TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
DISENtildeO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE PARA EL DESPACHO DE METANOL MTBE E ISO-OCTANO A TRAVEacuteS
DEL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
Presentado ante la Ilustre Universidad Central de Venezuela
Por la Br Rojas U Carelia Para optar al Tiacutetulo
de Ingeniero de Petroacuteleo
Caracas 2006
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
DISENtildeO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE PARA EL DESPACHO DE METANOL MTBE E ISO-OCTANO A TRAVEacuteS
DEL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
TUTOR ACADEacuteMICO Profa Dr Noacutelides Guzmaacuten TUTORES INDUSTRIALES Ing Gehu Poreza Ing Regina Salazar
Presentado ante la Ilustre Universidad Central de Venezuela
Por la Br Rojas U Carelia Para optar al Tiacutetulo
de Ingeniero de Petroacuteleo
Caracas 2006
AGRADECIMIENTOS
iii
AGRADECIMIENTOS
La elaboracioacuten del presente Trabajo Especial de Grado trae consigo no tan
solo la edicioacuten de este libro sino tambieacuten la culminacioacuten de una carrera profesional
para lo cual han sido muchas las personas quienes me han ayudado y apoyado entre
las cuales me atrevo a nombrar
- Dios Todopoderoso la esperanza de que cada diacutea seraacute mejor que el anterior
- La Universidad Central de Venezuela es un honor haber sido bienvenida en la
casa donde hoy y siempre se venceraacute la sombra
- A mis padres siempre han sido y seraacuten el pilar de fortaleza y amor que me
guiacutea hacia la excelencia Las palabras no son lo suficiente para agradecerles
- A mis hermanas somos tres mejores amigas que se complementan Les doy
gracias por estar ahiacute y ayudarme todas las veces que las necesito las quiero
- A la Facultad de Ingenieriacutea y la Escuela de Petroacuteleo en sus aulas conseguiacute los
mejores profesores que incentivaron mis ganas de aprender
- A mi tutora Profa Noacutelides Guzmaacuten gracias por todo su tiempo paciencia y
dedicacioacuten
- A Pequiven muchas gracias por la oportunidad que me han brindado Ing
Gehu Poreza y Regina Salazar por brindarme toda la ayuda necesaria A la
Gerencia de Operaciones y todas las personas que me tendieron una mano
cuando la necesitaba Asiacute como las personas involucradas en el proyecto Ing
Claudio Passerini Ing Ernesto Silva Ing Alejandro Hernaacutendez
- Mis familiares hermanos tiacuteos primos y cuntildeados siempre apoyaacutendome
- A mis amigos sin ustedes el camino hubiese sido interminable Issa una
amistad invaluable Dani gracias por estar siempre ahiacute Giovanny Santiago
William y Herbert comenzamos juntos y hoy cada quien sigue su camino
gracias por todos los buenos ratos Mayralit Mauricio Miguel Andriuska
Any Ceacutesar Ricardo Leo Rafael E Domingo Lenin Rauacutel A Tato Karen
Julio S Hernaacuten Criseida y Adriana Z amigos inolvidables
RESUMEN
iv
Rojas U Carelia J
DISENtildeO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE PARA EL DESPACHO DE METANOL MTBE E ISO-OCTANO A TRAVEacuteS
DEL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
Tutor Acadeacutemico Profa Dr Noacutelides Guzmaacuten Tutores Industriales Ing Gehu
Poreza Ing Regina Salazar Tesis Caracas UCV Facultad de Ingenieriacutea
Escuela de Ingenieriacutea de Petroacuteleo Antildeo 2006 124 p
Palabras Claves Tuberiacuteas Horizontales Simulacioacuten de Tuberiacuteas Programa
Pipesimreg2003
Resumen En la industria petroquiacutemica ademaacutes de los procesos mediante
los cuales se obtienen los diversos productos es de vital importancia el control sobre
el sistema de despacho de eacutestos El presente Trabajo Especial de Grado se realiza con
el fin de disentildear el sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose utilizando
como herramienta el software PIPESIMreg Se generan soluciones praacutecticas para la
empresa mediante el desarrollo de un disentildeo a grandes rasgos con la ayuda del
simulador permitiendo la caracterizacioacuten de los principales paraacutemetros asiacute como el
caacutelculo de las principales variables del proceso de transporte de los productos a cargar
a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico del Complejo Industrial Joseacute Antonio Anzoaacutetegui
De igual forma se estudian las opciones ocupacionales para el mencionado muelle
una vez sea puesto en marcha el proyecto que involucra el presente trabajo
RESUMEN
IacuteNDICE GENERAL
v
IacuteNDICE GENERAL
RESUMEN iv
IacuteNDICE GENERAL v
IacuteNDICE DE TABLAS x
NOMENCLATURA xi
INTRODUCCIOacuteN 1
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3
OBJETIVOS 4
METODOLOGIacuteA 5
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL 7 11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA 7
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA 7 112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE 7 113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN 9 114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI 9
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR) 9 1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE (FERTINITRO) 10 1143 SUPERMETANOL 10 1144 SUPER OCTANOS 11 1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE 11
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE 13
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA 14
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS 14 1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS 14 1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS 17
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS 19 1221 BALANCE DE ENERGIacuteA 19
12211 Balance total de energiacutea 19 12212 Balance de energiacutea mecaacutenica 21 12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema 21
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS 22 12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares 22
IacuteNDICE GENERAL
12222 Flujo incompresible 22 12223 Tuberiacuteas circulares 22 12224 Fluidos no newtonianos 25 12225 Flujo no isoteacutermico 28 12226 Flujo turbulento 29 12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales) 30 12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento 31 12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar 31 122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas 31 122211 Accesorios y vaacutelvulas 32
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS 33 1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS 33
12311 Desplazamiento 34 12312 Fuerza centriacutefuga 34
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA 35 1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS 35
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS 36 1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN 36 1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS 37
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos 38 1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL CARBONO Y ACERO INOXIDABLE 40
12431 Tubos y tuberiacuteas 41 12432 Juntas 42 12433 Codos y accesorios 43 12434 Vaacutelvulas 44
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS 46 12441 Seguridad 46 12442 Condiciones de disentildeo 46 12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas 48 12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos 49 12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas 50 12446 Soportes de tuberiacuteas 54 12447 Golpe de Ariete 56
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN 57 12451 Soldadura 57 12452 Doblado y formacioacuten 57 12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico 58
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA PIPESIMreg2003 58
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades 58 132 Modelaje de flujo multifaacutesico 58 133 Modelos de Fluido 59 134 Certeza del tipo de flujo 59 135 Disentildeo de equipos de superficie 59 136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea 60
IacuteNDICE GENERAL
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO 61 21 CONDICIONES DE DISENtildeO 61
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 61 212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS 62 213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO JOSE 63 214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS 63
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS 68
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS 68 2211 Metor 68 2212 SuperMetanol 74 2213 MTBE de Super Octanos 75 2214 IsoOctano de Super Octanos 77
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE 79
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO 79
CAPIacuteTULO III RESULTADOS 83
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED 83
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA FRICCIOacuteN EN
LAS TUBERIacuteAS 85
321 ECUACIOacuteN DE FANNING 86 322 PIPESIMreg 91
3221 Metor 91 3222 Supermetanol 96 3223 MTBE de Super Octanos 99 3224 Iso-Octano de Super Octanos 102
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS 104
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 110
CONCLUSIONES 114
RECOMENDACIONES 116
BIBLIOGRAFIacuteA 118
GLOSARIO 121
IacuteNDICE GENERAL
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano 122
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol 123
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE 124
IacuteNDICE DE FIGURAS
ix
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute Antonio Anzoaacutetegui 8
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui 11
Figura 3 Diagrama de corte 15 Figura 4 Diagrama de Moody 23 Figura 5 Curva de flujo general 26 Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor 69 Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor) 70 Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor 70 Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor 71 Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor 72 Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor 73 Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol 74 Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de
Super Octanos 76 Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de
Super Octanos 77 Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de
Super Octanos 78 Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el
Muelle Petroquiacutemico Jose 80 Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor 92 Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h 94 Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor) 95 Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h 96 Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h 98 Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol) 99 Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE) 101 Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano) 103 Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del
Muelle Criogeacutenico 108 Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro 108
IacuteNDICE DE TABLAS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose 12 Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales 23 Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta 33 Tabla 4 Propiedades de los fluidos 61 Tabla 5 Sistema de Bombeo 62 Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose 63 Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo) 64 Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo 65 Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo 66 Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios67 Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga 81 Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9 82 Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura 84 Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura 84 Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura 85 Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol 88 Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas propiedad de Super Octanos 89 Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas
Principales 89 Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo 90 Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo 90 Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor 93 Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
Supermetanol 97 Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE 100 Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
IsoOctano 102 Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor 104 Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de
Supermetanol 104 Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE 105 Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano 105 Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos 106 Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico 107 Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques109
NOMENCLATURA
xi
NOMENCLATURA
c= suma de tolerancias dejadas por la corrosioacuten la erosioacuten y cualquier profundidad de la muesca o estriado (-)
Cv = coeficiente de flujo en la vaacutelvula que pasa bajo una caiacuteda de presioacuten de l psi
cv= calor especiacutefico del fluido (BTUlbdegR)
D= diaacutemetro del conducto (ft)
d= diaacutemetro interno de la vaacutelvula (ft)
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea (ft)
dudy= gradiente de velocidad (1s)
E= factor de calidad (-)
F= peacuterdida por friccioacuten (ftlbflb)
f= factor de friccioacuten de Fanning (-)
G= velocidad maacutesica media (lbsft2)
g= aceleracioacuten local debido a la gravedad (322 fts2)
gc= constante dimensional (3217 lbftlbfs2)
hv= carga de velocidad (ft)
i= entalpiacutea especiacutefica (BTUlb)
J= equivalente mecaacutenico de calor (ftlbfBTU)
K= iacutendice de consistencia (lbfsnft2)
K1= cantidad de cargas de velocidad (fts)
L= dimensioacuten lineal caracteriacutestica del canal de flujo (ft)
L1= longitud del conducto (ft)
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes (ft)
Le= longitud equivalente (ft)
n= exponente (-)
nacute= exponente de la ley de potencia (-)
NRe = nuacutemero de Reynolds (-)
P= presioacuten de disentildeo (lbfft2)
p= presioacuten absoluta (lbfft2)
p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba (lbfft2)
p2= presioacuten estaacutetica corriente abajo (lbfft2)
NOMENCLATURA
Q= calor agregado (BTU)
q= flujo volumeacutetrico del fluido (ft3s)
r= radio (ft)
RH= radio hidraacuteulico medio (ft)
rw= radio de la tuberiacutea (ft)
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales (lbfft2)
s= entropiacutea especiacutefica (BTUlb degR)
SE= esfuerzo permisible (lbfft2)
Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto (-)
tm= espesor miacutenimo de pared (ft)
u= energiacutea interna especiacutefica (BTUlb)
U= distancia de anclajes (ft)
v= volumen especiacutefico (ft3lb)
V= velocidad lineal media (fts)
vprom= volumen especiacutefico promedio (ft3lb)
v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba (ft3lb)
v2= volumen especiacutefico en condiciones corriente abajo (ft3lb)
W= trabajo externo neto (lbfft)
We= trabajo proporcionado por una fuente externa (lbfft)
y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser absorbida por el sistema (ft)
Z= altura por arriba de cualquier plano de referencia horizontal arbitrario (ft)
Siacutembolos griegos Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica (lbfft2)
ΔTa= aumento global de la temperatura (degF)
ε= aspereza de la superficie interna del canal (ft)
η= viscosidad plaacutestica (lbfts)
μ= viscosidad dinaacutemica (lbfts )
μa= viscosidad aparente (lbfts )
ν =viscosidad cinemaacutetica (ft2s)
NOMENCLATURA
θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la horizontal (ordm)
ρ= densidad del fluido (lbft3)
ρprom= densidad promedio (lbft3)
τ= esfuerzo cortante (lbfft2)
τw= esfuerzo cortante en la pared (lbfft2)
τy= esfuerzo de cedencia (lbfft2)
ω= flujo en peso del fluido (lbs)
Abreviaturas ASME= The American Society of Mechanical Engineers
CS= Condiciones Standard
EOS= Equations of State
ERW= Electric Resistance Weld
MTBE= Metil Ter-Butil Eacuteter
MTMA= mil toneladas meacutetricas anuales
MTMM= mil toneladas meacutetricas mensuales
Soca= Super Octanos CA
Sumeca= Supermetanol CA
TAME= Ter-Amil Metil Eacuteter
INTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCIOacuteN
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) en la buacutesqueda de un despacho para
sus productos a traveacutes del puerto de su propiedad en el Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui se planteoacute el Proyecto ldquoFacilidades para el despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
En el complejo existen cuatro empresas mixtas FertiNitro Metanol de
Oriente (Metor) Supermetanol y Super Octanos de las cuales soacutelo la primera
descarga sus productos a traveacutes del muelle de Pequiven las otras empresas lo hacen a
traveacutes del Terminal de Almacenamiento y Embarque de Jose (TAEJ) lo cual es
necesario redireccionar
El referido proyecto consta de la instalacioacuten de todas las facilidades para el
despacho de productos (Metanol MTBE e Iso-Octano) a traveacutes del Muelle
Petroquiacutemico de Jose incluyendo la red de liacuteneas hidraacuteulicas y los brazos de carga en
el muelle para lo cual se hace necesario el levantamiento en campo de los datos
requeridos para llevar a cabo el disentildeo El desarrollo del proyecto consiste en la
Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten (IPC) para el despacho de los productos desde las
plantas Metor Supermetanol y Super Octanos hasta la plataforma de liacutequidos del
Muelle Petroquiacutemico de Jose lo cual a grandes rasgos comprende la instalacioacuten de
a) Cuatro liacuteneas y cuatro brazos de carga
b) Instalacioacuten de un tanque para contingencias en el proceso de carga
c) Una liacutenea que interconecte las tuberiacuteas de los brazos de Metanol para dar
la facilidad a Supermetanol y Metor de despachar tanto del lado Este como
Oeste
d) Una liacutenea de venteo de gases de MTBE Metanol Iso-Octano y sus
mezclas desde el Muelle hasta el cabezal del mechurrio existente
e) Interconexioacuten al sistema de tuberiacuteas existentes para servicios industriales
INTRODUCCIOacuteN
El presente Trabajo Especial de Grado tiene como objetivo el disentildeo del
sistema de transporte para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico de Jose basaacutendose en el uso del software PIPESIMreg
PIPESIMreg es un simulador con aplicaciones para tuberiacuteas que mediante el
suministro de algunos datos como flujo presioacuten temperatura propiedades fiacutesico-
quiacutemicas y termodinaacutemicas de los fluidos disentildeo de las tuberiacuteas ademaacutes de las
ecuaciones seleccionadas de acuerdo al fluido y variables a manejar arroja resultados
que permiten predecir tiempos oacuteptimos de carga de los buques asiacute como los efectos
que podriacutea causar sobre el sistema cualquier cambio operacional realizado
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) junto a las empresas mixtas que
laboran en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui deben habilitar las instalaciones del
Muelle Petroquiacutemico de Jose propiedad de Pequiven para lo cual se tiene previsto el
desarrollo de la Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten del proyecto ldquoFacilidades para el
Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de
Joserdquo que se encuentra en su fase inicial desde febrero de 2006 En la fase de
ingenieriacutea son muchas las interrogantes que se plantean las empresas mixtas acerca de
las caracteriacutesticas para el despacho que tendraacuten sus productos asiacute como la
implementacioacuten de diferentes configuraciones de tuberiacuteas para lograr un mayor
volumen de despacho o mejoras en la calidad de dicho despacho
Es asiacute como se plantea este Trabajo Especial de Grado direccionado hacia
la buacutesqueda de soluciones al disentildeo del sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de
despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose
utilizando como herramienta el software PIPESIMreg
Se elabora la simulacioacuten del sistema de transporte que se desea instalar en el
Muelle Petroquiacutemico de Jose para que sea eacutesta un modelo teoacuterico a seguir durante la
puesta en marcha del proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e
Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
OBJETIVOS
4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Disentildear el sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose utilizando
como herramienta el software PIPESIMreg
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Recopilar la informacioacuten de campo necesaria para la realizacioacuten del
disentildeo del proyecto
Disentildear el sistema de tuberiacuteas desde las Empresas Mixtas hasta los
brazos de carga ubicados en el Muelle Petroquiacutemico de Jose haciendo uso de
Pipesimreg2003
Disentildear las facilidades para el despacho de los productos hasta los
cargueros
Calcular los paraacutemetros y variables en cada una de las liacuteneas
Calcular la capacidad de despacho durante la ventana operacional para
cada uno de los productos
Calcular la capacidad operativa del muelle para el despacho
simultaacuteneo del mayor nuacutemero de cargueros
METODOLOGIacuteA
5
METODOLOGIacuteA
La metodologiacutea seguida en el presente Trabajo Especial de Grado se puede
recopilar en los siguientes puntos principales los cuales estaacuten separados por capiacutetulos
a lo largo del trabajo y presentan la siguiente estructura
El primer capiacutetulo correspondiente a los antecedentes explica los
principales aspectos de la empresa asiacute como la estructura participativa de Pequiven
Jose Luego se realiza el estudio de los principales aspectos teoacutericos involucrados en
ANTECEDENTES
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
DESARROLLO DEL DISENtildeO
Condiciones de disentildeo Revisioacuten del modelo ocupacional del Muelle
Disentildeo de tuberiacuteas
CAacuteLCULOS
AacuteNALISIS DE RESULTADOS
RESULTADOS
METODOLOGIacuteA
6
la elaboracioacuten de un disentildeo de sistema de transporte asiacute como la descripcioacuten del
software utilizado
Se explican las bases para la elaboracioacuten del disentildeo propiedades
involucradas y configuracioacuten de los elementos del proyecto Y por uacuteltimo se procede
al caacutelculo de las variables del disentildeo comparacioacuten entre modelos y estudio
operacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose
Se analizan los resultados obtenidos se generaraacuten conclusiones y se haraacuten
recomendaciones de acuerdo al estudio realizado
CAPIacuteTULO I
7
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL MARCO REFERENCIAL
11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA [3]
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA
Pequiven fue creada en 1977 asumiendo las funciones y operaciones de lo
que fuera el Instituto Venezolano de Petroquiacutemica (IVP) inaugurado en el antildeo 1955
Desde marzo de 1978 cuando se constituyoacute como filial de PDVSA Pequiven ha
vivido sucesivas etapas de reestructuracioacuten hasta llegar a convertirse en la
Corporacioacuten Petroquiacutemica de Venezuela
Su misioacuten es manufacturar y comercializar productos quiacutemicos y
petroquiacutemicos de alta calidad en el mercado nacional e internacional maximizando
el valor del gas y de las corrientes de refinacioacuten a fin de impulsar el desarrollo
industrial y agriacutecola del paiacutes
Su visioacuten es ser liacuteder en motorizar el desarrollo agriacutecola e industrial de
nuestro paiacutes ser reconocida en los mercados nacionales e internacionales por la
manufactura de productos quiacutemicos y petroquiacutemicos de alta calidad y a costos
competitivos
Estaacute integrada por tres Complejos Petroquiacutemicos El Tablazo en el estado
Zulia Moroacuten en el estado Carabobo y Jose en el estado Anzoaacutetegui Organizada en
Unidades de Negocio que atienden el desarrollo de tres liacuteneas de productos Olefinas
y sus derivados Fertilizantes y Productos Industriales Participa directamente en 16
Empresas Mixtas compuestas por socios nacionales e internacionales
112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE
El Complejo Jose ubicado en el estado Anzoaacutetegui costa oriental del paiacutes
es un desarrollo petroquiacutemico de Pequiven con gran futuro debido a la riqueza en gas
natural que posee la zona El Complejo tiene una superficie de 740 hectaacutereas donde se
han instalado las plantas de Super Octanos Metor Supermetanol y FertiNitro En la
CAPIacuteTULO I
8
figura 1 se puede observar una vista aeacuterea de las instalaciones del Complejo donde se
sentildealan los nombres de las calles que intervienen en el desarrollo del proyecto en
estudio
Ademaacutes de los servicios de agua electricidad gas generacioacuten de vapor y
otras instalaciones como las oficinas administrativas servicio de bomberos sistema
de intercomunicaciones cliacutenica industrial vigilancia sistema de disposicioacuten de
efluentes industriales mantenimiento todo ello para satisfacer las necesidades del
condominio
El desarrollo del complejo demuestra la experiencia y competitividad de
Pequiven cuya estructura empresarial no escatima esfuerzos en mantener actualizada
la capacidad de sus recursos humanos revisioacuten permanente de los procesos uso de la
tecnologiacutea de punta para fortalecer la productividad de sus plantas atencioacuten esmerada
consciente en la necesidad de conservar el ambiente y las relaciones interactivas y
comprometidas con el paiacutes
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui
Calle CCalle F
CAPIacuteTULO I
9
113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN
La decisioacuten gubernamental (1960) de permitir la participacioacuten asociada de
empresas venezolanas y extranjeras en el negocio petroquiacutemico fue muy acertada
Hoy esa modalidad empresarial ha fortalecido a Pequiven y ha logrado para el paiacutes
avances en tecnologiacutea y manufactura de productos petroquiacutemicos
Las ganancias generadas demuestran el progreso logrado por Pequiven y las
empresas mixtas respecto al aumento sostenido de la produccioacuten y diversificacioacuten de
productos como sigue
bull Olefinas y Plaacutesticos aacutecido clorhiacutedrico cloro dicloruro de etileno etileno
pirogasolina monoacutemero de cloruro de vinilo (MCV) cloruro de polivinilo (PVC)
polietileno de alta densidad polietileno de baja densidad polietileno lineal de baja
densidad polipropileno propileno y soda caacuteustica
bull Fertilizantes aacutecido fosfoacuterico aacutecido niacutetrico aacutecido sulfuacuterico amoniacuteaco
caprolactama fosfato diamoacutenico fosfato tricaacutelcico granulados de NPK nitrato de
potasio oleum roca fosfaacutetica solucioacuten de amoniacuteaco sulfato de amonio sulfato de
sodio urea
bull Productos Industriales alquilbencenos taacutelico anhiacutedrido benceno-tolueno-
xileno (BTX) clorofluorometanos glicol de etilenos metanol MTBE oacutexido de
etileno polifosfato de sodio tetraacutemero de propilenotres
114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR)
El inicio de operaciones de la planta de produccioacuten de Metanol empresa
mixta Metanol de Oriente (Metor SA) representa una significativa contribucioacuten
para el proceso de industrializacioacuten del gran potencial de gas natural con el que
cuenta Venezuela Esta empresa tiene una composicioacuten accionaria representada por
CAPIacuteTULO I
10
Pequiven Mitsubishi Corporation y Mitsubishi Gas Chemical Empresas Polar e
International Finance Corporation
Esta planta tiene una capacidad instalada de 750 MTMA de Metanol
producto de amplio uso en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
El Metanol es un insumo para la manufactura de productos oxigenados
(MTBE y TAME) ampliamente cotizados para mejorar el octanaje de la gasolina y
las emisiones al ambiente El Metanol tambieacuten es materia prima para producir resinas
y otros compuestos quiacutemicos Asiacute mismo es producto final utilizado como solvente y
combustible Esta variedad de aplicaciones le otorga al Metanol un lugar fundamental
en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE
(FERTINITRO)
El objetivo de esta empresa es la venta de productos elaborados en las
plantas de Amoniacuteaco y Urea asiacute como sus subproductos tanto en Venezuela como en
el extranjero
Tiene como socios a la empresa Koch Industries con 35 de participacioacuten
Snamprogetti aporta 20 Empresas Polar un 10 y Pequiven 35
Esta empresa tiene una capacidad instalada estimada en 1200 MTMA de amoniacuteaco y
1460 MTMA de urea
1143 SUPERMETANOL
Esta empresa tiene como principal objetivo la produccioacuten de Metanol asiacute
como la venta de dicho producto y de sus subproductos principalmente en el
mercado internacional Empresa compuesta por Pequiven Ecofuel Metanol Holding
y Petrochemical Investment Ltd La capacidad estimada de produccioacuten asciende a
770 MTMA
CAPIacuteTULO I
11
1144 SUPER OCTANOS
Empresa compuesta accionariamente por Pequiven Ecofuel y el Banco de
Inversioacuten Mercantil Se encarga de la produccioacuten de MTBE asiacute como la venta y
comercializacioacuten de sus productos principalmente en el mercado internacional
Opera desde el antildeo 1991 y su capacidad estaacute alrededor de 550 MTMA En la figura 2
se observa una toma aeacuterea de la planta dentro del Complejo Antonio Joseacute Anzoaacutetegui
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui
1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE
Se encarga del suministro de aguas industriales al Complejo Jose ademaacutes
del agua potable agua para incendios y servicios de remocioacuten de aguas negras a las
plantas petroquiacutemicas instaladas en los terrenos propiedad de Pequiven dentro del
complejo Posee una capacidad estimada de 1300 litros por segundo
CAPIacuteTULO I
12
A continuacioacuten se presenta un resumen de la estructura participativa de las
principales empresas mixtas ubicadas en el Complejo Petroquiacutemico Jose
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose
CAPACIDAD PARTICIPACIOacuteN EMPRESAS PRODUCTOS
[MTMA] USOS SOCIOS
[] Formaldehiacutedo Pequiven 3750
Mitsubishi Corporation
2375 Componente de gasolina MTBE Mitsubishi Gas
Chemical 2375
Solvente Empresas Polar 10
Metor Metanol 750
Acido aceacutetico IFC 5 Formaldehiacutedo Pequiven 3451 Componente de gasolina MTBE
Ecofuel 3451
Acido aceacutetico Metanol Holding Ltd
1549 Supermetanol Metanol 770
Solvente Petrochemical Investment Ltd
1549
Pequiven 49 Ecofuel 49
Super Octanos MTBE 550 Componente oxigenado de gasolina
Banca de Inversioacuten Mercantil
2
Pequiven 35 Amoniacuteaco 1200
Koch Industries 35 Snamprogetti 20 FertiNitro
Urea 1460 Fertilizante
Empresas Polar 10
CAPIacuteTULO I
13
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
El Muelle Petroquiacutemico de Jose es el proyecto de infraestructura maacutes
reciente realizado por Pequiven para exportar los productos petroquiacutemicos de las
plantas que operan y se proyectan en el oriente del paiacutes
La obra construida a un costo de 150 millones de doacutelares estaacute destinada a la
exportacioacuten de urea polietilenos amoniacuteaco etileno etilenglicol dietilenglicol
metanol MTBE y otros productos quiacutemicos de las plantas existentes Actualmente su
uso es destinado exclusivamente para el despacho de urea y amoniacuteaco El sistema de
carga de urea tiene capacidad para despachar 1000 toneladas meacutetricas por hora y el
de amoniacuteaco 1100 toneladas meacutetricas por hora
La obra estaacute disentildeada con posibilidades de ampliar las tuberiacuteas y brazos de
carga en etapas sucesivas sobre la plataforma existente sin afectar la operacioacuten
regular del muelle Dentro de dicho marco se encuentra el proyecto referido en este
Trabajo Especial de Grado Adicionalmente el disentildeo permite la construccioacuten de una
segunda plataforma y extender el muelle de contenedores
El embarcadero tiene una plataforma de soacutelidos para despachar urea con
capacidad para el atraque simultaacuteneo de un buque y otro de contenedores La
plataforma de liacutequidos estaacute dispuesta para el atraque de dos naves con productos
petroquiacutemicos En una tercera plataforma de servicios pueden atracar dos
remolcadores y una lancha de pasajeros la cual dispone de una daacutersena de 60
hectaacutereas a una profundidad de 14 metros A las plataformas del muelle tendraacuten
acceso buques de hasta 65 mil toneladas de peso muerto
El puente marino de concreto armado y pretensado de maacutes de 1500 metros
de longitud sostiene las plataformas y sirve de conexioacuten con todos los servicios hasta
la costa Descansa sobre pilotes metaacutelicos de 36 y 48 pies
CAPIacuteTULO I
14
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS
1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS [4]
Un fluido es una sustancia que sufre una deformacioacuten continua cuando estaacute
sujeta a un esfuerzo cortante La resistencia que un fluido real ofrece a tal
deformacioacuten se conoce con el nombre de viscosidad del fluido Para gases y liacutequidos
simples (bajo peso molecular) la viscosidad es constante cuando se fijan la presioacuten
estaacutetica y la temperatura Los materiales de este tipo se denominan newtonianos
Un fluido ideal o perfecto es un gas o liacutequido hipoteacutetico que no ofrece
resistencia al corte y tiene viscosidad cero En la mayor parte de los problemas de
flujo se obtienen resultados incorrectos al despreciar la viscosidad pero en los
mismos problemas pueden utilizarse las relaciones presioacuten-volumen-temperatura para
gases ideales
Si la viscosidad de un fluido es una funcioacuten del esfuerzo cortante
equivalente a la razoacuten de corte ademaacutes de la temperatura y presioacuten el fluido se
denomina no newtoniano Los fluidos no newtonianos se dividen generalmente en 3
clases
1) Aquellos cuyas propiedades son independientes del tiempo cuando son
sometidos a corte tales como
a) Fluidos plaacutesticos de Bingham probablemente son los fluidos
no newtonianos maacutes simples ya que soacutelo difieren de los fluidos newtonianos
en que su relacioacuten lineal entre el esfuerzo cortante y la razoacuten de corte no
parten del origen como se ilustra en curva B de la figura 3 se requiere un
esfuerzo cortante τy finito para que haya flujo Entre los ejemplos que pueden
citarse para un fluido que exhibe comportamiento plaacutestico de Bingham se
incluyen suspensiones de arena o granos y lodo de aguas negras
b) Fluidos pseudo plaacutesticos aquiacute se incluyen la mayor parte de los
fluidos no newtonianos entre los que se encuentran las soluciones polimeacutericas
CAPIacuteTULO I
15
o fundiciones y suspensiones de pulpa de papel o pigmentos En la figura 3 se
muestra la curva C tiacutepica del flujo de estos materiales
Figura 3 Diagrama de corte
Para estos fluidos la viscosidad disminuye a medida que aumenta el esfuerzo
de corte aplicado En general la curva de flujo en un intervalo de razoacuten de
corte puede aproximarse a la forma de la liacutenea recta en un diagrama
logariacutetmico con lo cual se tiene
1ltn con dydu
dyduK =
n 1minus
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛τ
Ec 1
Donde τ= esfuerzo cortante dudy= gradiente de velocidad K= iacutendice de
consistencia y n= exponente
c) Fluidos dilatantes son los que exhiben un comportamiento
reoloacutegico opuesto al de los materiales pseudo plaacutesticos es decir la viscosidad
aumenta a medida que aumenta el esfuerzo de corte aplicado Algunos
ejemplos de estos materiales son suspensiones de almidoacuten o mica en agua o
arenas movedizas
2) Aquellos cuyas propiedades son dependientes de la duracioacuten del corte
Incluye los materiales para los cuales el esfuerzo cambia con la duracioacuten de
esfu
erzo
cor
tant
e τ
τy
Plaacutestico de Bingham
Pseudoplaacutestico
Dilatante
Newtoniano A
B
C
D
Razoacuten de corte dudy
CAPIacuteTULO I
16
corte Se excluyen los cambios que podriacutean producirse por rompimiento
mecaacutenico o destruccioacuten de partiacuteculas o enlaces moleculares
a) Fluidos tixotroacutepicos son los que poseen una estructura que puede
sufrir un trastorno en funcioacuten del tiempo bajo corte Cuando la estructura sufre
alguacuten trastorno bajo una razoacuten de corte constante el esfuerzo cortante
decrece Esta estructura puede reconstruirse a siacute misma si cesa la fuerza
aplicada sobre el material Ejemplos de este tipo de fluidos son la mayonesa
lodo de perforacioacuten pinturas y tintas
b) Materiales reopeacutecticos son los que incrementan su viscosidad aparente
con mucha rapidez cuando son agitados o golpeados riacutetmicamente Algunos
ejemplos de estos materiales son las suspensiones coloidales de bentonita y
pentoacutexido de vanadio y las suspensiones de yeso en agua
3) Fluidos viscoelaacutesticos son aquellos que exhiben muchas de las caracteriacutesticas
de un soacutelido exhiben recuperacioacuten elaacutestica de la deformacioacuten que sufren
durante el flujo Los liacutequidos polimeacutericos forman la mayor parte de los fluidos
de esta clase En este tipo de fluidos tienen lugar esfuerzos normales es decir
esfuerzos perpendiculares a la direccioacuten de flujo ademaacutes de los esfuerzos
tangenciales usuales Estos esfuerzos provocan varios efectos no usuales por
ejemplo el ldquoefecto Weissenbergrdquo en que el fluido tiende a escalar un eje que
se encuentra girando en el fluido Las ecuaciones desarrolladas para fluidos
pseudo plaacutesticos se pueden aplicar para flujo de fluidos visco elaacutesticos en
estado estacionario no acelerado las propiedades elaacutesticas se manifiestan en
forma general como ldquoefectos terminalesrdquo
La unidad de viscosidad dinaacutemica (μ) en el sistema internacional (SI) es el
pascal-segundo (Pas) Un Pas es igual a 10 Poise 1000 centipoises (cP) o 0672
lb(fts)
CAPIacuteTULO I
17
La viscosidad cinemaacutetica (ν) de un fluido de densidad ρ y viscosidad μ es
ν=μρ Una unidad de viscosidad cinemaacutetica denominada stoke (St) es igual a
1cm2s La fluidez es el reciacuteproco de la viscosidad
1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS [4]
Se dice que un flujo es estacionario si no variacutea con el tiempo es decir
cuando la velocidad del flujo de masa es constante y todas las demaacutes cantidades
(temperatura presioacuten aacuterea transversal) son independientes del tiempo Por el
contrario se dice que un flujo es no estacionario cuando la velocidad de flujo de
masa yu otras cantidades variacutean en funcioacuten del tiempo El flujo no estacionario
puede originarse por la accioacuten de una vaacutelvula de control de una maquinaria
reciprocante o por tratarse de un flujo compuesto de dos fases inestables
Se dice que un flujo es acelerado si no es estacionario o si su velocidad
variacutea en la direccioacuten general del flujo Gran cantidad de efectos asociados con fluidos
visco elaacutesticos no newtonianos ocurren por lo general en flujo acelerado
Se dice que una corriente es uniforme si la forma y el tamantildeo de su seccioacuten
transversal son iguales a lo largo del canal Se dice que la temperatura o velocidad es
uniforme a lo largo de una regioacuten cuando tiene el mismo valor en todas sus partes en
un instante dado
La velocidad maacutesica media (G) de una corriente que pasa por una seccioacuten
transversal dada tomada en sentido perpendicular a la direccioacuten comuacuten del flujo que
pasa por el aparato es el cociente del flujo maacutesico entre el aacuterea de la seccioacuten
transversal dada A lo largo de un canal con un aacuterea de seccioacuten transversal uniforme
la velocidad media de masa es constante a menos que exista una acumulacioacuten o
agotamiento de material dentro de canal Cuando se estaacute considerando el flujo que
pasa por un haz de tubos o un lecho de soacutelidos se utiliza el teacutermino velocidad maacutesica
superficial para identificar la cantidad obtenida al dividir el flujo maacutesico entre el aacuterea
CAPIacuteTULO I
18
total de la seccioacuten transversal de la caacutemara circundante (sin restar la parte
correspondiente al corte transversal ocupado por las obstrucciones)
La velocidad lineal media (V) de una corriente que pasa por cualquier
seccioacuten transversal dada se toma usualmente como la cantidad obtenida cuando la
velocidad maacutesica media correspondiente se divide entre la densidad promedio en la
seccioacuten transversal dada A menos que le flujo sea isoteacutermico el teacutermino velocidad
lineal media no se puede interpretar salvo que se defina con precisioacuten la regla que se
eligioacute para determinar la densidad promedio En consecuencia siempre que sea
posible es preferible manejar el flujo no isoteacutermico en funcioacuten de la velocidad de
masa La velocidad lineal superficial corresponde a la velocidad superficial maacutesica
La carga de velocidad ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
cgV
22
es la carga estaacutetica equivalente a la
energiacutea cineacutetica de una corriente de velocidad uniforme V
Un nuacutemero de Reynolds (NRe) es cualquiera de varias cantidades
adimensionales de la forma μρLV que son proporcionales a la razoacuten de la fuerza
inercial a la fuerza viscosa en un sistema de flujo En este caso L= dimensioacuten lineal
caracteriacutestica del canal de flujo
Se puede predecir la transicioacuten de flujo turbulento a laminar en fluidos no
newtonianos de acuerdo con el concepto del nuacutemero de Reynolds Se toma como
reacutegimen laminar NRelt 2100 y para reacutegimen turbulento NRe gt 4000
El radio hidraacuteulico medio (RH) de un canal es igual al aacuterea de la seccioacuten
transversal de esa parte del canal que estaacute llena con fluido dividida entre la longitud
del periacutemetro huacutemedo El radio hidraacuteulico de una tuberiacutea circular es un cuarto del
diaacutemetro de donde en el caso de un ducto no circular se dice que el diaacutemetro
hidraacuteulico es cuatro veces el radio hidraacuteulico
La liacutenea aerodinaacutemica se define como aquella que queda en la direccioacuten del
flujo en cada uno de los puntos en un instante dado El flujo laminar se define como
aquel en el que las liacuteneas aerodinaacutemicas se mantienen bien definidas unas de otras en
CAPIacuteTULO I
19
toda su longitud Las liacuteneas aerodinaacutemicas no deben ser rectas necesariamente ni el
flujo constante siempre y cuando se satisfaga el criterio antes citado Este tipo de
movimiento se conoce tambieacuten con los nombres de flujo aerodinaacutemico o viscoso
Un flujo laminar con NRe lt 1 se conoce como flujo lento o flujo reptante
En este tipo de flujo se puede despreciar la fuerza inercial relativa a la fuerza viscosa
Si el nuacutemero de Reynolds de un sistema excede al nuacutemero criacutetico de
Reynolds casi siempre sucede que el movimiento no es laminar en toda la longitud
del canal sino que se generan turbulencias en la zona inicial de inestabilidad que se
extienden raacutepidamente por todo el fluido produciendo con ello una perturbacioacuten en el
patroacuten general de flujo El resultado es una turbulencia del fluido superpuesta al
movimiento primario de traslacioacuten generando lo que se conoce como flujo
turbulento
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS
1221 BALANCE DE ENERGIacuteA [4]
12211 Balance total de energiacutea
Consideacuterese una unidad de peso de fluido en un sistema de flujo y sean
i=entalpiacutea especiacutefica J= equivalente mecaacutenico de calor s= entropiacutea especiacutefica
u=energiacutea interna especiacutefica v= volumen especiacutefico Z= altura por arriba de cualquier
plano de referencia horizontal arbitrario En este caso la energiacutea potencial relativa al
nivel de referencia elegido es cg
Zg la energiacutea total cineacutetica es cg
V2
2 y la energiacutea
total de la unidad de peso de fluido es ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ ++
cc gV
gZgJu 2
2 Para un flujo
estacionario del fluido no se tendraacute ninguna acumulacioacuten o deficiencia ya sea de eacuteste
o de la energiacutea dentro del sistema y la energiacutea total del mismo se alteraraacute soacutelo
CAPIacuteTULO I
20
agregando o quitando calor de eacuteste o aplicando cualquier trabajo externo sobre el
sistema Por tanto
WJQg
Vg
gZJug
Vg
gZJucccc
+=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++minus⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++
22
211
1
222
2 Ec 2
donde los subiacutendices 1 y 2 indican las condiciones en la entrada y salida
respectivamente Q es el calor agregado utilizando fuentes externas al sistema W es
el trabajo externo neto aplicando a una libra de fluido mientras estaacute dentro del
aparato El teacutermino W se subdivide como sigue
eWvpvpW +minus= 2211 Ec 3
donde We= trabajo proporcionado por una fuente externa por ejemplo un ventilador
o una bomba
Si se combinan las ecuaciones 2 y 3 se obtiene
22
222
211
211
1 22vp
gV
ggZJuWJQvp
gV
ggZJu
cce
cc
+++=+++++ Ec 4
Esta expresioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica se denomina a menudo
balance global de energiacutea del teorema de Bernoulli En esta expresioacuten no se incluye
ninguacuten teacutermino de friccioacuten ya que eacuteste representa una conversioacuten de energiacutea
mecaacutenica en calor sin que el contenido general de energiacutea del sistema sufra cambio
alguno
Los teacuterminos de energiacutea cineacutetica de las ecuaciones antes citadas se aplican
estrictamente soacutelo cuando la velocidad a traveacutes de una seccioacuten transversal dada es
uniforme Cuando se trata de un flujo turbulento en tuberiacuteas circulares el teacutermino
cgV
22 es de 3 a 8 por debajo del valor real en tanto que para un flujo laminar en
tuberiacuteas circulares el teacutermino de energiacutea cineacutetica apropiado es cg
V 2 que permite
cierto margen para la distribucioacuten de velocidad paraboacutelica
CAPIacuteTULO I
21
12212 Balance de energiacutea mecaacutenica
El cambio de energiacutea interna J du de una libra de fluido se expresa como
JT ds ndash p dv Si estaacuten presentes otras formas de energiacutea por ejemplo la eleacutectrica y
sufre un cambio tales formas deberaacuten incluirse tambieacuten La presencia de friccioacuten
hace que el proceso se torne irreversible de donde JT ds = J dq + dF donde
F=peacuterdida de friccioacuten Tomando en consideracioacuten esta peacuterdida de friccioacuten y la
situacioacuten de irreversibilidad la ecuacioacuten de balance de masa se convierte en
cce
cc gV
ggZ
WFpvg
Vg
gZ22
222
2
1
211 +=+minuspartminus+ int Ec 5
La ecuacioacuten 5 se denomina forma de energiacutea mecaacutenica del teorema de
Bernoulli Para liacutequidos la integral int part2
1
pv se reduce a ( )12 ppv minus donde v es
praacutecticamente constante
12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema
Existe una distincioacuten real entre la caiacuteda de presioacuten y la peacuterdida por friccioacuten
La caiacuteda de presioacuten representa una conversioacuten de energiacutea de presioacuten en cualquier otra
forma de energiacutea mientras que la peacuterdida por friccioacuten representa una peacuterdida neta de
la energiacutea de trabajo total disponible que caracteriza al fluido Los dos teacuterminos se
relacionan entre siacute por medio de la ecuacioacuten 5
Hay dos meacutetodos para evaluar la caiacuteda general de presioacuten de un sistema si se
recurre a varias resistencias en serie El primer meacutetodo comprende el caacutelculo de la
caiacuteda de presioacuten de cada resistencia individual tomando en cuenta el signo algebraico
correspondiente y luego sumando todos los teacuterminos que componen el sistema total
El segundo meacutetodo consiste en calcular la peacuterdida por friccioacuten de cada resistencia
individual la suma de todos los teacuterminos particulares y la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 5
para obtener la caiacuteda de presioacuten general La suma de las caiacutedas de presioacuten puede
utilizarse en sistemas compuestos de liacuteneas ramificadas
CAPIacuteTULO I
22
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS [4]
12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares
En el caso de flujo laminar en tuberiacuteas circulares el patroacuten de velocidad tiene
forma paraboacutelica con una velocidad maacutexima en el centro e igual a dos veces la
velocidad promedio (V) La velocidad local (u) en cualquier punto de la seccioacuten
transversal estaacute expresada por
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
2
2
12wrr
Vu Ec 6
donde r= radio en el punto en cuestioacuten y rw= radio de la tuberiacutea
12222 Flujo incompresible
El flujo se consideraraacute como incompresible si la sustancia en movimiento es
un liacutequido o si se trata de un gas cuya densidad cambia dentro del sistema en un
valor no mayor de 10 En este caso se utiliza la densidad de entrada el error
resultante en la caiacuteda de presioacuten calculada no sobrepasaraacute por lo comuacuten los liacutemites de
incertidumbre del factor de friccioacuten
12223 Tuberiacuteas circulares
La ecuacioacuten de Fanning para flujo estacionario en tuberiacuteas circulares
uniformes que corren llenas de liacutequido en condiciones isoteacutermicas
52
21
522
21
2
211
21 3232
244
24
DgqfL
DgfL
gG
DfL
hDfL
gV
DfL
Fccc
vc πρπ
ωρ
==⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛= Ec 7
expresa la peacuterdida por friccioacuten F en energiacutea especiacutefica donde D= diaacutemetro del
conducto L1= longitud del conducto hv= carga de velocidad (V22gc) ω= flujo en
peso del fluido q= flujo volumeacutetrico del fluido f= factor de friccioacuten de Fanning La
caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten es Δp= Fρ
El factor de friccioacuten de Fanning f es una funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la
aspereza de la superficie interna del canal (ε) Una correlacioacuten que se utiliza con
mucha frecuencia es el diagrama de Moody que es una graacutefica del factor de friccioacuten
CAPIacuteTULO I
23
de Fanning en funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la aspereza relativa εD tal como se
muestra en la figura 4 En la tabla 2 se presentan valores de ε para varios materiales
Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales
Material Aspereza de superficie ε [mm]
Tubos estirados (latoacuten plomo vidrio y similares) 000152
Acero comercial o hierro 00457
Hierro fundido asfaltado 0122
Hierro galvanizado 0152
Hierro fundido 0259
Duelas de madera 0183 - 00914
Concreto 0305 - 305
Acero remachado 0914 - 914
Figura 4 Diagrama de Moody
CAPIacuteTULO I
24
El diagrama de Moody para flujo turbulento (NRe gt 4000) se representa por
medio de la ecuacioacuten de Colebrook
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
fNDf Re
51273
log21 ε Ec 8
La ecuacioacuten anterior se reduce a la ecuacioacuten de Prandtl cuando εD=0
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
fNf Re
2561log41 Ec 9
Para tuberiacuteas rugosas se aplica la ecuacioacuten de von Kaacutermaacuten
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛minus=
Df 73log41 ε Ec 10
Cuando se tiene especificada la velocidad del flujo el factor de friccioacuten
puede ser calculado mediante la ecuacioacuten 11
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
7log6031 ReN
f Ec 11
O para NRe le 105 mediante la ecuacioacuten de Blasius
41Re
07910N
f = Ec 12
Para flujo turbulento (NRe gt 4000) se han desarrollado las ecuaciones
siguientes expliacutecitas en las incoacutegnitas Para el caacutelculo del flujo
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+
minus=
f
f
gDSDv
D
gDSDq
78173
log22
ε
π Ec 13
donde Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto
(ΔpgcρgL)
CAPIacuteTULO I
25
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten se cuenta con la
ecuacioacuten
2
90Re
2
5
74573
log
2030
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
ND
qgSD f
ε Ec 14
el error introducido al aplicar esta ecuacioacuten es menor de plusmn1 para el intervalo
5x103 le NRe le 108 10-6 le εD le 102
Para el caacutelculo del diaacutemetro del ducto se tiene
200200
3
5250
2
5
2
5
1250⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
f
ff
gSqv
qgS
qgSD ε Ec 15
el error que se tiene al aplicar esta ecuacioacuten es menor que plusmn2 para el intervalo
3x103 le NRe le 3x108 2x10-6 le εD le 2x102
Para verificaciones o estimaciones aproximadas el concepto carga de
velocidad puede aplicarse a la primera de las dos formas de la ecuacioacuten 7
12224 Fluidos no newtonianos
Mediante la figura 5 es posible determinar la caiacuteda de presioacuten debida a la
friccioacuten para el flujo laminar de fluidos no newtonianos en tuberiacuteas circulares Eacutesta
muestra una curva de flujo tiacutepica en coordenadas cartesianas DΔp4L es el esfuerzo
cortante en la pared τw y 8VD es la relacioacuten para la razoacuten de corte en la pared
CAPIacuteTULO I
26
Figura 5 Curva de flujo general
La curva de flujo se determina a partir de pruebas de laboratorio o a pequentildea
escala con el fluido no newtoniano especiacutefico
En la regioacuten laminar la curva es independiente del diaacutemetro de la tuberiacutea en
el caso de fluidos no newtonianos independientes del tiempo Si el fluido depende del
tiempo se obtendraacute una curva por separado para cada diaacutemetro y longitud de tuberiacutea
Para plaacutesticos de Bingham la ecuacioacuten teoacuterica del flujo es
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
4
31
3418
w
y
w
ywcgDV
ττ
ττ
ητ Ec 16
Si 4
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
w
yτ
τ es relativamente pequentildea por ejemplo en caso de esfuerzos
cortantes grandes o caiacutedas de presioacuten la ecuacioacuten puede ser aproximada por
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus= yw
cgDV ττ
η 348 Ec 17
El error causado al omitir el uacuteltimo teacutermino de la ecuacioacuten es inferior al 2
para τyτw menor a 04 La viscosidad aparente μa se obtiene al introducir la ecuacioacuten
anterior en la ecuacioacuten de Poiseuille
ητ
μ +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
VDg yc
a 6 Ec 18
τw = DΔp4L
8VD
Regioacuten laminar
Regioacuten turbulenta
CAPIacuteTULO I
27
En estas ecuaciones Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica η= viscosidad plaacutestica y
τy= esfuerzo de cedencia
Para aquellos fluidos a los que se aplica la ley de potencia sirve la ecuacioacuten
donde
( )[ ]⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus
=part
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ ⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛ Δpart
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛prime=
Δ
prime
prime
DV
nn
ru
nD
VL
pD
n
nnKK
DVK
LpD
w
n
n
84
13
8ln
4ln
413
84
Ec 19
Ec 20
Ec 21
Ec 22
nacute= exponente de la ley de potencia pendiente de la liacutenea de la graacutefica de
DΔp4L contra 8VD en coordenadas logariacutetmicas wr
u⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus = razoacuten del esfuerzo
cortante en la pared Kacute= constante Si nacute= 1 el fluido seraacute newtoniano si nacutelt1 se
trataraacute de un fluido pseudo plaacutestico o plaacutestico de Bingham y cuando nacutegt1 el fluido
seraacute dilatante
El liacutemite de flujo laminar constante o estable se toma comuacutenmente como
NacuteRe=2100 donde
1
2Re
8 minusprime
primeminusprime
prime=
==prime
nc
nn
Kg
VDdogeneralizaeynoldsRdenuacutemeroN
γγρ
o bien NacuteRe = DVρ μa = 2100 para plaacutesticos de Bingham
Ec 23 Ec 24
CAPIacuteTULO I
28
En flujos turbulentos la curva de flujo general (Fig 5) se interrumpe El
punto de interrupcioacuten seraacute diferente para distintos diaacutemetros de tuberiacutea Para predecir
la caiacuteda de presioacuten del flujo turbulento de fluidos no newtonianos independientes del
tiempo el factor de friccioacuten de Fanning se obtiene del diagrama de Moody aplicando
el nuacutemero generalizado de Reynolds Para fluidos que se comportan como plaacutesticos
de Bingham nacuteasymp1 en flujo turbulento la caiacuteda de presioacuten puede predecirse a partir de
la correlacioacuten de friccioacuten de Fanning para fluidos newtonianos utilizando para la
viscosidad del fluido la viscosidad plaacutestica (η)
Se puede lograr una reduccioacuten de la peacuterdida por friccioacuten en flujos turbulentos
de liacutequidos newtonianos agregando poliacutemeros solubles de alto peso molecular en
concentraciones extremadamente reducidas En estos sistemas el acuerdo general es
que el comportamiento de reduccioacuten de arrastre se asocia con la naturaleza
viscoelaacutestica de las soluciones en la regioacuten de corte cercana a la pared Es necesario
un poliacutemero de peso molecular miacutenimo para iniciar la reduccioacuten de arrastre con un
flujo especiacutefico Existe una concentracioacuten criacutetica por encima de la cual no ocurre la
reduccioacuten de arrastre Para determinar la reduccioacuten de arrastre maacutexima en tuberiacuteas
lisas se aplica la siguiente ecuacioacuten
580ReRe
5807350log191N
fmenteaproximadaofNf
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus= Ec 25
para 4000 lt NRe lt 40000
12225 Flujo no isoteacutermico
En flujos no isoteacutermicos de liacutequidos f se incrementa sensiblemente cuando el
liacutequido se estaacute enfriando y disminuye al calentarse Los datos disponibles que
corresponden mayormente a aceites se calculan de manera aproximada encontrando
primero f para el flujo isoteacutermico del liacutequido a la temperatura de la corriente principal
y luego dividiendo el resultado en caso de enfriamiento entre (μaμw)023 si se
encuentra en la regioacuten laminar o por (μaμw)011 si estaacute en la regioacuten turbulenta o bien
en casos de calentamiento por (μaμw)038 si se trata de la regioacuten laminar o por
(μaμw)017 si es la turbulenta En este caso μa es la viscosidad a la temperatura de la
CAPIacuteTULO I
29
corriente principal y μw es la viscosidad a la temperatura de la pared Ademaacutes ρ=1v
variacutea con la temperatura pero debido a la incompresibilidad no lo hace con la
presioacuten Por lo tanto la ecuacioacuten 26 se utiliza para calcular la caiacuteda de presioacuten en
conductos de caudal completo por ejemplo tubos intercambiadores de calor
( )Lk
gg
RgLvfG
gvvG
pp promcHc
prom
c
ρ++minus
=minus2
212
2
21 Ec 26
Donde p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba p2= presioacuten estaacutetica corriente
abajo v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba v2= volumen
especiacutefico en condiciones corriente abajo vprom= volumen especiacutefico promedio
ρprom= densidad promedio K= sen θ en donde θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la
horizontal
El flujo de liacutequidos viscosos en canales pequentildeos por ejemplo tubos
capilares va acompantildeado con frecuencia de grandes caiacutedas de presioacuten La conversioacuten
de la energiacutea de trabajo en calor a traveacutes del esfuerzo cortante viscoso genera un
aumento de temperatura apreciable ΔTa= ΔpcvρJ en donde ΔTa= aumento global de
la temperatura y cv= calor especiacutefico del fluido El aumento en la velocidad de flujo
debido a una reduccioacuten de viscosidad es mucho mayor que la que corresponde al
aumento global de temperatura ya que gran parte del calor se genera cerca de las
paredes del canal lo cual genera un aplanamiento del perfil de velocidad
12226 Flujo turbulento
Las foacutermulas y los meacutetodos generales incluidos bajo el tiacutetulo ldquoflujo
incompresiblerdquo se aplican soacutelo a una longitud diferencial del conducto a traveacutes del
cual se considera que la densidad es constante Por ende generalmente se usa la
ecuacioacuten de Fanning en su forma diferencial
HcHcc RgfG
RgfV
DgfV
xF
2
222
2224
ρ===
partpart Ec 27
CAPIacuteTULO I
30
Al sustituir esta uacuteltima ecuacioacuten en la forma diferencial del balance de
energiacutea mecaacutenica se tiene
xgg
RgfV
gVVpv
cHcc
part⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
part+part θsen
2
2 Ec 28
donde v= 1ρ = volumen especiacutefico del fluido (sen θ) dx = dz = distancia vertical a
traveacutes de la cual el fluido se eleva cuando se desplaza a una distancia dx a lo largo de
una tuberiacutea We del balance de energiacutea se iguala a cero suponiendo que no hay
ninguna bomba conectada a la liacutenea En ductos uniformes la velocidad de masa G=
Vv es constante de manera que si p se conoce como una funcioacuten exclusiva de v v dp
se escribe como φ(v)dv En tal caso cuando senθ es constante las variables de la
ecuacioacuten anterior son separables y se puede hacer la integracioacuten exacta aunque
pudieran requerirse procedimientos graacuteficos
12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales)
Al integrar la uacuteltima ecuacioacuten para el caso de gases ideales se obtiene la
siguiente expresioacuten
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=minus
2
12
22
21 ln
21
pp
fLR
MRgRTfLGpp H
Hc
Ec 29
En conductos de longitud apreciable el uacuteltimo teacutermino entre pareacutentesis es
generalmente despreciable a menos que la caiacuteda de presioacuten sea muy grande Por
ejemplo si LD = 100 (p1-p2)p1 puede ser tan grande como 020 antes que el error
introducido al omitir el uacuteltimo teacutermino sea tan grande como la incertidumbre del
factor de friccioacuten Cuando se omite el uacuteltimo teacutermino la ecuacioacuten se describe como
sigue
Hpromc RgfLGpp
acute
2
21 2 ρ=minus Ec 30
donde ρprom= densidad a la presioacuten promedio (p1-p2)2 Para una tuberiacutea circular
CAPIacuteTULO I
31
12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento
Al seleccionar el tamantildeo de tuberiacutea que va a utilizarse en un sistema de
manejo de fluidos se tiene con frecuencia una variedad de diaacutemetros permisibles que
comprenden dos o maacutes tamantildeos estaacutendar de tuberiacutea En tales casos la seleccioacuten final
deberaacute realizarse sobre una base econoacutemica de modo que el uacuteltimo incremento de la
inversioacuten reduzca los costos de operacioacuten lo suficiente para producir la recuperacioacuten
miacutenima requerida sobre la inversioacuten Cuando se trata de liacuteneas de tuberiacuteas largas que
se tienden a campo traviesa utilizando tuberiacuteas de aleacioacuten de longitud y complejidad
apreciable o tuberiacuteas con vaacutelvulas de control conviene efectuar anaacutelisis detallados de
la inversioacuten y los costos de operacioacuten
12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar
Las liacuteneas de tuberiacutea para el transporte de liacutequidos de gran viscosidad en
plantas quiacutemicas o refineriacuteas de petroacuteleo raramente se disentildean basaacutendose en forma
exclusiva en los aspectos econoacutemicos Sucede maacutes a menudo que el tamantildeo estaacute
condicionado por la caiacuteda de presioacuten disponible limitaciones del esfuerzo cortante o
por consideraciones del tiempo de residencia [4]
122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas
Las determinaciones experimentales de la resistencia de accesorios y vaacutelvulas
usualmente se llevan a cabo midiendo la peacuterdida general por friccioacuten en un sistema
constituido de dos o maacutes longitudes de tuberiacutea recta conectadas en serie por medio de
un nuacutemero apropiado de accesorios o vaacutelvulas ideacutenticos Para obtener la peacuterdida
producida por estos elementos la peacuterdida por friccioacuten en una tuberiacutea recta se resta de
la peacuterdida general o total por friccioacuten Existen tres convenios especiacuteficos ya
establecidos para calcular la longitud de la tuberiacutea recta del sistema de prueba
1) Se toma la longitud verdadera de la liacutenea central de todo el sistema
2) Se suman las longitudes de los tramos individuales de tuberiacutea que son
verdaderamente rectos
CAPIacuteTULO I
32
3) Se suman las distancias entre las intersecciones de las liacuteneas centrales
alargadas correspondientes a tuberiacuteas rectas sucesivas
122211 Accesorios y vaacutelvulas
Para flujo turbulento la peacuterdida adicional por friccioacuten producida por
accesorios y vaacutelvulas se justifica expresando la peacuterdida ya sea como una longitud
equivalente de tuberiacutea recta en diaacutemetros de tuberiacutea LeD o como la cantidad de
cargas de velocidad (K1) peacuterdidas en una tuberiacutea del mismo tamantildeo K1 se define
como sigue
cgV
FK2
21Δ
= Ec 31
donde ΔF= peacuterdida adicional por friccioacuten (peacuterdida total por friccioacuten menos peacuterdida
por friccioacuten correspondiente a la longitud de la liacutenea central de la tuberiacutea recta) Las
cantidades LeD y K1 no son del todo comparables pero ambas son exactas dentro de
los liacutemites de los datos disponibles o diferentes en detalles a los accesorios y vaacutelvulas
comerciales existentes Teoacutericamente K1 deberaacute ser constante para todos los tamantildeos
de un disentildeo de accesorios o vaacutelvulas dadas si todos ellos fueran geomeacutetricamente
similares sin embargo raramente se logra esa similitud geomeacutetrica Los datos
indican que la resistencia K1 tiende a disminuir al incrementarse el tamantildeo del
accesorio o la vaacutelvula
Para liacuteneas fuera de planta la longitud de tuberiacutea recta aproximada puede ser
estimada del plano de distribucioacuten Debido a que los accesorios en liacuteneas fuera de
planta tienen usualmente una longitud equivalente comprendida entre 20 y 80 de
la longitud real se puede aplicar un factor multiplicador entre 12 y 18 para estimar
longitudes de tuberiacuteas rectas [2]
La tabla 3 muestra valores de longitudes equivalentes de tuberiacutea recta nueva
para peacuterdida por friccioacuten en vaacutelvulas y accesorios en pies para acero al carboacuten con
rugosidad= 00018 in (para flujo completamente turbulento) seguacuten el diaacutemetro de la
tuberiacutea
CAPIacuteTULO I
33
Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta (ft)
Tomado del Manual de Ingenieriacutea de Disentildeo de PDVSA Volumen 13ndashIII LndashTP 15
Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Procedimiento de Ingenieriacutea
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS
1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS [4]
La necesidad de bombear fluidos surge de la necesidad de transportar eacutestos
de un lugar a otro a traveacutes de ductos o canales El movimiento de un fluido a traveacutes de
un ducto o canal se logra por medio de una transferencia de energiacutea Los medios
comuacutenmente empleados para lograr flujo en los fluidos son gravedad
CAPIacuteTULO I
34
desplazamiento fuerza centriacutefuga fuerza electromagneacutetica transferencia de cantidad
de movimiento (momento) impulso mecaacutenico o combinaciones de estos medios
Despueacutes de la gravedad el medio maacutes empleado es la fuerza centriacutefuga
12311 Desplazamiento
La descarga de un fluido de recipiente mediante desplazamiento parcial o
total de su volumen interno con un segundo flujo o por medios mecaacutenicos es el
principio de funcionamiento de muchos dispositivos de transporte de fluidos En este
grupo se incluyen maacutequinas de diafragma y de pistoacuten de movimiento alternativo los
tipos de engranajes y paletas giratorias los compresores de pistoacuten para fluidos los
depoacutesitos ovalados para aacutecidos y los elevadores por accioacuten de aire
12312 Fuerza centriacutefuga
Cuando se utiliza fuerza centriacutefuga eacutesta es proporcionada por medio de una
bomba centriacutefuga o de un compresor Aunque variacutea mucho el aspecto fiacutesico de los
diversos tipos de compresores y bombas centriacutefugas la funcioacuten baacutesica de cada uno de
ellos es siempre la misma es decir producir energiacutea cineacutetica mediante la accioacuten de
una fuerza centriacutefuga y a continuacioacuten convertir parcialmente esta energiacutea en
presioacuten mediante la reduccioacuten eficiente de la velocidad del fluido en movimiento
En general los dispositivos centriacutefugos de transporte de fluidos tienen las
caracteriacutesticas siguientes
1 La descarga estaacute relativamente libre de pulsaciones
2 El disentildeo mecaacutenico se presta a flujos elevados lo que significa que las
limitaciones de capacidad constituyen raramente un problema
3 Pueden asegurar un desempentildeo eficiente a lo largo de un intervalo amplio
de presiones y capacidades incluso cuando funcionan a velocidad
constante
4 La presioacuten de descarga es una funcioacuten de la densidad del fluido
5 Son dispositivos de velocidad relativamente baja y maacutes econoacutemicos
CAPIacuteTULO I
35
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber queacute liacutequido se
va a manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa La tarea de seleccioacuten de bombas se complica con frecuencia por la
presencia de soacutelidos en el liacutequido y las caracteriacutesticas de corrosioacuten del liacutequido que
exigen materiales especiales de construccioacuten Los soacutelidos pueden acelerar la erosioacuten y
corrosioacuten tener tendencia a aglomerarse o pueden exigir un manejo delicado para
evitar la degradacioacuten indeseable
Debido a la gran variedad de tipos de bombas y la cantidad de factores que
determinan la seleccioacuten de cualquiera de ellas para una instalacioacuten especiacutefica el
disentildeador debe eliminar primero todas las que no ofrezcan posibilidades razonables
La seleccioacuten de los materiales de construccioacuten de bombas estaacute de acuerdo con las
consideraciones sobre corrosioacuten erosioacuten seguridad del personal y contaminacioacuten del
liacutequido [4]
1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS
Las ventajas primordiales de una bomba centriacutefuga son la sencillez el bajo
costo inicial el flujo uniforme (sin pulsaciones) el pequentildeo espacio necesario para su
instalacioacuten los bajos costos de mantenimiento el funcionamiento silencioso y su
capacidad de adaptacioacuten para su empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de
turbina
Una bomba centriacutefuga en su forma maacutes simple consiste en un impulsor que
gira dentro de una carcasa Los impulsores pueden tener ejes de rotacioacuten horizontales
o verticales para adaptarse al trabajo que se vaya a realizar Por lo comuacuten los
impulsores resguardados o de tipo cerrado suelen ser maacutes eficientes Los impulsores
de tipo abierto o semiabierto se emplean para liacutequidos viscosos o que contengan
CAPIacuteTULO I
36
materiales soacutelidos asiacute como tambieacuten en muchas bombas pequentildeas para servicios
generales [4]
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS
1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN [4]
El coacutedigo para tuberiacuteas a presioacuten (ASME B31) consiste en cierto nuacutemero de
secciones que constituyen en forma colectiva el coacutedigo Las secciones se publican
como documentos independientes por sencillez y conveniencia Las secciones
difieren sensiblemente unas de otras El alcance y aplicacioacuten del Coacutedigo B313 se
refiere a todas aquellas tuberiacuteas dentro de los liacutemites de las instalaciones dedicadas al
procesamiento y manejo de productos petroquiacutemicos y conexos salvo aquellos
proscritos por el coacutedigo
El Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code (ASME B313) es
una seccioacuten de ASME B31 derivado de la fusioacuten de los coacutedigos de tuberiacuteas para
plantas quiacutemicas (ASME B316) y refineriacuteas de petroacuteleo (ASME B313)
El American National Standards Institute (ANSI) y el American Petroleum
Institute (API) han establecido normas dimensionales para los componentes de
tuberiacuteas maacutes utilizados En las secciones del coacutedigo ASME B31 es posible encontrar
especificaciones sobre materiales de tuberiacuteas y accesorios y meacutetodos de prueba de la
American Society for Testing and Materials (ASTM) especificaciones de la
American Welding Society (AWS) y normas de la Manufacturers Standardization
Society of the Valve and Fitting Industry (MSS) Muchas de estas normas contienen
relaciones de presioacuten-temperatura que sirven como ayuda a los ingenieros en su
trabajo de disentildeo No obstante debe tenerse en cuenta que el empleo de normas
publicadas no elimina la necesidad de aplicar el criterio de ingenieriacutea
La introduccioacuten del coacutedigo establece requisitos de ingenieriacutea considerados
como necesarios para el disentildeo seguro y la construccioacuten de sistemas de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
37
Aunque la seguridad es la consideracioacuten baacutesica del coacutedigo no es el factor que
predomina en la especificacioacuten final de ninguacuten sistema de tuberiacutea a presioacuten
Los disentildeadores deben tener en cuenta que el coacutedigo no es un manual de
disentildeo y no se establece para evitar la necesidad de un criterio de ingenieriacutea
competente
1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS [4]
La seleccioacuten de materiales que resistan al deterioro a consecuencia del uso
estaacute fuera del alcance del coacutedigo ASME B313 no obstante la experiencia ha
ayudado a recopilar las siguientes consideraciones sobre los materiales
1) Posible exposicioacuten al fuego con respecto a la peacuterdida de elasticidad
temperatura de degradacioacuten punto de fusioacuten o combustibilidad de la tuberiacutea
o material de soporte
2) Capacidad del aislamiento teacutermico para proteger la tuberiacutea del fuego
3) Sensibilidad de la tuberiacutea a fallas quebradizas que puedan ocasionar una
peligrosa fragmentacioacuten o falla al choque teacutermico cuando se expone al
fuego
4) Sensibilidad de los materiales de la tuberiacutea al agrietamiento por corrosioacuten en
aacutereas donde existe estancamiento (juntas roscadas) o efectos electroliacuteticos
nocivos cuando el metal es puesto en contacto con otro metal diferente
5) La conveniencia de utilizar empaques sellos rellenos y lubricantes que sean
compatibles con el fluido que se maneja
6) El efecto refrigerante de peacuterdidas repentinas de presioacuten en fluidos volaacutetiles
al determinar la temperatura miacutenima de empleo esperada
CAPIacuteTULO I
38
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos
Las siguientes son caracteriacutesticas que deben evaluarse cuando se utilicen
materiales metaacutelicos para la tuberiacutea
1 Hierro colado maleable y alto silicio (145) Su baja ductilidad y su
sensibilidad a los choques teacutermicos y mecaacutenicos
2 Acero al carbono y aceros de baja e intermedias aleaciones
- La posibilidad de resquebrajamiento cuando se manejen fluidos alcalinos o
caacuteusticos
- La posible degradacioacuten de carburos a grafito cuando se tenga una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 427degC Esto se debe
considerar para aleaciones de acero al carbono acero-niacutequel acero al
carbono-manganeso acero al manganeso-vanadio y acero al carbono-silicio
- La posible conversioacuten de carburos en grafito cuando se tiene una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 468degC la aleacioacuten de
acero al carbono-molibdeno acero al manganeso-molibdeno-vanadio y
acero al cromo-vanadio
- Las ventajas de utilizar acero al silicio-carbono (01 de silicio como
miacutenimo) para temperaturas superiores a 480degC
- La posibilidad de ataque por hidroacutegeno cuando la tuberiacutea es expuesta a este
elemento o a soluciones acuosas aacutecidas en ciertas condiciones de presioacuten y
temperatura
- La posibilidad de que la tuberiacutea se deteriore cuando se exponga a sulfuro de
hidroacutegeno
3 Acero de altas aleaciones (inoxidable)
- La posibilidad de que la corrosioacuten llegue a tener proporciones importantes
cuando la tuberiacutea de aceros inoxidables austeniacuteticos se exponga a medios
como cloruros y haluros ya sea externa o internamente Lo anterior puede
CAPIacuteTULO I
39
ser el resultado de una seleccioacuten o aplicacioacuten inadecuada del aislamiento
teacutermico
- La sensibilidad a la corrosioacuten intergranular del acero inoxidable austeniacutetico
despueacutes de estar expuesto a temperaturas entre 427 y 871degC a menos que se
establezca o se utilice acero al carbono de bajo grado
- La posibilidad de un ataque intercristalino del acero inoxidable austeniacutetico
por contacto con zinc o plomo a temperaturas por encima de sus puntos de
fusioacuten o con muchos compuestos de zinc y plomo a temperaturas elevadas
similares
- La fragilidad del acero inoxidable ferriacutetico a temperatura ambiente
posterior al uso por encima de 370degC
4 Niacutequel y aleaciones a base de Niacutequel
- La sensibilidad al ataque superficial del niacutequel y aleaciones a base de niacutequel
que no contengan cromo cuando se expongan a pequentildeas cantidades de
azufre a temperaturas superiores a 315degC
- La sensibilidad al ataque superficial de las aleaciones a base de niacutequel que
contengan cromo a temperaturas superiores a 595degC en condiciones
reductoras y por encima de 760degC en condiciones oxidantes
- La posibilidad de un ataque por corrosioacuten en forma de grietas a aleaciones
de niacutequel-cobre en vapores de aacutecido fluorhiacutedrico si la aleacioacuten es sometida
a gran esfuerzo o contiene residuos de soldadura o del molde
5 Aluminio y aleaciones de aluminio
- La compatibilidad de los componentes roscados con aluminio para prevenir
la ligadura o atenazamiento en las uniones
- La posibilidad de corrosioacuten a causa del concreto mortero cal yeso y otros
materiales alcalinos empleados en la construccioacuten u otras estructuras
CAPIacuteTULO I
40
- La posibilidad de que las aleaciones 5154 5087 5083 y 5456 sufran
exfoliacioacuten o ataque intergranular y que la temperatura superior sea de
65degC a fin de evitar tal deterioro
6 Cobre y aleaciones de cobre
- La posibilidad de que las aleaciones de bronce se degraden en el contenido
de zinc
- La sensibilidad a la corrosioacuten por las aleaciones a base de cobre
- La posibilidad de formacioacuten de acetiluros inestables cuando se exponen a
acetileno
7 Titanio y aleaciones de titanio la posibilidad de que las tuberiacuteas de titanio y
sus aleaciones sufran deterioro cuando la temperatura sea superior a 315degC
8 Zirconio y aleaciones de zirconio la posibilidad de que se deteriore la
tuberiacutea cuando la temperatura sea superior a 315degC
9 Tantalio cuando la temperatura sea superior a 300degC existe la posibilidad de
que el tantalio reaccione con todos los gases excepto los inertes Por debajo
de esta temperatura la tuberiacutea puede ser quebradiza a consecuencia del
hidroacutegeno naciente (monoatoacutemico no molecular) El hidroacutegeno naciente se
produce por accioacuten galvaacutenica o surge a consecuencia de la corrosioacuten
originada por algunos componentes quiacutemicos
1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL
CARBONO Y ACERO INOXIDABLE [4]
Los sistemas de tuberiacuteas de metales ferrosos que incluyen los aceros
maleables al carbono e inoxidables son los que maacutes se utilizan y tienen mayor
cobertura de parte de las normas internacionales
CAPIacuteTULO I
41
12431 Tubos y tuberiacuteas
Se dividen en dos clases principales soldados y sin costura Las tuberiacuteas sin
costura como designacioacuten comercial son las tuberiacuteas hechas mediante el forjado de
un soacutelido circular su perforacioacuten mediante la rotacioacuten simultaacutenea y el paso obligado
sobre una punta perforada y su reduccioacuten mediante el laminado y el estiramiento Sin
embargo se producen tambieacuten tubos y tuberiacuteas sin costura mediante la extrusioacuten el
colado en moldes estaacuteticos o centriacutefugos la forja y la perforacioacuten La tuberiacutea sin
costura tiene la misma resistencia a lo largo de toda la pared Las tuberiacuteas sin costura
perforadas tienen con frecuencia la superficie interna exceacutentrica con relacioacuten a la
externa lo que da como resultado un espesor no uniforme en las paredes
Las tuberiacuteas soldadas se hacen con bandas laminadas conformadas en
cilindros y soldadas en las costuras por varios meacutetodos Se atribuye a las soldaduras
del 60 al 100 de la resistencia de las paredes de la tuberiacutea dependiendo de los
procedimientos de soldadura e inspeccioacuten Se pueden obtener diaacutemetros mayores y
razones maacutes bajas de espesores de las paredes respecto al diaacutemetro en las tuberiacuteas
soldadas que en las tuberiacuteas sin costura (aparte de las coladas) Se obtiene un espesor
uniforme de las paredes Las pruebas hidrostaacuteticas no revelan tramos muy cortos de
soldaduras completadas en forma parcial Esto presenta la posibilidad de que se
puedan desarrollar prematuramente fugas pequentildeas cuando se manejen fluidos
corrosivos o se exponga la tuberiacutea a la corrosioacuten externa Es preciso tomar en cuenta
la soldadura en los procedimientos de desarrollo para el acodamiento el abocinado y
la expansioacuten de las tuberiacuteas soldadas
Las combinaciones de espesor adicional tamantildeo adicional y espesor de pared
se encuentran disponibles para la manufactura de tubos Las clasificaciones maacutes
comunes de tubos son ldquoa presioacutenrdquo y ldquomecaacutenicardquo El espesor de pared (medido) se
especifica por la ldquopared mediardquo o ldquopared miacutenimardquo La pared miacutenima es maacutes costosa
que la pared media y a consecuencia de las tolerancias maacutes estrechas para espesor de
pared y diaacutemetro la medicioacuten para ambos sistemas hace que la tuberiacutea a presioacuten sea
maacutes costosa Sin embargo los tubos soldados de acero al carbono de pared media
CAPIacuteTULO I
42
resistentes a la electricidad con diaacutemetro externo de 2⅜ 2⅞ 3frac12 4frac12 in obtenidos de
bobinas sobre rodillos de formado progresivo y probadas electromagneacuteticamente maacutes
que a presioacuten compiten vigorosamente con las tuberiacuteas
12432 Juntas
Las tuberiacuteas se deben unir a otras tuberiacuteas y otros componentes El disentildeo
oacuteptimo requiere un trabajo de montaje miacutenimo y preveacute la misma resistencia que posee
la tuberiacutea para
1) Presioacuten interna en lo que se refiere a las fracturas y fugas
2) Momentos de torsioacuten que se producen al tender tramos largos de tuberiacuteas
entre los soportes o debido a la dilatacioacuten teacutermica en las tuberiacuteas con
acodamientos dobles
3) Deformacioacuten axial por la presioacuten interna que actuacutea sobre los cambios de
direccioacuten llaves ciegas y vaacutelvulas cerradas o por la contraccioacuten teacutermica en
los tramos rectos
4) Fractura o fugas en el caso de que se produzca alguacuten incendio
Las juntas de tuberiacuteas ideales estaacuten libres de cambios en cualquier dimensioacuten
de pasaje del flujo o la direccioacuten que incremente la caiacuteda de presioacuten o impida el
drenaje completo Estaraacute libre de hendiduras en las que se pueda acelerar la corrosioacuten
Requeriraacute un trabajo miacutenimo para su desmontaje Al efectuar la seleccioacuten seraacute preciso
tomar en cuenta la frecuencia con la que se tendriacutea que desmontar la junta En
teacuterminos generales las juntas faacuteciles de desmontar son deficientes en alguno de los
otros requisitos de las juntas ideales
Juntas soldadas La junta maacutes utilizada en los sistemas de tuberiacuteas es la de
soldadura por ensamble En todos los metales duacutectiles de tuberiacuteas que se pueden
soldar hay codos tes tuberiacuteas ramas laterales reductores tapones vaacutelvulas bridas y
juntas de abrazadera en V en todos los espesores de paredes con extremos preparados
para la soldadura por ensamble La resistencia de la junta igual a la tuberiacutea original
(con excepcioacuten de las tuberiacuteas endurecidas para el trabajo que se templan mediante la
CAPIacuteTULO I
43
soldadura) el patroacuten de flujo sin distorsiones y la resistencia generalmente iacutentegra a
la corrosioacuten compensan ampliamente la necesaria alineacioacuten cuidadosa del trabajo
competente y los equipos que se requieren
Soldaduras de bifurcaciones estas soldaduras eliminan la necesidad de
adquirir tes y no requieren maacutes metal de soldadura que estas uacuteltimas Donde la
bifurcacioacuten se acerque al tamantildeo del tramo principal se necesita una preparacioacuten
cuidadosa del extremo de la tuberiacutea ramificada y la del tramo principal se debilita
debido a la soldadura
12433 Codos y accesorios
Los cambios de direccioacuten de los sistemas de tuberiacuteas requieren curvas y
codos Las curvas se pueden hacer en friacuteo o en caliente La pared exterior se adelgaza
en una cantidad que variacutea con el procedimiento utilizado Se requiere un templado
subsiguiente en algunos materiales Para evitar las arrugas y el aplastamiento
excesivo es necesario el relleno con arena para el doblado en friacuteo dependiendo de las
relaciones del diaacutemetro exterior de la tuberiacutea respecto al radio de la liacutenea central de la
curva y al espesor de la pared de la tuberiacutea Para curvas con un radio de eje
correspondiente a cinco veces el diaacutemetro nominal de la tuberiacutea no se requiere
soporte interno cuando el espesor de la pared sea al menos del 6 del diaacutemetro
exterior de la tuberiacutea
Los codos se pueden formar mediante vaciado forja o conformacioacuten en
caliente o friacuteo mediante trozos cortados de tuberiacutea o al soldar piezas de tuberiacuteas
cortadas con un aacutengulo de inclinacioacuten El flujo en las curvas y los codos es maacutes
turbulento que en las tuberiacuteas rectas por lo que aumentan la corrosioacuten y la erosioacuten
Esto se puede contrarrestar al escoger un componente con mayor radio de curvatura
pared maacutes gruesa o un contorno interior maacutes liso pero raramente resulta econoacutemico
en los codos con aacutengulo de inclinacioacuten
CAPIacuteTULO I
44
12434 Vaacutelvulas
Los cuerpos de las vaacutelvulas pueden manufacturarse en hierro colado forjado
maquinado a partir de barras soacutelidas o fabricado a partir de placas soldadas Se
dispone de vaacutelvulas de acero con extremos roscados o casquillos de soldadura en los
tamantildeos maacutes pequentildeos Las vaacutelvulas con extremos roscados de bronce y latoacuten son
muy utilizadas para servicio de fluidos a baja presioacuten en sistemas de acero
Las vaacutelvulas sirven no soacutelo para regular el flujo de fluidos sino tambieacuten para
aislar equipos o tuberiacuteas para el mantenimiento sin interrumpir otras unidades
conectadas El disentildeo de la vaacutelvula deberaacute evitar que los cambios de presioacuten y
temperatura y las deformaciones de las tuberiacuteas conectadas distorsionen o
establezcan una mala alineacioacuten en las superficies de sellado Estas uacuteltimas deberaacuten
ser de material y disentildeo tales que la vaacutelvula permanezca hermeacutetica durante un periodo
de servicio razonable
Vaacutelvulas de compuerta estas vaacutelvulas se disentildean en dos tipos La compuerta
de cuntildea del tipo de asiento inclinado es la que maacutes se utiliza La compuerta de cuntildea
suele ser soacutelida pero es posible que sea tambieacuten flexible (cortada parcialmente en
mitades por un plano en aacutengulo recto con la tuberiacutea) o dividida (cortada
completamente por ese plano) Las cuntildeas flexibles y divididas minimizan el raspado
de la superficie de sellado al distorsionarse con mayor facilidad para coincidir con
los asientos de mala alineacioacuten angular En el tipo de asiento paralelo y disco doble
un dispositivo de plano inclinado montado entre los discos convierte la fuerza del
vaacutestago en fuerza axial oprimiendo los discos contra los asientos despueacutes que se
situacutean en su posicioacuten adecuada para el cierre
Vaacutelvulas de globo eacutestas se disentildean con vaacutestago ascendente de rosca interna o
externa Las vaacutelvulas pequentildeas son generalmente del tipo de rosca interna mientras
que en los tamantildeos mayores se prefiere el de rosca externa En la mayor parte de los
disentildeos los discos tienen la libertad de girar sobre los vaacutestagos esto evita las
raspaduras entre el disco y el asiento
CAPIacuteTULO I
45
Vaacutelvulas angulares estas vaacutelvulas son similares a las de globo se utilizan en
ambos casos los mismos casquetes vaacutestagos y discos Combinan un codo y una
vaacutelvula de globo en un componente con ahorro importante de caiacuteda de presioacuten Las
vaacutelvulas angulares bridadas son maacutes faacuteciles de retirar y reemplazar que las de globo
bridadas
Vaacutelvulas de diafragma estas vaacutelvulas se limitan a presiones de
aproximadamente 50 psi Los diafragmas reforzados con tela se pueden hacer de
caucho natural un hule sinteacutetico o cauchos naturales o sinteacuteticos recubiertos con
tefloacuten Estas vaacutelvulas son excelentes para los fluidos con soacutelidos en suspensioacuten y se
pueden instalar en cualquier posicioacuten
Llaves de macho o tapoacuten estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas por debajo
de 260degC puesto que la expansioacuten diferencial entre el tapoacuten y el cuerpo hace que se
atore El tamantildeo y la forma del orificio divide esas vaacutelvulas en tipos diferentes
venturi corto orificio rectangular reducido venturi largo orificio rectangular
completo y orificio redondo completo
Vaacutelvulas de bola estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas que tienen pocos
efectos sobre sus asientos de plaacutestico Puesto que el elemento sellador es una bola su
alineacioacuten con el eje del vaacutestago no es esencial para el cierre hermeacutetico En las
vaacutelvulas de bola libre la esfera se puede desplazar en sentido axial El diferencial de
presioacuten a traveacutes de la vaacutelvula obliga a la bola en posicioacuten cerrada a oprimirse contra
el asiento de corriente abajo y este uacuteltimo contra el cuerpo En las vaacutelvulas de bola
fija la bola gira sobre extensiones del vaacutestago y los cojinetes se sellan con anillos en
O
Vaacutelvulas de mariposa estas vaacutelvulas ocupan menos espacio en la liacutenea que
cualquier otra vaacutelvula Se logra un sellado relativamente hermeacutetico sin desgaste
excesivo de los asientos ni un esfuerzo operacional de torsioacuten demasiado grande
mediante diversos meacutetodos como asientos elaacutesticos anillos de pistoacuten sobre el disco e
inclinacioacuten del vaacutestago para limitar el contacto entre las porciones del disco maacutes
cercanas al vaacutestago y el asiento del cuerpo en unos cuantos grados de curvatura
CAPIacuteTULO I
46
Vaacutelvulas de retencioacuten de columpio estas vaacutelvulas se utilizan para evitar la
inversioacuten del flujo El disentildeo normal es para emplearse solamente en liacutenea horizontal
donde la fuerza de gravedad sobre el disco sea maacutexima al comienzo del cierre y
miacutenima al final
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS
12441 Seguridad
La seguridad se puede definir como la estipulacioacuten de medidas de proteccioacuten
que se requieren para asegurar una operacioacuten sin riesgos de un sistema propuesto de
tuberiacutea Entre las consideraciones generales a evaluar deberiacutean contarse las
siguientes
1) Las caracteriacutesticas peligrosas del fluido a manejar
2) La cantidad de fluido que se escaparaacute a consecuencia de una falla en la
tuberiacutea
3) El efecto de una falla (por ejemplo peacuterdidas de agua de enfriamiento) en la
seguridad de toda la planta
4) Evaluacioacuten de los efectos de una reaccioacuten con el medio ambiente
5) El probable grado de exposicioacuten del personal de operacioacuten o mantenimiento
6) La seguridad de la tuberiacutea seguacuten los materiales de construccioacuten meacutetodos de
unioacuten y el servicio que recibiraacute la tuberiacutea
12442 Condiciones de disentildeo
Las definiciones de temperaturas presiones y otros aspectos aplicables al
disentildeo de sistemas de tuberiacuteas se muestran a continuacioacuten
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo de un sistema de tuberiacuteas no seraacute
menor que la presioacuten en las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura para el espesor mayor o relacioacuten presioacuten-temperatura requerida [4]
CAPIacuteTULO I
47
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del
material representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura Cuando se trate de tuberiacutea metaacutelica no aislada con fluido a una
temperatura inferior a 38degC la temperatura del metal seraacute considerada como la
temperatura del fluido
Cuando un fluido se encuentre a una temperatura igual o superior a 38degC y la
tuberiacutea no tenga aislamiento externo la temperatura del metal seraacute tomada como un
porcentaje de la temperatura del fluido a menos que se determine una temperatura
maacutes baja por experimentacioacuten o caacutelculo Para tuberiacutea vaacutelvulas roscadas y con
extremos soldados accesorios y otros componentes con un espesor de pared
comparable al de esa tuberiacutea el porcentaje seraacute de 95 para bridas vaacutelvulas y
accesorios bridados seraacute de 90 para bridas con junta de solapa seraacute de 85 y para
pernos de 80 [4]
Influencias ambientales Cuando el enfriamiento provoque vaciacuteo en la liacutenea
el disentildeo debe estipular alguacuten rompedor de vaciacuteo o presioacuten externa tambieacuten debe
considerarse la expansioacuten teacutermica de objetos atrapados entre las vaacutelvulas cerradas [4]
La caracteriacutestica de ciertos servicios es la variacioacuten ocasional de la presioacuten o
temperatura o ambas variables por debajo de los niveles de operacioacuten pero no deben
tomarse en cuenta estas variaciones si se han cumplido los criterios citados Por otra
parte las condiciones maacutes graves de presioacuten y temperatura coincidentes durante la
variacioacuten seraacuten las que se empleen para establecer las condiciones de disentildeo
Se deben satisfacer los siguientes criterios
1 El sistema no debe tener componentes de hierro colado u otro metal no duacutectil
expuestos a presioacuten
2 Los esfuerzos nominales de presioacuten no deben exceder el esfuerzo elaacutestico a la
temperatura especificada
3 Los esfuerzos longitudinales combinados no deben exceder los liacutemites
establecidos en el coacutedigo ASME
CAPIacuteTULO I
48
4 El nuacutemero de ciclos (variaciones) no debe exceder el valor 7000 durante la
vida del sistema de tuberiacutea
5 Las variaciones ocasionales por encima de lo establecido en las condiciones
de disentildeo deben estar dentro de uno de los liacutemites siguientes para el disentildeo de
la presioacuten
a) Cuando la variacioacuten no persista un tiempo superior a 10 horas en cada
ocasioacuten y 100 horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el
esfuerzo permisible para la presioacuten de disentildeo a la temperatura de la
condicioacuten incrementada en un valor no mayor a 33
b) Cuando la variacioacuten no persista maacutes de 50 horas en cada ocasioacuten y 500
horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el esfuerzo
permisible para el disentildeo de presioacuten a la temperatura de la condicioacuten
incrementada en un valor no mayor al 20
Efectos dinaacutemicos El disentildeo de estos sistemas debe contar con prevenciones
contra impacto (como choques hidraacuteulicos) viento (cuando la tuberiacutea estaacute expuesta a
eacuteste) terremotos reacciones de descarga y vibraciones (de tuberiacuteas y soportes)
Las consideraciones respecto al peso deben incluir cargas vivas (contenido
hielo y nieve) cargas muertas (tuberiacutea vaacutelvulas aislamiento etc) y cargas de prueba
(fluidos de prueba) [4]
12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas
El coacutedigo ASME utiliza tres meacutetodos diferentes para abordar el disentildeo
1 Preveacute la utilizacioacuten de componentes dimensionalmente normalizados en
sus relaciones de presiones y temperaturas
2 Proporciona foacutermulas de disentildeo y esfuerzos maacuteximos
3 Prohiacutebe la utilizacioacuten de materiales componentes o meacutetodos de montaje
en ciertas condiciones
CAPIacuteTULO I
49
12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos
Espesor de las paredes La evaluacioacuten del esfuerzo de presioacuten externa de las
tuberiacuteas es la misma que para los recipientes de presioacuten sin embargo existe una
diferencia importante cuando se establece una presioacuten de disentildeo y un espesor de las
paredes para la presioacuten interna como resultado del requisito del ASME Boiler and
Pressure Vessel Code que el ajuste de la vaacutelvula de purga no debe ser superior a la
presioacuten de disentildeo Para los recipientes esto quiere decir que el disentildeo es para una
presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar las fugas de la vaacutelvula durante el funcionamiento
normal No obstante en las tuberiacuteas la temperatura y la presioacuten de disentildeo se
consideran como la combinacioacuten maacutexima esperada de presioacuten de operacioacuten y
temperatura que dan como resultado el espesor maacuteximo [4]
Bajo la normativa del coacutedigo ASME B313 [1] para tuberiacuteas metaacutelicas rectas
con presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm
se da a continuacioacuten y es aplicable para razones de Dot mayores de 6 Las ecuaciones
maacutes conservadoras de Barlow y Lameacute pueden ser utilizadas tambieacuten La ecuacioacuten 32
incluye un factor Y que variacutea con el material y la temperatura para considerar la
redistribucioacuten de esfuerzos perimetrales que se producen con flujo en estado
estacionario a altas temperaturas y permite espesores ligeramente menores en este
intervalo
( ) cYPSE
DPt o
m ++
=2
Ec 32
Donde P= presioacuten interna maacutexima
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea
c= suma de la tolerancia mecaacutenica y las tolerancias por erosioacuten y
corrosioacuten
SE= esfuerzo permisible
CAPIacuteTULO I
50
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales excluyendo juntas
materiales fundidos o factores de calidad de grado estructural
Y= coeficiente cuyos valores para materiales ferrosos duacutectiles variacutean
entre 04 y 07 para materiales ferrosos no duacutectiles es de 04 y para materiales
fraacutegiles es 0 como el hierro colado
Factor de calidad (E) es uno o el producto de maacutes de uno de los siguientes
factores de calidad factor de calidad de fundiciones (Ec) factor de calidad de
uniones (Ej) y factor de calidad de grado estructural (Es) de 092
Las vaacutelvulas deben estar de acuerdo con las normas aplicables que se dan en
el coacutedigo y con los liacutemites permisibles de presioacuten y temperatura que se establecen en
eacutel sin que vayan maacutes allaacute de las limitaciones de materiales o servicio que establece el
coacutedigo
El espesor de los codos de tuberiacuteas se debe determinar como para las tuberiacuteas
rectas a condicioacuten de que la operacioacuten de doblado no deacute como resultado una
diferencia entre el diaacutemetro maacuteximo y el miacutenimo de maacutes de 8 y 3 del diaacutemetro
exterior nominal de la tuberiacutea para presioacuten interna y externa respectivamente
12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas [4]
El coacutedigo ASME B313 requiere que los sistemas de tuberiacuteas se disentildeen para
que tengan suficiente flexibilidad y evitar asiacute que la expansioacuten o la contraccioacuten
teacutermica o el movimiento de soportes o terminales de la tuberiacutea provoquen alguna de
las dificultades siguientes
- Fallas en los soportes de las tuberiacuteas debidas a las fatigas o esfuerzos
excesivos
- Fugas en las juntas
- Esfuerzos o distorsiones perjudiciales en las tuberiacuteas o en los equipos
conectados (como bombas turbinas o vaacutelvulas) debido a los excesivos
empujes axiales o movimientos en las tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
51
Deformaciones por desplazamiento Las deformaciones se ocasionan por una
tuberiacutea que se desplaza de su posicioacuten original
1 Desplazamientos teacutermicos un sistema de tuberiacuteas sufriraacute cambios
dimensionales a consecuencia de cambios en la temperatura Si se
restringe el movimiento libre con terminales guiacuteas y anclajes seraacute
desplazado de su posicioacuten original
2 Desplazamientos por reaccioacuten si las restricciones no son riacutegidas y existe
un movimiento predecible de estos accesorios bajo carga eacuteste podriacutea
considerarse como desplazamiento de compensacioacuten
3 Desplazamientos impuestos externamente cuando externamente se crean
movimientos de las restricciones eacutestos impondraacuten un desplazamiento a la
tuberiacutea ademaacutes de los relacionados con los efectos teacutermicos Estos
movimientos pueden originarse por causas como corrientes de aire o
cambios de temperatura en equipos conectados
Deformaciones de desplazamiento total Los desplazamientos teacutermicos los
desplazamientos por reaccioacuten y los desplazamientos impuestos externamente tienen
efectos equivalentes sobre los sistemas de tuberiacuteas y deben considerarse en conjunto
para determinar las deformaciones por desplazamiento total en un sistema de tuberiacuteas
Las deformaciones por expansioacuten se pueden considerar en tres formas por
doblez torsioacuten o compresioacuten axial En los primeros dos casos el esfuerzo maacuteximo
ocurre en las fibras extremas de la seccioacuten transversal de la zona criacutetica En el tercer
caso el aacuterea entera de la seccioacuten transversal seraacute sometida al mismo esfuerzo en toda
la longitud de la tuberiacutea
La flexibilidad torsional o por doblez puede obtenerse por codos abrazaderas
o tuberiacuteas no alineadas por tuberiacutea corrugada o juntas de expansioacuten tipo fuelle o por
otros dispositivos que permitan el movimiento rotacional Estos dispositivos deben
anclarse o conectarse de forma tal que resistan las fuerzas terminales de la presioacuten del
fluido que tengan resistencia friccional al movimiento de la tuberiacutea y otras causas
CAPIacuteTULO I
52
La flexibilidad axial puede obtenerse mediante juntas de expansioacuten de los
tipos deslizante o de fuelle adecuadamente ancladas y orientadas para resistir las
fuerzas terminales de la presioacuten del fluido y deben tener resistencia friccional al
movimiento y otras causas
Esfuerzos de desplazamiento Los esfuerzos se pueden considerar como
proporcionales a la deformacioacuten total que causan soacutelo si la deformacioacuten estaacute
uniformemente distribuida y no es excesiva en ninguacuten punto La distribucioacuten irregular
de deformaciones (sistemas equilibrados) puede resultar de
1 Tuberiacuteas de dimensiones pequentildeas sometidas a un gran esfuerzo en serie
con tuberiacutea relativamente riacutegida de grandes dimensiones
2 La reduccioacuten local en tamantildeo o espesor de pared o empleo local de un
material que tiene una fuerza elaacutestica reducida
3 Una configuracioacuten de recubrimiento en un sistema de tamantildeo uniforme
en el cual la expansioacuten o contraccioacuten debe absorberse con una
desalineacioacuten corta en la mayor parte de la tuberiacutea
Si los esquemas desequilibrados de tuberiacutea no pueden evitarse se deben
aplicar meacutetodos analiacuteticos apropiados con objeto de asegurar la flexibilidad adecuada
del sistema Si el disentildeador determina que un sistema no tiene una adecuada
flexibilidad inherente debe proporcionar flexibilidad adicional mediante la adicioacuten de
codos abrazaderas tramos de tuberiacutea en S juntas de torniquete tuberiacutea corrugada
juntas de expansioacuten de los tipos de fuelle o deslizante u otros dispositivos Tambieacuten
debe contarse con un anclaje adecuado
Mientras que los esfuerzos resultantes de una deformacioacuten teacutermica tienden a
