuentra

en el octavo lugar en escala mundial y el primero de Amrica Latina en cuanto a

reservas gasferas, de las cuales el 70 % se encuentran localizadas en el oriente del pas.

En los procesos de produccin, tratamiento y aprovechamiento que involucran al gas


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natural, se estima que se desaprovecha entre el 10 y el 20% de la produccin total, ya

que no se cuenta con la infraestructura adecuada para procesar o darle un uso adecuado

a ese gas que se pierde, y se opta por su quema y/o venteo.

Ante esta situacin, se plantea el diseo la red de gasoductos para llevar el gas de quemay/o venteo a una planta para su procesamiento, siendo parte de la infraestructura

necesaria para el aprovechamiento del gas.

Para realizar el diseo y simulacin de la red de tuberas, se utilizar en este Trabajo

Especial de Grado el simulador Pipephase de Invensys SimSci-Esscor, el cual

proporciona amplios y rigurosos modelos de simulacin de flujo multifsico en estado

estacionario que circula en redes de tuberas. Este simulador realiza balances de masa,

de energa y perfiles de presiones en los sistemas de distribucin y es muy til para eldiseo de nuevos sistemas, seguimiento de sistemas instalados y en la prevencin o

solucin de problemas (Invensys, 2009).

I.2 ANTECEDENTES

De La Rosa (2010) en su Trabajo de Maestra, expone el panorama global y de

Venezuela en lo que respecta a la quema y/o venteo de gas natural y plantea elaprovechamiento de este gas para la produccin de electricidad. Tambin expresa que

durante el perodo 2004-2007, se quemaron y se ventearon en todo el mundo, 5,4

billones de pies cbicos (BPC) de gas natural por ao, lo que representa un desperdicio

de un recurso energtico que puede ser completamente aprovechado. En Venezuela,

para el ao 2004 se enviaron a quema y/o venteo 0,19 billones de pies cbicos (BPC)

de gas natural, esta cantidad equivale al 8 % de la produccin nacional de ese ao y al

3,6 % de la cantidad quemada y venteada a nivel mundial. Venezuela es conocida en

el mbito internacional como un pas productor y exportador de energa, y para

mediados de 2009, posea el 2,8 % de reservas aprobadas a nivel mundial de gas

natural, ocupando el octavo lugar con 174,95 billones de pies cbicos ese ao. En el

oriente del pas se encuentran el 67 % de las reservas aprobadas. En este trabajo


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tambin se presenta el levantamiento de la infraestructura del Distrito Norte de

PDVSA, comprendido por los distritos El Furrial y Punta de Mata, en el estado

Monagas.

Tabla 1: Estructura Organizacional de los Distritos Punta de Mata y El Furrial dePDVSA.

ORGANIZACIN APARTIR DEL 2009

UNIDAD DEEXPLOTACIN/PRODUCCIN

ESTACIN DEFLUJO

DISTRITO PUNTA DEMATA

PIRITAL

STA. BRBARA

Centro OperativoTejero (COTE)

Centro OperativoAmana (COAE)

CARITO

CARITO

MURI

MUSIPN

DISTRITO

EL FURRIAL FURRIAL

JUSEPN

RUSIO VIEJOOROCUAL

Fuente: (De La Rosa, 2010)

De La Rosa expone los balances generales de produccin y distribucin del gas natural,

haciendo nfasis en el gas venteado y/o quemado en el ao 2009, y evala la

disponibilidad del gas que se quema en los Centros Operativos de Jusepn y Orocual

para su posterior aprovechamiento como gas combustible por las comunidades

aledaas, exponiendo diversas tecnologas para la valorizacin del gas.Se presentan en la tabla siguiente los valores de los balances de produccin y

distribucin de gas natural en el Distrito Norte para el ao 2009.


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Tabla 2: Balance de produccin del gas natural en el Distrito Norte, Enero-Mayo 2009

PROMEDIO

Distrito Norte

Produccin (MMPCD) 3739

Gas disponible (MMPCD) 3329

Gas venteado (MMPCD) 156

% Gas venteado 5

Distrito Punta de Mata



Gas venteado (MMPCD) 55% Gas venteado 2

Distrito El Furrial



Gas venteado (MMPCD) 101

% Gas venteado 13


De La Rosa ofrece adems la caracterizacin del gas en el Centro Operativo Jusepn en

el ao 2009, presentado a continuacin en la tabla 3.

Tabla 3: Composicin del gas de quema y/o venteo en el Centro Operativo Jusepn(COJ).

COMPONENTES COMPOSICIN MOLAR %

Nitrgeno 0,123

Metano 70,81

CO2 4,927

Etano 10,75

Propano 6,394


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Continuacin de la tabla 3: Composicin del gas de quema y/o venteo en el Centro

Operativo Jusepn (COJ).

COMPONENTES COMPOSICIN MOLAR %

i-Butano 1,325n-Butano 2,623

i-Pentano 1,156

n-Pentano 0,875

Hexanos 0,655

Heptanos 0,239

Octanos 0,060

Nonanos 0,035

Decanos 0,021

Undecanos + 0,001

Contenido de Agua

(Lb/MMPC)

80

H2S (ppm, v) 42


Rodrguez (2010) presenta en su Trabajo de Maestra diferentes esquemas de

valorizacin del gas con la finalidad de generar electricidad para satisfacer las

necesidades energticas de las comunidades aledaas al Distrito Norte del estado

Monagas, debido a que en este distrito se presentan los mayores volmenes de gas de

quema y/o venteo de Venezuela.

En este trabajo se presenta de manera general la industria del gas y las diferentes

tecnologas disponibles para el acondicionamiento del gas para la generacin de

electricidad, y sus ventajas y desventajas. Rodrguez presenta medidas a considerarpara el control de la formacin de hidratos del gas natural, que se presentan a

continuacin:


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Mantener el gas en un rango de presin- temperatura que evite la formacin de

hidratos.

Remover el agua del gas a fin de que no se pueda condensar como agua libre.

En algunos casos, la deshidratacin de gas puede no ser prctica o

econmicamente factible.

Inhibir la formacin de hidratos mediante la inyeccin de productos qumicos

al gas para combinarlos con el agua, y as reducir su temperatura de formacin

de hidratos a una dada presin. Los productos qumicos ms utilizados son:

metanol y glicoles (EG, DEG); tambin existen Kinetic Hydrate Inhibitors

(KHI) o Anti-Agglomerates (AA).

-

Para inyeccin continua en servicio hasta -40F, los glicolesusualmente ofrecen mayor beneficio econmico que el metanol, ya

que son ms fciles de separar.

- A temperaturas criognicas, el metanol usualmente es preferido,

debido a que la separacin del glicol se hace ms difcil dado que su

viscosidad aumenta a medida que baja la temperatura.

Gragirena (2011) presenta la valorizacin del gas de quema y/o venteo de las

instalaciones del Distrito Norte de PDVSA en el estado Monagas mediante el estudio

y simulacin de ciclos de potencia en los cuales se utiliza el gas de quema como

combustible, la simulacin fue realizada en PRO II, adems plantea una anlisis de

sensibilidad mediante la variacin de parmetros en una simulacin. Tambin presenta

las simulaciones tanto en condiciones ideales como condiciones reales.

Finalmente, en su Trabajo Especial de Grado, Garca (2012), realiza un anlisis tcnico

econmico de los equipos necesarios para la separacin de etano, propano, butanos yC5+ de los gases de quema y/o venteo, para lo cual realiza la seleccin de la tecnologa

y la simulacin en HYSYS de los equipos utilizados en la tecnologa seleccionada,

luego realiza la integracin de los equipos para obtener un diagrama de flujo de

procesos (DFP) preliminar de la planta, para posteriormente utilizarlo en el anlisis de


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sensibilidad de 15% de variacin en aumento y disminucin del flujo de entrada, y

finalmente Garca presenta la inversin inicial para la tecnologa de separacin

escogida.

I.3 OBJETIVOS

Se plantean a continuacin el objetivo general y los objetivos especficos del Trabajo

Especial de Grado.