disminuir con el tiempo la diferencia algebraica de ese desplazamiento y la condicioacuten
original o cualquier condicioacuten anticipada del sistema con un mayor efecto opuesto
que en la condicioacuten de desplazamiento extremo que permaneceraacute constante durante
cualquier ciclo de operacioacuten
CAPIacuteTULO I
53
Muelle enfriado El muelle enfriado es la deformacioacuten intencional que se crea
en una tuberiacutea durante su ensamblaje con objeto de producir un esfuerzo y
desplazamiento inicial deseado Cuando una tuberiacutea se va a utilizar a una temperatura
mayor a la cual se instala el muelle enfriado es adecuado al hacer que la longitud de
la tuberiacutea sea ligeramente maacutes corta que la obtenida en el disentildeo El muelle enfriado
es beneacutefico pues ayuda a equilibrar la magnitud del esfuerzo en condiciones de
desplazamiento inicial y extremo
Requisitos para el anaacutelisis No es necesario realizar un anaacutelisis formal de la
flexibilidad requerida en sistemas que
a Son copias de instalaciones que se encuentran operando bien o tienen
sustituciones poco significativas de sistemas que cuentan con una historia
de servicio satisfactoria
b Pueden ser juzgados raacutepidamente con una adecuada comparacioacuten con
sistemas ya analizados
c Son de dimensioacuten uniforme y no tienen maacutes de dos puntos de fijacioacuten ni
tienen restricciones intermedias ademaacutes de caer dentro de los liacutemites de
la ecuacioacuten empiacuterica siguiente
( ) 222
KULyD
leminus
Ec 33
Donde y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser
absorbida por el sistema
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes
U= distancia de anclajes liacutenea recta entre anclajes
K2= 003 para unidades inglesas
- Todos los sistemas que no cumplan estos criterios seraacuten analizados por
meacutetodos de anaacutelisis simplificados aproximados o completos que sean
adecuados para cada caso especiacutefico
CAPIacuteTULO I
54
- Los meacutetodos de aproximacioacuten o simplificacioacuten soacutelo pueden ser aplicados
en el intervalo de configuraciones para las que se ha demostrado su
adaptabilidad
- Entre los meacutetodos de anaacutelisis aceptables se cuentan los meacutetodos
analiacuteticos y de graacuteficas que proporcionan una evaluacioacuten de las fuerzas
momentos y esfuerzos causados por las deformaciones por
desplazamiento
- El anaacutelisis tomaraacute en cuenta los factores de intensificacioacuten de esfuerzo
para cualquier componente diferente de la tuberiacutea recta Se debe tener en
cuenta la flexibilidad extra de ese componente
Cuando se calcula la flexibilidad de un sistema de tuberiacutea entre puntos de
anclaje el sistema debe tratarse como un todo Deberaacute reconocerse la importancia de
todas las partes de la liacutenea y las restricciones introducidas con el propoacutesito de reducir
momentos y fuerzas en el equipo o pequentildeas ramificaciones y tambieacuten las
restricciones introducidas por la friccioacuten de soportes Es necesario considerar todos
los desplazamientos dentro del intervalo de temperaturas determinado por las
condiciones de operacioacuten y fuera de servicio
12446 Soportes de tuberiacuteas
Las cargas transmitidas por las tuberiacuteas a los equipos conectados y los
elementos de soporte incluyen peso efectos inducidos por la temperatura y la
presioacuten vibraciones el viento los sismos los choques la expansioacuten y contraccioacuten
teacutermica El disentildeo de soportes y restricciones se basa en cargas que actuacutean de modo
concurrente suponiendo que no se ejerzan simultaacuteneamente los sismos y el viento
Los soportes elaacutesticos y de tipo de esfuerzo constante se deben disentildear para
las condiciones maacuteximas de carga incluyendo las de prueba a menos que se
proporcionen soportes temporales [4]
El coacutedigo sentildeala ademaacutes que los elementos de soporte de tuberiacuteas deben
CAPIacuteTULO I
55
1) Evitar las interferencias excesivas para la expansioacuten y la contraccioacuten
teacutermica de la tuberiacutea que de otro modo tiene la flexibilidad adecuada
2) Ser de iacutendole tal que no contribuyan a que se produzcan fugas en las
juntas o un pandeo excesivo de las tuberiacuteas que requiera drenaje
3) Disentildearse para evitar los esfuerzos la resonancia o la desconexioacuten
debido a las variaciones de la carga con la temperatura y que los
esfuerzos longitudinales combinados que se ejercen sobre la tuberiacutea no
sobrepasen lo permitido en el coacutedigo
4) Ser de iacutendole tal que se evite una liberacioacuten completa de la carga sobre la
tuberiacutea en el caso de una mala alineacioacuten o la falla de alguacuten resorte la
transferencia de pesos o las cargas adicionales debidas a las pruebas
durante la instalacioacuten
5) Ser de acero o hierro forjado
6) Ser de acero de aleacioacuten o protegerse de la temperatura en los lugares en
que se sobrepasen los liacutemites de temperatura adecuados para el acero al
carbono
7) No ser hierro colado excepto para bases de rodillos rodillos bases de
anclaje etc principalmente bajo cargas de compresioacuten
8) No ser de hierro maleable ni nodular con excepcioacuten de las abrazaderas de
tuberiacuteas las abrazaderas de vigas las bridas de soportes los sujetadores
las bases y los anillos giratorios
9) No ser de madera excepcioacuten hecha de los soportes sometidos
primordialmente a compresioacuten donde la temperatura de la tuberiacutea se
encuentre al nivel del ambiente o por debajo de eacutel
10) Tener roscas para ajustes atornillados que se conformen a las
especificaciones del Coacutedigo ASME B11
CAPIacuteTULO I
56
12447 Golpe de Ariete [6]
El golpe de ariete se puede presentar en una tuberiacutea que conduzca un liacutequido
cuando se tiene un frenado o una aceleracioacuten en el flujo por ejemplo el cambio de
abertura de una vaacutelvula en la liacutenea Al cerrarse raacutepidamente una vaacutelvula en la tuberiacutea
durante el escurrimiento el flujo a traveacutes de la vaacutelvula se reduce lo cual incrementa
la carga del lado aguas arriba de la vaacutelvula iniciaacutendose asiacute un pulso de alta presioacuten
que se propaga en direccioacuten contraria a la del escurrimiento Este pulso de presioacuten
hace que la velocidad del flujo disminuya La presioacuten en el lado aguas abajo de la
vaacutelvula se reduce y la onda de presioacuten disminuida viaja en el sentido del
escurrimiento disminuyendo tambieacuten la velocidad del flujo Si el cierre de la vaacutelvula
es suficientemente raacutepido y si la presioacuten permanente original es suficientemente baja
se puede formar una bolsa de vapor aguas abajo de la vaacutelvula cuando esto ocurre la
cavidad de vapor puede eventualmente reducirse en forma violenta y producir una
onda de alta presioacuten que se propaga en la direccioacuten aguas abajo
La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud de la
tuberiacutea ya que las ondas de sobrepresioacuten se cargaraacuten de maacutes energiacutea e inversamente
proporcional al tiempo durante el cual se cierra la vaacutelvula cuanto menos dura el
cierre maacutes fuerte seraacute el golpe
El problema del golpe de ariete es uno de los maacutes complejos de la
hidraacuteulica y es resuelto generalmente mediante modelos matemaacuteticos que permiten
simular el comportamiento del sistema Este fenoacutemeno es muy peligroso ya que la
sobrepresioacuten generada puede llegar entre 60 y 100 veces a la presioacuten normal de la
tuberiacutea ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos
Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de vaacutelvulas hay que
estrangular gradualmente la corriente de fluido es decir cortaacutendola con lentitud
utilizando para ello por ejemplo vaacutelvulas de rosca Cuanto maacutes larga es la tuberiacutea
tanto maacutes deberaacute durar el cierre
CAPIacuteTULO I
57
Sin embargo cuando la interrupcioacuten del flujo se debe a causas
incontrolables como por ejemplo la parada brusca de una bomba eleacutectrica se utilizan
tanques neumaacuteticos con caacutemara de aire comprimido torres piezomeacutetricas o vaacutelvulas
que puedan absorber la onda de presioacuten
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN
12451 Soldadura
Los requisitos del coacutedigo referente a la fabricacioacuten son maacutes detallados para la
soldadura que para otros meacutetodos de unioacuten ya que la soldadura no soacutelo se utiliza para
unir dos tuberiacuteas extremo a extremo sino que sirve tambieacuten para fabricar accesorios
que reemplazan a los accesorios sin costura como codos y juntas de solapa de punta
redonda Los requisitos del coacutedigo para el proceso de soldado son esencialmente los
mismos que los de la seccioacuten IX del ASME Boiler and Pressure Vessel Code excepto
que los procesos de soldado no se restringen el agrupamiento del material debe estar
de acuerdo al apeacutendice A del Coacutedigo ASME y las posiciones de la soldadura
corresponder a la posicioacuten de la tuberiacutea [4]
12452 Doblado y formacioacuten
La tuberiacutea puede doblarse en cualquier radio para el cual la superficie del
arco de la curvatura esteacute libre de grietas y pandeos Estaacute permitido el empleo de
dobleces estriados o corrugados El doblado puede efectuarse mediante cualquier
meacutetodo en friacuteo o en caliente siempre que se cumplan las caracteriacutesticas del material
que se estaacute doblando y el radio de la tuberiacutea doblada esteacute dentro [4]
Algunos materiales requieren un tratamiento teacutermico una vez que ya se han
doblado lo que dependeraacute de la severidad del doblado En el coacutedigo se explican
detalladamente los requisitos que deben cumplirse para este tratamiento
CAPIacuteTULO I
58
12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico
Estos tratamientos sirven para prevenir o corregir los defectos nocivos de las
altas temperaturas o gradientes teacutermicos severos inherentes a la unioacuten por soldadura
de los metales Ademaacutes de esto puede ser necesario someter el material a tratamiento
teacutermico con objeto de corregir los efectos de esfuerzo creados durante el doblado o
formado de los metales [4]
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA
PIPESIMreg2003 [5]
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades
El entendimiento detallado de la termo-hidraacuteulica del sistema de produccioacuten
es criacutetico para el disentildeo de liacuteneas de flujo y los caacutelculos del mismo PIPESIMreg
software de anaacutelisis de sistema de produccioacuten proporciona un instrumento completo
para analizar sistemas complejos de tuberiacutea con flujo multifaacutesico
Con sus moacutedulos interconectados este programa permite construir un
modelo completamente integrado del sistema de produccioacuten entero conectando con
simuladores de yacimiento y de proceso tales como el ECLIPSEreg software de
simulacioacuten de yacimiento y HYSYSreg simulador de procesos de AspenTech
132 Modelaje de flujo multifaacutesico
El programa incorpora todas las correlaciones actuales de flujo multifaacutesico
utilizados en la industria tanto empiacutericas como mecaniacutesticas para predecir el
reacutegimen de flujo la peacuterdida de presioacuten y retencioacuten de liacutequidos Esto permite disentildear y
operar el sistema de produccioacuten y distribucioacuten con confianza
Este simulador produce mapas detallados de reacutegimen de flujo en la tuberiacutea a
las condiciones de operacioacuten incorporando todos los aacutengulos de inclinacioacuten
PIPESIMreg utiliza las velocidades superficiales in-situ del gas y liacutequido para
identificar el patroacuten de flujo en cada nodo del sistema permitiendo determinar el
hold-up y la distribucioacuten de presioacuten en el sistema de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
59
Predecir slugs su tamantildeo y frecuencia permite optimizar el disentildeo de
tuberiacuteas y facilidades de procesamiento El simulador OLGA-Sreg y los modelos de
TUFFP se pueden utilizar para identificar estas caracteriacutesticas criacuteticas del flujo
hidrodinaacutemico tipo slug El programa predice tambieacuten la ocurrencia de flujo slug
en inclinaciones de la tuberiacutea
133 Modelos de Fluido
El modelaje exacto del liacutequido producido es criacutetico para la comprensioacuten
del comportamiento del sistema por lo tanto el simulador ofrece la eleccioacuten entre
correlaciones standard de petroacuteleo negro o una gama de modelos composicionales
EOS
134 Certeza del tipo de flujo
PIPESIMreg predice la formacioacuten de hidratos e incluye la habilidad de modelar
los efectos de inhibidores de hidratos Modelando el perfil de la temperatura de la
liacutenea de flujo puede disentildear el sistema en torno a estos problemas
Dicho software incluye tambieacuten rutinas de caacutelculo para determinar los liacutemites
erosivos de la velocidad de la tuberiacutea permitiendo disentildear operaciones seguras en la
misma
135 Disentildeo de equipos de superficie
El programa incluye los modelos de los equipos de superficie comunes para
determinar su impacto en el disentildeo del sistema Ademaacutes las opciones sofisticadas de
sensibilidades en el simulador se pueden utilizar tambieacuten para disentildear sistemas
variando los paraacutemetros claves del sistema permitiendo asiacute la determinacioacuten de los
tamantildeos oacuteptimos de tuberiacutea y equipos a ser utilizados
Los moacutedulos contienen los siguientes equipos
bull Separadores
bull Bombas y motores auxiliares de propulsioacuten multifaacutesicos
bull Compresores y expansores
bull Calentadores y enfriadores
bull Estranguladores
CAPIacuteTULO I
60
136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea
Para un anaacutelisis completo del sistema PIPESIMreg ofrece opciones para
modelar redes complejas que pueden incluir lazos liacuteneas paralelas y by-pass El
algoritmo robusto de la solucioacuten puede modelar la unioacuten distribucioacuten e inyeccioacuten de
la red
Explica detalladamente la termo-hidraacuteulica del sistema que es criacutetica para el
disentildeo de la liacutenea de flujo y el reacutegimen de flujo especialmente para sistemas
multifaacutesicos complejos Esto daraacute las herramientas para emprender el anaacutelisis tiacutepico
de la red incluyendo
bull Identificar embotellamientos de la produccioacuten y limitaciones
bull Valorar los beneficios de nuevos pozos tuberiacuteas adicionales compresioacuten etc
bull Calcular la capacidad de manejo desde el campo hasta el sistema de retencioacuten
bull Predecir los perfiles de presioacuten y temperatura por redes complejas de flujo
bull Planificar el desarrollo de campo
bull Resolver redes de fondo encontradas en pozos multilaterales
Una vez construida la red de produccioacuten se pueden introducir los elementos
de tiempo para analizar el impacto del desempentildeo del yacimiento en la estrategia de
desarrollo del campo
PIPESIMreg permite
minus Modelar flujo multifaacutesico desde el yacimiento a traveacutes de las facilidades
de produccioacuten hasta su punto de entrega
minus Dirigir redes complejas de produccioacuten y captar las interacciones entre
pozos tuberiacuteas y equipos de proceso
minus Realizar un anaacutelisis completo de sensibilidades en cualquier punto del
sistema hidraacuteulico usando muacuteltiples paraacutemetros
minus Simular el sistema de produccioacuten del campo para mejorar la produccioacuten
tomar mejores decisiones y obtener precios maacutes competitivos
minus Conexioacuten con el simulador de procesos HYSYSreg para un anaacutelisis
integrado desde la cara de la arena hasta las facilidades de
procesamiento
CAPIacuteTULO II
61
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO
DESARROLLO DEL DISENtildeO
21 CONDICIONES DE DISENtildeO
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Tomando como referencia las hojas de seguridad e higiene industrial de
PDVSA de cada uno de los fluidos involucrados en el proyecto asiacute como tambieacuten las
propiedades de los fluidos suministradas por cada una de las empresas mixtas se
logra hacer un cuadro resumen con la informacioacuten de cada uno de estos productos
quiacutemicos Ver anexos 1 2 y 3
Tabla 4 Propiedades de los fluidos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol MTBE ISO-OCTANO
CH3OH CH3OH C5H12O C8H18
Alcohol metiacutelico
Alcohol metiacutelico Metil terbutil eacuteter 224 trimetil
pentano Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Gravedad especiacutefica CS 0796 0796 0747 0696
Viscosidad dinaacutemica (cP) 45degC 042 042 027 038
Peso Molecular 3205 3205 8814 11422
Punto de ebullicioacuten (degC) 147psi 648 648 55 993
Presioacuten de vapor (psia) 45degC 41 41 83 17
Punto de fusioacuten (degC) -978 -978 -109 -107365
Punto de ignicioacuten (degC) 470 470 224 410
Calor de fusioacuten (calg) 237 237 - 19278
Forma y color Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro
en agua Solubilidad en alcohol en eacuteter
Soluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporciones
Ligeramente soluble Soluble
-
Insoluble Ligeramente soluble
Soluble
Liacutemites de () inferior inflamabilidad superior
67 365
16 151
- -
CAPIacuteTULO II
62
212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca del
sistema de bombeo con el cual cuenta cada una de estas empresas se pudo resumir el
siguiente cuadro
Tabla 5 Sistema de Bombeo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135
Pmin entrada brazo de carga (psig) 70 70 70 70
Pdescarga brazo de carga (psig) 20 20 20 20
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 1000 1000 1000
Flujo miacutenimo (m3h) 1000 500 500 500
Cantidad de bombas 1 de 2 2 de 2 2 de 3 2 de 3
Descripcioacuten de las bombas p-801 AB p-6201 AB 900-p-1 ABC 900-p-1 ABC
Poperacioacuten (psig) 1337 135 135 135
Pmaacutex de descarga (psig) 171 171 171 171
Pmaacutex de operacioacuten (psig) 250 250 250 250
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Potencia (KW) 7204 320 350 350
Cabezal (m) 110 120 120 120
Eficiencia () 81 795 795 795 Presioacuten requerida en el brazo de carga (psig) 70 ndash 100 70 ndash 100 71 ndash 86 71 ndash 86
Se refiere a la cantidad de bombas en uso referente a la cantidad de
bombas disponibles en la planta
CAPIacuteTULO II
63
213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO JOSE
El proyecto se encuentra ubicado dentro del Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui en la costa este de Venezuela en Jose Estado Anzoaacutetegui Las
condiciones ambientales que maacutes afectan los caacutelculos del siguiente trabajo se
presentan en la tabla 6
Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose
Temperatura maacutexima (degC) 45
Temperatura promedio anual (degC) 34
Temperatura miacutenima extrema (degC) 15 bulbo seco 24 bulbo huacutemedo
Presioacuten atmosfeacuterica promedio (psi) 146923
Promedio de elevacioacuten del terreno (m) 75
214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
La configuracioacuten de las tuberiacuteas para este proyecto se decidioacute dividir en 3
tramos la tuberiacutea principal de 20rdquo oacute 24rdquo (de mayor diaacutemetro y longitud) la tuberiacutea de
16rdquo y la tuberiacutea de 12rdquo Luego que la tuberiacutea principal se ubica dentro del liacutemite de
bateriacutea del muelle el diaacutemetro se debe disminuir gradualmente hasta conseguir las
12rdquo necesarias para el despacho a traveacutes de los brazos de carga los cuales seguacuten las
caracteriacutesticas del muelle y normativas de seguridad deben ser de este diaacutemetro
especiacutefico
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca de
las condiciones operacionales de los fluidos a traveacutes del sistema de tuberiacuteas se
seleccionoacute la tuberiacutea maacutes apropiada para este proyecto ya que se cumple con los
requisitos de seguridad necesarios Los datos recolectados se muestran en las tablas 7
8 y 9
CAPIacuteTULO II
64
Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo)
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro exterior (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro interno (in) 2325 1925 1925 1925 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 2783 2312 2312 2312 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 2948 20211 20211 20211
exterior 6283 5236 5236 5236 Longitud de superficie (in) interior 609 504 504 504 Longitud de la tuberiacutea (ft) 10932 11394 12398 14557 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (in) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (in) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
El tipo de tuberiacuteas aplicables al proyecto son API 5L ASTM A-106 y
ASTM A-53 todas en acero al carbono y con rangos tanto de temperatura como de
presioacuten aceptables en el proyecto Estas tuberiacuteas cumplen con los requisitos
necesarios ademaacutes de estar incluidas dentro del tipo de tuberiacutea (piping class)
aplicable a las plantas y al Muelle Petroquiacutemico Partiendo de eacutesto se escoge la
tuberiacutea A-53 por ser eacutesta la de uso permitido en el aacuterea del Muelle Petroquiacutemico y por
ser compatible con las de uso en las plantas Para trayectorias dentro de los linderos
CAPIacuteTULO II
65
de las plantas de las empresas mixtas se haraacute uso de la tuberiacutea que estipule la
normativa de seguridad de dicha planta
Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbonoTuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro exterior (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro interno (in) 1525 1525 1525 1525 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1841 1841 1841 1841 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 1268 1268 1268 1268
exterior 4189 4189 4189 4189 Longitud de superficie (ft) interior 399 399 399 399
Longitud de la tuberiacutea (ft) 1640 1640 1640 1640 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
La seleccioacuten del tipo de costura de la tuberiacutea se realizoacute sujeto al piping class
manejado en el Muelle Petroquiacutemico asiacute como al de cada una de las plantas siendo
recomendable el tipo E correspondiente a tuberiacutea con costura soldada con resistencia
eleacutectrica (ERW) solamente para el tramo que abarca el corredor en las calles C y F
CAPIacuteTULO II
66
(ver figura 1) Al pasar el liacutemite de bateriacutea del muelle la especificacioacuten debe cambiar
a tuberiacutea sin costura (Tipo S) por ser eacutesta la manejada en el piping class del Muelle
Petroquiacutemico Dicha divergencia afecta este estudio uacutenicamente para el caacutelculo del
espesor miacutenimo requerido
Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 12 12 12 12 Diaacutemetro exterior (in) 1275 1275 1275 1275 Diaacutemetro interno (in) 12 12 12 12 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1458 1458 1458 1458 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 07854 07854 07854 07854
exterior 3338 3338 3338 3338 Longitud de superficie (ft) interior 314 314 314 314
Longitud de la tuberiacutea (ft) 164 164 164 164 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
CAPIacuteTULO II
67
Las tuberiacuteas son grado B lo cual indica que se trata de tuberiacuteas de color
negro (material acero al carbono) que necesitaraacuten recubrimiento y galvanizado antes
de ser usadas
La ceacutedula es estaacutendar se escogioacute debido a que se mantiene un margen por
encima del espesor miacutenimo requerido dichos caacutelculos se presentan a continuacioacuten
El rating de la tuberiacutea de acuerdo al piping class manejado en el Muelle
Petroquiacutemico es de 150 lbf Este valor estaacute sujeto a cambios debido a que para la
fecha de elaboracioacuten de este Trabajo Especial de Grado auacuten no se habiacutea realizado el
estudio de golpe de ariete factor importante en la delimitacioacuten de presioacuten que deberaacute
soportar la tuberiacutea
La cantidad y descripcioacuten de cada uno de los accesorios y vaacutelvulas que seraacuten
empleados en las liacuteneas han sido suministrados por las empresas mixtas y podraacuten
estar sujetos a cambios durante la fase de construccioacuten del proyecto
La tabla 10 resume las longitudes equivalentes mostradas en la tabla 3 de
los componentes a ser instalados en las configuraciones de tuberiacuteas involucradas en el
proyecto
Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios
24 20 16 12 Tipo de accesorio o vaacutelvula Le [ft] Le [ft] Le [ft] Le [ft]
Unioacuten 4 3 3 2 Codo 90deg regular 47 39 31 25 Codo 90deg radio largo 29 25 20 16 Codo 45deg regular 24 20 16 12 T de liacutenea de flujo 32 26 21 17 T de ramal de flujo 60 76 96 116 Vaacutelvula de globo 400 525 655 800 Vaacutelvula de compuerta 11 13 17 20 Vaacutelvula angular 200 250 320 390 Vaacutelvula de retencioacuten deslizante 135 172 217 262 Entrada de filos rectos 39 53 68 86 Salida tuberiacutea 78 106 136 172 Reductor de diaacutemetro 97 80 62 45
CAPIacuteTULO II
68
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
Se emplea el software PIPESIMreg para la simulacioacuten del sistema de
transporte del proyecto debido a que es eacuteste un programa con la capacidad para la
simulacioacuten de equipos de superficie asiacute como es capaz de trabajar con los fluidos
involucrados en este proyecto La licencia del software se obtuvo de la empresa
PDVSA a traveacutes de la intranet de la misma la cual se encontraba a disposicioacuten de los
empleados de Pequiven para el teacutermino de este Trabajo Especial de Grado
2211 Metor
Se procedioacute a la configuracioacuten de las tuberiacuteas en PIPESIMreg siguiendo el
esquema mostrado en la figura 6 Este disentildeo se tomaraacute como referencia para las
demaacutes plantas
1 Se coloca una fuente (source) de donde proviene el fluido el cual viene
representado por el tanque de almacenamiento de cada una de las plantas en este
caso en especiacutefico las propiedades que lo describen son
Temperatura 45degC
Presioacuten 0 psig
Se supone que el fluido no se encuentra presurizado dentro del tanque debido
a que se encuentra a condiciones ambientales La temperatura es de 45 degC porque
eacuteste es el valor maacuteximo que se podriacutea conseguir en condiciones ambientales
extremas y ha sido la temperatura de disentildeo estipulada
CAPIacuteTULO II
69
Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como ldquocomposicionalrdquo debido a que el
metanol se encuentra preestablecido dentro del programa como un fluido acuoso
(soluble en agua) y se agrega con una molaridad al 100 a traveacutes de la tuberiacutea soacutelo
fluiraacute metanol liacutequido la inclusioacuten del fluido se muestra en la figura 7
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja
de especificaciones (data sheet) por parte de la empresa la informacioacuten es incluida en
la siguiente ventana (ver Figura 8)
CAPIacuteTULO II
70
Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor)
Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor
CAPIacuteTULO II
71
4 Se incorpora la liacutenea de 24rdquo la cual es ingresada a la configuracioacuten como
una liacutenea de flujo eacutesta se conecta a la bomba a traveacutes de un nodo Se utilizan estos
conectores para la unioacuten de los elementos y no representan cambio alguno a las
propiedades Los datos necesarios para agregar la liacutenea de flujo son sentildealados en la
figura 9
Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor
Se colocan 2 ondulaciones por cada mil metros de recorrido debido a que
eacuteste es el nuacutemero de ondulaciones (altibajos) promedio que presentaraacute el recorrido de
la tuberiacutea La diferencia de altura es de 2 m debido a que la altitud de la planta se
encuentra por encima del nivel del muelle en un margen cercano a este valor La
distancia horizontal es la correspondiente al recorrido total de la tuberiacutea maacutes la
longitud equivalente correspondiente a las vaacutelvulas y accesorios La rugosidad es la
CAPIacuteTULO II
72
correspondiente al acero al carbono y la temperatura ambiente es la temperatura
promedio reportada en el aacuterea
Se incluye como dato que la tuberiacutea no tiene recubrimiento y estaraacute rodeada
por aire con lo cual se establece un valor de transferencia de calor entre la tuberiacutea y
el aire de 20 BTUh ft2 degF (dicho valor se encuentra predeterminado en el simulador
para estas condiciones)
5 Se agrega la liacutenea de 16rdquo tambieacuten como una liacutenea de flujo la cual presenta
las caracteriacutesticas mostradas en la figura 10 Las ondulaciones seraacuten 0 ya que esta
liacutenea se encontraraacute sobre la plataforma del muelle donde no tendraacute altibajos asiacute como
tampoco presentaraacute diferencia de altitud en el recorrido Se preveacute con una longitud de
500m a la cual se debe agregar la longitud equivalente representativa de los
accesorios dispuestos en la configuracioacuten
Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor
CAPIacuteTULO II
73
6 Se antildeade la liacutenea de 12rdquo y tuberiacutea final de la configuracioacuten A la salida de
eacutesta la presioacuten deberaacute ser al menos 70 psig para que el fluido pueda hacer el
recorrido a traveacutes del brazo de carga y atracar al buque con una presioacuten de 20 psig
debido a que eacutestas son las especificaciones del brazo de carga que seraacute empleado en
el muelle Esta tuberiacutea a diferencia de la de 16rdquo siacute presenta ondulaciones ya que este
uacuteltimo tramo tiene un recorrido tortuoso con diferencias pequentildeas de altura La
longitud total de tuberiacutea es de 50m aproximadamente a los cuales se agrega la
longitud equivalente de los accesorios dispuestos en esta tuberiacutea En la figura 11 se
pueden observar las propiedades de la liacutenea de 12rdquo
Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor
7 El punto final de la configuracioacuten es un nodo frontera que en este caso en
especiacutefico vendraacute representado por el inicio del brazo de carga punto donde la
presioacuten deberaacute ser de 70 psig
CAPIacuteTULO II
74
2212 SuperMetanol
Tomando como base la configuracioacuten de tuberiacuteas de Metor se genera un
modelo con la misma cantidad y disposicioacuten de elementos A continuacioacuten se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas de la planta Supermetanol
haciendo uso de PIPESIMreg donde soacutelo se resentildean las caracteriacutesticas que difieren del
modelo de metanol de Metor
- La bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja de especificaciones por parte
de la empresa presenta la siguiente informacioacuten
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 650 kW (resultante del accionamiento de ambas bombas)
Eficiencia 795
- La liacutenea de 20rdquo se ingresa a la configuracioacuten con los datos sentildealados en la
figura 12
Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol
CAPIacuteTULO II
75
- Las liacuteneas de 16rdquo y 12rdquo tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las
configuraciones estos tramos de tuberiacutea se encuentran sobre la plataforma del muelle
ubicados sobre el mismo pipe rack de esta manera que las tuberiacuteas estaraacuten una junto
a la otra por ende tendraacuten las mismas especificaciones
2213 MTBE de Super Octanos
La configuracioacuten de tuberiacuteas de Super Octanos presenta la misma disposicioacuten
de elementos que la de Metor a continuacioacuten se presenta de forma resumida el disentildeo
de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
1 Las propiedades que describen las condiciones del source son
iguales al caso de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como black oil esto debido a que el simulador
no contempla el Metil Terbutil Eacuteter como un fluido preestablecido en sus
lineamientos Para incluir el fluido como petroacuteleo negro se ingresan los siguientes
valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 551755
Ademaacutes se agrega la informacioacuten de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente como se ve en la
figura 13
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual tambieacuten se
tiene la hoja de informacioacuten por parte de la empresa La informacioacuten incluida es la
siguiente
CAPIacuteTULO II
76
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 700 kW
Eficiencia 795
Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de Super Octanos
4 Luego se incorpora la liacutenea de 20rdquo la cual se ingresa a la configuracioacuten
como una liacutenea de flujo Los datos necesarios para la inclusioacuten de la liacutenea principal de
20rdquo se presentan en la Figura 14
5 Al igual que para la configuracioacuten de Metor se agregan las liacuteneas de 16rdquo y
12rdquo las cuales tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las configuraciones
CAPIacuteTULO II
77
Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de Super Octanos
2214 IsoOctano de Super Octanos
Tomando como base la configuracioacuten de MTBE de la misma planta se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
Las propiedades divergentes entre este caso y MTBE baacutesicamente son los
datos ingresados para la caracterizacioacuten del fluido y las propiedades de la liacutenea de
20rdquo De esta manera se hace referencia soacutelo a estos valores los cuales son
- El tipo de fluido se incluye como black oil para lo cual se ingresaron los
siguientes valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 735724
CAPIacuteTULO II
78
- Se agrega informacioacuten adicional de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente que para este caso
son las siguientes
Temperatura (ordmC) Viscosidad (cP)
40 046
20 055
- La configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo se muestra en la figura 15
Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de Super Octanos
CAPIacuteTULO II
79
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA
PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO
El proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo busca reubicar el despacho de productos de
las empresas mixtas (Metor Supermetanol y Super Octanos) en la actualidad
despachados a traveacutes del Muelle Criogeacutenico propiedad de PDVSA ubicado en el
Complejo Industrial Joseacute Antonio Anzoaacutetegui
El estudio ocupacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose se adjudicoacute a una
compantildeiacutea privada sin embargo es requerimiento del presente Trabajo Especial de
Grado hacer una breve revisioacuten a dicho Muelle para disponer de un estimado de
tiempo requerido para el embarque de buques si se bombea el producto a la maacutexima
carga que permita la configuracioacuten de cada una de las liacuteneas Para la realizacioacuten de
este objetivo la informacioacuten recolectada para la evaluacioacuten de la ocupacioacuten del
muelle estaacute basada seguacuten el promedio mensual de despacho actual a traveacutes del
muelle de PDVSA y el despacho mensual a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Se anexa un modelo rudimentario donde se presenta la disposicioacuten de los
brazos de carga los cuales seraacuten habilitados para despacho de cada uno de los
productos involucrados con el proyecto del cual es parte este trabajo (ver Figura 16)
CAPIacuteTULO II
80
Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose
Los brazos de carga que se empleen en el proyecto preferiblemente deberaacuten
ser de las mismas caracteriacutesticas y dimensiones de ser posible de la misma marca
para facilitar las labores de mantenimiento y obtencioacuten de repuestos Deberaacuten tener
un diaacutemetro de 12rdquo y tener facilidad para retorno de vapores debido a que asiacute lo
contemplan las normativas gubernamentales Las principales caracteriacutesticas con las
cuales deben cumplir los brazos de carga que se ubicaraacuten en las posiciones M-502
M-503 M-504 y M-505 del Muelle Petroquiacutemico se presentan en la tabla 11
CAPIacuteTULO II
81
Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga
Posicioacuten M-503 M-505 M-504 M-502 M-502 Producto Metanol Metanol MTBE Iso-Octano
Procedencia Metor yo Supermetanol
Supermetanol yo Metor Super Octanos Super Octanos
Diaacutemetro (in) 12 12 12 12 Tasa de flujo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Viscosidad 45degC (cP) 042 042 027 038 Presioacuten de vapor 45degC (psia) 41 41 83 17
Presioacuten requerida en la entrada (psig) 70 70 70 70
Presioacuten de descarga (psig) 20 20 20 20 Presioacuten de descarga de las bombas (psig) 1337 135 135 135
Presioacuten maacutexima de operacioacuten de las bombas (psig)
170 170 170 170
Se obtuvo informacioacuten de la disposicioacuten de ventanas operacionales
empleadas por las empresas mixtas involucradas en el proyecto seguacuten un reporte
mensual de despacho a traveacutes del Muelle Criogeacutenico Se presenta la informacioacuten
mencionada en la tabla 12 la cual hace referencia al despacho de los productos y las
capacidades de los buques a cargar esto en un periacuteodo de tiempo de un mes
CAPIacuteTULO II
82
Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9
Ventanas Empresa Producto Volumen [TM] 1 - 2 ndash 3 Supermetanol Metanol 15000 3 - 4 ndash 5 Metor Metanol 21000 6 - 7 ndash 8 Metor Metanol 13100
Super Octanos MTBE 21000 8 - 9 ndash 10 Metor Metanol 17000
11 - 12 - 13 Supermetanol Metanol 15000 13 - 14 - 15 Supermetanol Metanol 15000 16 - 17 - 18 Metor Metanol 15000
Metor Metanol 10000 18 - 19 - 20 Supermetanol Metanol 10000
21 - 22 - 23 Super Octanos MTBE 24000 24 - 25 - 26 Ventana de Mantenimiento 27 - 28 - 29 Super Octanos MTBE 11000 29 - 30 - 31 Supermetanol Metanol 10000
De igual forma se conoce la produccioacuten mensual de la empresa FertiNitro a
traveacutes de la Plataforma de liacutequidos del Muelle Petroquiacutemico si se unen el promedio
de producciones mensuales de cada empresa se tienen los siguientes datos
Metor 70 MTMM
Supermetanol 525 MTMM
Super Octanos 40 MTMM
FertiNitro 336 MTMM
CAPIacuteTULO III
83
CAPIacuteTULO III RESULTADOS
RESULTADOS
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED
Seguacuten la ecuacioacuten 32 de la seccioacuten 2444 para tuberiacuteas metaacutelicas rectas con
presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm es
aplicable para relaciones Dot mayores de 6
Se realiza el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas de 20rdquo tomando t como 1969rdquo
el cual es el espesor con mayor magnitud que se puede conseguir en el mercado la
relacioacuten Dot = 10157 siendo mayor de 6 se realizan los caacutelculos utilizando la
ecuacioacuten 32 sin inconvenientes
Para el caacutelculo de los espesores miacutenimos los datos son obtenidos de las
especificaciones ASME B313 y de las condiciones operacionales del proyecto La
presioacuten maacutexima corresponde a la presioacuten maacutexima de resistencia de las tuberiacuteas A
continuacioacuten se muestra el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas con costura de 20rdquo
P= 250psig
Do= 20rdquo
c= 0065
S= 20000 psig
Y= 04
E= 085
( ) ( )mmint
ininxpsigxpsig
inxpsigc
YPSEDP
t
m
om
365210
21120065040250850000202
202502
rArr=
rArr++
=++
=
Al valor de espesor (536mm) se debe aplicar la tolerancia correspondiente a
esta tuberiacutea que se lee en la norma ASME B313 y es de 125 para todos los casos
con lo cual el valor del espesor estariacutea entre 469 ndash 604 mm correspondiente a un
Schedule 10 (635mm) siendo eacuteste el valor maacutes cercano a dicho espesor Como
CAPIacuteTULO III
84
medida preventiva se aplica un factor de seguridad al disentildeo correspondiente a las
peacuterdidas de espesor por corrosioacuten y erosioacuten asiacute como peacuterdidas mecaacutenicas producto
del efecto de golpe de ariete que pueda sufrir la tuberiacutea De esta manera se toma
ceacutedula estaacutendar para todas las tuberiacuteas ya que todos los valores de espesores miacutenimos
se encuentran por debajo del schedule estaacutendar comercial A continuacioacuten se
muestran los resultados para cada una de las liacuteneas con costura (Tabla 13) y se
compararon con los espesores de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar La Tabla 14 resentildea
estos mismos caacutelculos para tuberiacutea sin costura
Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (Psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 085 085 085 085 tm (in) 024 0211 0182 0158 Espesor miacutenimo aceptable (in) 024 plusmn 003 0211 plusmn 0026 0182 plusmn 0023 0158 plusmn 0020 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 1 1 1 1 tm (in) 0214 0189 0165 0144 Espesor miacutenimo aceptable (in) 0214 plusmn 00267 0189 plusmn 00236 0165 plusmn 0020 0144 plusmn 0018 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
CAPIacuteTULO III
85
La costura en las tuberiacuteas no influye en los caacutelculos hidraacuteulicos debido a que
la soldadura con resistencia eleacutectrica no genera aporte de material a la tuberiacutea lo que
indica que no habraacute variacioacuten del espesor debido a la costura Las tuberiacuteas principales
seraacuten las uacutenicas con costura por ser eacutestas las uacutenicas presentes en el corredor de
tuberiacutea ubicado en las calles C y F Las longitudes de cada uno de los tramos con y
sin costura son los siguientes
Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura
Longitudes de tuberiacutea METANOL Metor
METANOL Supermetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Con costura (m) 1153 1293 1599 2257 Sin costura (m) 2180 2180 2180 2180
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA
FRICCIOacuteN EN LAS TUBERIacuteAS
Para obtener la caiacuteda de presioacuten en las tuberiacuteas se realizaron los caacutelculos en
primer lugar haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning considerando condiciones
isoteacutermicas que a pesar de ser un meacutetodo maacutes laborioso permite el conocimiento
descriptivo de cada uno de los paraacutemetros asiacute como la procedencia de los valores
utilizados en este disentildeo Esto es provechoso en caso de presentarse cualquier
divergencia del disentildeo en etapas futuras del proyecto Una vez realizados los caacutelculos
con la ecuacioacuten de Fanning se procede a la simulacioacuten del disentildeo con el software
PIPESIMreg que genera valores de caiacuteda de presioacuten de cada una de las liacuteneas entre
otros resultados
CAPIacuteTULO III
86
321 ECUACIOacuteN DE FANNING
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debido a la friccioacuten se usoacute la ecuacioacuten
de Fanning en unidades de campo Se realizoacute el caacutelculo tipo para la tuberiacutea de 24rdquo de
Metor tal como se muestra a continuacioacuten
Donde ρ (gcc)= 0753
q (bbld)= 377389
L (ft)= 10932
d (in)= 2325
Para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning primero es necesario el
caacutelculo del Nuacutemero de Reynolds el cual queda
donde d (m)= 059
V (ms)= 25353
ρ (Kgm3)= 75256
μ (Pas)= 42x10-4
De donde el NRe= 27x106 lo cual indica que se presenta flujo turbulento
(NRegt4000) y para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning se debe emplear la
ecuacioacuten de Colebrook (Ec9)
01220
1072512
2523731081log21
51273
log21
6
3
Re
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
minus
f
ff
ff
f
fxxx
f
fNDfε
Para obtener el factor de friccioacuten de Fanning haciendo uso de la ecuacioacuten de
Colebrook se realizan iteraciones a partir de un valor inicial el cual se puede tomar
directamente del diagrama de Moody De acuerdo a la figura 4 el valor de factor de
friccioacuten de Darcy que se lee correspondiente para NRe= 27x106 y εD=77x10-5 es
5
25 10146441
dLqfxp ρminus=Δ
μρ
ReVdN =
CAPIacuteTULO III
87
fD=0003 lo cual representa un factor de friccioacuten de Fanning de 0012 ya que el
factor de friccioacuten de Darcy representa 4 veces el factor de friccioacuten de Fanning
Una vez calculado este valor se procede al caacutelculo de la peacuterdida de presioacuten
debido a la friccioacuten haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning quedando
Para este caso la caiacuteda de presioacuten es de 24 psi es decir la presioacuten con la cual
llega el fluido al teacutermino del recorrido de la tuberiacutea de 24rdquo es 24 psi menor que al
salir de la bomba Para los tramos de tuberiacutea subsiguientes (16rdquo y 12rdquo) los caacutelculos
se hacen de forma anaacuteloga Se debe tener en cuenta la peacuterdida por friccioacuten que sufre
el fluido al pasar a traveacutes de cada uno de los dispositivos de control a lo largo de la
tuberiacutea En este caso se han tomado valores de longitud equivalente seguacuten el tipo de
accesorio los cuales se adicionan a la longitud de cada una de las tuberiacuteas para luego
calcular la peacuterdida de presioacuten debido a la friccioacuten
Para el caacutelculo de las peacuterdidas de presioacuten debido a la friccioacuten en los
accesorios y vaacutelvulas como se vioacute en el Capiacutetulo II se haraacute uso de la tabla 3 y se
tomaraacuten las longitudes equivalentes de cada accesorio sentildealadas en la Tabla 10
Dicho valor de longitud equivalente se agrega a las longitudes de las liacuteneas y se
calcula la caiacuteda de presioacuten en cada una de eacutestas
Hasta la fecha ha sido entregada la siguiente informacioacuten de la cantidad y
tipo de accesorios correspondientes a cada una de las liacuteneas (Tablas 16 y 17) de
donde se pueden obtener las longitudes equivalentes que se adicionan a las longitudes
totales de tuberiacutea en cada una de las configuraciones
La peacuterdida de presioacuten en las tuberiacuteas debido a la aceleracioacuten se desprecia por
haberse corroborado flujo turbulento en todas las tuberiacuteas de igual forma la caiacuteda de
psip
xp
dLqfxp
07242523
1093237738975300122010146441
10146441
5
25
5
25
=Δ
=Δ
=Δ
minus
minus ρ
CAPIacuteTULO III
88
presioacuten debido a la fuerza potencial se desprecia en estos caacutelculos iniciales debido a
que la peacuterdida de altura de la tuberiacutea total se estima de 2m lo cual es poco
representativo en un recorrido total de maacutes de 4 Km en cada uno de los casos
Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol
Metor Supermetanol Tipo de accesorio o vaacutelvula
24 16 12 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 53 Codo 45deg regular 12 8 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 2077 62 172 1618 62 172
CAPIacuteTULO III
89
Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas propiedad de Super Octanos
MTBE Iso-Octano Tipo de accesorio o vaacutelvula
20 16rdquo 12rdquo 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 60 Codo 45deg regular 12 16 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 1798 62 172 1953 62 172
A continuacioacuten se presentan tablas con el resumen del caacutelculo de cada uno de
estos paraacutemetros aplicados a cada una de las liacuteneas (Tablas 18 19 y 20)
Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas Principales
METANOL
Metor METANOL
SupermetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 24 20 20 20 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 10932 11394 12398 14557 Longitud Equivalente accesorios (ft) 2077 1618 1798 1953 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 13009 13012 14196 16510 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000
NUMERO DE REYNOLDS 27x106 26 x106 38 x106 25 x106 f f (Ec de Colebrook) 00122 00125 00123 00125
Δp (psi) 2864 4875 4900 5365
Presioacuten final (psia) 11976 10095 10070 9605
CAPIacuteTULO III
90
Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 16 16 16 16 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 1640 1640 1640 1640 Longitud Equivalente accesorios (ft) 62 62 62 62 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 1702 1702 1702 1702 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 41x106 33 x106 48 x106 32 x106 f f (Ec de Colebrook) 00127 00128 00127 00128 Δp (psi) 3234 2097 1942 1818
Presioacuten final (psia) 8742 7997 8128 7788
Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 1275 1275 1275 1275 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 164 164 164 164 Longitud Equivalente accesorios (ft) 172 172 172 172 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 336 336 336 336 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 52x106 42 x106 61 x106 4 x106 f f (Ec de Colebrook) 00132 00133 00132 00133 Δp (psi) 2193 1419 1319 1229
Presioacuten final (psia) 6549 6578 6809 6558
Se debe tomar en consideracioacuten que en las especificaciones de los brazos de
carga que estipula Pequiven la presioacuten de descarga de la tuberiacutea al brazo de carga
debe ser de 70 psig (847 psia) y dado que ninguna de las configuraciones genera este
valor de presioacuten se debe tener en cuenta que el flujo de disentildeo no seraacute alcanzado
CAPIacuteTULO III
91
porque por debajo de esta presioacuten no se lograriacutea el despacho de los productos debido
a que los brazos de carga no seraacuten capaces de levantar el fluido la altura necesaria
para cargar los buques
Teniendo como base estos valores de presioacuten esperados para la descarga de
las liacuteneas hasta los brazos de carga se procede a la simulacioacuten con el software
PIPESIMreg
322 PIPESIMreg
Posterior al caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten utilizando la ecuacioacuten de Fanning
se realizan las simulaciones en PIPESIMreg de las configuraciones establecidas
anteriormente A continuacioacuten se resentildean por separado cada una de eacutestas
3221 Metor
Luego de ingresar las propiedades del modelo se procede a la simulacioacuten de
eacuteste ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar (Figura 17)
CAPIacuteTULO III
92
Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la simulacioacuten del programa
CAPIacuteTULO III
93
Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor
L P T v q Ρ fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Metor24 1 00 14828 11318 8319 377433 47953 LIacuteQUIDO 0411 2799 2 6504 14650 11261 8316 377287 47971 LIacuteQUIDO 0413 2786 3 13008 14558 11207 8313 377142 47990 LIacuteQUIDO 0415 2774 4 19513 14380 11154 8310 377004 48007 LIacuteQUIDO 0416 2762 5 26017 14288 11102 8307 376868 48025 LIacuteQUIDO 0418 2750 6 32521 14110 11052 8304 376738 48041 LIacuteQUIDO 0420 2739 7 39026 14018 11003 8301 376610 48057 LIacuteQUIDO 0422 2728 8 45530 13840 10956 8298 376488 48073 LIacuteQUIDO 0423 2718 9 52034 13748 10910 8296 376367 48088 LIacuteQUIDO 0425 2708
10 58538 13570 10865 8293 376252 48103 LIacuteQUIDO 0426 2699 11 65043 13478 10821 8291 376139 48118 LIacuteQUIDO 0428 2689 12 71547 13300 10779 8288 376030 48132 LIacuteQUIDO 0429 2680 13 78051 13209 10738 8286 375924 48145 LIacuteQUIDO 0430 2672 14 84555 13030 10698 8284 375822 48158 LIacuteQUIDO 0432 2664 15 91060 12939 10660 8281 375721 48171 LIacuteQUIDO 0433 2656 16 97564 12761 10622 8279 375625 48184 LIacuteQUIDO 0434 2648 17 104070 12670 10585 8277 375530 48196 LIacuteQUIDO 0436 2640 18 110570 12491 10550 8275 375440 48207 LIacuteQUIDO 0437 2633 19 117080 12400 10515 8273 375351 48219 LIacuteQUIDO 0438 2626 20 123580 12222 10482 8271 375266 48230 LIacuteQUIDO 0439 2620 21 130080 12131 10449 8269 375182 48240 LIacuteQUIDO 0440 2613 Linea de Flujo Metor16 (nuevo datum) 22 0 12072 10449 1922 375183 48240 LIacuteQUIDO 0440 3984 23 94324 10251 10424 1922 375166 48243 LIacuteQUIDO 0441 3979 24 18865 8429 10400 1922 375150 48245 LIacuteQUIDO 0441 3975 Linea de Flujo Metor12 (nuevo datum) 25 0 8328 10400 3104 375153 48244 LIacuteQUIDO 0441 5052 26 16798 7197 10400 3104 375182 48241 LIacuteQUIDO 0441 5054 27 33596 6100 10399 3105 375210 48237 LIacuteQUIDO 0441 5056
CAPIacuteTULO III
94
Para el Metanol tanto en esta configuracioacuten como para la de Supermetanol
se hicieron pruebas de seleccioacuten entre los modelos de viscosidad Pedersen y LBC
(Lohrentz-Bray-Clark) siendo Pedersen el que mejor se ajusta al modelo de
viscosidad del metanol a pesar de ser usado generalmente para gas natural y petroacuteleo
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 463 psig (610 psia) De igual forma en la figura 18 se observa que
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga
Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h
CAPIacuteTULO III
95
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2500 2250 2140 2000 y
1875 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 377389 339650 323045 301911
y 283041 En la figura 19 se puede apreciar que se consigue una presioacuten final cercana
a 70psig con un flujo de 2140 m3h
Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor)
Se toma el flujo de 2140 m3h como el oacuteptimo para el despacho de Metanol
desde la planta Metor A continuacioacuten se muestra el perfil presioacuten-distancia en este
caso (figura 20)
CAPIacuteTULO III
96
Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h
3222 Supermetanol
Luego de ingresar las propiedades del modelo en el simulador se procede a
correr dicho modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar en el caso de
Supermetanol los datos son Presioacuten de entrada 0 psig Flujo 301911 bbld
Se resentildean en la tabla 22 los principales resultados necesarios para el estudio
de la configuracioacuten de Supermetanol
CAPIacuteTULO III
97
Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Supermetanol
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Sumeca20 1 00 14947 11320 9708 301947 47952 LIacuteQUIDO 0411 2705 2 6585 14664 11261 9705 301826 47972 LIacuteQUIDO 0413 2692 3 13169 14469 11203 9701 301708 47991 LIacuteQUIDO 0415 2679 4 19754 14186 11148 9697 301594 48009 LIacuteQUIDO 0417 2667 5 26339 13991 11094 9693 301483 48026 LIacuteQUIDO 0418 2656 6 32923 13708 11041 9690 301377 48043 LIacuteQUIDO 0420 2645 7 39508 13513 10991 9687 301272 48060 LIacuteQUIDO 0422 2634 8 46093 13230 10941 9683 301173 48076 LIacuteQUIDO 0424 2624 9 52677 13035 10894 9680 301075 48091 LIacuteQUIDO 0425 2614
10 59262 12753 10847 9677 300981 48106 LIacuteQUIDO 0427 2605 11 65846 12558 10803 9674 300890 48121 LIacuteQUIDO 0428 2596 12 72431 12275 10759 9672 300802 48135 LIacuteQUIDO 0430 2587 13 79016 12080 10717 9669 300716 48149 LIacuteQUIDO 0431 2578 14 85600 11798 10675 9666 300634 48162 LIacuteQUIDO 0432 2570 15 92185 11603 10636 9664 300554 48175 LIacuteQUIDO 0434 2563 16 98770 11321 10597 9661 300477 48187 LIacuteQUIDO 0435 2555 17 105350 11126 10560 9659 300402 48199 LIacuteQUIDO 0436 2548 18 111940 10844 10523 9656 300330 48211 LIacuteQUIDO 0437 2541 19 118520 10649 10488 9654 300259 48222 LIacuteQUIDO 0439 2534 20 125110 10367 10454 9652 300192 48233 LIacuteQUIDO 0440 2528 21 131690 10172 10421 9650 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 2521 Linea de Flujo Sumeca16 (nuevo datum) 22 000 10148 10421 1538 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 3183 23 94324 8974 10387 1537 300079 48251 LIacuteQUIDO 0442 3176 24 188650 7800 10354 1537 300034 48258 LIacuteQUIDO 0443 3170 Linea de Flujo Sumeca12 (nuevo datum) 25 000 7736 10354 2483 300036 48258 LIacuteQUIDO 0443 4028 26 16798 7003 10352 2483 300046 48256 LIacuteQUIDO 0442 4029 27 33596 6303 10349 2483 300055 48255 LIacuteQUIDO 0442 4029
CAPIacuteTULO III
98
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4834 psig (6303 psia) En la figura 21 graacutefica Presioacuten vs Distancia
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga (Figura 22)
Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1830 1800 1750
1740 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 276248 271720
264172 262662 y 256624 En la figura 22 se puede apreciar que se consigue un
valor de presioacuten final maacutes aproximado a 70 psig con un flujo de 1740 m3h
CAPIacuteTULO III
99
Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol)
3223 MTBE de Super Octanos
Luego de ingresar las propiedades de la configuracioacuten se procede a correr el
modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar
Presioacuten de entrada 0 psig
Flujo 301911 bbld
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la corrida del simulador
CAPIacuteTULO III
100
Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo MTBE20 1 00 14970 11331 9708 301937 46353 LIacuteQUIDO 0250 4291 2 7183 14652 11233 9705 301838 46368 LIacuteQUIDO 0251 4274 3 14367 14473 11139 9702 301743 46383 LIacuteQUIDO 0252 4257 4 21550 14155 11050 9699 301654 46397 LIacuteQUIDO 0253 4243 5 28734 13977 10966 9696 301568 46410 LIacuteQUIDO 0254 4227 6 35917 13659 10886 9694 301489 46422 LIacuteQUIDO 0255 4214 7 43100 13480 10810 9691 301412 46434 LIacuteQUIDO 0256 4201 8 50284 13163 10737 9689 301340 46445 LIacuteQUIDO 0256 4189 9 57467 12984 10668 9687 301271 46456 LIacuteQUIDO 0257 4176
10 64651 12667 10603 9685 301206 46466 LIacuteQUIDO 0258 4166 11 71834 12488 10541 9683 301144 46475 LIacuteQUIDO 0259 4155 12 79017 12171 10482 9681 301087 46484 LIacuteQUIDO 0259 4145 13 86201 11993 10426 9679 301031 46493 LIacuteQUIDO 0260 4135 14 93384 11675 10372 9677 300979 46501 LIacuteQUIDO 0260 4127 15 100570 11497 10322 9676 300929 46508 LIacuteQUIDO 0261 4118 16 107750 11180 10274 9674 300883 46516 LIacuteQUIDO 0261 4111 17 114930 11001 10228 9673 300838 46523 LIacuteQUIDO 0262 4103 18 122120 10684 10184 9671 300797 46529 LIacuteQUIDO 0262 4096 19 129300 10506 10143 9670 300757 46535 LIacuteQUIDO 0263 4089 20 136480 10189 10104 9669 300721 46541 LIacuteQUIDO 0263 4083 21 143670 10011 10067 9668 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 4077 Linea de Flujo MTBE16 (nuevo datum) 22 00 9987 10067 1541 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 5146 23 9432 8866 10036 1540 300672 46548 LIacuteQUIDO 0263 5149 24 18865 7744 10006 1540 300665 46549 LIacuteQUIDO 0263 5151 Linea de Flujo MTBE12 (nuevo datum) 25 000 7682 10006 2488 300667 46549 LIacuteQUIDO 0263 6547 26 16798 6984 10006 2488 300686 46546 LIacuteQUIDO 0263 6555 27 33596 6307 10006 2488 300708 46543 LIacuteQUIDO 0263 6562
Tanto para MTBE como para el Iso-Octano estos fluidos se incluyeron al
simulador como black oil para lograr un comportamiento de viscosidad cercano al
CAPIacuteTULO III
101
teoacuterico se ingresaron valores de temperatura y viscosidad dentro del rango de
operacioacuten del proyecto
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4837 psig (6307 psia) Debido a que no se alcanza con el flujo de
disentildeo 70 psig a la salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de
sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida
de descarga al brazo de carga (Figura 23)
Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE)
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1850 1800 1750
1735 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720
261908 262662 y 256624 En la figura 23 se puede apreciar que se consigue una
presioacuten final maacutes cercana a 70 psig con un flujo de 1735 m3h
CAPIacuteTULO III
102
3224 Iso-Octano de Super Octanos
Se realiza la corrida del modelo con los mismos datos de entrada utilizados
en la configuracioacuten de MTBE Se resumieron en la tabla 24 los principales resultados
Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de IsoOctano
L P T v q ρ Patroacuten de flujo micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (PI-SS) (cP) x10-6 Linea de Flujo IsoOctano20 1 00 14970 11334 9708 301940 42283 LIacuteQUIDO 0454 2159 2 8340 14623 11209 9704 301816 42300 LIacuteQUIDO 0456 2151 3 16680 14424 11092 9700 301697 42317 LIacuteQUIDO 0457 2142 4 25020 14078 10982 9697 301588 42332 LIacuteQUIDO 0459 2135 5 33360 13879 10880 9694 301485 42347 LIacuteQUIDO 0461 2128 6 41700 13532 10783 9691 301391 42360 LIacuteQUIDO 0462 2121 7 50039 13334 10693 9688 301301 42373 LIacuteQUIDO 0463 2115 8 58379 12987 10609 9685 301219 42384 LIacuteQUIDO 0464 2110 9 66719 12789 10530 9682 301141 42395 LIacuteQUIDO 0466 2104
10 75059 12442 10455 9680 301070 42405 LIacuteQUIDO 0467 2099 11 83399 12244 10386 9678 301002 42415 LIacuteQUIDO 0468 2094 12 91739 11898 10320 9676 300940 42423 LIacuteQUIDO 0469 2090 13 100080 11699 10259 9674 300881 42432 LIacuteQUIDO 0470 2086 14 108420 11353 10202 9672 300829 42439 LIacuteQUIDO 0470 2083 15 116760 11154 10149 9671 300777 42446 LIacuteQUIDO 0471 2079 16 125100 10808 10098 9669 300732 42453 LIacuteQUIDO 0472 2076 17 133440 10610 10051 9668 300688 42459 LIacuteQUIDO 0473 2073 18 141780 10264 10007 9667 300650 42464 LIacuteQUIDO 0473 2070 19 150120 10065 9966 9665 300612 42470 LIacuteQUIDO 0474 2068 20 158460 9719 9927 9664 300580 42474 LIacuteQUIDO 0474 2066 21 166800 9521 9890 9663 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2063 Linea de Flujo IsoOctano16 (nuevo datum) 22 00 9499 9890 1540 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2605 23 9432 8399 9865 1540 300555 42478 LIacuteQUIDO 0474 2607 24 18865 7410 9842 1540 300568 42476 LIacuteQUIDO 0474 2609 Linea de Flujo IsoOctano12 (nuevo datum) 25 000 7353 9842 2487 300571 42476 LIacuteQUIDO 0474 3316 26 16798 6708 9842 2487 300602 42471 LIacuteQUIDO 0474 3319 27 33596 6082 9842 2488 300639 42466 LIacuteQUIDO 0473 3323
CAPIacuteTULO III
103
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4612 psig (6082 psia) Debido a que no se alcanza los 70 psig a la
salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando
el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo
de carga (Figura 24)
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2000 1850 1800 1750 y
1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720 264172
y 256624 En la figura 24 se nota que el valor de flujo con una presioacuten final cercana
a 70 psig es de 1700 m3h
Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano)
CAPIacuteTULO III
104
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS
Para realizar la comparacioacuten entre modelos se agruparon en tablas los
resultados correspondientes a las caiacutedas de presioacuten de cada uno de los modelos
separados por tramos y luego se calculoacute el porcentaje de desviacioacuten entre los valores
Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor
METANOL
Metor Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 2864 2697 621 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 11986 12131 120
Δp tuberiacutea 16 (psia) 3234 3702 1264 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8752 8429 383 Δp tuberiacutea 12 (psia) 2193 2329 584
Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6559 6100 752
Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Supermetanol
METANOL Supermetanol Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4875 4775 210 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10095 10172 076 Δp tuberiacutea 16 (psia) 2097 2372 1158 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7997 7800 253 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1419 1497 520 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6578 6303 437
CAPIacuteTULO III
105
Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE
MTBE Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4900 4959 118 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10070 10011 059 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1942 2267 1435 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8128 7744 496 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1319 1437 823 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6809 6307 796
Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano
IsoOctano Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 5365 5449 155 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 9605 9521 089 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1818 2111 1389 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7788 741 510 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1229 1328 743 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6558 6082 783
Debido a que la operacioacuten de las configuraciones empleando los flujos de
disentildeo no permiten que se mantenga la condicioacuten limitante que la presioacuten en la
entrada al brazo de carga sea de 70 psig se hace un cuadro comparativo entre estos
valores como se muestra en la tabla 29
CAPIacuteTULO III
106
Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Flujo oacuteptimo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Porcentaje comparativo entre los valores de flujo () 1682 1494 1527 1765
54 CAPACIDAD DE DESPACHO DURANTE LA VENTANA
OPERACIONAL DE CADA UNA DE LAS PLANTAS
En el Muelle Criogeacutenico soacutelo se dispone de un brazo para el despacho de los
productos de las 3 empresas mixtas con la implementacioacuten del proyecto tratado en
este trabajo se espera una mayor holgura para la carga de los productos a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico asiacute como tambieacuten se podraacute despachar mayor cantidad de
productos al mismo tiempo ya que cada producto tendraacute un brazo individual De esta
forma habraacute la posibilidad de utilizar hasta 4 brazos al mismo tiempo para cargar en
dos buques diferentes ya que soacutelo se dispone de la plataforma este y la oeste para el
despacho de productos pero se pueden cargar 2 tipos de productos en el mismo
buque
Se debe tener en cuenta que la empresa FertiNitro tambieacuten despacha sus
productos (amoniacuteaco) a traveacutes del Brazo de Carga M-501 ubicado en la plataforma
de liacutequidos al igual que los brazos M-502 M-503 M-504 y M-505 como se pudo
observar en la Figura 16 (Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De
Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose)
Se pueden cuantificar las posibilidades de carga de la mayor cantidad de
productos simultaacuteneamente en 12 casos diferentes como se muestra en la tabla 30
CAPIacuteTULO III
107
Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Caso Lado Oeste Lado Este 1 Metor M-505 Metor M-504
Metor M-503 Soca M-502
2 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503 Soca M-502
3 Metor M-505 Metor M-504 Metor M-503
4 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503
5 Metor M-505
Metor M-503
6 Sumeca M-505
7 Sumeca M-505
Metor M-503
Soca M-502
8 Sumeca M-504
Soca M-502
9 Metor M-504
Soca M-502
10 Soca M-502
11 Sumeca M-504
12 Metor M-504
FertiNitro M-501
Con los datos recopilados en la tabla 11 se obtiene la siguiente distribucioacuten
porcentual seguacuten el despacho de cada una de las plantas involucradas en el proyecto
CAPIacuteTULO III
108
33
39
28
SupermetanolMetorSuper Octanos
Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del Muelle
Criogeacutenico
Debido a que se tiene conocimiento de los voluacutemenes despachados en buques
por FertiNitro actualmente en el Muelle Petroquiacutemico y el despachado por Metor
Supermetanol y Super Octanos por el Muelle Criogeacutenico se hace una proyeccioacuten del
porcentaje de produccioacuten mensual de despachos para el antildeo 2008 del Muelle
Petroquiacutemico cuando el proyecto se encuentre en operacioacuten De esta forma la
ocupacioacuten se puede decir que tendraacute la distribucioacuten mostrada en la Figura 26
17
3627
20
FertiNitroMetorSupermetanolSuper Octanos
Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro
CAPIacuteTULO III
109
La ventana operacional con la cual contaraacuten las plantas para el despacho de
sus productos seraacute al igual que en la actualidad de 72 horas contando con hasta 32
horas para el despacho De acuerdo a las velocidades maacuteximas de despacho
calculadas anteriormente se recrea un tiempo estimado de despacho al buque de cada
uno de los productos en la tabla 31
Se escogen capacidades de buques aproximadas debido a que de acuerdo a la
Tabla 12 cada buque presenta capacidades diferentes ademaacutes que podriacutean cargar
menor cantidad de productos de lo que su capacidad total permite dependiendo de las
teacutecnicas de negociacioacuten que sean empleadas en la venta de los productos
Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques
METANOL
Metor METANOL
Supermetanol MTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Flujo maacutesico (TMh) 16105 13181 12301 11144 Buque de 10 MTM
Tiempo (h) 621 759 813 897
Buque de 15 MTM Tiempo (h)
931 1138 1219 1346
Buque de 20 MTM Tiempo (h)
1242 1517 1626 1795
Buque de 25 MTM Tiempo (h)
1552 1897 2032 2243
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
110
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
La seleccioacuten de tuberiacuteas principales se realizoacute de acuerdo al piping class
utilizado en el Muelle Petroquiacutemico pero debido a las altas exigencias de seguridad
de dicho muelle las cuales no son necesarias en las aacutereas externas al Muelle se hizo
la salvedad de permitir el uso de tuberiacutea con costura fuera del liacutemite de bateriacutea del
Muelle De esta forma la tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es
ASTM A-53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia hasta que
se obtengan los resultados del estudio de golpe de ariete del cual podriacutea resultar que
el rating necesario para las tuberiacuteas sea de 300 lbf Desde el punto de salida de las
plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del Muelle se utilizaraacute tuberiacutea tipo E (soldada con
resistencia eleacutectrica) y una vez dentro de los linderos del Muelle las tuberiacuteas deberaacuten
ser sin costura (Tipo S) al igual que las vaacutelvulas y los accesorios Las tablas 7 8 y 9
muestran las caracteriacutesticas de cada una de las liacuteneas
La seleccioacuten de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar se realizoacute conforme a que el
caacutelculo de los espesores miacutenimos requeridos en cada una de las liacuteneas reporta valores
de hasta 50 por debajo de la ceacutedula miacutenima comercial (Schedule 10) Luego de
aplicar un factor de seguridad riguroso se toma como alternativa tolerante la ceacutedula
estaacutendar en cada una de las liacuteneas (ver tablas 13 y 14)
El valor miacutenimo de presioacuten requerido en el punto final de la tuberiacutea de 12rdquo es
de 70 psig Dicho valor es necesario para que el fluido recorra el brazo de carga y
descargue al buque con una presioacuten de 20 psig
El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado a la
presioacuten de descarga de las bombas de cada planta que para todos los casos se tomoacute
la resentildeada en la hoja de especificaciones de cada bomba como presioacuten de operacioacuten
El caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las liacuteneas es un valor aproximado debido a
la carencia de informacioacuten definitiva acerca de las vaacutelvulas y accesorios que seraacuten
implementados en las liacuteneas Para la fecha de culminacioacuten de este Trabajo Especial
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
111
de Grado las empresas mixtas auacuten no teniacutean bien especificado los elementos de
control que se aplicaraacuten a las liacuteneas incluyendo asiacute el tipo de vaacutelvulas que seraacuten
empleados Los valores de caiacuteda de presioacuten que se reportan en el punto final de la
tuberiacutea de 12rdquo son mayores a los que se deberiacutea esperar para el momento de ejecucioacuten
del proyecto
El caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten primeramente se realizoacute mediante el uso de
la ecuacioacuten de Fanning utilizando el nuacutemero de Reynolds para el caacutelculo del factor
de friccioacuten Estos valores de caiacuteda de presioacuten se calcularon para cada uno de los
tramos de tuberiacutea reportaacutendose en las tablas 18 19 y 20
El segundo meacutetodo de caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten se realizoacute mediante la
corrida en PIPESIMreg de cada uno de los casos por separado de acuerdo al fluido que
transportariacutea cada liacutenea y la planta que manejariacutea dicho fluido Debido a que
PIPESIMreg es un simulador de produccioacuten de petroacuteleo se estudioacute la manera de incluir
Metanol MTBE e Iso-Octano al programa
Para el modelaje del comportamiento de viscosidad del metanol se empleoacute
Pedersen siendo eacuteste el que mejor se adaptaba al teoacuterico Los modelos de viscosidad
utilizados para MTBE e Iso-Octano a diferencia del Metanol se generaron a partir de
2 pares de valores de viscosidad y temperatura ingresados por el usuario con lo cual
el modelo de viscosidad se asemeja al teoacuterico en el rango de temperatura utilizado el
cual es cercano al de operacioacuten del proyecto
Para todas las configuraciones el valor de presioacuten en el punto final de las
tuberiacuteas de 12rdquo manejando el flujo de disentildeo se encuentra por debajo de 70psig con
un margen de hasta 25 psi (como se reporta en las tablas 25 26 27 y 28) tanto en los
caacutelculos con la ecuacioacuten de Fanning como los generados por el simulador
Se compararon los valores de presioacuten reportados en cada una de las corridas
y se pudo apreciar la similitud de eacutestos con los calculados con la ecuacioacuten de
Fanning se puede apreciar que la divergencia entre valores de presioacuten reportados en
las tablas 26 27 28 y 29 no es significativa los valores maacutes distantes reportan un
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
112
desviacioacuten de hasta 14 Los valores generados por el simulador se consideraron con
mayor exactitud debido a que el simulador hace caacutelculos de los valores de viscosidad
y presioacuten a cada uno de los intervalos en los cuales se separa la longitud total de la
tuberiacutea lo cual no se hace en la ecuacioacuten de Fanning
Los valores finales de presioacuten correspondientes a Metanol MTBE e Iso-
Octano presentan porcentajes de divergencia menores al 8 lo que se puede atribuir
al hecho que los fluidos son ingresados a un simulador de hidrocarburos lo cual trae
consecuencias ya que la viscosidad del fluido a pesar de presentar valores cercanos a
los teoacutericos fueron calculados con correlaciones para petroacuteleo
Debido a que los valores generados por el simulador al final de la tuberiacutea de
12rdquo son inferiores a 70 psig (operando con el flujo de disentildeo) se realizaron anaacutelisis
de sensibilidad a cada una de las liacuteneas variando los valores del flujo de salida de la
bomba Es debido a este factor limitante que los flujos de disentildeo no son alcanzados
en las configuraciones como se muestra en la tabla 29 Los flujos que operaraacuten las
liacuteneas para mantener la condicioacuten limitante se encuentran entre 15 y 18 por debajo
del flujo de disentildeo
Los valores de flujo conseguidos al aplicar el anaacutelisis de sensibilidad a las
liacuteneas se encuentran por encima del que se espera al momento de ejecutar el proyecto
debido a que no se incluye la peacuterdida de presioacuten debido a las vaacutelvulas que seraacuten
conectadas a las liacuteneas Los valores de flujo obtenidos en este anaacutelisis no deberaacuten ser
tomados como valores reales sino como valores maacuteximos de operacioacuten de las
configuraciones
Referente a la ocupacioacuten del muelle se puede notar que auacuten para el caso maacutes
desfavorable el despacho de Iso-Octano a un buque de gran tamantildeo (menor
velocidad de flujo) el tiempo de carga es menor a 24 horas como se puede observar
en la tabla 31 Seguacuten experiencias actuales se conoce que los tiempos de despacho
se encuentran entre 15 y 32 horas dependiendo de la capacidad de los buques y de la
velocidad de bombeo La tasa maacutexima de bombeo hacia el Muelle Criogeacutenico en la
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
113
actualidad es de 1000 m3h con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten
los tiempos de despacho
En cuanto a las necesidades de ocupacioacuten de cada usuario (Metor
Supermetanol Super Octanos y FertiNitro) en el Muelle Petroquiacutemico se observa
que es Metor quien tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten Supermetanol y Super
Octanos seguiraacuten en cuanto al nivel de necesidad y seraacute FertiNitro quien menos
requiera del uso del Muelle ya que esta uacuteltima empresa tiene despachos mensuales de
uno a dos buques y las otras plantas tienen despachos de 4 oacute 5 buques mensuales En
la figura 26 se aprecian los porcentajes de distribucioacuten de cada una de las plantas
esperados en el momento cuando entre en vigencia el uso del Muelle Petroquiacutemico de
Jose para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
CONCLUSIONES
114
CONCLUSIONES
A continuacioacuten se presentan las principales conclusiones resultantes del
estudio de este Trabajo Especial de Grado
bull La tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es ASTM A-
53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia
Desde el punto de salida de las plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del
Muelle seraacute tuberiacutea Tipo E (soldada con resistencia eleacutectrica) y
dentro de los linderos del Muelle seraacute Tipo S (sin costura)
bull El factor limitante de la velocidad de flujo en cada una de las
configuraciones es una presioacuten igual a 70 psig reportado al final de
la tuberiacutea de 12rdquo
bull El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado
a la presioacuten de operacioacuten de las bombas
bull Los valores de caiacuteda de presioacuten resultantes son valores aproximados
de igual forma sucede con los valores de flujo eacutestos deberaacuten ser
tomados como valores maacuteximos de despacho
bull La simulacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en cada una de las liacuteneas se
realizoacute con PIPESIMreg la inclusioacuten de Metanol en la configuracioacuten se
hizo siguiendo el modelo de fluido composicional mientras que el
modelo utilizado para la inclusioacuten de MTBE e Iso-Octano fue black
oil
bull Los valores de presioacuten reportados en las corridas y los calculados con
la ecuacioacuten de Fanning presentaron una desviacioacuten porcentual menor
al 15 comparativamente entre los dos modelos Se consideran con
mayor exactitud los valores generados por el simulador
CONCLUSIONES
115
bull Los valores finales de presioacuten a la entrada del brazo de carga son
menores a 70psig en operacioacuten con el flujo de disentildeo
bull La velocidad de flujo con mayor operatividad en cada uno de los
casos es menor que los flujos de disentildeo de cada una de las liacuteneas en
un rango menor al 18 en todos los casos
bull Los brazos de carga a utilizar en las instalaciones del Muelle
Petroquiacutemico de Jose seraacuten de 12rdquo con facilidades para retorno de
vapores
bull El tiempo maacuteximo de carga de los buques con capacidades de hasta
25000TM son 24 horas
bull Con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten los tiempos
de despacho a los buques de Metanol MTBE e Iso-Octano con
respecto al sistema actual
bull Metor tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten del Muelle
Petroquiacutemico Supermetanol y Super Octanos seguiraacuten en cuanto al
nivel de necesidad y FertiNitro seraacute quien tenga menor requerimiento
de uso del Muelle
RECOMENDACIONES
116
RECOMENDACIONES
Realizar el estudio de golpe de ariete para evaluar la necesidad de
proteccioacuten mecaacutenica de las liacuteneas asiacute como de las vaacutelvulas y accesorios
Una vez obtenida la disposicioacuten de todos los elementos de control que
seraacuten instalados en las liacuteneas agregar la peacuterdida de presioacuten causada debido
a las vaacutelvulas y accesorios para luego recalcular los flujos de despacho en
cada una de las configuraciones
Incluir en los procedimientos operacionales del Muelle Petroquiacutemico de
Jose la implementacioacuten de programas de inspeccioacuten y mantenimiento de
las liacuteneas involucradas en el proyecto asiacute como vaacutelvulas accesorios
brazos de carga sistema de alivio de vapores
Escoger la mejor opcioacuten para la disposicioacuten de liacutequidos y vapores
generados en el proceso de despacho de buques (instalacioacuten de tanques de
alivio disposicioacuten de fluidos hacia el flare o la instalacioacuten de la liacutenea de
retorno hacia la planta de Super Octanos)
Asegurar la posibilidad de control de las vaacutelvulas localizadas en los brazos
de carga M503 M-504 y M-505 tanto por Metor como por Supermetanol
Incluir en los procedimientos operacionales toda la logiacutestica a seguir para
realizar el lavado (Flushing) con agua de los tanques de almacenamiento de
los buques asiacute como la inertizacioacuten de eacutestos en caso de ser necesario
RECOMENDACIONES
117
Estudiar el suministro y conexioacuten de nitroacutegeno en el estribo del Muelle
para el desalojo de las liacuteneas y en caso de ser necesario la inertizacioacuten de
los tanques de almacenamiento de los buques
Realizar la clausura de las liacuteneas existentes en el Muelle Criogeacutenico de
manera adecuada asiacute como la recoleccioacuten de los activos pertenecientes a
las empresas mixtas y Pequiven en dicho Muelle
Tramitar la permisologiacutea ante los entes gubernamentales para la aprobacioacuten
del proyecto
BIBLIOGRAFIacuteA
118
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
[1] ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31 Capiacutetulo II
[2] Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico
9na edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
[3] Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
[4] Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Tomo II
Meacutexico Edit Mc Graw Hill 1992
[5]Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpip
esim_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
[6] Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1979
BIBLIOGRAFIacuteA
Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico 9na
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
Barberii EE El Pozo Ilustrado 3ra edicioacuten Caracas PDVSA 1985
Branan Carl R Soluciones praacutecticas para el Ingeniero Quiacutemico 2da
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 2000
Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1992
Reza Garciacutea Clemente Flujo de fluidos en vaacutelvulas accesorios y tuberiacuteas
Crane Co Meacutexico Mc Graw Hill 1990
BIBLIOGRAFIacuteA
119
Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc Graw
Hill 1979
The MW Kellogg Company Design of piping systems 2da edicioacuten Jhon
Wiley and sons
Paper SPE 20631 Xlao JJ Shoham O y Brill JP A comprehensive
Mechanistic Model for Two-Phase Flow in Pipelines Society of Petroleum
Engineers Inc University of Tulsa 1990
Paper SPE 20645 Z El-Oun Gas-Liquid Two-Phase Flow in Pipelines
Society of Petroleum Engineers Inc CALtec Limited Subsidiary of BHR Group Ltd
1990
Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
Tecnoconsult httpwwwtecnoconsultcom [consulta Noviembre 2005]
Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpipesi
m_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
PDVSA httpwwwinteveppdvcomsantppquimicosind_productoshtm
[consulta diciembre 2005]
Wipedia httpeswikipediaorgwikiGolpe_de_ariete [consulta Mayo
2006]
ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31
PDVSA No L-TP- 15 Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Manual de Ingenieriacutea
de Disentildeo Volumen 13-III Procedimiento de Ingenieriacutea
PDVSA No MDP-02-FF-03 Flujo en Fase Liacutequida Manual de Disentildeo de
Proceso Flujo de fluidos
BIBLIOGRAFIacuteA
120
PDVSA Especificaciones teacutecnicas de Materiales y de Construccioacuten
PDVSA Higiene Industrial Iacutendice general de productos quiacutemicos
GLOSARIO
121
GLOSARIO
Black Oil petroacuteleo negro
Data sheet hoja de especificaciones
Flare mechurrio
Pipe rack corredor de tuberiacutea casillero de tubos
Piping class Tipo de tuberiacutea
Rating capacidad nominal
Schedule ceacutedula o calibre
Source fuente
ANEXO 1
122
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano
El anexo 1 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Iso-Octano del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 2
123
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol
El anexo 2 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Metanol del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 3
124
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE
El anexo 3 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al MTBE del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
DISENtildeO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE PARA EL DESPACHO DE METANOL MTBE E ISO-OCTANO A TRAVEacuteS
DEL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
TUTOR ACADEacuteMICO Profa Dr Noacutelides Guzmaacuten TUTORES INDUSTRIALES Ing Gehu Poreza Ing Regina Salazar
Presentado ante la Ilustre Universidad Central de Venezuela
Por la Br Rojas U Carelia Para optar al Tiacutetulo
de Ingeniero de Petroacuteleo
Caracas 2006
AGRADECIMIENTOS
iii
AGRADECIMIENTOS
La elaboracioacuten del presente Trabajo Especial de Grado trae consigo no tan
solo la edicioacuten de este libro sino tambieacuten la culminacioacuten de una carrera profesional
para lo cual han sido muchas las personas quienes me han ayudado y apoyado entre
las cuales me atrevo a nombrar
- Dios Todopoderoso la esperanza de que cada diacutea seraacute mejor que el anterior
- La Universidad Central de Venezuela es un honor haber sido bienvenida en la
casa donde hoy y siempre se venceraacute la sombra
- A mis padres siempre han sido y seraacuten el pilar de fortaleza y amor que me
guiacutea hacia la excelencia Las palabras no son lo suficiente para agradecerles
- A mis hermanas somos tres mejores amigas que se complementan Les doy
gracias por estar ahiacute y ayudarme todas las veces que las necesito las quiero
- A la Facultad de Ingenieriacutea y la Escuela de Petroacuteleo en sus aulas conseguiacute los
mejores profesores que incentivaron mis ganas de aprender
- A mi tutora Profa Noacutelides Guzmaacuten gracias por todo su tiempo paciencia y
dedicacioacuten
- A Pequiven muchas gracias por la oportunidad que me han brindado Ing
Gehu Poreza y Regina Salazar por brindarme toda la ayuda necesaria A la
Gerencia de Operaciones y todas las personas que me tendieron una mano
cuando la necesitaba Asiacute como las personas involucradas en el proyecto Ing
Claudio Passerini Ing Ernesto Silva Ing Alejandro Hernaacutendez
- Mis familiares hermanos tiacuteos primos y cuntildeados siempre apoyaacutendome
- A mis amigos sin ustedes el camino hubiese sido interminable Issa una
amistad invaluable Dani gracias por estar siempre ahiacute Giovanny Santiago
William y Herbert comenzamos juntos y hoy cada quien sigue su camino
gracias por todos los buenos ratos Mayralit Mauricio Miguel Andriuska
Any Ceacutesar Ricardo Leo Rafael E Domingo Lenin Rauacutel A Tato Karen
Julio S Hernaacuten Criseida y Adriana Z amigos inolvidables
RESUMEN
iv
Rojas U Carelia J
DISENtildeO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE PARA EL DESPACHO DE METANOL MTBE E ISO-OCTANO A TRAVEacuteS
DEL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
Tutor Acadeacutemico Profa Dr Noacutelides Guzmaacuten Tutores Industriales Ing Gehu
Poreza Ing Regina Salazar Tesis Caracas UCV Facultad de Ingenieriacutea
Escuela de Ingenieriacutea de Petroacuteleo Antildeo 2006 124 p
Palabras Claves Tuberiacuteas Horizontales Simulacioacuten de Tuberiacuteas Programa
Pipesimreg2003
Resumen En la industria petroquiacutemica ademaacutes de los procesos mediante
los cuales se obtienen los diversos productos es de vital importancia el control sobre
el sistema de despacho de eacutestos El presente Trabajo Especial de Grado se realiza con
el fin de disentildear el sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose utilizando
como herramienta el software PIPESIMreg Se generan soluciones praacutecticas para la
empresa mediante el desarrollo de un disentildeo a grandes rasgos con la ayuda del
simulador permitiendo la caracterizacioacuten de los principales paraacutemetros asiacute como el
caacutelculo de las principales variables del proceso de transporte de los productos a cargar
a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico del Complejo Industrial Joseacute Antonio Anzoaacutetegui
De igual forma se estudian las opciones ocupacionales para el mencionado muelle
una vez sea puesto en marcha el proyecto que involucra el presente trabajo
RESUMEN
IacuteNDICE GENERAL
v
IacuteNDICE GENERAL
RESUMEN iv
IacuteNDICE GENERAL v
IacuteNDICE DE TABLAS x
NOMENCLATURA xi
INTRODUCCIOacuteN 1
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3
OBJETIVOS 4
METODOLOGIacuteA 5
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL 7 11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA 7
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA 7 112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE 7 113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN 9 114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI 9
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR) 9 1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE (FERTINITRO) 10 1143 SUPERMETANOL 10 1144 SUPER OCTANOS 11 1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE 11
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE 13
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA 14
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS 14 1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS 14 1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS 17
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS 19 1221 BALANCE DE ENERGIacuteA 19
12211 Balance total de energiacutea 19 12212 Balance de energiacutea mecaacutenica 21 12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema 21
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS 22 12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares 22
IacuteNDICE GENERAL
12222 Flujo incompresible 22 12223 Tuberiacuteas circulares 22 12224 Fluidos no newtonianos 25 12225 Flujo no isoteacutermico 28 12226 Flujo turbulento 29 12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales) 30 12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento 31 12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar 31 122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas 31 122211 Accesorios y vaacutelvulas 32
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS 33 1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS 33
12311 Desplazamiento 34 12312 Fuerza centriacutefuga 34
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA 35 1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS 35
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS 36 1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN 36 1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS 37
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos 38 1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL CARBONO Y ACERO INOXIDABLE 40
12431 Tubos y tuberiacuteas 41 12432 Juntas 42 12433 Codos y accesorios 43 12434 Vaacutelvulas 44
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS 46 12441 Seguridad 46 12442 Condiciones de disentildeo 46 12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas 48 12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos 49 12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas 50 12446 Soportes de tuberiacuteas 54 12447 Golpe de Ariete 56
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN 57 12451 Soldadura 57 12452 Doblado y formacioacuten 57 12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico 58
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA PIPESIMreg2003 58
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades 58 132 Modelaje de flujo multifaacutesico 58 133 Modelos de Fluido 59 134 Certeza del tipo de flujo 59 135 Disentildeo de equipos de superficie 59 136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea 60
IacuteNDICE GENERAL
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO 61 21 CONDICIONES DE DISENtildeO 61
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 61 212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS 62 213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO JOSE 63 214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS 63
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS 68
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS 68 2211 Metor 68 2212 SuperMetanol 74 2213 MTBE de Super Octanos 75 2214 IsoOctano de Super Octanos 77
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE 79
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO 79
CAPIacuteTULO III RESULTADOS 83
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED 83
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA FRICCIOacuteN EN
LAS TUBERIacuteAS 85
321 ECUACIOacuteN DE FANNING 86 322 PIPESIMreg 91
3221 Metor 91 3222 Supermetanol 96 3223 MTBE de Super Octanos 99 3224 Iso-Octano de Super Octanos 102
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS 104
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 110
CONCLUSIONES 114
RECOMENDACIONES 116
BIBLIOGRAFIacuteA 118
GLOSARIO 121
IacuteNDICE GENERAL
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano 122
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol 123
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE 124
IacuteNDICE DE FIGURAS
ix
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute Antonio Anzoaacutetegui 8
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui 11
Figura 3 Diagrama de corte 15 Figura 4 Diagrama de Moody 23 Figura 5 Curva de flujo general 26 Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor 69 Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor) 70 Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor 70 Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor 71 Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor 72 Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor 73 Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol 74 Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de
Super Octanos 76 Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de
Super Octanos 77 Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de
Super Octanos 78 Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el
Muelle Petroquiacutemico Jose 80 Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor 92 Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h 94 Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor) 95 Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h 96 Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h 98 Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol) 99 Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE) 101 Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano) 103 Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del
Muelle Criogeacutenico 108 Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro 108
IacuteNDICE DE TABLAS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose 12 Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales 23 Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta 33 Tabla 4 Propiedades de los fluidos 61 Tabla 5 Sistema de Bombeo 62 Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose 63 Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo) 64 Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo 65 Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo 66 Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios67 Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga 81 Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9 82 Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura 84 Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura 84 Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura 85 Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol 88 Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas propiedad de Super Octanos 89 Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas
Principales 89 Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo 90 Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo 90 Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor 93 Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
Supermetanol 97 Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE 100 Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
IsoOctano 102 Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor 104 Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de
Supermetanol 104 Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE 105 Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano 105 Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos 106 Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico 107 Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques109
NOMENCLATURA
xi
NOMENCLATURA
c= suma de tolerancias dejadas por la corrosioacuten la erosioacuten y cualquier profundidad de la muesca o estriado (-)
Cv = coeficiente de flujo en la vaacutelvula que pasa bajo una caiacuteda de presioacuten de l psi
cv= calor especiacutefico del fluido (BTUlbdegR)
D= diaacutemetro del conducto (ft)
d= diaacutemetro interno de la vaacutelvula (ft)
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea (ft)
dudy= gradiente de velocidad (1s)
E= factor de calidad (-)
F= peacuterdida por friccioacuten (ftlbflb)
f= factor de friccioacuten de Fanning (-)
G= velocidad maacutesica media (lbsft2)
g= aceleracioacuten local debido a la gravedad (322 fts2)
gc= constante dimensional (3217 lbftlbfs2)
hv= carga de velocidad (ft)
i= entalpiacutea especiacutefica (BTUlb)
J= equivalente mecaacutenico de calor (ftlbfBTU)
K= iacutendice de consistencia (lbfsnft2)
K1= cantidad de cargas de velocidad (fts)
L= dimensioacuten lineal caracteriacutestica del canal de flujo (ft)
L1= longitud del conducto (ft)
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes (ft)
Le= longitud equivalente (ft)
n= exponente (-)
nacute= exponente de la ley de potencia (-)
NRe = nuacutemero de Reynolds (-)
P= presioacuten de disentildeo (lbfft2)
p= presioacuten absoluta (lbfft2)
p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba (lbfft2)
p2= presioacuten estaacutetica corriente abajo (lbfft2)
NOMENCLATURA
Q= calor agregado (BTU)
q= flujo volumeacutetrico del fluido (ft3s)
r= radio (ft)
RH= radio hidraacuteulico medio (ft)
rw= radio de la tuberiacutea (ft)
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales (lbfft2)
s= entropiacutea especiacutefica (BTUlb degR)
SE= esfuerzo permisible (lbfft2)
Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto (-)
tm= espesor miacutenimo de pared (ft)
u= energiacutea interna especiacutefica (BTUlb)
U= distancia de anclajes (ft)
v= volumen especiacutefico (ft3lb)
V= velocidad lineal media (fts)
vprom= volumen especiacutefico promedio (ft3lb)
v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba (ft3lb)
v2= volumen especiacutefico en condiciones corriente abajo (ft3lb)
W= trabajo externo neto (lbfft)
We= trabajo proporcionado por una fuente externa (lbfft)
y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser absorbida por el sistema (ft)
Z= altura por arriba de cualquier plano de referencia horizontal arbitrario (ft)
Siacutembolos griegos Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica (lbfft2)
ΔTa= aumento global de la temperatura (degF)
ε= aspereza de la superficie interna del canal (ft)
η= viscosidad plaacutestica (lbfts)
μ= viscosidad dinaacutemica (lbfts )
μa= viscosidad aparente (lbfts )
ν =viscosidad cinemaacutetica (ft2s)
NOMENCLATURA
θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la horizontal (ordm)
ρ= densidad del fluido (lbft3)
ρprom= densidad promedio (lbft3)
τ= esfuerzo cortante (lbfft2)
τw= esfuerzo cortante en la pared (lbfft2)
τy= esfuerzo de cedencia (lbfft2)
ω= flujo en peso del fluido (lbs)
Abreviaturas ASME= The American Society of Mechanical Engineers
CS= Condiciones Standard
EOS= Equations of State
ERW= Electric Resistance Weld
MTBE= Metil Ter-Butil Eacuteter
MTMA= mil toneladas meacutetricas anuales
MTMM= mil toneladas meacutetricas mensuales
Soca= Super Octanos CA
Sumeca= Supermetanol CA
TAME= Ter-Amil Metil Eacuteter
INTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCIOacuteN
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) en la buacutesqueda de un despacho para
sus productos a traveacutes del puerto de su propiedad en el Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui se planteoacute el Proyecto ldquoFacilidades para el despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
En el complejo existen cuatro empresas mixtas FertiNitro Metanol de
Oriente (Metor) Supermetanol y Super Octanos de las cuales soacutelo la primera
descarga sus productos a traveacutes del muelle de Pequiven las otras empresas lo hacen a
traveacutes del Terminal de Almacenamiento y Embarque de Jose (TAEJ) lo cual es
necesario redireccionar
El referido proyecto consta de la instalacioacuten de todas las facilidades para el
despacho de productos (Metanol MTBE e Iso-Octano) a traveacutes del Muelle
Petroquiacutemico de Jose incluyendo la red de liacuteneas hidraacuteulicas y los brazos de carga en
el muelle para lo cual se hace necesario el levantamiento en campo de los datos
requeridos para llevar a cabo el disentildeo El desarrollo del proyecto consiste en la
Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten (IPC) para el despacho de los productos desde las
plantas Metor Supermetanol y Super Octanos hasta la plataforma de liacutequidos del
Muelle Petroquiacutemico de Jose lo cual a grandes rasgos comprende la instalacioacuten de
a) Cuatro liacuteneas y cuatro brazos de carga
b) Instalacioacuten de un tanque para contingencias en el proceso de carga
c) Una liacutenea que interconecte las tuberiacuteas de los brazos de Metanol para dar
la facilidad a Supermetanol y Metor de despachar tanto del lado Este como
Oeste
d) Una liacutenea de venteo de gases de MTBE Metanol Iso-Octano y sus
mezclas desde el Muelle hasta el cabezal del mechurrio existente
e) Interconexioacuten al sistema de tuberiacuteas existentes para servicios industriales
INTRODUCCIOacuteN
El presente Trabajo Especial de Grado tiene como objetivo el disentildeo del
sistema de transporte para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico de Jose basaacutendose en el uso del software PIPESIMreg
PIPESIMreg es un simulador con aplicaciones para tuberiacuteas que mediante el
suministro de algunos datos como flujo presioacuten temperatura propiedades fiacutesico-
quiacutemicas y termodinaacutemicas de los fluidos disentildeo de las tuberiacuteas ademaacutes de las
ecuaciones seleccionadas de acuerdo al fluido y variables a manejar arroja resultados
que permiten predecir tiempos oacuteptimos de carga de los buques asiacute como los efectos
que podriacutea causar sobre el sistema cualquier cambio operacional realizado
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) junto a las empresas mixtas que
laboran en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui deben habilitar las instalaciones del
Muelle Petroquiacutemico de Jose propiedad de Pequiven para lo cual se tiene previsto el
desarrollo de la Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten del proyecto ldquoFacilidades para el
Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de
Joserdquo que se encuentra en su fase inicial desde febrero de 2006 En la fase de
ingenieriacutea son muchas las interrogantes que se plantean las empresas mixtas acerca de
las caracteriacutesticas para el despacho que tendraacuten sus productos asiacute como la
implementacioacuten de diferentes configuraciones de tuberiacuteas para lograr un mayor
volumen de despacho o mejoras en la calidad de dicho despacho
Es asiacute como se plantea este Trabajo Especial de Grado direccionado hacia
la buacutesqueda de soluciones al disentildeo del sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de
despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose
utilizando como herramienta el software PIPESIMreg
Se elabora la simulacioacuten del sistema de transporte que se desea instalar en el