I.3.1 Objetivo General

Disear y simular el arreglo de una red de tuberas para el transporte de gas de quema

y/o venteo de las principales unidades de produccin hasta una planta de

acondicionamiento de gas, en el Distrito Norte de PDVSA en el estado Monagas.

I.3.2 Objetivos Especficos

Evaluarlas condiciones de presin, temperatura y flujo del gas de quema y/o

venteo a transportar con el fin de prever los posibles problemas operacionales

que se puedan presentar en la tubera a disear.

Establecer la ubicacin geogrfica de la planta de acondicionamiento de gas

para obtener la configuracin de menor tramo de tuberas, cercanas a vas de

acceso, y servicios.

Realizar el diseo de los tramos de tubera desde las unidades de produccin a

la planta de acondicionamiento de gas, mediante el uso del simulador

PipePhase.

Realizar el estudio de cada de presin en los tramos de tubera para establecer

el sistema de impulso de fluido.


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Estimar la inversin inicial para el sistema de tuberas para el transporte de gas

de las estaciones de flujo a la planta de procesamiento de gas.


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CAPTULO II

MARCO TERICO

Con la finalidad de facilitar la comprensin de la informacin, conceptos, tablas y

grficos presentados en este Trabajo Especial de Grado, se plantean los aspectos

tericos y tpicos referentes al gas natural y diseo de sistemas de transporte del

mismo.

II.1 GAS NATURAL

El gas natural es una mezcla de hidrocarburos livianos en estado gaseoso, formado

principalmente por metano en una proporcin mayor al 80 %, y el resto por etano,

propano, butano, pentano e hidrocarburos ms pesados. Generalmente contiene

contaminantes tales como dixido de carbono, sulfuro de hidrgeno y vapor de agua.

(Ecopetrol, 2013)

El gas natural es de origen fsil que se encuentra normalmente en el subsuelo

continental o marino, y se acumula en bolsas entre la porosidad de las rocas

subterrneas. En ocasiones, el gas natural queda atrapado debajo de la tierra por rocas

slidas que evitan que el gas fluya, formandose lo que se conoce como un yacimiento.

El gas natural se puede encontrar "asociado", cuando en el yacimiento aparece

acompaado de petrleo, o gas natural "no asociado" cuando est acompaado

nicamente por pequeas cantidades de otros hidrocarburos o gases. (Innergy, 2013)


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Composicin tpica del gas natural:

La composicin del gas natural incluye diferentes hidrocarburos gaseosos, con

predominio del metano, por sobre el 80%, y en proporciones menores etano, propano,

butano, pentano y pequeas proporciones de gases inertes como dixido de carbono y

nitrgeno. (Innergy, 2013)

En la tabla 4 se presenta una composicin tpica del gas natural.

Tabla 4: Composicin tpica del gas natural.

Componentes Frmula molecularRangos de Composicin

molar (%)

Metano CH4 70- 90

Etano C2H6 0-20

Propano C3H8 0-20

Butano C4H10 0-20

Dixido de carbono CO2 0-8

Nitrgeno N2 0-5

Sulfuro de hidrgeno H2S 0-5

Gases raros A, He, Ne, Xe Trazas

Fuente:(Osinerg, 2013)

II.2 USOS DEL GAS NATURAL

El gas natural tiene amplio uso en los sectores industrial, termoelctrico, domstico,comercial, energtico y transporte. Esto es debido a las ventajas que tiene, por ser

considerado un combustible limpio y de alta confiabilidad.

En la siguiente tabla 5 se presentan los usos ms comunes del gas natural.


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Tabla 5: Usos del gas natural como materia prima o como combustible.

Sector Usos

Industrial -Refineras de petrleo

-Industria del vidrio

-Minas de ferronquel

-Industria alimenticia

-Hierro y acero

-Pulpa y papel

-Industria del cemento

-Cermica

-Industria textil

Petroqumico -Urea

-Alcoholes

-MTBE

-Etileno

-Nitrato de amonio

-Aldehdos

-Acetileno

-Polietileno

Termoelctrico Turbogeneradores

-Calderas o turbinas a vapor

-Plantas de ciclo combinado

-Plantas de ciclo

-Plantas de cogeneracin

-Plantas de trigeneracin

Domstico y comercial -Cocinas

-Refrigeracin y

acondicionamiento de aire

-Calefaccin

-Calentadores de agua

Transporte -GNV: Gas Natural Vehicular comprimido en reemplazo de la

gasolina

Fuente: (Sostenible, 2013)

Cabe destacar que estos son algunos de los usos del gas natural, existen muchos otros

usos como su comercializacin y exportacin como producto directo, en la fabricacinde fertilizantes, entre otros.


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II.3 GAS NATURAL EN VENEZUELA

Las reservas aprobadas de gas natural en Venezuela se ubicaban para el 2010 en

195.097.740 MMPC, de las cuales la mayor cantidad en tierra firme de las mismas seencuentran en el oriente del pas. (MENPET, 2012)

El 90,8 % de estas reservas probadas de gas natural corresponden a gas asociado al

petrleo y slo el 9,2 % al gas no asociado. (PDVSA, 2013)

La produccin y distribucin del gas natural en cada regin del pas se muestra en la

figura siguiente.

Figura 1:Produccin y distribucin del gas natural por jurisdiccin en el ao 2010(MMm3)

Fuente: (MENPET, 2012)


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II.3 QUEMA Y VENTEO

A continuacin se presentan los conceptos terico-prcticos relacionados con la quema

y/o venteo del gas natural.La quema es la combustin del carbono que resulta en la formacin de CO2 y H2O

cuando la combustin es completa, y tambin se produce CO, NO x, e incluso SO2

cuando la combustin es incompleta o intervienen en la reaccin otros componentes.

(API, 2013)

La quema de gas se define como la combustin controlada del gas natural en

operaciones de procesamiento de crudo y gas, la cual puede ocurrir en equipos como

motores, quemadores, mechurrios, etc. (OGP, 2013)

El venteo es la liberacin controlada de gases a la atmsfera durante las operaciones de

produccin de petrleo y gas. Estos gases pueden ser gas natural, vapor de agua y otros

gases como dixido de carbono. (OGP, 2013)

II.4 ESTRUCTURA GENERAL DE VALORIZACIN DEL GAS

NATURAL

La valorizacin del gas natural se basa en la identificacin de grupos de procesos que

por su naturaleza generan cambios fsicos o qumicos sobre dicho recurso, que permiten

su disposicin para el consumidor final, con lo cual constituyen en s mismos una

actividad productiva. (ENAGAS, 2013)

En la figura 2 se presenta los principales procesos de la industria del gas.


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Figura 2:Valorizacin del gas natural.

Fuente: (ENAGAS, 2013)

A continuacin se presentan de manera general los procesos involucrados en la

valorizacin del gas natural.

Exploracin y Produccin: la valorizacin del gas se inicia con la exploracin,

la cual es la actividad en la cual se realizan los estudios necesarios para

descubrir, identificar y cuantificar acumulaciones de hidrocarburos gaseosos.

Una vez detectados los recursos, se inicia la fase de produccin del gas natural,

que representa el conjunto de actividades que permiten extraer el gas contenido

en los yacimientos y su separacin del petrleo. (ENAGAS, 2013)

Tratamiento y Extraccin: el tratamiento o acondicionamiento del gas permite

remover los componentes no hidrocarburos del gas natural, principalmente

contaminantes como dixido de carbono (CO2), sulfuro de hidrgeno (H2S),

agua (H2O), componentes slidos y otros, a travs de procesos fsicos, qumicos


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o ambos. Luego se realiza la extraccin en la cual se separa el metano (CH4)

del resto de los hidrocarburos lquidos o ms pesados del gas natural.

(ENAGAS, 2013)

Fraccionamiento: en este proceso los hidrocarburos ms pesados son removidos

y separados en productos o fracciones como etano, propano y butano.

(ENAGAS, 2013)

Transporte y Distribucin: constituyen los vnculos entre las actividades

asociadas a la extraccin y produccin, acondicionamiento del gas natural y el

consumidor final.

- Transporte: es el conjunto de actividades necesarias para recibir,

trasladar y entregar el gas natural desde un punto de produccin orecoleccin a un punto de distribucin, por lo cual se requiere el uso de

gasoductos y plantas de compresin si se transmite el hidrocarburo en

estado gaseoso o facilidades de licuefaccin, regasificacin y

desplazamiento va martima si se transporta en estado lquido.

(ENAGAS, 2013)

- Distribucin: son las actividades que permiten recibir, trasladar,

entregar y comercializar gas desde un punto de recepcin en el sistema

de transporte hasta los puntos de consumo, mediante sistemas de

distribucin industrial y domstico. (ENAGAS, 2013)

II.5 SISTEMAS DE TUBERAS

El estudio del flujo en sistemas de tuberas es una de las aplicaciones ms comunes de

la mecnica de fluidos, ya que en la mayora de las actividades humanas se ha hecho

comn el uso de sistemas de tuberas.


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El transporte de fluidos en estos sistemas requiere de la elaboracin de las redes de

distribucin que pueden ser arreglos de tuberas en serie, en paralelo, ramificadas o

redes de tuberas. (Dulhoste, 2013)

II.5.1 Tuberas

Una tubera es un conducto cerrado que cumple la funcin de transportar fluidos. Se

fabrican en materiales muy diversos en funcin de las consideraciones tcnicas y

econmicas. Algunos de los materiales ms usados son hierro fundido, acero,

hormign, latn, cobre, polipropileno, PVC, y polietileno de alta densidad (PEAD),

entre otros. (Dulhoste, 2013)En este Trabajo Especial de Grado se realiza un sistema de red de recoleccin, que

consiste en transportar el gas desde varios puntos hasta un punto final. El sistema de

tuberas se subdivide en ramas o tramos que parten de un nodo hasta el nodo siguiente.

Los nodos se producen en todos los puntos en la cual la tubera se subdivide o en los

puntos de unin de dos o ms tramos de tubera. En este caso para cada nodo se cumple

la ecuacin de continuidad:

= 0 (Ecuacin 1)

Donde:

: Caudal.

Y en cada tramo, o entre dos nodos, se aplica el balance de energa mecnica que se

expresa mediante la ecuacin de Bernoulli generalizada o tambin llamada la ecuacin

general de la energa:

+

+ + =

+

+ (Ecuacin 2)

Donde:

: Presin en el punto inicial idel sistema. (Pa)


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: Densidad del fluido. (Kg/m3)

: Aceleracin de la gravedad. (m/s2)

: Velocidad del fluido en el punto i. (m/s)

: Altura sobre el nivel de referencia del punto i. (m)

: Energa que se agrega al fluido entre los puntos iyj. (N*m/N)

: Energa que se pierde del fluido entre los puntos i yj. (N*m/N)

: Presin en el puntojal final de la seccin de tubera. (Pa)

: Velocidad del fluido en el puntoj. (m/s)

: Altura sobre el nivel de referencia del puntoj. (m)

En esta ecuacin (2), cada trmino representa una cantidad de energa por unidad de

peso de fluido que circula por el sistema.

Es esencial que la ecuacin general de la energa se escriba en la direccin del flujo, es

decir, desde el punto de partida i en el lado izquierdo de la ecuacin hacia el punto final

jen el lado derecho.

Para aplicar la ecuacin general de la energa es importante identificar las condiciones

donde hay prdidas de energa en el sistema de flujo de fluido, as como tambin los

medios por los que se agrega energa al sistema.Cuando el fluido es gas, se agrega energa al sistema por medio de compresores,

ventiladores y/o sopladores, y se realiza cuando las condiciones de presin del punto i

al puntojas lo requieren. (Dulhoste, 2013)

II.5.2. Equipos de impulso de gas

Los sopladores, ventiladores y compresores se utilizan para incrementar la presin yprovocar un flujo de aire y otros fluidos en un sistema de flujo de gases. Su funcin es

similar a la de las bombas en un sistema de flujo de lquidos. Las diferencias principales

entre ellos son su construccin y las presiones para las cuales estn diseados. (Mott,

2006)


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Los sopladores y ventiladores estn diseados para desarrollar presiones bajas,

mientras que los compresores pueden desarrollar presiones ms elevadas, incluso de

varios de miles de psi. (Mott, 2006)

II.5.2.1 Ventiladores

Un ventilador es una mquina rotativa capaz de mover una determinada masa de aire o

gas, a la que transmite energa, para generar la presin necesaria para que pueda vencer

las prdidas de carga que se producirn en la circulacin por los ductos. (I. Martn,

2011)

Un ventilador consta en esencia de un motor de accionamiento, generalmente elctrico,

con los dispositivos de control propios del mismo: arranque, regulacin de velocidad,

entre otros. Y un propulsor giratorio en contacto con el gas, al cual le transmite energa.

Existen diferentes tipos de ventiladores, y se pueden clasificar segn la direccin del

flujo en axiales y centrfugos.

Los ventiladores axialesconstan de uno o ms discos dotados de aspas o labes que

giran sobre un eje paralelo a la direccin de flujo del gas. Los labes pueden ser rectos

o curvos, y el dimetro del rotor puede ser hasta de varios metros. (I. Martn, 2011)

Los ventiladores centrfugos son similares en su funcionamiento a las bombascentrfugas. El rotor giratorio puede diferir notablemente del rodete de las bombas

centrifugas, ya que pueden ser de labes rectos, curvados en la direccin de giro o

curvados en la direccin contraria. (I. Martn, 2011)

A continuacin se presenta en la figura 3, un ventilador centrifugo de uso industrial.


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Figura 3:Ventilador centrfugo de uso industrial.

Fuente: (Nuaire, 2014)

II.5.2.2. Sopladores

Los sopladores son conocidos tambin como compresores de baja presin. Son

aparatos de impulsin de gases que proporcionan presiones generalmente entre 10 y 50

psi. Sin embargo, actualmente existen sopladores de desplazamiento positivo que

alcanzan presiones de hasta 500 psi. Existen diversos tipos, segn sea el flujo de gas.

Los principales son: de desplazamiento positivo, centrfugos (de una sola etapa),

axiales (de mltiples etapas) y de anillo lquido. (I. Martn, 2011)Los sopladores de desplazamiento positivo son esencialmente aparatos de volumen

constante con presin de descarga variable. El volumen o caudal suministrado puede

variarse solamente al modificar la velocidad de giro o recirculando parte del gas. La

presin de descarga variar con la resistencia que exista en la seccin de salida.

En la figura 4 se presenta un soplador de desplazamiento positivo.


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Figura 4:Soplador de desplazamiento positivo.

Fuente: (Aerzen, 2014)

Lossopladores centrfugostienen que operar a gran velocidad de giro (entre 1000 y

30000 rpm) para conseguir aumentos apreciables de presin, debido a la baja densidad

del fluido que impulsan. Son tambin conocidos como turbosoplantes, denominacin

en la que se engloban a veces los compresores. Los sopladores centrfugos se utilizan

para una gran variedad de servicios, como son operaciones de enfriamiento de agua,

secado, operaciones de aireacin, entre otros. (I. Martn, 2011)

Lossopladores axiales, tambin llamadas compresores axiales, estn formadas por un

eje horizontal sobre el que se montan varias coronas de labes (tantas como etapas

tenga el soplador), entre las que se intercalan otras coronas de labes fijos a la carcasa.

El gas es impulsado en la direccin del eje de giro del rotor (en forma similar a un

ventilador axial), ganando energa cintica que se convierte gradualmente en energa

de presin. Aproximadamente, se transforma la mitad de la energa en los labes

mviles y la otra mitad en los fijos, que actan como el difusor de una bomba

centrfuga. Se utilizan frecuentemente como turbinas de gas, y para insuflar aire a

hornos altos y en tneles de viento. (I. Martn, 2011)


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II.5.2.3. Compresores

Estos equipos se utilizan para impulsar gases que pueden incluso llegar a los miles de

psi. La obtencin de estas presiones tan elevadas requiere la utilizacin de variasetapas.