Muelle Petroquiacutemico de Jose para que sea eacutesta un modelo teoacuterico a seguir durante la
puesta en marcha del proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e
Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
OBJETIVOS
4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Disentildear el sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose utilizando
como herramienta el software PIPESIMreg
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Recopilar la informacioacuten de campo necesaria para la realizacioacuten del
disentildeo del proyecto
Disentildear el sistema de tuberiacuteas desde las Empresas Mixtas hasta los
brazos de carga ubicados en el Muelle Petroquiacutemico de Jose haciendo uso de
Pipesimreg2003
Disentildear las facilidades para el despacho de los productos hasta los
cargueros
Calcular los paraacutemetros y variables en cada una de las liacuteneas
Calcular la capacidad de despacho durante la ventana operacional para
cada uno de los productos
Calcular la capacidad operativa del muelle para el despacho
simultaacuteneo del mayor nuacutemero de cargueros
METODOLOGIacuteA
5
METODOLOGIacuteA
La metodologiacutea seguida en el presente Trabajo Especial de Grado se puede
recopilar en los siguientes puntos principales los cuales estaacuten separados por capiacutetulos
a lo largo del trabajo y presentan la siguiente estructura
El primer capiacutetulo correspondiente a los antecedentes explica los
principales aspectos de la empresa asiacute como la estructura participativa de Pequiven
Jose Luego se realiza el estudio de los principales aspectos teoacutericos involucrados en
ANTECEDENTES
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
DESARROLLO DEL DISENtildeO
Condiciones de disentildeo Revisioacuten del modelo ocupacional del Muelle
Disentildeo de tuberiacuteas
CAacuteLCULOS
AacuteNALISIS DE RESULTADOS
RESULTADOS
METODOLOGIacuteA
6
la elaboracioacuten de un disentildeo de sistema de transporte asiacute como la descripcioacuten del
software utilizado
Se explican las bases para la elaboracioacuten del disentildeo propiedades
involucradas y configuracioacuten de los elementos del proyecto Y por uacuteltimo se procede
al caacutelculo de las variables del disentildeo comparacioacuten entre modelos y estudio
operacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose
Se analizan los resultados obtenidos se generaraacuten conclusiones y se haraacuten
recomendaciones de acuerdo al estudio realizado
CAPIacuteTULO I
7
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL MARCO REFERENCIAL
11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA [3]
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA
Pequiven fue creada en 1977 asumiendo las funciones y operaciones de lo
que fuera el Instituto Venezolano de Petroquiacutemica (IVP) inaugurado en el antildeo 1955
Desde marzo de 1978 cuando se constituyoacute como filial de PDVSA Pequiven ha
vivido sucesivas etapas de reestructuracioacuten hasta llegar a convertirse en la
Corporacioacuten Petroquiacutemica de Venezuela
Su misioacuten es manufacturar y comercializar productos quiacutemicos y
petroquiacutemicos de alta calidad en el mercado nacional e internacional maximizando
el valor del gas y de las corrientes de refinacioacuten a fin de impulsar el desarrollo
industrial y agriacutecola del paiacutes
Su visioacuten es ser liacuteder en motorizar el desarrollo agriacutecola e industrial de
nuestro paiacutes ser reconocida en los mercados nacionales e internacionales por la
manufactura de productos quiacutemicos y petroquiacutemicos de alta calidad y a costos
competitivos
Estaacute integrada por tres Complejos Petroquiacutemicos El Tablazo en el estado
Zulia Moroacuten en el estado Carabobo y Jose en el estado Anzoaacutetegui Organizada en
Unidades de Negocio que atienden el desarrollo de tres liacuteneas de productos Olefinas
y sus derivados Fertilizantes y Productos Industriales Participa directamente en 16
Empresas Mixtas compuestas por socios nacionales e internacionales
112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE
El Complejo Jose ubicado en el estado Anzoaacutetegui costa oriental del paiacutes
es un desarrollo petroquiacutemico de Pequiven con gran futuro debido a la riqueza en gas
natural que posee la zona El Complejo tiene una superficie de 740 hectaacutereas donde se
han instalado las plantas de Super Octanos Metor Supermetanol y FertiNitro En la
CAPIacuteTULO I
8
figura 1 se puede observar una vista aeacuterea de las instalaciones del Complejo donde se
sentildealan los nombres de las calles que intervienen en el desarrollo del proyecto en
estudio
Ademaacutes de los servicios de agua electricidad gas generacioacuten de vapor y
otras instalaciones como las oficinas administrativas servicio de bomberos sistema
de intercomunicaciones cliacutenica industrial vigilancia sistema de disposicioacuten de
efluentes industriales mantenimiento todo ello para satisfacer las necesidades del
condominio
El desarrollo del complejo demuestra la experiencia y competitividad de
Pequiven cuya estructura empresarial no escatima esfuerzos en mantener actualizada
la capacidad de sus recursos humanos revisioacuten permanente de los procesos uso de la
tecnologiacutea de punta para fortalecer la productividad de sus plantas atencioacuten esmerada
consciente en la necesidad de conservar el ambiente y las relaciones interactivas y
comprometidas con el paiacutes
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui
Calle CCalle F
CAPIacuteTULO I
9
113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN
La decisioacuten gubernamental (1960) de permitir la participacioacuten asociada de
empresas venezolanas y extranjeras en el negocio petroquiacutemico fue muy acertada
Hoy esa modalidad empresarial ha fortalecido a Pequiven y ha logrado para el paiacutes
avances en tecnologiacutea y manufactura de productos petroquiacutemicos
Las ganancias generadas demuestran el progreso logrado por Pequiven y las
empresas mixtas respecto al aumento sostenido de la produccioacuten y diversificacioacuten de
productos como sigue
bull Olefinas y Plaacutesticos aacutecido clorhiacutedrico cloro dicloruro de etileno etileno
pirogasolina monoacutemero de cloruro de vinilo (MCV) cloruro de polivinilo (PVC)
polietileno de alta densidad polietileno de baja densidad polietileno lineal de baja
densidad polipropileno propileno y soda caacuteustica
bull Fertilizantes aacutecido fosfoacuterico aacutecido niacutetrico aacutecido sulfuacuterico amoniacuteaco
caprolactama fosfato diamoacutenico fosfato tricaacutelcico granulados de NPK nitrato de
potasio oleum roca fosfaacutetica solucioacuten de amoniacuteaco sulfato de amonio sulfato de
sodio urea
bull Productos Industriales alquilbencenos taacutelico anhiacutedrido benceno-tolueno-
xileno (BTX) clorofluorometanos glicol de etilenos metanol MTBE oacutexido de
etileno polifosfato de sodio tetraacutemero de propilenotres
114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR)
El inicio de operaciones de la planta de produccioacuten de Metanol empresa
mixta Metanol de Oriente (Metor SA) representa una significativa contribucioacuten
para el proceso de industrializacioacuten del gran potencial de gas natural con el que
cuenta Venezuela Esta empresa tiene una composicioacuten accionaria representada por
CAPIacuteTULO I
10
Pequiven Mitsubishi Corporation y Mitsubishi Gas Chemical Empresas Polar e
International Finance Corporation
Esta planta tiene una capacidad instalada de 750 MTMA de Metanol
producto de amplio uso en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
El Metanol es un insumo para la manufactura de productos oxigenados
(MTBE y TAME) ampliamente cotizados para mejorar el octanaje de la gasolina y
las emisiones al ambiente El Metanol tambieacuten es materia prima para producir resinas
y otros compuestos quiacutemicos Asiacute mismo es producto final utilizado como solvente y
combustible Esta variedad de aplicaciones le otorga al Metanol un lugar fundamental
en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE
(FERTINITRO)
El objetivo de esta empresa es la venta de productos elaborados en las
plantas de Amoniacuteaco y Urea asiacute como sus subproductos tanto en Venezuela como en
el extranjero
Tiene como socios a la empresa Koch Industries con 35 de participacioacuten
Snamprogetti aporta 20 Empresas Polar un 10 y Pequiven 35
Esta empresa tiene una capacidad instalada estimada en 1200 MTMA de amoniacuteaco y
1460 MTMA de urea
1143 SUPERMETANOL
Esta empresa tiene como principal objetivo la produccioacuten de Metanol asiacute
como la venta de dicho producto y de sus subproductos principalmente en el
mercado internacional Empresa compuesta por Pequiven Ecofuel Metanol Holding
y Petrochemical Investment Ltd La capacidad estimada de produccioacuten asciende a
770 MTMA
CAPIacuteTULO I
11
1144 SUPER OCTANOS
Empresa compuesta accionariamente por Pequiven Ecofuel y el Banco de
Inversioacuten Mercantil Se encarga de la produccioacuten de MTBE asiacute como la venta y
comercializacioacuten de sus productos principalmente en el mercado internacional
Opera desde el antildeo 1991 y su capacidad estaacute alrededor de 550 MTMA En la figura 2
se observa una toma aeacuterea de la planta dentro del Complejo Antonio Joseacute Anzoaacutetegui
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui
1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE
Se encarga del suministro de aguas industriales al Complejo Jose ademaacutes
del agua potable agua para incendios y servicios de remocioacuten de aguas negras a las
plantas petroquiacutemicas instaladas en los terrenos propiedad de Pequiven dentro del
complejo Posee una capacidad estimada de 1300 litros por segundo
CAPIacuteTULO I
12
A continuacioacuten se presenta un resumen de la estructura participativa de las
principales empresas mixtas ubicadas en el Complejo Petroquiacutemico Jose
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose
CAPACIDAD PARTICIPACIOacuteN EMPRESAS PRODUCTOS
[MTMA] USOS SOCIOS
[] Formaldehiacutedo Pequiven 3750
Mitsubishi Corporation
2375 Componente de gasolina MTBE Mitsubishi Gas
Chemical 2375
Solvente Empresas Polar 10
Metor Metanol 750
Acido aceacutetico IFC 5 Formaldehiacutedo Pequiven 3451 Componente de gasolina MTBE
Ecofuel 3451
Acido aceacutetico Metanol Holding Ltd
1549 Supermetanol Metanol 770
Solvente Petrochemical Investment Ltd
1549
Pequiven 49 Ecofuel 49
Super Octanos MTBE 550 Componente oxigenado de gasolina
Banca de Inversioacuten Mercantil
2
Pequiven 35 Amoniacuteaco 1200
Koch Industries 35 Snamprogetti 20 FertiNitro
Urea 1460 Fertilizante
Empresas Polar 10
CAPIacuteTULO I
13
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
El Muelle Petroquiacutemico de Jose es el proyecto de infraestructura maacutes
reciente realizado por Pequiven para exportar los productos petroquiacutemicos de las
plantas que operan y se proyectan en el oriente del paiacutes
La obra construida a un costo de 150 millones de doacutelares estaacute destinada a la
exportacioacuten de urea polietilenos amoniacuteaco etileno etilenglicol dietilenglicol
metanol MTBE y otros productos quiacutemicos de las plantas existentes Actualmente su
uso es destinado exclusivamente para el despacho de urea y amoniacuteaco El sistema de
carga de urea tiene capacidad para despachar 1000 toneladas meacutetricas por hora y el
de amoniacuteaco 1100 toneladas meacutetricas por hora
La obra estaacute disentildeada con posibilidades de ampliar las tuberiacuteas y brazos de
carga en etapas sucesivas sobre la plataforma existente sin afectar la operacioacuten
regular del muelle Dentro de dicho marco se encuentra el proyecto referido en este
Trabajo Especial de Grado Adicionalmente el disentildeo permite la construccioacuten de una
segunda plataforma y extender el muelle de contenedores
El embarcadero tiene una plataforma de soacutelidos para despachar urea con
capacidad para el atraque simultaacuteneo de un buque y otro de contenedores La
plataforma de liacutequidos estaacute dispuesta para el atraque de dos naves con productos
petroquiacutemicos En una tercera plataforma de servicios pueden atracar dos
remolcadores y una lancha de pasajeros la cual dispone de una daacutersena de 60
hectaacutereas a una profundidad de 14 metros A las plataformas del muelle tendraacuten
acceso buques de hasta 65 mil toneladas de peso muerto
El puente marino de concreto armado y pretensado de maacutes de 1500 metros
de longitud sostiene las plataformas y sirve de conexioacuten con todos los servicios hasta
la costa Descansa sobre pilotes metaacutelicos de 36 y 48 pies
CAPIacuteTULO I
14
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS
1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS [4]
Un fluido es una sustancia que sufre una deformacioacuten continua cuando estaacute
sujeta a un esfuerzo cortante La resistencia que un fluido real ofrece a tal
deformacioacuten se conoce con el nombre de viscosidad del fluido Para gases y liacutequidos
simples (bajo peso molecular) la viscosidad es constante cuando se fijan la presioacuten
estaacutetica y la temperatura Los materiales de este tipo se denominan newtonianos
Un fluido ideal o perfecto es un gas o liacutequido hipoteacutetico que no ofrece
resistencia al corte y tiene viscosidad cero En la mayor parte de los problemas de
flujo se obtienen resultados incorrectos al despreciar la viscosidad pero en los
mismos problemas pueden utilizarse las relaciones presioacuten-volumen-temperatura para
gases ideales
Si la viscosidad de un fluido es una funcioacuten del esfuerzo cortante
equivalente a la razoacuten de corte ademaacutes de la temperatura y presioacuten el fluido se
denomina no newtoniano Los fluidos no newtonianos se dividen generalmente en 3
clases
1) Aquellos cuyas propiedades son independientes del tiempo cuando son
sometidos a corte tales como
a) Fluidos plaacutesticos de Bingham probablemente son los fluidos
no newtonianos maacutes simples ya que soacutelo difieren de los fluidos newtonianos
en que su relacioacuten lineal entre el esfuerzo cortante y la razoacuten de corte no
parten del origen como se ilustra en curva B de la figura 3 se requiere un
esfuerzo cortante τy finito para que haya flujo Entre los ejemplos que pueden
citarse para un fluido que exhibe comportamiento plaacutestico de Bingham se
incluyen suspensiones de arena o granos y lodo de aguas negras
b) Fluidos pseudo plaacutesticos aquiacute se incluyen la mayor parte de los
fluidos no newtonianos entre los que se encuentran las soluciones polimeacutericas
CAPIacuteTULO I
15
o fundiciones y suspensiones de pulpa de papel o pigmentos En la figura 3 se
muestra la curva C tiacutepica del flujo de estos materiales
Figura 3 Diagrama de corte
Para estos fluidos la viscosidad disminuye a medida que aumenta el esfuerzo
de corte aplicado En general la curva de flujo en un intervalo de razoacuten de
corte puede aproximarse a la forma de la liacutenea recta en un diagrama
logariacutetmico con lo cual se tiene
1ltn con dydu
dyduK =
n 1minus
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛τ
Ec 1
Donde τ= esfuerzo cortante dudy= gradiente de velocidad K= iacutendice de
consistencia y n= exponente
c) Fluidos dilatantes son los que exhiben un comportamiento
reoloacutegico opuesto al de los materiales pseudo plaacutesticos es decir la viscosidad
aumenta a medida que aumenta el esfuerzo de corte aplicado Algunos
ejemplos de estos materiales son suspensiones de almidoacuten o mica en agua o
arenas movedizas
2) Aquellos cuyas propiedades son dependientes de la duracioacuten del corte
Incluye los materiales para los cuales el esfuerzo cambia con la duracioacuten de
esfu
erzo
cor
tant
e τ
τy
Plaacutestico de Bingham
Pseudoplaacutestico
Dilatante
Newtoniano A
B
C
D
Razoacuten de corte dudy
CAPIacuteTULO I
16
corte Se excluyen los cambios que podriacutean producirse por rompimiento
mecaacutenico o destruccioacuten de partiacuteculas o enlaces moleculares
a) Fluidos tixotroacutepicos son los que poseen una estructura que puede
sufrir un trastorno en funcioacuten del tiempo bajo corte Cuando la estructura sufre
alguacuten trastorno bajo una razoacuten de corte constante el esfuerzo cortante
decrece Esta estructura puede reconstruirse a siacute misma si cesa la fuerza
aplicada sobre el material Ejemplos de este tipo de fluidos son la mayonesa
lodo de perforacioacuten pinturas y tintas
b) Materiales reopeacutecticos son los que incrementan su viscosidad aparente
con mucha rapidez cuando son agitados o golpeados riacutetmicamente Algunos
ejemplos de estos materiales son las suspensiones coloidales de bentonita y
pentoacutexido de vanadio y las suspensiones de yeso en agua
3) Fluidos viscoelaacutesticos son aquellos que exhiben muchas de las caracteriacutesticas
de un soacutelido exhiben recuperacioacuten elaacutestica de la deformacioacuten que sufren
durante el flujo Los liacutequidos polimeacutericos forman la mayor parte de los fluidos
de esta clase En este tipo de fluidos tienen lugar esfuerzos normales es decir
esfuerzos perpendiculares a la direccioacuten de flujo ademaacutes de los esfuerzos
tangenciales usuales Estos esfuerzos provocan varios efectos no usuales por
ejemplo el ldquoefecto Weissenbergrdquo en que el fluido tiende a escalar un eje que
se encuentra girando en el fluido Las ecuaciones desarrolladas para fluidos
pseudo plaacutesticos se pueden aplicar para flujo de fluidos visco elaacutesticos en
estado estacionario no acelerado las propiedades elaacutesticas se manifiestan en
forma general como ldquoefectos terminalesrdquo
La unidad de viscosidad dinaacutemica (μ) en el sistema internacional (SI) es el
pascal-segundo (Pas) Un Pas es igual a 10 Poise 1000 centipoises (cP) o 0672
lb(fts)
CAPIacuteTULO I
17
La viscosidad cinemaacutetica (ν) de un fluido de densidad ρ y viscosidad μ es
ν=μρ Una unidad de viscosidad cinemaacutetica denominada stoke (St) es igual a
1cm2s La fluidez es el reciacuteproco de la viscosidad
1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS [4]
Se dice que un flujo es estacionario si no variacutea con el tiempo es decir
cuando la velocidad del flujo de masa es constante y todas las demaacutes cantidades
(temperatura presioacuten aacuterea transversal) son independientes del tiempo Por el
contrario se dice que un flujo es no estacionario cuando la velocidad de flujo de
masa yu otras cantidades variacutean en funcioacuten del tiempo El flujo no estacionario
puede originarse por la accioacuten de una vaacutelvula de control de una maquinaria
reciprocante o por tratarse de un flujo compuesto de dos fases inestables
Se dice que un flujo es acelerado si no es estacionario o si su velocidad
variacutea en la direccioacuten general del flujo Gran cantidad de efectos asociados con fluidos
visco elaacutesticos no newtonianos ocurren por lo general en flujo acelerado
Se dice que una corriente es uniforme si la forma y el tamantildeo de su seccioacuten
transversal son iguales a lo largo del canal Se dice que la temperatura o velocidad es
uniforme a lo largo de una regioacuten cuando tiene el mismo valor en todas sus partes en
un instante dado
La velocidad maacutesica media (G) de una corriente que pasa por una seccioacuten
transversal dada tomada en sentido perpendicular a la direccioacuten comuacuten del flujo que
pasa por el aparato es el cociente del flujo maacutesico entre el aacuterea de la seccioacuten
transversal dada A lo largo de un canal con un aacuterea de seccioacuten transversal uniforme
la velocidad media de masa es constante a menos que exista una acumulacioacuten o
agotamiento de material dentro de canal Cuando se estaacute considerando el flujo que
pasa por un haz de tubos o un lecho de soacutelidos se utiliza el teacutermino velocidad maacutesica
superficial para identificar la cantidad obtenida al dividir el flujo maacutesico entre el aacuterea
CAPIacuteTULO I
18
total de la seccioacuten transversal de la caacutemara circundante (sin restar la parte
correspondiente al corte transversal ocupado por las obstrucciones)
La velocidad lineal media (V) de una corriente que pasa por cualquier
seccioacuten transversal dada se toma usualmente como la cantidad obtenida cuando la
velocidad maacutesica media correspondiente se divide entre la densidad promedio en la
seccioacuten transversal dada A menos que le flujo sea isoteacutermico el teacutermino velocidad
lineal media no se puede interpretar salvo que se defina con precisioacuten la regla que se
eligioacute para determinar la densidad promedio En consecuencia siempre que sea
posible es preferible manejar el flujo no isoteacutermico en funcioacuten de la velocidad de
masa La velocidad lineal superficial corresponde a la velocidad superficial maacutesica
La carga de velocidad ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
cgV
22
es la carga estaacutetica equivalente a la
energiacutea cineacutetica de una corriente de velocidad uniforme V
Un nuacutemero de Reynolds (NRe) es cualquiera de varias cantidades
adimensionales de la forma μρLV que son proporcionales a la razoacuten de la fuerza
inercial a la fuerza viscosa en un sistema de flujo En este caso L= dimensioacuten lineal
caracteriacutestica del canal de flujo
Se puede predecir la transicioacuten de flujo turbulento a laminar en fluidos no
newtonianos de acuerdo con el concepto del nuacutemero de Reynolds Se toma como
reacutegimen laminar NRelt 2100 y para reacutegimen turbulento NRe gt 4000
El radio hidraacuteulico medio (RH) de un canal es igual al aacuterea de la seccioacuten
transversal de esa parte del canal que estaacute llena con fluido dividida entre la longitud
del periacutemetro huacutemedo El radio hidraacuteulico de una tuberiacutea circular es un cuarto del
diaacutemetro de donde en el caso de un ducto no circular se dice que el diaacutemetro
hidraacuteulico es cuatro veces el radio hidraacuteulico
La liacutenea aerodinaacutemica se define como aquella que queda en la direccioacuten del
flujo en cada uno de los puntos en un instante dado El flujo laminar se define como
aquel en el que las liacuteneas aerodinaacutemicas se mantienen bien definidas unas de otras en
CAPIacuteTULO I
19
toda su longitud Las liacuteneas aerodinaacutemicas no deben ser rectas necesariamente ni el
flujo constante siempre y cuando se satisfaga el criterio antes citado Este tipo de
movimiento se conoce tambieacuten con los nombres de flujo aerodinaacutemico o viscoso
Un flujo laminar con NRe lt 1 se conoce como flujo lento o flujo reptante
En este tipo de flujo se puede despreciar la fuerza inercial relativa a la fuerza viscosa
Si el nuacutemero de Reynolds de un sistema excede al nuacutemero criacutetico de
Reynolds casi siempre sucede que el movimiento no es laminar en toda la longitud
del canal sino que se generan turbulencias en la zona inicial de inestabilidad que se
extienden raacutepidamente por todo el fluido produciendo con ello una perturbacioacuten en el
patroacuten general de flujo El resultado es una turbulencia del fluido superpuesta al
movimiento primario de traslacioacuten generando lo que se conoce como flujo
turbulento
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS
1221 BALANCE DE ENERGIacuteA [4]
12211 Balance total de energiacutea
Consideacuterese una unidad de peso de fluido en un sistema de flujo y sean
i=entalpiacutea especiacutefica J= equivalente mecaacutenico de calor s= entropiacutea especiacutefica
u=energiacutea interna especiacutefica v= volumen especiacutefico Z= altura por arriba de cualquier
plano de referencia horizontal arbitrario En este caso la energiacutea potencial relativa al
nivel de referencia elegido es cg
Zg la energiacutea total cineacutetica es cg
V2
2 y la energiacutea
total de la unidad de peso de fluido es ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ ++
cc gV
gZgJu 2
2 Para un flujo
estacionario del fluido no se tendraacute ninguna acumulacioacuten o deficiencia ya sea de eacuteste
o de la energiacutea dentro del sistema y la energiacutea total del mismo se alteraraacute soacutelo
CAPIacuteTULO I
20
agregando o quitando calor de eacuteste o aplicando cualquier trabajo externo sobre el
sistema Por tanto
WJQg
Vg
gZJug
Vg
gZJucccc
+=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++minus⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++
22
211
1
222
2 Ec 2
donde los subiacutendices 1 y 2 indican las condiciones en la entrada y salida
respectivamente Q es el calor agregado utilizando fuentes externas al sistema W es
el trabajo externo neto aplicando a una libra de fluido mientras estaacute dentro del
aparato El teacutermino W se subdivide como sigue
eWvpvpW +minus= 2211 Ec 3
donde We= trabajo proporcionado por una fuente externa por ejemplo un ventilador
o una bomba
Si se combinan las ecuaciones 2 y 3 se obtiene
22
222
211
211
1 22vp
gV
ggZJuWJQvp
gV
ggZJu
cce
cc
+++=+++++ Ec 4
Esta expresioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica se denomina a menudo
balance global de energiacutea del teorema de Bernoulli En esta expresioacuten no se incluye
ninguacuten teacutermino de friccioacuten ya que eacuteste representa una conversioacuten de energiacutea
mecaacutenica en calor sin que el contenido general de energiacutea del sistema sufra cambio
alguno
Los teacuterminos de energiacutea cineacutetica de las ecuaciones antes citadas se aplican
estrictamente soacutelo cuando la velocidad a traveacutes de una seccioacuten transversal dada es
uniforme Cuando se trata de un flujo turbulento en tuberiacuteas circulares el teacutermino
cgV
22 es de 3 a 8 por debajo del valor real en tanto que para un flujo laminar en
tuberiacuteas circulares el teacutermino de energiacutea cineacutetica apropiado es cg
V 2 que permite
cierto margen para la distribucioacuten de velocidad paraboacutelica
CAPIacuteTULO I
21
12212 Balance de energiacutea mecaacutenica
El cambio de energiacutea interna J du de una libra de fluido se expresa como
JT ds ndash p dv Si estaacuten presentes otras formas de energiacutea por ejemplo la eleacutectrica y
sufre un cambio tales formas deberaacuten incluirse tambieacuten La presencia de friccioacuten
hace que el proceso se torne irreversible de donde JT ds = J dq + dF donde
F=peacuterdida de friccioacuten Tomando en consideracioacuten esta peacuterdida de friccioacuten y la
situacioacuten de irreversibilidad la ecuacioacuten de balance de masa se convierte en
cce
cc gV
ggZ
WFpvg
Vg
gZ22
222
2
1
211 +=+minuspartminus+ int Ec 5
La ecuacioacuten 5 se denomina forma de energiacutea mecaacutenica del teorema de
Bernoulli Para liacutequidos la integral int part2
1
pv se reduce a ( )12 ppv minus donde v es
praacutecticamente constante
12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema
Existe una distincioacuten real entre la caiacuteda de presioacuten y la peacuterdida por friccioacuten
La caiacuteda de presioacuten representa una conversioacuten de energiacutea de presioacuten en cualquier otra
forma de energiacutea mientras que la peacuterdida por friccioacuten representa una peacuterdida neta de
la energiacutea de trabajo total disponible que caracteriza al fluido Los dos teacuterminos se
relacionan entre siacute por medio de la ecuacioacuten 5
Hay dos meacutetodos para evaluar la caiacuteda general de presioacuten de un sistema si se
recurre a varias resistencias en serie El primer meacutetodo comprende el caacutelculo de la
caiacuteda de presioacuten de cada resistencia individual tomando en cuenta el signo algebraico
correspondiente y luego sumando todos los teacuterminos que componen el sistema total
El segundo meacutetodo consiste en calcular la peacuterdida por friccioacuten de cada resistencia
individual la suma de todos los teacuterminos particulares y la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 5
para obtener la caiacuteda de presioacuten general La suma de las caiacutedas de presioacuten puede
utilizarse en sistemas compuestos de liacuteneas ramificadas
CAPIacuteTULO I
22
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS [4]
12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares
En el caso de flujo laminar en tuberiacuteas circulares el patroacuten de velocidad tiene
forma paraboacutelica con una velocidad maacutexima en el centro e igual a dos veces la
velocidad promedio (V) La velocidad local (u) en cualquier punto de la seccioacuten
transversal estaacute expresada por
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
2
2
12wrr
Vu Ec 6
donde r= radio en el punto en cuestioacuten y rw= radio de la tuberiacutea
12222 Flujo incompresible
El flujo se consideraraacute como incompresible si la sustancia en movimiento es
un liacutequido o si se trata de un gas cuya densidad cambia dentro del sistema en un
valor no mayor de 10 En este caso se utiliza la densidad de entrada el error
resultante en la caiacuteda de presioacuten calculada no sobrepasaraacute por lo comuacuten los liacutemites de
incertidumbre del factor de friccioacuten
12223 Tuberiacuteas circulares
La ecuacioacuten de Fanning para flujo estacionario en tuberiacuteas circulares
uniformes que corren llenas de liacutequido en condiciones isoteacutermicas
52
21
522
21
2
211
21 3232
244
24
DgqfL
DgfL
gG
DfL
hDfL
gV
DfL
Fccc
vc πρπ
ωρ
==⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛= Ec 7
expresa la peacuterdida por friccioacuten F en energiacutea especiacutefica donde D= diaacutemetro del
conducto L1= longitud del conducto hv= carga de velocidad (V22gc) ω= flujo en
peso del fluido q= flujo volumeacutetrico del fluido f= factor de friccioacuten de Fanning La
caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten es Δp= Fρ
El factor de friccioacuten de Fanning f es una funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la
aspereza de la superficie interna del canal (ε) Una correlacioacuten que se utiliza con
mucha frecuencia es el diagrama de Moody que es una graacutefica del factor de friccioacuten
CAPIacuteTULO I
23
de Fanning en funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la aspereza relativa εD tal como se
muestra en la figura 4 En la tabla 2 se presentan valores de ε para varios materiales
Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales
Material Aspereza de superficie ε [mm]
Tubos estirados (latoacuten plomo vidrio y similares) 000152
Acero comercial o hierro 00457
Hierro fundido asfaltado 0122
Hierro galvanizado 0152
Hierro fundido 0259
Duelas de madera 0183 - 00914
Concreto 0305 - 305
Acero remachado 0914 - 914
Figura 4 Diagrama de Moody
CAPIacuteTULO I
24
El diagrama de Moody para flujo turbulento (NRe gt 4000) se representa por
medio de la ecuacioacuten de Colebrook
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
fNDf Re
51273
log21 ε Ec 8
La ecuacioacuten anterior se reduce a la ecuacioacuten de Prandtl cuando εD=0
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
fNf Re
2561log41 Ec 9
Para tuberiacuteas rugosas se aplica la ecuacioacuten de von Kaacutermaacuten
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛minus=
Df 73log41 ε Ec 10
Cuando se tiene especificada la velocidad del flujo el factor de friccioacuten
puede ser calculado mediante la ecuacioacuten 11
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
7log6031 ReN
f Ec 11
O para NRe le 105 mediante la ecuacioacuten de Blasius
41Re
07910N
f = Ec 12
Para flujo turbulento (NRe gt 4000) se han desarrollado las ecuaciones
siguientes expliacutecitas en las incoacutegnitas Para el caacutelculo del flujo
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+
minus=
f
f
gDSDv
D
gDSDq
78173
log22
ε
π Ec 13
donde Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto
(ΔpgcρgL)
CAPIacuteTULO I
25
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten se cuenta con la
ecuacioacuten
2
90Re
2
5
74573
log
2030
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
ND
qgSD f
ε Ec 14
el error introducido al aplicar esta ecuacioacuten es menor de plusmn1 para el intervalo
5x103 le NRe le 108 10-6 le εD le 102
Para el caacutelculo del diaacutemetro del ducto se tiene
200200
3
5250
2
5
2
5
1250⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
f
ff
gSqv
qgS
qgSD ε Ec 15
el error que se tiene al aplicar esta ecuacioacuten es menor que plusmn2 para el intervalo
3x103 le NRe le 3x108 2x10-6 le εD le 2x102
Para verificaciones o estimaciones aproximadas el concepto carga de
velocidad puede aplicarse a la primera de las dos formas de la ecuacioacuten 7
12224 Fluidos no newtonianos
Mediante la figura 5 es posible determinar la caiacuteda de presioacuten debida a la
friccioacuten para el flujo laminar de fluidos no newtonianos en tuberiacuteas circulares Eacutesta
muestra una curva de flujo tiacutepica en coordenadas cartesianas DΔp4L es el esfuerzo
cortante en la pared τw y 8VD es la relacioacuten para la razoacuten de corte en la pared
CAPIacuteTULO I
26
Figura 5 Curva de flujo general
La curva de flujo se determina a partir de pruebas de laboratorio o a pequentildea
escala con el fluido no newtoniano especiacutefico
En la regioacuten laminar la curva es independiente del diaacutemetro de la tuberiacutea en
el caso de fluidos no newtonianos independientes del tiempo Si el fluido depende del
tiempo se obtendraacute una curva por separado para cada diaacutemetro y longitud de tuberiacutea
Para plaacutesticos de Bingham la ecuacioacuten teoacuterica del flujo es
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
4
31
3418
w
y
w
ywcgDV
ττ
ττ
ητ Ec 16
Si 4
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
w
yτ
τ es relativamente pequentildea por ejemplo en caso de esfuerzos
cortantes grandes o caiacutedas de presioacuten la ecuacioacuten puede ser aproximada por
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus= yw
cgDV ττ
η 348 Ec 17
El error causado al omitir el uacuteltimo teacutermino de la ecuacioacuten es inferior al 2
para τyτw menor a 04 La viscosidad aparente μa se obtiene al introducir la ecuacioacuten
anterior en la ecuacioacuten de Poiseuille
ητ
μ +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
VDg yc
a 6 Ec 18
τw = DΔp4L
8VD
Regioacuten laminar
Regioacuten turbulenta
CAPIacuteTULO I
27
En estas ecuaciones Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica η= viscosidad plaacutestica y
τy= esfuerzo de cedencia
Para aquellos fluidos a los que se aplica la ley de potencia sirve la ecuacioacuten
donde
( )[ ]⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus
=part
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ ⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛ Δpart
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛prime=
Δ
prime
prime
DV
nn
ru
nD
VL
pD
n
nnKK
DVK
LpD
w
n
n
84
13
8ln
4ln
413
84
Ec 19
Ec 20
Ec 21
Ec 22
nacute= exponente de la ley de potencia pendiente de la liacutenea de la graacutefica de
DΔp4L contra 8VD en coordenadas logariacutetmicas wr
u⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus = razoacuten del esfuerzo
cortante en la pared Kacute= constante Si nacute= 1 el fluido seraacute newtoniano si nacutelt1 se
trataraacute de un fluido pseudo plaacutestico o plaacutestico de Bingham y cuando nacutegt1 el fluido
seraacute dilatante
El liacutemite de flujo laminar constante o estable se toma comuacutenmente como
NacuteRe=2100 donde
1
2Re
8 minusprime
primeminusprime
prime=
==prime
nc
nn
Kg
VDdogeneralizaeynoldsRdenuacutemeroN
γγρ
o bien NacuteRe = DVρ μa = 2100 para plaacutesticos de Bingham
Ec 23 Ec 24
CAPIacuteTULO I
28
En flujos turbulentos la curva de flujo general (Fig 5) se interrumpe El
punto de interrupcioacuten seraacute diferente para distintos diaacutemetros de tuberiacutea Para predecir
la caiacuteda de presioacuten del flujo turbulento de fluidos no newtonianos independientes del
tiempo el factor de friccioacuten de Fanning se obtiene del diagrama de Moody aplicando
el nuacutemero generalizado de Reynolds Para fluidos que se comportan como plaacutesticos
de Bingham nacuteasymp1 en flujo turbulento la caiacuteda de presioacuten puede predecirse a partir de
la correlacioacuten de friccioacuten de Fanning para fluidos newtonianos utilizando para la
viscosidad del fluido la viscosidad plaacutestica (η)
Se puede lograr una reduccioacuten de la peacuterdida por friccioacuten en flujos turbulentos
de liacutequidos newtonianos agregando poliacutemeros solubles de alto peso molecular en
concentraciones extremadamente reducidas En estos sistemas el acuerdo general es
que el comportamiento de reduccioacuten de arrastre se asocia con la naturaleza
viscoelaacutestica de las soluciones en la regioacuten de corte cercana a la pared Es necesario
un poliacutemero de peso molecular miacutenimo para iniciar la reduccioacuten de arrastre con un
flujo especiacutefico Existe una concentracioacuten criacutetica por encima de la cual no ocurre la
reduccioacuten de arrastre Para determinar la reduccioacuten de arrastre maacutexima en tuberiacuteas
lisas se aplica la siguiente ecuacioacuten
580ReRe
5807350log191N
fmenteaproximadaofNf
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus= Ec 25
para 4000 lt NRe lt 40000
12225 Flujo no isoteacutermico
En flujos no isoteacutermicos de liacutequidos f se incrementa sensiblemente cuando el
liacutequido se estaacute enfriando y disminuye al calentarse Los datos disponibles que
corresponden mayormente a aceites se calculan de manera aproximada encontrando
primero f para el flujo isoteacutermico del liacutequido a la temperatura de la corriente principal
y luego dividiendo el resultado en caso de enfriamiento entre (μaμw)023 si se
encuentra en la regioacuten laminar o por (μaμw)011 si estaacute en la regioacuten turbulenta o bien
en casos de calentamiento por (μaμw)038 si se trata de la regioacuten laminar o por
(μaμw)017 si es la turbulenta En este caso μa es la viscosidad a la temperatura de la
CAPIacuteTULO I
29
corriente principal y μw es la viscosidad a la temperatura de la pared Ademaacutes ρ=1v
variacutea con la temperatura pero debido a la incompresibilidad no lo hace con la
presioacuten Por lo tanto la ecuacioacuten 26 se utiliza para calcular la caiacuteda de presioacuten en
conductos de caudal completo por ejemplo tubos intercambiadores de calor
( )Lk
gg
RgLvfG
gvvG
pp promcHc
prom
c
ρ++minus
=minus2
212
2
21 Ec 26
Donde p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba p2= presioacuten estaacutetica corriente
abajo v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba v2= volumen
especiacutefico en condiciones corriente abajo vprom= volumen especiacutefico promedio
ρprom= densidad promedio K= sen θ en donde θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la
horizontal
El flujo de liacutequidos viscosos en canales pequentildeos por ejemplo tubos
capilares va acompantildeado con frecuencia de grandes caiacutedas de presioacuten La conversioacuten
de la energiacutea de trabajo en calor a traveacutes del esfuerzo cortante viscoso genera un
aumento de temperatura apreciable ΔTa= ΔpcvρJ en donde ΔTa= aumento global de
la temperatura y cv= calor especiacutefico del fluido El aumento en la velocidad de flujo
debido a una reduccioacuten de viscosidad es mucho mayor que la que corresponde al
aumento global de temperatura ya que gran parte del calor se genera cerca de las
paredes del canal lo cual genera un aplanamiento del perfil de velocidad
12226 Flujo turbulento
Las foacutermulas y los meacutetodos generales incluidos bajo el tiacutetulo ldquoflujo
incompresiblerdquo se aplican soacutelo a una longitud diferencial del conducto a traveacutes del
cual se considera que la densidad es constante Por ende generalmente se usa la
ecuacioacuten de Fanning en su forma diferencial
HcHcc RgfG
RgfV
DgfV
xF
2
222
2224
ρ===
partpart Ec 27
CAPIacuteTULO I
30
Al sustituir esta uacuteltima ecuacioacuten en la forma diferencial del balance de
energiacutea mecaacutenica se tiene
xgg
RgfV
gVVpv
cHcc
part⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
part+part θsen
2
2 Ec 28
donde v= 1ρ = volumen especiacutefico del fluido (sen θ) dx = dz = distancia vertical a
traveacutes de la cual el fluido se eleva cuando se desplaza a una distancia dx a lo largo de
una tuberiacutea We del balance de energiacutea se iguala a cero suponiendo que no hay
ninguna bomba conectada a la liacutenea En ductos uniformes la velocidad de masa G=
Vv es constante de manera que si p se conoce como una funcioacuten exclusiva de v v dp
se escribe como φ(v)dv En tal caso cuando senθ es constante las variables de la
ecuacioacuten anterior son separables y se puede hacer la integracioacuten exacta aunque
pudieran requerirse procedimientos graacuteficos
12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales)
Al integrar la uacuteltima ecuacioacuten para el caso de gases ideales se obtiene la
siguiente expresioacuten
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=minus
2
12
22
21 ln
21
pp
fLR
MRgRTfLGpp H
Hc
Ec 29
En conductos de longitud apreciable el uacuteltimo teacutermino entre pareacutentesis es
generalmente despreciable a menos que la caiacuteda de presioacuten sea muy grande Por
ejemplo si LD = 100 (p1-p2)p1 puede ser tan grande como 020 antes que el error
introducido al omitir el uacuteltimo teacutermino sea tan grande como la incertidumbre del
factor de friccioacuten Cuando se omite el uacuteltimo teacutermino la ecuacioacuten se describe como
sigue
Hpromc RgfLGpp
acute
2
21 2 ρ=minus Ec 30
donde ρprom= densidad a la presioacuten promedio (p1-p2)2 Para una tuberiacutea circular
CAPIacuteTULO I
31
12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento
Al seleccionar el tamantildeo de tuberiacutea que va a utilizarse en un sistema de
manejo de fluidos se tiene con frecuencia una variedad de diaacutemetros permisibles que
comprenden dos o maacutes tamantildeos estaacutendar de tuberiacutea En tales casos la seleccioacuten final
deberaacute realizarse sobre una base econoacutemica de modo que el uacuteltimo incremento de la
inversioacuten reduzca los costos de operacioacuten lo suficiente para producir la recuperacioacuten
miacutenima requerida sobre la inversioacuten Cuando se trata de liacuteneas de tuberiacuteas largas que
se tienden a campo traviesa utilizando tuberiacuteas de aleacioacuten de longitud y complejidad
apreciable o tuberiacuteas con vaacutelvulas de control conviene efectuar anaacutelisis detallados de
la inversioacuten y los costos de operacioacuten
12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar
Las liacuteneas de tuberiacutea para el transporte de liacutequidos de gran viscosidad en
plantas quiacutemicas o refineriacuteas de petroacuteleo raramente se disentildean basaacutendose en forma
exclusiva en los aspectos econoacutemicos Sucede maacutes a menudo que el tamantildeo estaacute
condicionado por la caiacuteda de presioacuten disponible limitaciones del esfuerzo cortante o
por consideraciones del tiempo de residencia [4]
122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas
Las determinaciones experimentales de la resistencia de accesorios y vaacutelvulas
usualmente se llevan a cabo midiendo la peacuterdida general por friccioacuten en un sistema
constituido de dos o maacutes longitudes de tuberiacutea recta conectadas en serie por medio de
un nuacutemero apropiado de accesorios o vaacutelvulas ideacutenticos Para obtener la peacuterdida
producida por estos elementos la peacuterdida por friccioacuten en una tuberiacutea recta se resta de
la peacuterdida general o total por friccioacuten Existen tres convenios especiacuteficos ya
establecidos para calcular la longitud de la tuberiacutea recta del sistema de prueba
1) Se toma la longitud verdadera de la liacutenea central de todo el sistema
2) Se suman las longitudes de los tramos individuales de tuberiacutea que son
verdaderamente rectos
CAPIacuteTULO I
32
3) Se suman las distancias entre las intersecciones de las liacuteneas centrales
alargadas correspondientes a tuberiacuteas rectas sucesivas
122211 Accesorios y vaacutelvulas
Para flujo turbulento la peacuterdida adicional por friccioacuten producida por
accesorios y vaacutelvulas se justifica expresando la peacuterdida ya sea como una longitud
equivalente de tuberiacutea recta en diaacutemetros de tuberiacutea LeD o como la cantidad de
cargas de velocidad (K1) peacuterdidas en una tuberiacutea del mismo tamantildeo K1 se define
como sigue
cgV
FK2
21Δ
= Ec 31
donde ΔF= peacuterdida adicional por friccioacuten (peacuterdida total por friccioacuten menos peacuterdida
por friccioacuten correspondiente a la longitud de la liacutenea central de la tuberiacutea recta) Las
cantidades LeD y K1 no son del todo comparables pero ambas son exactas dentro de
los liacutemites de los datos disponibles o diferentes en detalles a los accesorios y vaacutelvulas
comerciales existentes Teoacutericamente K1 deberaacute ser constante para todos los tamantildeos
de un disentildeo de accesorios o vaacutelvulas dadas si todos ellos fueran geomeacutetricamente
similares sin embargo raramente se logra esa similitud geomeacutetrica Los datos
indican que la resistencia K1 tiende a disminuir al incrementarse el tamantildeo del
accesorio o la vaacutelvula
Para liacuteneas fuera de planta la longitud de tuberiacutea recta aproximada puede ser
estimada del plano de distribucioacuten Debido a que los accesorios en liacuteneas fuera de
planta tienen usualmente una longitud equivalente comprendida entre 20 y 80 de
la longitud real se puede aplicar un factor multiplicador entre 12 y 18 para estimar
longitudes de tuberiacuteas rectas [2]
La tabla 3 muestra valores de longitudes equivalentes de tuberiacutea recta nueva
para peacuterdida por friccioacuten en vaacutelvulas y accesorios en pies para acero al carboacuten con
rugosidad= 00018 in (para flujo completamente turbulento) seguacuten el diaacutemetro de la
tuberiacutea
CAPIacuteTULO I
33
Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta (ft)
Tomado del Manual de Ingenieriacutea de Disentildeo de PDVSA Volumen 13ndashIII LndashTP 15
Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Procedimiento de Ingenieriacutea
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS
1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS [4]
La necesidad de bombear fluidos surge de la necesidad de transportar eacutestos
de un lugar a otro a traveacutes de ductos o canales El movimiento de un fluido a traveacutes de
un ducto o canal se logra por medio de una transferencia de energiacutea Los medios
comuacutenmente empleados para lograr flujo en los fluidos son gravedad
CAPIacuteTULO I
34
desplazamiento fuerza centriacutefuga fuerza electromagneacutetica transferencia de cantidad
de movimiento (momento) impulso mecaacutenico o combinaciones de estos medios
Despueacutes de la gravedad el medio maacutes empleado es la fuerza centriacutefuga
12311 Desplazamiento
La descarga de un fluido de recipiente mediante desplazamiento parcial o
total de su volumen interno con un segundo flujo o por medios mecaacutenicos es el
principio de funcionamiento de muchos dispositivos de transporte de fluidos En este
grupo se incluyen maacutequinas de diafragma y de pistoacuten de movimiento alternativo los
tipos de engranajes y paletas giratorias los compresores de pistoacuten para fluidos los
depoacutesitos ovalados para aacutecidos y los elevadores por accioacuten de aire
12312 Fuerza centriacutefuga
Cuando se utiliza fuerza centriacutefuga eacutesta es proporcionada por medio de una
bomba centriacutefuga o de un compresor Aunque variacutea mucho el aspecto fiacutesico de los
diversos tipos de compresores y bombas centriacutefugas la funcioacuten baacutesica de cada uno de
ellos es siempre la misma es decir producir energiacutea cineacutetica mediante la accioacuten de
una fuerza centriacutefuga y a continuacioacuten convertir parcialmente esta energiacutea en
presioacuten mediante la reduccioacuten eficiente de la velocidad del fluido en movimiento
En general los dispositivos centriacutefugos de transporte de fluidos tienen las
caracteriacutesticas siguientes
1 La descarga estaacute relativamente libre de pulsaciones
2 El disentildeo mecaacutenico se presta a flujos elevados lo que significa que las
limitaciones de capacidad constituyen raramente un problema
3 Pueden asegurar un desempentildeo eficiente a lo largo de un intervalo amplio
de presiones y capacidades incluso cuando funcionan a velocidad
constante
4 La presioacuten de descarga es una funcioacuten de la densidad del fluido
5 Son dispositivos de velocidad relativamente baja y maacutes econoacutemicos
CAPIacuteTULO I
35
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber queacute liacutequido se
va a manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa La tarea de seleccioacuten de bombas se complica con frecuencia por la
presencia de soacutelidos en el liacutequido y las caracteriacutesticas de corrosioacuten del liacutequido que
exigen materiales especiales de construccioacuten Los soacutelidos pueden acelerar la erosioacuten y
corrosioacuten tener tendencia a aglomerarse o pueden exigir un manejo delicado para
evitar la degradacioacuten indeseable
Debido a la gran variedad de tipos de bombas y la cantidad de factores que
determinan la seleccioacuten de cualquiera de ellas para una instalacioacuten especiacutefica el
disentildeador debe eliminar primero todas las que no ofrezcan posibilidades razonables
La seleccioacuten de los materiales de construccioacuten de bombas estaacute de acuerdo con las
consideraciones sobre corrosioacuten erosioacuten seguridad del personal y contaminacioacuten del
liacutequido [4]
1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS
Las ventajas primordiales de una bomba centriacutefuga son la sencillez el bajo
costo inicial el flujo uniforme (sin pulsaciones) el pequentildeo espacio necesario para su
instalacioacuten los bajos costos de mantenimiento el funcionamiento silencioso y su
capacidad de adaptacioacuten para su empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de
turbina
Una bomba centriacutefuga en su forma maacutes simple consiste en un impulsor que
gira dentro de una carcasa Los impulsores pueden tener ejes de rotacioacuten horizontales
o verticales para adaptarse al trabajo que se vaya a realizar Por lo comuacuten los
impulsores resguardados o de tipo cerrado suelen ser maacutes eficientes Los impulsores
de tipo abierto o semiabierto se emplean para liacutequidos viscosos o que contengan
CAPIacuteTULO I
36
materiales soacutelidos asiacute como tambieacuten en muchas bombas pequentildeas para servicios
generales [4]
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS
1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN [4]
El coacutedigo para tuberiacuteas a presioacuten (ASME B31) consiste en cierto nuacutemero de
secciones que constituyen en forma colectiva el coacutedigo Las secciones se publican
como documentos independientes por sencillez y conveniencia Las secciones
difieren sensiblemente unas de otras El alcance y aplicacioacuten del Coacutedigo B313 se
refiere a todas aquellas tuberiacuteas dentro de los liacutemites de las instalaciones dedicadas al
procesamiento y manejo de productos petroquiacutemicos y conexos salvo aquellos
proscritos por el coacutedigo
El Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code (ASME B313) es
una seccioacuten de ASME B31 derivado de la fusioacuten de los coacutedigos de tuberiacuteas para
plantas quiacutemicas (ASME B316) y refineriacuteas de petroacuteleo (ASME B313)
El American National Standards Institute (ANSI) y el American Petroleum
Institute (API) han establecido normas dimensionales para los componentes de
tuberiacuteas maacutes utilizados En las secciones del coacutedigo ASME B31 es posible encontrar
especificaciones sobre materiales de tuberiacuteas y accesorios y meacutetodos de prueba de la
American Society for Testing and Materials (ASTM) especificaciones de la
American Welding Society (AWS) y normas de la Manufacturers Standardization
Society of the Valve and Fitting Industry (MSS) Muchas de estas normas contienen
relaciones de presioacuten-temperatura que sirven como ayuda a los ingenieros en su
trabajo de disentildeo No obstante debe tenerse en cuenta que el empleo de normas
publicadas no elimina la necesidad de aplicar el criterio de ingenieriacutea
La introduccioacuten del coacutedigo establece requisitos de ingenieriacutea considerados
como necesarios para el disentildeo seguro y la construccioacuten de sistemas de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
37
Aunque la seguridad es la consideracioacuten baacutesica del coacutedigo no es el factor que
predomina en la especificacioacuten final de ninguacuten sistema de tuberiacutea a presioacuten
Los disentildeadores deben tener en cuenta que el coacutedigo no es un manual de
disentildeo y no se establece para evitar la necesidad de un criterio de ingenieriacutea
competente
1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS [4]
La seleccioacuten de materiales que resistan al deterioro a consecuencia del uso
estaacute fuera del alcance del coacutedigo ASME B313 no obstante la experiencia ha
ayudado a recopilar las siguientes consideraciones sobre los materiales
1) Posible exposicioacuten al fuego con respecto a la peacuterdida de elasticidad
temperatura de degradacioacuten punto de fusioacuten o combustibilidad de la tuberiacutea
o material de soporte
2) Capacidad del aislamiento teacutermico para proteger la tuberiacutea del fuego
3) Sensibilidad de la tuberiacutea a fallas quebradizas que puedan ocasionar una
peligrosa fragmentacioacuten o falla al choque teacutermico cuando se expone al
fuego
4) Sensibilidad de los materiales de la tuberiacutea al agrietamiento por corrosioacuten en
aacutereas donde existe estancamiento (juntas roscadas) o efectos electroliacuteticos
nocivos cuando el metal es puesto en contacto con otro metal diferente
5) La conveniencia de utilizar empaques sellos rellenos y lubricantes que sean
compatibles con el fluido que se maneja
6) El efecto refrigerante de peacuterdidas repentinas de presioacuten en fluidos volaacutetiles
al determinar la temperatura miacutenima de empleo esperada
CAPIacuteTULO I
38
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos
Las siguientes son caracteriacutesticas que deben evaluarse cuando se utilicen
materiales metaacutelicos para la tuberiacutea
1 Hierro colado maleable y alto silicio (145) Su baja ductilidad y su
sensibilidad a los choques teacutermicos y mecaacutenicos
2 Acero al carbono y aceros de baja e intermedias aleaciones
- La posibilidad de resquebrajamiento cuando se manejen fluidos alcalinos o
caacuteusticos
- La posible degradacioacuten de carburos a grafito cuando se tenga una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 427degC Esto se debe
considerar para aleaciones de acero al carbono acero-niacutequel acero al
carbono-manganeso acero al manganeso-vanadio y acero al carbono-silicio
- La posible conversioacuten de carburos en grafito cuando se tiene una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 468degC la aleacioacuten de
acero al carbono-molibdeno acero al manganeso-molibdeno-vanadio y
acero al cromo-vanadio
- Las ventajas de utilizar acero al silicio-carbono (01 de silicio como
miacutenimo) para temperaturas superiores a 480degC
- La posibilidad de ataque por hidroacutegeno cuando la tuberiacutea es expuesta a este
elemento o a soluciones acuosas aacutecidas en ciertas condiciones de presioacuten y
temperatura
- La posibilidad de que la tuberiacutea se deteriore cuando se exponga a sulfuro de
hidroacutegeno
3 Acero de altas aleaciones (inoxidable)
- La posibilidad de que la corrosioacuten llegue a tener proporciones importantes
cuando la tuberiacutea de aceros inoxidables austeniacuteticos se exponga a medios
como cloruros y haluros ya sea externa o internamente Lo anterior puede
CAPIacuteTULO I
39
ser el resultado de una seleccioacuten o aplicacioacuten inadecuada del aislamiento
teacutermico
- La sensibilidad a la corrosioacuten intergranular del acero inoxidable austeniacutetico
despueacutes de estar expuesto a temperaturas entre 427 y 871degC a menos que se
establezca o se utilice acero al carbono de bajo grado
- La posibilidad de un ataque intercristalino del acero inoxidable austeniacutetico
por contacto con zinc o plomo a temperaturas por encima de sus puntos de
fusioacuten o con muchos compuestos de zinc y plomo a temperaturas elevadas
similares
- La fragilidad del acero inoxidable ferriacutetico a temperatura ambiente
posterior al uso por encima de 370degC
4 Niacutequel y aleaciones a base de Niacutequel
- La sensibilidad al ataque superficial del niacutequel y aleaciones a base de niacutequel
que no contengan cromo cuando se expongan a pequentildeas cantidades de
azufre a temperaturas superiores a 315degC
- La sensibilidad al ataque superficial de las aleaciones a base de niacutequel que
contengan cromo a temperaturas superiores a 595degC en condiciones
reductoras y por encima de 760degC en condiciones oxidantes
- La posibilidad de un ataque por corrosioacuten en forma de grietas a aleaciones
de niacutequel-cobre en vapores de aacutecido fluorhiacutedrico si la aleacioacuten es sometida
a gran esfuerzo o contiene residuos de soldadura o del molde
5 Aluminio y aleaciones de aluminio
- La compatibilidad de los componentes roscados con aluminio para prevenir
la ligadura o atenazamiento en las uniones
- La posibilidad de corrosioacuten a causa del concreto mortero cal yeso y otros
materiales alcalinos empleados en la construccioacuten u otras estructuras
CAPIacuteTULO I
40
- La posibilidad de que las aleaciones 5154 5087 5083 y 5456 sufran
exfoliacioacuten o ataque intergranular y que la temperatura superior sea de
65degC a fin de evitar tal deterioro
6 Cobre y aleaciones de cobre
- La posibilidad de que las aleaciones de bronce se degraden en el contenido
de zinc
- La sensibilidad a la corrosioacuten por las aleaciones a base de cobre
- La posibilidad de formacioacuten de acetiluros inestables cuando se exponen a
acetileno
7 Titanio y aleaciones de titanio la posibilidad de que las tuberiacuteas de titanio y
sus aleaciones sufran deterioro cuando la temperatura sea superior a 315degC
8 Zirconio y aleaciones de zirconio la posibilidad de que se deteriore la
tuberiacutea cuando la temperatura sea superior a 315degC
9 Tantalio cuando la temperatura sea superior a 300degC existe la posibilidad de
que el tantalio reaccione con todos los gases excepto los inertes Por debajo
de esta temperatura la tuberiacutea puede ser quebradiza a consecuencia del
hidroacutegeno naciente (monoatoacutemico no molecular) El hidroacutegeno naciente se
produce por accioacuten galvaacutenica o surge a consecuencia de la corrosioacuten
originada por algunos componentes quiacutemicos
1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL
CARBONO Y ACERO INOXIDABLE [4]
Los sistemas de tuberiacuteas de metales ferrosos que incluyen los aceros
maleables al carbono e inoxidables son los que maacutes se utilizan y tienen mayor
cobertura de parte de las normas internacionales
CAPIacuteTULO I
41
12431 Tubos y tuberiacuteas
Se dividen en dos clases principales soldados y sin costura Las tuberiacuteas sin
costura como designacioacuten comercial son las tuberiacuteas hechas mediante el forjado de
un soacutelido circular su perforacioacuten mediante la rotacioacuten simultaacutenea y el paso obligado
sobre una punta perforada y su reduccioacuten mediante el laminado y el estiramiento Sin
embargo se producen tambieacuten tubos y tuberiacuteas sin costura mediante la extrusioacuten el
colado en moldes estaacuteticos o centriacutefugos la forja y la perforacioacuten La tuberiacutea sin
costura tiene la misma resistencia a lo largo de toda la pared Las tuberiacuteas sin costura
perforadas tienen con frecuencia la superficie interna exceacutentrica con relacioacuten a la
externa lo que da como resultado un espesor no uniforme en las paredes
Las tuberiacuteas soldadas se hacen con bandas laminadas conformadas en
cilindros y soldadas en las costuras por varios meacutetodos Se atribuye a las soldaduras
del 60 al 100 de la resistencia de las paredes de la tuberiacutea dependiendo de los
procedimientos de soldadura e inspeccioacuten Se pueden obtener diaacutemetros mayores y
razones maacutes bajas de espesores de las paredes respecto al diaacutemetro en las tuberiacuteas
soldadas que en las tuberiacuteas sin costura (aparte de las coladas) Se obtiene un espesor
uniforme de las paredes Las pruebas hidrostaacuteticas no revelan tramos muy cortos de
soldaduras completadas en forma parcial Esto presenta la posibilidad de que se
puedan desarrollar prematuramente fugas pequentildeas cuando se manejen fluidos
corrosivos o se exponga la tuberiacutea a la corrosioacuten externa Es preciso tomar en cuenta
la soldadura en los procedimientos de desarrollo para el acodamiento el abocinado y
la expansioacuten de las tuberiacuteas soldadas
Las combinaciones de espesor adicional tamantildeo adicional y espesor de pared
se encuentran disponibles para la manufactura de tubos Las clasificaciones maacutes
comunes de tubos son ldquoa presioacutenrdquo y ldquomecaacutenicardquo El espesor de pared (medido) se
especifica por la ldquopared mediardquo o ldquopared miacutenimardquo La pared miacutenima es maacutes costosa
que la pared media y a consecuencia de las tolerancias maacutes estrechas para espesor de
pared y diaacutemetro la medicioacuten para ambos sistemas hace que la tuberiacutea a presioacuten sea
maacutes costosa Sin embargo los tubos soldados de acero al carbono de pared media
CAPIacuteTULO I
42
resistentes a la electricidad con diaacutemetro externo de 2⅜ 2⅞ 3frac12 4frac12 in obtenidos de
bobinas sobre rodillos de formado progresivo y probadas electromagneacuteticamente maacutes
que a presioacuten compiten vigorosamente con las tuberiacuteas
12432 Juntas
Las tuberiacuteas se deben unir a otras tuberiacuteas y otros componentes El disentildeo
oacuteptimo requiere un trabajo de montaje miacutenimo y preveacute la misma resistencia que posee
la tuberiacutea para
1) Presioacuten interna en lo que se refiere a las fracturas y fugas
2) Momentos de torsioacuten que se producen al tender tramos largos de tuberiacuteas
entre los soportes o debido a la dilatacioacuten teacutermica en las tuberiacuteas con
acodamientos dobles
3) Deformacioacuten axial por la presioacuten interna que actuacutea sobre los cambios de
direccioacuten llaves ciegas y vaacutelvulas cerradas o por la contraccioacuten teacutermica en
los tramos rectos
4) Fractura o fugas en el caso de que se produzca alguacuten incendio
Las juntas de tuberiacuteas ideales estaacuten libres de cambios en cualquier dimensioacuten
de pasaje del flujo o la direccioacuten que incremente la caiacuteda de presioacuten o impida el
drenaje completo Estaraacute libre de hendiduras en las que se pueda acelerar la corrosioacuten
Requeriraacute un trabajo miacutenimo para su desmontaje Al efectuar la seleccioacuten seraacute preciso
tomar en cuenta la frecuencia con la que se tendriacutea que desmontar la junta En
teacuterminos generales las juntas faacuteciles de desmontar son deficientes en alguno de los
otros requisitos de las juntas ideales
Juntas soldadas La junta maacutes utilizada en los sistemas de tuberiacuteas es la de
soldadura por ensamble En todos los metales duacutectiles de tuberiacuteas que se pueden
soldar hay codos tes tuberiacuteas ramas laterales reductores tapones vaacutelvulas bridas y
juntas de abrazadera en V en todos los espesores de paredes con extremos preparados
para la soldadura por ensamble La resistencia de la junta igual a la tuberiacutea original
(con excepcioacuten de las tuberiacuteas endurecidas para el trabajo que se templan mediante la
CAPIacuteTULO I
43
soldadura) el patroacuten de flujo sin distorsiones y la resistencia generalmente iacutentegra a
la corrosioacuten compensan ampliamente la necesaria alineacioacuten cuidadosa del trabajo
competente y los equipos que se requieren
Soldaduras de bifurcaciones estas soldaduras eliminan la necesidad de
adquirir tes y no requieren maacutes metal de soldadura que estas uacuteltimas Donde la
bifurcacioacuten se acerque al tamantildeo del tramo principal se necesita una preparacioacuten
cuidadosa del extremo de la tuberiacutea ramificada y la del tramo principal se debilita
debido a la soldadura
12433 Codos y accesorios
Los cambios de direccioacuten de los sistemas de tuberiacuteas requieren curvas y
codos Las curvas se pueden hacer en friacuteo o en caliente La pared exterior se adelgaza
en una cantidad que variacutea con el procedimiento utilizado Se requiere un templado
subsiguiente en algunos materiales Para evitar las arrugas y el aplastamiento
excesivo es necesario el relleno con arena para el doblado en friacuteo dependiendo de las
relaciones del diaacutemetro exterior de la tuberiacutea respecto al radio de la liacutenea central de la
curva y al espesor de la pared de la tuberiacutea Para curvas con un radio de eje
correspondiente a cinco veces el diaacutemetro nominal de la tuberiacutea no se requiere
soporte interno cuando el espesor de la pared sea al menos del 6 del diaacutemetro
exterior de la tuberiacutea
Los codos se pueden formar mediante vaciado forja o conformacioacuten en
caliente o friacuteo mediante trozos cortados de tuberiacutea o al soldar piezas de tuberiacuteas
cortadas con un aacutengulo de inclinacioacuten El flujo en las curvas y los codos es maacutes
turbulento que en las tuberiacuteas rectas por lo que aumentan la corrosioacuten y la erosioacuten
Esto se puede contrarrestar al escoger un componente con mayor radio de curvatura
pared maacutes gruesa o un contorno interior maacutes liso pero raramente resulta econoacutemico
en los codos con aacutengulo de inclinacioacuten
CAPIacuteTULO I
44
12434 Vaacutelvulas
Los cuerpos de las vaacutelvulas pueden manufacturarse en hierro colado forjado
maquinado a partir de barras soacutelidas o fabricado a partir de placas soldadas Se
dispone de vaacutelvulas de acero con extremos roscados o casquillos de soldadura en los
tamantildeos maacutes pequentildeos Las vaacutelvulas con extremos roscados de bronce y latoacuten son
muy utilizadas para servicio de fluidos a baja presioacuten en sistemas de acero
Las vaacutelvulas sirven no soacutelo para regular el flujo de fluidos sino tambieacuten para
aislar equipos o tuberiacuteas para el mantenimiento sin interrumpir otras unidades
conectadas El disentildeo de la vaacutelvula deberaacute evitar que los cambios de presioacuten y
temperatura y las deformaciones de las tuberiacuteas conectadas distorsionen o
establezcan una mala alineacioacuten en las superficies de sellado Estas uacuteltimas deberaacuten
ser de material y disentildeo tales que la vaacutelvula permanezca hermeacutetica durante un periodo
de servicio razonable
Vaacutelvulas de compuerta estas vaacutelvulas se disentildean en dos tipos La compuerta
de cuntildea del tipo de asiento inclinado es la que maacutes se utiliza La compuerta de cuntildea
suele ser soacutelida pero es posible que sea tambieacuten flexible (cortada parcialmente en
mitades por un plano en aacutengulo recto con la tuberiacutea) o dividida (cortada
completamente por ese plano) Las cuntildeas flexibles y divididas minimizan el raspado
de la superficie de sellado al distorsionarse con mayor facilidad para coincidir con
los asientos de mala alineacioacuten angular En el tipo de asiento paralelo y disco doble
un dispositivo de plano inclinado montado entre los discos convierte la fuerza del
vaacutestago en fuerza axial oprimiendo los discos contra los asientos despueacutes que se
situacutean en su posicioacuten adecuada para el cierre
Vaacutelvulas de globo eacutestas se disentildean con vaacutestago ascendente de rosca interna o
externa Las vaacutelvulas pequentildeas son generalmente del tipo de rosca interna mientras
que en los tamantildeos mayores se prefiere el de rosca externa En la mayor parte de los
disentildeos los discos tienen la libertad de girar sobre los vaacutestagos esto evita las
raspaduras entre el disco y el asiento
CAPIacuteTULO I
45
Vaacutelvulas angulares estas vaacutelvulas son similares a las de globo se utilizan en
ambos casos los mismos casquetes vaacutestagos y discos Combinan un codo y una
vaacutelvula de globo en un componente con ahorro importante de caiacuteda de presioacuten Las
vaacutelvulas angulares bridadas son maacutes faacuteciles de retirar y reemplazar que las de globo
bridadas
Vaacutelvulas de diafragma estas vaacutelvulas se limitan a presiones de
aproximadamente 50 psi Los diafragmas reforzados con tela se pueden hacer de
caucho natural un hule sinteacutetico o cauchos naturales o sinteacuteticos recubiertos con
tefloacuten Estas vaacutelvulas son excelentes para los fluidos con soacutelidos en suspensioacuten y se
pueden instalar en cualquier posicioacuten
Llaves de macho o tapoacuten estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas por debajo
de 260degC puesto que la expansioacuten diferencial entre el tapoacuten y el cuerpo hace que se
atore El tamantildeo y la forma del orificio divide esas vaacutelvulas en tipos diferentes
venturi corto orificio rectangular reducido venturi largo orificio rectangular
completo y orificio redondo completo
Vaacutelvulas de bola estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas que tienen pocos
efectos sobre sus asientos de plaacutestico Puesto que el elemento sellador es una bola su
alineacioacuten con el eje del vaacutestago no es esencial para el cierre hermeacutetico En las
vaacutelvulas de bola libre la esfera se puede desplazar en sentido axial El diferencial de
presioacuten a traveacutes de la vaacutelvula obliga a la bola en posicioacuten cerrada a oprimirse contra
el asiento de corriente abajo y este uacuteltimo contra el cuerpo En las vaacutelvulas de bola
fija la bola gira sobre extensiones del vaacutestago y los cojinetes se sellan con anillos en
O
Vaacutelvulas de mariposa estas vaacutelvulas ocupan menos espacio en la liacutenea que
cualquier otra vaacutelvula Se logra un sellado relativamente hermeacutetico sin desgaste
excesivo de los asientos ni un esfuerzo operacional de torsioacuten demasiado grande
mediante diversos meacutetodos como asientos elaacutesticos anillos de pistoacuten sobre el disco e
inclinacioacuten del vaacutestago para limitar el contacto entre las porciones del disco maacutes
cercanas al vaacutestago y el asiento del cuerpo en unos cuantos grados de curvatura
CAPIacuteTULO I
46
Vaacutelvulas de retencioacuten de columpio estas vaacutelvulas se utilizan para evitar la
inversioacuten del flujo El disentildeo normal es para emplearse solamente en liacutenea horizontal
donde la fuerza de gravedad sobre el disco sea maacutexima al comienzo del cierre y
miacutenima al final
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS
12441 Seguridad
La seguridad se puede definir como la estipulacioacuten de medidas de proteccioacuten
que se requieren para asegurar una operacioacuten sin riesgos de un sistema propuesto de
tuberiacutea Entre las consideraciones generales a evaluar deberiacutean contarse las
siguientes
1) Las caracteriacutesticas peligrosas del fluido a manejar
2) La cantidad de fluido que se escaparaacute a consecuencia de una falla en la
tuberiacutea
3) El efecto de una falla (por ejemplo peacuterdidas de agua de enfriamiento) en la
seguridad de toda la planta
4) Evaluacioacuten de los efectos de una reaccioacuten con el medio ambiente
5) El probable grado de exposicioacuten del personal de operacioacuten o mantenimiento
6) La seguridad de la tuberiacutea seguacuten los materiales de construccioacuten meacutetodos de
unioacuten y el servicio que recibiraacute la tuberiacutea
12442 Condiciones de disentildeo
Las definiciones de temperaturas presiones y otros aspectos aplicables al
disentildeo de sistemas de tuberiacuteas se muestran a continuacioacuten
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo de un sistema de tuberiacuteas no seraacute
menor que la presioacuten en las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura para el espesor mayor o relacioacuten presioacuten-temperatura requerida [4]
CAPIacuteTULO I
47
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del
material representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura Cuando se trate de tuberiacutea metaacutelica no aislada con fluido a una
temperatura inferior a 38degC la temperatura del metal seraacute considerada como la
temperatura del fluido
Cuando un fluido se encuentre a una temperatura igual o superior a 38degC y la
tuberiacutea no tenga aislamiento externo la temperatura del metal seraacute tomada como un
porcentaje de la temperatura del fluido a menos que se determine una temperatura
maacutes baja por experimentacioacuten o caacutelculo Para tuberiacutea vaacutelvulas roscadas y con
extremos soldados accesorios y otros componentes con un espesor de pared
comparable al de esa tuberiacutea el porcentaje seraacute de 95 para bridas vaacutelvulas y
accesorios bridados seraacute de 90 para bridas con junta de solapa seraacute de 85 y para
pernos de 80 [4]
Influencias ambientales Cuando el enfriamiento provoque vaciacuteo en la liacutenea
el disentildeo debe estipular alguacuten rompedor de vaciacuteo o presioacuten externa tambieacuten debe
considerarse la expansioacuten teacutermica de objetos atrapados entre las vaacutelvulas cerradas [4]
La caracteriacutestica de ciertos servicios es la variacioacuten ocasional de la presioacuten o
temperatura o ambas variables por debajo de los niveles de operacioacuten pero no deben
tomarse en cuenta estas variaciones si se han cumplido los criterios citados Por otra
parte las condiciones maacutes graves de presioacuten y temperatura coincidentes durante la
variacioacuten seraacuten las que se empleen para establecer las condiciones de disentildeo
Se deben satisfacer los siguientes criterios
1 El sistema no debe tener componentes de hierro colado u otro metal no duacutectil
expuestos a presioacuten
2 Los esfuerzos nominales de presioacuten no deben exceder el esfuerzo elaacutestico a la
temperatura especificada
3 Los esfuerzos longitudinales combinados no deben exceder los liacutemites
establecidos en el coacutedigo ASME
CAPIacuteTULO I
48
4 El nuacutemero de ciclos (variaciones) no debe exceder el valor 7000 durante la
vida del sistema de tuberiacutea
5 Las variaciones ocasionales por encima de lo establecido en las condiciones
de disentildeo deben estar dentro de uno de los liacutemites siguientes para el disentildeo de
la presioacuten
a) Cuando la variacioacuten no persista un tiempo superior a 10 horas en cada
ocasioacuten y 100 horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el
esfuerzo permisible para la presioacuten de disentildeo a la temperatura de la
condicioacuten incrementada en un valor no mayor a 33
b) Cuando la variacioacuten no persista maacutes de 50 horas en cada ocasioacuten y 500
horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el esfuerzo
permisible para el disentildeo de presioacuten a la temperatura de la condicioacuten
incrementada en un valor no mayor al 20
Efectos dinaacutemicos El disentildeo de estos sistemas debe contar con prevenciones
contra impacto (como choques hidraacuteulicos) viento (cuando la tuberiacutea estaacute expuesta a
eacuteste) terremotos reacciones de descarga y vibraciones (de tuberiacuteas y soportes)
Las consideraciones respecto al peso deben incluir cargas vivas (contenido
hielo y nieve) cargas muertas (tuberiacutea vaacutelvulas aislamiento etc) y cargas de prueba
(fluidos de prueba) [4]
12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas
El coacutedigo ASME utiliza tres meacutetodos diferentes para abordar el disentildeo
1 Preveacute la utilizacioacuten de componentes dimensionalmente normalizados en
sus relaciones de presiones y temperaturas
2 Proporciona foacutermulas de disentildeo y esfuerzos maacuteximos
3 Prohiacutebe la utilizacioacuten de materiales componentes o meacutetodos de montaje
en ciertas condiciones
CAPIacuteTULO I
49
12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos
Espesor de las paredes La evaluacioacuten del esfuerzo de presioacuten externa de las
tuberiacuteas es la misma que para los recipientes de presioacuten sin embargo existe una
diferencia importante cuando se establece una presioacuten de disentildeo y un espesor de las
paredes para la presioacuten interna como resultado del requisito del ASME Boiler and
Pressure Vessel Code que el ajuste de la vaacutelvula de purga no debe ser superior a la
presioacuten de disentildeo Para los recipientes esto quiere decir que el disentildeo es para una
presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar las fugas de la vaacutelvula durante el funcionamiento
normal No obstante en las tuberiacuteas la temperatura y la presioacuten de disentildeo se
consideran como la combinacioacuten maacutexima esperada de presioacuten de operacioacuten y
temperatura que dan como resultado el espesor maacuteximo [4]
Bajo la normativa del coacutedigo ASME B313 [1] para tuberiacuteas metaacutelicas rectas
con presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm
se da a continuacioacuten y es aplicable para razones de Dot mayores de 6 Las ecuaciones
maacutes conservadoras de Barlow y Lameacute pueden ser utilizadas tambieacuten La ecuacioacuten 32
incluye un factor Y que variacutea con el material y la temperatura para considerar la
redistribucioacuten de esfuerzos perimetrales que se producen con flujo en estado
estacionario a altas temperaturas y permite espesores ligeramente menores en este
intervalo
( ) cYPSE
DPt o
m ++
=2
Ec 32
Donde P= presioacuten interna maacutexima
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea
c= suma de la tolerancia mecaacutenica y las tolerancias por erosioacuten y
corrosioacuten
SE= esfuerzo permisible
CAPIacuteTULO I
50
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales excluyendo juntas
materiales fundidos o factores de calidad de grado estructural
Y= coeficiente cuyos valores para materiales ferrosos duacutectiles variacutean
entre 04 y 07 para materiales ferrosos no duacutectiles es de 04 y para materiales
fraacutegiles es 0 como el hierro colado
Factor de calidad (E) es uno o el producto de maacutes de uno de los siguientes
factores de calidad factor de calidad de fundiciones (Ec) factor de calidad de
uniones (Ej) y factor de calidad de grado estructural (Es) de 092
Las vaacutelvulas deben estar de acuerdo con las normas aplicables que se dan en
el coacutedigo y con los liacutemites permisibles de presioacuten y temperatura que se establecen en
eacutel sin que vayan maacutes allaacute de las limitaciones de materiales o servicio que establece el
coacutedigo
El espesor de los codos de tuberiacuteas se debe determinar como para las tuberiacuteas
rectas a condicioacuten de que la operacioacuten de doblado no deacute como resultado una
diferencia entre el diaacutemetro maacuteximo y el miacutenimo de maacutes de 8 y 3 del diaacutemetro
exterior nominal de la tuberiacutea para presioacuten interna y externa respectivamente
12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas [4]
El coacutedigo ASME B313 requiere que los sistemas de tuberiacuteas se disentildeen para
que tengan suficiente flexibilidad y evitar asiacute que la expansioacuten o la contraccioacuten
teacutermica o el movimiento de soportes o terminales de la tuberiacutea provoquen alguna de
las dificultades siguientes
- Fallas en los soportes de las tuberiacuteas debidas a las fatigas o esfuerzos
excesivos
- Fugas en las juntas
- Esfuerzos o distorsiones perjudiciales en las tuberiacuteas o en los equipos
conectados (como bombas turbinas o vaacutelvulas) debido a los excesivos
empujes axiales o movimientos en las tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
51
Deformaciones por desplazamiento Las deformaciones se ocasionan por una
tuberiacutea que se desplaza de su posicioacuten original
1 Desplazamientos teacutermicos un sistema de tuberiacuteas sufriraacute cambios
dimensionales a consecuencia de cambios en la temperatura Si se
restringe el movimiento libre con terminales guiacuteas y anclajes seraacute
desplazado de su posicioacuten original
2 Desplazamientos por reaccioacuten si las restricciones no son riacutegidas y existe
un movimiento predecible de estos accesorios bajo carga eacuteste podriacutea
considerarse como desplazamiento de compensacioacuten
3 Desplazamientos impuestos externamente cuando externamente se crean
movimientos de las restricciones eacutestos impondraacuten un desplazamiento a la
tuberiacutea ademaacutes de los relacionados con los efectos teacutermicos Estos
movimientos pueden originarse por causas como corrientes de aire o
cambios de temperatura en equipos conectados
Deformaciones de desplazamiento total Los desplazamientos teacutermicos los
desplazamientos por reaccioacuten y los desplazamientos impuestos externamente tienen
efectos equivalentes sobre los sistemas de tuberiacuteas y deben considerarse en conjunto
para determinar las deformaciones por desplazamiento total en un sistema de tuberiacuteas
Las deformaciones por expansioacuten se pueden considerar en tres formas por
doblez torsioacuten o compresioacuten axial En los primeros dos casos el esfuerzo maacuteximo
ocurre en las fibras extremas de la seccioacuten transversal de la zona criacutetica En el tercer
caso el aacuterea entera de la seccioacuten transversal seraacute sometida al mismo esfuerzo en toda
la longitud de la tuberiacutea
La flexibilidad torsional o por doblez puede obtenerse por codos abrazaderas
o tuberiacuteas no alineadas por tuberiacutea corrugada o juntas de expansioacuten tipo fuelle o por
otros dispositivos que permitan el movimiento rotacional Estos dispositivos deben
anclarse o conectarse de forma tal que resistan las fuerzas terminales de la presioacuten del
fluido que tengan resistencia friccional al movimiento de la tuberiacutea y otras causas
CAPIacuteTULO I
52
La flexibilidad axial puede obtenerse mediante juntas de expansioacuten de los
tipos deslizante o de fuelle adecuadamente ancladas y orientadas para resistir las
fuerzas terminales de la presioacuten del fluido y deben tener resistencia friccional al
movimiento y otras causas
Esfuerzos de desplazamiento Los esfuerzos se pueden considerar como
proporcionales a la deformacioacuten total que causan soacutelo si la deformacioacuten estaacute
uniformemente distribuida y no es excesiva en ninguacuten punto La distribucioacuten irregular
de deformaciones (sistemas equilibrados) puede resultar de
1 Tuberiacuteas de dimensiones pequentildeas sometidas a un gran esfuerzo en serie
con tuberiacutea relativamente riacutegida de grandes dimensiones
2 La reduccioacuten local en tamantildeo o espesor de pared o empleo local de un
material que tiene una fuerza elaacutestica reducida
3 Una configuracioacuten de recubrimiento en un sistema de tamantildeo uniforme
en el cual la expansioacuten o contraccioacuten debe absorberse con una
desalineacioacuten corta en la mayor parte de la tuberiacutea
Si los esquemas desequilibrados de tuberiacutea no pueden evitarse se deben
aplicar meacutetodos analiacuteticos apropiados con objeto de asegurar la flexibilidad adecuada
del sistema Si el disentildeador determina que un sistema no tiene una adecuada
flexibilidad inherente debe proporcionar flexibilidad adicional mediante la adicioacuten de
codos abrazaderas tramos de tuberiacutea en S juntas de torniquete tuberiacutea corrugada
juntas de expansioacuten de los tipos de fuelle o deslizante u otros dispositivos Tambieacuten
debe contarse con un anclaje adecuado
Mientras que los esfuerzos resultantes de una deformacioacuten teacutermica tienden a
disminuir con el tiempo la diferencia algebraica de ese desplazamiento y la condicioacuten
original o cualquier condicioacuten anticipada del sistema con un mayor efecto opuesto
que en la condicioacuten de desplazamiento extremo que permaneceraacute constante durante
cualquier ciclo de operacioacuten
CAPIacuteTULO I
53
Muelle enfriado El muelle enfriado es la deformacioacuten intencional que se crea
en una tuberiacutea durante su ensamblaje con objeto de producir un esfuerzo y
desplazamiento inicial deseado Cuando una tuberiacutea se va a utilizar a una temperatura
mayor a la cual se instala el muelle enfriado es adecuado al hacer que la longitud de
la tuberiacutea sea ligeramente maacutes corta que la obtenida en el disentildeo El muelle enfriado
es beneacutefico pues ayuda a equilibrar la magnitud del esfuerzo en condiciones de
desplazamiento inicial y extremo
Requisitos para el anaacutelisis No es necesario realizar un anaacutelisis formal de la
flexibilidad requerida en sistemas que
a Son copias de instalaciones que se encuentran operando bien o tienen
sustituciones poco significativas de sistemas que cuentan con una historia
de servicio satisfactoria
b Pueden ser juzgados raacutepidamente con una adecuada comparacioacuten con
sistemas ya analizados
c Son de dimensioacuten uniforme y no tienen maacutes de dos puntos de fijacioacuten ni
tienen restricciones intermedias ademaacutes de caer dentro de los liacutemites de
la ecuacioacuten empiacuterica siguiente
( ) 222
KULyD
leminus
Ec 33
Donde y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser
absorbida por el sistema
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes
U= distancia de anclajes liacutenea recta entre anclajes
K2= 003 para unidades inglesas
- Todos los sistemas que no cumplan estos criterios seraacuten analizados por
meacutetodos de anaacutelisis simplificados aproximados o completos que sean
adecuados para cada caso especiacutefico
CAPIacuteTULO I
54
- Los meacutetodos de aproximacioacuten o simplificacioacuten soacutelo pueden ser aplicados
en el intervalo de configuraciones para las que se ha demostrado su
adaptabilidad
- Entre los meacutetodos de anaacutelisis aceptables se cuentan los meacutetodos
analiacuteticos y de graacuteficas que proporcionan una evaluacioacuten de las fuerzas
momentos y esfuerzos causados por las deformaciones por
desplazamiento
- El anaacutelisis tomaraacute en cuenta los factores de intensificacioacuten de esfuerzo
para cualquier componente diferente de la tuberiacutea recta Se debe tener en
cuenta la flexibilidad extra de ese componente
Cuando se calcula la flexibilidad de un sistema de tuberiacutea entre puntos de
anclaje el sistema debe tratarse como un todo Deberaacute reconocerse la importancia de
todas las partes de la liacutenea y las restricciones introducidas con el propoacutesito de reducir
momentos y fuerzas en el equipo o pequentildeas ramificaciones y tambieacuten las
restricciones introducidas por la friccioacuten de soportes Es necesario considerar todos
los desplazamientos dentro del intervalo de temperaturas determinado por las
condiciones de operacioacuten y fuera de servicio
12446 Soportes de tuberiacuteas
Las cargas transmitidas por las tuberiacuteas a los equipos conectados y los
elementos de soporte incluyen peso efectos inducidos por la temperatura y la
presioacuten vibraciones el viento los sismos los choques la expansioacuten y contraccioacuten
teacutermica El disentildeo de soportes y restricciones se basa en cargas que actuacutean de modo
concurrente suponiendo que no se ejerzan simultaacuteneamente los sismos y el viento
Los soportes elaacutesticos y de tipo de esfuerzo constante se deben disentildear para
las condiciones maacuteximas de carga incluyendo las de prueba a menos que se
proporcionen soportes temporales [4]
El coacutedigo sentildeala ademaacutes que los elementos de soporte de tuberiacuteas deben
CAPIacuteTULO I
55
1) Evitar las interferencias excesivas para la expansioacuten y la contraccioacuten
teacutermica de la tuberiacutea que de otro modo tiene la flexibilidad adecuada
2) Ser de iacutendole tal que no contribuyan a que se produzcan fugas en las
juntas o un pandeo excesivo de las tuberiacuteas que requiera drenaje
3) Disentildearse para evitar los esfuerzos la resonancia o la desconexioacuten
debido a las variaciones de la carga con la temperatura y que los
esfuerzos longitudinales combinados que se ejercen sobre la tuberiacutea no
sobrepasen lo permitido en el coacutedigo
4) Ser de iacutendole tal que se evite una liberacioacuten completa de la carga sobre la
tuberiacutea en el caso de una mala alineacioacuten o la falla de alguacuten resorte la
transferencia de pesos o las cargas adicionales debidas a las pruebas
durante la instalacioacuten
5) Ser de acero o hierro forjado
6) Ser de acero de aleacioacuten o protegerse de la temperatura en los lugares en
que se sobrepasen los liacutemites de temperatura adecuados para el acero al
carbono
7) No ser hierro colado excepto para bases de rodillos rodillos bases de
anclaje etc principalmente bajo cargas de compresioacuten
8) No ser de hierro maleable ni nodular con excepcioacuten de las abrazaderas de
tuberiacuteas las abrazaderas de vigas las bridas de soportes los sujetadores
las bases y los anillos giratorios
9) No ser de madera excepcioacuten hecha de los soportes sometidos
primordialmente a compresioacuten donde la temperatura de la tuberiacutea se
encuentre al nivel del ambiente o por debajo de eacutel
10) Tener roscas para ajustes atornillados que se conformen a las
especificaciones del Coacutedigo ASME B11
CAPIacuteTULO I
56
12447 Golpe de Ariete [6]
El golpe de ariete se puede presentar en una tuberiacutea que conduzca un liacutequido
cuando se tiene un frenado o una aceleracioacuten en el flujo por ejemplo el cambio de
abertura de una vaacutelvula en la liacutenea Al cerrarse raacutepidamente una vaacutelvula en la tuberiacutea
durante el escurrimiento el flujo a traveacutes de la vaacutelvula se reduce lo cual incrementa
la carga del lado aguas arriba de la vaacutelvula iniciaacutendose asiacute un pulso de alta presioacuten
que se propaga en direccioacuten contraria a la del escurrimiento Este pulso de presioacuten
hace que la velocidad del flujo disminuya La presioacuten en el lado aguas abajo de la
vaacutelvula se reduce y la onda de presioacuten disminuida viaja en el sentido del
escurrimiento disminuyendo tambieacuten la velocidad del flujo Si el cierre de la vaacutelvula
es suficientemente raacutepido y si la presioacuten permanente original es suficientemente baja
se puede formar una bolsa de vapor aguas abajo de la vaacutelvula cuando esto ocurre la
cavidad de vapor puede eventualmente reducirse en forma violenta y producir una
onda de alta presioacuten que se propaga en la direccioacuten aguas abajo
La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud de la
tuberiacutea ya que las ondas de sobrepresioacuten se cargaraacuten de maacutes energiacutea e inversamente
proporcional al tiempo durante el cual se cierra la vaacutelvula cuanto menos dura el
cierre maacutes fuerte seraacute el golpe
El problema del golpe de ariete es uno de los maacutes complejos de la
hidraacuteulica y es resuelto generalmente mediante modelos matemaacuteticos que permiten
simular el comportamiento del sistema Este fenoacutemeno es muy peligroso ya que la
sobrepresioacuten generada puede llegar entre 60 y 100 veces a la presioacuten normal de la
tuberiacutea ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos
Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de vaacutelvulas hay que
estrangular gradualmente la corriente de fluido es decir cortaacutendola con lentitud
utilizando para ello por ejemplo vaacutelvulas de rosca Cuanto maacutes larga es la tuberiacutea
tanto maacutes deberaacute durar el cierre
CAPIacuteTULO I
57
Sin embargo cuando la interrupcioacuten del flujo se debe a causas
incontrolables como por ejemplo la parada brusca de una bomba eleacutectrica se utilizan
tanques neumaacuteticos con caacutemara de aire comprimido torres piezomeacutetricas o vaacutelvulas
que puedan absorber la onda de presioacuten
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN
12451 Soldadura
Los requisitos del coacutedigo referente a la fabricacioacuten son maacutes detallados para la
soldadura que para otros meacutetodos de unioacuten ya que la soldadura no soacutelo se utiliza para
unir dos tuberiacuteas extremo a extremo sino que sirve tambieacuten para fabricar accesorios
que reemplazan a los accesorios sin costura como codos y juntas de solapa de punta
redonda Los requisitos del coacutedigo para el proceso de soldado son esencialmente los
mismos que los de la seccioacuten IX del ASME Boiler and Pressure Vessel Code excepto
que los procesos de soldado no se restringen el agrupamiento del material debe estar
de acuerdo al apeacutendice A del Coacutedigo ASME y las posiciones de la soldadura
corresponder a la posicioacuten de la tuberiacutea [4]
12452 Doblado y formacioacuten
La tuberiacutea puede doblarse en cualquier radio para el cual la superficie del
arco de la curvatura esteacute libre de grietas y pandeos Estaacute permitido el empleo de
dobleces estriados o corrugados El doblado puede efectuarse mediante cualquier
meacutetodo en friacuteo o en caliente siempre que se cumplan las caracteriacutesticas del material
que se estaacute doblando y el radio de la tuberiacutea doblada esteacute dentro [4]
Algunos materiales requieren un tratamiento teacutermico una vez que ya se han
doblado lo que dependeraacute de la severidad del doblado En el coacutedigo se explican
detalladamente los requisitos que deben cumplirse para este tratamiento
CAPIacuteTULO I
58
12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico
Estos tratamientos sirven para prevenir o corregir los defectos nocivos de las
altas temperaturas o gradientes teacutermicos severos inherentes a la unioacuten por soldadura
de los metales Ademaacutes de esto puede ser necesario someter el material a tratamiento
teacutermico con objeto de corregir los efectos de esfuerzo creados durante el doblado o
formado de los metales [4]
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA
PIPESIMreg2003 [5]
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades
El entendimiento detallado de la termo-hidraacuteulica del sistema de produccioacuten
es criacutetico para el disentildeo de liacuteneas de flujo y los caacutelculos del mismo PIPESIMreg
software de anaacutelisis de sistema de produccioacuten proporciona un instrumento completo
para analizar sistemas complejos de tuberiacutea con flujo multifaacutesico
Con sus moacutedulos interconectados este programa permite construir un
modelo completamente integrado del sistema de produccioacuten entero conectando con
simuladores de yacimiento y de proceso tales como el ECLIPSEreg software de
simulacioacuten de yacimiento y HYSYSreg simulador de procesos de AspenTech
132 Modelaje de flujo multifaacutesico
El programa incorpora todas las correlaciones actuales de flujo multifaacutesico
utilizados en la industria tanto empiacutericas como mecaniacutesticas para predecir el
reacutegimen de flujo la peacuterdida de presioacuten y retencioacuten de liacutequidos Esto permite disentildear y
operar el sistema de produccioacuten y distribucioacuten con confianza
Este simulador produce mapas detallados de reacutegimen de flujo en la tuberiacutea a
las condiciones de operacioacuten incorporando todos los aacutengulos de inclinacioacuten
PIPESIMreg utiliza las velocidades superficiales in-situ del gas y liacutequido para
identificar el patroacuten de flujo en cada nodo del sistema permitiendo determinar el
hold-up y la distribucioacuten de presioacuten en el sistema de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
59
Predecir slugs su tamantildeo y frecuencia permite optimizar el disentildeo de
tuberiacuteas y facilidades de procesamiento El simulador OLGA-Sreg y los modelos de
TUFFP se pueden utilizar para identificar estas caracteriacutesticas criacuteticas del flujo
hidrodinaacutemico tipo slug El programa predice tambieacuten la ocurrencia de flujo slug
en inclinaciones de la tuberiacutea
133 Modelos de Fluido
El modelaje exacto del liacutequido producido es criacutetico para la comprensioacuten
del comportamiento del sistema por lo tanto el simulador ofrece la eleccioacuten entre
correlaciones standard de petroacuteleo negro o una gama de modelos composicionales
EOS
134 Certeza del tipo de flujo
PIPESIMreg predice la formacioacuten de hidratos e incluye la habilidad de modelar
los efectos de inhibidores de hidratos Modelando el perfil de la temperatura de la
liacutenea de flujo puede disentildear el sistema en torno a estos problemas
Dicho software incluye tambieacuten rutinas de caacutelculo para determinar los liacutemites
erosivos de la velocidad de la tuberiacutea permitiendo disentildear operaciones seguras en la
misma
135 Disentildeo de equipos de superficie
El programa incluye los modelos de los equipos de superficie comunes para
determinar su impacto en el disentildeo del sistema Ademaacutes las opciones sofisticadas de
sensibilidades en el simulador se pueden utilizar tambieacuten para disentildear sistemas
variando los paraacutemetros claves del sistema permitiendo asiacute la determinacioacuten de los
tamantildeos oacuteptimos de tuberiacutea y equipos a ser utilizados
Los moacutedulos contienen los siguientes equipos
bull Separadores
bull Bombas y motores auxiliares de propulsioacuten multifaacutesicos
bull Compresores y expansores
bull Calentadores y enfriadores
bull Estranguladores
CAPIacuteTULO I
60
136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea
Para un anaacutelisis completo del sistema PIPESIMreg ofrece opciones para
modelar redes complejas que pueden incluir lazos liacuteneas paralelas y by-pass El
algoritmo robusto de la solucioacuten puede modelar la unioacuten distribucioacuten e inyeccioacuten de
la red
Explica detalladamente la termo-hidraacuteulica del sistema que es criacutetica para el
disentildeo de la liacutenea de flujo y el reacutegimen de flujo especialmente para sistemas
multifaacutesicos complejos Esto daraacute las herramientas para emprender el anaacutelisis tiacutepico
de la red incluyendo
bull Identificar embotellamientos de la produccioacuten y limitaciones
bull Valorar los beneficios de nuevos pozos tuberiacuteas adicionales compresioacuten etc
bull Calcular la capacidad de manejo desde el campo hasta el sistema de retencioacuten
bull Predecir los perfiles de presioacuten y temperatura por redes complejas de flujo
bull Planificar el desarrollo de campo
bull Resolver redes de fondo encontradas en pozos multilaterales
Una vez construida la red de produccioacuten se pueden introducir los elementos
de tiempo para analizar el impacto del desempentildeo del yacimiento en la estrategia de
desarrollo del campo
PIPESIMreg permite
minus Modelar flujo multifaacutesico desde el yacimiento a traveacutes de las facilidades
de produccioacuten hasta su punto de entrega
minus Dirigir redes complejas de produccioacuten y captar las interacciones entre
pozos tuberiacuteas y equipos de proceso
minus Realizar un anaacutelisis completo de sensibilidades en cualquier punto del
sistema hidraacuteulico usando muacuteltiples paraacutemetros
minus Simular el sistema de produccioacuten del campo para mejorar la produccioacuten
tomar mejores decisiones y obtener precios maacutes competitivos
minus Conexioacuten con el simulador de procesos HYSYSreg para un anaacutelisis
integrado desde la cara de la arena hasta las facilidades de
procesamiento
CAPIacuteTULO II
61
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO
DESARROLLO DEL DISENtildeO
21 CONDICIONES DE DISENtildeO
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Tomando como referencia las hojas de seguridad e higiene industrial de
PDVSA de cada uno de los fluidos involucrados en el proyecto asiacute como tambieacuten las
propiedades de los fluidos suministradas por cada una de las empresas mixtas se
logra hacer un cuadro resumen con la informacioacuten de cada uno de estos productos
quiacutemicos Ver anexos 1 2 y 3
Tabla 4 Propiedades de los fluidos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol MTBE ISO-OCTANO
CH3OH CH3OH C5H12O C8H18
Alcohol metiacutelico
Alcohol metiacutelico Metil terbutil eacuteter 224 trimetil
pentano Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Gravedad especiacutefica CS 0796 0796 0747 0696
Viscosidad dinaacutemica (cP) 45degC 042 042 027 038
Peso Molecular 3205 3205 8814 11422
Punto de ebullicioacuten (degC) 147psi 648 648 55 993
Presioacuten de vapor (psia) 45degC 41 41 83 17
Punto de fusioacuten (degC) -978 -978 -109 -107365
Punto de ignicioacuten (degC) 470 470 224 410
Calor de fusioacuten (calg) 237 237 - 19278
Forma y color Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro
en agua Solubilidad en alcohol en eacuteter
Soluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporciones
Ligeramente soluble Soluble
-
Insoluble Ligeramente soluble
Soluble
Liacutemites de () inferior inflamabilidad superior
67 365
16 151
- -
CAPIacuteTULO II
62
212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca del
sistema de bombeo con el cual cuenta cada una de estas empresas se pudo resumir el
siguiente cuadro
Tabla 5 Sistema de Bombeo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135
Pmin entrada brazo de carga (psig) 70 70 70 70
Pdescarga brazo de carga (psig) 20 20 20 20
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 1000 1000 1000
Flujo miacutenimo (m3h) 1000 500 500 500
Cantidad de bombas 1 de 2 2 de 2 2 de 3 2 de 3
Descripcioacuten de las bombas p-801 AB p-6201 AB 900-p-1 ABC 900-p-1 ABC
Poperacioacuten (psig) 1337 135 135 135
Pmaacutex de descarga (psig) 171 171 171 171
Pmaacutex de operacioacuten (psig) 250 250 250 250
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Potencia (KW) 7204 320 350 350
Cabezal (m) 110 120 120 120
Eficiencia () 81 795 795 795 Presioacuten requerida en el brazo de carga (psig) 70 ndash 100 70 ndash 100 71 ndash 86 71 ndash 86
Se refiere a la cantidad de bombas en uso referente a la cantidad de
bombas disponibles en la planta
CAPIacuteTULO II
63
213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO JOSE
El proyecto se encuentra ubicado dentro del Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui en la costa este de Venezuela en Jose Estado Anzoaacutetegui Las
condiciones ambientales que maacutes afectan los caacutelculos del siguiente trabajo se
presentan en la tabla 6
Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose
Temperatura maacutexima (degC) 45
Temperatura promedio anual (degC) 34
Temperatura miacutenima extrema (degC) 15 bulbo seco 24 bulbo huacutemedo
Presioacuten atmosfeacuterica promedio (psi) 146923
Promedio de elevacioacuten del terreno (m) 75
214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
La configuracioacuten de las tuberiacuteas para este proyecto se decidioacute dividir en 3
tramos la tuberiacutea principal de 20rdquo oacute 24rdquo (de mayor diaacutemetro y longitud) la tuberiacutea de
16rdquo y la tuberiacutea de 12rdquo Luego que la tuberiacutea principal se ubica dentro del liacutemite de
bateriacutea del muelle el diaacutemetro se debe disminuir gradualmente hasta conseguir las
12rdquo necesarias para el despacho a traveacutes de los brazos de carga los cuales seguacuten las
caracteriacutesticas del muelle y normativas de seguridad deben ser de este diaacutemetro
especiacutefico
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca de
las condiciones operacionales de los fluidos a traveacutes del sistema de tuberiacuteas se
seleccionoacute la tuberiacutea maacutes apropiada para este proyecto ya que se cumple con los
requisitos de seguridad necesarios Los datos recolectados se muestran en las tablas 7
8 y 9
CAPIacuteTULO II
64
Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo)
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro exterior (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro interno (in) 2325 1925 1925 1925 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 2783 2312 2312 2312 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 2948 20211 20211 20211