La compresin adiabtica de un gas produce una considerable elevacin de

temperatura. La liberacin de calor es menor si la compresin es isoterma, lo que exige

la total eliminacin del calor generado en la compresin. Este aspecto trmico en el

funcionamiento de estos equipos que impulsan gases comprimindolos resulta de poca

importancia en los sopladores, donde el aumento de presin no es muy elevado, pero

adquiere mucha importancia en el caso de los compresores.

As, debido a que una parte importante del trabajo de compresin se convierte en calor,

para tratar de aproximar la transformacin lo ms posible al proceso isotermo (mnima

cantidad de trabajo requerido), el calor originado en la compresin del gas se elimina

en su mayor parte, procurando que en cada etapa el gas se refrigere hasta alcanzar

aproximadamente la temperatura de entrada al compresor. Se obtiene de esta forma un

ciclo de compresin intermedio entre el adiabtico y el isotermo, denominado

politrpico. (I. Martn, 2011)

Existen diversos diseos y tipos de compresores, en este trabajo se nombraran dos tiposfundamentales de compresores, que son: los compresores alternativos (de

desplazamiento positivo) y los compresos centrfugos de mltiples etapas.

Los compresos alternativosson los ms utilizados en la industria qumica. Constan de

uno o ms cilindros en serie, segn sean de una o varias etapas, respectivamente. En

los aparatos ms pequeos, de una sola etapa, es suficiente una refrigeracin por aire,

favorecida con la instalacin de aletas exteriores. En los aparatos grandes, de mltiples

etapas, donde la capacidad de refrigeracin es limitada, la refrigeracin se realiza

mediante cambiadores de calor conectados entre cada dos etapas. Este enfriamiento

reduce todava ms el volumen del gas a la salida del cilindro de baja presin, por lo

que los cilindros de alta presin son cada vez de menor tamao. El nmero de etapas


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del compresor habr de estar acorde con la relacin de compresin conseguida en los

pistones y con el aumento total de presin deseado.

En estos compresores alternativos existe adems un desprendimiento de calor debido a

la friccin de las partes mviles (pistn, eje, etc.) contra las fijas (paredes internas,empaquetaduras, etc.), que al ser absorbido por el gas determina una elevacin

adicional de la temperatura. Esta podra llegar a ser superior a la alcanzada en la

compresin adiabtica, por lo que normalmente los cilindros se refrigeran

exteriormente con camisas de agua fra.

Los compresores centrfugos de mltiples etapas (tambin conocidos como turbo-

compresores) son anlogos a las bombas centrfugas de mltiples etapas. El gas es

aspirado en la primera etapa, en las proximidades del eje e impulsado por el rodete y

se desplaza radialmente hacia el exterior, ganando energa cintica; luego retorna hacia

el eje por el difusor (de seccin de paso creciente) donde la energa cintica se convierte

en energa de presin, hasta que entra en la etapa siguiente. Los compresores

centrfugos suelen tener rendimientos comprendidos entre 70 y 80 por 100, y se

construyen con 5 a 8 etapas que giran a velocidades de 5000-10000 r.p.m. La

regulacin del caudal, como en las bombas centrfugas, puede conseguirse recirculando

parte del gas o cerrando la vlvula de salida. (I. Martn, 2011)

La siguiente figura muestra un compresor de tornillo rotativo, siendo uno de los

compresores de desplazamiento positivo ms eficientes.

Figura 5:Compresor de desplazamiento positivo, con tornillo rotativo.

Fuente: (Compresor Gas Natural, 2014)


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II.6 NORMATIVA Y MANUALES PARA DISEAR REDES DE

TUBERA

Entre las normativas que se toman en cuenta en este Trabajo Especial de Grado parael diseo y simulacin de la red de tuberas, se encuentran:

ASME B31.8 Gas Transmission and Distribution Piping Systems (2003)

El Cdigo de ASME para Tubera a presin, consiste en varias secciones

publicadas individualmente, siendo cada una de ellas un Estndar Nacional

Estadounidense. Este cdigo establece los requerimientos considerados

como necesarios para el diseo seguro y la construccin de tuberas a

presin. La seguridad es la consideracin bsica del cdigo pero no es

solamente el factor determinante de las especificaciones finales de cualquier

sistema de tuberas. Este cdigo no es un manual de diseo, con lo cual no

elimina el criterio del ingeniero competente.

Este cdigo cubre el diseo, fabricacin, inspeccin y pruebas de

instalaciones de ductos usados para el transporte de gas. Tambin abarca los

aspectos de seguridad de la operacin y mantenimiento de dichas

instalaciones.

PDVSA. Manual de Ingeniera de Diseo: Clculo hidrulico de tuberas.

Este manual presenta las bases de diseo que se deben tomar en cuenta para

realizar el diseo hidrulico de una tubera para asegurar que el tendido

fsico de tales lneas satisface todos los requerimientos de proceso.

PDVSA. Manual de Ingeniera de Diseo: Dimensionamiento de tuberas de

proceso. Este manual contiene recomendaciones para la seleccin del

dimetro nominal de tuberas de procesos monofsicos en plantas.


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II.7 MAPAS DIGITALES

Los mapas digitales presentan cartografa terrestre, topogrfica y nutica, y pueden

visualizarse en dispositivos digitales como computadoras, dispositivos GPS, celulares,entre otros.

Estos mapas digitales pueden ser desde fotos hasta estar configurados en programas

para su manipulacin, ya sea para introducir datos, planificar rutas, o realizar estudios

en una zona en particular.

En este Trabajo Especial de Grado se utilizan los mapas digitales de MapSource de

Garmin y VenRut de GPS YV.

II.7.1 MapSource de Garmin

Este software permite planificar rutas, y tranferencia de mapas, waypoints, desde el

ordenador y un dispositivo de GPS Garmin.

Estos mapas digitales presentan cartografa topogrfica, terrestre y natica, y se

descargan a un computador o dispositivo de GPS de Garmin, del pas que se desee.

En la figura 6 se muestra la presentacin del programa MapSource.

Figura 6:Programa MapSource de Garmin.

Fuente: (Garmin, 2013)


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II.7.2 VenRut (Venezuela Ruteable) de GPS YV

El grupo GPS YV de Venezuela se especializa en la obtencin y uso de la cartografa

digital ruteable para computadoras y dispositivos GPS en Venezuela.

VenRut es compatible con el programa MapSource de Garmin, con lo cual permite

la visualizacin de los mapas topogrficos y la visualizacin del mapa poltico y vial

de Venezuela, entre otros datos que son recopilados por medio de GPS en el pas y

cargados a su pgina web. (Garmin, 2013)

En la figura 7 se muestra la imagen del grupo GPS YV.

Figura 7:Imagen de presentacin del Grupo GPS YV de Venezuela.

Fuente: (Garmin, 2013)

II.8 SIMULADOR PIPEPHASE

Los programas de simulacin son una herramienta til en el campo de la ingeniera

qumica, desde la creacin y diseo de un proceso hasta la puesta en marcha del mismo.

Los simuladores son tambin es de gran utilidad en todo proceso de mejora u

optimizacin de un sistema ya implementado, esto es gracias a la versatilidad, precisin

y rapidez con la cual un simulador nos proporciona data, que se ajusta a la realidad de

cada proceso modelado.