exterior 6283 5236 5236 5236 Longitud de superficie (in) interior 609 504 504 504 Longitud de la tuberiacutea (ft) 10932 11394 12398 14557 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (in) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (in) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
El tipo de tuberiacuteas aplicables al proyecto son API 5L ASTM A-106 y
ASTM A-53 todas en acero al carbono y con rangos tanto de temperatura como de
presioacuten aceptables en el proyecto Estas tuberiacuteas cumplen con los requisitos
necesarios ademaacutes de estar incluidas dentro del tipo de tuberiacutea (piping class)
aplicable a las plantas y al Muelle Petroquiacutemico Partiendo de eacutesto se escoge la
tuberiacutea A-53 por ser eacutesta la de uso permitido en el aacuterea del Muelle Petroquiacutemico y por
ser compatible con las de uso en las plantas Para trayectorias dentro de los linderos
CAPIacuteTULO II
65
de las plantas de las empresas mixtas se haraacute uso de la tuberiacutea que estipule la
normativa de seguridad de dicha planta
Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbonoTuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro exterior (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro interno (in) 1525 1525 1525 1525 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1841 1841 1841 1841 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 1268 1268 1268 1268
exterior 4189 4189 4189 4189 Longitud de superficie (ft) interior 399 399 399 399
Longitud de la tuberiacutea (ft) 1640 1640 1640 1640 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
La seleccioacuten del tipo de costura de la tuberiacutea se realizoacute sujeto al piping class
manejado en el Muelle Petroquiacutemico asiacute como al de cada una de las plantas siendo
recomendable el tipo E correspondiente a tuberiacutea con costura soldada con resistencia
eleacutectrica (ERW) solamente para el tramo que abarca el corredor en las calles C y F
CAPIacuteTULO II
66
(ver figura 1) Al pasar el liacutemite de bateriacutea del muelle la especificacioacuten debe cambiar
a tuberiacutea sin costura (Tipo S) por ser eacutesta la manejada en el piping class del Muelle
Petroquiacutemico Dicha divergencia afecta este estudio uacutenicamente para el caacutelculo del
espesor miacutenimo requerido
Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 12 12 12 12 Diaacutemetro exterior (in) 1275 1275 1275 1275 Diaacutemetro interno (in) 12 12 12 12 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1458 1458 1458 1458 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 07854 07854 07854 07854
exterior 3338 3338 3338 3338 Longitud de superficie (ft) interior 314 314 314 314
Longitud de la tuberiacutea (ft) 164 164 164 164 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
CAPIacuteTULO II
67
Las tuberiacuteas son grado B lo cual indica que se trata de tuberiacuteas de color
negro (material acero al carbono) que necesitaraacuten recubrimiento y galvanizado antes
de ser usadas
La ceacutedula es estaacutendar se escogioacute debido a que se mantiene un margen por
encima del espesor miacutenimo requerido dichos caacutelculos se presentan a continuacioacuten
El rating de la tuberiacutea de acuerdo al piping class manejado en el Muelle
Petroquiacutemico es de 150 lbf Este valor estaacute sujeto a cambios debido a que para la
fecha de elaboracioacuten de este Trabajo Especial de Grado auacuten no se habiacutea realizado el
estudio de golpe de ariete factor importante en la delimitacioacuten de presioacuten que deberaacute
soportar la tuberiacutea
La cantidad y descripcioacuten de cada uno de los accesorios y vaacutelvulas que seraacuten
empleados en las liacuteneas han sido suministrados por las empresas mixtas y podraacuten
estar sujetos a cambios durante la fase de construccioacuten del proyecto
La tabla 10 resume las longitudes equivalentes mostradas en la tabla 3 de
los componentes a ser instalados en las configuraciones de tuberiacuteas involucradas en el
proyecto
Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios
24 20 16 12 Tipo de accesorio o vaacutelvula Le [ft] Le [ft] Le [ft] Le [ft]
Unioacuten 4 3 3 2 Codo 90deg regular 47 39 31 25 Codo 90deg radio largo 29 25 20 16 Codo 45deg regular 24 20 16 12 T de liacutenea de flujo 32 26 21 17 T de ramal de flujo 60 76 96 116 Vaacutelvula de globo 400 525 655 800 Vaacutelvula de compuerta 11 13 17 20 Vaacutelvula angular 200 250 320 390 Vaacutelvula de retencioacuten deslizante 135 172 217 262 Entrada de filos rectos 39 53 68 86 Salida tuberiacutea 78 106 136 172 Reductor de diaacutemetro 97 80 62 45
CAPIacuteTULO II
68
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
Se emplea el software PIPESIMreg para la simulacioacuten del sistema de
transporte del proyecto debido a que es eacuteste un programa con la capacidad para la
simulacioacuten de equipos de superficie asiacute como es capaz de trabajar con los fluidos
involucrados en este proyecto La licencia del software se obtuvo de la empresa
PDVSA a traveacutes de la intranet de la misma la cual se encontraba a disposicioacuten de los
empleados de Pequiven para el teacutermino de este Trabajo Especial de Grado
2211 Metor
Se procedioacute a la configuracioacuten de las tuberiacuteas en PIPESIMreg siguiendo el
esquema mostrado en la figura 6 Este disentildeo se tomaraacute como referencia para las
demaacutes plantas
1 Se coloca una fuente (source) de donde proviene el fluido el cual viene
representado por el tanque de almacenamiento de cada una de las plantas en este
caso en especiacutefico las propiedades que lo describen son
Temperatura 45degC
Presioacuten 0 psig
Se supone que el fluido no se encuentra presurizado dentro del tanque debido
a que se encuentra a condiciones ambientales La temperatura es de 45 degC porque
eacuteste es el valor maacuteximo que se podriacutea conseguir en condiciones ambientales
extremas y ha sido la temperatura de disentildeo estipulada
CAPIacuteTULO II
69
Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como ldquocomposicionalrdquo debido a que el
metanol se encuentra preestablecido dentro del programa como un fluido acuoso
(soluble en agua) y se agrega con una molaridad al 100 a traveacutes de la tuberiacutea soacutelo
fluiraacute metanol liacutequido la inclusioacuten del fluido se muestra en la figura 7
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja
de especificaciones (data sheet) por parte de la empresa la informacioacuten es incluida en
la siguiente ventana (ver Figura 8)
CAPIacuteTULO II
70
Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor)
Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor
CAPIacuteTULO II
71
4 Se incorpora la liacutenea de 24rdquo la cual es ingresada a la configuracioacuten como
una liacutenea de flujo eacutesta se conecta a la bomba a traveacutes de un nodo Se utilizan estos
conectores para la unioacuten de los elementos y no representan cambio alguno a las
propiedades Los datos necesarios para agregar la liacutenea de flujo son sentildealados en la
figura 9
Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor
Se colocan 2 ondulaciones por cada mil metros de recorrido debido a que
eacuteste es el nuacutemero de ondulaciones (altibajos) promedio que presentaraacute el recorrido de
la tuberiacutea La diferencia de altura es de 2 m debido a que la altitud de la planta se
encuentra por encima del nivel del muelle en un margen cercano a este valor La
distancia horizontal es la correspondiente al recorrido total de la tuberiacutea maacutes la
longitud equivalente correspondiente a las vaacutelvulas y accesorios La rugosidad es la
CAPIacuteTULO II
72
correspondiente al acero al carbono y la temperatura ambiente es la temperatura
promedio reportada en el aacuterea
Se incluye como dato que la tuberiacutea no tiene recubrimiento y estaraacute rodeada
por aire con lo cual se establece un valor de transferencia de calor entre la tuberiacutea y
el aire de 20 BTUh ft2 degF (dicho valor se encuentra predeterminado en el simulador
para estas condiciones)
5 Se agrega la liacutenea de 16rdquo tambieacuten como una liacutenea de flujo la cual presenta
las caracteriacutesticas mostradas en la figura 10 Las ondulaciones seraacuten 0 ya que esta
liacutenea se encontraraacute sobre la plataforma del muelle donde no tendraacute altibajos asiacute como
tampoco presentaraacute diferencia de altitud en el recorrido Se preveacute con una longitud de
500m a la cual se debe agregar la longitud equivalente representativa de los
accesorios dispuestos en la configuracioacuten
Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor
CAPIacuteTULO II
73
6 Se antildeade la liacutenea de 12rdquo y tuberiacutea final de la configuracioacuten A la salida de
eacutesta la presioacuten deberaacute ser al menos 70 psig para que el fluido pueda hacer el
recorrido a traveacutes del brazo de carga y atracar al buque con una presioacuten de 20 psig
debido a que eacutestas son las especificaciones del brazo de carga que seraacute empleado en
el muelle Esta tuberiacutea a diferencia de la de 16rdquo siacute presenta ondulaciones ya que este
uacuteltimo tramo tiene un recorrido tortuoso con diferencias pequentildeas de altura La
longitud total de tuberiacutea es de 50m aproximadamente a los cuales se agrega la
longitud equivalente de los accesorios dispuestos en esta tuberiacutea En la figura 11 se
pueden observar las propiedades de la liacutenea de 12rdquo
Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor
7 El punto final de la configuracioacuten es un nodo frontera que en este caso en
especiacutefico vendraacute representado por el inicio del brazo de carga punto donde la
presioacuten deberaacute ser de 70 psig
CAPIacuteTULO II
74
2212 SuperMetanol
Tomando como base la configuracioacuten de tuberiacuteas de Metor se genera un
modelo con la misma cantidad y disposicioacuten de elementos A continuacioacuten se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas de la planta Supermetanol
haciendo uso de PIPESIMreg donde soacutelo se resentildean las caracteriacutesticas que difieren del
modelo de metanol de Metor
- La bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja de especificaciones por parte
de la empresa presenta la siguiente informacioacuten
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 650 kW (resultante del accionamiento de ambas bombas)
Eficiencia 795
- La liacutenea de 20rdquo se ingresa a la configuracioacuten con los datos sentildealados en la
figura 12
Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol
CAPIacuteTULO II
75
- Las liacuteneas de 16rdquo y 12rdquo tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las
configuraciones estos tramos de tuberiacutea se encuentran sobre la plataforma del muelle
ubicados sobre el mismo pipe rack de esta manera que las tuberiacuteas estaraacuten una junto
a la otra por ende tendraacuten las mismas especificaciones
2213 MTBE de Super Octanos
La configuracioacuten de tuberiacuteas de Super Octanos presenta la misma disposicioacuten
de elementos que la de Metor a continuacioacuten se presenta de forma resumida el disentildeo
de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
1 Las propiedades que describen las condiciones del source son
iguales al caso de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como black oil esto debido a que el simulador
no contempla el Metil Terbutil Eacuteter como un fluido preestablecido en sus
lineamientos Para incluir el fluido como petroacuteleo negro se ingresan los siguientes
valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 551755
Ademaacutes se agrega la informacioacuten de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente como se ve en la
figura 13
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual tambieacuten se
tiene la hoja de informacioacuten por parte de la empresa La informacioacuten incluida es la
siguiente
CAPIacuteTULO II
76
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 700 kW
Eficiencia 795
Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de Super Octanos
4 Luego se incorpora la liacutenea de 20rdquo la cual se ingresa a la configuracioacuten
como una liacutenea de flujo Los datos necesarios para la inclusioacuten de la liacutenea principal de
20rdquo se presentan en la Figura 14
5 Al igual que para la configuracioacuten de Metor se agregan las liacuteneas de 16rdquo y
12rdquo las cuales tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las configuraciones
CAPIacuteTULO II
77
Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de Super Octanos
2214 IsoOctano de Super Octanos
Tomando como base la configuracioacuten de MTBE de la misma planta se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
Las propiedades divergentes entre este caso y MTBE baacutesicamente son los
datos ingresados para la caracterizacioacuten del fluido y las propiedades de la liacutenea de
20rdquo De esta manera se hace referencia soacutelo a estos valores los cuales son
- El tipo de fluido se incluye como black oil para lo cual se ingresaron los
siguientes valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 735724
CAPIacuteTULO II
78
- Se agrega informacioacuten adicional de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente que para este caso
son las siguientes
Temperatura (ordmC) Viscosidad (cP)
40 046
20 055
- La configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo se muestra en la figura 15
Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de Super Octanos
CAPIacuteTULO II
79
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA
PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO
El proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo busca reubicar el despacho de productos de
las empresas mixtas (Metor Supermetanol y Super Octanos) en la actualidad
despachados a traveacutes del Muelle Criogeacutenico propiedad de PDVSA ubicado en el
Complejo Industrial Joseacute Antonio Anzoaacutetegui
El estudio ocupacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose se adjudicoacute a una
compantildeiacutea privada sin embargo es requerimiento del presente Trabajo Especial de
Grado hacer una breve revisioacuten a dicho Muelle para disponer de un estimado de
tiempo requerido para el embarque de buques si se bombea el producto a la maacutexima
carga que permita la configuracioacuten de cada una de las liacuteneas Para la realizacioacuten de
este objetivo la informacioacuten recolectada para la evaluacioacuten de la ocupacioacuten del
muelle estaacute basada seguacuten el promedio mensual de despacho actual a traveacutes del
muelle de PDVSA y el despacho mensual a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Se anexa un modelo rudimentario donde se presenta la disposicioacuten de los
brazos de carga los cuales seraacuten habilitados para despacho de cada uno de los
productos involucrados con el proyecto del cual es parte este trabajo (ver Figura 16)
CAPIacuteTULO II
80
Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose
Los brazos de carga que se empleen en el proyecto preferiblemente deberaacuten
ser de las mismas caracteriacutesticas y dimensiones de ser posible de la misma marca
para facilitar las labores de mantenimiento y obtencioacuten de repuestos Deberaacuten tener
un diaacutemetro de 12rdquo y tener facilidad para retorno de vapores debido a que asiacute lo
contemplan las normativas gubernamentales Las principales caracteriacutesticas con las
cuales deben cumplir los brazos de carga que se ubicaraacuten en las posiciones M-502
M-503 M-504 y M-505 del Muelle Petroquiacutemico se presentan en la tabla 11
CAPIacuteTULO II
81
Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga
Posicioacuten M-503 M-505 M-504 M-502 M-502 Producto Metanol Metanol MTBE Iso-Octano
Procedencia Metor yo Supermetanol
Supermetanol yo Metor Super Octanos Super Octanos
Diaacutemetro (in) 12 12 12 12 Tasa de flujo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Viscosidad 45degC (cP) 042 042 027 038 Presioacuten de vapor 45degC (psia) 41 41 83 17
Presioacuten requerida en la entrada (psig) 70 70 70 70
Presioacuten de descarga (psig) 20 20 20 20 Presioacuten de descarga de las bombas (psig) 1337 135 135 135
Presioacuten maacutexima de operacioacuten de las bombas (psig)
170 170 170 170
Se obtuvo informacioacuten de la disposicioacuten de ventanas operacionales
empleadas por las empresas mixtas involucradas en el proyecto seguacuten un reporte
mensual de despacho a traveacutes del Muelle Criogeacutenico Se presenta la informacioacuten
mencionada en la tabla 12 la cual hace referencia al despacho de los productos y las
capacidades de los buques a cargar esto en un periacuteodo de tiempo de un mes
CAPIacuteTULO II
82
Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9
Ventanas Empresa Producto Volumen [TM] 1 - 2 ndash 3 Supermetanol Metanol 15000 3 - 4 ndash 5 Metor Metanol 21000 6 - 7 ndash 8 Metor Metanol 13100
Super Octanos MTBE 21000 8 - 9 ndash 10 Metor Metanol 17000
11 - 12 - 13 Supermetanol Metanol 15000 13 - 14 - 15 Supermetanol Metanol 15000 16 - 17 - 18 Metor Metanol 15000
Metor Metanol 10000 18 - 19 - 20 Supermetanol Metanol 10000
21 - 22 - 23 Super Octanos MTBE 24000 24 - 25 - 26 Ventana de Mantenimiento 27 - 28 - 29 Super Octanos MTBE 11000 29 - 30 - 31 Supermetanol Metanol 10000
De igual forma se conoce la produccioacuten mensual de la empresa FertiNitro a
traveacutes de la Plataforma de liacutequidos del Muelle Petroquiacutemico si se unen el promedio
de producciones mensuales de cada empresa se tienen los siguientes datos
Metor 70 MTMM
Supermetanol 525 MTMM
Super Octanos 40 MTMM
FertiNitro 336 MTMM
CAPIacuteTULO III
83
CAPIacuteTULO III RESULTADOS
RESULTADOS
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED
Seguacuten la ecuacioacuten 32 de la seccioacuten 2444 para tuberiacuteas metaacutelicas rectas con
presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm es
aplicable para relaciones Dot mayores de 6
Se realiza el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas de 20rdquo tomando t como 1969rdquo
el cual es el espesor con mayor magnitud que se puede conseguir en el mercado la
relacioacuten Dot = 10157 siendo mayor de 6 se realizan los caacutelculos utilizando la
ecuacioacuten 32 sin inconvenientes
Para el caacutelculo de los espesores miacutenimos los datos son obtenidos de las
especificaciones ASME B313 y de las condiciones operacionales del proyecto La
presioacuten maacutexima corresponde a la presioacuten maacutexima de resistencia de las tuberiacuteas A
continuacioacuten se muestra el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas con costura de 20rdquo
P= 250psig
Do= 20rdquo
c= 0065
S= 20000 psig
Y= 04
E= 085
( ) ( )mmint
ininxpsigxpsig
inxpsigc
YPSEDP
t
m
om
365210
21120065040250850000202
202502
rArr=
rArr++
=++
=
Al valor de espesor (536mm) se debe aplicar la tolerancia correspondiente a
esta tuberiacutea que se lee en la norma ASME B313 y es de 125 para todos los casos
con lo cual el valor del espesor estariacutea entre 469 ndash 604 mm correspondiente a un
Schedule 10 (635mm) siendo eacuteste el valor maacutes cercano a dicho espesor Como
CAPIacuteTULO III
84
medida preventiva se aplica un factor de seguridad al disentildeo correspondiente a las
peacuterdidas de espesor por corrosioacuten y erosioacuten asiacute como peacuterdidas mecaacutenicas producto
del efecto de golpe de ariete que pueda sufrir la tuberiacutea De esta manera se toma
ceacutedula estaacutendar para todas las tuberiacuteas ya que todos los valores de espesores miacutenimos
se encuentran por debajo del schedule estaacutendar comercial A continuacioacuten se
muestran los resultados para cada una de las liacuteneas con costura (Tabla 13) y se
compararon con los espesores de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar La Tabla 14 resentildea
estos mismos caacutelculos para tuberiacutea sin costura
Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (Psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 085 085 085 085 tm (in) 024 0211 0182 0158 Espesor miacutenimo aceptable (in) 024 plusmn 003 0211 plusmn 0026 0182 plusmn 0023 0158 plusmn 0020 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 1 1 1 1 tm (in) 0214 0189 0165 0144 Espesor miacutenimo aceptable (in) 0214 plusmn 00267 0189 plusmn 00236 0165 plusmn 0020 0144 plusmn 0018 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
CAPIacuteTULO III
85
La costura en las tuberiacuteas no influye en los caacutelculos hidraacuteulicos debido a que
la soldadura con resistencia eleacutectrica no genera aporte de material a la tuberiacutea lo que
indica que no habraacute variacioacuten del espesor debido a la costura Las tuberiacuteas principales
seraacuten las uacutenicas con costura por ser eacutestas las uacutenicas presentes en el corredor de
tuberiacutea ubicado en las calles C y F Las longitudes de cada uno de los tramos con y
sin costura son los siguientes
Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura
Longitudes de tuberiacutea METANOL Metor
METANOL Supermetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Con costura (m) 1153 1293 1599 2257 Sin costura (m) 2180 2180 2180 2180
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA
FRICCIOacuteN EN LAS TUBERIacuteAS
Para obtener la caiacuteda de presioacuten en las tuberiacuteas se realizaron los caacutelculos en
primer lugar haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning considerando condiciones
isoteacutermicas que a pesar de ser un meacutetodo maacutes laborioso permite el conocimiento
descriptivo de cada uno de los paraacutemetros asiacute como la procedencia de los valores
utilizados en este disentildeo Esto es provechoso en caso de presentarse cualquier
divergencia del disentildeo en etapas futuras del proyecto Una vez realizados los caacutelculos
con la ecuacioacuten de Fanning se procede a la simulacioacuten del disentildeo con el software
PIPESIMreg que genera valores de caiacuteda de presioacuten de cada una de las liacuteneas entre
otros resultados
CAPIacuteTULO III
86
321 ECUACIOacuteN DE FANNING
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debido a la friccioacuten se usoacute la ecuacioacuten
de Fanning en unidades de campo Se realizoacute el caacutelculo tipo para la tuberiacutea de 24rdquo de
Metor tal como se muestra a continuacioacuten
Donde ρ (gcc)= 0753
q (bbld)= 377389
L (ft)= 10932
d (in)= 2325
Para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning primero es necesario el
caacutelculo del Nuacutemero de Reynolds el cual queda
donde d (m)= 059
V (ms)= 25353
ρ (Kgm3)= 75256
μ (Pas)= 42x10-4
De donde el NRe= 27x106 lo cual indica que se presenta flujo turbulento
(NRegt4000) y para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning se debe emplear la
ecuacioacuten de Colebrook (Ec9)
01220
1072512
2523731081log21
51273
log21
6
3
Re
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
minus
f
ff
ff
f
fxxx
f
fNDfε
Para obtener el factor de friccioacuten de Fanning haciendo uso de la ecuacioacuten de
Colebrook se realizan iteraciones a partir de un valor inicial el cual se puede tomar
directamente del diagrama de Moody De acuerdo a la figura 4 el valor de factor de
friccioacuten de Darcy que se lee correspondiente para NRe= 27x106 y εD=77x10-5 es
5
25 10146441
dLqfxp ρminus=Δ
μρ
ReVdN =
CAPIacuteTULO III
87
fD=0003 lo cual representa un factor de friccioacuten de Fanning de 0012 ya que el
factor de friccioacuten de Darcy representa 4 veces el factor de friccioacuten de Fanning
Una vez calculado este valor se procede al caacutelculo de la peacuterdida de presioacuten
debido a la friccioacuten haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning quedando
Para este caso la caiacuteda de presioacuten es de 24 psi es decir la presioacuten con la cual
llega el fluido al teacutermino del recorrido de la tuberiacutea de 24rdquo es 24 psi menor que al
salir de la bomba Para los tramos de tuberiacutea subsiguientes (16rdquo y 12rdquo) los caacutelculos
se hacen de forma anaacuteloga Se debe tener en cuenta la peacuterdida por friccioacuten que sufre
el fluido al pasar a traveacutes de cada uno de los dispositivos de control a lo largo de la
tuberiacutea En este caso se han tomado valores de longitud equivalente seguacuten el tipo de
accesorio los cuales se adicionan a la longitud de cada una de las tuberiacuteas para luego
calcular la peacuterdida de presioacuten debido a la friccioacuten
Para el caacutelculo de las peacuterdidas de presioacuten debido a la friccioacuten en los
accesorios y vaacutelvulas como se vioacute en el Capiacutetulo II se haraacute uso de la tabla 3 y se
tomaraacuten las longitudes equivalentes de cada accesorio sentildealadas en la Tabla 10
Dicho valor de longitud equivalente se agrega a las longitudes de las liacuteneas y se
calcula la caiacuteda de presioacuten en cada una de eacutestas
Hasta la fecha ha sido entregada la siguiente informacioacuten de la cantidad y
tipo de accesorios correspondientes a cada una de las liacuteneas (Tablas 16 y 17) de
donde se pueden obtener las longitudes equivalentes que se adicionan a las longitudes
totales de tuberiacutea en cada una de las configuraciones
La peacuterdida de presioacuten en las tuberiacuteas debido a la aceleracioacuten se desprecia por
haberse corroborado flujo turbulento en todas las tuberiacuteas de igual forma la caiacuteda de
psip
xp
dLqfxp
07242523
1093237738975300122010146441
10146441
5
25
5
25
=Δ
=Δ
=Δ
minus
minus ρ
CAPIacuteTULO III
88
presioacuten debido a la fuerza potencial se desprecia en estos caacutelculos iniciales debido a
que la peacuterdida de altura de la tuberiacutea total se estima de 2m lo cual es poco
representativo en un recorrido total de maacutes de 4 Km en cada uno de los casos
Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol
Metor Supermetanol Tipo de accesorio o vaacutelvula
24 16 12 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 53 Codo 45deg regular 12 8 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 2077 62 172 1618 62 172
CAPIacuteTULO III
89
Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas propiedad de Super Octanos
MTBE Iso-Octano Tipo de accesorio o vaacutelvula
20 16rdquo 12rdquo 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 60 Codo 45deg regular 12 16 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 1798 62 172 1953 62 172
A continuacioacuten se presentan tablas con el resumen del caacutelculo de cada uno de
estos paraacutemetros aplicados a cada una de las liacuteneas (Tablas 18 19 y 20)
Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas Principales
METANOL
Metor METANOL
SupermetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 24 20 20 20 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 10932 11394 12398 14557 Longitud Equivalente accesorios (ft) 2077 1618 1798 1953 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 13009 13012 14196 16510 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000
NUMERO DE REYNOLDS 27x106 26 x106 38 x106 25 x106 f f (Ec de Colebrook) 00122 00125 00123 00125
Δp (psi) 2864 4875 4900 5365
Presioacuten final (psia) 11976 10095 10070 9605
CAPIacuteTULO III
90
Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 16 16 16 16 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 1640 1640 1640 1640 Longitud Equivalente accesorios (ft) 62 62 62 62 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 1702 1702 1702 1702 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 41x106 33 x106 48 x106 32 x106 f f (Ec de Colebrook) 00127 00128 00127 00128 Δp (psi) 3234 2097 1942 1818
Presioacuten final (psia) 8742 7997 8128 7788
Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 1275 1275 1275 1275 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 164 164 164 164 Longitud Equivalente accesorios (ft) 172 172 172 172 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 336 336 336 336 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 52x106 42 x106 61 x106 4 x106 f f (Ec de Colebrook) 00132 00133 00132 00133 Δp (psi) 2193 1419 1319 1229
Presioacuten final (psia) 6549 6578 6809 6558
Se debe tomar en consideracioacuten que en las especificaciones de los brazos de
carga que estipula Pequiven la presioacuten de descarga de la tuberiacutea al brazo de carga
debe ser de 70 psig (847 psia) y dado que ninguna de las configuraciones genera este
valor de presioacuten se debe tener en cuenta que el flujo de disentildeo no seraacute alcanzado
CAPIacuteTULO III
91
porque por debajo de esta presioacuten no se lograriacutea el despacho de los productos debido
a que los brazos de carga no seraacuten capaces de levantar el fluido la altura necesaria
para cargar los buques
Teniendo como base estos valores de presioacuten esperados para la descarga de
las liacuteneas hasta los brazos de carga se procede a la simulacioacuten con el software
PIPESIMreg
322 PIPESIMreg
Posterior al caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten utilizando la ecuacioacuten de Fanning
se realizan las simulaciones en PIPESIMreg de las configuraciones establecidas
anteriormente A continuacioacuten se resentildean por separado cada una de eacutestas
3221 Metor
Luego de ingresar las propiedades del modelo se procede a la simulacioacuten de
eacuteste ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar (Figura 17)
CAPIacuteTULO III
92
Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la simulacioacuten del programa
CAPIacuteTULO III
93
Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor
L P T v q Ρ fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Metor24 1 00 14828 11318 8319 377433 47953 LIacuteQUIDO 0411 2799 2 6504 14650 11261 8316 377287 47971 LIacuteQUIDO 0413 2786 3 13008 14558 11207 8313 377142 47990 LIacuteQUIDO 0415 2774 4 19513 14380 11154 8310 377004 48007 LIacuteQUIDO 0416 2762 5 26017 14288 11102 8307 376868 48025 LIacuteQUIDO 0418 2750 6 32521 14110 11052 8304 376738 48041 LIacuteQUIDO 0420 2739 7 39026 14018 11003 8301 376610 48057 LIacuteQUIDO 0422 2728 8 45530 13840 10956 8298 376488 48073 LIacuteQUIDO 0423 2718 9 52034 13748 10910 8296 376367 48088 LIacuteQUIDO 0425 2708
10 58538 13570 10865 8293 376252 48103 LIacuteQUIDO 0426 2699 11 65043 13478 10821 8291 376139 48118 LIacuteQUIDO 0428 2689 12 71547 13300 10779 8288 376030 48132 LIacuteQUIDO 0429 2680 13 78051 13209 10738 8286 375924 48145 LIacuteQUIDO 0430 2672 14 84555 13030 10698 8284 375822 48158 LIacuteQUIDO 0432 2664 15 91060 12939 10660 8281 375721 48171 LIacuteQUIDO 0433 2656 16 97564 12761 10622 8279 375625 48184 LIacuteQUIDO 0434 2648 17 104070 12670 10585 8277 375530 48196 LIacuteQUIDO 0436 2640 18 110570 12491 10550 8275 375440 48207 LIacuteQUIDO 0437 2633 19 117080 12400 10515 8273 375351 48219 LIacuteQUIDO 0438 2626 20 123580 12222 10482 8271 375266 48230 LIacuteQUIDO 0439 2620 21 130080 12131 10449 8269 375182 48240 LIacuteQUIDO 0440 2613 Linea de Flujo Metor16 (nuevo datum) 22 0 12072 10449 1922 375183 48240 LIacuteQUIDO 0440 3984 23 94324 10251 10424 1922 375166 48243 LIacuteQUIDO 0441 3979 24 18865 8429 10400 1922 375150 48245 LIacuteQUIDO 0441 3975 Linea de Flujo Metor12 (nuevo datum) 25 0 8328 10400 3104 375153 48244 LIacuteQUIDO 0441 5052 26 16798 7197 10400 3104 375182 48241 LIacuteQUIDO 0441 5054 27 33596 6100 10399 3105 375210 48237 LIacuteQUIDO 0441 5056
CAPIacuteTULO III
94
Para el Metanol tanto en esta configuracioacuten como para la de Supermetanol
se hicieron pruebas de seleccioacuten entre los modelos de viscosidad Pedersen y LBC
(Lohrentz-Bray-Clark) siendo Pedersen el que mejor se ajusta al modelo de
viscosidad del metanol a pesar de ser usado generalmente para gas natural y petroacuteleo
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 463 psig (610 psia) De igual forma en la figura 18 se observa que
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga
Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h
CAPIacuteTULO III
95
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2500 2250 2140 2000 y
1875 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 377389 339650 323045 301911
y 283041 En la figura 19 se puede apreciar que se consigue una presioacuten final cercana
a 70psig con un flujo de 2140 m3h
Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor)
Se toma el flujo de 2140 m3h como el oacuteptimo para el despacho de Metanol
desde la planta Metor A continuacioacuten se muestra el perfil presioacuten-distancia en este
caso (figura 20)
CAPIacuteTULO III
96
Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h
3222 Supermetanol
Luego de ingresar las propiedades del modelo en el simulador se procede a
correr dicho modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar en el caso de
Supermetanol los datos son Presioacuten de entrada 0 psig Flujo 301911 bbld
Se resentildean en la tabla 22 los principales resultados necesarios para el estudio
de la configuracioacuten de Supermetanol
CAPIacuteTULO III
97
Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Supermetanol
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Sumeca20 1 00 14947 11320 9708 301947 47952 LIacuteQUIDO 0411 2705 2 6585 14664 11261 9705 301826 47972 LIacuteQUIDO 0413 2692 3 13169 14469 11203 9701 301708 47991 LIacuteQUIDO 0415 2679 4 19754 14186 11148 9697 301594 48009 LIacuteQUIDO 0417 2667 5 26339 13991 11094 9693 301483 48026 LIacuteQUIDO 0418 2656 6 32923 13708 11041 9690 301377 48043 LIacuteQUIDO 0420 2645 7 39508 13513 10991 9687 301272 48060 LIacuteQUIDO 0422 2634 8 46093 13230 10941 9683 301173 48076 LIacuteQUIDO 0424 2624 9 52677 13035 10894 9680 301075 48091 LIacuteQUIDO 0425 2614
10 59262 12753 10847 9677 300981 48106 LIacuteQUIDO 0427 2605 11 65846 12558 10803 9674 300890 48121 LIacuteQUIDO 0428 2596 12 72431 12275 10759 9672 300802 48135 LIacuteQUIDO 0430 2587 13 79016 12080 10717 9669 300716 48149 LIacuteQUIDO 0431 2578 14 85600 11798 10675 9666 300634 48162 LIacuteQUIDO 0432 2570 15 92185 11603 10636 9664 300554 48175 LIacuteQUIDO 0434 2563 16 98770 11321 10597 9661 300477 48187 LIacuteQUIDO 0435 2555 17 105350 11126 10560 9659 300402 48199 LIacuteQUIDO 0436 2548 18 111940 10844 10523 9656 300330 48211 LIacuteQUIDO 0437 2541 19 118520 10649 10488 9654 300259 48222 LIacuteQUIDO 0439 2534 20 125110 10367 10454 9652 300192 48233 LIacuteQUIDO 0440 2528 21 131690 10172 10421 9650 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 2521 Linea de Flujo Sumeca16 (nuevo datum) 22 000 10148 10421 1538 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 3183 23 94324 8974 10387 1537 300079 48251 LIacuteQUIDO 0442 3176 24 188650 7800 10354 1537 300034 48258 LIacuteQUIDO 0443 3170 Linea de Flujo Sumeca12 (nuevo datum) 25 000 7736 10354 2483 300036 48258 LIacuteQUIDO 0443 4028 26 16798 7003 10352 2483 300046 48256 LIacuteQUIDO 0442 4029 27 33596 6303 10349 2483 300055 48255 LIacuteQUIDO 0442 4029
CAPIacuteTULO III
98
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4834 psig (6303 psia) En la figura 21 graacutefica Presioacuten vs Distancia
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga (Figura 22)
Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1830 1800 1750
1740 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 276248 271720
264172 262662 y 256624 En la figura 22 se puede apreciar que se consigue un
valor de presioacuten final maacutes aproximado a 70 psig con un flujo de 1740 m3h
CAPIacuteTULO III
99
Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol)
3223 MTBE de Super Octanos
Luego de ingresar las propiedades de la configuracioacuten se procede a correr el
modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar
Presioacuten de entrada 0 psig
Flujo 301911 bbld
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la corrida del simulador
CAPIacuteTULO III
100
Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo MTBE20 1 00 14970 11331 9708 301937 46353 LIacuteQUIDO 0250 4291 2 7183 14652 11233 9705 301838 46368 LIacuteQUIDO 0251 4274 3 14367 14473 11139 9702 301743 46383 LIacuteQUIDO 0252 4257 4 21550 14155 11050 9699 301654 46397 LIacuteQUIDO 0253 4243 5 28734 13977 10966 9696 301568 46410 LIacuteQUIDO 0254 4227 6 35917 13659 10886 9694 301489 46422 LIacuteQUIDO 0255 4214 7 43100 13480 10810 9691 301412 46434 LIacuteQUIDO 0256 4201 8 50284 13163 10737 9689 301340 46445 LIacuteQUIDO 0256 4189 9 57467 12984 10668 9687 301271 46456 LIacuteQUIDO 0257 4176
10 64651 12667 10603 9685 301206 46466 LIacuteQUIDO 0258 4166 11 71834 12488 10541 9683 301144 46475 LIacuteQUIDO 0259 4155 12 79017 12171 10482 9681 301087 46484 LIacuteQUIDO 0259 4145 13 86201 11993 10426 9679 301031 46493 LIacuteQUIDO 0260 4135 14 93384 11675 10372 9677 300979 46501 LIacuteQUIDO 0260 4127 15 100570 11497 10322 9676 300929 46508 LIacuteQUIDO 0261 4118 16 107750 11180 10274 9674 300883 46516 LIacuteQUIDO 0261 4111 17 114930 11001 10228 9673 300838 46523 LIacuteQUIDO 0262 4103 18 122120 10684 10184 9671 300797 46529 LIacuteQUIDO 0262 4096 19 129300 10506 10143 9670 300757 46535 LIacuteQUIDO 0263 4089 20 136480 10189 10104 9669 300721 46541 LIacuteQUIDO 0263 4083 21 143670 10011 10067 9668 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 4077 Linea de Flujo MTBE16 (nuevo datum) 22 00 9987 10067 1541 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 5146 23 9432 8866 10036 1540 300672 46548 LIacuteQUIDO 0263 5149 24 18865 7744 10006 1540 300665 46549 LIacuteQUIDO 0263 5151 Linea de Flujo MTBE12 (nuevo datum) 25 000 7682 10006 2488 300667 46549 LIacuteQUIDO 0263 6547 26 16798 6984 10006 2488 300686 46546 LIacuteQUIDO 0263 6555 27 33596 6307 10006 2488 300708 46543 LIacuteQUIDO 0263 6562
Tanto para MTBE como para el Iso-Octano estos fluidos se incluyeron al
simulador como black oil para lograr un comportamiento de viscosidad cercano al
CAPIacuteTULO III
101
teoacuterico se ingresaron valores de temperatura y viscosidad dentro del rango de
operacioacuten del proyecto
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4837 psig (6307 psia) Debido a que no se alcanza con el flujo de
disentildeo 70 psig a la salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de
sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida
de descarga al brazo de carga (Figura 23)
Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE)
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1850 1800 1750
1735 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720
261908 262662 y 256624 En la figura 23 se puede apreciar que se consigue una
presioacuten final maacutes cercana a 70 psig con un flujo de 1735 m3h
CAPIacuteTULO III
102
3224 Iso-Octano de Super Octanos
Se realiza la corrida del modelo con los mismos datos de entrada utilizados
en la configuracioacuten de MTBE Se resumieron en la tabla 24 los principales resultados
Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de IsoOctano
L P T v q ρ Patroacuten de flujo micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (PI-SS) (cP) x10-6 Linea de Flujo IsoOctano20 1 00 14970 11334 9708 301940 42283 LIacuteQUIDO 0454 2159 2 8340 14623 11209 9704 301816 42300 LIacuteQUIDO 0456 2151 3 16680 14424 11092 9700 301697 42317 LIacuteQUIDO 0457 2142 4 25020 14078 10982 9697 301588 42332 LIacuteQUIDO 0459 2135 5 33360 13879 10880 9694 301485 42347 LIacuteQUIDO 0461 2128 6 41700 13532 10783 9691 301391 42360 LIacuteQUIDO 0462 2121 7 50039 13334 10693 9688 301301 42373 LIacuteQUIDO 0463 2115 8 58379 12987 10609 9685 301219 42384 LIacuteQUIDO 0464 2110 9 66719 12789 10530 9682 301141 42395 LIacuteQUIDO 0466 2104
10 75059 12442 10455 9680 301070 42405 LIacuteQUIDO 0467 2099 11 83399 12244 10386 9678 301002 42415 LIacuteQUIDO 0468 2094 12 91739 11898 10320 9676 300940 42423 LIacuteQUIDO 0469 2090 13 100080 11699 10259 9674 300881 42432 LIacuteQUIDO 0470 2086 14 108420 11353 10202 9672 300829 42439 LIacuteQUIDO 0470 2083 15 116760 11154 10149 9671 300777 42446 LIacuteQUIDO 0471 2079 16 125100 10808 10098 9669 300732 42453 LIacuteQUIDO 0472 2076 17 133440 10610 10051 9668 300688 42459 LIacuteQUIDO 0473 2073 18 141780 10264 10007 9667 300650 42464 LIacuteQUIDO 0473 2070 19 150120 10065 9966 9665 300612 42470 LIacuteQUIDO 0474 2068 20 158460 9719 9927 9664 300580 42474 LIacuteQUIDO 0474 2066 21 166800 9521 9890 9663 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2063 Linea de Flujo IsoOctano16 (nuevo datum) 22 00 9499 9890 1540 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2605 23 9432 8399 9865 1540 300555 42478 LIacuteQUIDO 0474 2607 24 18865 7410 9842 1540 300568 42476 LIacuteQUIDO 0474 2609 Linea de Flujo IsoOctano12 (nuevo datum) 25 000 7353 9842 2487 300571 42476 LIacuteQUIDO 0474 3316 26 16798 6708 9842 2487 300602 42471 LIacuteQUIDO 0474 3319 27 33596 6082 9842 2488 300639 42466 LIacuteQUIDO 0473 3323
CAPIacuteTULO III
103
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4612 psig (6082 psia) Debido a que no se alcanza los 70 psig a la
salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando
el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo
de carga (Figura 24)
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2000 1850 1800 1750 y
1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720 264172
y 256624 En la figura 24 se nota que el valor de flujo con una presioacuten final cercana
a 70 psig es de 1700 m3h
Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano)
CAPIacuteTULO III
104
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS
Para realizar la comparacioacuten entre modelos se agruparon en tablas los
resultados correspondientes a las caiacutedas de presioacuten de cada uno de los modelos
separados por tramos y luego se calculoacute el porcentaje de desviacioacuten entre los valores
Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor
METANOL
Metor Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 2864 2697 621 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 11986 12131 120
Δp tuberiacutea 16 (psia) 3234 3702 1264 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8752 8429 383 Δp tuberiacutea 12 (psia) 2193 2329 584
Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6559 6100 752
Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Supermetanol
METANOL Supermetanol Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4875 4775 210 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10095 10172 076 Δp tuberiacutea 16 (psia) 2097 2372 1158 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7997 7800 253 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1419 1497 520 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6578 6303 437
CAPIacuteTULO III
105
Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE
MTBE Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4900 4959 118 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10070 10011 059 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1942 2267 1435 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8128 7744 496 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1319 1437 823 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6809 6307 796
Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano
IsoOctano Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 5365 5449 155 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 9605 9521 089 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1818 2111 1389 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7788 741 510 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1229 1328 743 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6558 6082 783
Debido a que la operacioacuten de las configuraciones empleando los flujos de
disentildeo no permiten que se mantenga la condicioacuten limitante que la presioacuten en la
entrada al brazo de carga sea de 70 psig se hace un cuadro comparativo entre estos
valores como se muestra en la tabla 29
CAPIacuteTULO III
106
Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Flujo oacuteptimo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Porcentaje comparativo entre los valores de flujo () 1682 1494 1527 1765
54 CAPACIDAD DE DESPACHO DURANTE LA VENTANA
OPERACIONAL DE CADA UNA DE LAS PLANTAS
En el Muelle Criogeacutenico soacutelo se dispone de un brazo para el despacho de los
productos de las 3 empresas mixtas con la implementacioacuten del proyecto tratado en
este trabajo se espera una mayor holgura para la carga de los productos a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico asiacute como tambieacuten se podraacute despachar mayor cantidad de
productos al mismo tiempo ya que cada producto tendraacute un brazo individual De esta
forma habraacute la posibilidad de utilizar hasta 4 brazos al mismo tiempo para cargar en
dos buques diferentes ya que soacutelo se dispone de la plataforma este y la oeste para el
despacho de productos pero se pueden cargar 2 tipos de productos en el mismo
buque
Se debe tener en cuenta que la empresa FertiNitro tambieacuten despacha sus
productos (amoniacuteaco) a traveacutes del Brazo de Carga M-501 ubicado en la plataforma
de liacutequidos al igual que los brazos M-502 M-503 M-504 y M-505 como se pudo
observar en la Figura 16 (Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De
Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose)
Se pueden cuantificar las posibilidades de carga de la mayor cantidad de
productos simultaacuteneamente en 12 casos diferentes como se muestra en la tabla 30
CAPIacuteTULO III
107
Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Caso Lado Oeste Lado Este 1 Metor M-505 Metor M-504
Metor M-503 Soca M-502
2 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503 Soca M-502
3 Metor M-505 Metor M-504 Metor M-503
4 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503
5 Metor M-505
Metor M-503
6 Sumeca M-505
7 Sumeca M-505
Metor M-503
Soca M-502
8 Sumeca M-504
Soca M-502
9 Metor M-504
Soca M-502
10 Soca M-502
11 Sumeca M-504
12 Metor M-504
FertiNitro M-501
Con los datos recopilados en la tabla 11 se obtiene la siguiente distribucioacuten
porcentual seguacuten el despacho de cada una de las plantas involucradas en el proyecto
CAPIacuteTULO III
108
33
39
28
SupermetanolMetorSuper Octanos
Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del Muelle
Criogeacutenico
Debido a que se tiene conocimiento de los voluacutemenes despachados en buques
por FertiNitro actualmente en el Muelle Petroquiacutemico y el despachado por Metor
Supermetanol y Super Octanos por el Muelle Criogeacutenico se hace una proyeccioacuten del
porcentaje de produccioacuten mensual de despachos para el antildeo 2008 del Muelle
Petroquiacutemico cuando el proyecto se encuentre en operacioacuten De esta forma la
ocupacioacuten se puede decir que tendraacute la distribucioacuten mostrada en la Figura 26
17
3627
20
FertiNitroMetorSupermetanolSuper Octanos
Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro
CAPIacuteTULO III
109
La ventana operacional con la cual contaraacuten las plantas para el despacho de
sus productos seraacute al igual que en la actualidad de 72 horas contando con hasta 32
horas para el despacho De acuerdo a las velocidades maacuteximas de despacho
calculadas anteriormente se recrea un tiempo estimado de despacho al buque de cada
uno de los productos en la tabla 31
Se escogen capacidades de buques aproximadas debido a que de acuerdo a la
Tabla 12 cada buque presenta capacidades diferentes ademaacutes que podriacutean cargar
menor cantidad de productos de lo que su capacidad total permite dependiendo de las
teacutecnicas de negociacioacuten que sean empleadas en la venta de los productos
Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques
METANOL
Metor METANOL
Supermetanol MTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Flujo maacutesico (TMh) 16105 13181 12301 11144 Buque de 10 MTM
Tiempo (h) 621 759 813 897
Buque de 15 MTM Tiempo (h)
931 1138 1219 1346
Buque de 20 MTM Tiempo (h)
1242 1517 1626 1795
Buque de 25 MTM Tiempo (h)
1552 1897 2032 2243
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
110
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
La seleccioacuten de tuberiacuteas principales se realizoacute de acuerdo al piping class
utilizado en el Muelle Petroquiacutemico pero debido a las altas exigencias de seguridad
de dicho muelle las cuales no son necesarias en las aacutereas externas al Muelle se hizo
la salvedad de permitir el uso de tuberiacutea con costura fuera del liacutemite de bateriacutea del
Muelle De esta forma la tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es
ASTM A-53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia hasta que
se obtengan los resultados del estudio de golpe de ariete del cual podriacutea resultar que
el rating necesario para las tuberiacuteas sea de 300 lbf Desde el punto de salida de las
plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del Muelle se utilizaraacute tuberiacutea tipo E (soldada con
resistencia eleacutectrica) y una vez dentro de los linderos del Muelle las tuberiacuteas deberaacuten
ser sin costura (Tipo S) al igual que las vaacutelvulas y los accesorios Las tablas 7 8 y 9
muestran las caracteriacutesticas de cada una de las liacuteneas
La seleccioacuten de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar se realizoacute conforme a que el
caacutelculo de los espesores miacutenimos requeridos en cada una de las liacuteneas reporta valores
de hasta 50 por debajo de la ceacutedula miacutenima comercial (Schedule 10) Luego de
aplicar un factor de seguridad riguroso se toma como alternativa tolerante la ceacutedula
estaacutendar en cada una de las liacuteneas (ver tablas 13 y 14)
El valor miacutenimo de presioacuten requerido en el punto final de la tuberiacutea de 12rdquo es
de 70 psig Dicho valor es necesario para que el fluido recorra el brazo de carga y
descargue al buque con una presioacuten de 20 psig
El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado a la
presioacuten de descarga de las bombas de cada planta que para todos los casos se tomoacute
la resentildeada en la hoja de especificaciones de cada bomba como presioacuten de operacioacuten
El caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las liacuteneas es un valor aproximado debido a
la carencia de informacioacuten definitiva acerca de las vaacutelvulas y accesorios que seraacuten
implementados en las liacuteneas Para la fecha de culminacioacuten de este Trabajo Especial
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
111
de Grado las empresas mixtas auacuten no teniacutean bien especificado los elementos de
control que se aplicaraacuten a las liacuteneas incluyendo asiacute el tipo de vaacutelvulas que seraacuten
empleados Los valores de caiacuteda de presioacuten que se reportan en el punto final de la
tuberiacutea de 12rdquo son mayores a los que se deberiacutea esperar para el momento de ejecucioacuten
del proyecto
El caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten primeramente se realizoacute mediante el uso de
la ecuacioacuten de Fanning utilizando el nuacutemero de Reynolds para el caacutelculo del factor
de friccioacuten Estos valores de caiacuteda de presioacuten se calcularon para cada uno de los
tramos de tuberiacutea reportaacutendose en las tablas 18 19 y 20
El segundo meacutetodo de caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten se realizoacute mediante la
corrida en PIPESIMreg de cada uno de los casos por separado de acuerdo al fluido que
transportariacutea cada liacutenea y la planta que manejariacutea dicho fluido Debido a que
PIPESIMreg es un simulador de produccioacuten de petroacuteleo se estudioacute la manera de incluir
Metanol MTBE e Iso-Octano al programa
Para el modelaje del comportamiento de viscosidad del metanol se empleoacute
Pedersen siendo eacuteste el que mejor se adaptaba al teoacuterico Los modelos de viscosidad
utilizados para MTBE e Iso-Octano a diferencia del Metanol se generaron a partir de
2 pares de valores de viscosidad y temperatura ingresados por el usuario con lo cual
el modelo de viscosidad se asemeja al teoacuterico en el rango de temperatura utilizado el
cual es cercano al de operacioacuten del proyecto
Para todas las configuraciones el valor de presioacuten en el punto final de las
tuberiacuteas de 12rdquo manejando el flujo de disentildeo se encuentra por debajo de 70psig con
un margen de hasta 25 psi (como se reporta en las tablas 25 26 27 y 28) tanto en los
caacutelculos con la ecuacioacuten de Fanning como los generados por el simulador
Se compararon los valores de presioacuten reportados en cada una de las corridas
y se pudo apreciar la similitud de eacutestos con los calculados con la ecuacioacuten de
Fanning se puede apreciar que la divergencia entre valores de presioacuten reportados en
las tablas 26 27 28 y 29 no es significativa los valores maacutes distantes reportan un
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
112
desviacioacuten de hasta 14 Los valores generados por el simulador se consideraron con
mayor exactitud debido a que el simulador hace caacutelculos de los valores de viscosidad
y presioacuten a cada uno de los intervalos en los cuales se separa la longitud total de la
tuberiacutea lo cual no se hace en la ecuacioacuten de Fanning
Los valores finales de presioacuten correspondientes a Metanol MTBE e Iso-
Octano presentan porcentajes de divergencia menores al 8 lo que se puede atribuir
al hecho que los fluidos son ingresados a un simulador de hidrocarburos lo cual trae
consecuencias ya que la viscosidad del fluido a pesar de presentar valores cercanos a
los teoacutericos fueron calculados con correlaciones para petroacuteleo
Debido a que los valores generados por el simulador al final de la tuberiacutea de
12rdquo son inferiores a 70 psig (operando con el flujo de disentildeo) se realizaron anaacutelisis
de sensibilidad a cada una de las liacuteneas variando los valores del flujo de salida de la
bomba Es debido a este factor limitante que los flujos de disentildeo no son alcanzados
en las configuraciones como se muestra en la tabla 29 Los flujos que operaraacuten las
liacuteneas para mantener la condicioacuten limitante se encuentran entre 15 y 18 por debajo
del flujo de disentildeo
Los valores de flujo conseguidos al aplicar el anaacutelisis de sensibilidad a las
liacuteneas se encuentran por encima del que se espera al momento de ejecutar el proyecto
debido a que no se incluye la peacuterdida de presioacuten debido a las vaacutelvulas que seraacuten
conectadas a las liacuteneas Los valores de flujo obtenidos en este anaacutelisis no deberaacuten ser
tomados como valores reales sino como valores maacuteximos de operacioacuten de las
configuraciones
Referente a la ocupacioacuten del muelle se puede notar que auacuten para el caso maacutes
desfavorable el despacho de Iso-Octano a un buque de gran tamantildeo (menor
velocidad de flujo) el tiempo de carga es menor a 24 horas como se puede observar
en la tabla 31 Seguacuten experiencias actuales se conoce que los tiempos de despacho
se encuentran entre 15 y 32 horas dependiendo de la capacidad de los buques y de la
velocidad de bombeo La tasa maacutexima de bombeo hacia el Muelle Criogeacutenico en la
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
113
actualidad es de 1000 m3h con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten
los tiempos de despacho
En cuanto a las necesidades de ocupacioacuten de cada usuario (Metor
Supermetanol Super Octanos y FertiNitro) en el Muelle Petroquiacutemico se observa
que es Metor quien tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten Supermetanol y Super
Octanos seguiraacuten en cuanto al nivel de necesidad y seraacute FertiNitro quien menos
requiera del uso del Muelle ya que esta uacuteltima empresa tiene despachos mensuales de
uno a dos buques y las otras plantas tienen despachos de 4 oacute 5 buques mensuales En
la figura 26 se aprecian los porcentajes de distribucioacuten de cada una de las plantas
esperados en el momento cuando entre en vigencia el uso del Muelle Petroquiacutemico de
Jose para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
CONCLUSIONES
114
CONCLUSIONES
A continuacioacuten se presentan las principales conclusiones resultantes del
estudio de este Trabajo Especial de Grado
bull La tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es ASTM A-
53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia
Desde el punto de salida de las plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del
Muelle seraacute tuberiacutea Tipo E (soldada con resistencia eleacutectrica) y
dentro de los linderos del Muelle seraacute Tipo S (sin costura)
bull El factor limitante de la velocidad de flujo en cada una de las
configuraciones es una presioacuten igual a 70 psig reportado al final de
la tuberiacutea de 12rdquo
bull El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado
a la presioacuten de operacioacuten de las bombas
bull Los valores de caiacuteda de presioacuten resultantes son valores aproximados
de igual forma sucede con los valores de flujo eacutestos deberaacuten ser
tomados como valores maacuteximos de despacho
bull La simulacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en cada una de las liacuteneas se
realizoacute con PIPESIMreg la inclusioacuten de Metanol en la configuracioacuten se
hizo siguiendo el modelo de fluido composicional mientras que el
modelo utilizado para la inclusioacuten de MTBE e Iso-Octano fue black
oil
bull Los valores de presioacuten reportados en las corridas y los calculados con
la ecuacioacuten de Fanning presentaron una desviacioacuten porcentual menor
al 15 comparativamente entre los dos modelos Se consideran con
mayor exactitud los valores generados por el simulador
CONCLUSIONES
115
bull Los valores finales de presioacuten a la entrada del brazo de carga son
menores a 70psig en operacioacuten con el flujo de disentildeo
bull La velocidad de flujo con mayor operatividad en cada uno de los
casos es menor que los flujos de disentildeo de cada una de las liacuteneas en
un rango menor al 18 en todos los casos
bull Los brazos de carga a utilizar en las instalaciones del Muelle
Petroquiacutemico de Jose seraacuten de 12rdquo con facilidades para retorno de
vapores
bull El tiempo maacuteximo de carga de los buques con capacidades de hasta
25000TM son 24 horas
bull Con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten los tiempos
de despacho a los buques de Metanol MTBE e Iso-Octano con
respecto al sistema actual
bull Metor tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten del Muelle
Petroquiacutemico Supermetanol y Super Octanos seguiraacuten en cuanto al
nivel de necesidad y FertiNitro seraacute quien tenga menor requerimiento
de uso del Muelle
RECOMENDACIONES
116
RECOMENDACIONES
Realizar el estudio de golpe de ariete para evaluar la necesidad de
proteccioacuten mecaacutenica de las liacuteneas asiacute como de las vaacutelvulas y accesorios
Una vez obtenida la disposicioacuten de todos los elementos de control que
seraacuten instalados en las liacuteneas agregar la peacuterdida de presioacuten causada debido
a las vaacutelvulas y accesorios para luego recalcular los flujos de despacho en
cada una de las configuraciones
Incluir en los procedimientos operacionales del Muelle Petroquiacutemico de
Jose la implementacioacuten de programas de inspeccioacuten y mantenimiento de
las liacuteneas involucradas en el proyecto asiacute como vaacutelvulas accesorios
brazos de carga sistema de alivio de vapores
Escoger la mejor opcioacuten para la disposicioacuten de liacutequidos y vapores
generados en el proceso de despacho de buques (instalacioacuten de tanques de
alivio disposicioacuten de fluidos hacia el flare o la instalacioacuten de la liacutenea de
retorno hacia la planta de Super Octanos)
Asegurar la posibilidad de control de las vaacutelvulas localizadas en los brazos
de carga M503 M-504 y M-505 tanto por Metor como por Supermetanol
Incluir en los procedimientos operacionales toda la logiacutestica a seguir para
realizar el lavado (Flushing) con agua de los tanques de almacenamiento de
los buques asiacute como la inertizacioacuten de eacutestos en caso de ser necesario
RECOMENDACIONES
117
Estudiar el suministro y conexioacuten de nitroacutegeno en el estribo del Muelle
para el desalojo de las liacuteneas y en caso de ser necesario la inertizacioacuten de
los tanques de almacenamiento de los buques
Realizar la clausura de las liacuteneas existentes en el Muelle Criogeacutenico de
manera adecuada asiacute como la recoleccioacuten de los activos pertenecientes a
las empresas mixtas y Pequiven en dicho Muelle
Tramitar la permisologiacutea ante los entes gubernamentales para la aprobacioacuten
del proyecto
BIBLIOGRAFIacuteA
118
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
[1] ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31 Capiacutetulo II
[2] Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico
9na edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
[3] Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
[4] Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Tomo II
Meacutexico Edit Mc Graw Hill 1992
[5]Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpip
esim_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
[6] Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1979
BIBLIOGRAFIacuteA
Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico 9na
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
Barberii EE El Pozo Ilustrado 3ra edicioacuten Caracas PDVSA 1985
Branan Carl R Soluciones praacutecticas para el Ingeniero Quiacutemico 2da
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 2000
Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1992
Reza Garciacutea Clemente Flujo de fluidos en vaacutelvulas accesorios y tuberiacuteas
Crane Co Meacutexico Mc Graw Hill 1990
BIBLIOGRAFIacuteA
119
Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc Graw
Hill 1979
The MW Kellogg Company Design of piping systems 2da edicioacuten Jhon
Wiley and sons
Paper SPE 20631 Xlao JJ Shoham O y Brill JP A comprehensive
Mechanistic Model for Two-Phase Flow in Pipelines Society of Petroleum
Engineers Inc University of Tulsa 1990
Paper SPE 20645 Z El-Oun Gas-Liquid Two-Phase Flow in Pipelines
Society of Petroleum Engineers Inc CALtec Limited Subsidiary of BHR Group Ltd
1990
Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
Tecnoconsult httpwwwtecnoconsultcom [consulta Noviembre 2005]
Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpipesi
m_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
PDVSA httpwwwinteveppdvcomsantppquimicosind_productoshtm
[consulta diciembre 2005]
Wipedia httpeswikipediaorgwikiGolpe_de_ariete [consulta Mayo
2006]
ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31
PDVSA No L-TP- 15 Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Manual de Ingenieriacutea
de Disentildeo Volumen 13-III Procedimiento de Ingenieriacutea
PDVSA No MDP-02-FF-03 Flujo en Fase Liacutequida Manual de Disentildeo de
Proceso Flujo de fluidos
BIBLIOGRAFIacuteA
120
PDVSA Especificaciones teacutecnicas de Materiales y de Construccioacuten
PDVSA Higiene Industrial Iacutendice general de productos quiacutemicos
GLOSARIO
121
GLOSARIO
Black Oil petroacuteleo negro
Data sheet hoja de especificaciones
Flare mechurrio
Pipe rack corredor de tuberiacutea casillero de tubos
Piping class Tipo de tuberiacutea
Rating capacidad nominal
Schedule ceacutedula o calibre
Source fuente
ANEXO 1
122
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano
El anexo 1 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Iso-Octano del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 2
123
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol
El anexo 2 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Metanol del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 3
124
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE
El anexo 3 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al MTBE del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
AGRADECIMIENTOS
iii
AGRADECIMIENTOS
La elaboracioacuten del presente Trabajo Especial de Grado trae consigo no tan
solo la edicioacuten de este libro sino tambieacuten la culminacioacuten de una carrera profesional
para lo cual han sido muchas las personas quienes me han ayudado y apoyado entre
las cuales me atrevo a nombrar
- Dios Todopoderoso la esperanza de que cada diacutea seraacute mejor que el anterior
- La Universidad Central de Venezuela es un honor haber sido bienvenida en la
casa donde hoy y siempre se venceraacute la sombra
- A mis padres siempre han sido y seraacuten el pilar de fortaleza y amor que me
guiacutea hacia la excelencia Las palabras no son lo suficiente para agradecerles
- A mis hermanas somos tres mejores amigas que se complementan Les doy
gracias por estar ahiacute y ayudarme todas las veces que las necesito las quiero
- A la Facultad de Ingenieriacutea y la Escuela de Petroacuteleo en sus aulas conseguiacute los
mejores profesores que incentivaron mis ganas de aprender
- A mi tutora Profa Noacutelides Guzmaacuten gracias por todo su tiempo paciencia y
dedicacioacuten
- A Pequiven muchas gracias por la oportunidad que me han brindado Ing
Gehu Poreza y Regina Salazar por brindarme toda la ayuda necesaria A la
Gerencia de Operaciones y todas las personas que me tendieron una mano
cuando la necesitaba Asiacute como las personas involucradas en el proyecto Ing
Claudio Passerini Ing Ernesto Silva Ing Alejandro Hernaacutendez
- Mis familiares hermanos tiacuteos primos y cuntildeados siempre apoyaacutendome
- A mis amigos sin ustedes el camino hubiese sido interminable Issa una
amistad invaluable Dani gracias por estar siempre ahiacute Giovanny Santiago
William y Herbert comenzamos juntos y hoy cada quien sigue su camino
gracias por todos los buenos ratos Mayralit Mauricio Miguel Andriuska
Any Ceacutesar Ricardo Leo Rafael E Domingo Lenin Rauacutel A Tato Karen
Julio S Hernaacuten Criseida y Adriana Z amigos inolvidables
RESUMEN
iv
Rojas U Carelia J
DISENtildeO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE PARA EL DESPACHO DE METANOL MTBE E ISO-OCTANO A TRAVEacuteS
DEL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
Tutor Acadeacutemico Profa Dr Noacutelides Guzmaacuten Tutores Industriales Ing Gehu
Poreza Ing Regina Salazar Tesis Caracas UCV Facultad de Ingenieriacutea
Escuela de Ingenieriacutea de Petroacuteleo Antildeo 2006 124 p
Palabras Claves Tuberiacuteas Horizontales Simulacioacuten de Tuberiacuteas Programa
Pipesimreg2003
Resumen En la industria petroquiacutemica ademaacutes de los procesos mediante
los cuales se obtienen los diversos productos es de vital importancia el control sobre
el sistema de despacho de eacutestos El presente Trabajo Especial de Grado se realiza con
el fin de disentildear el sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose utilizando
como herramienta el software PIPESIMreg Se generan soluciones praacutecticas para la
empresa mediante el desarrollo de un disentildeo a grandes rasgos con la ayuda del
simulador permitiendo la caracterizacioacuten de los principales paraacutemetros asiacute como el
caacutelculo de las principales variables del proceso de transporte de los productos a cargar
a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico del Complejo Industrial Joseacute Antonio Anzoaacutetegui
De igual forma se estudian las opciones ocupacionales para el mencionado muelle
una vez sea puesto en marcha el proyecto que involucra el presente trabajo
RESUMEN
IacuteNDICE GENERAL
v
IacuteNDICE GENERAL
RESUMEN iv
IacuteNDICE GENERAL v
IacuteNDICE DE TABLAS x
NOMENCLATURA xi
INTRODUCCIOacuteN 1
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3
OBJETIVOS 4
METODOLOGIacuteA 5
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL 7 11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA 7
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA 7 112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE 7 113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN 9 114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI 9
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR) 9 1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE (FERTINITRO) 10 1143 SUPERMETANOL 10 1144 SUPER OCTANOS 11 1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE 11
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE 13
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA 14
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS 14 1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS 14 1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS 17
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS 19 1221 BALANCE DE ENERGIacuteA 19
12211 Balance total de energiacutea 19 12212 Balance de energiacutea mecaacutenica 21 12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema 21
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS 22 12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares 22
IacuteNDICE GENERAL
12222 Flujo incompresible 22 12223 Tuberiacuteas circulares 22 12224 Fluidos no newtonianos 25 12225 Flujo no isoteacutermico 28 12226 Flujo turbulento 29 12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales) 30 12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento 31 12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar 31 122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas 31 122211 Accesorios y vaacutelvulas 32
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS 33 1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS 33
12311 Desplazamiento 34 12312 Fuerza centriacutefuga 34
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA 35 1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS 35
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS 36 1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN 36 1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS 37
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos 38 1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL CARBONO Y ACERO INOXIDABLE 40
12431 Tubos y tuberiacuteas 41 12432 Juntas 42 12433 Codos y accesorios 43 12434 Vaacutelvulas 44
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS 46 12441 Seguridad 46 12442 Condiciones de disentildeo 46 12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas 48 12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos 49 12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas 50 12446 Soportes de tuberiacuteas 54 12447 Golpe de Ariete 56
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN 57 12451 Soldadura 57 12452 Doblado y formacioacuten 57 12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico 58
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA PIPESIMreg2003 58
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades 58 132 Modelaje de flujo multifaacutesico 58 133 Modelos de Fluido 59 134 Certeza del tipo de flujo 59 135 Disentildeo de equipos de superficie 59 136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea 60
IacuteNDICE GENERAL
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO 61 21 CONDICIONES DE DISENtildeO 61
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 61 212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS 62 213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO JOSE 63 214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS 63
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS 68
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS 68 2211 Metor 68 2212 SuperMetanol 74 2213 MTBE de Super Octanos 75 2214 IsoOctano de Super Octanos 77
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE 79
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO 79
CAPIacuteTULO III RESULTADOS 83
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED 83
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA FRICCIOacuteN EN
LAS TUBERIacuteAS 85
321 ECUACIOacuteN DE FANNING 86 322 PIPESIMreg 91
3221 Metor 91 3222 Supermetanol 96 3223 MTBE de Super Octanos 99 3224 Iso-Octano de Super Octanos 102
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS 104
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 110
CONCLUSIONES 114
RECOMENDACIONES 116
BIBLIOGRAFIacuteA 118
GLOSARIO 121
IacuteNDICE GENERAL
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano 122
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol 123
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE 124
IacuteNDICE DE FIGURAS
ix
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute Antonio Anzoaacutetegui 8
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui 11
Figura 3 Diagrama de corte 15 Figura 4 Diagrama de Moody 23 Figura 5 Curva de flujo general 26 Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor 69 Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor) 70 Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor 70 Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor 71 Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor 72 Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor 73 Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol 74 Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de
Super Octanos 76 Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de
Super Octanos 77 Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de
Super Octanos 78 Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el
Muelle Petroquiacutemico Jose 80 Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor 92 Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h 94 Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor) 95 Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h 96 Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h 98 Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol) 99 Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE) 101 Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano) 103 Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del
Muelle Criogeacutenico 108 Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro 108
IacuteNDICE DE TABLAS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose 12 Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales 23 Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta 33 Tabla 4 Propiedades de los fluidos 61 Tabla 5 Sistema de Bombeo 62 Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose 63 Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo) 64 Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo 65 Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo 66 Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios67 Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga 81 Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9 82 Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura 84 Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura 84 Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura 85 Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol 88 Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas propiedad de Super Octanos 89 Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas
Principales 89 Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo 90 Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo 90 Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor 93 Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
Supermetanol 97 Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE 100 Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
IsoOctano 102 Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor 104 Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de
Supermetanol 104 Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE 105 Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano 105 Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos 106 Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico 107 Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques109
NOMENCLATURA
xi
NOMENCLATURA
c= suma de tolerancias dejadas por la corrosioacuten la erosioacuten y cualquier profundidad de la muesca o estriado (-)
Cv = coeficiente de flujo en la vaacutelvula que pasa bajo una caiacuteda de presioacuten de l psi
cv= calor especiacutefico del fluido (BTUlbdegR)
D= diaacutemetro del conducto (ft)
d= diaacutemetro interno de la vaacutelvula (ft)
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea (ft)
dudy= gradiente de velocidad (1s)
E= factor de calidad (-)
F= peacuterdida por friccioacuten (ftlbflb)
f= factor de friccioacuten de Fanning (-)
G= velocidad maacutesica media (lbsft2)
g= aceleracioacuten local debido a la gravedad (322 fts2)
gc= constante dimensional (3217 lbftlbfs2)
hv= carga de velocidad (ft)
i= entalpiacutea especiacutefica (BTUlb)
J= equivalente mecaacutenico de calor (ftlbfBTU)
K= iacutendice de consistencia (lbfsnft2)
K1= cantidad de cargas de velocidad (fts)
L= dimensioacuten lineal caracteriacutestica del canal de flujo (ft)
L1= longitud del conducto (ft)
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes (ft)
Le= longitud equivalente (ft)
n= exponente (-)
nacute= exponente de la ley de potencia (-)
NRe = nuacutemero de Reynolds (-)
P= presioacuten de disentildeo (lbfft2)
p= presioacuten absoluta (lbfft2)
p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba (lbfft2)
p2= presioacuten estaacutetica corriente abajo (lbfft2)
NOMENCLATURA
Q= calor agregado (BTU)
q= flujo volumeacutetrico del fluido (ft3s)
r= radio (ft)
RH= radio hidraacuteulico medio (ft)
rw= radio de la tuberiacutea (ft)
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales (lbfft2)
s= entropiacutea especiacutefica (BTUlb degR)
SE= esfuerzo permisible (lbfft2)
Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto (-)
tm= espesor miacutenimo de pared (ft)
u= energiacutea interna especiacutefica (BTUlb)
U= distancia de anclajes (ft)
v= volumen especiacutefico (ft3lb)
V= velocidad lineal media (fts)
vprom= volumen especiacutefico promedio (ft3lb)
v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba (ft3lb)
v2= volumen especiacutefico en condiciones corriente abajo (ft3lb)
W= trabajo externo neto (lbfft)
We= trabajo proporcionado por una fuente externa (lbfft)
y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser absorbida por el sistema (ft)
Z= altura por arriba de cualquier plano de referencia horizontal arbitrario (ft)
Siacutembolos griegos Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica (lbfft2)
ΔTa= aumento global de la temperatura (degF)
ε= aspereza de la superficie interna del canal (ft)
η= viscosidad plaacutestica (lbfts)
μ= viscosidad dinaacutemica (lbfts )
μa= viscosidad aparente (lbfts )
ν =viscosidad cinemaacutetica (ft2s)
NOMENCLATURA
θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la horizontal (ordm)
ρ= densidad del fluido (lbft3)
ρprom= densidad promedio (lbft3)
τ= esfuerzo cortante (lbfft2)
τw= esfuerzo cortante en la pared (lbfft2)
τy= esfuerzo de cedencia (lbfft2)
ω= flujo en peso del fluido (lbs)
Abreviaturas ASME= The American Society of Mechanical Engineers
CS= Condiciones Standard
EOS= Equations of State
ERW= Electric Resistance Weld
MTBE= Metil Ter-Butil Eacuteter
MTMA= mil toneladas meacutetricas anuales
MTMM= mil toneladas meacutetricas mensuales
Soca= Super Octanos CA
Sumeca= Supermetanol CA
TAME= Ter-Amil Metil Eacuteter
INTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCIOacuteN
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) en la buacutesqueda de un despacho para
sus productos a traveacutes del puerto de su propiedad en el Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui se planteoacute el Proyecto ldquoFacilidades para el despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
En el complejo existen cuatro empresas mixtas FertiNitro Metanol de
Oriente (Metor) Supermetanol y Super Octanos de las cuales soacutelo la primera
descarga sus productos a traveacutes del muelle de Pequiven las otras empresas lo hacen a
traveacutes del Terminal de Almacenamiento y Embarque de Jose (TAEJ) lo cual es
necesario redireccionar
El referido proyecto consta de la instalacioacuten de todas las facilidades para el
despacho de productos (Metanol MTBE e Iso-Octano) a traveacutes del Muelle
Petroquiacutemico de Jose incluyendo la red de liacuteneas hidraacuteulicas y los brazos de carga en
el muelle para lo cual se hace necesario el levantamiento en campo de los datos
requeridos para llevar a cabo el disentildeo El desarrollo del proyecto consiste en la
Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten (IPC) para el despacho de los productos desde las
plantas Metor Supermetanol y Super Octanos hasta la plataforma de liacutequidos del
Muelle Petroquiacutemico de Jose lo cual a grandes rasgos comprende la instalacioacuten de
a) Cuatro liacuteneas y cuatro brazos de carga
b) Instalacioacuten de un tanque para contingencias en el proceso de carga
c) Una liacutenea que interconecte las tuberiacuteas de los brazos de Metanol para dar
la facilidad a Supermetanol y Metor de despachar tanto del lado Este como
Oeste
d) Una liacutenea de venteo de gases de MTBE Metanol Iso-Octano y sus
mezclas desde el Muelle hasta el cabezal del mechurrio existente
e) Interconexioacuten al sistema de tuberiacuteas existentes para servicios industriales
INTRODUCCIOacuteN
El presente Trabajo Especial de Grado tiene como objetivo el disentildeo del
sistema de transporte para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico de Jose basaacutendose en el uso del software PIPESIMreg
PIPESIMreg es un simulador con aplicaciones para tuberiacuteas que mediante el
suministro de algunos datos como flujo presioacuten temperatura propiedades fiacutesico-
quiacutemicas y termodinaacutemicas de los fluidos disentildeo de las tuberiacuteas ademaacutes de las
ecuaciones seleccionadas de acuerdo al fluido y variables a manejar arroja resultados
que permiten predecir tiempos oacuteptimos de carga de los buques asiacute como los efectos
que podriacutea causar sobre el sistema cualquier cambio operacional realizado
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) junto a las empresas mixtas que
laboran en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui deben habilitar las instalaciones del
Muelle Petroquiacutemico de Jose propiedad de Pequiven para lo cual se tiene previsto el
desarrollo de la Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten del proyecto ldquoFacilidades para el
Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de
Joserdquo que se encuentra en su fase inicial desde febrero de 2006 En la fase de
ingenieriacutea son muchas las interrogantes que se plantean las empresas mixtas acerca de
las caracteriacutesticas para el despacho que tendraacuten sus productos asiacute como la
implementacioacuten de diferentes configuraciones de tuberiacuteas para lograr un mayor
volumen de despacho o mejoras en la calidad de dicho despacho
Es asiacute como se plantea este Trabajo Especial de Grado direccionado hacia
la buacutesqueda de soluciones al disentildeo del sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de
despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose
utilizando como herramienta el software PIPESIMreg
Se elabora la simulacioacuten del sistema de transporte que se desea instalar en el
Muelle Petroquiacutemico de Jose para que sea eacutesta un modelo teoacuterico a seguir durante la
puesta en marcha del proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e
Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
OBJETIVOS
4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Disentildear el sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose utilizando
como herramienta el software PIPESIMreg
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Recopilar la informacioacuten de campo necesaria para la realizacioacuten del
disentildeo del proyecto
Disentildear el sistema de tuberiacuteas desde las Empresas Mixtas hasta los
brazos de carga ubicados en el Muelle Petroquiacutemico de Jose haciendo uso de
Pipesimreg2003
Disentildear las facilidades para el despacho de los productos hasta los
cargueros
Calcular los paraacutemetros y variables en cada una de las liacuteneas
Calcular la capacidad de despacho durante la ventana operacional para
cada uno de los productos
Calcular la capacidad operativa del muelle para el despacho
simultaacuteneo del mayor nuacutemero de cargueros
METODOLOGIacuteA
5
METODOLOGIacuteA
La metodologiacutea seguida en el presente Trabajo Especial de Grado se puede
recopilar en los siguientes puntos principales los cuales estaacuten separados por capiacutetulos
a lo largo del trabajo y presentan la siguiente estructura
El primer capiacutetulo correspondiente a los antecedentes explica los
principales aspectos de la empresa asiacute como la estructura participativa de Pequiven
Jose Luego se realiza el estudio de los principales aspectos teoacutericos involucrados en
ANTECEDENTES
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
DESARROLLO DEL DISENtildeO
Condiciones de disentildeo Revisioacuten del modelo ocupacional del Muelle
Disentildeo de tuberiacuteas
CAacuteLCULOS
AacuteNALISIS DE RESULTADOS
RESULTADOS
METODOLOGIacuteA
6
la elaboracioacuten de un disentildeo de sistema de transporte asiacute como la descripcioacuten del
software utilizado
Se explican las bases para la elaboracioacuten del disentildeo propiedades
involucradas y configuracioacuten de los elementos del proyecto Y por uacuteltimo se procede
al caacutelculo de las variables del disentildeo comparacioacuten entre modelos y estudio
operacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose
Se analizan los resultados obtenidos se generaraacuten conclusiones y se haraacuten
recomendaciones de acuerdo al estudio realizado
CAPIacuteTULO I
7
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL MARCO REFERENCIAL
11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA [3]
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA
Pequiven fue creada en 1977 asumiendo las funciones y operaciones de lo
que fuera el Instituto Venezolano de Petroquiacutemica (IVP) inaugurado en el antildeo 1955
Desde marzo de 1978 cuando se constituyoacute como filial de PDVSA Pequiven ha
vivido sucesivas etapas de reestructuracioacuten hasta llegar a convertirse en la
Corporacioacuten Petroquiacutemica de Venezuela
Su misioacuten es manufacturar y comercializar productos quiacutemicos y
petroquiacutemicos de alta calidad en el mercado nacional e internacional maximizando
el valor del gas y de las corrientes de refinacioacuten a fin de impulsar el desarrollo
industrial y agriacutecola del paiacutes
Su visioacuten es ser liacuteder en motorizar el desarrollo agriacutecola e industrial de
nuestro paiacutes ser reconocida en los mercados nacionales e internacionales por la
manufactura de productos quiacutemicos y petroquiacutemicos de alta calidad y a costos
competitivos
Estaacute integrada por tres Complejos Petroquiacutemicos El Tablazo en el estado
Zulia Moroacuten en el estado Carabobo y Jose en el estado Anzoaacutetegui Organizada en
Unidades de Negocio que atienden el desarrollo de tres liacuteneas de productos Olefinas
y sus derivados Fertilizantes y Productos Industriales Participa directamente en 16
Empresas Mixtas compuestas por socios nacionales e internacionales
112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE
El Complejo Jose ubicado en el estado Anzoaacutetegui costa oriental del paiacutes
es un desarrollo petroquiacutemico de Pequiven con gran futuro debido a la riqueza en gas
natural que posee la zona El Complejo tiene una superficie de 740 hectaacutereas donde se
han instalado las plantas de Super Octanos Metor Supermetanol y FertiNitro En la
CAPIacuteTULO I
8
figura 1 se puede observar una vista aeacuterea de las instalaciones del Complejo donde se
sentildealan los nombres de las calles que intervienen en el desarrollo del proyecto en
estudio
Ademaacutes de los servicios de agua electricidad gas generacioacuten de vapor y
otras instalaciones como las oficinas administrativas servicio de bomberos sistema
de intercomunicaciones cliacutenica industrial vigilancia sistema de disposicioacuten de
efluentes industriales mantenimiento todo ello para satisfacer las necesidades del
condominio
El desarrollo del complejo demuestra la experiencia y competitividad de
Pequiven cuya estructura empresarial no escatima esfuerzos en mantener actualizada
la capacidad de sus recursos humanos revisioacuten permanente de los procesos uso de la
tecnologiacutea de punta para fortalecer la productividad de sus plantas atencioacuten esmerada
consciente en la necesidad de conservar el ambiente y las relaciones interactivas y
comprometidas con el paiacutes
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui
Calle CCalle F
CAPIacuteTULO I
9
113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN
La decisioacuten gubernamental (1960) de permitir la participacioacuten asociada de
empresas venezolanas y extranjeras en el negocio petroquiacutemico fue muy acertada
Hoy esa modalidad empresarial ha fortalecido a Pequiven y ha logrado para el paiacutes
avances en tecnologiacutea y manufactura de productos petroquiacutemicos
Las ganancias generadas demuestran el progreso logrado por Pequiven y las
empresas mixtas respecto al aumento sostenido de la produccioacuten y diversificacioacuten de
productos como sigue
bull Olefinas y Plaacutesticos aacutecido clorhiacutedrico cloro dicloruro de etileno etileno
pirogasolina monoacutemero de cloruro de vinilo (MCV) cloruro de polivinilo (PVC)
polietileno de alta densidad polietileno de baja densidad polietileno lineal de baja
densidad polipropileno propileno y soda caacuteustica
bull Fertilizantes aacutecido fosfoacuterico aacutecido niacutetrico aacutecido sulfuacuterico amoniacuteaco
caprolactama fosfato diamoacutenico fosfato tricaacutelcico granulados de NPK nitrato de
potasio oleum roca fosfaacutetica solucioacuten de amoniacuteaco sulfato de amonio sulfato de
sodio urea
bull Productos Industriales alquilbencenos taacutelico anhiacutedrido benceno-tolueno-
xileno (BTX) clorofluorometanos glicol de etilenos metanol MTBE oacutexido de
etileno polifosfato de sodio tetraacutemero de propilenotres
114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR)
El inicio de operaciones de la planta de produccioacuten de Metanol empresa
mixta Metanol de Oriente (Metor SA) representa una significativa contribucioacuten
para el proceso de industrializacioacuten del gran potencial de gas natural con el que
cuenta Venezuela Esta empresa tiene una composicioacuten accionaria representada por
CAPIacuteTULO I
10
Pequiven Mitsubishi Corporation y Mitsubishi Gas Chemical Empresas Polar e
International Finance Corporation
Esta planta tiene una capacidad instalada de 750 MTMA de Metanol
producto de amplio uso en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
El Metanol es un insumo para la manufactura de productos oxigenados
(MTBE y TAME) ampliamente cotizados para mejorar el octanaje de la gasolina y
las emisiones al ambiente El Metanol tambieacuten es materia prima para producir resinas
y otros compuestos quiacutemicos Asiacute mismo es producto final utilizado como solvente y
combustible Esta variedad de aplicaciones le otorga al Metanol un lugar fundamental
en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE
(FERTINITRO)
El objetivo de esta empresa es la venta de productos elaborados en las
plantas de Amoniacuteaco y Urea asiacute como sus subproductos tanto en Venezuela como en
el extranjero
Tiene como socios a la empresa Koch Industries con 35 de participacioacuten
Snamprogetti aporta 20 Empresas Polar un 10 y Pequiven 35
Esta empresa tiene una capacidad instalada estimada en 1200 MTMA de amoniacuteaco y
1460 MTMA de urea
1143 SUPERMETANOL
Esta empresa tiene como principal objetivo la produccioacuten de Metanol asiacute
como la venta de dicho producto y de sus subproductos principalmente en el
mercado internacional Empresa compuesta por Pequiven Ecofuel Metanol Holding
y Petrochemical Investment Ltd La capacidad estimada de produccioacuten asciende a
770 MTMA
CAPIacuteTULO I
11
1144 SUPER OCTANOS
Empresa compuesta accionariamente por Pequiven Ecofuel y el Banco de
Inversioacuten Mercantil Se encarga de la produccioacuten de MTBE asiacute como la venta y
comercializacioacuten de sus productos principalmente en el mercado internacional
Opera desde el antildeo 1991 y su capacidad estaacute alrededor de 550 MTMA En la figura 2
se observa una toma aeacuterea de la planta dentro del Complejo Antonio Joseacute Anzoaacutetegui
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui
1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE
Se encarga del suministro de aguas industriales al Complejo Jose ademaacutes
del agua potable agua para incendios y servicios de remocioacuten de aguas negras a las
plantas petroquiacutemicas instaladas en los terrenos propiedad de Pequiven dentro del
complejo Posee una capacidad estimada de 1300 litros por segundo
CAPIacuteTULO I
12
A continuacioacuten se presenta un resumen de la estructura participativa de las
principales empresas mixtas ubicadas en el Complejo Petroquiacutemico Jose
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose
CAPACIDAD PARTICIPACIOacuteN EMPRESAS PRODUCTOS
[MTMA] USOS SOCIOS
[] Formaldehiacutedo Pequiven 3750
Mitsubishi Corporation
2375 Componente de gasolina MTBE Mitsubishi Gas
Chemical 2375
Solvente Empresas Polar 10
Metor Metanol 750
Acido aceacutetico IFC 5 Formaldehiacutedo Pequiven 3451 Componente de gasolina MTBE
Ecofuel 3451
Acido aceacutetico Metanol Holding Ltd
1549 Supermetanol Metanol 770
Solvente Petrochemical Investment Ltd
1549
Pequiven 49 Ecofuel 49
Super Octanos MTBE 550 Componente oxigenado de gasolina
Banca de Inversioacuten Mercantil
2
Pequiven 35 Amoniacuteaco 1200
Koch Industries 35 Snamprogetti 20 FertiNitro
Urea 1460 Fertilizante
Empresas Polar 10
CAPIacuteTULO I
13
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
El Muelle Petroquiacutemico de Jose es el proyecto de infraestructura maacutes
reciente realizado por Pequiven para exportar los productos petroquiacutemicos de las
plantas que operan y se proyectan en el oriente del paiacutes
La obra construida a un costo de 150 millones de doacutelares estaacute destinada a la
exportacioacuten de urea polietilenos amoniacuteaco etileno etilenglicol dietilenglicol
metanol MTBE y otros productos quiacutemicos de las plantas existentes Actualmente su
uso es destinado exclusivamente para el despacho de urea y amoniacuteaco El sistema de
carga de urea tiene capacidad para despachar 1000 toneladas meacutetricas por hora y el
de amoniacuteaco 1100 toneladas meacutetricas por hora
La obra estaacute disentildeada con posibilidades de ampliar las tuberiacuteas y brazos de
carga en etapas sucesivas sobre la plataforma existente sin afectar la operacioacuten
regular del muelle Dentro de dicho marco se encuentra el proyecto referido en este
Trabajo Especial de Grado Adicionalmente el disentildeo permite la construccioacuten de una
segunda plataforma y extender el muelle de contenedores
El embarcadero tiene una plataforma de soacutelidos para despachar urea con
capacidad para el atraque simultaacuteneo de un buque y otro de contenedores La
plataforma de liacutequidos estaacute dispuesta para el atraque de dos naves con productos
petroquiacutemicos En una tercera plataforma de servicios pueden atracar dos
remolcadores y una lancha de pasajeros la cual dispone de una daacutersena de 60
hectaacutereas a una profundidad de 14 metros A las plataformas del muelle tendraacuten
acceso buques de hasta 65 mil toneladas de peso muerto
El puente marino de concreto armado y pretensado de maacutes de 1500 metros
de longitud sostiene las plataformas y sirve de conexioacuten con todos los servicios hasta
la costa Descansa sobre pilotes metaacutelicos de 36 y 48 pies
CAPIacuteTULO I
14
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS
1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS [4]
Un fluido es una sustancia que sufre una deformacioacuten continua cuando estaacute
sujeta a un esfuerzo cortante La resistencia que un fluido real ofrece a tal
deformacioacuten se conoce con el nombre de viscosidad del fluido Para gases y liacutequidos
simples (bajo peso molecular) la viscosidad es constante cuando se fijan la presioacuten
estaacutetica y la temperatura Los materiales de este tipo se denominan newtonianos
Un fluido ideal o perfecto es un gas o liacutequido hipoteacutetico que no ofrece
resistencia al corte y tiene viscosidad cero En la mayor parte de los problemas de
flujo se obtienen resultados incorrectos al despreciar la viscosidad pero en los
mismos problemas pueden utilizarse las relaciones presioacuten-volumen-temperatura para
gases ideales
Si la viscosidad de un fluido es una funcioacuten del esfuerzo cortante
equivalente a la razoacuten de corte ademaacutes de la temperatura y presioacuten el fluido se
denomina no newtoniano Los fluidos no newtonianos se dividen generalmente en 3
clases
1) Aquellos cuyas propiedades son independientes del tiempo cuando son
sometidos a corte tales como
a) Fluidos plaacutesticos de Bingham probablemente son los fluidos
no newtonianos maacutes simples ya que soacutelo difieren de los fluidos newtonianos
en que su relacioacuten lineal entre el esfuerzo cortante y la razoacuten de corte no
parten del origen como se ilustra en curva B de la figura 3 se requiere un
esfuerzo cortante τy finito para que haya flujo Entre los ejemplos que pueden
citarse para un fluido que exhibe comportamiento plaacutestico de Bingham se
incluyen suspensiones de arena o granos y lodo de aguas negras
b) Fluidos pseudo plaacutesticos aquiacute se incluyen la mayor parte de los
fluidos no newtonianos entre los que se encuentran las soluciones polimeacutericas
CAPIacuteTULO I
15
o fundiciones y suspensiones de pulpa de papel o pigmentos En la figura 3 se
muestra la curva C tiacutepica del flujo de estos materiales
Figura 3 Diagrama de corte
Para estos fluidos la viscosidad disminuye a medida que aumenta el esfuerzo
de corte aplicado En general la curva de flujo en un intervalo de razoacuten de
corte puede aproximarse a la forma de la liacutenea recta en un diagrama
logariacutetmico con lo cual se tiene
1ltn con dydu
dyduK =
n 1minus
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛τ
Ec 1
Donde τ= esfuerzo cortante dudy= gradiente de velocidad K= iacutendice de
consistencia y n= exponente
c) Fluidos dilatantes son los que exhiben un comportamiento
reoloacutegico opuesto al de los materiales pseudo plaacutesticos es decir la viscosidad
aumenta a medida que aumenta el esfuerzo de corte aplicado Algunos
ejemplos de estos materiales son suspensiones de almidoacuten o mica en agua o
arenas movedizas
2) Aquellos cuyas propiedades son dependientes de la duracioacuten del corte
Incluye los materiales para los cuales el esfuerzo cambia con la duracioacuten de
esfu
erzo
cor
tant
e τ
τy
Plaacutestico de Bingham
Pseudoplaacutestico
Dilatante
Newtoniano A
B
C
D
Razoacuten de corte dudy
CAPIacuteTULO I
16
corte Se excluyen los cambios que podriacutean producirse por rompimiento
mecaacutenico o destruccioacuten de partiacuteculas o enlaces moleculares
a) Fluidos tixotroacutepicos son los que poseen una estructura que puede
sufrir un trastorno en funcioacuten del tiempo bajo corte Cuando la estructura sufre
alguacuten trastorno bajo una razoacuten de corte constante el esfuerzo cortante
decrece Esta estructura puede reconstruirse a siacute misma si cesa la fuerza
aplicada sobre el material Ejemplos de este tipo de fluidos son la mayonesa
lodo de perforacioacuten pinturas y tintas
b) Materiales reopeacutecticos son los que incrementan su viscosidad aparente
con mucha rapidez cuando son agitados o golpeados riacutetmicamente Algunos
ejemplos de estos materiales son las suspensiones coloidales de bentonita y
pentoacutexido de vanadio y las suspensiones de yeso en agua
3) Fluidos viscoelaacutesticos son aquellos que exhiben muchas de las caracteriacutesticas
de un soacutelido exhiben recuperacioacuten elaacutestica de la deformacioacuten que sufren
durante el flujo Los liacutequidos polimeacutericos forman la mayor parte de los fluidos
de esta clase En este tipo de fluidos tienen lugar esfuerzos normales es decir
esfuerzos perpendiculares a la direccioacuten de flujo ademaacutes de los esfuerzos
tangenciales usuales Estos esfuerzos provocan varios efectos no usuales por
ejemplo el ldquoefecto Weissenbergrdquo en que el fluido tiende a escalar un eje que
se encuentra girando en el fluido Las ecuaciones desarrolladas para fluidos
pseudo plaacutesticos se pueden aplicar para flujo de fluidos visco elaacutesticos en
estado estacionario no acelerado las propiedades elaacutesticas se manifiestan en
forma general como ldquoefectos terminalesrdquo
La unidad de viscosidad dinaacutemica (μ) en el sistema internacional (SI) es el
pascal-segundo (Pas) Un Pas es igual a 10 Poise 1000 centipoises (cP) o 0672
lb(fts)
CAPIacuteTULO I
17
La viscosidad cinemaacutetica (ν) de un fluido de densidad ρ y viscosidad μ es
ν=μρ Una unidad de viscosidad cinemaacutetica denominada stoke (St) es igual a
1cm2s La fluidez es el reciacuteproco de la viscosidad
1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS [4]
Se dice que un flujo es estacionario si no variacutea con el tiempo es decir
cuando la velocidad del flujo de masa es constante y todas las demaacutes cantidades
(temperatura presioacuten aacuterea transversal) son independientes del tiempo Por el
contrario se dice que un flujo es no estacionario cuando la velocidad de flujo de
masa yu otras cantidades variacutean en funcioacuten del tiempo El flujo no estacionario
puede originarse por la accioacuten de una vaacutelvula de control de una maquinaria
reciprocante o por tratarse de un flujo compuesto de dos fases inestables
Se dice que un flujo es acelerado si no es estacionario o si su velocidad
variacutea en la direccioacuten general del flujo Gran cantidad de efectos asociados con fluidos
visco elaacutesticos no newtonianos ocurren por lo general en flujo acelerado
Se dice que una corriente es uniforme si la forma y el tamantildeo de su seccioacuten
transversal son iguales a lo largo del canal Se dice que la temperatura o velocidad es
uniforme a lo largo de una regioacuten cuando tiene el mismo valor en todas sus partes en
un instante dado
La velocidad maacutesica media (G) de una corriente que pasa por una seccioacuten
transversal dada tomada en sentido perpendicular a la direccioacuten comuacuten del flujo que
pasa por el aparato es el cociente del flujo maacutesico entre el aacuterea de la seccioacuten
transversal dada A lo largo de un canal con un aacuterea de seccioacuten transversal uniforme
la velocidad media de masa es constante a menos que exista una acumulacioacuten o
agotamiento de material dentro de canal Cuando se estaacute considerando el flujo que
pasa por un haz de tubos o un lecho de soacutelidos se utiliza el teacutermino velocidad maacutesica
superficial para identificar la cantidad obtenida al dividir el flujo maacutesico entre el aacuterea
CAPIacuteTULO I
18
total de la seccioacuten transversal de la caacutemara circundante (sin restar la parte
correspondiente al corte transversal ocupado por las obstrucciones)
La velocidad lineal media (V) de una corriente que pasa por cualquier
seccioacuten transversal dada se toma usualmente como la cantidad obtenida cuando la
velocidad maacutesica media correspondiente se divide entre la densidad promedio en la
seccioacuten transversal dada A menos que le flujo sea isoteacutermico el teacutermino velocidad
lineal media no se puede interpretar salvo que se defina con precisioacuten la regla que se
eligioacute para determinar la densidad promedio En consecuencia siempre que sea
posible es preferible manejar el flujo no isoteacutermico en funcioacuten de la velocidad de