Pipephase es un potente simulador de flujo para lquido, gas o fluido multifase en

estado estacionario, empleado comnmente para predecir presiones, temperaturas y


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lquidos estancados en pozos, tuberas o en configuraciones de red tuberas para los

sistemas de distribucin y recoleccin. Es utilizado para disear nuevos sistemas,

supervisar sistemas de corrientes y para prevenir o solventar problemas de escala

industrial. (Invensys, 2009)

Pipephase basa sus mtodos de clculos en modelos matemticos tradicionales que

describen el flujo de fluidos y la transferencia de calor. Para resolver sistemas de redes

de tuberas el sistema realiza en primer lugar, un balance de masa con el fin de obtener

un valor preciso de la distribucin de los caudales. En segundo lugar se plantea un

sistema de ecuaciones no lineales obtenidas de un perfil de presiones y se resuelve por

el mtodo de Newton-Raphson. El proceso iterativo de resolucin del sistema de

ecuaciones se detiene cuando el error entre las presiones estimadas y las calculadas esigual a cero o se aproxima a cero. En este software el proceso de definicin del sistema

de tuberas se realiza grficamente, mediante del empleo de iconos y lneas que

representan fuentes o llegadas de flujo y tuberas respectivamente. Tambin pueden

representarse variados equipos de procesos utilizados en el transporte y distribucin de

fluidos tales como bombas, compresores, vlvulas, intercambiadores de calor, entre

otros. (Invensys, 2009)

En la figura 8 se presenta la ventana de presentacin de Pipephase 9.1.

Figura 8:Simulador Pipephase versin 9.1.

Fuente: (Invensys, 2013)


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CAPTULO III

MARCO METODOLGICO

Para el presente Trabajo Especial de Grado se utiliza tanto el mtodo experimental

como el documental. A partir de la fuente bibliogrfica, se recopil informacin para

sustentar el trazado del sistema de tuberas, as como su diseo y simulacin de la

misma. Tambin se obtienen los datos relativos a la caracterizacin del gas que se

quema y/o ventea en el Distrito Norte del Estado Monagas, Venezuela.

III.1 RECOPILACIN DE LA INFORMACIN

Con base en el trabajo de La Rosa (2010), se obtuvo la data necesaria del Distrito Norte

de PDVSA en el estado Monagas, tales como el caudal de gas quemado, caracterizacin

del gas natural, y las condiciones de temperatura y presin del gas a ser transportado.

De la investigacin de Rodriguez (2010) se obtuvo la informacin a considerar para

obtener una visin general de la industria del gas y su valorizacin. Del trabajo de

Gragirena (2011) se utiliza el modelo de sensibilidad con la variacin de parmetros

en la simulacin. Del trabajo de Garca (2012) se obtuvieron aspectos tericos e

informacin general para realizar la simulacin. En este trabajo tambin se recopil

informacin de las normas tcnicas ASME B31.8: Gas Transmission and Distribution

Piping Systems, Manuales de Ingeniera de PVDSA aplicados a tuberas, e informacin

tcnica presentada por the Gas Processors Association (GPA) and the Gas Processors

Suppliers Association (GPSA) en las cuales se sustenta el diseo de la red de tuberias.Adems se recopil informacin para el uso, manejo de mapas y curvas de nivel y

utlizacin de mapas digitales con MapSource de Garmin y VenRut, as como tambin

para el uso y manejo del simulador Pipephase 9.5 de Invensys SimSci-Esscor.


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III.2 REVISIN BIBLIOGRFICA

Con la informacin recopilada, se establecieron los fundamentos de esta investigacin,

el planteamiento del problema y se elabor el marco terico de referencia para el diseoy simulacin del sistema de tuberias. Adems en base al material bibliogrfico se

realiz el estudio geogrfico del norte del Estado Monagas y se seleccion la ruta de

transporte del gas desde los puntos de recoleccin al punto de final del sistema, para lo

cual se establecieron las condiciones y parmetros de operacin y se realiz el diseo

de tuberas y su simulacin. Posteriormente, se aplic el modelo de anlisis de

sensibilidad y una evaluacin econmica preliminar del sistema de tuberas para

estudiar su factibilidad econmica.

III.3 DESCRIPCIN DEL REA

El estado Monagas se encuentra ubicado en la zona nororiental del pas, y limita al

Norte con el estado Sucre, al Sur con el estado Bolvar, al Este con el estado Delta

Amacuro y al Oeste con Anzotegui. El Distrito Norte de PDVSA se encuentra ubicado

al Norte del estado Monagas y comprende los distritos productores de gas y petrleo

de Punta de Mata, El Furrial y Licencia Quiriquire. Esta zona forma parte de los Llanos

Orientales y al extremo norte del estado se encuentran zonas montaosas que son parte

de la Cordillera de la Costa, por lo cual el Distrito Norte tiene en su mayora relieves

de planicies. El estado Monagas tiene un clima tropical lluvioso y en el norte del estado

se registran temperaturas medias anuales entre 26 y 27 C. La vegetacin que se

encuentra en los distritos de inters es de sabana intertropical. La descripcin del rea

es importante para establecer la distribucin de la tubera a travs del Distrito Norte dePDVSA. (Estado Monagas, 2013)


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III.4 CONDICIONES DE PRODUCCIN

Para la evaluacin de las condiciones de produccin se consideraron los flujos de gas

de quema y/o venteo del Distrito Norte de PDVSA, especficamente el flujo de gas dequema manejado por cada uno de los centros operativos y estaciones de flujo del

Distrito Norte.

Adems se evalu la data disponible de las presiones y temperaturas a las cuales se

maneja el gas en cada uno de los centros operativos de partida de la red de tuberas, ya

que son parmetros importantes para el diseo y simulacin de la misma.

III.5 CONDICIONES BSICAS

Una vez realizada la evaluacin de las condiciones de produccin, se establecieron las

condiciones bsicas a considerar en este trabajo. En este punto se fijaron los flujos de

salida de gas de cada centro de operacin y estaciones de flujo, as como tambin la

temperatura y presin de salida del gas.

Otra condicin bsica que se estableci es una concentracin nica del gas a sertransportado, la cual se present en la tabla 2, ya que no se diponan de los datos de

composicin del gas de los otros centros operativos y estaciones de flujo. Sin embargo,

se considero de esta manera ya que el gas extrado de los yacimientos de la zona tiene

caractersticas similares.

Se establecio el sitio de llegada de todo el gas recolectado por la red de tuberas, as

como la presin a la cual debe llegar y el flujo de gas.

Estas condiciones se establecieron a fin de proporcionar la data necesaria para lasimulacion del sistema de tuberas en Pipephase.


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III.6 TRAZADO Y DISTRIBUCIN DE LA RED DE TUBERAS

Para realizar el trazado y distribucin de la red de tuberas, se hizo uso de mapas

digitales ya que facilito su comprensin con respecto a los mapas sumistrados porCartografa Nacional.

MapSource de Garmin:

Este software permite planificar rutas, y tranferencia de mapas, waypoints, desde el

ordenador y un dispositivo de GPS Garmin.

Estos mapas digitales presentan cartografa topogrfica, terrestre y natica, y se

descargan a un computador con sistema operativo Windows, del pas que se desee.

VenRut (Venezuela Ruteable) de GPS YV:

El grupo GPS YV de Venezuela se especializa en la obtencin y uso de la cartografa

digital ruteable para computadoras y dispositivos GPS en Venezuela.

VenRut es compatible con el programa MapSource de Garmin, con lo cual permite

la visualizacin de los mapas topogrficos y la visualizacin del mapa poltico y vial

de Venezuela, entre otros datos que son recopilados por medio de GPS en el pas.

El trazado de la red se realiza sobre el mapa digital, para lo cual se tomaron en cuenta

las normativas mencionadas en el marco terico para el paso de gasoductos cerca de

centros poblados, cercanias o cruce de vas, entre otras especificaciones.

III.7 SIMULACIN DE LA RED DE TUBERAS

La simulacin se realizo en el simulador Pipephase que ofrece varios modelos rigurosospara la simulacin de flujo multifsico de petrleo y gas en estado estacionario que

circula por los sistemas de almacenamiento y redes de tuberas. Proporciona la

flexibilidad para aplicaciones de modelos de sensibilidad y de parmetros clave, hasta

estudios de planificacin de varios aos para un campo de produccin entero.


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Pipephase ofrece la capacidad del modelado necesario para gestionar con precisin

modelos de petrleo o gas mediante una interfaz con otros simuladores, mejorando la

capacidad de Pipephase de modelar pozos subterrneos. (Invensys, 2013)

Simulado del proceso:

Una vez establecidas las condiciones bsicas y los datos correspondientes para el

trazado de la red de tuberas, se procedio al diseo preliminar y la introduccin de la

data en el simulador Pipephase.

Con el trazado del sistema de tuberas en el mapa digital, se obtuvo los cambios de

altura del terreno por las curvas de nivel.

Para el cruce de la tubera de gas con ros, carreteras y poblaciones, se utilizaron loscambios de altura o enterramiento de la tubera segn las normas ASME B31.8 (2013)

y normas PDVSA aplicadas a sistemas de tuberas.

Se evaluo el dimetro cuando exista la unin de dos o ms tramos de tubera, ya que se

considero el aumento de flujo de gas, debido a que el dimetro de tubera de la troncal

principal debe ser calculado para el total del flujo entregado.

Una vez cargada la data de todos los tramos de tubera, se procedio a la corrida de la

simulacin.

Anlisis de resultados:

Los resultados arrojados por el simulador debieron ser valorados y cuantificados para

establecer los puntos de impulso de gas, y evaluar si se obtienen puntos de

condensacin en la tubera. Luego los datos finales obtenidos se utilizan para el anlisis

de sensibilidad y evaluacin econmica.

III.8 ANLISIS DE SENSIBILIDAD

El anlisis de sensibilidad se realizo variando la cantidad de agua en la composicin

del fluido y se observaron las variables claves en el proceso con respecto cuando circula


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el gas real, en este caso se observo la variacin de las presiones en puntos crticos de

la tubera. Se simularon las variacin del contenido de agua, y se recopilo y analizo los

resultados obtenidos a fin de ver la factibilidad del sistema de tuberas.

III.9 BALANCE ENERGTICO

Para realizar el balance energtico se consider la energa asociada al gas y la potencia

necesaria en el sistema de impulso del gas para transportarlo. Para calcular la energa

asociada al gas, se tom en cuenta la energa de disociacin del metano, ya que es el

componente mayoritario en el gas natural, y se multiplico por el flujo de gas total que

circula por la tubera. Para obtener la potencia necesaria para impulsar el gas se tom

en cuenta los resultados que arroja el simulador Pipephase. De tal manera que se

estableci la comparacin entre estos dos valores de la energa que podra aportar el

gas si se quema y la energa necesaria para el sistema de impulso de gas.

III.10 ESTIMACIN ECONMICA

Luego de haber obtenido el diseo y simulacin del sistema, se realizo la estimacineconmica, donde se incluyen los costos de tuberas y los equipos necesarios para la

red de tuberas, y obtener la inversin inicial mnima para la factibilidad econmica de

este modelo de sistema de tuberas.


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CAPTULO IV

DISCUSIN Y RESULTADOS

Se presentan a continuacin los resultados obtenidos a partir del desarrollo del sistema

de transporte y su respectivo anlisis, con lo cual se realiza la elaboracin de las

conclusiones y recomendaciones pertinentes.

IV.1 BASES DEL DISEO

En la tabla 6 se presentan los flujos de cada centro operativo y estacin de flujo del

Distrito Norte que se utilizan en el diseo de la red de tuberas, la cual fue obtenida del

Trabajo de Grado de Maestra de De La Rosa.

Tabla 6: Flujo de gas de quema y/o venteo de cada estacin de flujo del Distrito Norte dePDVSA, Estado Monagas.

ESTACIN DE FLUJO FLUJO DE GAS DEQUEMA Y/ O VENTEO

(MMPCD)EL FURRIAL

JUSEPN 94

OROCUAL 16

RUSIO VIEJO 0,2

PUNTA DE MATA

SANTA BRBARA 14,9

COTE 5,4

COAE 19,5

CARITO 5,5

MURI 5,5

MUSIPN 1,3


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Continuacin de la Tabla 6:Flujo de gas de quema y/o venteo de cada estacin deflujo del Distrito Norte de PDVSA, Estado Monagas.

Licencia Gas QuiriquireQuiriquire 0,24


En la tabla anterior se puede observar que los flujos de gas de venteo y/o quema de

cada estacin de flujo y centro operativo son diferentes de acuerdo a la produccin de

gas de los pozos de la zona, siendo el de la estacin de flujo de Jusepn el ms elevado

con 94 MMPCD y el valor ms bajo de flujo de gas de 0,24 MMPCD de Licencia

Quiriquire. Estos flujos corresponden a un promedio del gas venteado y/o quemadopara el ao 2009.

En la tabla 7 se presenta la caracterizacin nica del gas que se utiliza en este trabajo.

Tabla 7: Caracterizacin nica del gas natural.

COMPONENTES Composicin Molar (%)Nitrgeno 0,123

Metano 70,81

CO2 4,927Etano 10,75

Propano 6,394i-Butano 1,325

N-Butano 2,623

i-Pentano 1,156

n-Pentano 0,875Hexanos 0,655

Heptanos 0,239

Octanos 0,060Nonanos 0,035Decanos 0,021

Undecanos + 0,001

Contenido de Agua (Lb/MMPC) 80

H2S (ppm) 42Fuente: (De La Rosa, 2010)


47/86

36

De cada pozo se obtiene un gas con una caracterizacin diferente. Sin embargo, en el

Trabajo de Grado de Maestra de De La Rosa, se comparan las cromatografas del gas

de quema y/o venteo de las estaciones de flujo de Jusepn y de Orocual, en las cuales

se observan variaciones mnimas en la composicin del gas. Adems se considera deesta manera en este trabajo a modo de simplificar los clculos de balances de masa.

Se establece una temperatura y presin nica de los sitios de salida y llegada, es decir,

de cada centro operativo y estaciones de flujo del Distrito Norte presentadas en este

trabajo. Se presentan en la siguiente tabla 8.

Tabla 8: Temperatura y presin nica de las estaciones de flujo de salida y llegada

del gas natural.

Temperatura (F) Presin (psig)

Sitios de Salida (Estaciones de Flujo) 92 250

Sitio de Llegada - 500

Se establece una temperatura de 92 F, ya que es una temperatura promedio a la cualse encuentra el gas a ser transportado, segn lo expresado en el Trabajo de Grado de

Maestra de De La Rosa. De manera similar, en el caso de las presiones, se establece

una presin nica de 250 psig como una presin promedio del gas de salida de cada

estacin de flujo, a partir de los datos disponibles del Trabajo de Grado de Maestra de

De La Rosa. La presin de entrega del gas de 500 psig, es debido a que es la presin

media requerida para el gas de alimentacin a las plantas de acondicionamiento del gas.

(lvarez, 2013)

Para completar el diseo de la red de tuberas se realiza un anlisis de sensibilidad a fin

de evaluar los cambios en el perfil de presiones del sistema, el anlisis realizado es el

siguiente.


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37

Anlisis de sensibilidad con cambios en la composicin: se realiza el diseo y

simulacin del sistema con gas seco con cero (0) contenido de agua y luego se

cambia la composicin al gas real presentado en la tabla 7.

La composicin del gas seco se presenta a continuacin.

Tabla 9:Composicin del gas seco.

COMPONENTES Composicin Molar (%)Nitrgeno 0,123Metano 70,81

CO2 4,927

Etano 10,75Propano 6,394i-Butano 1,325

N-Butano 2,623

i-Pentano 1,156

n-Pentano 0,875

Hexanos 0,655Heptanos 0,239Octanos 0,060Nonanos 0,035Decanos 0,021

Undecanos + 0,001H2S (ppm) 42

IV.2 TRAZADO Y UBICACIN GEOGRFICA DEL SSTEMA DETUBERAS

A continuacin se presenta el trazado de la red de recoleccin y transporte del gas de

quema y/o venteo hasta una ubicacin estratgica para su posterior aprovechamiento.