masa La velocidad lineal superficial corresponde a la velocidad superficial maacutesica
La carga de velocidad ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
cgV
22
es la carga estaacutetica equivalente a la
energiacutea cineacutetica de una corriente de velocidad uniforme V
Un nuacutemero de Reynolds (NRe) es cualquiera de varias cantidades
adimensionales de la forma μρLV que son proporcionales a la razoacuten de la fuerza
inercial a la fuerza viscosa en un sistema de flujo En este caso L= dimensioacuten lineal
caracteriacutestica del canal de flujo
Se puede predecir la transicioacuten de flujo turbulento a laminar en fluidos no
newtonianos de acuerdo con el concepto del nuacutemero de Reynolds Se toma como
reacutegimen laminar NRelt 2100 y para reacutegimen turbulento NRe gt 4000
El radio hidraacuteulico medio (RH) de un canal es igual al aacuterea de la seccioacuten
transversal de esa parte del canal que estaacute llena con fluido dividida entre la longitud
del periacutemetro huacutemedo El radio hidraacuteulico de una tuberiacutea circular es un cuarto del
diaacutemetro de donde en el caso de un ducto no circular se dice que el diaacutemetro
hidraacuteulico es cuatro veces el radio hidraacuteulico
La liacutenea aerodinaacutemica se define como aquella que queda en la direccioacuten del
flujo en cada uno de los puntos en un instante dado El flujo laminar se define como
aquel en el que las liacuteneas aerodinaacutemicas se mantienen bien definidas unas de otras en
CAPIacuteTULO I
19
toda su longitud Las liacuteneas aerodinaacutemicas no deben ser rectas necesariamente ni el
flujo constante siempre y cuando se satisfaga el criterio antes citado Este tipo de
movimiento se conoce tambieacuten con los nombres de flujo aerodinaacutemico o viscoso
Un flujo laminar con NRe lt 1 se conoce como flujo lento o flujo reptante
En este tipo de flujo se puede despreciar la fuerza inercial relativa a la fuerza viscosa
Si el nuacutemero de Reynolds de un sistema excede al nuacutemero criacutetico de
Reynolds casi siempre sucede que el movimiento no es laminar en toda la longitud
del canal sino que se generan turbulencias en la zona inicial de inestabilidad que se
extienden raacutepidamente por todo el fluido produciendo con ello una perturbacioacuten en el
patroacuten general de flujo El resultado es una turbulencia del fluido superpuesta al
movimiento primario de traslacioacuten generando lo que se conoce como flujo
turbulento
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS
1221 BALANCE DE ENERGIacuteA [4]
12211 Balance total de energiacutea
Consideacuterese una unidad de peso de fluido en un sistema de flujo y sean
i=entalpiacutea especiacutefica J= equivalente mecaacutenico de calor s= entropiacutea especiacutefica
u=energiacutea interna especiacutefica v= volumen especiacutefico Z= altura por arriba de cualquier
plano de referencia horizontal arbitrario En este caso la energiacutea potencial relativa al
nivel de referencia elegido es cg
Zg la energiacutea total cineacutetica es cg
V2
2 y la energiacutea
total de la unidad de peso de fluido es ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ ++
cc gV
gZgJu 2
2 Para un flujo
estacionario del fluido no se tendraacute ninguna acumulacioacuten o deficiencia ya sea de eacuteste
o de la energiacutea dentro del sistema y la energiacutea total del mismo se alteraraacute soacutelo
CAPIacuteTULO I
20
agregando o quitando calor de eacuteste o aplicando cualquier trabajo externo sobre el
sistema Por tanto
WJQg
Vg
gZJug
Vg
gZJucccc
+=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++minus⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++
22
211
1
222
2 Ec 2
donde los subiacutendices 1 y 2 indican las condiciones en la entrada y salida
respectivamente Q es el calor agregado utilizando fuentes externas al sistema W es
el trabajo externo neto aplicando a una libra de fluido mientras estaacute dentro del
aparato El teacutermino W se subdivide como sigue
eWvpvpW +minus= 2211 Ec 3
donde We= trabajo proporcionado por una fuente externa por ejemplo un ventilador
o una bomba
Si se combinan las ecuaciones 2 y 3 se obtiene
22
222
211
211
1 22vp
gV
ggZJuWJQvp
gV
ggZJu
cce
cc
+++=+++++ Ec 4
Esta expresioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica se denomina a menudo
balance global de energiacutea del teorema de Bernoulli En esta expresioacuten no se incluye
ninguacuten teacutermino de friccioacuten ya que eacuteste representa una conversioacuten de energiacutea
mecaacutenica en calor sin que el contenido general de energiacutea del sistema sufra cambio
alguno
Los teacuterminos de energiacutea cineacutetica de las ecuaciones antes citadas se aplican
estrictamente soacutelo cuando la velocidad a traveacutes de una seccioacuten transversal dada es
uniforme Cuando se trata de un flujo turbulento en tuberiacuteas circulares el teacutermino
cgV
22 es de 3 a 8 por debajo del valor real en tanto que para un flujo laminar en
tuberiacuteas circulares el teacutermino de energiacutea cineacutetica apropiado es cg
V 2 que permite
cierto margen para la distribucioacuten de velocidad paraboacutelica
CAPIacuteTULO I
21
12212 Balance de energiacutea mecaacutenica
El cambio de energiacutea interna J du de una libra de fluido se expresa como
JT ds ndash p dv Si estaacuten presentes otras formas de energiacutea por ejemplo la eleacutectrica y
sufre un cambio tales formas deberaacuten incluirse tambieacuten La presencia de friccioacuten
hace que el proceso se torne irreversible de donde JT ds = J dq + dF donde
F=peacuterdida de friccioacuten Tomando en consideracioacuten esta peacuterdida de friccioacuten y la
situacioacuten de irreversibilidad la ecuacioacuten de balance de masa se convierte en
cce
cc gV
ggZ
WFpvg
Vg
gZ22
222
2
1
211 +=+minuspartminus+ int Ec 5
La ecuacioacuten 5 se denomina forma de energiacutea mecaacutenica del teorema de
Bernoulli Para liacutequidos la integral int part2
1
pv se reduce a ( )12 ppv minus donde v es
praacutecticamente constante
12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema
Existe una distincioacuten real entre la caiacuteda de presioacuten y la peacuterdida por friccioacuten
La caiacuteda de presioacuten representa una conversioacuten de energiacutea de presioacuten en cualquier otra
forma de energiacutea mientras que la peacuterdida por friccioacuten representa una peacuterdida neta de
la energiacutea de trabajo total disponible que caracteriza al fluido Los dos teacuterminos se
relacionan entre siacute por medio de la ecuacioacuten 5
Hay dos meacutetodos para evaluar la caiacuteda general de presioacuten de un sistema si se
recurre a varias resistencias en serie El primer meacutetodo comprende el caacutelculo de la
caiacuteda de presioacuten de cada resistencia individual tomando en cuenta el signo algebraico
correspondiente y luego sumando todos los teacuterminos que componen el sistema total
El segundo meacutetodo consiste en calcular la peacuterdida por friccioacuten de cada resistencia
individual la suma de todos los teacuterminos particulares y la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 5
para obtener la caiacuteda de presioacuten general La suma de las caiacutedas de presioacuten puede
utilizarse en sistemas compuestos de liacuteneas ramificadas
CAPIacuteTULO I
22
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS [4]
12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares
En el caso de flujo laminar en tuberiacuteas circulares el patroacuten de velocidad tiene
forma paraboacutelica con una velocidad maacutexima en el centro e igual a dos veces la
velocidad promedio (V) La velocidad local (u) en cualquier punto de la seccioacuten
transversal estaacute expresada por
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
2
2
12wrr
Vu Ec 6
donde r= radio en el punto en cuestioacuten y rw= radio de la tuberiacutea
12222 Flujo incompresible
El flujo se consideraraacute como incompresible si la sustancia en movimiento es
un liacutequido o si se trata de un gas cuya densidad cambia dentro del sistema en un
valor no mayor de 10 En este caso se utiliza la densidad de entrada el error
resultante en la caiacuteda de presioacuten calculada no sobrepasaraacute por lo comuacuten los liacutemites de
incertidumbre del factor de friccioacuten
12223 Tuberiacuteas circulares
La ecuacioacuten de Fanning para flujo estacionario en tuberiacuteas circulares
uniformes que corren llenas de liacutequido en condiciones isoteacutermicas
52
21
522
21
2
211
21 3232
244
24
DgqfL
DgfL
gG
DfL
hDfL
gV
DfL
Fccc
vc πρπ
ωρ
==⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛= Ec 7
expresa la peacuterdida por friccioacuten F en energiacutea especiacutefica donde D= diaacutemetro del
conducto L1= longitud del conducto hv= carga de velocidad (V22gc) ω= flujo en
peso del fluido q= flujo volumeacutetrico del fluido f= factor de friccioacuten de Fanning La
caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten es Δp= Fρ
El factor de friccioacuten de Fanning f es una funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la
aspereza de la superficie interna del canal (ε) Una correlacioacuten que se utiliza con
mucha frecuencia es el diagrama de Moody que es una graacutefica del factor de friccioacuten
CAPIacuteTULO I
23
de Fanning en funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la aspereza relativa εD tal como se
muestra en la figura 4 En la tabla 2 se presentan valores de ε para varios materiales
Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales
Material Aspereza de superficie ε [mm]
Tubos estirados (latoacuten plomo vidrio y similares) 000152
Acero comercial o hierro 00457
Hierro fundido asfaltado 0122
Hierro galvanizado 0152
Hierro fundido 0259
Duelas de madera 0183 - 00914
Concreto 0305 - 305
Acero remachado 0914 - 914
Figura 4 Diagrama de Moody
CAPIacuteTULO I
24
El diagrama de Moody para flujo turbulento (NRe gt 4000) se representa por
medio de la ecuacioacuten de Colebrook
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
fNDf Re
51273
log21 ε Ec 8
La ecuacioacuten anterior se reduce a la ecuacioacuten de Prandtl cuando εD=0
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
fNf Re
2561log41 Ec 9
Para tuberiacuteas rugosas se aplica la ecuacioacuten de von Kaacutermaacuten
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛minus=
Df 73log41 ε Ec 10
Cuando se tiene especificada la velocidad del flujo el factor de friccioacuten
puede ser calculado mediante la ecuacioacuten 11
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
7log6031 ReN
f Ec 11
O para NRe le 105 mediante la ecuacioacuten de Blasius
41Re
07910N
f = Ec 12
Para flujo turbulento (NRe gt 4000) se han desarrollado las ecuaciones
siguientes expliacutecitas en las incoacutegnitas Para el caacutelculo del flujo
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+
minus=
f
f
gDSDv
D
gDSDq
78173
log22
ε
π Ec 13
donde Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto
(ΔpgcρgL)
CAPIacuteTULO I
25
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten se cuenta con la
ecuacioacuten
2
90Re
2
5
74573
log
2030
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
ND
qgSD f
ε Ec 14
el error introducido al aplicar esta ecuacioacuten es menor de plusmn1 para el intervalo
5x103 le NRe le 108 10-6 le εD le 102
Para el caacutelculo del diaacutemetro del ducto se tiene
200200
3
5250
2
5
2
5
1250⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
f
ff
gSqv
qgS
qgSD ε Ec 15
el error que se tiene al aplicar esta ecuacioacuten es menor que plusmn2 para el intervalo
3x103 le NRe le 3x108 2x10-6 le εD le 2x102
Para verificaciones o estimaciones aproximadas el concepto carga de
velocidad puede aplicarse a la primera de las dos formas de la ecuacioacuten 7
12224 Fluidos no newtonianos
Mediante la figura 5 es posible determinar la caiacuteda de presioacuten debida a la
friccioacuten para el flujo laminar de fluidos no newtonianos en tuberiacuteas circulares Eacutesta
muestra una curva de flujo tiacutepica en coordenadas cartesianas DΔp4L es el esfuerzo
cortante en la pared τw y 8VD es la relacioacuten para la razoacuten de corte en la pared
CAPIacuteTULO I
26
Figura 5 Curva de flujo general
La curva de flujo se determina a partir de pruebas de laboratorio o a pequentildea
escala con el fluido no newtoniano especiacutefico
En la regioacuten laminar la curva es independiente del diaacutemetro de la tuberiacutea en
el caso de fluidos no newtonianos independientes del tiempo Si el fluido depende del
tiempo se obtendraacute una curva por separado para cada diaacutemetro y longitud de tuberiacutea
Para plaacutesticos de Bingham la ecuacioacuten teoacuterica del flujo es
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
4
31
3418
w
y
w
ywcgDV
ττ
ττ
ητ Ec 16
Si 4
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
w
yτ
τ es relativamente pequentildea por ejemplo en caso de esfuerzos
cortantes grandes o caiacutedas de presioacuten la ecuacioacuten puede ser aproximada por
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus= yw
cgDV ττ
η 348 Ec 17
El error causado al omitir el uacuteltimo teacutermino de la ecuacioacuten es inferior al 2
para τyτw menor a 04 La viscosidad aparente μa se obtiene al introducir la ecuacioacuten
anterior en la ecuacioacuten de Poiseuille
ητ
μ +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
VDg yc
a 6 Ec 18
τw = DΔp4L
8VD
Regioacuten laminar
Regioacuten turbulenta
CAPIacuteTULO I
27
En estas ecuaciones Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica η= viscosidad plaacutestica y
τy= esfuerzo de cedencia
Para aquellos fluidos a los que se aplica la ley de potencia sirve la ecuacioacuten
donde
( )[ ]⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus
=part
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ ⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛ Δpart
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛prime=
Δ
prime
prime
DV
nn
ru
nD
VL
pD
n
nnKK
DVK
LpD
w
n
n
84
13
8ln
4ln
413
84
Ec 19
Ec 20
Ec 21
Ec 22
nacute= exponente de la ley de potencia pendiente de la liacutenea de la graacutefica de
DΔp4L contra 8VD en coordenadas logariacutetmicas wr
u⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus = razoacuten del esfuerzo
cortante en la pared Kacute= constante Si nacute= 1 el fluido seraacute newtoniano si nacutelt1 se
trataraacute de un fluido pseudo plaacutestico o plaacutestico de Bingham y cuando nacutegt1 el fluido
seraacute dilatante
El liacutemite de flujo laminar constante o estable se toma comuacutenmente como
NacuteRe=2100 donde
1
2Re
8 minusprime
primeminusprime
prime=
==prime
nc
nn
Kg
VDdogeneralizaeynoldsRdenuacutemeroN
γγρ
o bien NacuteRe = DVρ μa = 2100 para plaacutesticos de Bingham
Ec 23 Ec 24
CAPIacuteTULO I
28
En flujos turbulentos la curva de flujo general (Fig 5) se interrumpe El
punto de interrupcioacuten seraacute diferente para distintos diaacutemetros de tuberiacutea Para predecir
la caiacuteda de presioacuten del flujo turbulento de fluidos no newtonianos independientes del
tiempo el factor de friccioacuten de Fanning se obtiene del diagrama de Moody aplicando
el nuacutemero generalizado de Reynolds Para fluidos que se comportan como plaacutesticos
de Bingham nacuteasymp1 en flujo turbulento la caiacuteda de presioacuten puede predecirse a partir de
la correlacioacuten de friccioacuten de Fanning para fluidos newtonianos utilizando para la
viscosidad del fluido la viscosidad plaacutestica (η)
Se puede lograr una reduccioacuten de la peacuterdida por friccioacuten en flujos turbulentos
de liacutequidos newtonianos agregando poliacutemeros solubles de alto peso molecular en
concentraciones extremadamente reducidas En estos sistemas el acuerdo general es
que el comportamiento de reduccioacuten de arrastre se asocia con la naturaleza
viscoelaacutestica de las soluciones en la regioacuten de corte cercana a la pared Es necesario
un poliacutemero de peso molecular miacutenimo para iniciar la reduccioacuten de arrastre con un
flujo especiacutefico Existe una concentracioacuten criacutetica por encima de la cual no ocurre la
reduccioacuten de arrastre Para determinar la reduccioacuten de arrastre maacutexima en tuberiacuteas
lisas se aplica la siguiente ecuacioacuten
580ReRe
5807350log191N
fmenteaproximadaofNf
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus= Ec 25
para 4000 lt NRe lt 40000
12225 Flujo no isoteacutermico
En flujos no isoteacutermicos de liacutequidos f se incrementa sensiblemente cuando el
liacutequido se estaacute enfriando y disminuye al calentarse Los datos disponibles que
corresponden mayormente a aceites se calculan de manera aproximada encontrando
primero f para el flujo isoteacutermico del liacutequido a la temperatura de la corriente principal
y luego dividiendo el resultado en caso de enfriamiento entre (μaμw)023 si se
encuentra en la regioacuten laminar o por (μaμw)011 si estaacute en la regioacuten turbulenta o bien
en casos de calentamiento por (μaμw)038 si se trata de la regioacuten laminar o por
(μaμw)017 si es la turbulenta En este caso μa es la viscosidad a la temperatura de la
CAPIacuteTULO I
29
corriente principal y μw es la viscosidad a la temperatura de la pared Ademaacutes ρ=1v
variacutea con la temperatura pero debido a la incompresibilidad no lo hace con la
presioacuten Por lo tanto la ecuacioacuten 26 se utiliza para calcular la caiacuteda de presioacuten en
conductos de caudal completo por ejemplo tubos intercambiadores de calor
( )Lk
gg
RgLvfG
gvvG
pp promcHc
prom
c
ρ++minus
=minus2
212
2
21 Ec 26
Donde p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba p2= presioacuten estaacutetica corriente
abajo v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba v2= volumen
especiacutefico en condiciones corriente abajo vprom= volumen especiacutefico promedio
ρprom= densidad promedio K= sen θ en donde θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la
horizontal
El flujo de liacutequidos viscosos en canales pequentildeos por ejemplo tubos
capilares va acompantildeado con frecuencia de grandes caiacutedas de presioacuten La conversioacuten
de la energiacutea de trabajo en calor a traveacutes del esfuerzo cortante viscoso genera un
aumento de temperatura apreciable ΔTa= ΔpcvρJ en donde ΔTa= aumento global de
la temperatura y cv= calor especiacutefico del fluido El aumento en la velocidad de flujo
debido a una reduccioacuten de viscosidad es mucho mayor que la que corresponde al
aumento global de temperatura ya que gran parte del calor se genera cerca de las
paredes del canal lo cual genera un aplanamiento del perfil de velocidad
12226 Flujo turbulento
Las foacutermulas y los meacutetodos generales incluidos bajo el tiacutetulo ldquoflujo
incompresiblerdquo se aplican soacutelo a una longitud diferencial del conducto a traveacutes del
cual se considera que la densidad es constante Por ende generalmente se usa la
ecuacioacuten de Fanning en su forma diferencial
HcHcc RgfG
RgfV
DgfV
xF
2
222
2224
ρ===
partpart Ec 27
CAPIacuteTULO I
30
Al sustituir esta uacuteltima ecuacioacuten en la forma diferencial del balance de
energiacutea mecaacutenica se tiene
xgg
RgfV
gVVpv
cHcc
part⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
part+part θsen
2
2 Ec 28
donde v= 1ρ = volumen especiacutefico del fluido (sen θ) dx = dz = distancia vertical a
traveacutes de la cual el fluido se eleva cuando se desplaza a una distancia dx a lo largo de
una tuberiacutea We del balance de energiacutea se iguala a cero suponiendo que no hay
ninguna bomba conectada a la liacutenea En ductos uniformes la velocidad de masa G=
Vv es constante de manera que si p se conoce como una funcioacuten exclusiva de v v dp
se escribe como φ(v)dv En tal caso cuando senθ es constante las variables de la
ecuacioacuten anterior son separables y se puede hacer la integracioacuten exacta aunque
pudieran requerirse procedimientos graacuteficos
12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales)
Al integrar la uacuteltima ecuacioacuten para el caso de gases ideales se obtiene la
siguiente expresioacuten
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=minus
2
12
22
21 ln
21
pp
fLR
MRgRTfLGpp H
Hc
Ec 29
En conductos de longitud apreciable el uacuteltimo teacutermino entre pareacutentesis es
generalmente despreciable a menos que la caiacuteda de presioacuten sea muy grande Por
ejemplo si LD = 100 (p1-p2)p1 puede ser tan grande como 020 antes que el error
introducido al omitir el uacuteltimo teacutermino sea tan grande como la incertidumbre del
factor de friccioacuten Cuando se omite el uacuteltimo teacutermino la ecuacioacuten se describe como
sigue
Hpromc RgfLGpp
acute
2
21 2 ρ=minus Ec 30
donde ρprom= densidad a la presioacuten promedio (p1-p2)2 Para una tuberiacutea circular
CAPIacuteTULO I
31
12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento
Al seleccionar el tamantildeo de tuberiacutea que va a utilizarse en un sistema de
manejo de fluidos se tiene con frecuencia una variedad de diaacutemetros permisibles que
comprenden dos o maacutes tamantildeos estaacutendar de tuberiacutea En tales casos la seleccioacuten final
deberaacute realizarse sobre una base econoacutemica de modo que el uacuteltimo incremento de la
inversioacuten reduzca los costos de operacioacuten lo suficiente para producir la recuperacioacuten
miacutenima requerida sobre la inversioacuten Cuando se trata de liacuteneas de tuberiacuteas largas que
se tienden a campo traviesa utilizando tuberiacuteas de aleacioacuten de longitud y complejidad
apreciable o tuberiacuteas con vaacutelvulas de control conviene efectuar anaacutelisis detallados de
la inversioacuten y los costos de operacioacuten
12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar
Las liacuteneas de tuberiacutea para el transporte de liacutequidos de gran viscosidad en
plantas quiacutemicas o refineriacuteas de petroacuteleo raramente se disentildean basaacutendose en forma
exclusiva en los aspectos econoacutemicos Sucede maacutes a menudo que el tamantildeo estaacute
condicionado por la caiacuteda de presioacuten disponible limitaciones del esfuerzo cortante o
por consideraciones del tiempo de residencia [4]
122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas
Las determinaciones experimentales de la resistencia de accesorios y vaacutelvulas
usualmente se llevan a cabo midiendo la peacuterdida general por friccioacuten en un sistema
constituido de dos o maacutes longitudes de tuberiacutea recta conectadas en serie por medio de
un nuacutemero apropiado de accesorios o vaacutelvulas ideacutenticos Para obtener la peacuterdida
producida por estos elementos la peacuterdida por friccioacuten en una tuberiacutea recta se resta de
la peacuterdida general o total por friccioacuten Existen tres convenios especiacuteficos ya
establecidos para calcular la longitud de la tuberiacutea recta del sistema de prueba
1) Se toma la longitud verdadera de la liacutenea central de todo el sistema
2) Se suman las longitudes de los tramos individuales de tuberiacutea que son
verdaderamente rectos
CAPIacuteTULO I
32
3) Se suman las distancias entre las intersecciones de las liacuteneas centrales
alargadas correspondientes a tuberiacuteas rectas sucesivas
122211 Accesorios y vaacutelvulas
Para flujo turbulento la peacuterdida adicional por friccioacuten producida por
accesorios y vaacutelvulas se justifica expresando la peacuterdida ya sea como una longitud
equivalente de tuberiacutea recta en diaacutemetros de tuberiacutea LeD o como la cantidad de
cargas de velocidad (K1) peacuterdidas en una tuberiacutea del mismo tamantildeo K1 se define
como sigue
cgV
FK2
21Δ
= Ec 31
donde ΔF= peacuterdida adicional por friccioacuten (peacuterdida total por friccioacuten menos peacuterdida
por friccioacuten correspondiente a la longitud de la liacutenea central de la tuberiacutea recta) Las
cantidades LeD y K1 no son del todo comparables pero ambas son exactas dentro de
los liacutemites de los datos disponibles o diferentes en detalles a los accesorios y vaacutelvulas
comerciales existentes Teoacutericamente K1 deberaacute ser constante para todos los tamantildeos
de un disentildeo de accesorios o vaacutelvulas dadas si todos ellos fueran geomeacutetricamente
similares sin embargo raramente se logra esa similitud geomeacutetrica Los datos
indican que la resistencia K1 tiende a disminuir al incrementarse el tamantildeo del
accesorio o la vaacutelvula
Para liacuteneas fuera de planta la longitud de tuberiacutea recta aproximada puede ser
estimada del plano de distribucioacuten Debido a que los accesorios en liacuteneas fuera de
planta tienen usualmente una longitud equivalente comprendida entre 20 y 80 de
la longitud real se puede aplicar un factor multiplicador entre 12 y 18 para estimar
longitudes de tuberiacuteas rectas [2]
La tabla 3 muestra valores de longitudes equivalentes de tuberiacutea recta nueva
para peacuterdida por friccioacuten en vaacutelvulas y accesorios en pies para acero al carboacuten con
rugosidad= 00018 in (para flujo completamente turbulento) seguacuten el diaacutemetro de la
tuberiacutea
CAPIacuteTULO I
33
Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta (ft)
Tomado del Manual de Ingenieriacutea de Disentildeo de PDVSA Volumen 13ndashIII LndashTP 15
Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Procedimiento de Ingenieriacutea
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS
1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS [4]
La necesidad de bombear fluidos surge de la necesidad de transportar eacutestos
de un lugar a otro a traveacutes de ductos o canales El movimiento de un fluido a traveacutes de
un ducto o canal se logra por medio de una transferencia de energiacutea Los medios
comuacutenmente empleados para lograr flujo en los fluidos son gravedad
CAPIacuteTULO I
34
desplazamiento fuerza centriacutefuga fuerza electromagneacutetica transferencia de cantidad
de movimiento (momento) impulso mecaacutenico o combinaciones de estos medios
Despueacutes de la gravedad el medio maacutes empleado es la fuerza centriacutefuga
12311 Desplazamiento
La descarga de un fluido de recipiente mediante desplazamiento parcial o
total de su volumen interno con un segundo flujo o por medios mecaacutenicos es el
principio de funcionamiento de muchos dispositivos de transporte de fluidos En este
grupo se incluyen maacutequinas de diafragma y de pistoacuten de movimiento alternativo los
tipos de engranajes y paletas giratorias los compresores de pistoacuten para fluidos los
depoacutesitos ovalados para aacutecidos y los elevadores por accioacuten de aire
12312 Fuerza centriacutefuga
Cuando se utiliza fuerza centriacutefuga eacutesta es proporcionada por medio de una
bomba centriacutefuga o de un compresor Aunque variacutea mucho el aspecto fiacutesico de los
diversos tipos de compresores y bombas centriacutefugas la funcioacuten baacutesica de cada uno de
ellos es siempre la misma es decir producir energiacutea cineacutetica mediante la accioacuten de
una fuerza centriacutefuga y a continuacioacuten convertir parcialmente esta energiacutea en
presioacuten mediante la reduccioacuten eficiente de la velocidad del fluido en movimiento
En general los dispositivos centriacutefugos de transporte de fluidos tienen las
caracteriacutesticas siguientes
1 La descarga estaacute relativamente libre de pulsaciones
2 El disentildeo mecaacutenico se presta a flujos elevados lo que significa que las
limitaciones de capacidad constituyen raramente un problema
3 Pueden asegurar un desempentildeo eficiente a lo largo de un intervalo amplio
de presiones y capacidades incluso cuando funcionan a velocidad
constante
4 La presioacuten de descarga es una funcioacuten de la densidad del fluido
5 Son dispositivos de velocidad relativamente baja y maacutes econoacutemicos
CAPIacuteTULO I
35
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber queacute liacutequido se
va a manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa La tarea de seleccioacuten de bombas se complica con frecuencia por la
presencia de soacutelidos en el liacutequido y las caracteriacutesticas de corrosioacuten del liacutequido que
exigen materiales especiales de construccioacuten Los soacutelidos pueden acelerar la erosioacuten y
corrosioacuten tener tendencia a aglomerarse o pueden exigir un manejo delicado para
evitar la degradacioacuten indeseable
Debido a la gran variedad de tipos de bombas y la cantidad de factores que
determinan la seleccioacuten de cualquiera de ellas para una instalacioacuten especiacutefica el
disentildeador debe eliminar primero todas las que no ofrezcan posibilidades razonables
La seleccioacuten de los materiales de construccioacuten de bombas estaacute de acuerdo con las
consideraciones sobre corrosioacuten erosioacuten seguridad del personal y contaminacioacuten del
liacutequido [4]
1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS
Las ventajas primordiales de una bomba centriacutefuga son la sencillez el bajo
costo inicial el flujo uniforme (sin pulsaciones) el pequentildeo espacio necesario para su
instalacioacuten los bajos costos de mantenimiento el funcionamiento silencioso y su
capacidad de adaptacioacuten para su empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de
turbina
Una bomba centriacutefuga en su forma maacutes simple consiste en un impulsor que
gira dentro de una carcasa Los impulsores pueden tener ejes de rotacioacuten horizontales
o verticales para adaptarse al trabajo que se vaya a realizar Por lo comuacuten los
impulsores resguardados o de tipo cerrado suelen ser maacutes eficientes Los impulsores
de tipo abierto o semiabierto se emplean para liacutequidos viscosos o que contengan
CAPIacuteTULO I
36
materiales soacutelidos asiacute como tambieacuten en muchas bombas pequentildeas para servicios
generales [4]
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS
1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN [4]
El coacutedigo para tuberiacuteas a presioacuten (ASME B31) consiste en cierto nuacutemero de
secciones que constituyen en forma colectiva el coacutedigo Las secciones se publican
como documentos independientes por sencillez y conveniencia Las secciones
difieren sensiblemente unas de otras El alcance y aplicacioacuten del Coacutedigo B313 se
refiere a todas aquellas tuberiacuteas dentro de los liacutemites de las instalaciones dedicadas al
procesamiento y manejo de productos petroquiacutemicos y conexos salvo aquellos
proscritos por el coacutedigo
El Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code (ASME B313) es
una seccioacuten de ASME B31 derivado de la fusioacuten de los coacutedigos de tuberiacuteas para
plantas quiacutemicas (ASME B316) y refineriacuteas de petroacuteleo (ASME B313)
El American National Standards Institute (ANSI) y el American Petroleum
Institute (API) han establecido normas dimensionales para los componentes de
tuberiacuteas maacutes utilizados En las secciones del coacutedigo ASME B31 es posible encontrar
especificaciones sobre materiales de tuberiacuteas y accesorios y meacutetodos de prueba de la
American Society for Testing and Materials (ASTM) especificaciones de la
American Welding Society (AWS) y normas de la Manufacturers Standardization
Society of the Valve and Fitting Industry (MSS) Muchas de estas normas contienen
relaciones de presioacuten-temperatura que sirven como ayuda a los ingenieros en su
trabajo de disentildeo No obstante debe tenerse en cuenta que el empleo de normas
publicadas no elimina la necesidad de aplicar el criterio de ingenieriacutea
La introduccioacuten del coacutedigo establece requisitos de ingenieriacutea considerados
como necesarios para el disentildeo seguro y la construccioacuten de sistemas de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
37
Aunque la seguridad es la consideracioacuten baacutesica del coacutedigo no es el factor que
predomina en la especificacioacuten final de ninguacuten sistema de tuberiacutea a presioacuten
Los disentildeadores deben tener en cuenta que el coacutedigo no es un manual de
disentildeo y no se establece para evitar la necesidad de un criterio de ingenieriacutea
competente
1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS [4]
La seleccioacuten de materiales que resistan al deterioro a consecuencia del uso
estaacute fuera del alcance del coacutedigo ASME B313 no obstante la experiencia ha
ayudado a recopilar las siguientes consideraciones sobre los materiales
1) Posible exposicioacuten al fuego con respecto a la peacuterdida de elasticidad
temperatura de degradacioacuten punto de fusioacuten o combustibilidad de la tuberiacutea
o material de soporte
2) Capacidad del aislamiento teacutermico para proteger la tuberiacutea del fuego
3) Sensibilidad de la tuberiacutea a fallas quebradizas que puedan ocasionar una
peligrosa fragmentacioacuten o falla al choque teacutermico cuando se expone al
fuego
4) Sensibilidad de los materiales de la tuberiacutea al agrietamiento por corrosioacuten en
aacutereas donde existe estancamiento (juntas roscadas) o efectos electroliacuteticos
nocivos cuando el metal es puesto en contacto con otro metal diferente
5) La conveniencia de utilizar empaques sellos rellenos y lubricantes que sean
compatibles con el fluido que se maneja
6) El efecto refrigerante de peacuterdidas repentinas de presioacuten en fluidos volaacutetiles
al determinar la temperatura miacutenima de empleo esperada
CAPIacuteTULO I
38
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos
Las siguientes son caracteriacutesticas que deben evaluarse cuando se utilicen
materiales metaacutelicos para la tuberiacutea
1 Hierro colado maleable y alto silicio (145) Su baja ductilidad y su
sensibilidad a los choques teacutermicos y mecaacutenicos
2 Acero al carbono y aceros de baja e intermedias aleaciones
- La posibilidad de resquebrajamiento cuando se manejen fluidos alcalinos o
caacuteusticos
- La posible degradacioacuten de carburos a grafito cuando se tenga una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 427degC Esto se debe
considerar para aleaciones de acero al carbono acero-niacutequel acero al
carbono-manganeso acero al manganeso-vanadio y acero al carbono-silicio
- La posible conversioacuten de carburos en grafito cuando se tiene una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 468degC la aleacioacuten de
acero al carbono-molibdeno acero al manganeso-molibdeno-vanadio y
acero al cromo-vanadio
- Las ventajas de utilizar acero al silicio-carbono (01 de silicio como
miacutenimo) para temperaturas superiores a 480degC
- La posibilidad de ataque por hidroacutegeno cuando la tuberiacutea es expuesta a este
elemento o a soluciones acuosas aacutecidas en ciertas condiciones de presioacuten y
temperatura
- La posibilidad de que la tuberiacutea se deteriore cuando se exponga a sulfuro de
hidroacutegeno
3 Acero de altas aleaciones (inoxidable)
- La posibilidad de que la corrosioacuten llegue a tener proporciones importantes
cuando la tuberiacutea de aceros inoxidables austeniacuteticos se exponga a medios
como cloruros y haluros ya sea externa o internamente Lo anterior puede
CAPIacuteTULO I
39
ser el resultado de una seleccioacuten o aplicacioacuten inadecuada del aislamiento
teacutermico
- La sensibilidad a la corrosioacuten intergranular del acero inoxidable austeniacutetico
despueacutes de estar expuesto a temperaturas entre 427 y 871degC a menos que se
establezca o se utilice acero al carbono de bajo grado
- La posibilidad de un ataque intercristalino del acero inoxidable austeniacutetico
por contacto con zinc o plomo a temperaturas por encima de sus puntos de
fusioacuten o con muchos compuestos de zinc y plomo a temperaturas elevadas
similares
- La fragilidad del acero inoxidable ferriacutetico a temperatura ambiente
posterior al uso por encima de 370degC
4 Niacutequel y aleaciones a base de Niacutequel
- La sensibilidad al ataque superficial del niacutequel y aleaciones a base de niacutequel
que no contengan cromo cuando se expongan a pequentildeas cantidades de
azufre a temperaturas superiores a 315degC
- La sensibilidad al ataque superficial de las aleaciones a base de niacutequel que
contengan cromo a temperaturas superiores a 595degC en condiciones
reductoras y por encima de 760degC en condiciones oxidantes
- La posibilidad de un ataque por corrosioacuten en forma de grietas a aleaciones
de niacutequel-cobre en vapores de aacutecido fluorhiacutedrico si la aleacioacuten es sometida
a gran esfuerzo o contiene residuos de soldadura o del molde
5 Aluminio y aleaciones de aluminio
- La compatibilidad de los componentes roscados con aluminio para prevenir
la ligadura o atenazamiento en las uniones
- La posibilidad de corrosioacuten a causa del concreto mortero cal yeso y otros
materiales alcalinos empleados en la construccioacuten u otras estructuras
CAPIacuteTULO I
40
- La posibilidad de que las aleaciones 5154 5087 5083 y 5456 sufran
exfoliacioacuten o ataque intergranular y que la temperatura superior sea de
65degC a fin de evitar tal deterioro
6 Cobre y aleaciones de cobre
- La posibilidad de que las aleaciones de bronce se degraden en el contenido
de zinc
- La sensibilidad a la corrosioacuten por las aleaciones a base de cobre
- La posibilidad de formacioacuten de acetiluros inestables cuando se exponen a
acetileno
7 Titanio y aleaciones de titanio la posibilidad de que las tuberiacuteas de titanio y
sus aleaciones sufran deterioro cuando la temperatura sea superior a 315degC
8 Zirconio y aleaciones de zirconio la posibilidad de que se deteriore la
tuberiacutea cuando la temperatura sea superior a 315degC
9 Tantalio cuando la temperatura sea superior a 300degC existe la posibilidad de
que el tantalio reaccione con todos los gases excepto los inertes Por debajo
de esta temperatura la tuberiacutea puede ser quebradiza a consecuencia del
hidroacutegeno naciente (monoatoacutemico no molecular) El hidroacutegeno naciente se
produce por accioacuten galvaacutenica o surge a consecuencia de la corrosioacuten
originada por algunos componentes quiacutemicos
1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL
CARBONO Y ACERO INOXIDABLE [4]
Los sistemas de tuberiacuteas de metales ferrosos que incluyen los aceros
maleables al carbono e inoxidables son los que maacutes se utilizan y tienen mayor
cobertura de parte de las normas internacionales
CAPIacuteTULO I
41
12431 Tubos y tuberiacuteas
Se dividen en dos clases principales soldados y sin costura Las tuberiacuteas sin
costura como designacioacuten comercial son las tuberiacuteas hechas mediante el forjado de
un soacutelido circular su perforacioacuten mediante la rotacioacuten simultaacutenea y el paso obligado
sobre una punta perforada y su reduccioacuten mediante el laminado y el estiramiento Sin
embargo se producen tambieacuten tubos y tuberiacuteas sin costura mediante la extrusioacuten el
colado en moldes estaacuteticos o centriacutefugos la forja y la perforacioacuten La tuberiacutea sin
costura tiene la misma resistencia a lo largo de toda la pared Las tuberiacuteas sin costura
perforadas tienen con frecuencia la superficie interna exceacutentrica con relacioacuten a la
externa lo que da como resultado un espesor no uniforme en las paredes
Las tuberiacuteas soldadas se hacen con bandas laminadas conformadas en
cilindros y soldadas en las costuras por varios meacutetodos Se atribuye a las soldaduras
del 60 al 100 de la resistencia de las paredes de la tuberiacutea dependiendo de los
procedimientos de soldadura e inspeccioacuten Se pueden obtener diaacutemetros mayores y
razones maacutes bajas de espesores de las paredes respecto al diaacutemetro en las tuberiacuteas
soldadas que en las tuberiacuteas sin costura (aparte de las coladas) Se obtiene un espesor
uniforme de las paredes Las pruebas hidrostaacuteticas no revelan tramos muy cortos de
soldaduras completadas en forma parcial Esto presenta la posibilidad de que se
puedan desarrollar prematuramente fugas pequentildeas cuando se manejen fluidos
corrosivos o se exponga la tuberiacutea a la corrosioacuten externa Es preciso tomar en cuenta
la soldadura en los procedimientos de desarrollo para el acodamiento el abocinado y
la expansioacuten de las tuberiacuteas soldadas
Las combinaciones de espesor adicional tamantildeo adicional y espesor de pared
se encuentran disponibles para la manufactura de tubos Las clasificaciones maacutes
comunes de tubos son ldquoa presioacutenrdquo y ldquomecaacutenicardquo El espesor de pared (medido) se
especifica por la ldquopared mediardquo o ldquopared miacutenimardquo La pared miacutenima es maacutes costosa
que la pared media y a consecuencia de las tolerancias maacutes estrechas para espesor de
pared y diaacutemetro la medicioacuten para ambos sistemas hace que la tuberiacutea a presioacuten sea
maacutes costosa Sin embargo los tubos soldados de acero al carbono de pared media
CAPIacuteTULO I
42
resistentes a la electricidad con diaacutemetro externo de 2⅜ 2⅞ 3frac12 4frac12 in obtenidos de
bobinas sobre rodillos de formado progresivo y probadas electromagneacuteticamente maacutes
que a presioacuten compiten vigorosamente con las tuberiacuteas
12432 Juntas
Las tuberiacuteas se deben unir a otras tuberiacuteas y otros componentes El disentildeo
oacuteptimo requiere un trabajo de montaje miacutenimo y preveacute la misma resistencia que posee
la tuberiacutea para
1) Presioacuten interna en lo que se refiere a las fracturas y fugas
2) Momentos de torsioacuten que se producen al tender tramos largos de tuberiacuteas
entre los soportes o debido a la dilatacioacuten teacutermica en las tuberiacuteas con
acodamientos dobles
3) Deformacioacuten axial por la presioacuten interna que actuacutea sobre los cambios de
direccioacuten llaves ciegas y vaacutelvulas cerradas o por la contraccioacuten teacutermica en
los tramos rectos
4) Fractura o fugas en el caso de que se produzca alguacuten incendio
Las juntas de tuberiacuteas ideales estaacuten libres de cambios en cualquier dimensioacuten
de pasaje del flujo o la direccioacuten que incremente la caiacuteda de presioacuten o impida el
drenaje completo Estaraacute libre de hendiduras en las que se pueda acelerar la corrosioacuten
Requeriraacute un trabajo miacutenimo para su desmontaje Al efectuar la seleccioacuten seraacute preciso
tomar en cuenta la frecuencia con la que se tendriacutea que desmontar la junta En
teacuterminos generales las juntas faacuteciles de desmontar son deficientes en alguno de los
otros requisitos de las juntas ideales
Juntas soldadas La junta maacutes utilizada en los sistemas de tuberiacuteas es la de
soldadura por ensamble En todos los metales duacutectiles de tuberiacuteas que se pueden
soldar hay codos tes tuberiacuteas ramas laterales reductores tapones vaacutelvulas bridas y
juntas de abrazadera en V en todos los espesores de paredes con extremos preparados
para la soldadura por ensamble La resistencia de la junta igual a la tuberiacutea original
(con excepcioacuten de las tuberiacuteas endurecidas para el trabajo que se templan mediante la
CAPIacuteTULO I
43
soldadura) el patroacuten de flujo sin distorsiones y la resistencia generalmente iacutentegra a
la corrosioacuten compensan ampliamente la necesaria alineacioacuten cuidadosa del trabajo
competente y los equipos que se requieren
Soldaduras de bifurcaciones estas soldaduras eliminan la necesidad de
adquirir tes y no requieren maacutes metal de soldadura que estas uacuteltimas Donde la
bifurcacioacuten se acerque al tamantildeo del tramo principal se necesita una preparacioacuten
cuidadosa del extremo de la tuberiacutea ramificada y la del tramo principal se debilita
debido a la soldadura
12433 Codos y accesorios
Los cambios de direccioacuten de los sistemas de tuberiacuteas requieren curvas y
codos Las curvas se pueden hacer en friacuteo o en caliente La pared exterior se adelgaza
en una cantidad que variacutea con el procedimiento utilizado Se requiere un templado
subsiguiente en algunos materiales Para evitar las arrugas y el aplastamiento
excesivo es necesario el relleno con arena para el doblado en friacuteo dependiendo de las
relaciones del diaacutemetro exterior de la tuberiacutea respecto al radio de la liacutenea central de la
curva y al espesor de la pared de la tuberiacutea Para curvas con un radio de eje
correspondiente a cinco veces el diaacutemetro nominal de la tuberiacutea no se requiere
soporte interno cuando el espesor de la pared sea al menos del 6 del diaacutemetro
exterior de la tuberiacutea
Los codos se pueden formar mediante vaciado forja o conformacioacuten en
caliente o friacuteo mediante trozos cortados de tuberiacutea o al soldar piezas de tuberiacuteas
cortadas con un aacutengulo de inclinacioacuten El flujo en las curvas y los codos es maacutes
turbulento que en las tuberiacuteas rectas por lo que aumentan la corrosioacuten y la erosioacuten
Esto se puede contrarrestar al escoger un componente con mayor radio de curvatura
pared maacutes gruesa o un contorno interior maacutes liso pero raramente resulta econoacutemico
en los codos con aacutengulo de inclinacioacuten
CAPIacuteTULO I
44
12434 Vaacutelvulas
Los cuerpos de las vaacutelvulas pueden manufacturarse en hierro colado forjado
maquinado a partir de barras soacutelidas o fabricado a partir de placas soldadas Se
dispone de vaacutelvulas de acero con extremos roscados o casquillos de soldadura en los
tamantildeos maacutes pequentildeos Las vaacutelvulas con extremos roscados de bronce y latoacuten son
muy utilizadas para servicio de fluidos a baja presioacuten en sistemas de acero
Las vaacutelvulas sirven no soacutelo para regular el flujo de fluidos sino tambieacuten para
aislar equipos o tuberiacuteas para el mantenimiento sin interrumpir otras unidades
conectadas El disentildeo de la vaacutelvula deberaacute evitar que los cambios de presioacuten y
temperatura y las deformaciones de las tuberiacuteas conectadas distorsionen o
establezcan una mala alineacioacuten en las superficies de sellado Estas uacuteltimas deberaacuten
ser de material y disentildeo tales que la vaacutelvula permanezca hermeacutetica durante un periodo
de servicio razonable
Vaacutelvulas de compuerta estas vaacutelvulas se disentildean en dos tipos La compuerta
de cuntildea del tipo de asiento inclinado es la que maacutes se utiliza La compuerta de cuntildea
suele ser soacutelida pero es posible que sea tambieacuten flexible (cortada parcialmente en
mitades por un plano en aacutengulo recto con la tuberiacutea) o dividida (cortada
completamente por ese plano) Las cuntildeas flexibles y divididas minimizan el raspado
de la superficie de sellado al distorsionarse con mayor facilidad para coincidir con
los asientos de mala alineacioacuten angular En el tipo de asiento paralelo y disco doble
un dispositivo de plano inclinado montado entre los discos convierte la fuerza del
vaacutestago en fuerza axial oprimiendo los discos contra los asientos despueacutes que se
situacutean en su posicioacuten adecuada para el cierre
Vaacutelvulas de globo eacutestas se disentildean con vaacutestago ascendente de rosca interna o
externa Las vaacutelvulas pequentildeas son generalmente del tipo de rosca interna mientras
que en los tamantildeos mayores se prefiere el de rosca externa En la mayor parte de los
disentildeos los discos tienen la libertad de girar sobre los vaacutestagos esto evita las
raspaduras entre el disco y el asiento
CAPIacuteTULO I
45
Vaacutelvulas angulares estas vaacutelvulas son similares a las de globo se utilizan en
ambos casos los mismos casquetes vaacutestagos y discos Combinan un codo y una
vaacutelvula de globo en un componente con ahorro importante de caiacuteda de presioacuten Las
vaacutelvulas angulares bridadas son maacutes faacuteciles de retirar y reemplazar que las de globo
bridadas
Vaacutelvulas de diafragma estas vaacutelvulas se limitan a presiones de
aproximadamente 50 psi Los diafragmas reforzados con tela se pueden hacer de
caucho natural un hule sinteacutetico o cauchos naturales o sinteacuteticos recubiertos con
tefloacuten Estas vaacutelvulas son excelentes para los fluidos con soacutelidos en suspensioacuten y se
pueden instalar en cualquier posicioacuten
Llaves de macho o tapoacuten estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas por debajo
de 260degC puesto que la expansioacuten diferencial entre el tapoacuten y el cuerpo hace que se
atore El tamantildeo y la forma del orificio divide esas vaacutelvulas en tipos diferentes
venturi corto orificio rectangular reducido venturi largo orificio rectangular
completo y orificio redondo completo
Vaacutelvulas de bola estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas que tienen pocos
efectos sobre sus asientos de plaacutestico Puesto que el elemento sellador es una bola su
alineacioacuten con el eje del vaacutestago no es esencial para el cierre hermeacutetico En las
vaacutelvulas de bola libre la esfera se puede desplazar en sentido axial El diferencial de
presioacuten a traveacutes de la vaacutelvula obliga a la bola en posicioacuten cerrada a oprimirse contra
el asiento de corriente abajo y este uacuteltimo contra el cuerpo En las vaacutelvulas de bola
fija la bola gira sobre extensiones del vaacutestago y los cojinetes se sellan con anillos en
O
Vaacutelvulas de mariposa estas vaacutelvulas ocupan menos espacio en la liacutenea que
cualquier otra vaacutelvula Se logra un sellado relativamente hermeacutetico sin desgaste
excesivo de los asientos ni un esfuerzo operacional de torsioacuten demasiado grande
mediante diversos meacutetodos como asientos elaacutesticos anillos de pistoacuten sobre el disco e
inclinacioacuten del vaacutestago para limitar el contacto entre las porciones del disco maacutes
cercanas al vaacutestago y el asiento del cuerpo en unos cuantos grados de curvatura
CAPIacuteTULO I
46
Vaacutelvulas de retencioacuten de columpio estas vaacutelvulas se utilizan para evitar la
inversioacuten del flujo El disentildeo normal es para emplearse solamente en liacutenea horizontal
donde la fuerza de gravedad sobre el disco sea maacutexima al comienzo del cierre y
miacutenima al final
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS
12441 Seguridad
La seguridad se puede definir como la estipulacioacuten de medidas de proteccioacuten
que se requieren para asegurar una operacioacuten sin riesgos de un sistema propuesto de
tuberiacutea Entre las consideraciones generales a evaluar deberiacutean contarse las
siguientes
1) Las caracteriacutesticas peligrosas del fluido a manejar
2) La cantidad de fluido que se escaparaacute a consecuencia de una falla en la
tuberiacutea
3) El efecto de una falla (por ejemplo peacuterdidas de agua de enfriamiento) en la
seguridad de toda la planta
4) Evaluacioacuten de los efectos de una reaccioacuten con el medio ambiente
5) El probable grado de exposicioacuten del personal de operacioacuten o mantenimiento
6) La seguridad de la tuberiacutea seguacuten los materiales de construccioacuten meacutetodos de
unioacuten y el servicio que recibiraacute la tuberiacutea
12442 Condiciones de disentildeo
Las definiciones de temperaturas presiones y otros aspectos aplicables al
disentildeo de sistemas de tuberiacuteas se muestran a continuacioacuten
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo de un sistema de tuberiacuteas no seraacute
menor que la presioacuten en las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura para el espesor mayor o relacioacuten presioacuten-temperatura requerida [4]
CAPIacuteTULO I
47
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del
material representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura Cuando se trate de tuberiacutea metaacutelica no aislada con fluido a una
temperatura inferior a 38degC la temperatura del metal seraacute considerada como la
temperatura del fluido
Cuando un fluido se encuentre a una temperatura igual o superior a 38degC y la
tuberiacutea no tenga aislamiento externo la temperatura del metal seraacute tomada como un
porcentaje de la temperatura del fluido a menos que se determine una temperatura
maacutes baja por experimentacioacuten o caacutelculo Para tuberiacutea vaacutelvulas roscadas y con
extremos soldados accesorios y otros componentes con un espesor de pared
comparable al de esa tuberiacutea el porcentaje seraacute de 95 para bridas vaacutelvulas y
accesorios bridados seraacute de 90 para bridas con junta de solapa seraacute de 85 y para
pernos de 80 [4]
Influencias ambientales Cuando el enfriamiento provoque vaciacuteo en la liacutenea
el disentildeo debe estipular alguacuten rompedor de vaciacuteo o presioacuten externa tambieacuten debe
considerarse la expansioacuten teacutermica de objetos atrapados entre las vaacutelvulas cerradas [4]
La caracteriacutestica de ciertos servicios es la variacioacuten ocasional de la presioacuten o
temperatura o ambas variables por debajo de los niveles de operacioacuten pero no deben
tomarse en cuenta estas variaciones si se han cumplido los criterios citados Por otra
parte las condiciones maacutes graves de presioacuten y temperatura coincidentes durante la
variacioacuten seraacuten las que se empleen para establecer las condiciones de disentildeo
Se deben satisfacer los siguientes criterios
1 El sistema no debe tener componentes de hierro colado u otro metal no duacutectil
expuestos a presioacuten
2 Los esfuerzos nominales de presioacuten no deben exceder el esfuerzo elaacutestico a la
temperatura especificada
3 Los esfuerzos longitudinales combinados no deben exceder los liacutemites
establecidos en el coacutedigo ASME
CAPIacuteTULO I
48
4 El nuacutemero de ciclos (variaciones) no debe exceder el valor 7000 durante la
vida del sistema de tuberiacutea
5 Las variaciones ocasionales por encima de lo establecido en las condiciones
de disentildeo deben estar dentro de uno de los liacutemites siguientes para el disentildeo de
la presioacuten
a) Cuando la variacioacuten no persista un tiempo superior a 10 horas en cada
ocasioacuten y 100 horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el
esfuerzo permisible para la presioacuten de disentildeo a la temperatura de la
condicioacuten incrementada en un valor no mayor a 33
b) Cuando la variacioacuten no persista maacutes de 50 horas en cada ocasioacuten y 500
horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el esfuerzo
permisible para el disentildeo de presioacuten a la temperatura de la condicioacuten
incrementada en un valor no mayor al 20
Efectos dinaacutemicos El disentildeo de estos sistemas debe contar con prevenciones
contra impacto (como choques hidraacuteulicos) viento (cuando la tuberiacutea estaacute expuesta a
eacuteste) terremotos reacciones de descarga y vibraciones (de tuberiacuteas y soportes)
Las consideraciones respecto al peso deben incluir cargas vivas (contenido
hielo y nieve) cargas muertas (tuberiacutea vaacutelvulas aislamiento etc) y cargas de prueba
(fluidos de prueba) [4]
12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas
El coacutedigo ASME utiliza tres meacutetodos diferentes para abordar el disentildeo
1 Preveacute la utilizacioacuten de componentes dimensionalmente normalizados en
sus relaciones de presiones y temperaturas
2 Proporciona foacutermulas de disentildeo y esfuerzos maacuteximos
3 Prohiacutebe la utilizacioacuten de materiales componentes o meacutetodos de montaje
en ciertas condiciones
CAPIacuteTULO I
49
12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos
Espesor de las paredes La evaluacioacuten del esfuerzo de presioacuten externa de las
tuberiacuteas es la misma que para los recipientes de presioacuten sin embargo existe una
diferencia importante cuando se establece una presioacuten de disentildeo y un espesor de las
paredes para la presioacuten interna como resultado del requisito del ASME Boiler and
Pressure Vessel Code que el ajuste de la vaacutelvula de purga no debe ser superior a la
presioacuten de disentildeo Para los recipientes esto quiere decir que el disentildeo es para una
presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar las fugas de la vaacutelvula durante el funcionamiento
normal No obstante en las tuberiacuteas la temperatura y la presioacuten de disentildeo se
consideran como la combinacioacuten maacutexima esperada de presioacuten de operacioacuten y
temperatura que dan como resultado el espesor maacuteximo [4]
Bajo la normativa del coacutedigo ASME B313 [1] para tuberiacuteas metaacutelicas rectas
con presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm
se da a continuacioacuten y es aplicable para razones de Dot mayores de 6 Las ecuaciones
maacutes conservadoras de Barlow y Lameacute pueden ser utilizadas tambieacuten La ecuacioacuten 32
incluye un factor Y que variacutea con el material y la temperatura para considerar la
redistribucioacuten de esfuerzos perimetrales que se producen con flujo en estado
estacionario a altas temperaturas y permite espesores ligeramente menores en este
intervalo
( ) cYPSE
DPt o
m ++
=2
Ec 32
Donde P= presioacuten interna maacutexima
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea
c= suma de la tolerancia mecaacutenica y las tolerancias por erosioacuten y
corrosioacuten
SE= esfuerzo permisible
CAPIacuteTULO I
50
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales excluyendo juntas
materiales fundidos o factores de calidad de grado estructural
Y= coeficiente cuyos valores para materiales ferrosos duacutectiles variacutean
entre 04 y 07 para materiales ferrosos no duacutectiles es de 04 y para materiales
fraacutegiles es 0 como el hierro colado
Factor de calidad (E) es uno o el producto de maacutes de uno de los siguientes
factores de calidad factor de calidad de fundiciones (Ec) factor de calidad de
uniones (Ej) y factor de calidad de grado estructural (Es) de 092
Las vaacutelvulas deben estar de acuerdo con las normas aplicables que se dan en
el coacutedigo y con los liacutemites permisibles de presioacuten y temperatura que se establecen en
eacutel sin que vayan maacutes allaacute de las limitaciones de materiales o servicio que establece el
coacutedigo
El espesor de los codos de tuberiacuteas se debe determinar como para las tuberiacuteas
rectas a condicioacuten de que la operacioacuten de doblado no deacute como resultado una
diferencia entre el diaacutemetro maacuteximo y el miacutenimo de maacutes de 8 y 3 del diaacutemetro
exterior nominal de la tuberiacutea para presioacuten interna y externa respectivamente
12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas [4]
El coacutedigo ASME B313 requiere que los sistemas de tuberiacuteas se disentildeen para
que tengan suficiente flexibilidad y evitar asiacute que la expansioacuten o la contraccioacuten
teacutermica o el movimiento de soportes o terminales de la tuberiacutea provoquen alguna de
las dificultades siguientes
- Fallas en los soportes de las tuberiacuteas debidas a las fatigas o esfuerzos
excesivos
- Fugas en las juntas
- Esfuerzos o distorsiones perjudiciales en las tuberiacuteas o en los equipos
conectados (como bombas turbinas o vaacutelvulas) debido a los excesivos
empujes axiales o movimientos en las tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
51
Deformaciones por desplazamiento Las deformaciones se ocasionan por una
tuberiacutea que se desplaza de su posicioacuten original
1 Desplazamientos teacutermicos un sistema de tuberiacuteas sufriraacute cambios
dimensionales a consecuencia de cambios en la temperatura Si se
restringe el movimiento libre con terminales guiacuteas y anclajes seraacute
desplazado de su posicioacuten original
2 Desplazamientos por reaccioacuten si las restricciones no son riacutegidas y existe
un movimiento predecible de estos accesorios bajo carga eacuteste podriacutea
considerarse como desplazamiento de compensacioacuten
3 Desplazamientos impuestos externamente cuando externamente se crean
movimientos de las restricciones eacutestos impondraacuten un desplazamiento a la
tuberiacutea ademaacutes de los relacionados con los efectos teacutermicos Estos
movimientos pueden originarse por causas como corrientes de aire o
cambios de temperatura en equipos conectados
Deformaciones de desplazamiento total Los desplazamientos teacutermicos los
desplazamientos por reaccioacuten y los desplazamientos impuestos externamente tienen
efectos equivalentes sobre los sistemas de tuberiacuteas y deben considerarse en conjunto
para determinar las deformaciones por desplazamiento total en un sistema de tuberiacuteas
Las deformaciones por expansioacuten se pueden considerar en tres formas por
doblez torsioacuten o compresioacuten axial En los primeros dos casos el esfuerzo maacuteximo
ocurre en las fibras extremas de la seccioacuten transversal de la zona criacutetica En el tercer
caso el aacuterea entera de la seccioacuten transversal seraacute sometida al mismo esfuerzo en toda
la longitud de la tuberiacutea
La flexibilidad torsional o por doblez puede obtenerse por codos abrazaderas
o tuberiacuteas no alineadas por tuberiacutea corrugada o juntas de expansioacuten tipo fuelle o por
otros dispositivos que permitan el movimiento rotacional Estos dispositivos deben
anclarse o conectarse de forma tal que resistan las fuerzas terminales de la presioacuten del
fluido que tengan resistencia friccional al movimiento de la tuberiacutea y otras causas
CAPIacuteTULO I
52
La flexibilidad axial puede obtenerse mediante juntas de expansioacuten de los
tipos deslizante o de fuelle adecuadamente ancladas y orientadas para resistir las
fuerzas terminales de la presioacuten del fluido y deben tener resistencia friccional al
movimiento y otras causas
Esfuerzos de desplazamiento Los esfuerzos se pueden considerar como
proporcionales a la deformacioacuten total que causan soacutelo si la deformacioacuten estaacute
uniformemente distribuida y no es excesiva en ninguacuten punto La distribucioacuten irregular
de deformaciones (sistemas equilibrados) puede resultar de
1 Tuberiacuteas de dimensiones pequentildeas sometidas a un gran esfuerzo en serie
con tuberiacutea relativamente riacutegida de grandes dimensiones
2 La reduccioacuten local en tamantildeo o espesor de pared o empleo local de un
material que tiene una fuerza elaacutestica reducida
3 Una configuracioacuten de recubrimiento en un sistema de tamantildeo uniforme
en el cual la expansioacuten o contraccioacuten debe absorberse con una
desalineacioacuten corta en la mayor parte de la tuberiacutea
Si los esquemas desequilibrados de tuberiacutea no pueden evitarse se deben
aplicar meacutetodos analiacuteticos apropiados con objeto de asegurar la flexibilidad adecuada
del sistema Si el disentildeador determina que un sistema no tiene una adecuada
flexibilidad inherente debe proporcionar flexibilidad adicional mediante la adicioacuten de
codos abrazaderas tramos de tuberiacutea en S juntas de torniquete tuberiacutea corrugada
juntas de expansioacuten de los tipos de fuelle o deslizante u otros dispositivos Tambieacuten
debe contarse con un anclaje adecuado
Mientras que los esfuerzos resultantes de una deformacioacuten teacutermica tienden a
disminuir con el tiempo la diferencia algebraica de ese desplazamiento y la condicioacuten
original o cualquier condicioacuten anticipada del sistema con un mayor efecto opuesto
que en la condicioacuten de desplazamiento extremo que permaneceraacute constante durante
cualquier ciclo de operacioacuten
CAPIacuteTULO I
53
Muelle enfriado El muelle enfriado es la deformacioacuten intencional que se crea
en una tuberiacutea durante su ensamblaje con objeto de producir un esfuerzo y
desplazamiento inicial deseado Cuando una tuberiacutea se va a utilizar a una temperatura
mayor a la cual se instala el muelle enfriado es adecuado al hacer que la longitud de
la tuberiacutea sea ligeramente maacutes corta que la obtenida en el disentildeo El muelle enfriado
es beneacutefico pues ayuda a equilibrar la magnitud del esfuerzo en condiciones de
desplazamiento inicial y extremo
Requisitos para el anaacutelisis No es necesario realizar un anaacutelisis formal de la
flexibilidad requerida en sistemas que
a Son copias de instalaciones que se encuentran operando bien o tienen
sustituciones poco significativas de sistemas que cuentan con una historia
de servicio satisfactoria
b Pueden ser juzgados raacutepidamente con una adecuada comparacioacuten con
sistemas ya analizados
c Son de dimensioacuten uniforme y no tienen maacutes de dos puntos de fijacioacuten ni
tienen restricciones intermedias ademaacutes de caer dentro de los liacutemites de
la ecuacioacuten empiacuterica siguiente
( ) 222
KULyD
leminus
Ec 33
Donde y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser
absorbida por el sistema
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes
U= distancia de anclajes liacutenea recta entre anclajes
K2= 003 para unidades inglesas
- Todos los sistemas que no cumplan estos criterios seraacuten analizados por
meacutetodos de anaacutelisis simplificados aproximados o completos que sean
adecuados para cada caso especiacutefico
CAPIacuteTULO I
54
- Los meacutetodos de aproximacioacuten o simplificacioacuten soacutelo pueden ser aplicados
en el intervalo de configuraciones para las que se ha demostrado su
adaptabilidad
- Entre los meacutetodos de anaacutelisis aceptables se cuentan los meacutetodos
analiacuteticos y de graacuteficas que proporcionan una evaluacioacuten de las fuerzas
momentos y esfuerzos causados por las deformaciones por
desplazamiento
- El anaacutelisis tomaraacute en cuenta los factores de intensificacioacuten de esfuerzo
para cualquier componente diferente de la tuberiacutea recta Se debe tener en
cuenta la flexibilidad extra de ese componente
Cuando se calcula la flexibilidad de un sistema de tuberiacutea entre puntos de
anclaje el sistema debe tratarse como un todo Deberaacute reconocerse la importancia de
todas las partes de la liacutenea y las restricciones introducidas con el propoacutesito de reducir
momentos y fuerzas en el equipo o pequentildeas ramificaciones y tambieacuten las
restricciones introducidas por la friccioacuten de soportes Es necesario considerar todos
los desplazamientos dentro del intervalo de temperaturas determinado por las
condiciones de operacioacuten y fuera de servicio
12446 Soportes de tuberiacuteas
Las cargas transmitidas por las tuberiacuteas a los equipos conectados y los
elementos de soporte incluyen peso efectos inducidos por la temperatura y la
presioacuten vibraciones el viento los sismos los choques la expansioacuten y contraccioacuten
teacutermica El disentildeo de soportes y restricciones se basa en cargas que actuacutean de modo
concurrente suponiendo que no se ejerzan simultaacuteneamente los sismos y el viento
Los soportes elaacutesticos y de tipo de esfuerzo constante se deben disentildear para
las condiciones maacuteximas de carga incluyendo las de prueba a menos que se
proporcionen soportes temporales [4]
El coacutedigo sentildeala ademaacutes que los elementos de soporte de tuberiacuteas deben
CAPIacuteTULO I
55
1) Evitar las interferencias excesivas para la expansioacuten y la contraccioacuten
teacutermica de la tuberiacutea que de otro modo tiene la flexibilidad adecuada
2) Ser de iacutendole tal que no contribuyan a que se produzcan fugas en las
juntas o un pandeo excesivo de las tuberiacuteas que requiera drenaje
3) Disentildearse para evitar los esfuerzos la resonancia o la desconexioacuten
debido a las variaciones de la carga con la temperatura y que los
esfuerzos longitudinales combinados que se ejercen sobre la tuberiacutea no
sobrepasen lo permitido en el coacutedigo
4) Ser de iacutendole tal que se evite una liberacioacuten completa de la carga sobre la
tuberiacutea en el caso de una mala alineacioacuten o la falla de alguacuten resorte la
transferencia de pesos o las cargas adicionales debidas a las pruebas
durante la instalacioacuten
5) Ser de acero o hierro forjado
6) Ser de acero de aleacioacuten o protegerse de la temperatura en los lugares en
que se sobrepasen los liacutemites de temperatura adecuados para el acero al
carbono
7) No ser hierro colado excepto para bases de rodillos rodillos bases de
anclaje etc principalmente bajo cargas de compresioacuten
8) No ser de hierro maleable ni nodular con excepcioacuten de las abrazaderas de
tuberiacuteas las abrazaderas de vigas las bridas de soportes los sujetadores
las bases y los anillos giratorios
9) No ser de madera excepcioacuten hecha de los soportes sometidos
primordialmente a compresioacuten donde la temperatura de la tuberiacutea se
encuentre al nivel del ambiente o por debajo de eacutel
10) Tener roscas para ajustes atornillados que se conformen a las
especificaciones del Coacutedigo ASME B11
CAPIacuteTULO I
56
12447 Golpe de Ariete [6]
El golpe de ariete se puede presentar en una tuberiacutea que conduzca un liacutequido
cuando se tiene un frenado o una aceleracioacuten en el flujo por ejemplo el cambio de
abertura de una vaacutelvula en la liacutenea Al cerrarse raacutepidamente una vaacutelvula en la tuberiacutea
durante el escurrimiento el flujo a traveacutes de la vaacutelvula se reduce lo cual incrementa
la carga del lado aguas arriba de la vaacutelvula iniciaacutendose asiacute un pulso de alta presioacuten
que se propaga en direccioacuten contraria a la del escurrimiento Este pulso de presioacuten
hace que la velocidad del flujo disminuya La presioacuten en el lado aguas abajo de la
vaacutelvula se reduce y la onda de presioacuten disminuida viaja en el sentido del
escurrimiento disminuyendo tambieacuten la velocidad del flujo Si el cierre de la vaacutelvula
es suficientemente raacutepido y si la presioacuten permanente original es suficientemente baja
se puede formar una bolsa de vapor aguas abajo de la vaacutelvula cuando esto ocurre la
cavidad de vapor puede eventualmente reducirse en forma violenta y producir una
onda de alta presioacuten que se propaga en la direccioacuten aguas abajo
La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud de la
tuberiacutea ya que las ondas de sobrepresioacuten se cargaraacuten de maacutes energiacutea e inversamente
proporcional al tiempo durante el cual se cierra la vaacutelvula cuanto menos dura el
cierre maacutes fuerte seraacute el golpe
El problema del golpe de ariete es uno de los maacutes complejos de la
hidraacuteulica y es resuelto generalmente mediante modelos matemaacuteticos que permiten
simular el comportamiento del sistema Este fenoacutemeno es muy peligroso ya que la
sobrepresioacuten generada puede llegar entre 60 y 100 veces a la presioacuten normal de la
tuberiacutea ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos
Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de vaacutelvulas hay que
estrangular gradualmente la corriente de fluido es decir cortaacutendola con lentitud
utilizando para ello por ejemplo vaacutelvulas de rosca Cuanto maacutes larga es la tuberiacutea
tanto maacutes deberaacute durar el cierre
CAPIacuteTULO I
57
Sin embargo cuando la interrupcioacuten del flujo se debe a causas
incontrolables como por ejemplo la parada brusca de una bomba eleacutectrica se utilizan
tanques neumaacuteticos con caacutemara de aire comprimido torres piezomeacutetricas o vaacutelvulas
que puedan absorber la onda de presioacuten
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN
12451 Soldadura
Los requisitos del coacutedigo referente a la fabricacioacuten son maacutes detallados para la
soldadura que para otros meacutetodos de unioacuten ya que la soldadura no soacutelo se utiliza para
unir dos tuberiacuteas extremo a extremo sino que sirve tambieacuten para fabricar accesorios
que reemplazan a los accesorios sin costura como codos y juntas de solapa de punta
redonda Los requisitos del coacutedigo para el proceso de soldado son esencialmente los
mismos que los de la seccioacuten IX del ASME Boiler and Pressure Vessel Code excepto
que los procesos de soldado no se restringen el agrupamiento del material debe estar
de acuerdo al apeacutendice A del Coacutedigo ASME y las posiciones de la soldadura
corresponder a la posicioacuten de la tuberiacutea [4]
12452 Doblado y formacioacuten
La tuberiacutea puede doblarse en cualquier radio para el cual la superficie del
arco de la curvatura esteacute libre de grietas y pandeos Estaacute permitido el empleo de
dobleces estriados o corrugados El doblado puede efectuarse mediante cualquier
meacutetodo en friacuteo o en caliente siempre que se cumplan las caracteriacutesticas del material
que se estaacute doblando y el radio de la tuberiacutea doblada esteacute dentro [4]
Algunos materiales requieren un tratamiento teacutermico una vez que ya se han
doblado lo que dependeraacute de la severidad del doblado En el coacutedigo se explican
detalladamente los requisitos que deben cumplirse para este tratamiento
CAPIacuteTULO I
58
12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico
Estos tratamientos sirven para prevenir o corregir los defectos nocivos de las
altas temperaturas o gradientes teacutermicos severos inherentes a la unioacuten por soldadura
de los metales Ademaacutes de esto puede ser necesario someter el material a tratamiento
teacutermico con objeto de corregir los efectos de esfuerzo creados durante el doblado o
formado de los metales [4]
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA
PIPESIMreg2003 [5]
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades
El entendimiento detallado de la termo-hidraacuteulica del sistema de produccioacuten
es criacutetico para el disentildeo de liacuteneas de flujo y los caacutelculos del mismo PIPESIMreg
software de anaacutelisis de sistema de produccioacuten proporciona un instrumento completo
para analizar sistemas complejos de tuberiacutea con flujo multifaacutesico
Con sus moacutedulos interconectados este programa permite construir un
modelo completamente integrado del sistema de produccioacuten entero conectando con
simuladores de yacimiento y de proceso tales como el ECLIPSEreg software de
simulacioacuten de yacimiento y HYSYSreg simulador de procesos de AspenTech
132 Modelaje de flujo multifaacutesico
El programa incorpora todas las correlaciones actuales de flujo multifaacutesico
utilizados en la industria tanto empiacutericas como mecaniacutesticas para predecir el
reacutegimen de flujo la peacuterdida de presioacuten y retencioacuten de liacutequidos Esto permite disentildear y
operar el sistema de produccioacuten y distribucioacuten con confianza
Este simulador produce mapas detallados de reacutegimen de flujo en la tuberiacutea a
las condiciones de operacioacuten incorporando todos los aacutengulos de inclinacioacuten
PIPESIMreg utiliza las velocidades superficiales in-situ del gas y liacutequido para
identificar el patroacuten de flujo en cada nodo del sistema permitiendo determinar el
hold-up y la distribucioacuten de presioacuten en el sistema de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
59
Predecir slugs su tamantildeo y frecuencia permite optimizar el disentildeo de
tuberiacuteas y facilidades de procesamiento El simulador OLGA-Sreg y los modelos de
TUFFP se pueden utilizar para identificar estas caracteriacutesticas criacuteticas del flujo
hidrodinaacutemico tipo slug El programa predice tambieacuten la ocurrencia de flujo slug
en inclinaciones de la tuberiacutea
133 Modelos de Fluido
El modelaje exacto del liacutequido producido es criacutetico para la comprensioacuten
del comportamiento del sistema por lo tanto el simulador ofrece la eleccioacuten entre
correlaciones standard de petroacuteleo negro o una gama de modelos composicionales
EOS
134 Certeza del tipo de flujo
PIPESIMreg predice la formacioacuten de hidratos e incluye la habilidad de modelar
los efectos de inhibidores de hidratos Modelando el perfil de la temperatura de la
liacutenea de flujo puede disentildear el sistema en torno a estos problemas
Dicho software incluye tambieacuten rutinas de caacutelculo para determinar los liacutemites
erosivos de la velocidad de la tuberiacutea permitiendo disentildear operaciones seguras en la
misma
135 Disentildeo de equipos de superficie
El programa incluye los modelos de los equipos de superficie comunes para
determinar su impacto en el disentildeo del sistema Ademaacutes las opciones sofisticadas de
sensibilidades en el simulador se pueden utilizar tambieacuten para disentildear sistemas
variando los paraacutemetros claves del sistema permitiendo asiacute la determinacioacuten de los
tamantildeos oacuteptimos de tuberiacutea y equipos a ser utilizados
Los moacutedulos contienen los siguientes equipos
bull Separadores
bull Bombas y motores auxiliares de propulsioacuten multifaacutesicos
bull Compresores y expansores
bull Calentadores y enfriadores
bull Estranguladores
CAPIacuteTULO I
60
136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea
Para un anaacutelisis completo del sistema PIPESIMreg ofrece opciones para
modelar redes complejas que pueden incluir lazos liacuteneas paralelas y by-pass El
algoritmo robusto de la solucioacuten puede modelar la unioacuten distribucioacuten e inyeccioacuten de
la red
Explica detalladamente la termo-hidraacuteulica del sistema que es criacutetica para el
disentildeo de la liacutenea de flujo y el reacutegimen de flujo especialmente para sistemas
multifaacutesicos complejos Esto daraacute las herramientas para emprender el anaacutelisis tiacutepico
de la red incluyendo
bull Identificar embotellamientos de la produccioacuten y limitaciones
bull Valorar los beneficios de nuevos pozos tuberiacuteas adicionales compresioacuten etc
bull Calcular la capacidad de manejo desde el campo hasta el sistema de retencioacuten
bull Predecir los perfiles de presioacuten y temperatura por redes complejas de flujo
bull Planificar el desarrollo de campo
bull Resolver redes de fondo encontradas en pozos multilaterales
Una vez construida la red de produccioacuten se pueden introducir los elementos
de tiempo para analizar el impacto del desempentildeo del yacimiento en la estrategia de
desarrollo del campo
PIPESIMreg permite
minus Modelar flujo multifaacutesico desde el yacimiento a traveacutes de las facilidades
de produccioacuten hasta su punto de entrega
minus Dirigir redes complejas de produccioacuten y captar las interacciones entre
pozos tuberiacuteas y equipos de proceso
minus Realizar un anaacutelisis completo de sensibilidades en cualquier punto del
sistema hidraacuteulico usando muacuteltiples paraacutemetros
minus Simular el sistema de produccioacuten del campo para mejorar la produccioacuten
tomar mejores decisiones y obtener precios maacutes competitivos
minus Conexioacuten con el simulador de procesos HYSYSreg para un anaacutelisis
integrado desde la cara de la arena hasta las facilidades de
procesamiento
CAPIacuteTULO II
61
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO
DESARROLLO DEL DISENtildeO
21 CONDICIONES DE DISENtildeO
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Tomando como referencia las hojas de seguridad e higiene industrial de
PDVSA de cada uno de los fluidos involucrados en el proyecto asiacute como tambieacuten las
propiedades de los fluidos suministradas por cada una de las empresas mixtas se
logra hacer un cuadro resumen con la informacioacuten de cada uno de estos productos
quiacutemicos Ver anexos 1 2 y 3
Tabla 4 Propiedades de los fluidos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol MTBE ISO-OCTANO
CH3OH CH3OH C5H12O C8H18
Alcohol metiacutelico
Alcohol metiacutelico Metil terbutil eacuteter 224 trimetil
pentano Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Gravedad especiacutefica CS 0796 0796 0747 0696
Viscosidad dinaacutemica (cP) 45degC 042 042 027 038
Peso Molecular 3205 3205 8814 11422
Punto de ebullicioacuten (degC) 147psi 648 648 55 993
Presioacuten de vapor (psia) 45degC 41 41 83 17
Punto de fusioacuten (degC) -978 -978 -109 -107365
Punto de ignicioacuten (degC) 470 470 224 410
Calor de fusioacuten (calg) 237 237 - 19278
Forma y color Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro
en agua Solubilidad en alcohol en eacuteter
Soluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporciones
Ligeramente soluble Soluble
-
Insoluble Ligeramente soluble
Soluble
Liacutemites de () inferior inflamabilidad superior
67 365
16 151
- -
CAPIacuteTULO II
62
212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca del
sistema de bombeo con el cual cuenta cada una de estas empresas se pudo resumir el
siguiente cuadro
Tabla 5 Sistema de Bombeo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135
Pmin entrada brazo de carga (psig) 70 70 70 70
Pdescarga brazo de carga (psig) 20 20 20 20
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 1000 1000 1000
Flujo miacutenimo (m3h) 1000 500 500 500
Cantidad de bombas 1 de 2 2 de 2 2 de 3 2 de 3
Descripcioacuten de las bombas p-801 AB p-6201 AB 900-p-1 ABC 900-p-1 ABC
Poperacioacuten (psig) 1337 135 135 135
Pmaacutex de descarga (psig) 171 171 171 171
Pmaacutex de operacioacuten (psig) 250 250 250 250
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Potencia (KW) 7204 320 350 350
Cabezal (m) 110 120 120 120
Eficiencia () 81 795 795 795 Presioacuten requerida en el brazo de carga (psig) 70 ndash 100 70 ndash 100 71 ndash 86 71 ndash 86
Se refiere a la cantidad de bombas en uso referente a la cantidad de
bombas disponibles en la planta
CAPIacuteTULO II
63
213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO JOSE
El proyecto se encuentra ubicado dentro del Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui en la costa este de Venezuela en Jose Estado Anzoaacutetegui Las
condiciones ambientales que maacutes afectan los caacutelculos del siguiente trabajo se
presentan en la tabla 6
Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose
Temperatura maacutexima (degC) 45
Temperatura promedio anual (degC) 34
Temperatura miacutenima extrema (degC) 15 bulbo seco 24 bulbo huacutemedo
Presioacuten atmosfeacuterica promedio (psi) 146923
Promedio de elevacioacuten del terreno (m) 75
214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
La configuracioacuten de las tuberiacuteas para este proyecto se decidioacute dividir en 3
tramos la tuberiacutea principal de 20rdquo oacute 24rdquo (de mayor diaacutemetro y longitud) la tuberiacutea de
16rdquo y la tuberiacutea de 12rdquo Luego que la tuberiacutea principal se ubica dentro del liacutemite de
bateriacutea del muelle el diaacutemetro se debe disminuir gradualmente hasta conseguir las
12rdquo necesarias para el despacho a traveacutes de los brazos de carga los cuales seguacuten las
caracteriacutesticas del muelle y normativas de seguridad deben ser de este diaacutemetro
especiacutefico
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca de
las condiciones operacionales de los fluidos a traveacutes del sistema de tuberiacuteas se
seleccionoacute la tuberiacutea maacutes apropiada para este proyecto ya que se cumple con los
requisitos de seguridad necesarios Los datos recolectados se muestran en las tablas 7
8 y 9
CAPIacuteTULO II
64
Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo)
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro exterior (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro interno (in) 2325 1925 1925 1925 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 2783 2312 2312 2312 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 2948 20211 20211 20211
exterior 6283 5236 5236 5236 Longitud de superficie (in) interior 609 504 504 504 Longitud de la tuberiacutea (ft) 10932 11394 12398 14557 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (in) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (in) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
El tipo de tuberiacuteas aplicables al proyecto son API 5L ASTM A-106 y
ASTM A-53 todas en acero al carbono y con rangos tanto de temperatura como de
presioacuten aceptables en el proyecto Estas tuberiacuteas cumplen con los requisitos
necesarios ademaacutes de estar incluidas dentro del tipo de tuberiacutea (piping class)
aplicable a las plantas y al Muelle Petroquiacutemico Partiendo de eacutesto se escoge la
tuberiacutea A-53 por ser eacutesta la de uso permitido en el aacuterea del Muelle Petroquiacutemico y por
ser compatible con las de uso en las plantas Para trayectorias dentro de los linderos
CAPIacuteTULO II
65
de las plantas de las empresas mixtas se haraacute uso de la tuberiacutea que estipule la
normativa de seguridad de dicha planta
Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbonoTuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro exterior (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro interno (in) 1525 1525 1525 1525 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1841 1841 1841 1841 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 1268 1268 1268 1268
exterior 4189 4189 4189 4189 Longitud de superficie (ft) interior 399 399 399 399
Longitud de la tuberiacutea (ft) 1640 1640 1640 1640 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
La seleccioacuten del tipo de costura de la tuberiacutea se realizoacute sujeto al piping class
manejado en el Muelle Petroquiacutemico asiacute como al de cada una de las plantas siendo
recomendable el tipo E correspondiente a tuberiacutea con costura soldada con resistencia
eleacutectrica (ERW) solamente para el tramo que abarca el corredor en las calles C y F
CAPIacuteTULO II
66
(ver figura 1) Al pasar el liacutemite de bateriacutea del muelle la especificacioacuten debe cambiar
a tuberiacutea sin costura (Tipo S) por ser eacutesta la manejada en el piping class del Muelle
Petroquiacutemico Dicha divergencia afecta este estudio uacutenicamente para el caacutelculo del
espesor miacutenimo requerido
Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 12 12 12 12 Diaacutemetro exterior (in) 1275 1275 1275 1275 Diaacutemetro interno (in) 12 12 12 12 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1458 1458 1458 1458 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 07854 07854 07854 07854
exterior 3338 3338 3338 3338 Longitud de superficie (ft) interior 314 314 314 314
Longitud de la tuberiacutea (ft) 164 164 164 164 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
CAPIacuteTULO II
67
Las tuberiacuteas son grado B lo cual indica que se trata de tuberiacuteas de color
negro (material acero al carbono) que necesitaraacuten recubrimiento y galvanizado antes
de ser usadas
La ceacutedula es estaacutendar se escogioacute debido a que se mantiene un margen por
encima del espesor miacutenimo requerido dichos caacutelculos se presentan a continuacioacuten
El rating de la tuberiacutea de acuerdo al piping class manejado en el Muelle
Petroquiacutemico es de 150 lbf Este valor estaacute sujeto a cambios debido a que para la
fecha de elaboracioacuten de este Trabajo Especial de Grado auacuten no se habiacutea realizado el
estudio de golpe de ariete factor importante en la delimitacioacuten de presioacuten que deberaacute
soportar la tuberiacutea
La cantidad y descripcioacuten de cada uno de los accesorios y vaacutelvulas que seraacuten
empleados en las liacuteneas han sido suministrados por las empresas mixtas y podraacuten
estar sujetos a cambios durante la fase de construccioacuten del proyecto
La tabla 10 resume las longitudes equivalentes mostradas en la tabla 3 de
los componentes a ser instalados en las configuraciones de tuberiacuteas involucradas en el
proyecto
Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios
24 20 16 12 Tipo de accesorio o vaacutelvula Le [ft] Le [ft] Le [ft] Le [ft]
Unioacuten 4 3 3 2 Codo 90deg regular 47 39 31 25 Codo 90deg radio largo 29 25 20 16 Codo 45deg regular 24 20 16 12 T de liacutenea de flujo 32 26 21 17 T de ramal de flujo 60 76 96 116 Vaacutelvula de globo 400 525 655 800 Vaacutelvula de compuerta 11 13 17 20 Vaacutelvula angular 200 250 320 390 Vaacutelvula de retencioacuten deslizante 135 172 217 262 Entrada de filos rectos 39 53 68 86 Salida tuberiacutea 78 106 136 172 Reductor de diaacutemetro 97 80 62 45
CAPIacuteTULO II
68
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
Se emplea el software PIPESIMreg para la simulacioacuten del sistema de
transporte del proyecto debido a que es eacuteste un programa con la capacidad para la
simulacioacuten de equipos de superficie asiacute como es capaz de trabajar con los fluidos
involucrados en este proyecto La licencia del software se obtuvo de la empresa
PDVSA a traveacutes de la intranet de la misma la cual se encontraba a disposicioacuten de los
empleados de Pequiven para el teacutermino de este Trabajo Especial de Grado
2211 Metor
Se procedioacute a la configuracioacuten de las tuberiacuteas en PIPESIMreg siguiendo el
esquema mostrado en la figura 6 Este disentildeo se tomaraacute como referencia para las
demaacutes plantas
1 Se coloca una fuente (source) de donde proviene el fluido el cual viene
representado por el tanque de almacenamiento de cada una de las plantas en este
caso en especiacutefico las propiedades que lo describen son
Temperatura 45degC
Presioacuten 0 psig
Se supone que el fluido no se encuentra presurizado dentro del tanque debido
a que se encuentra a condiciones ambientales La temperatura es de 45 degC porque
eacuteste es el valor maacuteximo que se podriacutea conseguir en condiciones ambientales
extremas y ha sido la temperatura de disentildeo estipulada
CAPIacuteTULO II
69
Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como ldquocomposicionalrdquo debido a que el
metanol se encuentra preestablecido dentro del programa como un fluido acuoso
(soluble en agua) y se agrega con una molaridad al 100 a traveacutes de la tuberiacutea soacutelo
fluiraacute metanol liacutequido la inclusioacuten del fluido se muestra en la figura 7
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja
de especificaciones (data sheet) por parte de la empresa la informacioacuten es incluida en
la siguiente ventana (ver Figura 8)
CAPIacuteTULO II
70
Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor)
Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor
CAPIacuteTULO II
71
4 Se incorpora la liacutenea de 24rdquo la cual es ingresada a la configuracioacuten como
una liacutenea de flujo eacutesta se conecta a la bomba a traveacutes de un nodo Se utilizan estos
conectores para la unioacuten de los elementos y no representan cambio alguno a las
propiedades Los datos necesarios para agregar la liacutenea de flujo son sentildealados en la
figura 9
Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor
Se colocan 2 ondulaciones por cada mil metros de recorrido debido a que
eacuteste es el nuacutemero de ondulaciones (altibajos) promedio que presentaraacute el recorrido de
la tuberiacutea La diferencia de altura es de 2 m debido a que la altitud de la planta se
encuentra por encima del nivel del muelle en un margen cercano a este valor La
distancia horizontal es la correspondiente al recorrido total de la tuberiacutea maacutes la
longitud equivalente correspondiente a las vaacutelvulas y accesorios La rugosidad es la
CAPIacuteTULO II
72
correspondiente al acero al carbono y la temperatura ambiente es la temperatura
promedio reportada en el aacuterea
Se incluye como dato que la tuberiacutea no tiene recubrimiento y estaraacute rodeada
por aire con lo cual se establece un valor de transferencia de calor entre la tuberiacutea y
el aire de 20 BTUh ft2 degF (dicho valor se encuentra predeterminado en el simulador
para estas condiciones)
5 Se agrega la liacutenea de 16rdquo tambieacuten como una liacutenea de flujo la cual presenta
las caracteriacutesticas mostradas en la figura 10 Las ondulaciones seraacuten 0 ya que esta
liacutenea se encontraraacute sobre la plataforma del muelle donde no tendraacute altibajos asiacute como
tampoco presentaraacute diferencia de altitud en el recorrido Se preveacute con una longitud de
500m a la cual se debe agregar la longitud equivalente representativa de los
accesorios dispuestos en la configuracioacuten
Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor
CAPIacuteTULO II
73
6 Se antildeade la liacutenea de 12rdquo y tuberiacutea final de la configuracioacuten A la salida de
eacutesta la presioacuten deberaacute ser al menos 70 psig para que el fluido pueda hacer el
recorrido a traveacutes del brazo de carga y atracar al buque con una presioacuten de 20 psig
debido a que eacutestas son las especificaciones del brazo de carga que seraacute empleado en
el muelle Esta tuberiacutea a diferencia de la de 16rdquo siacute presenta ondulaciones ya que este
uacuteltimo tramo tiene un recorrido tortuoso con diferencias pequentildeas de altura La
longitud total de tuberiacutea es de 50m aproximadamente a los cuales se agrega la
longitud equivalente de los accesorios dispuestos en esta tuberiacutea En la figura 11 se
pueden observar las propiedades de la liacutenea de 12rdquo
Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor
7 El punto final de la configuracioacuten es un nodo frontera que en este caso en
especiacutefico vendraacute representado por el inicio del brazo de carga punto donde la
presioacuten deberaacute ser de 70 psig
CAPIacuteTULO II
74
2212 SuperMetanol
Tomando como base la configuracioacuten de tuberiacuteas de Metor se genera un
modelo con la misma cantidad y disposicioacuten de elementos A continuacioacuten se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas de la planta Supermetanol
haciendo uso de PIPESIMreg donde soacutelo se resentildean las caracteriacutesticas que difieren del
modelo de metanol de Metor
- La bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja de especificaciones por parte
de la empresa presenta la siguiente informacioacuten
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 650 kW (resultante del accionamiento de ambas bombas)
Eficiencia 795
- La liacutenea de 20rdquo se ingresa a la configuracioacuten con los datos sentildealados en la
figura 12
Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol
CAPIacuteTULO II
75
- Las liacuteneas de 16rdquo y 12rdquo tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las
configuraciones estos tramos de tuberiacutea se encuentran sobre la plataforma del muelle
ubicados sobre el mismo pipe rack de esta manera que las tuberiacuteas estaraacuten una junto
a la otra por ende tendraacuten las mismas especificaciones
2213 MTBE de Super Octanos
La configuracioacuten de tuberiacuteas de Super Octanos presenta la misma disposicioacuten
de elementos que la de Metor a continuacioacuten se presenta de forma resumida el disentildeo
de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
1 Las propiedades que describen las condiciones del source son
iguales al caso de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como black oil esto debido a que el simulador
no contempla el Metil Terbutil Eacuteter como un fluido preestablecido en sus
lineamientos Para incluir el fluido como petroacuteleo negro se ingresan los siguientes
valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 551755
Ademaacutes se agrega la informacioacuten de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente como se ve en la
figura 13
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual tambieacuten se
tiene la hoja de informacioacuten por parte de la empresa La informacioacuten incluida es la
siguiente
CAPIacuteTULO II
76
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 700 kW
Eficiencia 795
Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de Super Octanos
4 Luego se incorpora la liacutenea de 20rdquo la cual se ingresa a la configuracioacuten
como una liacutenea de flujo Los datos necesarios para la inclusioacuten de la liacutenea principal de
20rdquo se presentan en la Figura 14
5 Al igual que para la configuracioacuten de Metor se agregan las liacuteneas de 16rdquo y
12rdquo las cuales tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las configuraciones
CAPIacuteTULO II
77
Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de Super Octanos
2214 IsoOctano de Super Octanos
Tomando como base la configuracioacuten de MTBE de la misma planta se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
Las propiedades divergentes entre este caso y MTBE baacutesicamente son los
datos ingresados para la caracterizacioacuten del fluido y las propiedades de la liacutenea de
20rdquo De esta manera se hace referencia soacutelo a estos valores los cuales son
- El tipo de fluido se incluye como black oil para lo cual se ingresaron los
siguientes valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 735724
CAPIacuteTULO II
78
- Se agrega informacioacuten adicional de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente que para este caso
son las siguientes
Temperatura (ordmC) Viscosidad (cP)
40 046
20 055
- La configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo se muestra en la figura 15
Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de Super Octanos
CAPIacuteTULO II
79
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA
PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO
El proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo busca reubicar el despacho de productos de
las empresas mixtas (Metor Supermetanol y Super Octanos) en la actualidad
despachados a traveacutes del Muelle Criogeacutenico propiedad de PDVSA ubicado en el
Complejo Industrial Joseacute Antonio Anzoaacutetegui
El estudio ocupacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose se adjudicoacute a una
compantildeiacutea privada sin embargo es requerimiento del presente Trabajo Especial de
Grado hacer una breve revisioacuten a dicho Muelle para disponer de un estimado de
tiempo requerido para el embarque de buques si se bombea el producto a la maacutexima
carga que permita la configuracioacuten de cada una de las liacuteneas Para la realizacioacuten de
este objetivo la informacioacuten recolectada para la evaluacioacuten de la ocupacioacuten del
muelle estaacute basada seguacuten el promedio mensual de despacho actual a traveacutes del
muelle de PDVSA y el despacho mensual a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Se anexa un modelo rudimentario donde se presenta la disposicioacuten de los
brazos de carga los cuales seraacuten habilitados para despacho de cada uno de los
productos involucrados con el proyecto del cual es parte este trabajo (ver Figura 16)
CAPIacuteTULO II
80
Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose
Los brazos de carga que se empleen en el proyecto preferiblemente deberaacuten
ser de las mismas caracteriacutesticas y dimensiones de ser posible de la misma marca
para facilitar las labores de mantenimiento y obtencioacuten de repuestos Deberaacuten tener
un diaacutemetro de 12rdquo y tener facilidad para retorno de vapores debido a que asiacute lo
contemplan las normativas gubernamentales Las principales caracteriacutesticas con las
cuales deben cumplir los brazos de carga que se ubicaraacuten en las posiciones M-502
M-503 M-504 y M-505 del Muelle Petroquiacutemico se presentan en la tabla 11
CAPIacuteTULO II
81
Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga
Posicioacuten M-503 M-505 M-504 M-502 M-502 Producto Metanol Metanol MTBE Iso-Octano
Procedencia Metor yo Supermetanol
Supermetanol yo Metor Super Octanos Super Octanos
Diaacutemetro (in) 12 12 12 12 Tasa de flujo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Viscosidad 45degC (cP) 042 042 027 038 Presioacuten de vapor 45degC (psia) 41 41 83 17
Presioacuten requerida en la entrada (psig) 70 70 70 70
Presioacuten de descarga (psig) 20 20 20 20 Presioacuten de descarga de las bombas (psig) 1337 135 135 135
Presioacuten maacutexima de operacioacuten de las bombas (psig)
170 170 170 170
Se obtuvo informacioacuten de la disposicioacuten de ventanas operacionales
empleadas por las empresas mixtas involucradas en el proyecto seguacuten un reporte
mensual de despacho a traveacutes del Muelle Criogeacutenico Se presenta la informacioacuten
mencionada en la tabla 12 la cual hace referencia al despacho de los productos y las
capacidades de los buques a cargar esto en un periacuteodo de tiempo de un mes
CAPIacuteTULO II
82
Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9
Ventanas Empresa Producto Volumen [TM] 1 - 2 ndash 3 Supermetanol Metanol 15000 3 - 4 ndash 5 Metor Metanol 21000 6 - 7 ndash 8 Metor Metanol 13100
Super Octanos MTBE 21000 8 - 9 ndash 10 Metor Metanol 17000
11 - 12 - 13 Supermetanol Metanol 15000 13 - 14 - 15 Supermetanol Metanol 15000 16 - 17 - 18 Metor Metanol 15000
Metor Metanol 10000 18 - 19 - 20 Supermetanol Metanol 10000
21 - 22 - 23 Super Octanos MTBE 24000 24 - 25 - 26 Ventana de Mantenimiento 27 - 28 - 29 Super Octanos MTBE 11000 29 - 30 - 31 Supermetanol Metanol 10000
De igual forma se conoce la produccioacuten mensual de la empresa FertiNitro a
traveacutes de la Plataforma de liacutequidos del Muelle Petroquiacutemico si se unen el promedio
de producciones mensuales de cada empresa se tienen los siguientes datos
Metor 70 MTMM
Supermetanol 525 MTMM
Super Octanos 40 MTMM
FertiNitro 336 MTMM
CAPIacuteTULO III
83
CAPIacuteTULO III RESULTADOS
RESULTADOS
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED
Seguacuten la ecuacioacuten 32 de la seccioacuten 2444 para tuberiacuteas metaacutelicas rectas con
presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm es
aplicable para relaciones Dot mayores de 6
Se realiza el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas de 20rdquo tomando t como 1969rdquo
el cual es el espesor con mayor magnitud que se puede conseguir en el mercado la
relacioacuten Dot = 10157 siendo mayor de 6 se realizan los caacutelculos utilizando la
ecuacioacuten 32 sin inconvenientes
Para el caacutelculo de los espesores miacutenimos los datos son obtenidos de las
especificaciones ASME B313 y de las condiciones operacionales del proyecto La
presioacuten maacutexima corresponde a la presioacuten maacutexima de resistencia de las tuberiacuteas A
continuacioacuten se muestra el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas con costura de 20rdquo
P= 250psig
Do= 20rdquo
c= 0065
S= 20000 psig
Y= 04
E= 085
( ) ( )mmint
ininxpsigxpsig
inxpsigc
YPSEDP
t
m
om
365210
21120065040250850000202
202502
rArr=
rArr++
=++
=
Al valor de espesor (536mm) se debe aplicar la tolerancia correspondiente a
esta tuberiacutea que se lee en la norma ASME B313 y es de 125 para todos los casos
con lo cual el valor del espesor estariacutea entre 469 ndash 604 mm correspondiente a un
Schedule 10 (635mm) siendo eacuteste el valor maacutes cercano a dicho espesor Como
CAPIacuteTULO III
84
medida preventiva se aplica un factor de seguridad al disentildeo correspondiente a las
peacuterdidas de espesor por corrosioacuten y erosioacuten asiacute como peacuterdidas mecaacutenicas producto
del efecto de golpe de ariete que pueda sufrir la tuberiacutea De esta manera se toma
ceacutedula estaacutendar para todas las tuberiacuteas ya que todos los valores de espesores miacutenimos
se encuentran por debajo del schedule estaacutendar comercial A continuacioacuten se
muestran los resultados para cada una de las liacuteneas con costura (Tabla 13) y se
compararon con los espesores de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar La Tabla 14 resentildea
estos mismos caacutelculos para tuberiacutea sin costura
Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (Psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 085 085 085 085 tm (in) 024 0211 0182 0158 Espesor miacutenimo aceptable (in) 024 plusmn 003 0211 plusmn 0026 0182 plusmn 0023 0158 plusmn 0020 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 1 1 1 1 tm (in) 0214 0189 0165 0144 Espesor miacutenimo aceptable (in) 0214 plusmn 00267 0189 plusmn 00236 0165 plusmn 0020 0144 plusmn 0018 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
CAPIacuteTULO III
85
La costura en las tuberiacuteas no influye en los caacutelculos hidraacuteulicos debido a que