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38

Figura 9:Trazado en MapSource de la red de tuberas de recoleccin de gas de quemay/o venteo en el Distrito Norte de PDVSA, Estado Monagas.

Se observa en la figura 9 que la ubicacin estratgica de llegada del gas es el Centro

Operativo de El Tejero (C.O.T.), debido a su cercana con los Centros Operativos de

Anaco y San Tom, y como en este Trabajo Especial de Grado no se contempla la

disposicin final del gas slo su recoleccin y transporte en el Distrito Norte, el gas

recolectado puede ser transportado luego a otro Centro o disponerse para su

acondicionamiento en el Centro Operativo de El Tejero.

El gas se recolecta desde la estacin de flujo Licencia Quiriquire pasando luego por

Orocual, Rusio Viejo, Jusepn y Muri. Se recolecta el gas de Musipn y Carito y se

lleva hasta la estacin de flujo de Muri, de all el gas sigue su recorrido recolectando el

gas del centro operativo de Amana y el gas de la estacin de Santa Brbara hasta llegar

al centro operativo de El Tejero, con lo cual el sistema de tuberas tiene una longitudtotal de 87 Km. En el apndice 1 puede observarse la figura 9 ampliada.

En la figura presentada a continuacin se observa el cruce del sistema de tuberas con

carreteras y ros, adems de la cercana de la misma con centros poblados.


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Figura 10:Cruce con ros y vas terrestres de la red de tuberas de recoleccin de gasnatural en el Distrito Norte del Estado Monagas.

Para realizar el diseo y simulacin de la red en Pipephase se considera el cruce del

sistema de tuberas por carreteras, ros y cercanas a centros poblados, lo cual se

observa en la figura 10, adems de hacer uso de la normativa planteada en el Captulo

III.

IV.3 DISEO Y SIMULACIN DEL SSTEMA DE TUBERAS ENPIPEPHASE

Inicialmente es necesario realizar el clculo del dimetro de tubera para disear la red

de tuberas de recoleccin de gas. Para lo cual, se hace uso del simulador Hysys y de

una de sus herramientas, Utilities: pipe sizing, por medio del cual se realiza el clculodel dimetro de tubera para un flujo en particular.

En la tabla 10 se presentan los dimetros calculados para cada tramo de tuberas del

gasoducto.


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Tabla 10:Dimetro de los diferentes tramos de tuberas del sistema de transporte degas.

Tramo de tubera Dimetro (inch)

Quiriquire- Orocual 1,610Orocual- Rusio Viejo 6,065

Rusio Viejo- Jusepn 6,065

Jusepn- Muri 13,25

Musipn- Carito 3,038

Carito- Muri 6,065

Muri- Amana 13,25

Amana- J024 15,25

Santa Brbara- J024 6,065

J024- Tejero 15,25

Como se puede apreciar en la tabla anterior, los dimetros varan de acuerdo al flujo de

gas que circula por la tubera, esto permite un dimensionamiento adecuado evitando

problemas de sobredimensionamiento que provocan grandes cadas de presin en la

tubera o tuberas muy pequeas con prdidas por friccin muy grandes.

Un aspecto muy importante a tener en cuenta para el diseo del sistema de tuberas es

el de la velocidad que alcanza el fluido por el interior de los tubos. Dicha velocidad, en

el caso de la circulacin isoterma de fluidos incompresibles, viene determinada por el

caudal y el dimetro de la seccin interna del tubo, y para cada fluido tiene un valor

mximo que no debe ser sobrepasado, ya que de lo contrario puede producirse un

deterioro del producto por tratamiento mecnico inadecuado. Los valores aproximados

que se usan en la prctica dependen del tipo de fluido que se trate, para gas o aire las

velocidades recomendadas estn en el rango de (30- 100) pies/s. (McCabe, 1991)

De esta manera se obtiene el dimetro ptimo que representa el menor costo posible y

cumple las exigencias en cuanto a la velocidad mxima de circulacin del fluido dentrode la tubera.


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41

Una vez hallado el dimetro de cada tramo de tuberas, se procede a la carga de la data

en el simulador Pipephase. A continuacin en la figura 11 se presenta el sistema de

tuberas, luego de realizarse la corrida en el simulador.

Figura 11:Corrida en Pipephase de la red de tuberas con gas seco.

En la figura anterior se puede observar las presiones mximas requeridas en cada

estacin de flujo para alcanzar la presin de entrega del gas en el Centro Operativo de

El Tejero. Se observa la presin mxima de 2.190,9 psig en el punto ms alejado que

sera la estacin de flujo de Licencia Quiriquire. Como se establece una presin nica

de salida de las estaciones de 250 psig, es necesario un sistema de impulso de gas para

cumplir con los requerimientos de presin.

A continuacin se presenta la simulacin del sistema de tuberas con los sistemas de

impulso de gas.


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42

Figura 12:Corrida en Pipephase de la red de tuberas con el sistema de impulso de gasseco.

Como se observa en la figura 12, al colocar los equipos de impulso de gas se cumplen

los requerimientos de presin de la red de tuberas. El simulador Pipephase no cuenta

con otros equipos de impulso de gas a parte de los compresores, por lo cual los equipos

utilizados en la simulacin son compresores colocados de tal manera de vencer la cada

de presin que se presenta por el transporte del gas a travs de la tubera.

Se observa adems el valor de la temperatura en algunos puntos de la red de tuberas,

en el cual la temperatura mxima es de 208,8 F (98 C) por lo cual no se requiere de

un sistema de refrigeracin para mantener la temperatura baja en el sistema de

transporte.

En esta figura tambin se observa que el tramo de tubera desde Licencia Quiriquire a

Orocual est dividido en dos, esto es debido a que es el tramo ms largo de tubera enel sistema con 20,2 km. Estos tramos largos de tubera estn subdivididos en tramos

ms pequeos, y el simulador Pipephase admite hasta 100 divisiones dentro de estos

tramos. El tramo de Licencia Quiriquire-Orocual sobrepasaba las 100 subdivisiones,


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43

con lo cual se divide el tramo principal en dos. En el apndice 1 se observa como son

las subdivisiones.

Los compresores utilizados son centrfugos que cumplen con las siguientes

especificaciones.

Tabla 11:Especificaciones dadas a los compresores en la simulacin del sistema.

Presin de salida 500 psig

Eficiencia 75%

Se especifica una presin de salida del compresor de 500 psig debido a que esta es lapresin que se requiere en el sitio de llegada del gas. Adems estos compresores pueden

ser sustituidos por sopladores de desplazamiento positivo que entregan el gas a una

presin de salida de 500 psig. (lvarez, 2013)

Se especifica una eficiencia de 75% en los compresores ya que para un compresor

centrfugo la eficiencia vara entre 70 y 78%. (Gmez, 2010)

En la figura siguiente se muestra una representacin de la disposicin de los

compresores a lo largo del sistema.

Figura 13:Disposicin aproximada de los compresores a lo largo del sistema detuberas.


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44

La figura anterior no muestra la posicin exacta de los compresores, ya que es una

representacin. En el sistema hay un total de 64 compresores, que cumplen con las

especificaciones reportadas en la tabla 9.

En la siguiente figura se presenta el grfico de la variacin de la presin con respectoa la distancia en el primer tramo de Licencia Quiriquire- Orocual.

Figura 14: Variacin de la presin con respecto a la distancia en el primer tramo deLicencia Quiriquire- Orocual.

En la figura 14 se observa la cada de presin y su impulso con respecto a la distancia

del primer tramo de tuberas de Licencia Quiriquire-Orocual. Las cinco lneas

verticales indican el impulso del compresor desde la presin de succin a la presin de

salida de 500 psig. En el apndice 2 puede observarse las grficas de presin vsdistancia de cada tramo de tuberas de todo el sistema.

En la siguiente figura 15, se presenta la altura vs. distancia del primer tramo de tuberas

de Licencia Quiriquire- Orocual.