la soldadura con resistencia eleacutectrica no genera aporte de material a la tuberiacutea lo que
indica que no habraacute variacioacuten del espesor debido a la costura Las tuberiacuteas principales
seraacuten las uacutenicas con costura por ser eacutestas las uacutenicas presentes en el corredor de
tuberiacutea ubicado en las calles C y F Las longitudes de cada uno de los tramos con y
sin costura son los siguientes
Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura
Longitudes de tuberiacutea METANOL Metor
METANOL Supermetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Con costura (m) 1153 1293 1599 2257 Sin costura (m) 2180 2180 2180 2180
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA
FRICCIOacuteN EN LAS TUBERIacuteAS
Para obtener la caiacuteda de presioacuten en las tuberiacuteas se realizaron los caacutelculos en
primer lugar haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning considerando condiciones
isoteacutermicas que a pesar de ser un meacutetodo maacutes laborioso permite el conocimiento
descriptivo de cada uno de los paraacutemetros asiacute como la procedencia de los valores
utilizados en este disentildeo Esto es provechoso en caso de presentarse cualquier
divergencia del disentildeo en etapas futuras del proyecto Una vez realizados los caacutelculos
con la ecuacioacuten de Fanning se procede a la simulacioacuten del disentildeo con el software
PIPESIMreg que genera valores de caiacuteda de presioacuten de cada una de las liacuteneas entre
otros resultados
CAPIacuteTULO III
86
321 ECUACIOacuteN DE FANNING
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debido a la friccioacuten se usoacute la ecuacioacuten
de Fanning en unidades de campo Se realizoacute el caacutelculo tipo para la tuberiacutea de 24rdquo de
Metor tal como se muestra a continuacioacuten
Donde ρ (gcc)= 0753
q (bbld)= 377389
L (ft)= 10932
d (in)= 2325
Para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning primero es necesario el
caacutelculo del Nuacutemero de Reynolds el cual queda
donde d (m)= 059
V (ms)= 25353
ρ (Kgm3)= 75256
μ (Pas)= 42x10-4
De donde el NRe= 27x106 lo cual indica que se presenta flujo turbulento
(NRegt4000) y para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning se debe emplear la
ecuacioacuten de Colebrook (Ec9)
01220
1072512
2523731081log21
51273
log21
6
3
Re
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
minus
f
ff
ff
f
fxxx
f
fNDfε
Para obtener el factor de friccioacuten de Fanning haciendo uso de la ecuacioacuten de
Colebrook se realizan iteraciones a partir de un valor inicial el cual se puede tomar
directamente del diagrama de Moody De acuerdo a la figura 4 el valor de factor de
friccioacuten de Darcy que se lee correspondiente para NRe= 27x106 y εD=77x10-5 es
5
25 10146441
dLqfxp ρminus=Δ
μρ
ReVdN =
CAPIacuteTULO III
87
fD=0003 lo cual representa un factor de friccioacuten de Fanning de 0012 ya que el
factor de friccioacuten de Darcy representa 4 veces el factor de friccioacuten de Fanning
Una vez calculado este valor se procede al caacutelculo de la peacuterdida de presioacuten
debido a la friccioacuten haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning quedando
Para este caso la caiacuteda de presioacuten es de 24 psi es decir la presioacuten con la cual
llega el fluido al teacutermino del recorrido de la tuberiacutea de 24rdquo es 24 psi menor que al
salir de la bomba Para los tramos de tuberiacutea subsiguientes (16rdquo y 12rdquo) los caacutelculos
se hacen de forma anaacuteloga Se debe tener en cuenta la peacuterdida por friccioacuten que sufre
el fluido al pasar a traveacutes de cada uno de los dispositivos de control a lo largo de la
tuberiacutea En este caso se han tomado valores de longitud equivalente seguacuten el tipo de
accesorio los cuales se adicionan a la longitud de cada una de las tuberiacuteas para luego
calcular la peacuterdida de presioacuten debido a la friccioacuten
Para el caacutelculo de las peacuterdidas de presioacuten debido a la friccioacuten en los
accesorios y vaacutelvulas como se vioacute en el Capiacutetulo II se haraacute uso de la tabla 3 y se
tomaraacuten las longitudes equivalentes de cada accesorio sentildealadas en la Tabla 10
Dicho valor de longitud equivalente se agrega a las longitudes de las liacuteneas y se
calcula la caiacuteda de presioacuten en cada una de eacutestas
Hasta la fecha ha sido entregada la siguiente informacioacuten de la cantidad y
tipo de accesorios correspondientes a cada una de las liacuteneas (Tablas 16 y 17) de
donde se pueden obtener las longitudes equivalentes que se adicionan a las longitudes
totales de tuberiacutea en cada una de las configuraciones
La peacuterdida de presioacuten en las tuberiacuteas debido a la aceleracioacuten se desprecia por
haberse corroborado flujo turbulento en todas las tuberiacuteas de igual forma la caiacuteda de
psip
xp
dLqfxp
07242523
1093237738975300122010146441
10146441
5
25
5
25
=Δ
=Δ
=Δ
minus
minus ρ
CAPIacuteTULO III
88
presioacuten debido a la fuerza potencial se desprecia en estos caacutelculos iniciales debido a
que la peacuterdida de altura de la tuberiacutea total se estima de 2m lo cual es poco
representativo en un recorrido total de maacutes de 4 Km en cada uno de los casos
Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol
Metor Supermetanol Tipo de accesorio o vaacutelvula
24 16 12 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 53 Codo 45deg regular 12 8 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 2077 62 172 1618 62 172
CAPIacuteTULO III
89
Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas propiedad de Super Octanos
MTBE Iso-Octano Tipo de accesorio o vaacutelvula
20 16rdquo 12rdquo 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 60 Codo 45deg regular 12 16 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 1798 62 172 1953 62 172
A continuacioacuten se presentan tablas con el resumen del caacutelculo de cada uno de
estos paraacutemetros aplicados a cada una de las liacuteneas (Tablas 18 19 y 20)
Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas Principales
METANOL
Metor METANOL
SupermetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 24 20 20 20 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 10932 11394 12398 14557 Longitud Equivalente accesorios (ft) 2077 1618 1798 1953 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 13009 13012 14196 16510 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000
NUMERO DE REYNOLDS 27x106 26 x106 38 x106 25 x106 f f (Ec de Colebrook) 00122 00125 00123 00125
Δp (psi) 2864 4875 4900 5365
Presioacuten final (psia) 11976 10095 10070 9605
CAPIacuteTULO III
90
Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 16 16 16 16 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 1640 1640 1640 1640 Longitud Equivalente accesorios (ft) 62 62 62 62 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 1702 1702 1702 1702 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 41x106 33 x106 48 x106 32 x106 f f (Ec de Colebrook) 00127 00128 00127 00128 Δp (psi) 3234 2097 1942 1818
Presioacuten final (psia) 8742 7997 8128 7788
Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 1275 1275 1275 1275 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 164 164 164 164 Longitud Equivalente accesorios (ft) 172 172 172 172 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 336 336 336 336 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 52x106 42 x106 61 x106 4 x106 f f (Ec de Colebrook) 00132 00133 00132 00133 Δp (psi) 2193 1419 1319 1229
Presioacuten final (psia) 6549 6578 6809 6558
Se debe tomar en consideracioacuten que en las especificaciones de los brazos de
carga que estipula Pequiven la presioacuten de descarga de la tuberiacutea al brazo de carga
debe ser de 70 psig (847 psia) y dado que ninguna de las configuraciones genera este
valor de presioacuten se debe tener en cuenta que el flujo de disentildeo no seraacute alcanzado
CAPIacuteTULO III
91
porque por debajo de esta presioacuten no se lograriacutea el despacho de los productos debido
a que los brazos de carga no seraacuten capaces de levantar el fluido la altura necesaria
para cargar los buques
Teniendo como base estos valores de presioacuten esperados para la descarga de
las liacuteneas hasta los brazos de carga se procede a la simulacioacuten con el software
PIPESIMreg
322 PIPESIMreg
Posterior al caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten utilizando la ecuacioacuten de Fanning
se realizan las simulaciones en PIPESIMreg de las configuraciones establecidas
anteriormente A continuacioacuten se resentildean por separado cada una de eacutestas
3221 Metor
Luego de ingresar las propiedades del modelo se procede a la simulacioacuten de
eacuteste ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar (Figura 17)
CAPIacuteTULO III
92
Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la simulacioacuten del programa
CAPIacuteTULO III
93
Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor
L P T v q Ρ fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Metor24 1 00 14828 11318 8319 377433 47953 LIacuteQUIDO 0411 2799 2 6504 14650 11261 8316 377287 47971 LIacuteQUIDO 0413 2786 3 13008 14558 11207 8313 377142 47990 LIacuteQUIDO 0415 2774 4 19513 14380 11154 8310 377004 48007 LIacuteQUIDO 0416 2762 5 26017 14288 11102 8307 376868 48025 LIacuteQUIDO 0418 2750 6 32521 14110 11052 8304 376738 48041 LIacuteQUIDO 0420 2739 7 39026 14018 11003 8301 376610 48057 LIacuteQUIDO 0422 2728 8 45530 13840 10956 8298 376488 48073 LIacuteQUIDO 0423 2718 9 52034 13748 10910 8296 376367 48088 LIacuteQUIDO 0425 2708
10 58538 13570 10865 8293 376252 48103 LIacuteQUIDO 0426 2699 11 65043 13478 10821 8291 376139 48118 LIacuteQUIDO 0428 2689 12 71547 13300 10779 8288 376030 48132 LIacuteQUIDO 0429 2680 13 78051 13209 10738 8286 375924 48145 LIacuteQUIDO 0430 2672 14 84555 13030 10698 8284 375822 48158 LIacuteQUIDO 0432 2664 15 91060 12939 10660 8281 375721 48171 LIacuteQUIDO 0433 2656 16 97564 12761 10622 8279 375625 48184 LIacuteQUIDO 0434 2648 17 104070 12670 10585 8277 375530 48196 LIacuteQUIDO 0436 2640 18 110570 12491 10550 8275 375440 48207 LIacuteQUIDO 0437 2633 19 117080 12400 10515 8273 375351 48219 LIacuteQUIDO 0438 2626 20 123580 12222 10482 8271 375266 48230 LIacuteQUIDO 0439 2620 21 130080 12131 10449 8269 375182 48240 LIacuteQUIDO 0440 2613 Linea de Flujo Metor16 (nuevo datum) 22 0 12072 10449 1922 375183 48240 LIacuteQUIDO 0440 3984 23 94324 10251 10424 1922 375166 48243 LIacuteQUIDO 0441 3979 24 18865 8429 10400 1922 375150 48245 LIacuteQUIDO 0441 3975 Linea de Flujo Metor12 (nuevo datum) 25 0 8328 10400 3104 375153 48244 LIacuteQUIDO 0441 5052 26 16798 7197 10400 3104 375182 48241 LIacuteQUIDO 0441 5054 27 33596 6100 10399 3105 375210 48237 LIacuteQUIDO 0441 5056
CAPIacuteTULO III
94
Para el Metanol tanto en esta configuracioacuten como para la de Supermetanol
se hicieron pruebas de seleccioacuten entre los modelos de viscosidad Pedersen y LBC
(Lohrentz-Bray-Clark) siendo Pedersen el que mejor se ajusta al modelo de
viscosidad del metanol a pesar de ser usado generalmente para gas natural y petroacuteleo
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 463 psig (610 psia) De igual forma en la figura 18 se observa que
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga
Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h
CAPIacuteTULO III
95
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2500 2250 2140 2000 y
1875 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 377389 339650 323045 301911
y 283041 En la figura 19 se puede apreciar que se consigue una presioacuten final cercana
a 70psig con un flujo de 2140 m3h
Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor)
Se toma el flujo de 2140 m3h como el oacuteptimo para el despacho de Metanol
desde la planta Metor A continuacioacuten se muestra el perfil presioacuten-distancia en este
caso (figura 20)
CAPIacuteTULO III
96
Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h
3222 Supermetanol
Luego de ingresar las propiedades del modelo en el simulador se procede a
correr dicho modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar en el caso de
Supermetanol los datos son Presioacuten de entrada 0 psig Flujo 301911 bbld
Se resentildean en la tabla 22 los principales resultados necesarios para el estudio
de la configuracioacuten de Supermetanol
CAPIacuteTULO III
97
Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Supermetanol
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Sumeca20 1 00 14947 11320 9708 301947 47952 LIacuteQUIDO 0411 2705 2 6585 14664 11261 9705 301826 47972 LIacuteQUIDO 0413 2692 3 13169 14469 11203 9701 301708 47991 LIacuteQUIDO 0415 2679 4 19754 14186 11148 9697 301594 48009 LIacuteQUIDO 0417 2667 5 26339 13991 11094 9693 301483 48026 LIacuteQUIDO 0418 2656 6 32923 13708 11041 9690 301377 48043 LIacuteQUIDO 0420 2645 7 39508 13513 10991 9687 301272 48060 LIacuteQUIDO 0422 2634 8 46093 13230 10941 9683 301173 48076 LIacuteQUIDO 0424 2624 9 52677 13035 10894 9680 301075 48091 LIacuteQUIDO 0425 2614
10 59262 12753 10847 9677 300981 48106 LIacuteQUIDO 0427 2605 11 65846 12558 10803 9674 300890 48121 LIacuteQUIDO 0428 2596 12 72431 12275 10759 9672 300802 48135 LIacuteQUIDO 0430 2587 13 79016 12080 10717 9669 300716 48149 LIacuteQUIDO 0431 2578 14 85600 11798 10675 9666 300634 48162 LIacuteQUIDO 0432 2570 15 92185 11603 10636 9664 300554 48175 LIacuteQUIDO 0434 2563 16 98770 11321 10597 9661 300477 48187 LIacuteQUIDO 0435 2555 17 105350 11126 10560 9659 300402 48199 LIacuteQUIDO 0436 2548 18 111940 10844 10523 9656 300330 48211 LIacuteQUIDO 0437 2541 19 118520 10649 10488 9654 300259 48222 LIacuteQUIDO 0439 2534 20 125110 10367 10454 9652 300192 48233 LIacuteQUIDO 0440 2528 21 131690 10172 10421 9650 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 2521 Linea de Flujo Sumeca16 (nuevo datum) 22 000 10148 10421 1538 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 3183 23 94324 8974 10387 1537 300079 48251 LIacuteQUIDO 0442 3176 24 188650 7800 10354 1537 300034 48258 LIacuteQUIDO 0443 3170 Linea de Flujo Sumeca12 (nuevo datum) 25 000 7736 10354 2483 300036 48258 LIacuteQUIDO 0443 4028 26 16798 7003 10352 2483 300046 48256 LIacuteQUIDO 0442 4029 27 33596 6303 10349 2483 300055 48255 LIacuteQUIDO 0442 4029
CAPIacuteTULO III
98
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4834 psig (6303 psia) En la figura 21 graacutefica Presioacuten vs Distancia
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga (Figura 22)
Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1830 1800 1750
1740 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 276248 271720
264172 262662 y 256624 En la figura 22 se puede apreciar que se consigue un
valor de presioacuten final maacutes aproximado a 70 psig con un flujo de 1740 m3h
CAPIacuteTULO III
99
Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol)
3223 MTBE de Super Octanos
Luego de ingresar las propiedades de la configuracioacuten se procede a correr el
modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar
Presioacuten de entrada 0 psig
Flujo 301911 bbld
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la corrida del simulador
CAPIacuteTULO III
100
Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo MTBE20 1 00 14970 11331 9708 301937 46353 LIacuteQUIDO 0250 4291 2 7183 14652 11233 9705 301838 46368 LIacuteQUIDO 0251 4274 3 14367 14473 11139 9702 301743 46383 LIacuteQUIDO 0252 4257 4 21550 14155 11050 9699 301654 46397 LIacuteQUIDO 0253 4243 5 28734 13977 10966 9696 301568 46410 LIacuteQUIDO 0254 4227 6 35917 13659 10886 9694 301489 46422 LIacuteQUIDO 0255 4214 7 43100 13480 10810 9691 301412 46434 LIacuteQUIDO 0256 4201 8 50284 13163 10737 9689 301340 46445 LIacuteQUIDO 0256 4189 9 57467 12984 10668 9687 301271 46456 LIacuteQUIDO 0257 4176
10 64651 12667 10603 9685 301206 46466 LIacuteQUIDO 0258 4166 11 71834 12488 10541 9683 301144 46475 LIacuteQUIDO 0259 4155 12 79017 12171 10482 9681 301087 46484 LIacuteQUIDO 0259 4145 13 86201 11993 10426 9679 301031 46493 LIacuteQUIDO 0260 4135 14 93384 11675 10372 9677 300979 46501 LIacuteQUIDO 0260 4127 15 100570 11497 10322 9676 300929 46508 LIacuteQUIDO 0261 4118 16 107750 11180 10274 9674 300883 46516 LIacuteQUIDO 0261 4111 17 114930 11001 10228 9673 300838 46523 LIacuteQUIDO 0262 4103 18 122120 10684 10184 9671 300797 46529 LIacuteQUIDO 0262 4096 19 129300 10506 10143 9670 300757 46535 LIacuteQUIDO 0263 4089 20 136480 10189 10104 9669 300721 46541 LIacuteQUIDO 0263 4083 21 143670 10011 10067 9668 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 4077 Linea de Flujo MTBE16 (nuevo datum) 22 00 9987 10067 1541 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 5146 23 9432 8866 10036 1540 300672 46548 LIacuteQUIDO 0263 5149 24 18865 7744 10006 1540 300665 46549 LIacuteQUIDO 0263 5151 Linea de Flujo MTBE12 (nuevo datum) 25 000 7682 10006 2488 300667 46549 LIacuteQUIDO 0263 6547 26 16798 6984 10006 2488 300686 46546 LIacuteQUIDO 0263 6555 27 33596 6307 10006 2488 300708 46543 LIacuteQUIDO 0263 6562
Tanto para MTBE como para el Iso-Octano estos fluidos se incluyeron al
simulador como black oil para lograr un comportamiento de viscosidad cercano al
CAPIacuteTULO III
101
teoacuterico se ingresaron valores de temperatura y viscosidad dentro del rango de
operacioacuten del proyecto
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4837 psig (6307 psia) Debido a que no se alcanza con el flujo de
disentildeo 70 psig a la salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de
sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida
de descarga al brazo de carga (Figura 23)
Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE)
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1850 1800 1750
1735 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720
261908 262662 y 256624 En la figura 23 se puede apreciar que se consigue una
presioacuten final maacutes cercana a 70 psig con un flujo de 1735 m3h
CAPIacuteTULO III
102
3224 Iso-Octano de Super Octanos
Se realiza la corrida del modelo con los mismos datos de entrada utilizados
en la configuracioacuten de MTBE Se resumieron en la tabla 24 los principales resultados
Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de IsoOctano
L P T v q ρ Patroacuten de flujo micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (PI-SS) (cP) x10-6 Linea de Flujo IsoOctano20 1 00 14970 11334 9708 301940 42283 LIacuteQUIDO 0454 2159 2 8340 14623 11209 9704 301816 42300 LIacuteQUIDO 0456 2151 3 16680 14424 11092 9700 301697 42317 LIacuteQUIDO 0457 2142 4 25020 14078 10982 9697 301588 42332 LIacuteQUIDO 0459 2135 5 33360 13879 10880 9694 301485 42347 LIacuteQUIDO 0461 2128 6 41700 13532 10783 9691 301391 42360 LIacuteQUIDO 0462 2121 7 50039 13334 10693 9688 301301 42373 LIacuteQUIDO 0463 2115 8 58379 12987 10609 9685 301219 42384 LIacuteQUIDO 0464 2110 9 66719 12789 10530 9682 301141 42395 LIacuteQUIDO 0466 2104
10 75059 12442 10455 9680 301070 42405 LIacuteQUIDO 0467 2099 11 83399 12244 10386 9678 301002 42415 LIacuteQUIDO 0468 2094 12 91739 11898 10320 9676 300940 42423 LIacuteQUIDO 0469 2090 13 100080 11699 10259 9674 300881 42432 LIacuteQUIDO 0470 2086 14 108420 11353 10202 9672 300829 42439 LIacuteQUIDO 0470 2083 15 116760 11154 10149 9671 300777 42446 LIacuteQUIDO 0471 2079 16 125100 10808 10098 9669 300732 42453 LIacuteQUIDO 0472 2076 17 133440 10610 10051 9668 300688 42459 LIacuteQUIDO 0473 2073 18 141780 10264 10007 9667 300650 42464 LIacuteQUIDO 0473 2070 19 150120 10065 9966 9665 300612 42470 LIacuteQUIDO 0474 2068 20 158460 9719 9927 9664 300580 42474 LIacuteQUIDO 0474 2066 21 166800 9521 9890 9663 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2063 Linea de Flujo IsoOctano16 (nuevo datum) 22 00 9499 9890 1540 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2605 23 9432 8399 9865 1540 300555 42478 LIacuteQUIDO 0474 2607 24 18865 7410 9842 1540 300568 42476 LIacuteQUIDO 0474 2609 Linea de Flujo IsoOctano12 (nuevo datum) 25 000 7353 9842 2487 300571 42476 LIacuteQUIDO 0474 3316 26 16798 6708 9842 2487 300602 42471 LIacuteQUIDO 0474 3319 27 33596 6082 9842 2488 300639 42466 LIacuteQUIDO 0473 3323
CAPIacuteTULO III
103
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4612 psig (6082 psia) Debido a que no se alcanza los 70 psig a la
salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando
el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo
de carga (Figura 24)
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2000 1850 1800 1750 y
1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720 264172
y 256624 En la figura 24 se nota que el valor de flujo con una presioacuten final cercana
a 70 psig es de 1700 m3h
Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano)
CAPIacuteTULO III
104
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS
Para realizar la comparacioacuten entre modelos se agruparon en tablas los
resultados correspondientes a las caiacutedas de presioacuten de cada uno de los modelos
separados por tramos y luego se calculoacute el porcentaje de desviacioacuten entre los valores
Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor
METANOL
Metor Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 2864 2697 621 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 11986 12131 120
Δp tuberiacutea 16 (psia) 3234 3702 1264 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8752 8429 383 Δp tuberiacutea 12 (psia) 2193 2329 584
Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6559 6100 752
Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Supermetanol
METANOL Supermetanol Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4875 4775 210 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10095 10172 076 Δp tuberiacutea 16 (psia) 2097 2372 1158 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7997 7800 253 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1419 1497 520 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6578 6303 437
CAPIacuteTULO III
105
Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE
MTBE Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4900 4959 118 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10070 10011 059 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1942 2267 1435 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8128 7744 496 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1319 1437 823 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6809 6307 796
Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano
IsoOctano Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 5365 5449 155 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 9605 9521 089 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1818 2111 1389 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7788 741 510 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1229 1328 743 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6558 6082 783
Debido a que la operacioacuten de las configuraciones empleando los flujos de
disentildeo no permiten que se mantenga la condicioacuten limitante que la presioacuten en la
entrada al brazo de carga sea de 70 psig se hace un cuadro comparativo entre estos
valores como se muestra en la tabla 29
CAPIacuteTULO III
106
Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Flujo oacuteptimo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Porcentaje comparativo entre los valores de flujo () 1682 1494 1527 1765
54 CAPACIDAD DE DESPACHO DURANTE LA VENTANA
OPERACIONAL DE CADA UNA DE LAS PLANTAS
En el Muelle Criogeacutenico soacutelo se dispone de un brazo para el despacho de los
productos de las 3 empresas mixtas con la implementacioacuten del proyecto tratado en
este trabajo se espera una mayor holgura para la carga de los productos a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico asiacute como tambieacuten se podraacute despachar mayor cantidad de
productos al mismo tiempo ya que cada producto tendraacute un brazo individual De esta
forma habraacute la posibilidad de utilizar hasta 4 brazos al mismo tiempo para cargar en
dos buques diferentes ya que soacutelo se dispone de la plataforma este y la oeste para el
despacho de productos pero se pueden cargar 2 tipos de productos en el mismo
buque
Se debe tener en cuenta que la empresa FertiNitro tambieacuten despacha sus
productos (amoniacuteaco) a traveacutes del Brazo de Carga M-501 ubicado en la plataforma
de liacutequidos al igual que los brazos M-502 M-503 M-504 y M-505 como se pudo
observar en la Figura 16 (Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De
Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose)
Se pueden cuantificar las posibilidades de carga de la mayor cantidad de
productos simultaacuteneamente en 12 casos diferentes como se muestra en la tabla 30
CAPIacuteTULO III
107
Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Caso Lado Oeste Lado Este 1 Metor M-505 Metor M-504
Metor M-503 Soca M-502
2 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503 Soca M-502
3 Metor M-505 Metor M-504 Metor M-503
4 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503
5 Metor M-505
Metor M-503
6 Sumeca M-505
7 Sumeca M-505
Metor M-503
Soca M-502
8 Sumeca M-504
Soca M-502
9 Metor M-504
Soca M-502
10 Soca M-502
11 Sumeca M-504
12 Metor M-504
FertiNitro M-501
Con los datos recopilados en la tabla 11 se obtiene la siguiente distribucioacuten
porcentual seguacuten el despacho de cada una de las plantas involucradas en el proyecto
CAPIacuteTULO III
108
33
39
28
SupermetanolMetorSuper Octanos
Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del Muelle
Criogeacutenico
Debido a que se tiene conocimiento de los voluacutemenes despachados en buques
por FertiNitro actualmente en el Muelle Petroquiacutemico y el despachado por Metor
Supermetanol y Super Octanos por el Muelle Criogeacutenico se hace una proyeccioacuten del
porcentaje de produccioacuten mensual de despachos para el antildeo 2008 del Muelle
Petroquiacutemico cuando el proyecto se encuentre en operacioacuten De esta forma la
ocupacioacuten se puede decir que tendraacute la distribucioacuten mostrada en la Figura 26
17
3627
20
FertiNitroMetorSupermetanolSuper Octanos
Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro
CAPIacuteTULO III
109
La ventana operacional con la cual contaraacuten las plantas para el despacho de
sus productos seraacute al igual que en la actualidad de 72 horas contando con hasta 32
horas para el despacho De acuerdo a las velocidades maacuteximas de despacho
calculadas anteriormente se recrea un tiempo estimado de despacho al buque de cada
uno de los productos en la tabla 31
Se escogen capacidades de buques aproximadas debido a que de acuerdo a la
Tabla 12 cada buque presenta capacidades diferentes ademaacutes que podriacutean cargar
menor cantidad de productos de lo que su capacidad total permite dependiendo de las
teacutecnicas de negociacioacuten que sean empleadas en la venta de los productos
Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques
METANOL
Metor METANOL
Supermetanol MTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Flujo maacutesico (TMh) 16105 13181 12301 11144 Buque de 10 MTM
Tiempo (h) 621 759 813 897
Buque de 15 MTM Tiempo (h)
931 1138 1219 1346
Buque de 20 MTM Tiempo (h)
1242 1517 1626 1795
Buque de 25 MTM Tiempo (h)
1552 1897 2032 2243
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
110
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
La seleccioacuten de tuberiacuteas principales se realizoacute de acuerdo al piping class
utilizado en el Muelle Petroquiacutemico pero debido a las altas exigencias de seguridad
de dicho muelle las cuales no son necesarias en las aacutereas externas al Muelle se hizo
la salvedad de permitir el uso de tuberiacutea con costura fuera del liacutemite de bateriacutea del
Muelle De esta forma la tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es
ASTM A-53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia hasta que
se obtengan los resultados del estudio de golpe de ariete del cual podriacutea resultar que
el rating necesario para las tuberiacuteas sea de 300 lbf Desde el punto de salida de las
plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del Muelle se utilizaraacute tuberiacutea tipo E (soldada con
resistencia eleacutectrica) y una vez dentro de los linderos del Muelle las tuberiacuteas deberaacuten
ser sin costura (Tipo S) al igual que las vaacutelvulas y los accesorios Las tablas 7 8 y 9
muestran las caracteriacutesticas de cada una de las liacuteneas
La seleccioacuten de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar se realizoacute conforme a que el
caacutelculo de los espesores miacutenimos requeridos en cada una de las liacuteneas reporta valores
de hasta 50 por debajo de la ceacutedula miacutenima comercial (Schedule 10) Luego de
aplicar un factor de seguridad riguroso se toma como alternativa tolerante la ceacutedula
estaacutendar en cada una de las liacuteneas (ver tablas 13 y 14)
El valor miacutenimo de presioacuten requerido en el punto final de la tuberiacutea de 12rdquo es
de 70 psig Dicho valor es necesario para que el fluido recorra el brazo de carga y
descargue al buque con una presioacuten de 20 psig
El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado a la
presioacuten de descarga de las bombas de cada planta que para todos los casos se tomoacute
la resentildeada en la hoja de especificaciones de cada bomba como presioacuten de operacioacuten
El caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las liacuteneas es un valor aproximado debido a
la carencia de informacioacuten definitiva acerca de las vaacutelvulas y accesorios que seraacuten
implementados en las liacuteneas Para la fecha de culminacioacuten de este Trabajo Especial
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
111
de Grado las empresas mixtas auacuten no teniacutean bien especificado los elementos de
control que se aplicaraacuten a las liacuteneas incluyendo asiacute el tipo de vaacutelvulas que seraacuten
empleados Los valores de caiacuteda de presioacuten que se reportan en el punto final de la
tuberiacutea de 12rdquo son mayores a los que se deberiacutea esperar para el momento de ejecucioacuten
del proyecto
El caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten primeramente se realizoacute mediante el uso de
la ecuacioacuten de Fanning utilizando el nuacutemero de Reynolds para el caacutelculo del factor
de friccioacuten Estos valores de caiacuteda de presioacuten se calcularon para cada uno de los
tramos de tuberiacutea reportaacutendose en las tablas 18 19 y 20
El segundo meacutetodo de caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten se realizoacute mediante la
corrida en PIPESIMreg de cada uno de los casos por separado de acuerdo al fluido que
transportariacutea cada liacutenea y la planta que manejariacutea dicho fluido Debido a que
PIPESIMreg es un simulador de produccioacuten de petroacuteleo se estudioacute la manera de incluir
Metanol MTBE e Iso-Octano al programa
Para el modelaje del comportamiento de viscosidad del metanol se empleoacute
Pedersen siendo eacuteste el que mejor se adaptaba al teoacuterico Los modelos de viscosidad
utilizados para MTBE e Iso-Octano a diferencia del Metanol se generaron a partir de
2 pares de valores de viscosidad y temperatura ingresados por el usuario con lo cual
el modelo de viscosidad se asemeja al teoacuterico en el rango de temperatura utilizado el
cual es cercano al de operacioacuten del proyecto
Para todas las configuraciones el valor de presioacuten en el punto final de las
tuberiacuteas de 12rdquo manejando el flujo de disentildeo se encuentra por debajo de 70psig con
un margen de hasta 25 psi (como se reporta en las tablas 25 26 27 y 28) tanto en los
caacutelculos con la ecuacioacuten de Fanning como los generados por el simulador
Se compararon los valores de presioacuten reportados en cada una de las corridas
y se pudo apreciar la similitud de eacutestos con los calculados con la ecuacioacuten de
Fanning se puede apreciar que la divergencia entre valores de presioacuten reportados en
las tablas 26 27 28 y 29 no es significativa los valores maacutes distantes reportan un
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
112
desviacioacuten de hasta 14 Los valores generados por el simulador se consideraron con
mayor exactitud debido a que el simulador hace caacutelculos de los valores de viscosidad
y presioacuten a cada uno de los intervalos en los cuales se separa la longitud total de la
tuberiacutea lo cual no se hace en la ecuacioacuten de Fanning
Los valores finales de presioacuten correspondientes a Metanol MTBE e Iso-
Octano presentan porcentajes de divergencia menores al 8 lo que se puede atribuir
al hecho que los fluidos son ingresados a un simulador de hidrocarburos lo cual trae
consecuencias ya que la viscosidad del fluido a pesar de presentar valores cercanos a
los teoacutericos fueron calculados con correlaciones para petroacuteleo
Debido a que los valores generados por el simulador al final de la tuberiacutea de
12rdquo son inferiores a 70 psig (operando con el flujo de disentildeo) se realizaron anaacutelisis
de sensibilidad a cada una de las liacuteneas variando los valores del flujo de salida de la
bomba Es debido a este factor limitante que los flujos de disentildeo no son alcanzados
en las configuraciones como se muestra en la tabla 29 Los flujos que operaraacuten las
liacuteneas para mantener la condicioacuten limitante se encuentran entre 15 y 18 por debajo
del flujo de disentildeo
Los valores de flujo conseguidos al aplicar el anaacutelisis de sensibilidad a las
liacuteneas se encuentran por encima del que se espera al momento de ejecutar el proyecto
debido a que no se incluye la peacuterdida de presioacuten debido a las vaacutelvulas que seraacuten
conectadas a las liacuteneas Los valores de flujo obtenidos en este anaacutelisis no deberaacuten ser
tomados como valores reales sino como valores maacuteximos de operacioacuten de las
configuraciones
Referente a la ocupacioacuten del muelle se puede notar que auacuten para el caso maacutes
desfavorable el despacho de Iso-Octano a un buque de gran tamantildeo (menor
velocidad de flujo) el tiempo de carga es menor a 24 horas como se puede observar
en la tabla 31 Seguacuten experiencias actuales se conoce que los tiempos de despacho
se encuentran entre 15 y 32 horas dependiendo de la capacidad de los buques y de la
velocidad de bombeo La tasa maacutexima de bombeo hacia el Muelle Criogeacutenico en la
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
113
actualidad es de 1000 m3h con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten
los tiempos de despacho
En cuanto a las necesidades de ocupacioacuten de cada usuario (Metor
Supermetanol Super Octanos y FertiNitro) en el Muelle Petroquiacutemico se observa
que es Metor quien tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten Supermetanol y Super
Octanos seguiraacuten en cuanto al nivel de necesidad y seraacute FertiNitro quien menos
requiera del uso del Muelle ya que esta uacuteltima empresa tiene despachos mensuales de
uno a dos buques y las otras plantas tienen despachos de 4 oacute 5 buques mensuales En
la figura 26 se aprecian los porcentajes de distribucioacuten de cada una de las plantas
esperados en el momento cuando entre en vigencia el uso del Muelle Petroquiacutemico de
Jose para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
CONCLUSIONES
114
CONCLUSIONES
A continuacioacuten se presentan las principales conclusiones resultantes del
estudio de este Trabajo Especial de Grado
bull La tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es ASTM A-
53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia
Desde el punto de salida de las plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del
Muelle seraacute tuberiacutea Tipo E (soldada con resistencia eleacutectrica) y
dentro de los linderos del Muelle seraacute Tipo S (sin costura)
bull El factor limitante de la velocidad de flujo en cada una de las
configuraciones es una presioacuten igual a 70 psig reportado al final de
la tuberiacutea de 12rdquo
bull El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado
a la presioacuten de operacioacuten de las bombas
bull Los valores de caiacuteda de presioacuten resultantes son valores aproximados
de igual forma sucede con los valores de flujo eacutestos deberaacuten ser
tomados como valores maacuteximos de despacho
bull La simulacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en cada una de las liacuteneas se
realizoacute con PIPESIMreg la inclusioacuten de Metanol en la configuracioacuten se
hizo siguiendo el modelo de fluido composicional mientras que el
modelo utilizado para la inclusioacuten de MTBE e Iso-Octano fue black
oil
bull Los valores de presioacuten reportados en las corridas y los calculados con
la ecuacioacuten de Fanning presentaron una desviacioacuten porcentual menor
al 15 comparativamente entre los dos modelos Se consideran con
mayor exactitud los valores generados por el simulador
CONCLUSIONES
115
bull Los valores finales de presioacuten a la entrada del brazo de carga son
menores a 70psig en operacioacuten con el flujo de disentildeo
bull La velocidad de flujo con mayor operatividad en cada uno de los
casos es menor que los flujos de disentildeo de cada una de las liacuteneas en
un rango menor al 18 en todos los casos
bull Los brazos de carga a utilizar en las instalaciones del Muelle
Petroquiacutemico de Jose seraacuten de 12rdquo con facilidades para retorno de
vapores
bull El tiempo maacuteximo de carga de los buques con capacidades de hasta
25000TM son 24 horas
bull Con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten los tiempos
de despacho a los buques de Metanol MTBE e Iso-Octano con
respecto al sistema actual
bull Metor tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten del Muelle
Petroquiacutemico Supermetanol y Super Octanos seguiraacuten en cuanto al
nivel de necesidad y FertiNitro seraacute quien tenga menor requerimiento
de uso del Muelle
RECOMENDACIONES
116
RECOMENDACIONES
Realizar el estudio de golpe de ariete para evaluar la necesidad de
proteccioacuten mecaacutenica de las liacuteneas asiacute como de las vaacutelvulas y accesorios
Una vez obtenida la disposicioacuten de todos los elementos de control que
seraacuten instalados en las liacuteneas agregar la peacuterdida de presioacuten causada debido
a las vaacutelvulas y accesorios para luego recalcular los flujos de despacho en
cada una de las configuraciones
Incluir en los procedimientos operacionales del Muelle Petroquiacutemico de
Jose la implementacioacuten de programas de inspeccioacuten y mantenimiento de
las liacuteneas involucradas en el proyecto asiacute como vaacutelvulas accesorios
brazos de carga sistema de alivio de vapores
Escoger la mejor opcioacuten para la disposicioacuten de liacutequidos y vapores
generados en el proceso de despacho de buques (instalacioacuten de tanques de
alivio disposicioacuten de fluidos hacia el flare o la instalacioacuten de la liacutenea de
retorno hacia la planta de Super Octanos)
Asegurar la posibilidad de control de las vaacutelvulas localizadas en los brazos
de carga M503 M-504 y M-505 tanto por Metor como por Supermetanol
Incluir en los procedimientos operacionales toda la logiacutestica a seguir para
realizar el lavado (Flushing) con agua de los tanques de almacenamiento de
los buques asiacute como la inertizacioacuten de eacutestos en caso de ser necesario
RECOMENDACIONES
117
Estudiar el suministro y conexioacuten de nitroacutegeno en el estribo del Muelle
para el desalojo de las liacuteneas y en caso de ser necesario la inertizacioacuten de
los tanques de almacenamiento de los buques
Realizar la clausura de las liacuteneas existentes en el Muelle Criogeacutenico de
manera adecuada asiacute como la recoleccioacuten de los activos pertenecientes a
las empresas mixtas y Pequiven en dicho Muelle
Tramitar la permisologiacutea ante los entes gubernamentales para la aprobacioacuten
del proyecto
BIBLIOGRAFIacuteA
118
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
[1] ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31 Capiacutetulo II
[2] Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico
9na edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
[3] Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
[4] Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Tomo II
Meacutexico Edit Mc Graw Hill 1992
[5]Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpip
esim_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
[6] Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1979
BIBLIOGRAFIacuteA
Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico 9na
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
Barberii EE El Pozo Ilustrado 3ra edicioacuten Caracas PDVSA 1985
Branan Carl R Soluciones praacutecticas para el Ingeniero Quiacutemico 2da
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 2000
Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1992
Reza Garciacutea Clemente Flujo de fluidos en vaacutelvulas accesorios y tuberiacuteas
Crane Co Meacutexico Mc Graw Hill 1990
BIBLIOGRAFIacuteA
119
Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc Graw
Hill 1979
The MW Kellogg Company Design of piping systems 2da edicioacuten Jhon
Wiley and sons
Paper SPE 20631 Xlao JJ Shoham O y Brill JP A comprehensive
Mechanistic Model for Two-Phase Flow in Pipelines Society of Petroleum
Engineers Inc University of Tulsa 1990
Paper SPE 20645 Z El-Oun Gas-Liquid Two-Phase Flow in Pipelines
Society of Petroleum Engineers Inc CALtec Limited Subsidiary of BHR Group Ltd
1990
Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
Tecnoconsult httpwwwtecnoconsultcom [consulta Noviembre 2005]
Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpipesi
m_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
PDVSA httpwwwinteveppdvcomsantppquimicosind_productoshtm
[consulta diciembre 2005]
Wipedia httpeswikipediaorgwikiGolpe_de_ariete [consulta Mayo
2006]
ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31
PDVSA No L-TP- 15 Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Manual de Ingenieriacutea
de Disentildeo Volumen 13-III Procedimiento de Ingenieriacutea
PDVSA No MDP-02-FF-03 Flujo en Fase Liacutequida Manual de Disentildeo de
Proceso Flujo de fluidos
BIBLIOGRAFIacuteA
120
PDVSA Especificaciones teacutecnicas de Materiales y de Construccioacuten
PDVSA Higiene Industrial Iacutendice general de productos quiacutemicos
GLOSARIO
121
GLOSARIO
Black Oil petroacuteleo negro
Data sheet hoja de especificaciones
Flare mechurrio
Pipe rack corredor de tuberiacutea casillero de tubos
Piping class Tipo de tuberiacutea
Rating capacidad nominal
Schedule ceacutedula o calibre
Source fuente
ANEXO 1
122
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano
El anexo 1 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Iso-Octano del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 2
123
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol
El anexo 2 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Metanol del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 3
124
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE
El anexo 3 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al MTBE del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
RESUMEN
iv
Rojas U Carelia J
DISENtildeO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE PARA EL DESPACHO DE METANOL MTBE E ISO-OCTANO A TRAVEacuteS
DEL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
Tutor Acadeacutemico Profa Dr Noacutelides Guzmaacuten Tutores Industriales Ing Gehu
Poreza Ing Regina Salazar Tesis Caracas UCV Facultad de Ingenieriacutea
Escuela de Ingenieriacutea de Petroacuteleo Antildeo 2006 124 p
Palabras Claves Tuberiacuteas Horizontales Simulacioacuten de Tuberiacuteas Programa
Pipesimreg2003
Resumen En la industria petroquiacutemica ademaacutes de los procesos mediante
los cuales se obtienen los diversos productos es de vital importancia el control sobre
el sistema de despacho de eacutestos El presente Trabajo Especial de Grado se realiza con
el fin de disentildear el sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose utilizando
como herramienta el software PIPESIMreg Se generan soluciones praacutecticas para la
empresa mediante el desarrollo de un disentildeo a grandes rasgos con la ayuda del
simulador permitiendo la caracterizacioacuten de los principales paraacutemetros asiacute como el
caacutelculo de las principales variables del proceso de transporte de los productos a cargar
a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico del Complejo Industrial Joseacute Antonio Anzoaacutetegui
De igual forma se estudian las opciones ocupacionales para el mencionado muelle
una vez sea puesto en marcha el proyecto que involucra el presente trabajo
RESUMEN
IacuteNDICE GENERAL
v
IacuteNDICE GENERAL
RESUMEN iv
IacuteNDICE GENERAL v
IacuteNDICE DE TABLAS x
NOMENCLATURA xi
INTRODUCCIOacuteN 1
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3
OBJETIVOS 4
METODOLOGIacuteA 5
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL 7 11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA 7
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA 7 112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE 7 113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN 9 114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI 9
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR) 9 1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE (FERTINITRO) 10 1143 SUPERMETANOL 10 1144 SUPER OCTANOS 11 1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE 11
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE 13
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA 14
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS 14 1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS 14 1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS 17
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS 19 1221 BALANCE DE ENERGIacuteA 19
12211 Balance total de energiacutea 19 12212 Balance de energiacutea mecaacutenica 21 12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema 21
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS 22 12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares 22
IacuteNDICE GENERAL
12222 Flujo incompresible 22 12223 Tuberiacuteas circulares 22 12224 Fluidos no newtonianos 25 12225 Flujo no isoteacutermico 28 12226 Flujo turbulento 29 12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales) 30 12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento 31 12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar 31 122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas 31 122211 Accesorios y vaacutelvulas 32
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS 33 1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS 33
12311 Desplazamiento 34 12312 Fuerza centriacutefuga 34
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA 35 1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS 35
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS 36 1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN 36 1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS 37
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos 38 1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL CARBONO Y ACERO INOXIDABLE 40
12431 Tubos y tuberiacuteas 41 12432 Juntas 42 12433 Codos y accesorios 43 12434 Vaacutelvulas 44
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS 46 12441 Seguridad 46 12442 Condiciones de disentildeo 46 12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas 48 12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos 49 12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas 50 12446 Soportes de tuberiacuteas 54 12447 Golpe de Ariete 56
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN 57 12451 Soldadura 57 12452 Doblado y formacioacuten 57 12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico 58
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA PIPESIMreg2003 58
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades 58 132 Modelaje de flujo multifaacutesico 58 133 Modelos de Fluido 59 134 Certeza del tipo de flujo 59 135 Disentildeo de equipos de superficie 59 136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea 60
IacuteNDICE GENERAL
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO 61 21 CONDICIONES DE DISENtildeO 61
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 61 212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS 62 213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO JOSE 63 214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS 63
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS 68
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS 68 2211 Metor 68 2212 SuperMetanol 74 2213 MTBE de Super Octanos 75 2214 IsoOctano de Super Octanos 77
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE 79
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO 79
CAPIacuteTULO III RESULTADOS 83
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED 83
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA FRICCIOacuteN EN
LAS TUBERIacuteAS 85
321 ECUACIOacuteN DE FANNING 86 322 PIPESIMreg 91
3221 Metor 91 3222 Supermetanol 96 3223 MTBE de Super Octanos 99 3224 Iso-Octano de Super Octanos 102
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS 104
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 110
CONCLUSIONES 114
RECOMENDACIONES 116
BIBLIOGRAFIacuteA 118
GLOSARIO 121
IacuteNDICE GENERAL
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano 122
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol 123
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE 124
IacuteNDICE DE FIGURAS
ix
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute Antonio Anzoaacutetegui 8
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui 11
Figura 3 Diagrama de corte 15 Figura 4 Diagrama de Moody 23 Figura 5 Curva de flujo general 26 Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor 69 Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor) 70 Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor 70 Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor 71 Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor 72 Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor 73 Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol 74 Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de
Super Octanos 76 Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de
Super Octanos 77 Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de
Super Octanos 78 Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el
Muelle Petroquiacutemico Jose 80 Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor 92 Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h 94 Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor) 95 Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h 96 Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h 98 Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol) 99 Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE) 101 Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano) 103 Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del
Muelle Criogeacutenico 108 Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro 108
IacuteNDICE DE TABLAS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose 12 Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales 23 Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta 33 Tabla 4 Propiedades de los fluidos 61 Tabla 5 Sistema de Bombeo 62 Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose 63 Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo) 64 Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo 65 Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo 66 Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios67 Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga 81 Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9 82 Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura 84 Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura 84 Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura 85 Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol 88 Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas propiedad de Super Octanos 89 Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas
Principales 89 Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo 90 Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo 90 Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor 93 Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
Supermetanol 97 Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE 100 Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
IsoOctano 102 Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor 104 Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de
Supermetanol 104 Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE 105 Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano 105 Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos 106 Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico 107 Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques109
NOMENCLATURA
xi
NOMENCLATURA
c= suma de tolerancias dejadas por la corrosioacuten la erosioacuten y cualquier profundidad de la muesca o estriado (-)
Cv = coeficiente de flujo en la vaacutelvula que pasa bajo una caiacuteda de presioacuten de l psi
cv= calor especiacutefico del fluido (BTUlbdegR)
D= diaacutemetro del conducto (ft)
d= diaacutemetro interno de la vaacutelvula (ft)
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea (ft)
dudy= gradiente de velocidad (1s)
E= factor de calidad (-)
F= peacuterdida por friccioacuten (ftlbflb)
f= factor de friccioacuten de Fanning (-)
G= velocidad maacutesica media (lbsft2)
g= aceleracioacuten local debido a la gravedad (322 fts2)
gc= constante dimensional (3217 lbftlbfs2)
hv= carga de velocidad (ft)
i= entalpiacutea especiacutefica (BTUlb)
J= equivalente mecaacutenico de calor (ftlbfBTU)
K= iacutendice de consistencia (lbfsnft2)
K1= cantidad de cargas de velocidad (fts)
L= dimensioacuten lineal caracteriacutestica del canal de flujo (ft)
L1= longitud del conducto (ft)
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes (ft)
Le= longitud equivalente (ft)
n= exponente (-)
nacute= exponente de la ley de potencia (-)
NRe = nuacutemero de Reynolds (-)
P= presioacuten de disentildeo (lbfft2)
p= presioacuten absoluta (lbfft2)
p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba (lbfft2)
p2= presioacuten estaacutetica corriente abajo (lbfft2)
NOMENCLATURA
Q= calor agregado (BTU)
q= flujo volumeacutetrico del fluido (ft3s)
r= radio (ft)
RH= radio hidraacuteulico medio (ft)
rw= radio de la tuberiacutea (ft)
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales (lbfft2)
s= entropiacutea especiacutefica (BTUlb degR)
SE= esfuerzo permisible (lbfft2)
Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto (-)
tm= espesor miacutenimo de pared (ft)
u= energiacutea interna especiacutefica (BTUlb)
U= distancia de anclajes (ft)
v= volumen especiacutefico (ft3lb)
V= velocidad lineal media (fts)
vprom= volumen especiacutefico promedio (ft3lb)
v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba (ft3lb)
v2= volumen especiacutefico en condiciones corriente abajo (ft3lb)
W= trabajo externo neto (lbfft)
We= trabajo proporcionado por una fuente externa (lbfft)
y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser absorbida por el sistema (ft)
Z= altura por arriba de cualquier plano de referencia horizontal arbitrario (ft)
Siacutembolos griegos Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica (lbfft2)
ΔTa= aumento global de la temperatura (degF)
ε= aspereza de la superficie interna del canal (ft)
η= viscosidad plaacutestica (lbfts)
μ= viscosidad dinaacutemica (lbfts )
μa= viscosidad aparente (lbfts )
ν =viscosidad cinemaacutetica (ft2s)
NOMENCLATURA
θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la horizontal (ordm)
ρ= densidad del fluido (lbft3)
ρprom= densidad promedio (lbft3)
τ= esfuerzo cortante (lbfft2)
τw= esfuerzo cortante en la pared (lbfft2)
τy= esfuerzo de cedencia (lbfft2)
ω= flujo en peso del fluido (lbs)
Abreviaturas ASME= The American Society of Mechanical Engineers
CS= Condiciones Standard
EOS= Equations of State
ERW= Electric Resistance Weld
MTBE= Metil Ter-Butil Eacuteter
MTMA= mil toneladas meacutetricas anuales
MTMM= mil toneladas meacutetricas mensuales
Soca= Super Octanos CA
Sumeca= Supermetanol CA
TAME= Ter-Amil Metil Eacuteter
INTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCIOacuteN
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) en la buacutesqueda de un despacho para
sus productos a traveacutes del puerto de su propiedad en el Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui se planteoacute el Proyecto ldquoFacilidades para el despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
En el complejo existen cuatro empresas mixtas FertiNitro Metanol de
Oriente (Metor) Supermetanol y Super Octanos de las cuales soacutelo la primera
descarga sus productos a traveacutes del muelle de Pequiven las otras empresas lo hacen a
traveacutes del Terminal de Almacenamiento y Embarque de Jose (TAEJ) lo cual es
necesario redireccionar
El referido proyecto consta de la instalacioacuten de todas las facilidades para el
despacho de productos (Metanol MTBE e Iso-Octano) a traveacutes del Muelle
Petroquiacutemico de Jose incluyendo la red de liacuteneas hidraacuteulicas y los brazos de carga en
el muelle para lo cual se hace necesario el levantamiento en campo de los datos
requeridos para llevar a cabo el disentildeo El desarrollo del proyecto consiste en la
Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten (IPC) para el despacho de los productos desde las
plantas Metor Supermetanol y Super Octanos hasta la plataforma de liacutequidos del
Muelle Petroquiacutemico de Jose lo cual a grandes rasgos comprende la instalacioacuten de
a) Cuatro liacuteneas y cuatro brazos de carga
b) Instalacioacuten de un tanque para contingencias en el proceso de carga
c) Una liacutenea que interconecte las tuberiacuteas de los brazos de Metanol para dar
la facilidad a Supermetanol y Metor de despachar tanto del lado Este como
Oeste
d) Una liacutenea de venteo de gases de MTBE Metanol Iso-Octano y sus
mezclas desde el Muelle hasta el cabezal del mechurrio existente
e) Interconexioacuten al sistema de tuberiacuteas existentes para servicios industriales
INTRODUCCIOacuteN
El presente Trabajo Especial de Grado tiene como objetivo el disentildeo del
sistema de transporte para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico de Jose basaacutendose en el uso del software PIPESIMreg
PIPESIMreg es un simulador con aplicaciones para tuberiacuteas que mediante el
suministro de algunos datos como flujo presioacuten temperatura propiedades fiacutesico-
quiacutemicas y termodinaacutemicas de los fluidos disentildeo de las tuberiacuteas ademaacutes de las
ecuaciones seleccionadas de acuerdo al fluido y variables a manejar arroja resultados
que permiten predecir tiempos oacuteptimos de carga de los buques asiacute como los efectos
que podriacutea causar sobre el sistema cualquier cambio operacional realizado
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) junto a las empresas mixtas que
laboran en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui deben habilitar las instalaciones del
Muelle Petroquiacutemico de Jose propiedad de Pequiven para lo cual se tiene previsto el
desarrollo de la Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten del proyecto ldquoFacilidades para el
Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de
Joserdquo que se encuentra en su fase inicial desde febrero de 2006 En la fase de
ingenieriacutea son muchas las interrogantes que se plantean las empresas mixtas acerca de
las caracteriacutesticas para el despacho que tendraacuten sus productos asiacute como la
implementacioacuten de diferentes configuraciones de tuberiacuteas para lograr un mayor
volumen de despacho o mejoras en la calidad de dicho despacho
Es asiacute como se plantea este Trabajo Especial de Grado direccionado hacia
la buacutesqueda de soluciones al disentildeo del sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de
despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose
utilizando como herramienta el software PIPESIMreg
Se elabora la simulacioacuten del sistema de transporte que se desea instalar en el
Muelle Petroquiacutemico de Jose para que sea eacutesta un modelo teoacuterico a seguir durante la
puesta en marcha del proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e
Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
OBJETIVOS
4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Disentildear el sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose utilizando
como herramienta el software PIPESIMreg
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Recopilar la informacioacuten de campo necesaria para la realizacioacuten del
disentildeo del proyecto
Disentildear el sistema de tuberiacuteas desde las Empresas Mixtas hasta los
brazos de carga ubicados en el Muelle Petroquiacutemico de Jose haciendo uso de
Pipesimreg2003
Disentildear las facilidades para el despacho de los productos hasta los
cargueros
Calcular los paraacutemetros y variables en cada una de las liacuteneas
Calcular la capacidad de despacho durante la ventana operacional para
cada uno de los productos
Calcular la capacidad operativa del muelle para el despacho
simultaacuteneo del mayor nuacutemero de cargueros
METODOLOGIacuteA
5
METODOLOGIacuteA
La metodologiacutea seguida en el presente Trabajo Especial de Grado se puede
recopilar en los siguientes puntos principales los cuales estaacuten separados por capiacutetulos
a lo largo del trabajo y presentan la siguiente estructura
El primer capiacutetulo correspondiente a los antecedentes explica los
principales aspectos de la empresa asiacute como la estructura participativa de Pequiven
Jose Luego se realiza el estudio de los principales aspectos teoacutericos involucrados en
ANTECEDENTES
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
DESARROLLO DEL DISENtildeO
Condiciones de disentildeo Revisioacuten del modelo ocupacional del Muelle
Disentildeo de tuberiacuteas
CAacuteLCULOS
AacuteNALISIS DE RESULTADOS
RESULTADOS
METODOLOGIacuteA
6
la elaboracioacuten de un disentildeo de sistema de transporte asiacute como la descripcioacuten del
software utilizado
Se explican las bases para la elaboracioacuten del disentildeo propiedades
involucradas y configuracioacuten de los elementos del proyecto Y por uacuteltimo se procede
al caacutelculo de las variables del disentildeo comparacioacuten entre modelos y estudio
operacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose
Se analizan los resultados obtenidos se generaraacuten conclusiones y se haraacuten
recomendaciones de acuerdo al estudio realizado
CAPIacuteTULO I
7
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL MARCO REFERENCIAL
11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA [3]
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA
Pequiven fue creada en 1977 asumiendo las funciones y operaciones de lo
que fuera el Instituto Venezolano de Petroquiacutemica (IVP) inaugurado en el antildeo 1955
Desde marzo de 1978 cuando se constituyoacute como filial de PDVSA Pequiven ha
vivido sucesivas etapas de reestructuracioacuten hasta llegar a convertirse en la
Corporacioacuten Petroquiacutemica de Venezuela
Su misioacuten es manufacturar y comercializar productos quiacutemicos y
petroquiacutemicos de alta calidad en el mercado nacional e internacional maximizando
el valor del gas y de las corrientes de refinacioacuten a fin de impulsar el desarrollo
industrial y agriacutecola del paiacutes
Su visioacuten es ser liacuteder en motorizar el desarrollo agriacutecola e industrial de
nuestro paiacutes ser reconocida en los mercados nacionales e internacionales por la
manufactura de productos quiacutemicos y petroquiacutemicos de alta calidad y a costos
competitivos
Estaacute integrada por tres Complejos Petroquiacutemicos El Tablazo en el estado
Zulia Moroacuten en el estado Carabobo y Jose en el estado Anzoaacutetegui Organizada en
Unidades de Negocio que atienden el desarrollo de tres liacuteneas de productos Olefinas
y sus derivados Fertilizantes y Productos Industriales Participa directamente en 16
Empresas Mixtas compuestas por socios nacionales e internacionales
112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE
El Complejo Jose ubicado en el estado Anzoaacutetegui costa oriental del paiacutes
es un desarrollo petroquiacutemico de Pequiven con gran futuro debido a la riqueza en gas
natural que posee la zona El Complejo tiene una superficie de 740 hectaacutereas donde se
han instalado las plantas de Super Octanos Metor Supermetanol y FertiNitro En la
CAPIacuteTULO I
8
figura 1 se puede observar una vista aeacuterea de las instalaciones del Complejo donde se
sentildealan los nombres de las calles que intervienen en el desarrollo del proyecto en
estudio
Ademaacutes de los servicios de agua electricidad gas generacioacuten de vapor y
otras instalaciones como las oficinas administrativas servicio de bomberos sistema
de intercomunicaciones cliacutenica industrial vigilancia sistema de disposicioacuten de
efluentes industriales mantenimiento todo ello para satisfacer las necesidades del
condominio
El desarrollo del complejo demuestra la experiencia y competitividad de
Pequiven cuya estructura empresarial no escatima esfuerzos en mantener actualizada
la capacidad de sus recursos humanos revisioacuten permanente de los procesos uso de la
tecnologiacutea de punta para fortalecer la productividad de sus plantas atencioacuten esmerada
consciente en la necesidad de conservar el ambiente y las relaciones interactivas y
comprometidas con el paiacutes
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui
Calle CCalle F
CAPIacuteTULO I
9
113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN
La decisioacuten gubernamental (1960) de permitir la participacioacuten asociada de
empresas venezolanas y extranjeras en el negocio petroquiacutemico fue muy acertada
Hoy esa modalidad empresarial ha fortalecido a Pequiven y ha logrado para el paiacutes
avances en tecnologiacutea y manufactura de productos petroquiacutemicos
Las ganancias generadas demuestran el progreso logrado por Pequiven y las
empresas mixtas respecto al aumento sostenido de la produccioacuten y diversificacioacuten de
productos como sigue
bull Olefinas y Plaacutesticos aacutecido clorhiacutedrico cloro dicloruro de etileno etileno
pirogasolina monoacutemero de cloruro de vinilo (MCV) cloruro de polivinilo (PVC)
polietileno de alta densidad polietileno de baja densidad polietileno lineal de baja
densidad polipropileno propileno y soda caacuteustica
bull Fertilizantes aacutecido fosfoacuterico aacutecido niacutetrico aacutecido sulfuacuterico amoniacuteaco
caprolactama fosfato diamoacutenico fosfato tricaacutelcico granulados de NPK nitrato de
potasio oleum roca fosfaacutetica solucioacuten de amoniacuteaco sulfato de amonio sulfato de
sodio urea
bull Productos Industriales alquilbencenos taacutelico anhiacutedrido benceno-tolueno-
xileno (BTX) clorofluorometanos glicol de etilenos metanol MTBE oacutexido de
etileno polifosfato de sodio tetraacutemero de propilenotres
114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR)
El inicio de operaciones de la planta de produccioacuten de Metanol empresa
mixta Metanol de Oriente (Metor SA) representa una significativa contribucioacuten
para el proceso de industrializacioacuten del gran potencial de gas natural con el que
cuenta Venezuela Esta empresa tiene una composicioacuten accionaria representada por
CAPIacuteTULO I
10
Pequiven Mitsubishi Corporation y Mitsubishi Gas Chemical Empresas Polar e
International Finance Corporation
Esta planta tiene una capacidad instalada de 750 MTMA de Metanol
producto de amplio uso en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
El Metanol es un insumo para la manufactura de productos oxigenados
(MTBE y TAME) ampliamente cotizados para mejorar el octanaje de la gasolina y
las emisiones al ambiente El Metanol tambieacuten es materia prima para producir resinas
y otros compuestos quiacutemicos Asiacute mismo es producto final utilizado como solvente y
combustible Esta variedad de aplicaciones le otorga al Metanol un lugar fundamental
en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE
(FERTINITRO)
El objetivo de esta empresa es la venta de productos elaborados en las
plantas de Amoniacuteaco y Urea asiacute como sus subproductos tanto en Venezuela como en
el extranjero
Tiene como socios a la empresa Koch Industries con 35 de participacioacuten
Snamprogetti aporta 20 Empresas Polar un 10 y Pequiven 35
Esta empresa tiene una capacidad instalada estimada en 1200 MTMA de amoniacuteaco y
1460 MTMA de urea
1143 SUPERMETANOL
Esta empresa tiene como principal objetivo la produccioacuten de Metanol asiacute
como la venta de dicho producto y de sus subproductos principalmente en el
mercado internacional Empresa compuesta por Pequiven Ecofuel Metanol Holding
y Petrochemical Investment Ltd La capacidad estimada de produccioacuten asciende a
770 MTMA
CAPIacuteTULO I
11
1144 SUPER OCTANOS
Empresa compuesta accionariamente por Pequiven Ecofuel y el Banco de
Inversioacuten Mercantil Se encarga de la produccioacuten de MTBE asiacute como la venta y
comercializacioacuten de sus productos principalmente en el mercado internacional
Opera desde el antildeo 1991 y su capacidad estaacute alrededor de 550 MTMA En la figura 2
se observa una toma aeacuterea de la planta dentro del Complejo Antonio Joseacute Anzoaacutetegui
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui
1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE
Se encarga del suministro de aguas industriales al Complejo Jose ademaacutes
del agua potable agua para incendios y servicios de remocioacuten de aguas negras a las
plantas petroquiacutemicas instaladas en los terrenos propiedad de Pequiven dentro del
complejo Posee una capacidad estimada de 1300 litros por segundo
CAPIacuteTULO I
12
A continuacioacuten se presenta un resumen de la estructura participativa de las
principales empresas mixtas ubicadas en el Complejo Petroquiacutemico Jose
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose
CAPACIDAD PARTICIPACIOacuteN EMPRESAS PRODUCTOS
[MTMA] USOS SOCIOS
[] Formaldehiacutedo Pequiven 3750
Mitsubishi Corporation
2375 Componente de gasolina MTBE Mitsubishi Gas
Chemical 2375
Solvente Empresas Polar 10
Metor Metanol 750
Acido aceacutetico IFC 5 Formaldehiacutedo Pequiven 3451 Componente de gasolina MTBE
Ecofuel 3451
Acido aceacutetico Metanol Holding Ltd
1549 Supermetanol Metanol 770
Solvente Petrochemical Investment Ltd
1549
Pequiven 49 Ecofuel 49
Super Octanos MTBE 550 Componente oxigenado de gasolina
Banca de Inversioacuten Mercantil
2
Pequiven 35 Amoniacuteaco 1200
Koch Industries 35 Snamprogetti 20 FertiNitro
Urea 1460 Fertilizante
Empresas Polar 10
CAPIacuteTULO I
13
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
El Muelle Petroquiacutemico de Jose es el proyecto de infraestructura maacutes
reciente realizado por Pequiven para exportar los productos petroquiacutemicos de las
plantas que operan y se proyectan en el oriente del paiacutes
La obra construida a un costo de 150 millones de doacutelares estaacute destinada a la
exportacioacuten de urea polietilenos amoniacuteaco etileno etilenglicol dietilenglicol
metanol MTBE y otros productos quiacutemicos de las plantas existentes Actualmente su
uso es destinado exclusivamente para el despacho de urea y amoniacuteaco El sistema de
carga de urea tiene capacidad para despachar 1000 toneladas meacutetricas por hora y el
de amoniacuteaco 1100 toneladas meacutetricas por hora
La obra estaacute disentildeada con posibilidades de ampliar las tuberiacuteas y brazos de
carga en etapas sucesivas sobre la plataforma existente sin afectar la operacioacuten
regular del muelle Dentro de dicho marco se encuentra el proyecto referido en este
Trabajo Especial de Grado Adicionalmente el disentildeo permite la construccioacuten de una
segunda plataforma y extender el muelle de contenedores
El embarcadero tiene una plataforma de soacutelidos para despachar urea con
capacidad para el atraque simultaacuteneo de un buque y otro de contenedores La
plataforma de liacutequidos estaacute dispuesta para el atraque de dos naves con productos
petroquiacutemicos En una tercera plataforma de servicios pueden atracar dos
remolcadores y una lancha de pasajeros la cual dispone de una daacutersena de 60
hectaacutereas a una profundidad de 14 metros A las plataformas del muelle tendraacuten
acceso buques de hasta 65 mil toneladas de peso muerto
El puente marino de concreto armado y pretensado de maacutes de 1500 metros
de longitud sostiene las plataformas y sirve de conexioacuten con todos los servicios hasta
la costa Descansa sobre pilotes metaacutelicos de 36 y 48 pies
CAPIacuteTULO I
14
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS
1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS [4]
Un fluido es una sustancia que sufre una deformacioacuten continua cuando estaacute
sujeta a un esfuerzo cortante La resistencia que un fluido real ofrece a tal
deformacioacuten se conoce con el nombre de viscosidad del fluido Para gases y liacutequidos
simples (bajo peso molecular) la viscosidad es constante cuando se fijan la presioacuten
estaacutetica y la temperatura Los materiales de este tipo se denominan newtonianos
Un fluido ideal o perfecto es un gas o liacutequido hipoteacutetico que no ofrece
resistencia al corte y tiene viscosidad cero En la mayor parte de los problemas de
flujo se obtienen resultados incorrectos al despreciar la viscosidad pero en los
mismos problemas pueden utilizarse las relaciones presioacuten-volumen-temperatura para
gases ideales
Si la viscosidad de un fluido es una funcioacuten del esfuerzo cortante
equivalente a la razoacuten de corte ademaacutes de la temperatura y presioacuten el fluido se
denomina no newtoniano Los fluidos no newtonianos se dividen generalmente en 3
clases
1) Aquellos cuyas propiedades son independientes del tiempo cuando son
sometidos a corte tales como
a) Fluidos plaacutesticos de Bingham probablemente son los fluidos
no newtonianos maacutes simples ya que soacutelo difieren de los fluidos newtonianos
en que su relacioacuten lineal entre el esfuerzo cortante y la razoacuten de corte no
parten del origen como se ilustra en curva B de la figura 3 se requiere un
esfuerzo cortante τy finito para que haya flujo Entre los ejemplos que pueden
citarse para un fluido que exhibe comportamiento plaacutestico de Bingham se
incluyen suspensiones de arena o granos y lodo de aguas negras
b) Fluidos pseudo plaacutesticos aquiacute se incluyen la mayor parte de los
fluidos no newtonianos entre los que se encuentran las soluciones polimeacutericas
CAPIacuteTULO I
15
o fundiciones y suspensiones de pulpa de papel o pigmentos En la figura 3 se
muestra la curva C tiacutepica del flujo de estos materiales
Figura 3 Diagrama de corte
Para estos fluidos la viscosidad disminuye a medida que aumenta el esfuerzo
de corte aplicado En general la curva de flujo en un intervalo de razoacuten de
corte puede aproximarse a la forma de la liacutenea recta en un diagrama
logariacutetmico con lo cual se tiene
1ltn con dydu
dyduK =
n 1minus
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛τ
Ec 1
Donde τ= esfuerzo cortante dudy= gradiente de velocidad K= iacutendice de
consistencia y n= exponente
c) Fluidos dilatantes son los que exhiben un comportamiento
reoloacutegico opuesto al de los materiales pseudo plaacutesticos es decir la viscosidad
aumenta a medida que aumenta el esfuerzo de corte aplicado Algunos
ejemplos de estos materiales son suspensiones de almidoacuten o mica en agua o
arenas movedizas
2) Aquellos cuyas propiedades son dependientes de la duracioacuten del corte
Incluye los materiales para los cuales el esfuerzo cambia con la duracioacuten de
esfu
erzo
cor
tant
e τ
τy
Plaacutestico de Bingham
Pseudoplaacutestico
Dilatante
Newtoniano A
B
C
D
Razoacuten de corte dudy
CAPIacuteTULO I
16
corte Se excluyen los cambios que podriacutean producirse por rompimiento
mecaacutenico o destruccioacuten de partiacuteculas o enlaces moleculares
a) Fluidos tixotroacutepicos son los que poseen una estructura que puede
sufrir un trastorno en funcioacuten del tiempo bajo corte Cuando la estructura sufre
alguacuten trastorno bajo una razoacuten de corte constante el esfuerzo cortante
decrece Esta estructura puede reconstruirse a siacute misma si cesa la fuerza
aplicada sobre el material Ejemplos de este tipo de fluidos son la mayonesa
lodo de perforacioacuten pinturas y tintas
b) Materiales reopeacutecticos son los que incrementan su viscosidad aparente
con mucha rapidez cuando son agitados o golpeados riacutetmicamente Algunos
ejemplos de estos materiales son las suspensiones coloidales de bentonita y
pentoacutexido de vanadio y las suspensiones de yeso en agua
3) Fluidos viscoelaacutesticos son aquellos que exhiben muchas de las caracteriacutesticas
de un soacutelido exhiben recuperacioacuten elaacutestica de la deformacioacuten que sufren
durante el flujo Los liacutequidos polimeacutericos forman la mayor parte de los fluidos
de esta clase En este tipo de fluidos tienen lugar esfuerzos normales es decir
esfuerzos perpendiculares a la direccioacuten de flujo ademaacutes de los esfuerzos
tangenciales usuales Estos esfuerzos provocan varios efectos no usuales por
ejemplo el ldquoefecto Weissenbergrdquo en que el fluido tiende a escalar un eje que
se encuentra girando en el fluido Las ecuaciones desarrolladas para fluidos
pseudo plaacutesticos se pueden aplicar para flujo de fluidos visco elaacutesticos en
estado estacionario no acelerado las propiedades elaacutesticas se manifiestan en
forma general como ldquoefectos terminalesrdquo
La unidad de viscosidad dinaacutemica (μ) en el sistema internacional (SI) es el
pascal-segundo (Pas) Un Pas es igual a 10 Poise 1000 centipoises (cP) o 0672
lb(fts)
CAPIacuteTULO I
17
La viscosidad cinemaacutetica (ν) de un fluido de densidad ρ y viscosidad μ es
ν=μρ Una unidad de viscosidad cinemaacutetica denominada stoke (St) es igual a
1cm2s La fluidez es el reciacuteproco de la viscosidad
1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS [4]
Se dice que un flujo es estacionario si no variacutea con el tiempo es decir
cuando la velocidad del flujo de masa es constante y todas las demaacutes cantidades
(temperatura presioacuten aacuterea transversal) son independientes del tiempo Por el
contrario se dice que un flujo es no estacionario cuando la velocidad de flujo de
masa yu otras cantidades variacutean en funcioacuten del tiempo El flujo no estacionario
puede originarse por la accioacuten de una vaacutelvula de control de una maquinaria
reciprocante o por tratarse de un flujo compuesto de dos fases inestables
Se dice que un flujo es acelerado si no es estacionario o si su velocidad
variacutea en la direccioacuten general del flujo Gran cantidad de efectos asociados con fluidos
visco elaacutesticos no newtonianos ocurren por lo general en flujo acelerado
Se dice que una corriente es uniforme si la forma y el tamantildeo de su seccioacuten
transversal son iguales a lo largo del canal Se dice que la temperatura o velocidad es
uniforme a lo largo de una regioacuten cuando tiene el mismo valor en todas sus partes en
un instante dado
La velocidad maacutesica media (G) de una corriente que pasa por una seccioacuten
transversal dada tomada en sentido perpendicular a la direccioacuten comuacuten del flujo que
pasa por el aparato es el cociente del flujo maacutesico entre el aacuterea de la seccioacuten
transversal dada A lo largo de un canal con un aacuterea de seccioacuten transversal uniforme
la velocidad media de masa es constante a menos que exista una acumulacioacuten o
agotamiento de material dentro de canal Cuando se estaacute considerando el flujo que
pasa por un haz de tubos o un lecho de soacutelidos se utiliza el teacutermino velocidad maacutesica
superficial para identificar la cantidad obtenida al dividir el flujo maacutesico entre el aacuterea
CAPIacuteTULO I
18
total de la seccioacuten transversal de la caacutemara circundante (sin restar la parte
correspondiente al corte transversal ocupado por las obstrucciones)
La velocidad lineal media (V) de una corriente que pasa por cualquier
seccioacuten transversal dada se toma usualmente como la cantidad obtenida cuando la
velocidad maacutesica media correspondiente se divide entre la densidad promedio en la
seccioacuten transversal dada A menos que le flujo sea isoteacutermico el teacutermino velocidad
lineal media no se puede interpretar salvo que se defina con precisioacuten la regla que se
eligioacute para determinar la densidad promedio En consecuencia siempre que sea
posible es preferible manejar el flujo no isoteacutermico en funcioacuten de la velocidad de
masa La velocidad lineal superficial corresponde a la velocidad superficial maacutesica
La carga de velocidad ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
cgV
22
es la carga estaacutetica equivalente a la
energiacutea cineacutetica de una corriente de velocidad uniforme V
Un nuacutemero de Reynolds (NRe) es cualquiera de varias cantidades
adimensionales de la forma μρLV que son proporcionales a la razoacuten de la fuerza
inercial a la fuerza viscosa en un sistema de flujo En este caso L= dimensioacuten lineal
caracteriacutestica del canal de flujo
Se puede predecir la transicioacuten de flujo turbulento a laminar en fluidos no
newtonianos de acuerdo con el concepto del nuacutemero de Reynolds Se toma como
reacutegimen laminar NRelt 2100 y para reacutegimen turbulento NRe gt 4000
El radio hidraacuteulico medio (RH) de un canal es igual al aacuterea de la seccioacuten
transversal de esa parte del canal que estaacute llena con fluido dividida entre la longitud
del periacutemetro huacutemedo El radio hidraacuteulico de una tuberiacutea circular es un cuarto del
diaacutemetro de donde en el caso de un ducto no circular se dice que el diaacutemetro
hidraacuteulico es cuatro veces el radio hidraacuteulico
La liacutenea aerodinaacutemica se define como aquella que queda en la direccioacuten del
flujo en cada uno de los puntos en un instante dado El flujo laminar se define como
aquel en el que las liacuteneas aerodinaacutemicas se mantienen bien definidas unas de otras en
CAPIacuteTULO I
19
toda su longitud Las liacuteneas aerodinaacutemicas no deben ser rectas necesariamente ni el
flujo constante siempre y cuando se satisfaga el criterio antes citado Este tipo de
movimiento se conoce tambieacuten con los nombres de flujo aerodinaacutemico o viscoso
Un flujo laminar con NRe lt 1 se conoce como flujo lento o flujo reptante
En este tipo de flujo se puede despreciar la fuerza inercial relativa a la fuerza viscosa
Si el nuacutemero de Reynolds de un sistema excede al nuacutemero criacutetico de
Reynolds casi siempre sucede que el movimiento no es laminar en toda la longitud
del canal sino que se generan turbulencias en la zona inicial de inestabilidad que se
extienden raacutepidamente por todo el fluido produciendo con ello una perturbacioacuten en el
patroacuten general de flujo El resultado es una turbulencia del fluido superpuesta al
movimiento primario de traslacioacuten generando lo que se conoce como flujo
turbulento
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS
1221 BALANCE DE ENERGIacuteA [4]
12211 Balance total de energiacutea
Consideacuterese una unidad de peso de fluido en un sistema de flujo y sean
i=entalpiacutea especiacutefica J= equivalente mecaacutenico de calor s= entropiacutea especiacutefica
u=energiacutea interna especiacutefica v= volumen especiacutefico Z= altura por arriba de cualquier
plano de referencia horizontal arbitrario En este caso la energiacutea potencial relativa al
nivel de referencia elegido es cg
Zg la energiacutea total cineacutetica es cg
V2
2 y la energiacutea
total de la unidad de peso de fluido es ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ ++
cc gV
gZgJu 2
2 Para un flujo
estacionario del fluido no se tendraacute ninguna acumulacioacuten o deficiencia ya sea de eacuteste
o de la energiacutea dentro del sistema y la energiacutea total del mismo se alteraraacute soacutelo
CAPIacuteTULO I
20
agregando o quitando calor de eacuteste o aplicando cualquier trabajo externo sobre el
sistema Por tanto
WJQg
Vg
gZJug
Vg
gZJucccc
+=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++minus⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++
22
211
1
222
2 Ec 2
donde los subiacutendices 1 y 2 indican las condiciones en la entrada y salida
respectivamente Q es el calor agregado utilizando fuentes externas al sistema W es
el trabajo externo neto aplicando a una libra de fluido mientras estaacute dentro del
aparato El teacutermino W se subdivide como sigue
eWvpvpW +minus= 2211 Ec 3
donde We= trabajo proporcionado por una fuente externa por ejemplo un ventilador
o una bomba
Si se combinan las ecuaciones 2 y 3 se obtiene
22
222
211
211
1 22vp
gV
ggZJuWJQvp
gV
ggZJu
cce
cc
+++=+++++ Ec 4
Esta expresioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica se denomina a menudo
balance global de energiacutea del teorema de Bernoulli En esta expresioacuten no se incluye
ninguacuten teacutermino de friccioacuten ya que eacuteste representa una conversioacuten de energiacutea
mecaacutenica en calor sin que el contenido general de energiacutea del sistema sufra cambio
alguno
Los teacuterminos de energiacutea cineacutetica de las ecuaciones antes citadas se aplican
estrictamente soacutelo cuando la velocidad a traveacutes de una seccioacuten transversal dada es
uniforme Cuando se trata de un flujo turbulento en tuberiacuteas circulares el teacutermino
cgV
22 es de 3 a 8 por debajo del valor real en tanto que para un flujo laminar en
tuberiacuteas circulares el teacutermino de energiacutea cineacutetica apropiado es cg
V 2 que permite
cierto margen para la distribucioacuten de velocidad paraboacutelica
CAPIacuteTULO I
21
12212 Balance de energiacutea mecaacutenica
El cambio de energiacutea interna J du de una libra de fluido se expresa como
JT ds ndash p dv Si estaacuten presentes otras formas de energiacutea por ejemplo la eleacutectrica y
sufre un cambio tales formas deberaacuten incluirse tambieacuten La presencia de friccioacuten
hace que el proceso se torne irreversible de donde JT ds = J dq + dF donde
F=peacuterdida de friccioacuten Tomando en consideracioacuten esta peacuterdida de friccioacuten y la
situacioacuten de irreversibilidad la ecuacioacuten de balance de masa se convierte en
cce
cc gV
ggZ
WFpvg
Vg
gZ22
222
2
1
211 +=+minuspartminus+ int Ec 5
La ecuacioacuten 5 se denomina forma de energiacutea mecaacutenica del teorema de
Bernoulli Para liacutequidos la integral int part2
1
pv se reduce a ( )12 ppv minus donde v es
praacutecticamente constante
12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema
Existe una distincioacuten real entre la caiacuteda de presioacuten y la peacuterdida por friccioacuten
La caiacuteda de presioacuten representa una conversioacuten de energiacutea de presioacuten en cualquier otra
forma de energiacutea mientras que la peacuterdida por friccioacuten representa una peacuterdida neta de
la energiacutea de trabajo total disponible que caracteriza al fluido Los dos teacuterminos se
relacionan entre siacute por medio de la ecuacioacuten 5
Hay dos meacutetodos para evaluar la caiacuteda general de presioacuten de un sistema si se
recurre a varias resistencias en serie El primer meacutetodo comprende el caacutelculo de la
caiacuteda de presioacuten de cada resistencia individual tomando en cuenta el signo algebraico
correspondiente y luego sumando todos los teacuterminos que componen el sistema total
El segundo meacutetodo consiste en calcular la peacuterdida por friccioacuten de cada resistencia
individual la suma de todos los teacuterminos particulares y la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 5
para obtener la caiacuteda de presioacuten general La suma de las caiacutedas de presioacuten puede
utilizarse en sistemas compuestos de liacuteneas ramificadas
CAPIacuteTULO I
22
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS [4]
12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares
En el caso de flujo laminar en tuberiacuteas circulares el patroacuten de velocidad tiene
forma paraboacutelica con una velocidad maacutexima en el centro e igual a dos veces la
velocidad promedio (V) La velocidad local (u) en cualquier punto de la seccioacuten
transversal estaacute expresada por
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
2
2
12wrr
Vu Ec 6
donde r= radio en el punto en cuestioacuten y rw= radio de la tuberiacutea
12222 Flujo incompresible
El flujo se consideraraacute como incompresible si la sustancia en movimiento es
un liacutequido o si se trata de un gas cuya densidad cambia dentro del sistema en un
valor no mayor de 10 En este caso se utiliza la densidad de entrada el error
resultante en la caiacuteda de presioacuten calculada no sobrepasaraacute por lo comuacuten los liacutemites de
incertidumbre del factor de friccioacuten
12223 Tuberiacuteas circulares
La ecuacioacuten de Fanning para flujo estacionario en tuberiacuteas circulares
uniformes que corren llenas de liacutequido en condiciones isoteacutermicas
52
21
522
21
2
211
21 3232
244
24
DgqfL
DgfL
gG
DfL
hDfL
gV
DfL
Fccc
vc πρπ
ωρ
==⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛= Ec 7
expresa la peacuterdida por friccioacuten F en energiacutea especiacutefica donde D= diaacutemetro del
conducto L1= longitud del conducto hv= carga de velocidad (V22gc) ω= flujo en
peso del fluido q= flujo volumeacutetrico del fluido f= factor de friccioacuten de Fanning La
caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten es Δp= Fρ
El factor de friccioacuten de Fanning f es una funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la
aspereza de la superficie interna del canal (ε) Una correlacioacuten que se utiliza con
mucha frecuencia es el diagrama de Moody que es una graacutefica del factor de friccioacuten
CAPIacuteTULO I
23
de Fanning en funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la aspereza relativa εD tal como se
muestra en la figura 4 En la tabla 2 se presentan valores de ε para varios materiales
Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales
Material Aspereza de superficie ε [mm]
Tubos estirados (latoacuten plomo vidrio y similares) 000152
Acero comercial o hierro 00457
Hierro fundido asfaltado 0122
Hierro galvanizado 0152
Hierro fundido 0259
Duelas de madera 0183 - 00914
Concreto 0305 - 305
Acero remachado 0914 - 914
Figura 4 Diagrama de Moody
CAPIacuteTULO I
24
El diagrama de Moody para flujo turbulento (NRe gt 4000) se representa por
medio de la ecuacioacuten de Colebrook
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
fNDf Re
51273
log21 ε Ec 8
La ecuacioacuten anterior se reduce a la ecuacioacuten de Prandtl cuando εD=0
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
fNf Re
2561log41 Ec 9
Para tuberiacuteas rugosas se aplica la ecuacioacuten de von Kaacutermaacuten
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛minus=
Df 73log41 ε Ec 10
Cuando se tiene especificada la velocidad del flujo el factor de friccioacuten
puede ser calculado mediante la ecuacioacuten 11
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
7log6031 ReN
f Ec 11
O para NRe le 105 mediante la ecuacioacuten de Blasius
41Re
07910N
f = Ec 12
Para flujo turbulento (NRe gt 4000) se han desarrollado las ecuaciones
siguientes expliacutecitas en las incoacutegnitas Para el caacutelculo del flujo
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+
minus=
f
f
gDSDv
D
gDSDq
78173
log22
ε
π Ec 13
donde Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto
(ΔpgcρgL)
CAPIacuteTULO I
25
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten se cuenta con la
ecuacioacuten
2
90Re
2
5
74573
log
2030
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
ND
qgSD f
ε Ec 14
el error introducido al aplicar esta ecuacioacuten es menor de plusmn1 para el intervalo
5x103 le NRe le 108 10-6 le εD le 102
Para el caacutelculo del diaacutemetro del ducto se tiene
200200
3
5250
2
5
2
5
1250⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
f
ff
gSqv
qgS
qgSD ε Ec 15
el error que se tiene al aplicar esta ecuacioacuten es menor que plusmn2 para el intervalo
3x103 le NRe le 3x108 2x10-6 le εD le 2x102
Para verificaciones o estimaciones aproximadas el concepto carga de
velocidad puede aplicarse a la primera de las dos formas de la ecuacioacuten 7
12224 Fluidos no newtonianos
Mediante la figura 5 es posible determinar la caiacuteda de presioacuten debida a la
friccioacuten para el flujo laminar de fluidos no newtonianos en tuberiacuteas circulares Eacutesta
muestra una curva de flujo tiacutepica en coordenadas cartesianas DΔp4L es el esfuerzo
cortante en la pared τw y 8VD es la relacioacuten para la razoacuten de corte en la pared
CAPIacuteTULO I
26
Figura 5 Curva de flujo general
La curva de flujo se determina a partir de pruebas de laboratorio o a pequentildea
escala con el fluido no newtoniano especiacutefico
En la regioacuten laminar la curva es independiente del diaacutemetro de la tuberiacutea en
el caso de fluidos no newtonianos independientes del tiempo Si el fluido depende del
tiempo se obtendraacute una curva por separado para cada diaacutemetro y longitud de tuberiacutea
Para plaacutesticos de Bingham la ecuacioacuten teoacuterica del flujo es
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
4
31
3418
w
y
w
ywcgDV
ττ
ττ
ητ Ec 16
Si 4
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
w
yτ
τ es relativamente pequentildea por ejemplo en caso de esfuerzos
cortantes grandes o caiacutedas de presioacuten la ecuacioacuten puede ser aproximada por
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus= yw
cgDV ττ
η 348 Ec 17
El error causado al omitir el uacuteltimo teacutermino de la ecuacioacuten es inferior al 2
para τyτw menor a 04 La viscosidad aparente μa se obtiene al introducir la ecuacioacuten
anterior en la ecuacioacuten de Poiseuille
ητ
μ +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
VDg yc
a 6 Ec 18
τw = DΔp4L
8VD
Regioacuten laminar
Regioacuten turbulenta
CAPIacuteTULO I
27
En estas ecuaciones Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica η= viscosidad plaacutestica y
τy= esfuerzo de cedencia
Para aquellos fluidos a los que se aplica la ley de potencia sirve la ecuacioacuten
donde
( )[ ]⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus
=part
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ ⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛ Δpart
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛prime=
Δ
prime
prime
DV
nn
ru
nD
VL
pD
n
nnKK
DVK
LpD
w
n
n
84
13
8ln
4ln
413
84
Ec 19
Ec 20
Ec 21
Ec 22
nacute= exponente de la ley de potencia pendiente de la liacutenea de la graacutefica de
DΔp4L contra 8VD en coordenadas logariacutetmicas wr
u⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus = razoacuten del esfuerzo
cortante en la pared Kacute= constante Si nacute= 1 el fluido seraacute newtoniano si nacutelt1 se
trataraacute de un fluido pseudo plaacutestico o plaacutestico de Bingham y cuando nacutegt1 el fluido
seraacute dilatante
El liacutemite de flujo laminar constante o estable se toma comuacutenmente como
NacuteRe=2100 donde
1
2Re
8 minusprime
primeminusprime
prime=
==prime
nc
nn
Kg
VDdogeneralizaeynoldsRdenuacutemeroN
γγρ
o bien NacuteRe = DVρ μa = 2100 para plaacutesticos de Bingham
Ec 23 Ec 24
CAPIacuteTULO I
28
En flujos turbulentos la curva de flujo general (Fig 5) se interrumpe El
punto de interrupcioacuten seraacute diferente para distintos diaacutemetros de tuberiacutea Para predecir
la caiacuteda de presioacuten del flujo turbulento de fluidos no newtonianos independientes del
tiempo el factor de friccioacuten de Fanning se obtiene del diagrama de Moody aplicando
el nuacutemero generalizado de Reynolds Para fluidos que se comportan como plaacutesticos
de Bingham nacuteasymp1 en flujo turbulento la caiacuteda de presioacuten puede predecirse a partir de
la correlacioacuten de friccioacuten de Fanning para fluidos newtonianos utilizando para la
viscosidad del fluido la viscosidad plaacutestica (η)
Se puede lograr una reduccioacuten de la peacuterdida por friccioacuten en flujos turbulentos
de liacutequidos newtonianos agregando poliacutemeros solubles de alto peso molecular en
concentraciones extremadamente reducidas En estos sistemas el acuerdo general es
que el comportamiento de reduccioacuten de arrastre se asocia con la naturaleza
viscoelaacutestica de las soluciones en la regioacuten de corte cercana a la pared Es necesario
un poliacutemero de peso molecular miacutenimo para iniciar la reduccioacuten de arrastre con un
flujo especiacutefico Existe una concentracioacuten criacutetica por encima de la cual no ocurre la
reduccioacuten de arrastre Para determinar la reduccioacuten de arrastre maacutexima en tuberiacuteas
lisas se aplica la siguiente ecuacioacuten
580ReRe
5807350log191N
fmenteaproximadaofNf
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus= Ec 25
para 4000 lt NRe lt 40000
12225 Flujo no isoteacutermico
En flujos no isoteacutermicos de liacutequidos f se incrementa sensiblemente cuando el
liacutequido se estaacute enfriando y disminuye al calentarse Los datos disponibles que
corresponden mayormente a aceites se calculan de manera aproximada encontrando
primero f para el flujo isoteacutermico del liacutequido a la temperatura de la corriente principal
y luego dividiendo el resultado en caso de enfriamiento entre (μaμw)023 si se
encuentra en la regioacuten laminar o por (μaμw)011 si estaacute en la regioacuten turbulenta o bien
en casos de calentamiento por (μaμw)038 si se trata de la regioacuten laminar o por
(μaμw)017 si es la turbulenta En este caso μa es la viscosidad a la temperatura de la
CAPIacuteTULO I
29
corriente principal y μw es la viscosidad a la temperatura de la pared Ademaacutes ρ=1v
variacutea con la temperatura pero debido a la incompresibilidad no lo hace con la
presioacuten Por lo tanto la ecuacioacuten 26 se utiliza para calcular la caiacuteda de presioacuten en
conductos de caudal completo por ejemplo tubos intercambiadores de calor
( )Lk
gg
RgLvfG
gvvG
pp promcHc
prom
c
ρ++minus
=minus2
212
2
21 Ec 26
Donde p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba p2= presioacuten estaacutetica corriente
abajo v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba v2= volumen
especiacutefico en condiciones corriente abajo vprom= volumen especiacutefico promedio
ρprom= densidad promedio K= sen θ en donde θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la
horizontal
El flujo de liacutequidos viscosos en canales pequentildeos por ejemplo tubos
capilares va acompantildeado con frecuencia de grandes caiacutedas de presioacuten La conversioacuten
de la energiacutea de trabajo en calor a traveacutes del esfuerzo cortante viscoso genera un
aumento de temperatura apreciable ΔTa= ΔpcvρJ en donde ΔTa= aumento global de
la temperatura y cv= calor especiacutefico del fluido El aumento en la velocidad de flujo
debido a una reduccioacuten de viscosidad es mucho mayor que la que corresponde al
aumento global de temperatura ya que gran parte del calor se genera cerca de las
paredes del canal lo cual genera un aplanamiento del perfil de velocidad
12226 Flujo turbulento
Las foacutermulas y los meacutetodos generales incluidos bajo el tiacutetulo ldquoflujo
incompresiblerdquo se aplican soacutelo a una longitud diferencial del conducto a traveacutes del
cual se considera que la densidad es constante Por ende generalmente se usa la
ecuacioacuten de Fanning en su forma diferencial
HcHcc RgfG
RgfV
DgfV
xF
2
222
2224
ρ===
partpart Ec 27
CAPIacuteTULO I
30
Al sustituir esta uacuteltima ecuacioacuten en la forma diferencial del balance de
energiacutea mecaacutenica se tiene
xgg
RgfV
gVVpv
cHcc
part⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
part+part θsen
2
2 Ec 28
donde v= 1ρ = volumen especiacutefico del fluido (sen θ) dx = dz = distancia vertical a
traveacutes de la cual el fluido se eleva cuando se desplaza a una distancia dx a lo largo de
una tuberiacutea We del balance de energiacutea se iguala a cero suponiendo que no hay
ninguna bomba conectada a la liacutenea En ductos uniformes la velocidad de masa G=
Vv es constante de manera que si p se conoce como una funcioacuten exclusiva de v v dp
se escribe como φ(v)dv En tal caso cuando senθ es constante las variables de la
ecuacioacuten anterior son separables y se puede hacer la integracioacuten exacta aunque
pudieran requerirse procedimientos graacuteficos
12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales)
Al integrar la uacuteltima ecuacioacuten para el caso de gases ideales se obtiene la
siguiente expresioacuten
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=minus
2
12
22
21 ln
21
pp
fLR
MRgRTfLGpp H
Hc
Ec 29
En conductos de longitud apreciable el uacuteltimo teacutermino entre pareacutentesis es
generalmente despreciable a menos que la caiacuteda de presioacuten sea muy grande Por
ejemplo si LD = 100 (p1-p2)p1 puede ser tan grande como 020 antes que el error
introducido al omitir el uacuteltimo teacutermino sea tan grande como la incertidumbre del
factor de friccioacuten Cuando se omite el uacuteltimo teacutermino la ecuacioacuten se describe como
sigue
Hpromc RgfLGpp
acute
2
21 2 ρ=minus Ec 30
donde ρprom= densidad a la presioacuten promedio (p1-p2)2 Para una tuberiacutea circular
CAPIacuteTULO I
31
12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento
Al seleccionar el tamantildeo de tuberiacutea que va a utilizarse en un sistema de
manejo de fluidos se tiene con frecuencia una variedad de diaacutemetros permisibles que
comprenden dos o maacutes tamantildeos estaacutendar de tuberiacutea En tales casos la seleccioacuten final
deberaacute realizarse sobre una base econoacutemica de modo que el uacuteltimo incremento de la
inversioacuten reduzca los costos de operacioacuten lo suficiente para producir la recuperacioacuten
miacutenima requerida sobre la inversioacuten Cuando se trata de liacuteneas de tuberiacuteas largas que
se tienden a campo traviesa utilizando tuberiacuteas de aleacioacuten de longitud y complejidad
apreciable o tuberiacuteas con vaacutelvulas de control conviene efectuar anaacutelisis detallados de
la inversioacuten y los costos de operacioacuten
12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar
Las liacuteneas de tuberiacutea para el transporte de liacutequidos de gran viscosidad en
plantas quiacutemicas o refineriacuteas de petroacuteleo raramente se disentildean basaacutendose en forma
exclusiva en los aspectos econoacutemicos Sucede maacutes a menudo que el tamantildeo estaacute
condicionado por la caiacuteda de presioacuten disponible limitaciones del esfuerzo cortante o
por consideraciones del tiempo de residencia [4]
122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas
Las determinaciones experimentales de la resistencia de accesorios y vaacutelvulas
usualmente se llevan a cabo midiendo la peacuterdida general por friccioacuten en un sistema
constituido de dos o maacutes longitudes de tuberiacutea recta conectadas en serie por medio de
un nuacutemero apropiado de accesorios o vaacutelvulas ideacutenticos Para obtener la peacuterdida