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

0,00 5.000,00 10.000,00 15.000,00 20.000,00 25.000,00 30.000,00

Presin,

PSIG

Distancia de entrada, FT

Fluid


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45

Figura 15:Altura vs. Distancia en el primer tramo de tuberas de Licencia Quiriquire-Orocual.

En la figura anterior se puede apreciar como es la variacin de la altura con respecto a

la distancia horizontal en el primer tramo de tuberas de Licencia Quiriquire- Orocual.

La altura mxima alcanzada es de solo 160 pies (49 m), por lo cual el terreno puedeconsiderarse plano, por lo cual la energa necesaria para vencer la cada de presin por

la variacin de la altura es pequea y esto se evidencia en la cantidad de compresores

colocados en este tramo de tuberas. En el apndice 3 pueden apreciarse las figuras de

Altura vs. Distancia de cada tramo de tuberas.

A continuacin se presenta una tabla la velocidad promedio alcanzada en el sistema.

Tabla 12:Velocidad promedio en el sistema de tuberas.

Velocidad promedio en el

sistema de tuberas (pie/s)43,79


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46

Como se puede apreciar en la tabla 12, la velocidad promedio de la tubera se encuentra

dentro del rango recomendado de (30- 100) pies/s para circulacin de gas en tubos, por

lo cual el dimensionamiento del dimetro calculado es adecuado para el sistema.

IV.4 ANLISIS DE SENSIBILIDAD

Se realiz un anlisis de sensibilidad haciendo una variacin en la composicin del gas.

Se presentan a continuacin los resultados arrojados por la simulacin realizada con el

gas natural real de caracterizacin presentada en la tabla 7.

Figura 16:Corrida en Pipephase de la red de tuberas con gas real.

Como se puede apreciar en la figura 16, la presin mxima requerida en la estacin deflujo de Quiriquire es de 2.072 psi, la cual presenta una variacin de 5,42% con respecto

a la presin en la misma estacin simulada con gas seco.


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Para realizar la comparacin con mayor detalle, se presenta la tabla 13 con los valores

arrojados por el simulador de las presiones mximas requeridas en la estaciones de

flujo de salida.

Tabla 13:Comparacin de las presiones mximas requeridas por el sistema, para gasseco y gas real.

Estacin de flujo

Gas Seco Gas RealPorcentaje de

Variacin (%)Presiones mximas

requeridas (psig)

Presiones mximas

requeridas (psig)

Licencia

Quiriquire2.191 2.072 5,42

Orocual 1.951 1.849 5,21

Rusio Viejo 1.584 1.454 8,17

Jusepn 1.203 1.122 6,73

Muri 849,3 849,1 0,02

Carito 857,6 857,6 0

Musipn 951,8 950,5 0,13

Amana 638,0 638,1 0,01

Santa Brbara 653,1 652,6 0,07

Tejero 500 500 0

En la tabla anterior se observa que el porcentaje de variacin de la presin es menor al

10 % en todas las estaciones de flujo, por lo cual no es necesario modificar el sistema

de impulso de gas, ya que puede fcilmente compensar la variacin de la presin que

se presenta en las estaciones de flujo de salida al tener un cambio en el contenido delagua del gas a transportar.


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48

Luego de observar las presiones mximas requeridas por el sistema, se corre la

simulacin con la composicin del gas real y la posicin de compresores en el sistema

presentados en la figura 12 para considerar el cambio de fase del fluido en la tubera.

Por lo cual se presenta a continuacin la envolvente de presin-temperatura en el

primer tramo de tuberas Licencia Quiriquire- Orocual, un resultado arrojado por el

simulador.

Figura 17:Envolvente Presin- Temperatura en el primer tramo Licencia Quiriquire-Orocual.

En la figura 17 se puede apreciar que el fluido al ingresar en la tubera en la estacin

de flujo de Licencia Quiriquire, se encuentra dentro de la envolvente por lo que se

encuentra en la fase lquido-vapor. La fase lquida est compuesta por agua y los

compuestos ms pesados presentes en el gas natural. La presencia de lquidos en un

gasoducto reduce la capacidad de flujo o de transmisin por lo que aumenta la cada de

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

-300 -200 -100 0 100 200

Presin,

PSIG

Temperatura, DEG F

Curva Punto Crtico Fluido


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presin. Adems el gas a transportar tiene en su composicin H2S y CO2, que en

presencia de agua lquida reaccionan para generar compuestos corrosivos que atacan

los metales de la tubera, equipos como compresores y accesorios.

Por lo cual es recomendable la instalacin de trampas de lquido antes de loscompresores para evitar daos a los mismos ya sea por corrosin o presencia del lquido

en la succin generando friccin y fallas mecnicas en estos equipos. En el apndice 4

pueden apreciarse la envolvente de presin- temperatura para el resto de los tramos de

tuberas del sistema.

IV.5 BALANCE ENERGTICO

Para establecer la comparacin entre la energa que podra aportar el gas si se quema

y la energa necesaria para los compresores para transportar este gas, se realiza un

balance energtico. Para calcular la energa asociada al gas, se toma en cuenta la

energa de disociacin del metano (componente mayoritario en el gas natural) por el

flujo de gas total que circula por la tubera y para obtener la potencia necesaria para

impulsar el gas por medio de los compresores a partir de los resultados arrojados por

el simulador Pipephase. Estos resultados se presentan a continuacin.

Tabla 14:Balance energtico del sistema.

Energa asociada al gas atransportar (HP)

254.973

Energa necesaria paratransportar el gas (HP)

82.388

Como se puede observar la energa asociada al gas es 3 veces mayor que la energa

necesaria para impulsar el gas, por lo cual si es rentable a nivel energtico realizar el

transporte del gas natural y posterior aprovechamiento ya sea para su uso en generacin

de energa elctrica, combustible u otros. Esto explica la rentabilidad del sistema, ya


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50

implica que el mismo es capaz de autoabastecerse de energa, sin menoscabo de la

carga que transmite.

IV.6 ESTIMACIN DE LA INVERSIN INICIAL

A continuacin se presentan los costos en dlares americanos (US$) de la tubera de

acero cdula 40 para diciembre 2013 que fueron obtenidos de la web.

Tabla 15:Costos de la tubera por longitud de acuerdo al dimetro de la misma, enUS$/pies.

Dimetro interno de la

tubera (inch)

Costo de tubera por

longitud (US$/pies)1,610 6,06

3,068 13,85

6,065 22,81

13,25 49,85

15,25 57,38

Fuente: (Alibaba, 2014)

Ahora se toma en cuenta la longitud de los tramos de tubera con cada dimetro, para

hallar su costo de instalacin, lo cual da como resultado el presentado a continuacin.

Tabla 16:Costo total en US$ de los tramos de tubera de cada dimetro.

Dimetro interno de la

tubera (inch)Costo de tubera (US$)

1,610 410.309

3,068 189.070

6,065 2.382.680


62/86

51

13,25 3.343.455

15,25 1.783.476

Los costos de inversin de tuberas para el ao 2013 son de 8.109.990 US$, a este

precio debe agregarse el costo de los compresores, ya que son equipos costosos

considerados en este sistema.

Por lo cual, se presenta el costo de los compresores en dlares americanos en el ao

1981, obtenido de la referencia (Walas, 1988).

Tabla 17:Costo unitario de los compresores y costo de los equipos instalados en

US$, para el ao 1981.

Costo del equipo

(US$)

Costo del equipo

instalado (US$)

Total Compresores 6.424.273 8.351.555

Como el costo de los compresores est calculado para el ao 1981, se realiza un

escalamiento hasta el ao 2013, utilizando los ndices de costos del ao 1981 (90,93) y

del ao 2013 (232,97), que da como resultado para el ao 2013:

Tabla 18:Costo unitario de los compresores y costo de los equipos instalados enUS$, para el ao 2013.

Costo del equipo

(US$)

Costo del equipo

instalado (US$)

Total Compresores 16.459.507 21.397.359

Con lo cual la inversin total inicial de la red de tuberas para el ao 2013 se presenta

en la tabla siguiente.

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TEGFG-2(1) Fabiola Giunta