producida por estos elementos la peacuterdida por friccioacuten en una tuberiacutea recta se resta de
la peacuterdida general o total por friccioacuten Existen tres convenios especiacuteficos ya
establecidos para calcular la longitud de la tuberiacutea recta del sistema de prueba
1) Se toma la longitud verdadera de la liacutenea central de todo el sistema
2) Se suman las longitudes de los tramos individuales de tuberiacutea que son
verdaderamente rectos
CAPIacuteTULO I
32
3) Se suman las distancias entre las intersecciones de las liacuteneas centrales
alargadas correspondientes a tuberiacuteas rectas sucesivas
122211 Accesorios y vaacutelvulas
Para flujo turbulento la peacuterdida adicional por friccioacuten producida por
accesorios y vaacutelvulas se justifica expresando la peacuterdida ya sea como una longitud
equivalente de tuberiacutea recta en diaacutemetros de tuberiacutea LeD o como la cantidad de
cargas de velocidad (K1) peacuterdidas en una tuberiacutea del mismo tamantildeo K1 se define
como sigue
cgV
FK2
21Δ
= Ec 31
donde ΔF= peacuterdida adicional por friccioacuten (peacuterdida total por friccioacuten menos peacuterdida
por friccioacuten correspondiente a la longitud de la liacutenea central de la tuberiacutea recta) Las
cantidades LeD y K1 no son del todo comparables pero ambas son exactas dentro de
los liacutemites de los datos disponibles o diferentes en detalles a los accesorios y vaacutelvulas
comerciales existentes Teoacutericamente K1 deberaacute ser constante para todos los tamantildeos
de un disentildeo de accesorios o vaacutelvulas dadas si todos ellos fueran geomeacutetricamente
similares sin embargo raramente se logra esa similitud geomeacutetrica Los datos
indican que la resistencia K1 tiende a disminuir al incrementarse el tamantildeo del
accesorio o la vaacutelvula
Para liacuteneas fuera de planta la longitud de tuberiacutea recta aproximada puede ser
estimada del plano de distribucioacuten Debido a que los accesorios en liacuteneas fuera de
planta tienen usualmente una longitud equivalente comprendida entre 20 y 80 de
la longitud real se puede aplicar un factor multiplicador entre 12 y 18 para estimar
longitudes de tuberiacuteas rectas [2]
La tabla 3 muestra valores de longitudes equivalentes de tuberiacutea recta nueva
para peacuterdida por friccioacuten en vaacutelvulas y accesorios en pies para acero al carboacuten con
rugosidad= 00018 in (para flujo completamente turbulento) seguacuten el diaacutemetro de la
tuberiacutea
CAPIacuteTULO I
33
Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta (ft)
Tomado del Manual de Ingenieriacutea de Disentildeo de PDVSA Volumen 13ndashIII LndashTP 15
Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Procedimiento de Ingenieriacutea
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS
1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS [4]
La necesidad de bombear fluidos surge de la necesidad de transportar eacutestos
de un lugar a otro a traveacutes de ductos o canales El movimiento de un fluido a traveacutes de
un ducto o canal se logra por medio de una transferencia de energiacutea Los medios
comuacutenmente empleados para lograr flujo en los fluidos son gravedad
CAPIacuteTULO I
34
desplazamiento fuerza centriacutefuga fuerza electromagneacutetica transferencia de cantidad
de movimiento (momento) impulso mecaacutenico o combinaciones de estos medios
Despueacutes de la gravedad el medio maacutes empleado es la fuerza centriacutefuga
12311 Desplazamiento
La descarga de un fluido de recipiente mediante desplazamiento parcial o
total de su volumen interno con un segundo flujo o por medios mecaacutenicos es el
principio de funcionamiento de muchos dispositivos de transporte de fluidos En este
grupo se incluyen maacutequinas de diafragma y de pistoacuten de movimiento alternativo los
tipos de engranajes y paletas giratorias los compresores de pistoacuten para fluidos los
depoacutesitos ovalados para aacutecidos y los elevadores por accioacuten de aire
12312 Fuerza centriacutefuga
Cuando se utiliza fuerza centriacutefuga eacutesta es proporcionada por medio de una
bomba centriacutefuga o de un compresor Aunque variacutea mucho el aspecto fiacutesico de los
diversos tipos de compresores y bombas centriacutefugas la funcioacuten baacutesica de cada uno de
ellos es siempre la misma es decir producir energiacutea cineacutetica mediante la accioacuten de
una fuerza centriacutefuga y a continuacioacuten convertir parcialmente esta energiacutea en
presioacuten mediante la reduccioacuten eficiente de la velocidad del fluido en movimiento
En general los dispositivos centriacutefugos de transporte de fluidos tienen las
caracteriacutesticas siguientes
1 La descarga estaacute relativamente libre de pulsaciones
2 El disentildeo mecaacutenico se presta a flujos elevados lo que significa que las
limitaciones de capacidad constituyen raramente un problema
3 Pueden asegurar un desempentildeo eficiente a lo largo de un intervalo amplio
de presiones y capacidades incluso cuando funcionan a velocidad
constante
4 La presioacuten de descarga es una funcioacuten de la densidad del fluido
5 Son dispositivos de velocidad relativamente baja y maacutes econoacutemicos
CAPIacuteTULO I
35
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber queacute liacutequido se
va a manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa La tarea de seleccioacuten de bombas se complica con frecuencia por la
presencia de soacutelidos en el liacutequido y las caracteriacutesticas de corrosioacuten del liacutequido que
exigen materiales especiales de construccioacuten Los soacutelidos pueden acelerar la erosioacuten y
corrosioacuten tener tendencia a aglomerarse o pueden exigir un manejo delicado para
evitar la degradacioacuten indeseable
Debido a la gran variedad de tipos de bombas y la cantidad de factores que
determinan la seleccioacuten de cualquiera de ellas para una instalacioacuten especiacutefica el
disentildeador debe eliminar primero todas las que no ofrezcan posibilidades razonables
La seleccioacuten de los materiales de construccioacuten de bombas estaacute de acuerdo con las
consideraciones sobre corrosioacuten erosioacuten seguridad del personal y contaminacioacuten del
liacutequido [4]
1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS
Las ventajas primordiales de una bomba centriacutefuga son la sencillez el bajo
costo inicial el flujo uniforme (sin pulsaciones) el pequentildeo espacio necesario para su
instalacioacuten los bajos costos de mantenimiento el funcionamiento silencioso y su
capacidad de adaptacioacuten para su empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de
turbina
Una bomba centriacutefuga en su forma maacutes simple consiste en un impulsor que
gira dentro de una carcasa Los impulsores pueden tener ejes de rotacioacuten horizontales
o verticales para adaptarse al trabajo que se vaya a realizar Por lo comuacuten los
impulsores resguardados o de tipo cerrado suelen ser maacutes eficientes Los impulsores
de tipo abierto o semiabierto se emplean para liacutequidos viscosos o que contengan
CAPIacuteTULO I
36
materiales soacutelidos asiacute como tambieacuten en muchas bombas pequentildeas para servicios
generales [4]
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS
1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN [4]
El coacutedigo para tuberiacuteas a presioacuten (ASME B31) consiste en cierto nuacutemero de
secciones que constituyen en forma colectiva el coacutedigo Las secciones se publican
como documentos independientes por sencillez y conveniencia Las secciones
difieren sensiblemente unas de otras El alcance y aplicacioacuten del Coacutedigo B313 se
refiere a todas aquellas tuberiacuteas dentro de los liacutemites de las instalaciones dedicadas al
procesamiento y manejo de productos petroquiacutemicos y conexos salvo aquellos
proscritos por el coacutedigo
El Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code (ASME B313) es
una seccioacuten de ASME B31 derivado de la fusioacuten de los coacutedigos de tuberiacuteas para
plantas quiacutemicas (ASME B316) y refineriacuteas de petroacuteleo (ASME B313)
El American National Standards Institute (ANSI) y el American Petroleum
Institute (API) han establecido normas dimensionales para los componentes de
tuberiacuteas maacutes utilizados En las secciones del coacutedigo ASME B31 es posible encontrar
especificaciones sobre materiales de tuberiacuteas y accesorios y meacutetodos de prueba de la
American Society for Testing and Materials (ASTM) especificaciones de la
American Welding Society (AWS) y normas de la Manufacturers Standardization
Society of the Valve and Fitting Industry (MSS) Muchas de estas normas contienen
relaciones de presioacuten-temperatura que sirven como ayuda a los ingenieros en su
trabajo de disentildeo No obstante debe tenerse en cuenta que el empleo de normas
publicadas no elimina la necesidad de aplicar el criterio de ingenieriacutea
La introduccioacuten del coacutedigo establece requisitos de ingenieriacutea considerados
como necesarios para el disentildeo seguro y la construccioacuten de sistemas de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
37
Aunque la seguridad es la consideracioacuten baacutesica del coacutedigo no es el factor que
predomina en la especificacioacuten final de ninguacuten sistema de tuberiacutea a presioacuten
Los disentildeadores deben tener en cuenta que el coacutedigo no es un manual de
disentildeo y no se establece para evitar la necesidad de un criterio de ingenieriacutea
competente
1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS [4]
La seleccioacuten de materiales que resistan al deterioro a consecuencia del uso
estaacute fuera del alcance del coacutedigo ASME B313 no obstante la experiencia ha
ayudado a recopilar las siguientes consideraciones sobre los materiales
1) Posible exposicioacuten al fuego con respecto a la peacuterdida de elasticidad
temperatura de degradacioacuten punto de fusioacuten o combustibilidad de la tuberiacutea
o material de soporte
2) Capacidad del aislamiento teacutermico para proteger la tuberiacutea del fuego
3) Sensibilidad de la tuberiacutea a fallas quebradizas que puedan ocasionar una
peligrosa fragmentacioacuten o falla al choque teacutermico cuando se expone al
fuego
4) Sensibilidad de los materiales de la tuberiacutea al agrietamiento por corrosioacuten en
aacutereas donde existe estancamiento (juntas roscadas) o efectos electroliacuteticos
nocivos cuando el metal es puesto en contacto con otro metal diferente
5) La conveniencia de utilizar empaques sellos rellenos y lubricantes que sean
compatibles con el fluido que se maneja
6) El efecto refrigerante de peacuterdidas repentinas de presioacuten en fluidos volaacutetiles
al determinar la temperatura miacutenima de empleo esperada
CAPIacuteTULO I
38
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos
Las siguientes son caracteriacutesticas que deben evaluarse cuando se utilicen
materiales metaacutelicos para la tuberiacutea
1 Hierro colado maleable y alto silicio (145) Su baja ductilidad y su
sensibilidad a los choques teacutermicos y mecaacutenicos
2 Acero al carbono y aceros de baja e intermedias aleaciones
- La posibilidad de resquebrajamiento cuando se manejen fluidos alcalinos o
caacuteusticos
- La posible degradacioacuten de carburos a grafito cuando se tenga una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 427degC Esto se debe
considerar para aleaciones de acero al carbono acero-niacutequel acero al
carbono-manganeso acero al manganeso-vanadio y acero al carbono-silicio
- La posible conversioacuten de carburos en grafito cuando se tiene una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 468degC la aleacioacuten de
acero al carbono-molibdeno acero al manganeso-molibdeno-vanadio y
acero al cromo-vanadio
- Las ventajas de utilizar acero al silicio-carbono (01 de silicio como
miacutenimo) para temperaturas superiores a 480degC
- La posibilidad de ataque por hidroacutegeno cuando la tuberiacutea es expuesta a este
elemento o a soluciones acuosas aacutecidas en ciertas condiciones de presioacuten y
temperatura
- La posibilidad de que la tuberiacutea se deteriore cuando se exponga a sulfuro de
hidroacutegeno
3 Acero de altas aleaciones (inoxidable)
- La posibilidad de que la corrosioacuten llegue a tener proporciones importantes
cuando la tuberiacutea de aceros inoxidables austeniacuteticos se exponga a medios
como cloruros y haluros ya sea externa o internamente Lo anterior puede
CAPIacuteTULO I
39
ser el resultado de una seleccioacuten o aplicacioacuten inadecuada del aislamiento
teacutermico
- La sensibilidad a la corrosioacuten intergranular del acero inoxidable austeniacutetico
despueacutes de estar expuesto a temperaturas entre 427 y 871degC a menos que se
establezca o se utilice acero al carbono de bajo grado
- La posibilidad de un ataque intercristalino del acero inoxidable austeniacutetico
por contacto con zinc o plomo a temperaturas por encima de sus puntos de
fusioacuten o con muchos compuestos de zinc y plomo a temperaturas elevadas
similares
- La fragilidad del acero inoxidable ferriacutetico a temperatura ambiente
posterior al uso por encima de 370degC
4 Niacutequel y aleaciones a base de Niacutequel
- La sensibilidad al ataque superficial del niacutequel y aleaciones a base de niacutequel
que no contengan cromo cuando se expongan a pequentildeas cantidades de
azufre a temperaturas superiores a 315degC
- La sensibilidad al ataque superficial de las aleaciones a base de niacutequel que
contengan cromo a temperaturas superiores a 595degC en condiciones
reductoras y por encima de 760degC en condiciones oxidantes
- La posibilidad de un ataque por corrosioacuten en forma de grietas a aleaciones
de niacutequel-cobre en vapores de aacutecido fluorhiacutedrico si la aleacioacuten es sometida
a gran esfuerzo o contiene residuos de soldadura o del molde
5 Aluminio y aleaciones de aluminio
- La compatibilidad de los componentes roscados con aluminio para prevenir
la ligadura o atenazamiento en las uniones
- La posibilidad de corrosioacuten a causa del concreto mortero cal yeso y otros
materiales alcalinos empleados en la construccioacuten u otras estructuras
CAPIacuteTULO I
40
- La posibilidad de que las aleaciones 5154 5087 5083 y 5456 sufran
exfoliacioacuten o ataque intergranular y que la temperatura superior sea de
65degC a fin de evitar tal deterioro
6 Cobre y aleaciones de cobre
- La posibilidad de que las aleaciones de bronce se degraden en el contenido
de zinc
- La sensibilidad a la corrosioacuten por las aleaciones a base de cobre
- La posibilidad de formacioacuten de acetiluros inestables cuando se exponen a
acetileno
7 Titanio y aleaciones de titanio la posibilidad de que las tuberiacuteas de titanio y
sus aleaciones sufran deterioro cuando la temperatura sea superior a 315degC
8 Zirconio y aleaciones de zirconio la posibilidad de que se deteriore la
tuberiacutea cuando la temperatura sea superior a 315degC
9 Tantalio cuando la temperatura sea superior a 300degC existe la posibilidad de
que el tantalio reaccione con todos los gases excepto los inertes Por debajo
de esta temperatura la tuberiacutea puede ser quebradiza a consecuencia del
hidroacutegeno naciente (monoatoacutemico no molecular) El hidroacutegeno naciente se
produce por accioacuten galvaacutenica o surge a consecuencia de la corrosioacuten
originada por algunos componentes quiacutemicos
1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL
CARBONO Y ACERO INOXIDABLE [4]
Los sistemas de tuberiacuteas de metales ferrosos que incluyen los aceros
maleables al carbono e inoxidables son los que maacutes se utilizan y tienen mayor
cobertura de parte de las normas internacionales
CAPIacuteTULO I
41
12431 Tubos y tuberiacuteas
Se dividen en dos clases principales soldados y sin costura Las tuberiacuteas sin
costura como designacioacuten comercial son las tuberiacuteas hechas mediante el forjado de
un soacutelido circular su perforacioacuten mediante la rotacioacuten simultaacutenea y el paso obligado
sobre una punta perforada y su reduccioacuten mediante el laminado y el estiramiento Sin
embargo se producen tambieacuten tubos y tuberiacuteas sin costura mediante la extrusioacuten el
colado en moldes estaacuteticos o centriacutefugos la forja y la perforacioacuten La tuberiacutea sin
costura tiene la misma resistencia a lo largo de toda la pared Las tuberiacuteas sin costura
perforadas tienen con frecuencia la superficie interna exceacutentrica con relacioacuten a la
externa lo que da como resultado un espesor no uniforme en las paredes
Las tuberiacuteas soldadas se hacen con bandas laminadas conformadas en
cilindros y soldadas en las costuras por varios meacutetodos Se atribuye a las soldaduras
del 60 al 100 de la resistencia de las paredes de la tuberiacutea dependiendo de los
procedimientos de soldadura e inspeccioacuten Se pueden obtener diaacutemetros mayores y
razones maacutes bajas de espesores de las paredes respecto al diaacutemetro en las tuberiacuteas
soldadas que en las tuberiacuteas sin costura (aparte de las coladas) Se obtiene un espesor
uniforme de las paredes Las pruebas hidrostaacuteticas no revelan tramos muy cortos de
soldaduras completadas en forma parcial Esto presenta la posibilidad de que se
puedan desarrollar prematuramente fugas pequentildeas cuando se manejen fluidos
corrosivos o se exponga la tuberiacutea a la corrosioacuten externa Es preciso tomar en cuenta
la soldadura en los procedimientos de desarrollo para el acodamiento el abocinado y
la expansioacuten de las tuberiacuteas soldadas
Las combinaciones de espesor adicional tamantildeo adicional y espesor de pared
se encuentran disponibles para la manufactura de tubos Las clasificaciones maacutes
comunes de tubos son ldquoa presioacutenrdquo y ldquomecaacutenicardquo El espesor de pared (medido) se
especifica por la ldquopared mediardquo o ldquopared miacutenimardquo La pared miacutenima es maacutes costosa
que la pared media y a consecuencia de las tolerancias maacutes estrechas para espesor de
pared y diaacutemetro la medicioacuten para ambos sistemas hace que la tuberiacutea a presioacuten sea
maacutes costosa Sin embargo los tubos soldados de acero al carbono de pared media
CAPIacuteTULO I
42
resistentes a la electricidad con diaacutemetro externo de 2⅜ 2⅞ 3frac12 4frac12 in obtenidos de
bobinas sobre rodillos de formado progresivo y probadas electromagneacuteticamente maacutes
que a presioacuten compiten vigorosamente con las tuberiacuteas
12432 Juntas
Las tuberiacuteas se deben unir a otras tuberiacuteas y otros componentes El disentildeo
oacuteptimo requiere un trabajo de montaje miacutenimo y preveacute la misma resistencia que posee
la tuberiacutea para
1) Presioacuten interna en lo que se refiere a las fracturas y fugas
2) Momentos de torsioacuten que se producen al tender tramos largos de tuberiacuteas
entre los soportes o debido a la dilatacioacuten teacutermica en las tuberiacuteas con
acodamientos dobles
3) Deformacioacuten axial por la presioacuten interna que actuacutea sobre los cambios de
direccioacuten llaves ciegas y vaacutelvulas cerradas o por la contraccioacuten teacutermica en
los tramos rectos
4) Fractura o fugas en el caso de que se produzca alguacuten incendio
Las juntas de tuberiacuteas ideales estaacuten libres de cambios en cualquier dimensioacuten
de pasaje del flujo o la direccioacuten que incremente la caiacuteda de presioacuten o impida el
drenaje completo Estaraacute libre de hendiduras en las que se pueda acelerar la corrosioacuten
Requeriraacute un trabajo miacutenimo para su desmontaje Al efectuar la seleccioacuten seraacute preciso
tomar en cuenta la frecuencia con la que se tendriacutea que desmontar la junta En
teacuterminos generales las juntas faacuteciles de desmontar son deficientes en alguno de los
otros requisitos de las juntas ideales
Juntas soldadas La junta maacutes utilizada en los sistemas de tuberiacuteas es la de
soldadura por ensamble En todos los metales duacutectiles de tuberiacuteas que se pueden
soldar hay codos tes tuberiacuteas ramas laterales reductores tapones vaacutelvulas bridas y
juntas de abrazadera en V en todos los espesores de paredes con extremos preparados
para la soldadura por ensamble La resistencia de la junta igual a la tuberiacutea original
(con excepcioacuten de las tuberiacuteas endurecidas para el trabajo que se templan mediante la
CAPIacuteTULO I
43
soldadura) el patroacuten de flujo sin distorsiones y la resistencia generalmente iacutentegra a
la corrosioacuten compensan ampliamente la necesaria alineacioacuten cuidadosa del trabajo
competente y los equipos que se requieren
Soldaduras de bifurcaciones estas soldaduras eliminan la necesidad de
adquirir tes y no requieren maacutes metal de soldadura que estas uacuteltimas Donde la
bifurcacioacuten se acerque al tamantildeo del tramo principal se necesita una preparacioacuten
cuidadosa del extremo de la tuberiacutea ramificada y la del tramo principal se debilita
debido a la soldadura
12433 Codos y accesorios
Los cambios de direccioacuten de los sistemas de tuberiacuteas requieren curvas y
codos Las curvas se pueden hacer en friacuteo o en caliente La pared exterior se adelgaza
en una cantidad que variacutea con el procedimiento utilizado Se requiere un templado
subsiguiente en algunos materiales Para evitar las arrugas y el aplastamiento
excesivo es necesario el relleno con arena para el doblado en friacuteo dependiendo de las
relaciones del diaacutemetro exterior de la tuberiacutea respecto al radio de la liacutenea central de la
curva y al espesor de la pared de la tuberiacutea Para curvas con un radio de eje
correspondiente a cinco veces el diaacutemetro nominal de la tuberiacutea no se requiere
soporte interno cuando el espesor de la pared sea al menos del 6 del diaacutemetro
exterior de la tuberiacutea
Los codos se pueden formar mediante vaciado forja o conformacioacuten en
caliente o friacuteo mediante trozos cortados de tuberiacutea o al soldar piezas de tuberiacuteas
cortadas con un aacutengulo de inclinacioacuten El flujo en las curvas y los codos es maacutes
turbulento que en las tuberiacuteas rectas por lo que aumentan la corrosioacuten y la erosioacuten
Esto se puede contrarrestar al escoger un componente con mayor radio de curvatura
pared maacutes gruesa o un contorno interior maacutes liso pero raramente resulta econoacutemico
en los codos con aacutengulo de inclinacioacuten
CAPIacuteTULO I
44
12434 Vaacutelvulas
Los cuerpos de las vaacutelvulas pueden manufacturarse en hierro colado forjado
maquinado a partir de barras soacutelidas o fabricado a partir de placas soldadas Se
dispone de vaacutelvulas de acero con extremos roscados o casquillos de soldadura en los
tamantildeos maacutes pequentildeos Las vaacutelvulas con extremos roscados de bronce y latoacuten son
muy utilizadas para servicio de fluidos a baja presioacuten en sistemas de acero
Las vaacutelvulas sirven no soacutelo para regular el flujo de fluidos sino tambieacuten para
aislar equipos o tuberiacuteas para el mantenimiento sin interrumpir otras unidades
conectadas El disentildeo de la vaacutelvula deberaacute evitar que los cambios de presioacuten y
temperatura y las deformaciones de las tuberiacuteas conectadas distorsionen o
establezcan una mala alineacioacuten en las superficies de sellado Estas uacuteltimas deberaacuten
ser de material y disentildeo tales que la vaacutelvula permanezca hermeacutetica durante un periodo
de servicio razonable
Vaacutelvulas de compuerta estas vaacutelvulas se disentildean en dos tipos La compuerta
de cuntildea del tipo de asiento inclinado es la que maacutes se utiliza La compuerta de cuntildea
suele ser soacutelida pero es posible que sea tambieacuten flexible (cortada parcialmente en
mitades por un plano en aacutengulo recto con la tuberiacutea) o dividida (cortada
completamente por ese plano) Las cuntildeas flexibles y divididas minimizan el raspado
de la superficie de sellado al distorsionarse con mayor facilidad para coincidir con
los asientos de mala alineacioacuten angular En el tipo de asiento paralelo y disco doble
un dispositivo de plano inclinado montado entre los discos convierte la fuerza del
vaacutestago en fuerza axial oprimiendo los discos contra los asientos despueacutes que se
situacutean en su posicioacuten adecuada para el cierre
Vaacutelvulas de globo eacutestas se disentildean con vaacutestago ascendente de rosca interna o
externa Las vaacutelvulas pequentildeas son generalmente del tipo de rosca interna mientras
que en los tamantildeos mayores se prefiere el de rosca externa En la mayor parte de los
disentildeos los discos tienen la libertad de girar sobre los vaacutestagos esto evita las
raspaduras entre el disco y el asiento
CAPIacuteTULO I
45
Vaacutelvulas angulares estas vaacutelvulas son similares a las de globo se utilizan en
ambos casos los mismos casquetes vaacutestagos y discos Combinan un codo y una
vaacutelvula de globo en un componente con ahorro importante de caiacuteda de presioacuten Las
vaacutelvulas angulares bridadas son maacutes faacuteciles de retirar y reemplazar que las de globo
bridadas
Vaacutelvulas de diafragma estas vaacutelvulas se limitan a presiones de
aproximadamente 50 psi Los diafragmas reforzados con tela se pueden hacer de
caucho natural un hule sinteacutetico o cauchos naturales o sinteacuteticos recubiertos con
tefloacuten Estas vaacutelvulas son excelentes para los fluidos con soacutelidos en suspensioacuten y se
pueden instalar en cualquier posicioacuten
Llaves de macho o tapoacuten estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas por debajo
de 260degC puesto que la expansioacuten diferencial entre el tapoacuten y el cuerpo hace que se
atore El tamantildeo y la forma del orificio divide esas vaacutelvulas en tipos diferentes
venturi corto orificio rectangular reducido venturi largo orificio rectangular
completo y orificio redondo completo
Vaacutelvulas de bola estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas que tienen pocos
efectos sobre sus asientos de plaacutestico Puesto que el elemento sellador es una bola su
alineacioacuten con el eje del vaacutestago no es esencial para el cierre hermeacutetico En las
vaacutelvulas de bola libre la esfera se puede desplazar en sentido axial El diferencial de
presioacuten a traveacutes de la vaacutelvula obliga a la bola en posicioacuten cerrada a oprimirse contra
el asiento de corriente abajo y este uacuteltimo contra el cuerpo En las vaacutelvulas de bola
fija la bola gira sobre extensiones del vaacutestago y los cojinetes se sellan con anillos en
O
Vaacutelvulas de mariposa estas vaacutelvulas ocupan menos espacio en la liacutenea que
cualquier otra vaacutelvula Se logra un sellado relativamente hermeacutetico sin desgaste
excesivo de los asientos ni un esfuerzo operacional de torsioacuten demasiado grande
mediante diversos meacutetodos como asientos elaacutesticos anillos de pistoacuten sobre el disco e
inclinacioacuten del vaacutestago para limitar el contacto entre las porciones del disco maacutes
cercanas al vaacutestago y el asiento del cuerpo en unos cuantos grados de curvatura
CAPIacuteTULO I
46
Vaacutelvulas de retencioacuten de columpio estas vaacutelvulas se utilizan para evitar la
inversioacuten del flujo El disentildeo normal es para emplearse solamente en liacutenea horizontal
donde la fuerza de gravedad sobre el disco sea maacutexima al comienzo del cierre y
miacutenima al final
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS
12441 Seguridad
La seguridad se puede definir como la estipulacioacuten de medidas de proteccioacuten
que se requieren para asegurar una operacioacuten sin riesgos de un sistema propuesto de
tuberiacutea Entre las consideraciones generales a evaluar deberiacutean contarse las
siguientes
1) Las caracteriacutesticas peligrosas del fluido a manejar
2) La cantidad de fluido que se escaparaacute a consecuencia de una falla en la
tuberiacutea
3) El efecto de una falla (por ejemplo peacuterdidas de agua de enfriamiento) en la
seguridad de toda la planta
4) Evaluacioacuten de los efectos de una reaccioacuten con el medio ambiente
5) El probable grado de exposicioacuten del personal de operacioacuten o mantenimiento
6) La seguridad de la tuberiacutea seguacuten los materiales de construccioacuten meacutetodos de
unioacuten y el servicio que recibiraacute la tuberiacutea
12442 Condiciones de disentildeo
Las definiciones de temperaturas presiones y otros aspectos aplicables al
disentildeo de sistemas de tuberiacuteas se muestran a continuacioacuten
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo de un sistema de tuberiacuteas no seraacute
menor que la presioacuten en las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura para el espesor mayor o relacioacuten presioacuten-temperatura requerida [4]
CAPIacuteTULO I
47
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del
material representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura Cuando se trate de tuberiacutea metaacutelica no aislada con fluido a una
temperatura inferior a 38degC la temperatura del metal seraacute considerada como la
temperatura del fluido
Cuando un fluido se encuentre a una temperatura igual o superior a 38degC y la
tuberiacutea no tenga aislamiento externo la temperatura del metal seraacute tomada como un
porcentaje de la temperatura del fluido a menos que se determine una temperatura
maacutes baja por experimentacioacuten o caacutelculo Para tuberiacutea vaacutelvulas roscadas y con
extremos soldados accesorios y otros componentes con un espesor de pared
comparable al de esa tuberiacutea el porcentaje seraacute de 95 para bridas vaacutelvulas y
accesorios bridados seraacute de 90 para bridas con junta de solapa seraacute de 85 y para
pernos de 80 [4]
Influencias ambientales Cuando el enfriamiento provoque vaciacuteo en la liacutenea
el disentildeo debe estipular alguacuten rompedor de vaciacuteo o presioacuten externa tambieacuten debe
considerarse la expansioacuten teacutermica de objetos atrapados entre las vaacutelvulas cerradas [4]
La caracteriacutestica de ciertos servicios es la variacioacuten ocasional de la presioacuten o
temperatura o ambas variables por debajo de los niveles de operacioacuten pero no deben
tomarse en cuenta estas variaciones si se han cumplido los criterios citados Por otra
parte las condiciones maacutes graves de presioacuten y temperatura coincidentes durante la
variacioacuten seraacuten las que se empleen para establecer las condiciones de disentildeo
Se deben satisfacer los siguientes criterios
1 El sistema no debe tener componentes de hierro colado u otro metal no duacutectil
expuestos a presioacuten
2 Los esfuerzos nominales de presioacuten no deben exceder el esfuerzo elaacutestico a la
temperatura especificada
3 Los esfuerzos longitudinales combinados no deben exceder los liacutemites
establecidos en el coacutedigo ASME
CAPIacuteTULO I
48
4 El nuacutemero de ciclos (variaciones) no debe exceder el valor 7000 durante la
vida del sistema de tuberiacutea
5 Las variaciones ocasionales por encima de lo establecido en las condiciones
de disentildeo deben estar dentro de uno de los liacutemites siguientes para el disentildeo de
la presioacuten
a) Cuando la variacioacuten no persista un tiempo superior a 10 horas en cada
ocasioacuten y 100 horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el
esfuerzo permisible para la presioacuten de disentildeo a la temperatura de la
condicioacuten incrementada en un valor no mayor a 33
b) Cuando la variacioacuten no persista maacutes de 50 horas en cada ocasioacuten y 500
horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el esfuerzo
permisible para el disentildeo de presioacuten a la temperatura de la condicioacuten
incrementada en un valor no mayor al 20
Efectos dinaacutemicos El disentildeo de estos sistemas debe contar con prevenciones
contra impacto (como choques hidraacuteulicos) viento (cuando la tuberiacutea estaacute expuesta a
eacuteste) terremotos reacciones de descarga y vibraciones (de tuberiacuteas y soportes)
Las consideraciones respecto al peso deben incluir cargas vivas (contenido
hielo y nieve) cargas muertas (tuberiacutea vaacutelvulas aislamiento etc) y cargas de prueba
(fluidos de prueba) [4]
12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas
El coacutedigo ASME utiliza tres meacutetodos diferentes para abordar el disentildeo
1 Preveacute la utilizacioacuten de componentes dimensionalmente normalizados en
sus relaciones de presiones y temperaturas
2 Proporciona foacutermulas de disentildeo y esfuerzos maacuteximos
3 Prohiacutebe la utilizacioacuten de materiales componentes o meacutetodos de montaje
en ciertas condiciones
CAPIacuteTULO I
49
12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos
Espesor de las paredes La evaluacioacuten del esfuerzo de presioacuten externa de las
tuberiacuteas es la misma que para los recipientes de presioacuten sin embargo existe una
diferencia importante cuando se establece una presioacuten de disentildeo y un espesor de las
paredes para la presioacuten interna como resultado del requisito del ASME Boiler and
Pressure Vessel Code que el ajuste de la vaacutelvula de purga no debe ser superior a la
presioacuten de disentildeo Para los recipientes esto quiere decir que el disentildeo es para una
presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar las fugas de la vaacutelvula durante el funcionamiento
normal No obstante en las tuberiacuteas la temperatura y la presioacuten de disentildeo se
consideran como la combinacioacuten maacutexima esperada de presioacuten de operacioacuten y
temperatura que dan como resultado el espesor maacuteximo [4]
Bajo la normativa del coacutedigo ASME B313 [1] para tuberiacuteas metaacutelicas rectas
con presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm
se da a continuacioacuten y es aplicable para razones de Dot mayores de 6 Las ecuaciones
maacutes conservadoras de Barlow y Lameacute pueden ser utilizadas tambieacuten La ecuacioacuten 32
incluye un factor Y que variacutea con el material y la temperatura para considerar la
redistribucioacuten de esfuerzos perimetrales que se producen con flujo en estado
estacionario a altas temperaturas y permite espesores ligeramente menores en este
intervalo
( ) cYPSE
DPt o
m ++
=2
Ec 32
Donde P= presioacuten interna maacutexima
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea
c= suma de la tolerancia mecaacutenica y las tolerancias por erosioacuten y
corrosioacuten
SE= esfuerzo permisible
CAPIacuteTULO I
50
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales excluyendo juntas
materiales fundidos o factores de calidad de grado estructural
Y= coeficiente cuyos valores para materiales ferrosos duacutectiles variacutean
entre 04 y 07 para materiales ferrosos no duacutectiles es de 04 y para materiales
fraacutegiles es 0 como el hierro colado
Factor de calidad (E) es uno o el producto de maacutes de uno de los siguientes
factores de calidad factor de calidad de fundiciones (Ec) factor de calidad de
uniones (Ej) y factor de calidad de grado estructural (Es) de 092
Las vaacutelvulas deben estar de acuerdo con las normas aplicables que se dan en
el coacutedigo y con los liacutemites permisibles de presioacuten y temperatura que se establecen en
eacutel sin que vayan maacutes allaacute de las limitaciones de materiales o servicio que establece el
coacutedigo
El espesor de los codos de tuberiacuteas se debe determinar como para las tuberiacuteas
rectas a condicioacuten de que la operacioacuten de doblado no deacute como resultado una
diferencia entre el diaacutemetro maacuteximo y el miacutenimo de maacutes de 8 y 3 del diaacutemetro
exterior nominal de la tuberiacutea para presioacuten interna y externa respectivamente
12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas [4]
El coacutedigo ASME B313 requiere que los sistemas de tuberiacuteas se disentildeen para
que tengan suficiente flexibilidad y evitar asiacute que la expansioacuten o la contraccioacuten
teacutermica o el movimiento de soportes o terminales de la tuberiacutea provoquen alguna de
las dificultades siguientes
- Fallas en los soportes de las tuberiacuteas debidas a las fatigas o esfuerzos
excesivos
- Fugas en las juntas
- Esfuerzos o distorsiones perjudiciales en las tuberiacuteas o en los equipos
conectados (como bombas turbinas o vaacutelvulas) debido a los excesivos
empujes axiales o movimientos en las tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
51
Deformaciones por desplazamiento Las deformaciones se ocasionan por una
tuberiacutea que se desplaza de su posicioacuten original
1 Desplazamientos teacutermicos un sistema de tuberiacuteas sufriraacute cambios
dimensionales a consecuencia de cambios en la temperatura Si se
restringe el movimiento libre con terminales guiacuteas y anclajes seraacute
desplazado de su posicioacuten original
2 Desplazamientos por reaccioacuten si las restricciones no son riacutegidas y existe
un movimiento predecible de estos accesorios bajo carga eacuteste podriacutea
considerarse como desplazamiento de compensacioacuten
3 Desplazamientos impuestos externamente cuando externamente se crean
movimientos de las restricciones eacutestos impondraacuten un desplazamiento a la
tuberiacutea ademaacutes de los relacionados con los efectos teacutermicos Estos
movimientos pueden originarse por causas como corrientes de aire o
cambios de temperatura en equipos conectados
Deformaciones de desplazamiento total Los desplazamientos teacutermicos los
desplazamientos por reaccioacuten y los desplazamientos impuestos externamente tienen
efectos equivalentes sobre los sistemas de tuberiacuteas y deben considerarse en conjunto
para determinar las deformaciones por desplazamiento total en un sistema de tuberiacuteas
Las deformaciones por expansioacuten se pueden considerar en tres formas por
doblez torsioacuten o compresioacuten axial En los primeros dos casos el esfuerzo maacuteximo
ocurre en las fibras extremas de la seccioacuten transversal de la zona criacutetica En el tercer
caso el aacuterea entera de la seccioacuten transversal seraacute sometida al mismo esfuerzo en toda
la longitud de la tuberiacutea
La flexibilidad torsional o por doblez puede obtenerse por codos abrazaderas
o tuberiacuteas no alineadas por tuberiacutea corrugada o juntas de expansioacuten tipo fuelle o por
otros dispositivos que permitan el movimiento rotacional Estos dispositivos deben
anclarse o conectarse de forma tal que resistan las fuerzas terminales de la presioacuten del
fluido que tengan resistencia friccional al movimiento de la tuberiacutea y otras causas
CAPIacuteTULO I
52
La flexibilidad axial puede obtenerse mediante juntas de expansioacuten de los
tipos deslizante o de fuelle adecuadamente ancladas y orientadas para resistir las
fuerzas terminales de la presioacuten del fluido y deben tener resistencia friccional al
movimiento y otras causas
Esfuerzos de desplazamiento Los esfuerzos se pueden considerar como
proporcionales a la deformacioacuten total que causan soacutelo si la deformacioacuten estaacute
uniformemente distribuida y no es excesiva en ninguacuten punto La distribucioacuten irregular
de deformaciones (sistemas equilibrados) puede resultar de
1 Tuberiacuteas de dimensiones pequentildeas sometidas a un gran esfuerzo en serie
con tuberiacutea relativamente riacutegida de grandes dimensiones
2 La reduccioacuten local en tamantildeo o espesor de pared o empleo local de un
material que tiene una fuerza elaacutestica reducida
3 Una configuracioacuten de recubrimiento en un sistema de tamantildeo uniforme
en el cual la expansioacuten o contraccioacuten debe absorberse con una
desalineacioacuten corta en la mayor parte de la tuberiacutea
Si los esquemas desequilibrados de tuberiacutea no pueden evitarse se deben
aplicar meacutetodos analiacuteticos apropiados con objeto de asegurar la flexibilidad adecuada
del sistema Si el disentildeador determina que un sistema no tiene una adecuada
flexibilidad inherente debe proporcionar flexibilidad adicional mediante la adicioacuten de
codos abrazaderas tramos de tuberiacutea en S juntas de torniquete tuberiacutea corrugada
juntas de expansioacuten de los tipos de fuelle o deslizante u otros dispositivos Tambieacuten
debe contarse con un anclaje adecuado
Mientras que los esfuerzos resultantes de una deformacioacuten teacutermica tienden a
disminuir con el tiempo la diferencia algebraica de ese desplazamiento y la condicioacuten
original o cualquier condicioacuten anticipada del sistema con un mayor efecto opuesto
que en la condicioacuten de desplazamiento extremo que permaneceraacute constante durante
cualquier ciclo de operacioacuten
CAPIacuteTULO I
53
Muelle enfriado El muelle enfriado es la deformacioacuten intencional que se crea
en una tuberiacutea durante su ensamblaje con objeto de producir un esfuerzo y
desplazamiento inicial deseado Cuando una tuberiacutea se va a utilizar a una temperatura
mayor a la cual se instala el muelle enfriado es adecuado al hacer que la longitud de
la tuberiacutea sea ligeramente maacutes corta que la obtenida en el disentildeo El muelle enfriado
es beneacutefico pues ayuda a equilibrar la magnitud del esfuerzo en condiciones de
desplazamiento inicial y extremo
Requisitos para el anaacutelisis No es necesario realizar un anaacutelisis formal de la
flexibilidad requerida en sistemas que
a Son copias de instalaciones que se encuentran operando bien o tienen
sustituciones poco significativas de sistemas que cuentan con una historia
de servicio satisfactoria
b Pueden ser juzgados raacutepidamente con una adecuada comparacioacuten con
sistemas ya analizados
c Son de dimensioacuten uniforme y no tienen maacutes de dos puntos de fijacioacuten ni
tienen restricciones intermedias ademaacutes de caer dentro de los liacutemites de
la ecuacioacuten empiacuterica siguiente
( ) 222
KULyD
leminus
Ec 33
Donde y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser
absorbida por el sistema
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes
U= distancia de anclajes liacutenea recta entre anclajes
K2= 003 para unidades inglesas
- Todos los sistemas que no cumplan estos criterios seraacuten analizados por
meacutetodos de anaacutelisis simplificados aproximados o completos que sean
adecuados para cada caso especiacutefico
CAPIacuteTULO I
54
- Los meacutetodos de aproximacioacuten o simplificacioacuten soacutelo pueden ser aplicados
en el intervalo de configuraciones para las que se ha demostrado su
adaptabilidad
- Entre los meacutetodos de anaacutelisis aceptables se cuentan los meacutetodos
analiacuteticos y de graacuteficas que proporcionan una evaluacioacuten de las fuerzas
momentos y esfuerzos causados por las deformaciones por
desplazamiento
- El anaacutelisis tomaraacute en cuenta los factores de intensificacioacuten de esfuerzo
para cualquier componente diferente de la tuberiacutea recta Se debe tener en
cuenta la flexibilidad extra de ese componente
Cuando se calcula la flexibilidad de un sistema de tuberiacutea entre puntos de
anclaje el sistema debe tratarse como un todo Deberaacute reconocerse la importancia de
todas las partes de la liacutenea y las restricciones introducidas con el propoacutesito de reducir
momentos y fuerzas en el equipo o pequentildeas ramificaciones y tambieacuten las
restricciones introducidas por la friccioacuten de soportes Es necesario considerar todos
los desplazamientos dentro del intervalo de temperaturas determinado por las
condiciones de operacioacuten y fuera de servicio
12446 Soportes de tuberiacuteas
Las cargas transmitidas por las tuberiacuteas a los equipos conectados y los
elementos de soporte incluyen peso efectos inducidos por la temperatura y la
presioacuten vibraciones el viento los sismos los choques la expansioacuten y contraccioacuten
teacutermica El disentildeo de soportes y restricciones se basa en cargas que actuacutean de modo
concurrente suponiendo que no se ejerzan simultaacuteneamente los sismos y el viento
Los soportes elaacutesticos y de tipo de esfuerzo constante se deben disentildear para
las condiciones maacuteximas de carga incluyendo las de prueba a menos que se
proporcionen soportes temporales [4]
El coacutedigo sentildeala ademaacutes que los elementos de soporte de tuberiacuteas deben
CAPIacuteTULO I
55
1) Evitar las interferencias excesivas para la expansioacuten y la contraccioacuten
teacutermica de la tuberiacutea que de otro modo tiene la flexibilidad adecuada
2) Ser de iacutendole tal que no contribuyan a que se produzcan fugas en las
juntas o un pandeo excesivo de las tuberiacuteas que requiera drenaje
3) Disentildearse para evitar los esfuerzos la resonancia o la desconexioacuten
debido a las variaciones de la carga con la temperatura y que los
esfuerzos longitudinales combinados que se ejercen sobre la tuberiacutea no
sobrepasen lo permitido en el coacutedigo
4) Ser de iacutendole tal que se evite una liberacioacuten completa de la carga sobre la
tuberiacutea en el caso de una mala alineacioacuten o la falla de alguacuten resorte la
transferencia de pesos o las cargas adicionales debidas a las pruebas
durante la instalacioacuten
5) Ser de acero o hierro forjado
6) Ser de acero de aleacioacuten o protegerse de la temperatura en los lugares en
que se sobrepasen los liacutemites de temperatura adecuados para el acero al
carbono
7) No ser hierro colado excepto para bases de rodillos rodillos bases de
anclaje etc principalmente bajo cargas de compresioacuten
8) No ser de hierro maleable ni nodular con excepcioacuten de las abrazaderas de
tuberiacuteas las abrazaderas de vigas las bridas de soportes los sujetadores
las bases y los anillos giratorios
9) No ser de madera excepcioacuten hecha de los soportes sometidos
primordialmente a compresioacuten donde la temperatura de la tuberiacutea se
encuentre al nivel del ambiente o por debajo de eacutel
10) Tener roscas para ajustes atornillados que se conformen a las
especificaciones del Coacutedigo ASME B11
CAPIacuteTULO I
56
12447 Golpe de Ariete [6]
El golpe de ariete se puede presentar en una tuberiacutea que conduzca un liacutequido
cuando se tiene un frenado o una aceleracioacuten en el flujo por ejemplo el cambio de
abertura de una vaacutelvula en la liacutenea Al cerrarse raacutepidamente una vaacutelvula en la tuberiacutea
durante el escurrimiento el flujo a traveacutes de la vaacutelvula se reduce lo cual incrementa
la carga del lado aguas arriba de la vaacutelvula iniciaacutendose asiacute un pulso de alta presioacuten
que se propaga en direccioacuten contraria a la del escurrimiento Este pulso de presioacuten
hace que la velocidad del flujo disminuya La presioacuten en el lado aguas abajo de la
vaacutelvula se reduce y la onda de presioacuten disminuida viaja en el sentido del
escurrimiento disminuyendo tambieacuten la velocidad del flujo Si el cierre de la vaacutelvula
es suficientemente raacutepido y si la presioacuten permanente original es suficientemente baja
se puede formar una bolsa de vapor aguas abajo de la vaacutelvula cuando esto ocurre la
cavidad de vapor puede eventualmente reducirse en forma violenta y producir una
onda de alta presioacuten que se propaga en la direccioacuten aguas abajo
La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud de la
tuberiacutea ya que las ondas de sobrepresioacuten se cargaraacuten de maacutes energiacutea e inversamente
proporcional al tiempo durante el cual se cierra la vaacutelvula cuanto menos dura el
cierre maacutes fuerte seraacute el golpe
El problema del golpe de ariete es uno de los maacutes complejos de la
hidraacuteulica y es resuelto generalmente mediante modelos matemaacuteticos que permiten
simular el comportamiento del sistema Este fenoacutemeno es muy peligroso ya que la
sobrepresioacuten generada puede llegar entre 60 y 100 veces a la presioacuten normal de la
tuberiacutea ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos
Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de vaacutelvulas hay que
estrangular gradualmente la corriente de fluido es decir cortaacutendola con lentitud
utilizando para ello por ejemplo vaacutelvulas de rosca Cuanto maacutes larga es la tuberiacutea
tanto maacutes deberaacute durar el cierre
CAPIacuteTULO I
57
Sin embargo cuando la interrupcioacuten del flujo se debe a causas
incontrolables como por ejemplo la parada brusca de una bomba eleacutectrica se utilizan
tanques neumaacuteticos con caacutemara de aire comprimido torres piezomeacutetricas o vaacutelvulas
que puedan absorber la onda de presioacuten
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN
12451 Soldadura
Los requisitos del coacutedigo referente a la fabricacioacuten son maacutes detallados para la
soldadura que para otros meacutetodos de unioacuten ya que la soldadura no soacutelo se utiliza para
unir dos tuberiacuteas extremo a extremo sino que sirve tambieacuten para fabricar accesorios
que reemplazan a los accesorios sin costura como codos y juntas de solapa de punta
redonda Los requisitos del coacutedigo para el proceso de soldado son esencialmente los
mismos que los de la seccioacuten IX del ASME Boiler and Pressure Vessel Code excepto
que los procesos de soldado no se restringen el agrupamiento del material debe estar
de acuerdo al apeacutendice A del Coacutedigo ASME y las posiciones de la soldadura
corresponder a la posicioacuten de la tuberiacutea [4]
12452 Doblado y formacioacuten
La tuberiacutea puede doblarse en cualquier radio para el cual la superficie del
arco de la curvatura esteacute libre de grietas y pandeos Estaacute permitido el empleo de
dobleces estriados o corrugados El doblado puede efectuarse mediante cualquier
meacutetodo en friacuteo o en caliente siempre que se cumplan las caracteriacutesticas del material
que se estaacute doblando y el radio de la tuberiacutea doblada esteacute dentro [4]
Algunos materiales requieren un tratamiento teacutermico una vez que ya se han
doblado lo que dependeraacute de la severidad del doblado En el coacutedigo se explican
detalladamente los requisitos que deben cumplirse para este tratamiento
CAPIacuteTULO I
58
12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico
Estos tratamientos sirven para prevenir o corregir los defectos nocivos de las
altas temperaturas o gradientes teacutermicos severos inherentes a la unioacuten por soldadura
de los metales Ademaacutes de esto puede ser necesario someter el material a tratamiento
teacutermico con objeto de corregir los efectos de esfuerzo creados durante el doblado o
formado de los metales [4]
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA
PIPESIMreg2003 [5]
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades
El entendimiento detallado de la termo-hidraacuteulica del sistema de produccioacuten
es criacutetico para el disentildeo de liacuteneas de flujo y los caacutelculos del mismo PIPESIMreg
software de anaacutelisis de sistema de produccioacuten proporciona un instrumento completo
para analizar sistemas complejos de tuberiacutea con flujo multifaacutesico
Con sus moacutedulos interconectados este programa permite construir un
modelo completamente integrado del sistema de produccioacuten entero conectando con
simuladores de yacimiento y de proceso tales como el ECLIPSEreg software de
simulacioacuten de yacimiento y HYSYSreg simulador de procesos de AspenTech
132 Modelaje de flujo multifaacutesico
El programa incorpora todas las correlaciones actuales de flujo multifaacutesico
utilizados en la industria tanto empiacutericas como mecaniacutesticas para predecir el
reacutegimen de flujo la peacuterdida de presioacuten y retencioacuten de liacutequidos Esto permite disentildear y
operar el sistema de produccioacuten y distribucioacuten con confianza
Este simulador produce mapas detallados de reacutegimen de flujo en la tuberiacutea a
las condiciones de operacioacuten incorporando todos los aacutengulos de inclinacioacuten
PIPESIMreg utiliza las velocidades superficiales in-situ del gas y liacutequido para
identificar el patroacuten de flujo en cada nodo del sistema permitiendo determinar el
hold-up y la distribucioacuten de presioacuten en el sistema de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
59
Predecir slugs su tamantildeo y frecuencia permite optimizar el disentildeo de
tuberiacuteas y facilidades de procesamiento El simulador OLGA-Sreg y los modelos de
TUFFP se pueden utilizar para identificar estas caracteriacutesticas criacuteticas del flujo
hidrodinaacutemico tipo slug El programa predice tambieacuten la ocurrencia de flujo slug
en inclinaciones de la tuberiacutea
133 Modelos de Fluido
El modelaje exacto del liacutequido producido es criacutetico para la comprensioacuten
del comportamiento del sistema por lo tanto el simulador ofrece la eleccioacuten entre
correlaciones standard de petroacuteleo negro o una gama de modelos composicionales
EOS
134 Certeza del tipo de flujo
PIPESIMreg predice la formacioacuten de hidratos e incluye la habilidad de modelar
los efectos de inhibidores de hidratos Modelando el perfil de la temperatura de la
liacutenea de flujo puede disentildear el sistema en torno a estos problemas
Dicho software incluye tambieacuten rutinas de caacutelculo para determinar los liacutemites
erosivos de la velocidad de la tuberiacutea permitiendo disentildear operaciones seguras en la
misma
135 Disentildeo de equipos de superficie
El programa incluye los modelos de los equipos de superficie comunes para
determinar su impacto en el disentildeo del sistema Ademaacutes las opciones sofisticadas de
sensibilidades en el simulador se pueden utilizar tambieacuten para disentildear sistemas
variando los paraacutemetros claves del sistema permitiendo asiacute la determinacioacuten de los
tamantildeos oacuteptimos de tuberiacutea y equipos a ser utilizados
Los moacutedulos contienen los siguientes equipos
bull Separadores
bull Bombas y motores auxiliares de propulsioacuten multifaacutesicos
bull Compresores y expansores
bull Calentadores y enfriadores
bull Estranguladores
CAPIacuteTULO I
60
136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea
Para un anaacutelisis completo del sistema PIPESIMreg ofrece opciones para
modelar redes complejas que pueden incluir lazos liacuteneas paralelas y by-pass El
algoritmo robusto de la solucioacuten puede modelar la unioacuten distribucioacuten e inyeccioacuten de
la red
Explica detalladamente la termo-hidraacuteulica del sistema que es criacutetica para el
disentildeo de la liacutenea de flujo y el reacutegimen de flujo especialmente para sistemas
multifaacutesicos complejos Esto daraacute las herramientas para emprender el anaacutelisis tiacutepico
de la red incluyendo
bull Identificar embotellamientos de la produccioacuten y limitaciones
bull Valorar los beneficios de nuevos pozos tuberiacuteas adicionales compresioacuten etc
bull Calcular la capacidad de manejo desde el campo hasta el sistema de retencioacuten
bull Predecir los perfiles de presioacuten y temperatura por redes complejas de flujo
bull Planificar el desarrollo de campo
bull Resolver redes de fondo encontradas en pozos multilaterales
Una vez construida la red de produccioacuten se pueden introducir los elementos
de tiempo para analizar el impacto del desempentildeo del yacimiento en la estrategia de
desarrollo del campo
PIPESIMreg permite
minus Modelar flujo multifaacutesico desde el yacimiento a traveacutes de las facilidades
de produccioacuten hasta su punto de entrega
minus Dirigir redes complejas de produccioacuten y captar las interacciones entre
pozos tuberiacuteas y equipos de proceso
minus Realizar un anaacutelisis completo de sensibilidades en cualquier punto del
sistema hidraacuteulico usando muacuteltiples paraacutemetros
minus Simular el sistema de produccioacuten del campo para mejorar la produccioacuten
tomar mejores decisiones y obtener precios maacutes competitivos
minus Conexioacuten con el simulador de procesos HYSYSreg para un anaacutelisis
integrado desde la cara de la arena hasta las facilidades de
procesamiento
CAPIacuteTULO II
61
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO
DESARROLLO DEL DISENtildeO
21 CONDICIONES DE DISENtildeO
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Tomando como referencia las hojas de seguridad e higiene industrial de
PDVSA de cada uno de los fluidos involucrados en el proyecto asiacute como tambieacuten las
propiedades de los fluidos suministradas por cada una de las empresas mixtas se
logra hacer un cuadro resumen con la informacioacuten de cada uno de estos productos
quiacutemicos Ver anexos 1 2 y 3
Tabla 4 Propiedades de los fluidos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol MTBE ISO-OCTANO
CH3OH CH3OH C5H12O C8H18
Alcohol metiacutelico
Alcohol metiacutelico Metil terbutil eacuteter 224 trimetil
pentano Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Gravedad especiacutefica CS 0796 0796 0747 0696
Viscosidad dinaacutemica (cP) 45degC 042 042 027 038
Peso Molecular 3205 3205 8814 11422
Punto de ebullicioacuten (degC) 147psi 648 648 55 993
Presioacuten de vapor (psia) 45degC 41 41 83 17
Punto de fusioacuten (degC) -978 -978 -109 -107365
Punto de ignicioacuten (degC) 470 470 224 410
Calor de fusioacuten (calg) 237 237 - 19278
Forma y color Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro
en agua Solubilidad en alcohol en eacuteter
Soluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporciones
Ligeramente soluble Soluble
-
Insoluble Ligeramente soluble
Soluble
Liacutemites de () inferior inflamabilidad superior
67 365
16 151
- -
CAPIacuteTULO II
62
212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca del
sistema de bombeo con el cual cuenta cada una de estas empresas se pudo resumir el
siguiente cuadro
Tabla 5 Sistema de Bombeo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135
Pmin entrada brazo de carga (psig) 70 70 70 70
Pdescarga brazo de carga (psig) 20 20 20 20
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 1000 1000 1000
Flujo miacutenimo (m3h) 1000 500 500 500
Cantidad de bombas 1 de 2 2 de 2 2 de 3 2 de 3
Descripcioacuten de las bombas p-801 AB p-6201 AB 900-p-1 ABC 900-p-1 ABC
Poperacioacuten (psig) 1337 135 135 135
Pmaacutex de descarga (psig) 171 171 171 171
Pmaacutex de operacioacuten (psig) 250 250 250 250
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Potencia (KW) 7204 320 350 350
Cabezal (m) 110 120 120 120
Eficiencia () 81 795 795 795 Presioacuten requerida en el brazo de carga (psig) 70 ndash 100 70 ndash 100 71 ndash 86 71 ndash 86
Se refiere a la cantidad de bombas en uso referente a la cantidad de
bombas disponibles en la planta
CAPIacuteTULO II
63
213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO JOSE
El proyecto se encuentra ubicado dentro del Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui en la costa este de Venezuela en Jose Estado Anzoaacutetegui Las
condiciones ambientales que maacutes afectan los caacutelculos del siguiente trabajo se
presentan en la tabla 6
Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose
Temperatura maacutexima (degC) 45
Temperatura promedio anual (degC) 34
Temperatura miacutenima extrema (degC) 15 bulbo seco 24 bulbo huacutemedo
Presioacuten atmosfeacuterica promedio (psi) 146923
Promedio de elevacioacuten del terreno (m) 75
214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
La configuracioacuten de las tuberiacuteas para este proyecto se decidioacute dividir en 3
tramos la tuberiacutea principal de 20rdquo oacute 24rdquo (de mayor diaacutemetro y longitud) la tuberiacutea de
16rdquo y la tuberiacutea de 12rdquo Luego que la tuberiacutea principal se ubica dentro del liacutemite de
bateriacutea del muelle el diaacutemetro se debe disminuir gradualmente hasta conseguir las
12rdquo necesarias para el despacho a traveacutes de los brazos de carga los cuales seguacuten las
caracteriacutesticas del muelle y normativas de seguridad deben ser de este diaacutemetro
especiacutefico
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca de
las condiciones operacionales de los fluidos a traveacutes del sistema de tuberiacuteas se
seleccionoacute la tuberiacutea maacutes apropiada para este proyecto ya que se cumple con los
requisitos de seguridad necesarios Los datos recolectados se muestran en las tablas 7
8 y 9
CAPIacuteTULO II
64
Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo)
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro exterior (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro interno (in) 2325 1925 1925 1925 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 2783 2312 2312 2312 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 2948 20211 20211 20211
exterior 6283 5236 5236 5236 Longitud de superficie (in) interior 609 504 504 504 Longitud de la tuberiacutea (ft) 10932 11394 12398 14557 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (in) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (in) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
El tipo de tuberiacuteas aplicables al proyecto son API 5L ASTM A-106 y
ASTM A-53 todas en acero al carbono y con rangos tanto de temperatura como de
presioacuten aceptables en el proyecto Estas tuberiacuteas cumplen con los requisitos
necesarios ademaacutes de estar incluidas dentro del tipo de tuberiacutea (piping class)
aplicable a las plantas y al Muelle Petroquiacutemico Partiendo de eacutesto se escoge la
tuberiacutea A-53 por ser eacutesta la de uso permitido en el aacuterea del Muelle Petroquiacutemico y por
ser compatible con las de uso en las plantas Para trayectorias dentro de los linderos
CAPIacuteTULO II
65
de las plantas de las empresas mixtas se haraacute uso de la tuberiacutea que estipule la
normativa de seguridad de dicha planta
Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbonoTuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro exterior (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro interno (in) 1525 1525 1525 1525 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1841 1841 1841 1841 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 1268 1268 1268 1268
exterior 4189 4189 4189 4189 Longitud de superficie (ft) interior 399 399 399 399
Longitud de la tuberiacutea (ft) 1640 1640 1640 1640 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
La seleccioacuten del tipo de costura de la tuberiacutea se realizoacute sujeto al piping class
manejado en el Muelle Petroquiacutemico asiacute como al de cada una de las plantas siendo
recomendable el tipo E correspondiente a tuberiacutea con costura soldada con resistencia
eleacutectrica (ERW) solamente para el tramo que abarca el corredor en las calles C y F
CAPIacuteTULO II
66
(ver figura 1) Al pasar el liacutemite de bateriacutea del muelle la especificacioacuten debe cambiar
a tuberiacutea sin costura (Tipo S) por ser eacutesta la manejada en el piping class del Muelle
Petroquiacutemico Dicha divergencia afecta este estudio uacutenicamente para el caacutelculo del
espesor miacutenimo requerido
Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 12 12 12 12 Diaacutemetro exterior (in) 1275 1275 1275 1275 Diaacutemetro interno (in) 12 12 12 12 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1458 1458 1458 1458 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 07854 07854 07854 07854
exterior 3338 3338 3338 3338 Longitud de superficie (ft) interior 314 314 314 314
Longitud de la tuberiacutea (ft) 164 164 164 164 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
CAPIacuteTULO II
67
Las tuberiacuteas son grado B lo cual indica que se trata de tuberiacuteas de color
negro (material acero al carbono) que necesitaraacuten recubrimiento y galvanizado antes
de ser usadas
La ceacutedula es estaacutendar se escogioacute debido a que se mantiene un margen por
encima del espesor miacutenimo requerido dichos caacutelculos se presentan a continuacioacuten
El rating de la tuberiacutea de acuerdo al piping class manejado en el Muelle
Petroquiacutemico es de 150 lbf Este valor estaacute sujeto a cambios debido a que para la
fecha de elaboracioacuten de este Trabajo Especial de Grado auacuten no se habiacutea realizado el
estudio de golpe de ariete factor importante en la delimitacioacuten de presioacuten que deberaacute
soportar la tuberiacutea
La cantidad y descripcioacuten de cada uno de los accesorios y vaacutelvulas que seraacuten
empleados en las liacuteneas han sido suministrados por las empresas mixtas y podraacuten
estar sujetos a cambios durante la fase de construccioacuten del proyecto
La tabla 10 resume las longitudes equivalentes mostradas en la tabla 3 de
los componentes a ser instalados en las configuraciones de tuberiacuteas involucradas en el
proyecto
Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios
24 20 16 12 Tipo de accesorio o vaacutelvula Le [ft] Le [ft] Le [ft] Le [ft]
Unioacuten 4 3 3 2 Codo 90deg regular 47 39 31 25 Codo 90deg radio largo 29 25 20 16 Codo 45deg regular 24 20 16 12 T de liacutenea de flujo 32 26 21 17 T de ramal de flujo 60 76 96 116 Vaacutelvula de globo 400 525 655 800 Vaacutelvula de compuerta 11 13 17 20 Vaacutelvula angular 200 250 320 390 Vaacutelvula de retencioacuten deslizante 135 172 217 262 Entrada de filos rectos 39 53 68 86 Salida tuberiacutea 78 106 136 172 Reductor de diaacutemetro 97 80 62 45
CAPIacuteTULO II
68
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
Se emplea el software PIPESIMreg para la simulacioacuten del sistema de
transporte del proyecto debido a que es eacuteste un programa con la capacidad para la
simulacioacuten de equipos de superficie asiacute como es capaz de trabajar con los fluidos
involucrados en este proyecto La licencia del software se obtuvo de la empresa
PDVSA a traveacutes de la intranet de la misma la cual se encontraba a disposicioacuten de los
empleados de Pequiven para el teacutermino de este Trabajo Especial de Grado
2211 Metor
Se procedioacute a la configuracioacuten de las tuberiacuteas en PIPESIMreg siguiendo el
esquema mostrado en la figura 6 Este disentildeo se tomaraacute como referencia para las
demaacutes plantas
1 Se coloca una fuente (source) de donde proviene el fluido el cual viene
representado por el tanque de almacenamiento de cada una de las plantas en este
caso en especiacutefico las propiedades que lo describen son
Temperatura 45degC
Presioacuten 0 psig
Se supone que el fluido no se encuentra presurizado dentro del tanque debido
a que se encuentra a condiciones ambientales La temperatura es de 45 degC porque
eacuteste es el valor maacuteximo que se podriacutea conseguir en condiciones ambientales
extremas y ha sido la temperatura de disentildeo estipulada
CAPIacuteTULO II
69
Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como ldquocomposicionalrdquo debido a que el
metanol se encuentra preestablecido dentro del programa como un fluido acuoso
(soluble en agua) y se agrega con una molaridad al 100 a traveacutes de la tuberiacutea soacutelo
fluiraacute metanol liacutequido la inclusioacuten del fluido se muestra en la figura 7
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja
de especificaciones (data sheet) por parte de la empresa la informacioacuten es incluida en
la siguiente ventana (ver Figura 8)
CAPIacuteTULO II
70
Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor)
Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor
CAPIacuteTULO II
71
4 Se incorpora la liacutenea de 24rdquo la cual es ingresada a la configuracioacuten como
una liacutenea de flujo eacutesta se conecta a la bomba a traveacutes de un nodo Se utilizan estos
conectores para la unioacuten de los elementos y no representan cambio alguno a las
propiedades Los datos necesarios para agregar la liacutenea de flujo son sentildealados en la
figura 9
Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor
Se colocan 2 ondulaciones por cada mil metros de recorrido debido a que
eacuteste es el nuacutemero de ondulaciones (altibajos) promedio que presentaraacute el recorrido de
la tuberiacutea La diferencia de altura es de 2 m debido a que la altitud de la planta se
encuentra por encima del nivel del muelle en un margen cercano a este valor La
distancia horizontal es la correspondiente al recorrido total de la tuberiacutea maacutes la
longitud equivalente correspondiente a las vaacutelvulas y accesorios La rugosidad es la
CAPIacuteTULO II
72
correspondiente al acero al carbono y la temperatura ambiente es la temperatura
promedio reportada en el aacuterea
Se incluye como dato que la tuberiacutea no tiene recubrimiento y estaraacute rodeada
por aire con lo cual se establece un valor de transferencia de calor entre la tuberiacutea y
el aire de 20 BTUh ft2 degF (dicho valor se encuentra predeterminado en el simulador
para estas condiciones)
5 Se agrega la liacutenea de 16rdquo tambieacuten como una liacutenea de flujo la cual presenta
las caracteriacutesticas mostradas en la figura 10 Las ondulaciones seraacuten 0 ya que esta
liacutenea se encontraraacute sobre la plataforma del muelle donde no tendraacute altibajos asiacute como
tampoco presentaraacute diferencia de altitud en el recorrido Se preveacute con una longitud de
500m a la cual se debe agregar la longitud equivalente representativa de los
accesorios dispuestos en la configuracioacuten
Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor
CAPIacuteTULO II
73
6 Se antildeade la liacutenea de 12rdquo y tuberiacutea final de la configuracioacuten A la salida de
eacutesta la presioacuten deberaacute ser al menos 70 psig para que el fluido pueda hacer el
recorrido a traveacutes del brazo de carga y atracar al buque con una presioacuten de 20 psig
debido a que eacutestas son las especificaciones del brazo de carga que seraacute empleado en
el muelle Esta tuberiacutea a diferencia de la de 16rdquo siacute presenta ondulaciones ya que este
uacuteltimo tramo tiene un recorrido tortuoso con diferencias pequentildeas de altura La
longitud total de tuberiacutea es de 50m aproximadamente a los cuales se agrega la
longitud equivalente de los accesorios dispuestos en esta tuberiacutea En la figura 11 se
pueden observar las propiedades de la liacutenea de 12rdquo
Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor
7 El punto final de la configuracioacuten es un nodo frontera que en este caso en
especiacutefico vendraacute representado por el inicio del brazo de carga punto donde la
presioacuten deberaacute ser de 70 psig
CAPIacuteTULO II
74
2212 SuperMetanol
Tomando como base la configuracioacuten de tuberiacuteas de Metor se genera un
modelo con la misma cantidad y disposicioacuten de elementos A continuacioacuten se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas de la planta Supermetanol
haciendo uso de PIPESIMreg donde soacutelo se resentildean las caracteriacutesticas que difieren del
modelo de metanol de Metor
- La bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja de especificaciones por parte
de la empresa presenta la siguiente informacioacuten
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 650 kW (resultante del accionamiento de ambas bombas)
Eficiencia 795
- La liacutenea de 20rdquo se ingresa a la configuracioacuten con los datos sentildealados en la
figura 12
Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol
CAPIacuteTULO II
75
- Las liacuteneas de 16rdquo y 12rdquo tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las
configuraciones estos tramos de tuberiacutea se encuentran sobre la plataforma del muelle
ubicados sobre el mismo pipe rack de esta manera que las tuberiacuteas estaraacuten una junto
a la otra por ende tendraacuten las mismas especificaciones
2213 MTBE de Super Octanos
La configuracioacuten de tuberiacuteas de Super Octanos presenta la misma disposicioacuten
de elementos que la de Metor a continuacioacuten se presenta de forma resumida el disentildeo
de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
1 Las propiedades que describen las condiciones del source son
iguales al caso de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como black oil esto debido a que el simulador
no contempla el Metil Terbutil Eacuteter como un fluido preestablecido en sus
lineamientos Para incluir el fluido como petroacuteleo negro se ingresan los siguientes
valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 551755
Ademaacutes se agrega la informacioacuten de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente como se ve en la
figura 13
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual tambieacuten se
tiene la hoja de informacioacuten por parte de la empresa La informacioacuten incluida es la
siguiente
CAPIacuteTULO II
76
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 700 kW
Eficiencia 795
Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de Super Octanos
4 Luego se incorpora la liacutenea de 20rdquo la cual se ingresa a la configuracioacuten
como una liacutenea de flujo Los datos necesarios para la inclusioacuten de la liacutenea principal de
20rdquo se presentan en la Figura 14
5 Al igual que para la configuracioacuten de Metor se agregan las liacuteneas de 16rdquo y
12rdquo las cuales tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las configuraciones
CAPIacuteTULO II
77
Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de Super Octanos
2214 IsoOctano de Super Octanos
Tomando como base la configuracioacuten de MTBE de la misma planta se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
Las propiedades divergentes entre este caso y MTBE baacutesicamente son los
datos ingresados para la caracterizacioacuten del fluido y las propiedades de la liacutenea de
20rdquo De esta manera se hace referencia soacutelo a estos valores los cuales son
- El tipo de fluido se incluye como black oil para lo cual se ingresaron los
siguientes valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 735724
CAPIacuteTULO II
78
- Se agrega informacioacuten adicional de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente que para este caso
son las siguientes
Temperatura (ordmC) Viscosidad (cP)
40 046
20 055
- La configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo se muestra en la figura 15
Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de Super Octanos
CAPIacuteTULO II
79
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA
PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO
El proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo busca reubicar el despacho de productos de
las empresas mixtas (Metor Supermetanol y Super Octanos) en la actualidad
despachados a traveacutes del Muelle Criogeacutenico propiedad de PDVSA ubicado en el
Complejo Industrial Joseacute Antonio Anzoaacutetegui
El estudio ocupacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose se adjudicoacute a una
compantildeiacutea privada sin embargo es requerimiento del presente Trabajo Especial de
Grado hacer una breve revisioacuten a dicho Muelle para disponer de un estimado de
tiempo requerido para el embarque de buques si se bombea el producto a la maacutexima
carga que permita la configuracioacuten de cada una de las liacuteneas Para la realizacioacuten de
este objetivo la informacioacuten recolectada para la evaluacioacuten de la ocupacioacuten del
muelle estaacute basada seguacuten el promedio mensual de despacho actual a traveacutes del
muelle de PDVSA y el despacho mensual a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Se anexa un modelo rudimentario donde se presenta la disposicioacuten de los
brazos de carga los cuales seraacuten habilitados para despacho de cada uno de los
productos involucrados con el proyecto del cual es parte este trabajo (ver Figura 16)
CAPIacuteTULO II
80
Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose
Los brazos de carga que se empleen en el proyecto preferiblemente deberaacuten
ser de las mismas caracteriacutesticas y dimensiones de ser posible de la misma marca
para facilitar las labores de mantenimiento y obtencioacuten de repuestos Deberaacuten tener
un diaacutemetro de 12rdquo y tener facilidad para retorno de vapores debido a que asiacute lo
contemplan las normativas gubernamentales Las principales caracteriacutesticas con las
cuales deben cumplir los brazos de carga que se ubicaraacuten en las posiciones M-502
M-503 M-504 y M-505 del Muelle Petroquiacutemico se presentan en la tabla 11
CAPIacuteTULO II
81
Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga
Posicioacuten M-503 M-505 M-504 M-502 M-502 Producto Metanol Metanol MTBE Iso-Octano
Procedencia Metor yo Supermetanol
Supermetanol yo Metor Super Octanos Super Octanos
Diaacutemetro (in) 12 12 12 12 Tasa de flujo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Viscosidad 45degC (cP) 042 042 027 038 Presioacuten de vapor 45degC (psia) 41 41 83 17
Presioacuten requerida en la entrada (psig) 70 70 70 70
Presioacuten de descarga (psig) 20 20 20 20 Presioacuten de descarga de las bombas (psig) 1337 135 135 135
Presioacuten maacutexima de operacioacuten de las bombas (psig)
170 170 170 170
Se obtuvo informacioacuten de la disposicioacuten de ventanas operacionales
empleadas por las empresas mixtas involucradas en el proyecto seguacuten un reporte
mensual de despacho a traveacutes del Muelle Criogeacutenico Se presenta la informacioacuten
mencionada en la tabla 12 la cual hace referencia al despacho de los productos y las
capacidades de los buques a cargar esto en un periacuteodo de tiempo de un mes
CAPIacuteTULO II
82
Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9
Ventanas Empresa Producto Volumen [TM] 1 - 2 ndash 3 Supermetanol Metanol 15000 3 - 4 ndash 5 Metor Metanol 21000 6 - 7 ndash 8 Metor Metanol 13100
Super Octanos MTBE 21000 8 - 9 ndash 10 Metor Metanol 17000
11 - 12 - 13 Supermetanol Metanol 15000 13 - 14 - 15 Supermetanol Metanol 15000 16 - 17 - 18 Metor Metanol 15000
Metor Metanol 10000 18 - 19 - 20 Supermetanol Metanol 10000
21 - 22 - 23 Super Octanos MTBE 24000 24 - 25 - 26 Ventana de Mantenimiento 27 - 28 - 29 Super Octanos MTBE 11000 29 - 30 - 31 Supermetanol Metanol 10000
De igual forma se conoce la produccioacuten mensual de la empresa FertiNitro a
traveacutes de la Plataforma de liacutequidos del Muelle Petroquiacutemico si se unen el promedio
de producciones mensuales de cada empresa se tienen los siguientes datos
Metor 70 MTMM
Supermetanol 525 MTMM
Super Octanos 40 MTMM
FertiNitro 336 MTMM
CAPIacuteTULO III
83
CAPIacuteTULO III RESULTADOS
RESULTADOS
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED
Seguacuten la ecuacioacuten 32 de la seccioacuten 2444 para tuberiacuteas metaacutelicas rectas con
presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm es
aplicable para relaciones Dot mayores de 6
Se realiza el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas de 20rdquo tomando t como 1969rdquo
el cual es el espesor con mayor magnitud que se puede conseguir en el mercado la
relacioacuten Dot = 10157 siendo mayor de 6 se realizan los caacutelculos utilizando la
ecuacioacuten 32 sin inconvenientes
Para el caacutelculo de los espesores miacutenimos los datos son obtenidos de las
especificaciones ASME B313 y de las condiciones operacionales del proyecto La
presioacuten maacutexima corresponde a la presioacuten maacutexima de resistencia de las tuberiacuteas A
continuacioacuten se muestra el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas con costura de 20rdquo
P= 250psig
Do= 20rdquo
c= 0065
S= 20000 psig
Y= 04
E= 085
( ) ( )mmint
ininxpsigxpsig
inxpsigc
YPSEDP
t
m
om
365210
21120065040250850000202
202502
rArr=
rArr++
=++
=
Al valor de espesor (536mm) se debe aplicar la tolerancia correspondiente a
esta tuberiacutea que se lee en la norma ASME B313 y es de 125 para todos los casos
con lo cual el valor del espesor estariacutea entre 469 ndash 604 mm correspondiente a un
Schedule 10 (635mm) siendo eacuteste el valor maacutes cercano a dicho espesor Como
CAPIacuteTULO III
84
medida preventiva se aplica un factor de seguridad al disentildeo correspondiente a las
peacuterdidas de espesor por corrosioacuten y erosioacuten asiacute como peacuterdidas mecaacutenicas producto
del efecto de golpe de ariete que pueda sufrir la tuberiacutea De esta manera se toma
ceacutedula estaacutendar para todas las tuberiacuteas ya que todos los valores de espesores miacutenimos
se encuentran por debajo del schedule estaacutendar comercial A continuacioacuten se
muestran los resultados para cada una de las liacuteneas con costura (Tabla 13) y se
compararon con los espesores de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar La Tabla 14 resentildea
estos mismos caacutelculos para tuberiacutea sin costura
Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (Psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 085 085 085 085 tm (in) 024 0211 0182 0158 Espesor miacutenimo aceptable (in) 024 plusmn 003 0211 plusmn 0026 0182 plusmn 0023 0158 plusmn 0020 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 1 1 1 1 tm (in) 0214 0189 0165 0144 Espesor miacutenimo aceptable (in) 0214 plusmn 00267 0189 plusmn 00236 0165 plusmn 0020 0144 plusmn 0018 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
CAPIacuteTULO III
85
La costura en las tuberiacuteas no influye en los caacutelculos hidraacuteulicos debido a que
la soldadura con resistencia eleacutectrica no genera aporte de material a la tuberiacutea lo que
indica que no habraacute variacioacuten del espesor debido a la costura Las tuberiacuteas principales
seraacuten las uacutenicas con costura por ser eacutestas las uacutenicas presentes en el corredor de
tuberiacutea ubicado en las calles C y F Las longitudes de cada uno de los tramos con y
sin costura son los siguientes
Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura
Longitudes de tuberiacutea METANOL Metor
METANOL Supermetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Con costura (m) 1153 1293 1599 2257 Sin costura (m) 2180 2180 2180 2180
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA
FRICCIOacuteN EN LAS TUBERIacuteAS
Para obtener la caiacuteda de presioacuten en las tuberiacuteas se realizaron los caacutelculos en
primer lugar haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning considerando condiciones
isoteacutermicas que a pesar de ser un meacutetodo maacutes laborioso permite el conocimiento
descriptivo de cada uno de los paraacutemetros asiacute como la procedencia de los valores
utilizados en este disentildeo Esto es provechoso en caso de presentarse cualquier
divergencia del disentildeo en etapas futuras del proyecto Una vez realizados los caacutelculos
con la ecuacioacuten de Fanning se procede a la simulacioacuten del disentildeo con el software
PIPESIMreg que genera valores de caiacuteda de presioacuten de cada una de las liacuteneas entre
otros resultados
CAPIacuteTULO III
86
321 ECUACIOacuteN DE FANNING
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debido a la friccioacuten se usoacute la ecuacioacuten
de Fanning en unidades de campo Se realizoacute el caacutelculo tipo para la tuberiacutea de 24rdquo de
Metor tal como se muestra a continuacioacuten
Donde ρ (gcc)= 0753
q (bbld)= 377389
L (ft)= 10932
d (in)= 2325
Para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning primero es necesario el
caacutelculo del Nuacutemero de Reynolds el cual queda
donde d (m)= 059
V (ms)= 25353
ρ (Kgm3)= 75256
μ (Pas)= 42x10-4
De donde el NRe= 27x106 lo cual indica que se presenta flujo turbulento
(NRegt4000) y para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning se debe emplear la
ecuacioacuten de Colebrook (Ec9)
01220
1072512
2523731081log21
51273
log21
6
3
Re
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
minus
f
ff
ff
f
fxxx
f
fNDfε
Para obtener el factor de friccioacuten de Fanning haciendo uso de la ecuacioacuten de
Colebrook se realizan iteraciones a partir de un valor inicial el cual se puede tomar
directamente del diagrama de Moody De acuerdo a la figura 4 el valor de factor de
friccioacuten de Darcy que se lee correspondiente para NRe= 27x106 y εD=77x10-5 es
5
25 10146441
dLqfxp ρminus=Δ
μρ
ReVdN =
CAPIacuteTULO III
87
fD=0003 lo cual representa un factor de friccioacuten de Fanning de 0012 ya que el
factor de friccioacuten de Darcy representa 4 veces el factor de friccioacuten de Fanning
Una vez calculado este valor se procede al caacutelculo de la peacuterdida de presioacuten
debido a la friccioacuten haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning quedando
Para este caso la caiacuteda de presioacuten es de 24 psi es decir la presioacuten con la cual
llega el fluido al teacutermino del recorrido de la tuberiacutea de 24rdquo es 24 psi menor que al
salir de la bomba Para los tramos de tuberiacutea subsiguientes (16rdquo y 12rdquo) los caacutelculos
se hacen de forma anaacuteloga Se debe tener en cuenta la peacuterdida por friccioacuten que sufre
el fluido al pasar a traveacutes de cada uno de los dispositivos de control a lo largo de la
tuberiacutea En este caso se han tomado valores de longitud equivalente seguacuten el tipo de
accesorio los cuales se adicionan a la longitud de cada una de las tuberiacuteas para luego
calcular la peacuterdida de presioacuten debido a la friccioacuten
Para el caacutelculo de las peacuterdidas de presioacuten debido a la friccioacuten en los
accesorios y vaacutelvulas como se vioacute en el Capiacutetulo II se haraacute uso de la tabla 3 y se
tomaraacuten las longitudes equivalentes de cada accesorio sentildealadas en la Tabla 10
Dicho valor de longitud equivalente se agrega a las longitudes de las liacuteneas y se
calcula la caiacuteda de presioacuten en cada una de eacutestas
Hasta la fecha ha sido entregada la siguiente informacioacuten de la cantidad y
tipo de accesorios correspondientes a cada una de las liacuteneas (Tablas 16 y 17) de
donde se pueden obtener las longitudes equivalentes que se adicionan a las longitudes
totales de tuberiacutea en cada una de las configuraciones
La peacuterdida de presioacuten en las tuberiacuteas debido a la aceleracioacuten se desprecia por
haberse corroborado flujo turbulento en todas las tuberiacuteas de igual forma la caiacuteda de
psip
xp
dLqfxp
07242523
1093237738975300122010146441
10146441
5
25
5
25
=Δ
=Δ
=Δ
minus
minus ρ
CAPIacuteTULO III
88
presioacuten debido a la fuerza potencial se desprecia en estos caacutelculos iniciales debido a
que la peacuterdida de altura de la tuberiacutea total se estima de 2m lo cual es poco
representativo en un recorrido total de maacutes de 4 Km en cada uno de los casos
Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol
Metor Supermetanol Tipo de accesorio o vaacutelvula
24 16 12 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 53 Codo 45deg regular 12 8 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 2077 62 172 1618 62 172
CAPIacuteTULO III
89
Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas propiedad de Super Octanos
MTBE Iso-Octano Tipo de accesorio o vaacutelvula
20 16rdquo 12rdquo 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 60 Codo 45deg regular 12 16 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 1798 62 172 1953 62 172
A continuacioacuten se presentan tablas con el resumen del caacutelculo de cada uno de
estos paraacutemetros aplicados a cada una de las liacuteneas (Tablas 18 19 y 20)
Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas Principales
METANOL
Metor METANOL
SupermetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 24 20 20 20 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 10932 11394 12398 14557 Longitud Equivalente accesorios (ft) 2077 1618 1798 1953 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 13009 13012 14196 16510 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000
NUMERO DE REYNOLDS 27x106 26 x106 38 x106 25 x106 f f (Ec de Colebrook) 00122 00125 00123 00125
Δp (psi) 2864 4875 4900 5365
Presioacuten final (psia) 11976 10095 10070 9605
CAPIacuteTULO III
90
Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 16 16 16 16 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 1640 1640 1640 1640 Longitud Equivalente accesorios (ft) 62 62 62 62 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 1702 1702 1702 1702 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 41x106 33 x106 48 x106 32 x106 f f (Ec de Colebrook) 00127 00128 00127 00128 Δp (psi) 3234 2097 1942 1818
Presioacuten final (psia) 8742 7997 8128 7788
Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 1275 1275 1275 1275 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 164 164 164 164 Longitud Equivalente accesorios (ft) 172 172 172 172 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 336 336 336 336 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 52x106 42 x106 61 x106 4 x106 f f (Ec de Colebrook) 00132 00133 00132 00133 Δp (psi) 2193 1419 1319 1229
Presioacuten final (psia) 6549 6578 6809 6558
Se debe tomar en consideracioacuten que en las especificaciones de los brazos de
carga que estipula Pequiven la presioacuten de descarga de la tuberiacutea al brazo de carga
debe ser de 70 psig (847 psia) y dado que ninguna de las configuraciones genera este
valor de presioacuten se debe tener en cuenta que el flujo de disentildeo no seraacute alcanzado
CAPIacuteTULO III
91
porque por debajo de esta presioacuten no se lograriacutea el despacho de los productos debido
a que los brazos de carga no seraacuten capaces de levantar el fluido la altura necesaria
para cargar los buques
Teniendo como base estos valores de presioacuten esperados para la descarga de
las liacuteneas hasta los brazos de carga se procede a la simulacioacuten con el software
PIPESIMreg
322 PIPESIMreg
Posterior al caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten utilizando la ecuacioacuten de Fanning
se realizan las simulaciones en PIPESIMreg de las configuraciones establecidas
anteriormente A continuacioacuten se resentildean por separado cada una de eacutestas
3221 Metor
Luego de ingresar las propiedades del modelo se procede a la simulacioacuten de
eacuteste ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar (Figura 17)
CAPIacuteTULO III
92
Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la simulacioacuten del programa
CAPIacuteTULO III
93
Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor
L P T v q Ρ fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Metor24 1 00 14828 11318 8319 377433 47953 LIacuteQUIDO 0411 2799 2 6504 14650 11261 8316 377287 47971 LIacuteQUIDO 0413 2786 3 13008 14558 11207 8313 377142 47990 LIacuteQUIDO 0415 2774 4 19513 14380 11154 8310 377004 48007 LIacuteQUIDO 0416 2762 5 26017 14288 11102 8307 376868 48025 LIacuteQUIDO 0418 2750 6 32521 14110 11052 8304 376738 48041 LIacuteQUIDO 0420 2739 7 39026 14018 11003 8301 376610 48057 LIacuteQUIDO 0422 2728 8 45530 13840 10956 8298 376488 48073 LIacuteQUIDO 0423 2718 9 52034 13748 10910 8296 376367 48088 LIacuteQUIDO 0425 2708
10 58538 13570 10865 8293 376252 48103 LIacuteQUIDO 0426 2699 11 65043 13478 10821 8291 376139 48118 LIacuteQUIDO 0428 2689 12 71547 13300 10779 8288 376030 48132 LIacuteQUIDO 0429 2680 13 78051 13209 10738 8286 375924 48145 LIacuteQUIDO 0430 2672 14 84555 13030 10698 8284 375822 48158 LIacuteQUIDO 0432 2664 15 91060 12939 10660 8281 375721 48171 LIacuteQUIDO 0433 2656 16 97564 12761 10622 8279 375625 48184 LIacuteQUIDO 0434 2648 17 104070 12670 10585 8277 375530 48196 LIacuteQUIDO 0436 2640 18 110570 12491 10550 8275 375440 48207 LIacuteQUIDO 0437 2633 19 117080 12400 10515 8273 375351 48219 LIacuteQUIDO 0438 2626 20 123580 12222 10482 8271 375266 48230 LIacuteQUIDO 0439 2620 21 130080 12131 10449 8269 375182 48240 LIacuteQUIDO 0440 2613 Linea de Flujo Metor16 (nuevo datum) 22 0 12072 10449 1922 375183 48240 LIacuteQUIDO 0440 3984 23 94324 10251 10424 1922 375166 48243 LIacuteQUIDO 0441 3979 24 18865 8429 10400 1922 375150 48245 LIacuteQUIDO 0441 3975 Linea de Flujo Metor12 (nuevo datum) 25 0 8328 10400 3104 375153 48244 LIacuteQUIDO 0441 5052 26 16798 7197 10400 3104 375182 48241 LIacuteQUIDO 0441 5054 27 33596 6100 10399 3105 375210 48237 LIacuteQUIDO 0441 5056
CAPIacuteTULO III
94
Para el Metanol tanto en esta configuracioacuten como para la de Supermetanol
se hicieron pruebas de seleccioacuten entre los modelos de viscosidad Pedersen y LBC
(Lohrentz-Bray-Clark) siendo Pedersen el que mejor se ajusta al modelo de
viscosidad del metanol a pesar de ser usado generalmente para gas natural y petroacuteleo
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 463 psig (610 psia) De igual forma en la figura 18 se observa que
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga
Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h
CAPIacuteTULO III
95
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2500 2250 2140 2000 y
1875 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 377389 339650 323045 301911
y 283041 En la figura 19 se puede apreciar que se consigue una presioacuten final cercana
a 70psig con un flujo de 2140 m3h
Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor)
Se toma el flujo de 2140 m3h como el oacuteptimo para el despacho de Metanol
desde la planta Metor A continuacioacuten se muestra el perfil presioacuten-distancia en este
caso (figura 20)
CAPIacuteTULO III
96
Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h
3222 Supermetanol
Luego de ingresar las propiedades del modelo en el simulador se procede a
correr dicho modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar en el caso de
Supermetanol los datos son Presioacuten de entrada 0 psig Flujo 301911 bbld
Se resentildean en la tabla 22 los principales resultados necesarios para el estudio
de la configuracioacuten de Supermetanol
CAPIacuteTULO III
97
Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Supermetanol
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Sumeca20 1 00 14947 11320 9708 301947 47952 LIacuteQUIDO 0411 2705 2 6585 14664 11261 9705 301826 47972 LIacuteQUIDO 0413 2692 3 13169 14469 11203 9701 301708 47991 LIacuteQUIDO 0415 2679 4 19754 14186 11148 9697 301594 48009 LIacuteQUIDO 0417 2667 5 26339 13991 11094 9693 301483 48026 LIacuteQUIDO 0418 2656 6 32923 13708 11041 9690 301377 48043 LIacuteQUIDO 0420 2645 7 39508 13513 10991 9687 301272 48060 LIacuteQUIDO 0422 2634 8 46093 13230 10941 9683 301173 48076 LIacuteQUIDO 0424 2624 9 52677 13035 10894 9680 301075 48091 LIacuteQUIDO 0425 2614
10 59262 12753 10847 9677 300981 48106 LIacuteQUIDO 0427 2605 11 65846 12558 10803 9674 300890 48121 LIacuteQUIDO 0428 2596 12 72431 12275 10759 9672 300802 48135 LIacuteQUIDO 0430 2587 13 79016 12080 10717 9669 300716 48149 LIacuteQUIDO 0431 2578 14 85600 11798 10675 9666 300634 48162 LIacuteQUIDO 0432 2570 15 92185 11603 10636 9664 300554 48175 LIacuteQUIDO 0434 2563 16 98770 11321 10597 9661 300477 48187 LIacuteQUIDO 0435 2555 17 105350 11126 10560 9659 300402 48199 LIacuteQUIDO 0436 2548 18 111940 10844 10523 9656 300330 48211 LIacuteQUIDO 0437 2541 19 118520 10649 10488 9654 300259 48222 LIacuteQUIDO 0439 2534 20 125110 10367 10454 9652 300192 48233 LIacuteQUIDO 0440 2528 21 131690 10172 10421 9650 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 2521 Linea de Flujo Sumeca16 (nuevo datum) 22 000 10148 10421 1538 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 3183 23 94324 8974 10387 1537 300079 48251 LIacuteQUIDO 0442 3176 24 188650 7800 10354 1537 300034 48258 LIacuteQUIDO 0443 3170 Linea de Flujo Sumeca12 (nuevo datum) 25 000 7736 10354 2483 300036 48258 LIacuteQUIDO 0443 4028 26 16798 7003 10352 2483 300046 48256 LIacuteQUIDO 0442 4029 27 33596 6303 10349 2483 300055 48255 LIacuteQUIDO 0442 4029
CAPIacuteTULO III
98
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4834 psig (6303 psia) En la figura 21 graacutefica Presioacuten vs Distancia
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga (Figura 22)
Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1830 1800 1750
1740 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 276248 271720
264172 262662 y 256624 En la figura 22 se puede apreciar que se consigue un
valor de presioacuten final maacutes aproximado a 70 psig con un flujo de 1740 m3h
CAPIacuteTULO III
99
Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol)
3223 MTBE de Super Octanos
Luego de ingresar las propiedades de la configuracioacuten se procede a correr el
modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar
Presioacuten de entrada 0 psig
Flujo 301911 bbld
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la corrida del simulador
CAPIacuteTULO III
100
Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo MTBE20 1 00 14970 11331 9708 301937 46353 LIacuteQUIDO 0250 4291 2 7183 14652 11233 9705 301838 46368 LIacuteQUIDO 0251 4274 3 14367 14473 11139 9702 301743 46383 LIacuteQUIDO 0252 4257 4 21550 14155 11050 9699 301654 46397 LIacuteQUIDO 0253 4243 5 28734 13977 10966 9696 301568 46410 LIacuteQUIDO 0254 4227 6 35917 13659 10886 9694 301489 46422 LIacuteQUIDO 0255 4214 7 43100 13480 10810 9691 301412 46434 LIacuteQUIDO 0256 4201 8 50284 13163 10737 9689 301340 46445 LIacuteQUIDO 0256 4189 9 57467 12984 10668 9687 301271 46456 LIacuteQUIDO 0257 4176
10 64651 12667 10603 9685 301206 46466 LIacuteQUIDO 0258 4166 11 71834 12488 10541 9683 301144 46475 LIacuteQUIDO 0259 4155 12 79017 12171 10482 9681 301087 46484 LIacuteQUIDO 0259 4145 13 86201 11993 10426 9679 301031 46493 LIacuteQUIDO 0260 4135 14 93384 11675 10372 9677 300979 46501 LIacuteQUIDO 0260 4127 15 100570 11497 10322 9676 300929 46508 LIacuteQUIDO 0261 4118 16 107750 11180 10274 9674 300883 46516 LIacuteQUIDO 0261 4111 17 114930 11001 10228 9673 300838 46523 LIacuteQUIDO 0262 4103 18 122120 10684 10184 9671 300797 46529 LIacuteQUIDO 0262 4096 19 129300 10506 10143 9670 300757 46535 LIacuteQUIDO 0263 4089 20 136480 10189 10104 9669 300721 46541 LIacuteQUIDO 0263 4083 21 143670 10011 10067 9668 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 4077 Linea de Flujo MTBE16 (nuevo datum) 22 00 9987 10067 1541 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 5146 23 9432 8866 10036 1540 300672 46548 LIacuteQUIDO 0263 5149 24 18865 7744 10006 1540 300665 46549 LIacuteQUIDO 0263 5151 Linea de Flujo MTBE12 (nuevo datum) 25 000 7682 10006 2488 300667 46549 LIacuteQUIDO 0263 6547 26 16798 6984 10006 2488 300686 46546 LIacuteQUIDO 0263 6555 27 33596 6307 10006 2488 300708 46543 LIacuteQUIDO 0263 6562
Tanto para MTBE como para el Iso-Octano estos fluidos se incluyeron al
simulador como black oil para lograr un comportamiento de viscosidad cercano al
CAPIacuteTULO III
101
teoacuterico se ingresaron valores de temperatura y viscosidad dentro del rango de
operacioacuten del proyecto
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4837 psig (6307 psia) Debido a que no se alcanza con el flujo de
disentildeo 70 psig a la salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de
sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida
de descarga al brazo de carga (Figura 23)
Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE)
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1850 1800 1750
1735 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720
261908 262662 y 256624 En la figura 23 se puede apreciar que se consigue una
presioacuten final maacutes cercana a 70 psig con un flujo de 1735 m3h
CAPIacuteTULO III
102
3224 Iso-Octano de Super Octanos
Se realiza la corrida del modelo con los mismos datos de entrada utilizados
en la configuracioacuten de MTBE Se resumieron en la tabla 24 los principales resultados
Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de IsoOctano
L P T v q ρ Patroacuten de flujo micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (PI-SS) (cP) x10-6 Linea de Flujo IsoOctano20 1 00 14970 11334 9708 301940 42283 LIacuteQUIDO 0454 2159 2 8340 14623 11209 9704 301816 42300 LIacuteQUIDO 0456 2151 3 16680 14424 11092 9700 301697 42317 LIacuteQUIDO 0457 2142 4 25020 14078 10982 9697 301588 42332 LIacuteQUIDO 0459 2135 5 33360 13879 10880 9694 301485 42347 LIacuteQUIDO 0461 2128 6 41700 13532 10783 9691 301391 42360 LIacuteQUIDO 0462 2121 7 50039 13334 10693 9688 301301 42373 LIacuteQUIDO 0463 2115 8 58379 12987 10609 9685 301219 42384 LIacuteQUIDO 0464 2110 9 66719 12789 10530 9682 301141 42395 LIacuteQUIDO 0466 2104
10 75059 12442 10455 9680 301070 42405 LIacuteQUIDO 0467 2099 11 83399 12244 10386 9678 301002 42415 LIacuteQUIDO 0468 2094 12 91739 11898 10320 9676 300940 42423 LIacuteQUIDO 0469 2090 13 100080 11699 10259 9674 300881 42432 LIacuteQUIDO 0470 2086 14 108420 11353 10202 9672 300829 42439 LIacuteQUIDO 0470 2083 15 116760 11154 10149 9671 300777 42446 LIacuteQUIDO 0471 2079 16 125100 10808 10098 9669 300732 42453 LIacuteQUIDO 0472 2076 17 133440 10610 10051 9668 300688 42459 LIacuteQUIDO 0473 2073 18 141780 10264 10007 9667 300650 42464 LIacuteQUIDO 0473 2070 19 150120 10065 9966 9665 300612 42470 LIacuteQUIDO 0474 2068 20 158460 9719 9927 9664 300580 42474 LIacuteQUIDO 0474 2066 21 166800 9521 9890 9663 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2063 Linea de Flujo IsoOctano16 (nuevo datum) 22 00 9499 9890 1540 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2605 23 9432 8399 9865 1540 300555 42478 LIacuteQUIDO 0474 2607 24 18865 7410 9842 1540 300568 42476 LIacuteQUIDO 0474 2609 Linea de Flujo IsoOctano12 (nuevo datum) 25 000 7353 9842 2487 300571 42476 LIacuteQUIDO 0474 3316 26 16798 6708 9842 2487 300602 42471 LIacuteQUIDO 0474 3319 27 33596 6082 9842 2488 300639 42466 LIacuteQUIDO 0473 3323
CAPIacuteTULO III
103
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4612 psig (6082 psia) Debido a que no se alcanza los 70 psig a la
salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando
el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo
de carga (Figura 24)
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2000 1850 1800 1750 y
1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720 264172
y 256624 En la figura 24 se nota que el valor de flujo con una presioacuten final cercana
a 70 psig es de 1700 m3h
Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano)
CAPIacuteTULO III
104
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS
Para realizar la comparacioacuten entre modelos se agruparon en tablas los
resultados correspondientes a las caiacutedas de presioacuten de cada uno de los modelos
separados por tramos y luego se calculoacute el porcentaje de desviacioacuten entre los valores
Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor
METANOL
Metor Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 2864 2697 621 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 11986 12131 120
Δp tuberiacutea 16 (psia) 3234 3702 1264 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8752 8429 383 Δp tuberiacutea 12 (psia) 2193 2329 584
Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6559 6100 752
Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Supermetanol
METANOL Supermetanol Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4875 4775 210 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10095 10172 076 Δp tuberiacutea 16 (psia) 2097 2372 1158 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7997 7800 253 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1419 1497 520 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6578 6303 437
CAPIacuteTULO III
105
Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE
MTBE Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4900 4959 118 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10070 10011 059 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1942 2267 1435 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8128 7744 496 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1319 1437 823 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6809 6307 796
Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano
IsoOctano Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 5365 5449 155 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 9605 9521 089 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1818 2111 1389 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7788 741 510 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1229 1328 743 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6558 6082 783
Debido a que la operacioacuten de las configuraciones empleando los flujos de
disentildeo no permiten que se mantenga la condicioacuten limitante que la presioacuten en la
entrada al brazo de carga sea de 70 psig se hace un cuadro comparativo entre estos
valores como se muestra en la tabla 29
CAPIacuteTULO III
106
Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Flujo oacuteptimo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Porcentaje comparativo entre los valores de flujo () 1682 1494 1527 1765
54 CAPACIDAD DE DESPACHO DURANTE LA VENTANA
OPERACIONAL DE CADA UNA DE LAS PLANTAS
En el Muelle Criogeacutenico soacutelo se dispone de un brazo para el despacho de los
productos de las 3 empresas mixtas con la implementacioacuten del proyecto tratado en
este trabajo se espera una mayor holgura para la carga de los productos a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico asiacute como tambieacuten se podraacute despachar mayor cantidad de
productos al mismo tiempo ya que cada producto tendraacute un brazo individual De esta
forma habraacute la posibilidad de utilizar hasta 4 brazos al mismo tiempo para cargar en
dos buques diferentes ya que soacutelo se dispone de la plataforma este y la oeste para el
despacho de productos pero se pueden cargar 2 tipos de productos en el mismo
buque
Se debe tener en cuenta que la empresa FertiNitro tambieacuten despacha sus
productos (amoniacuteaco) a traveacutes del Brazo de Carga M-501 ubicado en la plataforma
de liacutequidos al igual que los brazos M-502 M-503 M-504 y M-505 como se pudo
observar en la Figura 16 (Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De
Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose)
Se pueden cuantificar las posibilidades de carga de la mayor cantidad de
productos simultaacuteneamente en 12 casos diferentes como se muestra en la tabla 30
CAPIacuteTULO III
107
Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Caso Lado Oeste Lado Este 1 Metor M-505 Metor M-504
Metor M-503 Soca M-502
2 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503 Soca M-502
3 Metor M-505 Metor M-504 Metor M-503
4 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503
5 Metor M-505
Metor M-503
6 Sumeca M-505
7 Sumeca M-505
Metor M-503
Soca M-502
8 Sumeca M-504
Soca M-502
9 Metor M-504
Soca M-502
10 Soca M-502
11 Sumeca M-504
12 Metor M-504
FertiNitro M-501
Con los datos recopilados en la tabla 11 se obtiene la siguiente distribucioacuten
porcentual seguacuten el despacho de cada una de las plantas involucradas en el proyecto
CAPIacuteTULO III
108
33
39
28
SupermetanolMetorSuper Octanos
Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del Muelle
Criogeacutenico
Debido a que se tiene conocimiento de los voluacutemenes despachados en buques
por FertiNitro actualmente en el Muelle Petroquiacutemico y el despachado por Metor
Supermetanol y Super Octanos por el Muelle Criogeacutenico se hace una proyeccioacuten del
porcentaje de produccioacuten mensual de despachos para el antildeo 2008 del Muelle
Petroquiacutemico cuando el proyecto se encuentre en operacioacuten De esta forma la
ocupacioacuten se puede decir que tendraacute la distribucioacuten mostrada en la Figura 26
17
3627
20
FertiNitroMetorSupermetanolSuper Octanos
Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro
CAPIacuteTULO III
109
La ventana operacional con la cual contaraacuten las plantas para el despacho de
sus productos seraacute al igual que en la actualidad de 72 horas contando con hasta 32
horas para el despacho De acuerdo a las velocidades maacuteximas de despacho
calculadas anteriormente se recrea un tiempo estimado de despacho al buque de cada
uno de los productos en la tabla 31
Se escogen capacidades de buques aproximadas debido a que de acuerdo a la
Tabla 12 cada buque presenta capacidades diferentes ademaacutes que podriacutean cargar
menor cantidad de productos de lo que su capacidad total permite dependiendo de las
teacutecnicas de negociacioacuten que sean empleadas en la venta de los productos
Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques
METANOL
Metor METANOL
Supermetanol MTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Flujo maacutesico (TMh) 16105 13181 12301 11144 Buque de 10 MTM
Tiempo (h) 621 759 813 897
Buque de 15 MTM Tiempo (h)
931 1138 1219 1346
Buque de 20 MTM Tiempo (h)
1242 1517 1626 1795
Buque de 25 MTM Tiempo (h)
1552 1897 2032 2243
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
110
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
La seleccioacuten de tuberiacuteas principales se realizoacute de acuerdo al piping class
utilizado en el Muelle Petroquiacutemico pero debido a las altas exigencias de seguridad
de dicho muelle las cuales no son necesarias en las aacutereas externas al Muelle se hizo
la salvedad de permitir el uso de tuberiacutea con costura fuera del liacutemite de bateriacutea del
Muelle De esta forma la tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es
ASTM A-53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia hasta que
se obtengan los resultados del estudio de golpe de ariete del cual podriacutea resultar que
el rating necesario para las tuberiacuteas sea de 300 lbf Desde el punto de salida de las
plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del Muelle se utilizaraacute tuberiacutea tipo E (soldada con
resistencia eleacutectrica) y una vez dentro de los linderos del Muelle las tuberiacuteas deberaacuten
ser sin costura (Tipo S) al igual que las vaacutelvulas y los accesorios Las tablas 7 8 y 9
muestran las caracteriacutesticas de cada una de las liacuteneas
La seleccioacuten de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar se realizoacute conforme a que el
caacutelculo de los espesores miacutenimos requeridos en cada una de las liacuteneas reporta valores
de hasta 50 por debajo de la ceacutedula miacutenima comercial (Schedule 10) Luego de
aplicar un factor de seguridad riguroso se toma como alternativa tolerante la ceacutedula
estaacutendar en cada una de las liacuteneas (ver tablas 13 y 14)
El valor miacutenimo de presioacuten requerido en el punto final de la tuberiacutea de 12rdquo es
de 70 psig Dicho valor es necesario para que el fluido recorra el brazo de carga y
descargue al buque con una presioacuten de 20 psig
El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado a la
presioacuten de descarga de las bombas de cada planta que para todos los casos se tomoacute
la resentildeada en la hoja de especificaciones de cada bomba como presioacuten de operacioacuten
El caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las liacuteneas es un valor aproximado debido a
la carencia de informacioacuten definitiva acerca de las vaacutelvulas y accesorios que seraacuten
implementados en las liacuteneas Para la fecha de culminacioacuten de este Trabajo Especial
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
111
de Grado las empresas mixtas auacuten no teniacutean bien especificado los elementos de
control que se aplicaraacuten a las liacuteneas incluyendo asiacute el tipo de vaacutelvulas que seraacuten
empleados Los valores de caiacuteda de presioacuten que se reportan en el punto final de la
tuberiacutea de 12rdquo son mayores a los que se deberiacutea esperar para el momento de ejecucioacuten
del proyecto
El caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten primeramente se realizoacute mediante el uso de
la ecuacioacuten de Fanning utilizando el nuacutemero de Reynolds para el caacutelculo del factor
de friccioacuten Estos valores de caiacuteda de presioacuten se calcularon para cada uno de los
tramos de tuberiacutea reportaacutendose en las tablas 18 19 y 20
El segundo meacutetodo de caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten se realizoacute mediante la
corrida en PIPESIMreg de cada uno de los casos por separado de acuerdo al fluido que
transportariacutea cada liacutenea y la planta que manejariacutea dicho fluido Debido a que
PIPESIMreg es un simulador de produccioacuten de petroacuteleo se estudioacute la manera de incluir
Metanol MTBE e Iso-Octano al programa
Para el modelaje del comportamiento de viscosidad del metanol se empleoacute
Pedersen siendo eacuteste el que mejor se adaptaba al teoacuterico Los modelos de viscosidad
utilizados para MTBE e Iso-Octano a diferencia del Metanol se generaron a partir de
2 pares de valores de viscosidad y temperatura ingresados por el usuario con lo cual
el modelo de viscosidad se asemeja al teoacuterico en el rango de temperatura utilizado el
cual es cercano al de operacioacuten del proyecto
Para todas las configuraciones el valor de presioacuten en el punto final de las
tuberiacuteas de 12rdquo manejando el flujo de disentildeo se encuentra por debajo de 70psig con
un margen de hasta 25 psi (como se reporta en las tablas 25 26 27 y 28) tanto en los
caacutelculos con la ecuacioacuten de Fanning como los generados por el simulador
Se compararon los valores de presioacuten reportados en cada una de las corridas
y se pudo apreciar la similitud de eacutestos con los calculados con la ecuacioacuten de
Fanning se puede apreciar que la divergencia entre valores de presioacuten reportados en
las tablas 26 27 28 y 29 no es significativa los valores maacutes distantes reportan un
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
112
desviacioacuten de hasta 14 Los valores generados por el simulador se consideraron con
mayor exactitud debido a que el simulador hace caacutelculos de los valores de viscosidad
y presioacuten a cada uno de los intervalos en los cuales se separa la longitud total de la
tuberiacutea lo cual no se hace en la ecuacioacuten de Fanning
Los valores finales de presioacuten correspondientes a Metanol MTBE e Iso-
Octano presentan porcentajes de divergencia menores al 8 lo que se puede atribuir
al hecho que los fluidos son ingresados a un simulador de hidrocarburos lo cual trae
consecuencias ya que la viscosidad del fluido a pesar de presentar valores cercanos a
los teoacutericos fueron calculados con correlaciones para petroacuteleo
Debido a que los valores generados por el simulador al final de la tuberiacutea de
12rdquo son inferiores a 70 psig (operando con el flujo de disentildeo) se realizaron anaacutelisis
de sensibilidad a cada una de las liacuteneas variando los valores del flujo de salida de la
bomba Es debido a este factor limitante que los flujos de disentildeo no son alcanzados
en las configuraciones como se muestra en la tabla 29 Los flujos que operaraacuten las
liacuteneas para mantener la condicioacuten limitante se encuentran entre 15 y 18 por debajo
del flujo de disentildeo
Los valores de flujo conseguidos al aplicar el anaacutelisis de sensibilidad a las
liacuteneas se encuentran por encima del que se espera al momento de ejecutar el proyecto
debido a que no se incluye la peacuterdida de presioacuten debido a las vaacutelvulas que seraacuten
conectadas a las liacuteneas Los valores de flujo obtenidos en este anaacutelisis no deberaacuten ser
tomados como valores reales sino como valores maacuteximos de operacioacuten de las
configuraciones
Referente a la ocupacioacuten del muelle se puede notar que auacuten para el caso maacutes
desfavorable el despacho de Iso-Octano a un buque de gran tamantildeo (menor
velocidad de flujo) el tiempo de carga es menor a 24 horas como se puede observar
en la tabla 31 Seguacuten experiencias actuales se conoce que los tiempos de despacho
se encuentran entre 15 y 32 horas dependiendo de la capacidad de los buques y de la
velocidad de bombeo La tasa maacutexima de bombeo hacia el Muelle Criogeacutenico en la
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
113
actualidad es de 1000 m3h con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten
los tiempos de despacho
En cuanto a las necesidades de ocupacioacuten de cada usuario (Metor
Supermetanol Super Octanos y FertiNitro) en el Muelle Petroquiacutemico se observa
que es Metor quien tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten Supermetanol y Super
Octanos seguiraacuten en cuanto al nivel de necesidad y seraacute FertiNitro quien menos
requiera del uso del Muelle ya que esta uacuteltima empresa tiene despachos mensuales de
uno a dos buques y las otras plantas tienen despachos de 4 oacute 5 buques mensuales En
la figura 26 se aprecian los porcentajes de distribucioacuten de cada una de las plantas
esperados en el momento cuando entre en vigencia el uso del Muelle Petroquiacutemico de
Jose para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
CONCLUSIONES
114
CONCLUSIONES
A continuacioacuten se presentan las principales conclusiones resultantes del
estudio de este Trabajo Especial de Grado
bull La tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es ASTM A-
53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia
Desde el punto de salida de las plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del
Muelle seraacute tuberiacutea Tipo E (soldada con resistencia eleacutectrica) y
dentro de los linderos del Muelle seraacute Tipo S (sin costura)
bull El factor limitante de la velocidad de flujo en cada una de las
configuraciones es una presioacuten igual a 70 psig reportado al final de
la tuberiacutea de 12rdquo
bull El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado
a la presioacuten de operacioacuten de las bombas
bull Los valores de caiacuteda de presioacuten resultantes son valores aproximados
de igual forma sucede con los valores de flujo eacutestos deberaacuten ser
tomados como valores maacuteximos de despacho
bull La simulacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en cada una de las liacuteneas se
realizoacute con PIPESIMreg la inclusioacuten de Metanol en la configuracioacuten se
hizo siguiendo el modelo de fluido composicional mientras que el
modelo utilizado para la inclusioacuten de MTBE e Iso-Octano fue black
oil
bull Los valores de presioacuten reportados en las corridas y los calculados con
la ecuacioacuten de Fanning presentaron una desviacioacuten porcentual menor
al 15 comparativamente entre los dos modelos Se consideran con
mayor exactitud los valores generados por el simulador
CONCLUSIONES
115
bull Los valores finales de presioacuten a la entrada del brazo de carga son
menores a 70psig en operacioacuten con el flujo de disentildeo
bull La velocidad de flujo con mayor operatividad en cada uno de los
casos es menor que los flujos de disentildeo de cada una de las liacuteneas en
un rango menor al 18 en todos los casos
bull Los brazos de carga a utilizar en las instalaciones del Muelle
Petroquiacutemico de Jose seraacuten de 12rdquo con facilidades para retorno de
vapores
bull El tiempo maacuteximo de carga de los buques con capacidades de hasta
25000TM son 24 horas
bull Con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten los tiempos
de despacho a los buques de Metanol MTBE e Iso-Octano con
respecto al sistema actual
bull Metor tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten del Muelle
Petroquiacutemico Supermetanol y Super Octanos seguiraacuten en cuanto al
nivel de necesidad y FertiNitro seraacute quien tenga menor requerimiento
de uso del Muelle
RECOMENDACIONES
116
RECOMENDACIONES
Realizar el estudio de golpe de ariete para evaluar la necesidad de
proteccioacuten mecaacutenica de las liacuteneas asiacute como de las vaacutelvulas y accesorios
Una vez obtenida la disposicioacuten de todos los elementos de control que
seraacuten instalados en las liacuteneas agregar la peacuterdida de presioacuten causada debido
a las vaacutelvulas y accesorios para luego recalcular los flujos de despacho en
cada una de las configuraciones
Incluir en los procedimientos operacionales del Muelle Petroquiacutemico de
Jose la implementacioacuten de programas de inspeccioacuten y mantenimiento de
las liacuteneas involucradas en el proyecto asiacute como vaacutelvulas accesorios
brazos de carga sistema de alivio de vapores
Escoger la mejor opcioacuten para la disposicioacuten de liacutequidos y vapores
generados en el proceso de despacho de buques (instalacioacuten de tanques de
alivio disposicioacuten de fluidos hacia el flare o la instalacioacuten de la liacutenea de
retorno hacia la planta de Super Octanos)
Asegurar la posibilidad de control de las vaacutelvulas localizadas en los brazos
de carga M503 M-504 y M-505 tanto por Metor como por Supermetanol
Incluir en los procedimientos operacionales toda la logiacutestica a seguir para
realizar el lavado (Flushing) con agua de los tanques de almacenamiento de
los buques asiacute como la inertizacioacuten de eacutestos en caso de ser necesario
RECOMENDACIONES
117
Estudiar el suministro y conexioacuten de nitroacutegeno en el estribo del Muelle
para el desalojo de las liacuteneas y en caso de ser necesario la inertizacioacuten de
los tanques de almacenamiento de los buques
Realizar la clausura de las liacuteneas existentes en el Muelle Criogeacutenico de
manera adecuada asiacute como la recoleccioacuten de los activos pertenecientes a
las empresas mixtas y Pequiven en dicho Muelle
Tramitar la permisologiacutea ante los entes gubernamentales para la aprobacioacuten
del proyecto
BIBLIOGRAFIacuteA
118
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
[1] ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31 Capiacutetulo II
[2] Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico
9na edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
[3] Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
[4] Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Tomo II
Meacutexico Edit Mc Graw Hill 1992
[5]Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpip
esim_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
[6] Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1979
BIBLIOGRAFIacuteA
Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico 9na
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
Barberii EE El Pozo Ilustrado 3ra edicioacuten Caracas PDVSA 1985
Branan Carl R Soluciones praacutecticas para el Ingeniero Quiacutemico 2da
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 2000
Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1992
Reza Garciacutea Clemente Flujo de fluidos en vaacutelvulas accesorios y tuberiacuteas
Crane Co Meacutexico Mc Graw Hill 1990
BIBLIOGRAFIacuteA
119
Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc Graw
Hill 1979
The MW Kellogg Company Design of piping systems 2da edicioacuten Jhon
Wiley and sons
Paper SPE 20631 Xlao JJ Shoham O y Brill JP A comprehensive
Mechanistic Model for Two-Phase Flow in Pipelines Society of Petroleum
Engineers Inc University of Tulsa 1990
Paper SPE 20645 Z El-Oun Gas-Liquid Two-Phase Flow in Pipelines
Society of Petroleum Engineers Inc CALtec Limited Subsidiary of BHR Group Ltd
1990
Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
Tecnoconsult httpwwwtecnoconsultcom [consulta Noviembre 2005]
Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpipesi
m_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
PDVSA httpwwwinteveppdvcomsantppquimicosind_productoshtm
[consulta diciembre 2005]
Wipedia httpeswikipediaorgwikiGolpe_de_ariete [consulta Mayo
2006]
ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31
PDVSA No L-TP- 15 Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Manual de Ingenieriacutea
de Disentildeo Volumen 13-III Procedimiento de Ingenieriacutea
PDVSA No MDP-02-FF-03 Flujo en Fase Liacutequida Manual de Disentildeo de
Proceso Flujo de fluidos
BIBLIOGRAFIacuteA
120
PDVSA Especificaciones teacutecnicas de Materiales y de Construccioacuten
PDVSA Higiene Industrial Iacutendice general de productos quiacutemicos
GLOSARIO
121
GLOSARIO
Black Oil petroacuteleo negro
Data sheet hoja de especificaciones
Flare mechurrio
Pipe rack corredor de tuberiacutea casillero de tubos
Piping class Tipo de tuberiacutea
Rating capacidad nominal
Schedule ceacutedula o calibre
Source fuente
ANEXO 1
122
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano
El anexo 1 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Iso-Octano del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 2
123
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol
El anexo 2 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Metanol del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 3
124
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE
El anexo 3 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al MTBE del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
IacuteNDICE GENERAL
v
IacuteNDICE GENERAL
RESUMEN iv
IacuteNDICE GENERAL v
IacuteNDICE DE TABLAS x
NOMENCLATURA xi
INTRODUCCIOacuteN 1
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3
OBJETIVOS 4
METODOLOGIacuteA 5
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL 7 11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA 7
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA 7 112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE 7 113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN 9 114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI 9
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR) 9 1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE (FERTINITRO) 10 1143 SUPERMETANOL 10 1144 SUPER OCTANOS 11 1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE 11
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE 13
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA 14
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS 14 1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS 14 1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS 17
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS 19 1221 BALANCE DE ENERGIacuteA 19
12211 Balance total de energiacutea 19 12212 Balance de energiacutea mecaacutenica 21 12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema 21
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS 22 12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares 22
IacuteNDICE GENERAL
12222 Flujo incompresible 22 12223 Tuberiacuteas circulares 22 12224 Fluidos no newtonianos 25 12225 Flujo no isoteacutermico 28 12226 Flujo turbulento 29 12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales) 30 12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento 31 12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar 31 122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas 31 122211 Accesorios y vaacutelvulas 32
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS 33 1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS 33
12311 Desplazamiento 34 12312 Fuerza centriacutefuga 34
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA 35 1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS 35
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS 36 1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN 36 1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS 37
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos 38 1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL CARBONO Y ACERO INOXIDABLE 40
12431 Tubos y tuberiacuteas 41 12432 Juntas 42 12433 Codos y accesorios 43 12434 Vaacutelvulas 44
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS 46 12441 Seguridad 46 12442 Condiciones de disentildeo 46 12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas 48 12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos 49 12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas 50 12446 Soportes de tuberiacuteas 54 12447 Golpe de Ariete 56
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN 57 12451 Soldadura 57 12452 Doblado y formacioacuten 57 12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico 58
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA PIPESIMreg2003 58
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades 58 132 Modelaje de flujo multifaacutesico 58 133 Modelos de Fluido 59 134 Certeza del tipo de flujo 59 135 Disentildeo de equipos de superficie 59 136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea 60
IacuteNDICE GENERAL
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO 61 21 CONDICIONES DE DISENtildeO 61
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 61 212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS 62 213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO JOSE 63 214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS 63
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS 68
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS 68 2211 Metor 68 2212 SuperMetanol 74 2213 MTBE de Super Octanos 75 2214 IsoOctano de Super Octanos 77
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE 79
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO 79
CAPIacuteTULO III RESULTADOS 83
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED 83
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA FRICCIOacuteN EN
LAS TUBERIacuteAS 85
321 ECUACIOacuteN DE FANNING 86 322 PIPESIMreg 91
3221 Metor 91 3222 Supermetanol 96 3223 MTBE de Super Octanos 99 3224 Iso-Octano de Super Octanos 102
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS 104
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 110
CONCLUSIONES 114
RECOMENDACIONES 116
BIBLIOGRAFIacuteA 118
GLOSARIO 121
IacuteNDICE GENERAL
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano 122
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol 123
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE 124
IacuteNDICE DE FIGURAS
ix
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute Antonio Anzoaacutetegui 8
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui 11
Figura 3 Diagrama de corte 15 Figura 4 Diagrama de Moody 23 Figura 5 Curva de flujo general 26 Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor 69 Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor) 70 Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor 70 Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor 71 Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor 72 Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor 73 Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol 74 Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de
Super Octanos 76 Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de
Super Octanos 77 Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de
Super Octanos 78 Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el
Muelle Petroquiacutemico Jose 80 Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor 92 Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h 94 Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor) 95 Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h 96 Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h 98 Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol) 99 Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE) 101 Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano) 103 Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del
Muelle Criogeacutenico 108 Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro 108
IacuteNDICE DE TABLAS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose 12 Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales 23 Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta 33 Tabla 4 Propiedades de los fluidos 61 Tabla 5 Sistema de Bombeo 62 Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose 63 Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo) 64 Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo 65 Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo 66 Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios67 Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga 81 Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9 82 Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura 84 Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura 84 Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura 85 Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol 88 Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas propiedad de Super Octanos 89 Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas
Principales 89 Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo 90 Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo 90 Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor 93 Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
Supermetanol 97 Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE 100 Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
IsoOctano 102 Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor 104 Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de
Supermetanol 104 Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE 105 Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano 105 Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos 106 Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico 107 Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques109
NOMENCLATURA
xi
NOMENCLATURA
c= suma de tolerancias dejadas por la corrosioacuten la erosioacuten y cualquier profundidad de la muesca o estriado (-)
Cv = coeficiente de flujo en la vaacutelvula que pasa bajo una caiacuteda de presioacuten de l psi
cv= calor especiacutefico del fluido (BTUlbdegR)
D= diaacutemetro del conducto (ft)
d= diaacutemetro interno de la vaacutelvula (ft)
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea (ft)
dudy= gradiente de velocidad (1s)
E= factor de calidad (-)
F= peacuterdida por friccioacuten (ftlbflb)
f= factor de friccioacuten de Fanning (-)
G= velocidad maacutesica media (lbsft2)
g= aceleracioacuten local debido a la gravedad (322 fts2)
gc= constante dimensional (3217 lbftlbfs2)
hv= carga de velocidad (ft)
i= entalpiacutea especiacutefica (BTUlb)
J= equivalente mecaacutenico de calor (ftlbfBTU)
K= iacutendice de consistencia (lbfsnft2)
K1= cantidad de cargas de velocidad (fts)
L= dimensioacuten lineal caracteriacutestica del canal de flujo (ft)
L1= longitud del conducto (ft)
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes (ft)
Le= longitud equivalente (ft)
n= exponente (-)
nacute= exponente de la ley de potencia (-)
NRe = nuacutemero de Reynolds (-)
P= presioacuten de disentildeo (lbfft2)
p= presioacuten absoluta (lbfft2)
p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba (lbfft2)
p2= presioacuten estaacutetica corriente abajo (lbfft2)
NOMENCLATURA
Q= calor agregado (BTU)
q= flujo volumeacutetrico del fluido (ft3s)
r= radio (ft)
RH= radio hidraacuteulico medio (ft)
rw= radio de la tuberiacutea (ft)
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales (lbfft2)
s= entropiacutea especiacutefica (BTUlb degR)
SE= esfuerzo permisible (lbfft2)
Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto (-)
tm= espesor miacutenimo de pared (ft)
u= energiacutea interna especiacutefica (BTUlb)
U= distancia de anclajes (ft)
v= volumen especiacutefico (ft3lb)
V= velocidad lineal media (fts)
vprom= volumen especiacutefico promedio (ft3lb)
v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba (ft3lb)
v2= volumen especiacutefico en condiciones corriente abajo (ft3lb)
W= trabajo externo neto (lbfft)
We= trabajo proporcionado por una fuente externa (lbfft)
y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser absorbida por el sistema (ft)
Z= altura por arriba de cualquier plano de referencia horizontal arbitrario (ft)
Siacutembolos griegos Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica (lbfft2)
ΔTa= aumento global de la temperatura (degF)
ε= aspereza de la superficie interna del canal (ft)
η= viscosidad plaacutestica (lbfts)
μ= viscosidad dinaacutemica (lbfts )
μa= viscosidad aparente (lbfts )
ν =viscosidad cinemaacutetica (ft2s)
NOMENCLATURA
θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la horizontal (ordm)
ρ= densidad del fluido (lbft3)
ρprom= densidad promedio (lbft3)
τ= esfuerzo cortante (lbfft2)
τw= esfuerzo cortante en la pared (lbfft2)
τy= esfuerzo de cedencia (lbfft2)
ω= flujo en peso del fluido (lbs)
Abreviaturas ASME= The American Society of Mechanical Engineers
CS= Condiciones Standard
EOS= Equations of State
ERW= Electric Resistance Weld
MTBE= Metil Ter-Butil Eacuteter
MTMA= mil toneladas meacutetricas anuales
MTMM= mil toneladas meacutetricas mensuales
Soca= Super Octanos CA
Sumeca= Supermetanol CA
TAME= Ter-Amil Metil Eacuteter
INTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCIOacuteN
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) en la buacutesqueda de un despacho para
sus productos a traveacutes del puerto de su propiedad en el Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui se planteoacute el Proyecto ldquoFacilidades para el despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
En el complejo existen cuatro empresas mixtas FertiNitro Metanol de
Oriente (Metor) Supermetanol y Super Octanos de las cuales soacutelo la primera
descarga sus productos a traveacutes del muelle de Pequiven las otras empresas lo hacen a
traveacutes del Terminal de Almacenamiento y Embarque de Jose (TAEJ) lo cual es
necesario redireccionar
El referido proyecto consta de la instalacioacuten de todas las facilidades para el
despacho de productos (Metanol MTBE e Iso-Octano) a traveacutes del Muelle
Petroquiacutemico de Jose incluyendo la red de liacuteneas hidraacuteulicas y los brazos de carga en
el muelle para lo cual se hace necesario el levantamiento en campo de los datos
requeridos para llevar a cabo el disentildeo El desarrollo del proyecto consiste en la
Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten (IPC) para el despacho de los productos desde las
plantas Metor Supermetanol y Super Octanos hasta la plataforma de liacutequidos del
Muelle Petroquiacutemico de Jose lo cual a grandes rasgos comprende la instalacioacuten de
a) Cuatro liacuteneas y cuatro brazos de carga
b) Instalacioacuten de un tanque para contingencias en el proceso de carga
c) Una liacutenea que interconecte las tuberiacuteas de los brazos de Metanol para dar
la facilidad a Supermetanol y Metor de despachar tanto del lado Este como
Oeste
d) Una liacutenea de venteo de gases de MTBE Metanol Iso-Octano y sus
mezclas desde el Muelle hasta el cabezal del mechurrio existente
e) Interconexioacuten al sistema de tuberiacuteas existentes para servicios industriales
INTRODUCCIOacuteN
El presente Trabajo Especial de Grado tiene como objetivo el disentildeo del
sistema de transporte para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico de Jose basaacutendose en el uso del software PIPESIMreg
PIPESIMreg es un simulador con aplicaciones para tuberiacuteas que mediante el
suministro de algunos datos como flujo presioacuten temperatura propiedades fiacutesico-
quiacutemicas y termodinaacutemicas de los fluidos disentildeo de las tuberiacuteas ademaacutes de las
ecuaciones seleccionadas de acuerdo al fluido y variables a manejar arroja resultados
que permiten predecir tiempos oacuteptimos de carga de los buques asiacute como los efectos
que podriacutea causar sobre el sistema cualquier cambio operacional realizado
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) junto a las empresas mixtas que
laboran en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui deben habilitar las instalaciones del
Muelle Petroquiacutemico de Jose propiedad de Pequiven para lo cual se tiene previsto el
desarrollo de la Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten del proyecto ldquoFacilidades para el
Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de
Joserdquo que se encuentra en su fase inicial desde febrero de 2006 En la fase de
ingenieriacutea son muchas las interrogantes que se plantean las empresas mixtas acerca de
las caracteriacutesticas para el despacho que tendraacuten sus productos asiacute como la
implementacioacuten de diferentes configuraciones de tuberiacuteas para lograr un mayor
volumen de despacho o mejoras en la calidad de dicho despacho
Es asiacute como se plantea este Trabajo Especial de Grado direccionado hacia
la buacutesqueda de soluciones al disentildeo del sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de
despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose
utilizando como herramienta el software PIPESIMreg
Se elabora la simulacioacuten del sistema de transporte que se desea instalar en el
Muelle Petroquiacutemico de Jose para que sea eacutesta un modelo teoacuterico a seguir durante la
puesta en marcha del proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e
Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
OBJETIVOS
4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Disentildear el sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose utilizando
como herramienta el software PIPESIMreg
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Recopilar la informacioacuten de campo necesaria para la realizacioacuten del
disentildeo del proyecto
Disentildear el sistema de tuberiacuteas desde las Empresas Mixtas hasta los
brazos de carga ubicados en el Muelle Petroquiacutemico de Jose haciendo uso de
Pipesimreg2003
Disentildear las facilidades para el despacho de los productos hasta los
cargueros
Calcular los paraacutemetros y variables en cada una de las liacuteneas
Calcular la capacidad de despacho durante la ventana operacional para
cada uno de los productos
Calcular la capacidad operativa del muelle para el despacho
simultaacuteneo del mayor nuacutemero de cargueros
METODOLOGIacuteA
5
METODOLOGIacuteA
La metodologiacutea seguida en el presente Trabajo Especial de Grado se puede
recopilar en los siguientes puntos principales los cuales estaacuten separados por capiacutetulos
a lo largo del trabajo y presentan la siguiente estructura
El primer capiacutetulo correspondiente a los antecedentes explica los
principales aspectos de la empresa asiacute como la estructura participativa de Pequiven
Jose Luego se realiza el estudio de los principales aspectos teoacutericos involucrados en
ANTECEDENTES
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
DESARROLLO DEL DISENtildeO
Condiciones de disentildeo Revisioacuten del modelo ocupacional del Muelle
Disentildeo de tuberiacuteas
CAacuteLCULOS
AacuteNALISIS DE RESULTADOS
RESULTADOS
METODOLOGIacuteA
6
la elaboracioacuten de un disentildeo de sistema de transporte asiacute como la descripcioacuten del
software utilizado
Se explican las bases para la elaboracioacuten del disentildeo propiedades
involucradas y configuracioacuten de los elementos del proyecto Y por uacuteltimo se procede
al caacutelculo de las variables del disentildeo comparacioacuten entre modelos y estudio
operacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose
Se analizan los resultados obtenidos se generaraacuten conclusiones y se haraacuten
recomendaciones de acuerdo al estudio realizado
CAPIacuteTULO I
7
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL MARCO REFERENCIAL
11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA [3]
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA
Pequiven fue creada en 1977 asumiendo las funciones y operaciones de lo
que fuera el Instituto Venezolano de Petroquiacutemica (IVP) inaugurado en el antildeo 1955
Desde marzo de 1978 cuando se constituyoacute como filial de PDVSA Pequiven ha
vivido sucesivas etapas de reestructuracioacuten hasta llegar a convertirse en la
Corporacioacuten Petroquiacutemica de Venezuela
Su misioacuten es manufacturar y comercializar productos quiacutemicos y
petroquiacutemicos de alta calidad en el mercado nacional e internacional maximizando
el valor del gas y de las corrientes de refinacioacuten a fin de impulsar el desarrollo
industrial y agriacutecola del paiacutes
Su visioacuten es ser liacuteder en motorizar el desarrollo agriacutecola e industrial de
nuestro paiacutes ser reconocida en los mercados nacionales e internacionales por la
manufactura de productos quiacutemicos y petroquiacutemicos de alta calidad y a costos
competitivos
Estaacute integrada por tres Complejos Petroquiacutemicos El Tablazo en el estado
Zulia Moroacuten en el estado Carabobo y Jose en el estado Anzoaacutetegui Organizada en
Unidades de Negocio que atienden el desarrollo de tres liacuteneas de productos Olefinas
y sus derivados Fertilizantes y Productos Industriales Participa directamente en 16
Empresas Mixtas compuestas por socios nacionales e internacionales
112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE
El Complejo Jose ubicado en el estado Anzoaacutetegui costa oriental del paiacutes
es un desarrollo petroquiacutemico de Pequiven con gran futuro debido a la riqueza en gas
natural que posee la zona El Complejo tiene una superficie de 740 hectaacutereas donde se
han instalado las plantas de Super Octanos Metor Supermetanol y FertiNitro En la
CAPIacuteTULO I
8
figura 1 se puede observar una vista aeacuterea de las instalaciones del Complejo donde se
sentildealan los nombres de las calles que intervienen en el desarrollo del proyecto en
estudio
Ademaacutes de los servicios de agua electricidad gas generacioacuten de vapor y
otras instalaciones como las oficinas administrativas servicio de bomberos sistema
de intercomunicaciones cliacutenica industrial vigilancia sistema de disposicioacuten de
efluentes industriales mantenimiento todo ello para satisfacer las necesidades del
condominio
El desarrollo del complejo demuestra la experiencia y competitividad de
Pequiven cuya estructura empresarial no escatima esfuerzos en mantener actualizada
la capacidad de sus recursos humanos revisioacuten permanente de los procesos uso de la
tecnologiacutea de punta para fortalecer la productividad de sus plantas atencioacuten esmerada
consciente en la necesidad de conservar el ambiente y las relaciones interactivas y
comprometidas con el paiacutes
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui
Calle CCalle F
CAPIacuteTULO I
9
113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN
La decisioacuten gubernamental (1960) de permitir la participacioacuten asociada de
empresas venezolanas y extranjeras en el negocio petroquiacutemico fue muy acertada
Hoy esa modalidad empresarial ha fortalecido a Pequiven y ha logrado para el paiacutes
avances en tecnologiacutea y manufactura de productos petroquiacutemicos
Las ganancias generadas demuestran el progreso logrado por Pequiven y las
empresas mixtas respecto al aumento sostenido de la produccioacuten y diversificacioacuten de
productos como sigue
bull Olefinas y Plaacutesticos aacutecido clorhiacutedrico cloro dicloruro de etileno etileno
pirogasolina monoacutemero de cloruro de vinilo (MCV) cloruro de polivinilo (PVC)
polietileno de alta densidad polietileno de baja densidad polietileno lineal de baja
densidad polipropileno propileno y soda caacuteustica
bull Fertilizantes aacutecido fosfoacuterico aacutecido niacutetrico aacutecido sulfuacuterico amoniacuteaco
caprolactama fosfato diamoacutenico fosfato tricaacutelcico granulados de NPK nitrato de
potasio oleum roca fosfaacutetica solucioacuten de amoniacuteaco sulfato de amonio sulfato de
sodio urea
bull Productos Industriales alquilbencenos taacutelico anhiacutedrido benceno-tolueno-
xileno (BTX) clorofluorometanos glicol de etilenos metanol MTBE oacutexido de
etileno polifosfato de sodio tetraacutemero de propilenotres
114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR)
El inicio de operaciones de la planta de produccioacuten de Metanol empresa
mixta Metanol de Oriente (Metor SA) representa una significativa contribucioacuten
para el proceso de industrializacioacuten del gran potencial de gas natural con el que
cuenta Venezuela Esta empresa tiene una composicioacuten accionaria representada por
CAPIacuteTULO I
10
Pequiven Mitsubishi Corporation y Mitsubishi Gas Chemical Empresas Polar e
International Finance Corporation
Esta planta tiene una capacidad instalada de 750 MTMA de Metanol
producto de amplio uso en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
El Metanol es un insumo para la manufactura de productos oxigenados
(MTBE y TAME) ampliamente cotizados para mejorar el octanaje de la gasolina y
las emisiones al ambiente El Metanol tambieacuten es materia prima para producir resinas
y otros compuestos quiacutemicos Asiacute mismo es producto final utilizado como solvente y
combustible Esta variedad de aplicaciones le otorga al Metanol un lugar fundamental
en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE
(FERTINITRO)
El objetivo de esta empresa es la venta de productos elaborados en las
plantas de Amoniacuteaco y Urea asiacute como sus subproductos tanto en Venezuela como en
el extranjero
Tiene como socios a la empresa Koch Industries con 35 de participacioacuten
Snamprogetti aporta 20 Empresas Polar un 10 y Pequiven 35
Esta empresa tiene una capacidad instalada estimada en 1200 MTMA de amoniacuteaco y
1460 MTMA de urea
1143 SUPERMETANOL
Esta empresa tiene como principal objetivo la produccioacuten de Metanol asiacute
como la venta de dicho producto y de sus subproductos principalmente en el
mercado internacional Empresa compuesta por Pequiven Ecofuel Metanol Holding
y Petrochemical Investment Ltd La capacidad estimada de produccioacuten asciende a
770 MTMA
CAPIacuteTULO I
11
1144 SUPER OCTANOS
Empresa compuesta accionariamente por Pequiven Ecofuel y el Banco de
Inversioacuten Mercantil Se encarga de la produccioacuten de MTBE asiacute como la venta y
comercializacioacuten de sus productos principalmente en el mercado internacional
Opera desde el antildeo 1991 y su capacidad estaacute alrededor de 550 MTMA En la figura 2
se observa una toma aeacuterea de la planta dentro del Complejo Antonio Joseacute Anzoaacutetegui
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui
1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE
Se encarga del suministro de aguas industriales al Complejo Jose ademaacutes
del agua potable agua para incendios y servicios de remocioacuten de aguas negras a las
plantas petroquiacutemicas instaladas en los terrenos propiedad de Pequiven dentro del
complejo Posee una capacidad estimada de 1300 litros por segundo
CAPIacuteTULO I
12
A continuacioacuten se presenta un resumen de la estructura participativa de las
principales empresas mixtas ubicadas en el Complejo Petroquiacutemico Jose
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose
CAPACIDAD PARTICIPACIOacuteN EMPRESAS PRODUCTOS
[MTMA] USOS SOCIOS
[] Formaldehiacutedo Pequiven 3750
Mitsubishi Corporation
2375 Componente de gasolina MTBE Mitsubishi Gas
Chemical 2375
Solvente Empresas Polar 10
Metor Metanol 750
Acido aceacutetico IFC 5 Formaldehiacutedo Pequiven 3451 Componente de gasolina MTBE
Ecofuel 3451
Acido aceacutetico Metanol Holding Ltd
1549 Supermetanol Metanol 770
Solvente Petrochemical Investment Ltd
1549
Pequiven 49 Ecofuel 49
Super Octanos MTBE 550 Componente oxigenado de gasolina
Banca de Inversioacuten Mercantil
2
Pequiven 35 Amoniacuteaco 1200
Koch Industries 35 Snamprogetti 20 FertiNitro
Urea 1460 Fertilizante
Empresas Polar 10
CAPIacuteTULO I
13
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
El Muelle Petroquiacutemico de Jose es el proyecto de infraestructura maacutes
reciente realizado por Pequiven para exportar los productos petroquiacutemicos de las
plantas que operan y se proyectan en el oriente del paiacutes
La obra construida a un costo de 150 millones de doacutelares estaacute destinada a la
exportacioacuten de urea polietilenos amoniacuteaco etileno etilenglicol dietilenglicol
metanol MTBE y otros productos quiacutemicos de las plantas existentes Actualmente su
uso es destinado exclusivamente para el despacho de urea y amoniacuteaco El sistema de
carga de urea tiene capacidad para despachar 1000 toneladas meacutetricas por hora y el
de amoniacuteaco 1100 toneladas meacutetricas por hora
La obra estaacute disentildeada con posibilidades de ampliar las tuberiacuteas y brazos de
carga en etapas sucesivas sobre la plataforma existente sin afectar la operacioacuten
regular del muelle Dentro de dicho marco se encuentra el proyecto referido en este
Trabajo Especial de Grado Adicionalmente el disentildeo permite la construccioacuten de una
segunda plataforma y extender el muelle de contenedores
El embarcadero tiene una plataforma de soacutelidos para despachar urea con
capacidad para el atraque simultaacuteneo de un buque y otro de contenedores La
plataforma de liacutequidos estaacute dispuesta para el atraque de dos naves con productos
petroquiacutemicos En una tercera plataforma de servicios pueden atracar dos
remolcadores y una lancha de pasajeros la cual dispone de una daacutersena de 60
hectaacutereas a una profundidad de 14 metros A las plataformas del muelle tendraacuten
acceso buques de hasta 65 mil toneladas de peso muerto
El puente marino de concreto armado y pretensado de maacutes de 1500 metros
de longitud sostiene las plataformas y sirve de conexioacuten con todos los servicios hasta
la costa Descansa sobre pilotes metaacutelicos de 36 y 48 pies
CAPIacuteTULO I
14
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS
1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS [4]
Un fluido es una sustancia que sufre una deformacioacuten continua cuando estaacute
sujeta a un esfuerzo cortante La resistencia que un fluido real ofrece a tal
deformacioacuten se conoce con el nombre de viscosidad del fluido Para gases y liacutequidos
simples (bajo peso molecular) la viscosidad es constante cuando se fijan la presioacuten
estaacutetica y la temperatura Los materiales de este tipo se denominan newtonianos
Un fluido ideal o perfecto es un gas o liacutequido hipoteacutetico que no ofrece
resistencia al corte y tiene viscosidad cero En la mayor parte de los problemas de
flujo se obtienen resultados incorrectos al despreciar la viscosidad pero en los
mismos problemas pueden utilizarse las relaciones presioacuten-volumen-temperatura para
gases ideales
Si la viscosidad de un fluido es una funcioacuten del esfuerzo cortante
equivalente a la razoacuten de corte ademaacutes de la temperatura y presioacuten el fluido se
denomina no newtoniano Los fluidos no newtonianos se dividen generalmente en 3
clases
1) Aquellos cuyas propiedades son independientes del tiempo cuando son
sometidos a corte tales como
a) Fluidos plaacutesticos de Bingham probablemente son los fluidos
no newtonianos maacutes simples ya que soacutelo difieren de los fluidos newtonianos
en que su relacioacuten lineal entre el esfuerzo cortante y la razoacuten de corte no
parten del origen como se ilustra en curva B de la figura 3 se requiere un
esfuerzo cortante τy finito para que haya flujo Entre los ejemplos que pueden
citarse para un fluido que exhibe comportamiento plaacutestico de Bingham se
incluyen suspensiones de arena o granos y lodo de aguas negras
b) Fluidos pseudo plaacutesticos aquiacute se incluyen la mayor parte de los
fluidos no newtonianos entre los que se encuentran las soluciones polimeacutericas
CAPIacuteTULO I
15
o fundiciones y suspensiones de pulpa de papel o pigmentos En la figura 3 se
muestra la curva C tiacutepica del flujo de estos materiales
Figura 3 Diagrama de corte
Para estos fluidos la viscosidad disminuye a medida que aumenta el esfuerzo
de corte aplicado En general la curva de flujo en un intervalo de razoacuten de
corte puede aproximarse a la forma de la liacutenea recta en un diagrama
logariacutetmico con lo cual se tiene
1ltn con dydu
dyduK =
n 1minus
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛τ
Ec 1
Donde τ= esfuerzo cortante dudy= gradiente de velocidad K= iacutendice de
consistencia y n= exponente
c) Fluidos dilatantes son los que exhiben un comportamiento
reoloacutegico opuesto al de los materiales pseudo plaacutesticos es decir la viscosidad
aumenta a medida que aumenta el esfuerzo de corte aplicado Algunos
ejemplos de estos materiales son suspensiones de almidoacuten o mica en agua o
arenas movedizas
2) Aquellos cuyas propiedades son dependientes de la duracioacuten del corte
Incluye los materiales para los cuales el esfuerzo cambia con la duracioacuten de
esfu
erzo
cor
tant
e τ
τy
Plaacutestico de Bingham
Pseudoplaacutestico
Dilatante
Newtoniano A
B
C
D
Razoacuten de corte dudy
CAPIacuteTULO I
16
corte Se excluyen los cambios que podriacutean producirse por rompimiento
mecaacutenico o destruccioacuten de partiacuteculas o enlaces moleculares
a) Fluidos tixotroacutepicos son los que poseen una estructura que puede
sufrir un trastorno en funcioacuten del tiempo bajo corte Cuando la estructura sufre
alguacuten trastorno bajo una razoacuten de corte constante el esfuerzo cortante
decrece Esta estructura puede reconstruirse a siacute misma si cesa la fuerza
aplicada sobre el material Ejemplos de este tipo de fluidos son la mayonesa
lodo de perforacioacuten pinturas y tintas
b) Materiales reopeacutecticos son los que incrementan su viscosidad aparente
con mucha rapidez cuando son agitados o golpeados riacutetmicamente Algunos
ejemplos de estos materiales son las suspensiones coloidales de bentonita y
pentoacutexido de vanadio y las suspensiones de yeso en agua
3) Fluidos viscoelaacutesticos son aquellos que exhiben muchas de las caracteriacutesticas
de un soacutelido exhiben recuperacioacuten elaacutestica de la deformacioacuten que sufren
durante el flujo Los liacutequidos polimeacutericos forman la mayor parte de los fluidos
de esta clase En este tipo de fluidos tienen lugar esfuerzos normales es decir
esfuerzos perpendiculares a la direccioacuten de flujo ademaacutes de los esfuerzos
tangenciales usuales Estos esfuerzos provocan varios efectos no usuales por
ejemplo el ldquoefecto Weissenbergrdquo en que el fluido tiende a escalar un eje que
se encuentra girando en el fluido Las ecuaciones desarrolladas para fluidos
pseudo plaacutesticos se pueden aplicar para flujo de fluidos visco elaacutesticos en
estado estacionario no acelerado las propiedades elaacutesticas se manifiestan en
forma general como ldquoefectos terminalesrdquo
La unidad de viscosidad dinaacutemica (μ) en el sistema internacional (SI) es el
pascal-segundo (Pas) Un Pas es igual a 10 Poise 1000 centipoises (cP) o 0672
lb(fts)
CAPIacuteTULO I
17
La viscosidad cinemaacutetica (ν) de un fluido de densidad ρ y viscosidad μ es
ν=μρ Una unidad de viscosidad cinemaacutetica denominada stoke (St) es igual a
1cm2s La fluidez es el reciacuteproco de la viscosidad
1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS [4]
Se dice que un flujo es estacionario si no variacutea con el tiempo es decir
cuando la velocidad del flujo de masa es constante y todas las demaacutes cantidades
(temperatura presioacuten aacuterea transversal) son independientes del tiempo Por el
contrario se dice que un flujo es no estacionario cuando la velocidad de flujo de
masa yu otras cantidades variacutean en funcioacuten del tiempo El flujo no estacionario
puede originarse por la accioacuten de una vaacutelvula de control de una maquinaria
reciprocante o por tratarse de un flujo compuesto de dos fases inestables
Se dice que un flujo es acelerado si no es estacionario o si su velocidad
variacutea en la direccioacuten general del flujo Gran cantidad de efectos asociados con fluidos
visco elaacutesticos no newtonianos ocurren por lo general en flujo acelerado
Se dice que una corriente es uniforme si la forma y el tamantildeo de su seccioacuten
transversal son iguales a lo largo del canal Se dice que la temperatura o velocidad es
uniforme a lo largo de una regioacuten cuando tiene el mismo valor en todas sus partes en
un instante dado
La velocidad maacutesica media (G) de una corriente que pasa por una seccioacuten
transversal dada tomada en sentido perpendicular a la direccioacuten comuacuten del flujo que
pasa por el aparato es el cociente del flujo maacutesico entre el aacuterea de la seccioacuten
transversal dada A lo largo de un canal con un aacuterea de seccioacuten transversal uniforme
la velocidad media de masa es constante a menos que exista una acumulacioacuten o
agotamiento de material dentro de canal Cuando se estaacute considerando el flujo que
pasa por un haz de tubos o un lecho de soacutelidos se utiliza el teacutermino velocidad maacutesica
superficial para identificar la cantidad obtenida al dividir el flujo maacutesico entre el aacuterea
CAPIacuteTULO I
18
total de la seccioacuten transversal de la caacutemara circundante (sin restar la parte
correspondiente al corte transversal ocupado por las obstrucciones)
La velocidad lineal media (V) de una corriente que pasa por cualquier
seccioacuten transversal dada se toma usualmente como la cantidad obtenida cuando la
velocidad maacutesica media correspondiente se divide entre la densidad promedio en la
seccioacuten transversal dada A menos que le flujo sea isoteacutermico el teacutermino velocidad
lineal media no se puede interpretar salvo que se defina con precisioacuten la regla que se
eligioacute para determinar la densidad promedio En consecuencia siempre que sea
posible es preferible manejar el flujo no isoteacutermico en funcioacuten de la velocidad de
masa La velocidad lineal superficial corresponde a la velocidad superficial maacutesica
La carga de velocidad ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
cgV
22
es la carga estaacutetica equivalente a la
energiacutea cineacutetica de una corriente de velocidad uniforme V
Un nuacutemero de Reynolds (NRe) es cualquiera de varias cantidades
adimensionales de la forma μρLV que son proporcionales a la razoacuten de la fuerza
inercial a la fuerza viscosa en un sistema de flujo En este caso L= dimensioacuten lineal
caracteriacutestica del canal de flujo
Se puede predecir la transicioacuten de flujo turbulento a laminar en fluidos no
newtonianos de acuerdo con el concepto del nuacutemero de Reynolds Se toma como
reacutegimen laminar NRelt 2100 y para reacutegimen turbulento NRe gt 4000
El radio hidraacuteulico medio (RH) de un canal es igual al aacuterea de la seccioacuten
transversal de esa parte del canal que estaacute llena con fluido dividida entre la longitud
del periacutemetro huacutemedo El radio hidraacuteulico de una tuberiacutea circular es un cuarto del
diaacutemetro de donde en el caso de un ducto no circular se dice que el diaacutemetro
hidraacuteulico es cuatro veces el radio hidraacuteulico
La liacutenea aerodinaacutemica se define como aquella que queda en la direccioacuten del
flujo en cada uno de los puntos en un instante dado El flujo laminar se define como
aquel en el que las liacuteneas aerodinaacutemicas se mantienen bien definidas unas de otras en
CAPIacuteTULO I
19
toda su longitud Las liacuteneas aerodinaacutemicas no deben ser rectas necesariamente ni el
flujo constante siempre y cuando se satisfaga el criterio antes citado Este tipo de
movimiento se conoce tambieacuten con los nombres de flujo aerodinaacutemico o viscoso
Un flujo laminar con NRe lt 1 se conoce como flujo lento o flujo reptante
En este tipo de flujo se puede despreciar la fuerza inercial relativa a la fuerza viscosa
Si el nuacutemero de Reynolds de un sistema excede al nuacutemero criacutetico de
Reynolds casi siempre sucede que el movimiento no es laminar en toda la longitud
del canal sino que se generan turbulencias en la zona inicial de inestabilidad que se
extienden raacutepidamente por todo el fluido produciendo con ello una perturbacioacuten en el
patroacuten general de flujo El resultado es una turbulencia del fluido superpuesta al
movimiento primario de traslacioacuten generando lo que se conoce como flujo
turbulento
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS
1221 BALANCE DE ENERGIacuteA [4]
12211 Balance total de energiacutea
Consideacuterese una unidad de peso de fluido en un sistema de flujo y sean
i=entalpiacutea especiacutefica J= equivalente mecaacutenico de calor s= entropiacutea especiacutefica
u=energiacutea interna especiacutefica v= volumen especiacutefico Z= altura por arriba de cualquier
plano de referencia horizontal arbitrario En este caso la energiacutea potencial relativa al
nivel de referencia elegido es cg
Zg la energiacutea total cineacutetica es cg
V2
2 y la energiacutea
total de la unidad de peso de fluido es ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ ++
cc gV
gZgJu 2
2 Para un flujo
estacionario del fluido no se tendraacute ninguna acumulacioacuten o deficiencia ya sea de eacuteste
o de la energiacutea dentro del sistema y la energiacutea total del mismo se alteraraacute soacutelo
CAPIacuteTULO I
20
agregando o quitando calor de eacuteste o aplicando cualquier trabajo externo sobre el
sistema Por tanto
WJQg
Vg
gZJug
Vg
gZJucccc
+=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++minus⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++
22
211
1
222
2 Ec 2
donde los subiacutendices 1 y 2 indican las condiciones en la entrada y salida
respectivamente Q es el calor agregado utilizando fuentes externas al sistema W es
el trabajo externo neto aplicando a una libra de fluido mientras estaacute dentro del
aparato El teacutermino W se subdivide como sigue
eWvpvpW +minus= 2211 Ec 3
donde We= trabajo proporcionado por una fuente externa por ejemplo un ventilador
o una bomba
Si se combinan las ecuaciones 2 y 3 se obtiene
22
222
211
211
1 22vp
gV
ggZJuWJQvp
gV
ggZJu
cce
cc
+++=+++++ Ec 4
Esta expresioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica se denomina a menudo
balance global de energiacutea del teorema de Bernoulli En esta expresioacuten no se incluye
ninguacuten teacutermino de friccioacuten ya que eacuteste representa una conversioacuten de energiacutea
mecaacutenica en calor sin que el contenido general de energiacutea del sistema sufra cambio
alguno
Los teacuterminos de energiacutea cineacutetica de las ecuaciones antes citadas se aplican
estrictamente soacutelo cuando la velocidad a traveacutes de una seccioacuten transversal dada es
uniforme Cuando se trata de un flujo turbulento en tuberiacuteas circulares el teacutermino
cgV
22 es de 3 a 8 por debajo del valor real en tanto que para un flujo laminar en
tuberiacuteas circulares el teacutermino de energiacutea cineacutetica apropiado es cg
V 2 que permite
cierto margen para la distribucioacuten de velocidad paraboacutelica
CAPIacuteTULO I
21
12212 Balance de energiacutea mecaacutenica
El cambio de energiacutea interna J du de una libra de fluido se expresa como
JT ds ndash p dv Si estaacuten presentes otras formas de energiacutea por ejemplo la eleacutectrica y
sufre un cambio tales formas deberaacuten incluirse tambieacuten La presencia de friccioacuten
hace que el proceso se torne irreversible de donde JT ds = J dq + dF donde
F=peacuterdida de friccioacuten Tomando en consideracioacuten esta peacuterdida de friccioacuten y la
situacioacuten de irreversibilidad la ecuacioacuten de balance de masa se convierte en
cce
cc gV
ggZ
WFpvg
Vg
gZ22
222
2
1
211 +=+minuspartminus+ int Ec 5
La ecuacioacuten 5 se denomina forma de energiacutea mecaacutenica del teorema de
Bernoulli Para liacutequidos la integral int part2
1
pv se reduce a ( )12 ppv minus donde v es
praacutecticamente constante
12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema
Existe una distincioacuten real entre la caiacuteda de presioacuten y la peacuterdida por friccioacuten
La caiacuteda de presioacuten representa una conversioacuten de energiacutea de presioacuten en cualquier otra
forma de energiacutea mientras que la peacuterdida por friccioacuten representa una peacuterdida neta de
la energiacutea de trabajo total disponible que caracteriza al fluido Los dos teacuterminos se
relacionan entre siacute por medio de la ecuacioacuten 5
Hay dos meacutetodos para evaluar la caiacuteda general de presioacuten de un sistema si se
recurre a varias resistencias en serie El primer meacutetodo comprende el caacutelculo de la
caiacuteda de presioacuten de cada resistencia individual tomando en cuenta el signo algebraico
correspondiente y luego sumando todos los teacuterminos que componen el sistema total
El segundo meacutetodo consiste en calcular la peacuterdida por friccioacuten de cada resistencia
individual la suma de todos los teacuterminos particulares y la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 5
para obtener la caiacuteda de presioacuten general La suma de las caiacutedas de presioacuten puede
utilizarse en sistemas compuestos de liacuteneas ramificadas
CAPIacuteTULO I
22
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS [4]
12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares
En el caso de flujo laminar en tuberiacuteas circulares el patroacuten de velocidad tiene
forma paraboacutelica con una velocidad maacutexima en el centro e igual a dos veces la
velocidad promedio (V) La velocidad local (u) en cualquier punto de la seccioacuten
transversal estaacute expresada por
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
2
2
12wrr
Vu Ec 6
donde r= radio en el punto en cuestioacuten y rw= radio de la tuberiacutea
12222 Flujo incompresible
El flujo se consideraraacute como incompresible si la sustancia en movimiento es
un liacutequido o si se trata de un gas cuya densidad cambia dentro del sistema en un
valor no mayor de 10 En este caso se utiliza la densidad de entrada el error
resultante en la caiacuteda de presioacuten calculada no sobrepasaraacute por lo comuacuten los liacutemites de
incertidumbre del factor de friccioacuten
12223 Tuberiacuteas circulares
La ecuacioacuten de Fanning para flujo estacionario en tuberiacuteas circulares
uniformes que corren llenas de liacutequido en condiciones isoteacutermicas
52
21
522
21
2
211
21 3232
244
24
DgqfL
DgfL
gG
DfL
hDfL
gV
DfL
Fccc
vc πρπ
ωρ
==⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛= Ec 7
expresa la peacuterdida por friccioacuten F en energiacutea especiacutefica donde D= diaacutemetro del
conducto L1= longitud del conducto hv= carga de velocidad (V22gc) ω= flujo en
peso del fluido q= flujo volumeacutetrico del fluido f= factor de friccioacuten de Fanning La
caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten es Δp= Fρ
El factor de friccioacuten de Fanning f es una funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la
aspereza de la superficie interna del canal (ε) Una correlacioacuten que se utiliza con
mucha frecuencia es el diagrama de Moody que es una graacutefica del factor de friccioacuten
CAPIacuteTULO I
23
de Fanning en funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la aspereza relativa εD tal como se
muestra en la figura 4 En la tabla 2 se presentan valores de ε para varios materiales
Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales
Material Aspereza de superficie ε [mm]
Tubos estirados (latoacuten plomo vidrio y similares) 000152
Acero comercial o hierro 00457
Hierro fundido asfaltado 0122
Hierro galvanizado 0152
Hierro fundido 0259
Duelas de madera 0183 - 00914
Concreto 0305 - 305
Acero remachado 0914 - 914
Figura 4 Diagrama de Moody
CAPIacuteTULO I
24
El diagrama de Moody para flujo turbulento (NRe gt 4000) se representa por
medio de la ecuacioacuten de Colebrook
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
fNDf Re
51273
log21 ε Ec 8
La ecuacioacuten anterior se reduce a la ecuacioacuten de Prandtl cuando εD=0
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
fNf Re
2561log41 Ec 9
Para tuberiacuteas rugosas se aplica la ecuacioacuten de von Kaacutermaacuten
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛minus=
Df 73log41 ε Ec 10
Cuando se tiene especificada la velocidad del flujo el factor de friccioacuten
puede ser calculado mediante la ecuacioacuten 11
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
7log6031 ReN
f Ec 11
O para NRe le 105 mediante la ecuacioacuten de Blasius
41Re
07910N
f = Ec 12
Para flujo turbulento (NRe gt 4000) se han desarrollado las ecuaciones
siguientes expliacutecitas en las incoacutegnitas Para el caacutelculo del flujo
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+
minus=
f
f
gDSDv
D
gDSDq
78173
log22
ε
π Ec 13
donde Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto
(ΔpgcρgL)
CAPIacuteTULO I
25
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten se cuenta con la
ecuacioacuten
2
90Re
2
5
74573
log
2030
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
ND
qgSD f
ε Ec 14
el error introducido al aplicar esta ecuacioacuten es menor de plusmn1 para el intervalo
5x103 le NRe le 108 10-6 le εD le 102
Para el caacutelculo del diaacutemetro del ducto se tiene
200200
3
5250
2
5
2
5
1250⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
f
ff
gSqv
qgS
qgSD ε Ec 15
el error que se tiene al aplicar esta ecuacioacuten es menor que plusmn2 para el intervalo
3x103 le NRe le 3x108 2x10-6 le εD le 2x102
Para verificaciones o estimaciones aproximadas el concepto carga de
velocidad puede aplicarse a la primera de las dos formas de la ecuacioacuten 7
12224 Fluidos no newtonianos
Mediante la figura 5 es posible determinar la caiacuteda de presioacuten debida a la
friccioacuten para el flujo laminar de fluidos no newtonianos en tuberiacuteas circulares Eacutesta
muestra una curva de flujo tiacutepica en coordenadas cartesianas DΔp4L es el esfuerzo
cortante en la pared τw y 8VD es la relacioacuten para la razoacuten de corte en la pared
CAPIacuteTULO I
26
Figura 5 Curva de flujo general
La curva de flujo se determina a partir de pruebas de laboratorio o a pequentildea
escala con el fluido no newtoniano especiacutefico
En la regioacuten laminar la curva es independiente del diaacutemetro de la tuberiacutea en
el caso de fluidos no newtonianos independientes del tiempo Si el fluido depende del
tiempo se obtendraacute una curva por separado para cada diaacutemetro y longitud de tuberiacutea
Para plaacutesticos de Bingham la ecuacioacuten teoacuterica del flujo es
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
4
31
3418
w
y
w
ywcgDV
ττ
ττ
ητ Ec 16
Si 4
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
w
yτ
τ es relativamente pequentildea por ejemplo en caso de esfuerzos
cortantes grandes o caiacutedas de presioacuten la ecuacioacuten puede ser aproximada por
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus= yw
cgDV ττ
η 348 Ec 17
El error causado al omitir el uacuteltimo teacutermino de la ecuacioacuten es inferior al 2
para τyτw menor a 04 La viscosidad aparente μa se obtiene al introducir la ecuacioacuten
anterior en la ecuacioacuten de Poiseuille
ητ
μ +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
VDg yc
a 6 Ec 18
τw = DΔp4L
8VD
Regioacuten laminar
Regioacuten turbulenta
CAPIacuteTULO I
27
En estas ecuaciones Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica η= viscosidad plaacutestica y
τy= esfuerzo de cedencia
Para aquellos fluidos a los que se aplica la ley de potencia sirve la ecuacioacuten
donde
( )[ ]⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus
=part
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ ⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛ Δpart
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛prime=
Δ
prime
prime
DV
nn
ru
nD
VL
pD
n
nnKK
DVK
LpD
w
n
n
84
13
8ln
4ln
413
84
Ec 19
Ec 20
Ec 21
Ec 22
nacute= exponente de la ley de potencia pendiente de la liacutenea de la graacutefica de
DΔp4L contra 8VD en coordenadas logariacutetmicas wr
u⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus = razoacuten del esfuerzo
cortante en la pared Kacute= constante Si nacute= 1 el fluido seraacute newtoniano si nacutelt1 se
trataraacute de un fluido pseudo plaacutestico o plaacutestico de Bingham y cuando nacutegt1 el fluido
seraacute dilatante
El liacutemite de flujo laminar constante o estable se toma comuacutenmente como
NacuteRe=2100 donde
1
2Re
8 minusprime
primeminusprime
prime=
==prime
nc
nn
Kg
VDdogeneralizaeynoldsRdenuacutemeroN
γγρ
o bien NacuteRe = DVρ μa = 2100 para plaacutesticos de Bingham
Ec 23 Ec 24
CAPIacuteTULO I
28
En flujos turbulentos la curva de flujo general (Fig 5) se interrumpe El
punto de interrupcioacuten seraacute diferente para distintos diaacutemetros de tuberiacutea Para predecir
la caiacuteda de presioacuten del flujo turbulento de fluidos no newtonianos independientes del
tiempo el factor de friccioacuten de Fanning se obtiene del diagrama de Moody aplicando
el nuacutemero generalizado de Reynolds Para fluidos que se comportan como plaacutesticos
de Bingham nacuteasymp1 en flujo turbulento la caiacuteda de presioacuten puede predecirse a partir de
la correlacioacuten de friccioacuten de Fanning para fluidos newtonianos utilizando para la
viscosidad del fluido la viscosidad plaacutestica (η)
Se puede lograr una reduccioacuten de la peacuterdida por friccioacuten en flujos turbulentos
de liacutequidos newtonianos agregando poliacutemeros solubles de alto peso molecular en
concentraciones extremadamente reducidas En estos sistemas el acuerdo general es
que el comportamiento de reduccioacuten de arrastre se asocia con la naturaleza
viscoelaacutestica de las soluciones en la regioacuten de corte cercana a la pared Es necesario
un poliacutemero de peso molecular miacutenimo para iniciar la reduccioacuten de arrastre con un
flujo especiacutefico Existe una concentracioacuten criacutetica por encima de la cual no ocurre la
reduccioacuten de arrastre Para determinar la reduccioacuten de arrastre maacutexima en tuberiacuteas
lisas se aplica la siguiente ecuacioacuten
580ReRe
5807350log191N
fmenteaproximadaofNf
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus= Ec 25
para 4000 lt NRe lt 40000
12225 Flujo no isoteacutermico
En flujos no isoteacutermicos de liacutequidos f se incrementa sensiblemente cuando el
liacutequido se estaacute enfriando y disminuye al calentarse Los datos disponibles que
corresponden mayormente a aceites se calculan de manera aproximada encontrando
primero f para el flujo isoteacutermico del liacutequido a la temperatura de la corriente principal
y luego dividiendo el resultado en caso de enfriamiento entre (μaμw)023 si se
encuentra en la regioacuten laminar o por (μaμw)011 si estaacute en la regioacuten turbulenta o bien
en casos de calentamiento por (μaμw)038 si se trata de la regioacuten laminar o por
(μaμw)017 si es la turbulenta En este caso μa es la viscosidad a la temperatura de la
CAPIacuteTULO I
29
corriente principal y μw es la viscosidad a la temperatura de la pared Ademaacutes ρ=1v
variacutea con la temperatura pero debido a la incompresibilidad no lo hace con la
presioacuten Por lo tanto la ecuacioacuten 26 se utiliza para calcular la caiacuteda de presioacuten en
conductos de caudal completo por ejemplo tubos intercambiadores de calor
( )Lk
gg
RgLvfG
gvvG
pp promcHc
prom
c
ρ++minus
=minus2
212
2
21 Ec 26
Donde p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba p2= presioacuten estaacutetica corriente
abajo v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba v2= volumen
especiacutefico en condiciones corriente abajo vprom= volumen especiacutefico promedio
ρprom= densidad promedio K= sen θ en donde θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la
horizontal
El flujo de liacutequidos viscosos en canales pequentildeos por ejemplo tubos
capilares va acompantildeado con frecuencia de grandes caiacutedas de presioacuten La conversioacuten
de la energiacutea de trabajo en calor a traveacutes del esfuerzo cortante viscoso genera un
aumento de temperatura apreciable ΔTa= ΔpcvρJ en donde ΔTa= aumento global de
la temperatura y cv= calor especiacutefico del fluido El aumento en la velocidad de flujo
debido a una reduccioacuten de viscosidad es mucho mayor que la que corresponde al
aumento global de temperatura ya que gran parte del calor se genera cerca de las
paredes del canal lo cual genera un aplanamiento del perfil de velocidad
12226 Flujo turbulento
Las foacutermulas y los meacutetodos generales incluidos bajo el tiacutetulo ldquoflujo
incompresiblerdquo se aplican soacutelo a una longitud diferencial del conducto a traveacutes del
cual se considera que la densidad es constante Por ende generalmente se usa la
ecuacioacuten de Fanning en su forma diferencial
HcHcc RgfG
RgfV
DgfV
xF
2
222
2224
ρ===
partpart Ec 27
CAPIacuteTULO I
30
Al sustituir esta uacuteltima ecuacioacuten en la forma diferencial del balance de
energiacutea mecaacutenica se tiene
xgg
RgfV
gVVpv
cHcc
part⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
part+part θsen
2
2 Ec 28
donde v= 1ρ = volumen especiacutefico del fluido (sen θ) dx = dz = distancia vertical a
traveacutes de la cual el fluido se eleva cuando se desplaza a una distancia dx a lo largo de
una tuberiacutea We del balance de energiacutea se iguala a cero suponiendo que no hay
ninguna bomba conectada a la liacutenea En ductos uniformes la velocidad de masa G=
Vv es constante de manera que si p se conoce como una funcioacuten exclusiva de v v dp
se escribe como φ(v)dv En tal caso cuando senθ es constante las variables de la
ecuacioacuten anterior son separables y se puede hacer la integracioacuten exacta aunque
pudieran requerirse procedimientos graacuteficos
12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales)
Al integrar la uacuteltima ecuacioacuten para el caso de gases ideales se obtiene la
siguiente expresioacuten
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=minus
2
12
22
21 ln
21
pp
fLR
MRgRTfLGpp H
Hc
Ec 29
En conductos de longitud apreciable el uacuteltimo teacutermino entre pareacutentesis es
generalmente despreciable a menos que la caiacuteda de presioacuten sea muy grande Por
ejemplo si LD = 100 (p1-p2)p1 puede ser tan grande como 020 antes que el error
introducido al omitir el uacuteltimo teacutermino sea tan grande como la incertidumbre del
factor de friccioacuten Cuando se omite el uacuteltimo teacutermino la ecuacioacuten se describe como
sigue
Hpromc RgfLGpp
acute
2
21 2 ρ=minus Ec 30
donde ρprom= densidad a la presioacuten promedio (p1-p2)2 Para una tuberiacutea circular
CAPIacuteTULO I
31
12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento
Al seleccionar el tamantildeo de tuberiacutea que va a utilizarse en un sistema de
manejo de fluidos se tiene con frecuencia una variedad de diaacutemetros permisibles que
comprenden dos o maacutes tamantildeos estaacutendar de tuberiacutea En tales casos la seleccioacuten final
deberaacute realizarse sobre una base econoacutemica de modo que el uacuteltimo incremento de la
inversioacuten reduzca los costos de operacioacuten lo suficiente para producir la recuperacioacuten
miacutenima requerida sobre la inversioacuten Cuando se trata de liacuteneas de tuberiacuteas largas que
se tienden a campo traviesa utilizando tuberiacuteas de aleacioacuten de longitud y complejidad
apreciable o tuberiacuteas con vaacutelvulas de control conviene efectuar anaacutelisis detallados de
la inversioacuten y los costos de operacioacuten
12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar
Las liacuteneas de tuberiacutea para el transporte de liacutequidos de gran viscosidad en
plantas quiacutemicas o refineriacuteas de petroacuteleo raramente se disentildean basaacutendose en forma
exclusiva en los aspectos econoacutemicos Sucede maacutes a menudo que el tamantildeo estaacute
condicionado por la caiacuteda de presioacuten disponible limitaciones del esfuerzo cortante o
por consideraciones del tiempo de residencia [4]
122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas
Las determinaciones experimentales de la resistencia de accesorios y vaacutelvulas
usualmente se llevan a cabo midiendo la peacuterdida general por friccioacuten en un sistema
constituido de dos o maacutes longitudes de tuberiacutea recta conectadas en serie por medio de
un nuacutemero apropiado de accesorios o vaacutelvulas ideacutenticos Para obtener la peacuterdida
producida por estos elementos la peacuterdida por friccioacuten en una tuberiacutea recta se resta de
la peacuterdida general o total por friccioacuten Existen tres convenios especiacuteficos ya
establecidos para calcular la longitud de la tuberiacutea recta del sistema de prueba
1) Se toma la longitud verdadera de la liacutenea central de todo el sistema
2) Se suman las longitudes de los tramos individuales de tuberiacutea que son
verdaderamente rectos
CAPIacuteTULO I
32
3) Se suman las distancias entre las intersecciones de las liacuteneas centrales
alargadas correspondientes a tuberiacuteas rectas sucesivas
122211 Accesorios y vaacutelvulas
Para flujo turbulento la peacuterdida adicional por friccioacuten producida por
accesorios y vaacutelvulas se justifica expresando la peacuterdida ya sea como una longitud
equivalente de tuberiacutea recta en diaacutemetros de tuberiacutea LeD o como la cantidad de
cargas de velocidad (K1) peacuterdidas en una tuberiacutea del mismo tamantildeo K1 se define
como sigue
cgV
FK2
21Δ
= Ec 31
donde ΔF= peacuterdida adicional por friccioacuten (peacuterdida total por friccioacuten menos peacuterdida
por friccioacuten correspondiente a la longitud de la liacutenea central de la tuberiacutea recta) Las
cantidades LeD y K1 no son del todo comparables pero ambas son exactas dentro de
los liacutemites de los datos disponibles o diferentes en detalles a los accesorios y vaacutelvulas
comerciales existentes Teoacutericamente K1 deberaacute ser constante para todos los tamantildeos
de un disentildeo de accesorios o vaacutelvulas dadas si todos ellos fueran geomeacutetricamente
similares sin embargo raramente se logra esa similitud geomeacutetrica Los datos
indican que la resistencia K1 tiende a disminuir al incrementarse el tamantildeo del
accesorio o la vaacutelvula
Para liacuteneas fuera de planta la longitud de tuberiacutea recta aproximada puede ser
estimada del plano de distribucioacuten Debido a que los accesorios en liacuteneas fuera de
planta tienen usualmente una longitud equivalente comprendida entre 20 y 80 de
la longitud real se puede aplicar un factor multiplicador entre 12 y 18 para estimar
longitudes de tuberiacuteas rectas [2]
La tabla 3 muestra valores de longitudes equivalentes de tuberiacutea recta nueva
para peacuterdida por friccioacuten en vaacutelvulas y accesorios en pies para acero al carboacuten con
rugosidad= 00018 in (para flujo completamente turbulento) seguacuten el diaacutemetro de la
tuberiacutea
CAPIacuteTULO I
33
Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta (ft)
Tomado del Manual de Ingenieriacutea de Disentildeo de PDVSA Volumen 13ndashIII LndashTP 15
Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Procedimiento de Ingenieriacutea
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS
1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS [4]
La necesidad de bombear fluidos surge de la necesidad de transportar eacutestos
de un lugar a otro a traveacutes de ductos o canales El movimiento de un fluido a traveacutes de
un ducto o canal se logra por medio de una transferencia de energiacutea Los medios
comuacutenmente empleados para lograr flujo en los fluidos son gravedad
CAPIacuteTULO I
34
desplazamiento fuerza centriacutefuga fuerza electromagneacutetica transferencia de cantidad
de movimiento (momento) impulso mecaacutenico o combinaciones de estos medios
Despueacutes de la gravedad el medio maacutes empleado es la fuerza centriacutefuga
12311 Desplazamiento
La descarga de un fluido de recipiente mediante desplazamiento parcial o
total de su volumen interno con un segundo flujo o por medios mecaacutenicos es el
principio de funcionamiento de muchos dispositivos de transporte de fluidos En este
grupo se incluyen maacutequinas de diafragma y de pistoacuten de movimiento alternativo los
tipos de engranajes y paletas giratorias los compresores de pistoacuten para fluidos los
depoacutesitos ovalados para aacutecidos y los elevadores por accioacuten de aire
12312 Fuerza centriacutefuga
Cuando se utiliza fuerza centriacutefuga eacutesta es proporcionada por medio de una
bomba centriacutefuga o de un compresor Aunque variacutea mucho el aspecto fiacutesico de los
diversos tipos de compresores y bombas centriacutefugas la funcioacuten baacutesica de cada uno de
ellos es siempre la misma es decir producir energiacutea cineacutetica mediante la accioacuten de
una fuerza centriacutefuga y a continuacioacuten convertir parcialmente esta energiacutea en
presioacuten mediante la reduccioacuten eficiente de la velocidad del fluido en movimiento
En general los dispositivos centriacutefugos de transporte de fluidos tienen las
caracteriacutesticas siguientes
1 La descarga estaacute relativamente libre de pulsaciones
2 El disentildeo mecaacutenico se presta a flujos elevados lo que significa que las
limitaciones de capacidad constituyen raramente un problema
3 Pueden asegurar un desempentildeo eficiente a lo largo de un intervalo amplio
de presiones y capacidades incluso cuando funcionan a velocidad
constante
4 La presioacuten de descarga es una funcioacuten de la densidad del fluido
5 Son dispositivos de velocidad relativamente baja y maacutes econoacutemicos
CAPIacuteTULO I
35
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber queacute liacutequido se
va a manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa La tarea de seleccioacuten de bombas se complica con frecuencia por la
presencia de soacutelidos en el liacutequido y las caracteriacutesticas de corrosioacuten del liacutequido que
exigen materiales especiales de construccioacuten Los soacutelidos pueden acelerar la erosioacuten y
corrosioacuten tener tendencia a aglomerarse o pueden exigir un manejo delicado para
evitar la degradacioacuten indeseable
Debido a la gran variedad de tipos de bombas y la cantidad de factores que
determinan la seleccioacuten de cualquiera de ellas para una instalacioacuten especiacutefica el
disentildeador debe eliminar primero todas las que no ofrezcan posibilidades razonables
La seleccioacuten de los materiales de construccioacuten de bombas estaacute de acuerdo con las
consideraciones sobre corrosioacuten erosioacuten seguridad del personal y contaminacioacuten del
liacutequido [4]
1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS
Las ventajas primordiales de una bomba centriacutefuga son la sencillez el bajo
costo inicial el flujo uniforme (sin pulsaciones) el pequentildeo espacio necesario para su
instalacioacuten los bajos costos de mantenimiento el funcionamiento silencioso y su
capacidad de adaptacioacuten para su empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de
turbina
Una bomba centriacutefuga en su forma maacutes simple consiste en un impulsor que
gira dentro de una carcasa Los impulsores pueden tener ejes de rotacioacuten horizontales
o verticales para adaptarse al trabajo que se vaya a realizar Por lo comuacuten los
impulsores resguardados o de tipo cerrado suelen ser maacutes eficientes Los impulsores
de tipo abierto o semiabierto se emplean para liacutequidos viscosos o que contengan
CAPIacuteTULO I
36
materiales soacutelidos asiacute como tambieacuten en muchas bombas pequentildeas para servicios
generales [4]
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS
1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN [4]
El coacutedigo para tuberiacuteas a presioacuten (ASME B31) consiste en cierto nuacutemero de
secciones que constituyen en forma colectiva el coacutedigo Las secciones se publican
como documentos independientes por sencillez y conveniencia Las secciones
difieren sensiblemente unas de otras El alcance y aplicacioacuten del Coacutedigo B313 se
refiere a todas aquellas tuberiacuteas dentro de los liacutemites de las instalaciones dedicadas al
procesamiento y manejo de productos petroquiacutemicos y conexos salvo aquellos
proscritos por el coacutedigo
El Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code (ASME B313) es
una seccioacuten de ASME B31 derivado de la fusioacuten de los coacutedigos de tuberiacuteas para
plantas quiacutemicas (ASME B316) y refineriacuteas de petroacuteleo (ASME B313)
El American National Standards Institute (ANSI) y el American Petroleum
Institute (API) han establecido normas dimensionales para los componentes de
tuberiacuteas maacutes utilizados En las secciones del coacutedigo ASME B31 es posible encontrar
especificaciones sobre materiales de tuberiacuteas y accesorios y meacutetodos de prueba de la
American Society for Testing and Materials (ASTM) especificaciones de la
American Welding Society (AWS) y normas de la Manufacturers Standardization
Society of the Valve and Fitting Industry (MSS) Muchas de estas normas contienen
relaciones de presioacuten-temperatura que sirven como ayuda a los ingenieros en su
trabajo de disentildeo No obstante debe tenerse en cuenta que el empleo de normas
publicadas no elimina la necesidad de aplicar el criterio de ingenieriacutea
La introduccioacuten del coacutedigo establece requisitos de ingenieriacutea considerados
como necesarios para el disentildeo seguro y la construccioacuten de sistemas de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
37
Aunque la seguridad es la consideracioacuten baacutesica del coacutedigo no es el factor que
predomina en la especificacioacuten final de ninguacuten sistema de tuberiacutea a presioacuten
Los disentildeadores deben tener en cuenta que el coacutedigo no es un manual de
disentildeo y no se establece para evitar la necesidad de un criterio de ingenieriacutea
competente
1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS [4]
La seleccioacuten de materiales que resistan al deterioro a consecuencia del uso
estaacute fuera del alcance del coacutedigo ASME B313 no obstante la experiencia ha
ayudado a recopilar las siguientes consideraciones sobre los materiales
1) Posible exposicioacuten al fuego con respecto a la peacuterdida de elasticidad
temperatura de degradacioacuten punto de fusioacuten o combustibilidad de la tuberiacutea
o material de soporte
2) Capacidad del aislamiento teacutermico para proteger la tuberiacutea del fuego
3) Sensibilidad de la tuberiacutea a fallas quebradizas que puedan ocasionar una
peligrosa fragmentacioacuten o falla al choque teacutermico cuando se expone al
fuego
4) Sensibilidad de los materiales de la tuberiacutea al agrietamiento por corrosioacuten en
aacutereas donde existe estancamiento (juntas roscadas) o efectos electroliacuteticos
nocivos cuando el metal es puesto en contacto con otro metal diferente
5) La conveniencia de utilizar empaques sellos rellenos y lubricantes que sean
compatibles con el fluido que se maneja
6) El efecto refrigerante de peacuterdidas repentinas de presioacuten en fluidos volaacutetiles
al determinar la temperatura miacutenima de empleo esperada
CAPIacuteTULO I
38
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos
Las siguientes son caracteriacutesticas que deben evaluarse cuando se utilicen
materiales metaacutelicos para la tuberiacutea
1 Hierro colado maleable y alto silicio (145) Su baja ductilidad y su
sensibilidad a los choques teacutermicos y mecaacutenicos
2 Acero al carbono y aceros de baja e intermedias aleaciones
- La posibilidad de resquebrajamiento cuando se manejen fluidos alcalinos o
caacuteusticos
- La posible degradacioacuten de carburos a grafito cuando se tenga una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 427degC Esto se debe
considerar para aleaciones de acero al carbono acero-niacutequel acero al
carbono-manganeso acero al manganeso-vanadio y acero al carbono-silicio
- La posible conversioacuten de carburos en grafito cuando se tiene una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 468degC la aleacioacuten de
acero al carbono-molibdeno acero al manganeso-molibdeno-vanadio y
acero al cromo-vanadio
- Las ventajas de utilizar acero al silicio-carbono (01 de silicio como
miacutenimo) para temperaturas superiores a 480degC
- La posibilidad de ataque por hidroacutegeno cuando la tuberiacutea es expuesta a este
elemento o a soluciones acuosas aacutecidas en ciertas condiciones de presioacuten y
temperatura
- La posibilidad de que la tuberiacutea se deteriore cuando se exponga a sulfuro de
hidroacutegeno
3 Acero de altas aleaciones (inoxidable)
- La posibilidad de que la corrosioacuten llegue a tener proporciones importantes
cuando la tuberiacutea de aceros inoxidables austeniacuteticos se exponga a medios
como cloruros y haluros ya sea externa o internamente Lo anterior puede
CAPIacuteTULO I
39
ser el resultado de una seleccioacuten o aplicacioacuten inadecuada del aislamiento
teacutermico
- La sensibilidad a la corrosioacuten intergranular del acero inoxidable austeniacutetico
despueacutes de estar expuesto a temperaturas entre 427 y 871degC a menos que se
establezca o se utilice acero al carbono de bajo grado
- La posibilidad de un ataque intercristalino del acero inoxidable austeniacutetico
por contacto con zinc o plomo a temperaturas por encima de sus puntos de
fusioacuten o con muchos compuestos de zinc y plomo a temperaturas elevadas
similares
- La fragilidad del acero inoxidable ferriacutetico a temperatura ambiente
posterior al uso por encima de 370degC
4 Niacutequel y aleaciones a base de Niacutequel
- La sensibilidad al ataque superficial del niacutequel y aleaciones a base de niacutequel
que no contengan cromo cuando se expongan a pequentildeas cantidades de
azufre a temperaturas superiores a 315degC
- La sensibilidad al ataque superficial de las aleaciones a base de niacutequel que
contengan cromo a temperaturas superiores a 595degC en condiciones
reductoras y por encima de 760degC en condiciones oxidantes
- La posibilidad de un ataque por corrosioacuten en forma de grietas a aleaciones
de niacutequel-cobre en vapores de aacutecido fluorhiacutedrico si la aleacioacuten es sometida
a gran esfuerzo o contiene residuos de soldadura o del molde
5 Aluminio y aleaciones de aluminio
- La compatibilidad de los componentes roscados con aluminio para prevenir
la ligadura o atenazamiento en las uniones
- La posibilidad de corrosioacuten a causa del concreto mortero cal yeso y otros
materiales alcalinos empleados en la construccioacuten u otras estructuras
CAPIacuteTULO I
40
- La posibilidad de que las aleaciones 5154 5087 5083 y 5456 sufran
exfoliacioacuten o ataque intergranular y que la temperatura superior sea de
65degC a fin de evitar tal deterioro
6 Cobre y aleaciones de cobre
- La posibilidad de que las aleaciones de bronce se degraden en el contenido
de zinc
- La sensibilidad a la corrosioacuten por las aleaciones a base de cobre
- La posibilidad de formacioacuten de acetiluros inestables cuando se exponen a
acetileno
7 Titanio y aleaciones de titanio la posibilidad de que las tuberiacuteas de titanio y
sus aleaciones sufran deterioro cuando la temperatura sea superior a 315degC
8 Zirconio y aleaciones de zirconio la posibilidad de que se deteriore la
tuberiacutea cuando la temperatura sea superior a 315degC
9 Tantalio cuando la temperatura sea superior a 300degC existe la posibilidad de
que el tantalio reaccione con todos los gases excepto los inertes Por debajo
de esta temperatura la tuberiacutea puede ser quebradiza a consecuencia del
hidroacutegeno naciente (monoatoacutemico no molecular) El hidroacutegeno naciente se
produce por accioacuten galvaacutenica o surge a consecuencia de la corrosioacuten
originada por algunos componentes quiacutemicos
1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL
CARBONO Y ACERO INOXIDABLE [4]
Los sistemas de tuberiacuteas de metales ferrosos que incluyen los aceros
maleables al carbono e inoxidables son los que maacutes se utilizan y tienen mayor
cobertura de parte de las normas internacionales
CAPIacuteTULO I
41
12431 Tubos y tuberiacuteas
Se dividen en dos clases principales soldados y sin costura Las tuberiacuteas sin
costura como designacioacuten comercial son las tuberiacuteas hechas mediante el forjado de
un soacutelido circular su perforacioacuten mediante la rotacioacuten simultaacutenea y el paso obligado
sobre una punta perforada y su reduccioacuten mediante el laminado y el estiramiento Sin
embargo se producen tambieacuten tubos y tuberiacuteas sin costura mediante la extrusioacuten el
colado en moldes estaacuteticos o centriacutefugos la forja y la perforacioacuten La tuberiacutea sin
costura tiene la misma resistencia a lo largo de toda la pared Las tuberiacuteas sin costura
perforadas tienen con frecuencia la superficie interna exceacutentrica con relacioacuten a la
externa lo que da como resultado un espesor no uniforme en las paredes
Las tuberiacuteas soldadas se hacen con bandas laminadas conformadas en
cilindros y soldadas en las costuras por varios meacutetodos Se atribuye a las soldaduras
del 60 al 100 de la resistencia de las paredes de la tuberiacutea dependiendo de los
procedimientos de soldadura e inspeccioacuten Se pueden obtener diaacutemetros mayores y
razones maacutes bajas de espesores de las paredes respecto al diaacutemetro en las tuberiacuteas
soldadas que en las tuberiacuteas sin costura (aparte de las coladas) Se obtiene un espesor
uniforme de las paredes Las pruebas hidrostaacuteticas no revelan tramos muy cortos de
soldaduras completadas en forma parcial Esto presenta la posibilidad de que se
puedan desarrollar prematuramente fugas pequentildeas cuando se manejen fluidos
corrosivos o se exponga la tuberiacutea a la corrosioacuten externa Es preciso tomar en cuenta
la soldadura en los procedimientos de desarrollo para el acodamiento el abocinado y
la expansioacuten de las tuberiacuteas soldadas
Las combinaciones de espesor adicional tamantildeo adicional y espesor de pared
se encuentran disponibles para la manufactura de tubos Las clasificaciones maacutes
comunes de tubos son ldquoa presioacutenrdquo y ldquomecaacutenicardquo El espesor de pared (medido) se
especifica por la ldquopared mediardquo o ldquopared miacutenimardquo La pared miacutenima es maacutes costosa
que la pared media y a consecuencia de las tolerancias maacutes estrechas para espesor de
pared y diaacutemetro la medicioacuten para ambos sistemas hace que la tuberiacutea a presioacuten sea
maacutes costosa Sin embargo los tubos soldados de acero al carbono de pared media
CAPIacuteTULO I
42
resistentes a la electricidad con diaacutemetro externo de 2⅜ 2⅞ 3frac12 4frac12 in obtenidos de
bobinas sobre rodillos de formado progresivo y probadas electromagneacuteticamente maacutes
que a presioacuten compiten vigorosamente con las tuberiacuteas
12432 Juntas
Las tuberiacuteas se deben unir a otras tuberiacuteas y otros componentes El disentildeo
oacuteptimo requiere un trabajo de montaje miacutenimo y preveacute la misma resistencia que posee
la tuberiacutea para
1) Presioacuten interna en lo que se refiere a las fracturas y fugas
2) Momentos de torsioacuten que se producen al tender tramos largos de tuberiacuteas
entre los soportes o debido a la dilatacioacuten teacutermica en las tuberiacuteas con
acodamientos dobles
3) Deformacioacuten axial por la presioacuten interna que actuacutea sobre los cambios de
direccioacuten llaves ciegas y vaacutelvulas cerradas o por la contraccioacuten teacutermica en
los tramos rectos
4) Fractura o fugas en el caso de que se produzca alguacuten incendio
Las juntas de tuberiacuteas ideales estaacuten libres de cambios en cualquier dimensioacuten
de pasaje del flujo o la direccioacuten que incremente la caiacuteda de presioacuten o impida el
drenaje completo Estaraacute libre de hendiduras en las que se pueda acelerar la corrosioacuten
Requeriraacute un trabajo miacutenimo para su desmontaje Al efectuar la seleccioacuten seraacute preciso
tomar en cuenta la frecuencia con la que se tendriacutea que desmontar la junta En
teacuterminos generales las juntas faacuteciles de desmontar son deficientes en alguno de los
otros requisitos de las juntas ideales
Juntas soldadas La junta maacutes utilizada en los sistemas de tuberiacuteas es la de
soldadura por ensamble En todos los metales duacutectiles de tuberiacuteas que se pueden
soldar hay codos tes tuberiacuteas ramas laterales reductores tapones vaacutelvulas bridas y
juntas de abrazadera en V en todos los espesores de paredes con extremos preparados
para la soldadura por ensamble La resistencia de la junta igual a la tuberiacutea original
(con excepcioacuten de las tuberiacuteas endurecidas para el trabajo que se templan mediante la
CAPIacuteTULO I
43
soldadura) el patroacuten de flujo sin distorsiones y la resistencia generalmente iacutentegra a
la corrosioacuten compensan ampliamente la necesaria alineacioacuten cuidadosa del trabajo
competente y los equipos que se requieren
Soldaduras de bifurcaciones estas soldaduras eliminan la necesidad de
adquirir tes y no requieren maacutes metal de soldadura que estas uacuteltimas Donde la
bifurcacioacuten se acerque al tamantildeo del tramo principal se necesita una preparacioacuten
cuidadosa del extremo de la tuberiacutea ramificada y la del tramo principal se debilita
debido a la soldadura
12433 Codos y accesorios
Los cambios de direccioacuten de los sistemas de tuberiacuteas requieren curvas y
codos Las curvas se pueden hacer en friacuteo o en caliente La pared exterior se adelgaza
en una cantidad que variacutea con el procedimiento utilizado Se requiere un templado
subsiguiente en algunos materiales Para evitar las arrugas y el aplastamiento
excesivo es necesario el relleno con arena para el doblado en friacuteo dependiendo de las
relaciones del diaacutemetro exterior de la tuberiacutea respecto al radio de la liacutenea central de la
curva y al espesor de la pared de la tuberiacutea Para curvas con un radio de eje
correspondiente a cinco veces el diaacutemetro nominal de la tuberiacutea no se requiere
soporte interno cuando el espesor de la pared sea al menos del 6 del diaacutemetro
exterior de la tuberiacutea
Los codos se pueden formar mediante vaciado forja o conformacioacuten en
caliente o friacuteo mediante trozos cortados de tuberiacutea o al soldar piezas de tuberiacuteas
cortadas con un aacutengulo de inclinacioacuten El flujo en las curvas y los codos es maacutes
turbulento que en las tuberiacuteas rectas por lo que aumentan la corrosioacuten y la erosioacuten
Esto se puede contrarrestar al escoger un componente con mayor radio de curvatura
pared maacutes gruesa o un contorno interior maacutes liso pero raramente resulta econoacutemico
en los codos con aacutengulo de inclinacioacuten
CAPIacuteTULO I
44
12434 Vaacutelvulas
Los cuerpos de las vaacutelvulas pueden manufacturarse en hierro colado forjado
maquinado a partir de barras soacutelidas o fabricado a partir de placas soldadas Se
dispone de vaacutelvulas de acero con extremos roscados o casquillos de soldadura en los
tamantildeos maacutes pequentildeos Las vaacutelvulas con extremos roscados de bronce y latoacuten son
muy utilizadas para servicio de fluidos a baja presioacuten en sistemas de acero
Las vaacutelvulas sirven no soacutelo para regular el flujo de fluidos sino tambieacuten para
aislar equipos o tuberiacuteas para el mantenimiento sin interrumpir otras unidades
conectadas El disentildeo de la vaacutelvula deberaacute evitar que los cambios de presioacuten y
temperatura y las deformaciones de las tuberiacuteas conectadas distorsionen o
establezcan una mala alineacioacuten en las superficies de sellado Estas uacuteltimas deberaacuten
ser de material y disentildeo tales que la vaacutelvula permanezca hermeacutetica durante un periodo
de servicio razonable
Vaacutelvulas de compuerta estas vaacutelvulas se disentildean en dos tipos La compuerta
de cuntildea del tipo de asiento inclinado es la que maacutes se utiliza La compuerta de cuntildea
suele ser soacutelida pero es posible que sea tambieacuten flexible (cortada parcialmente en
mitades por un plano en aacutengulo recto con la tuberiacutea) o dividida (cortada
completamente por ese plano) Las cuntildeas flexibles y divididas minimizan el raspado
de la superficie de sellado al distorsionarse con mayor facilidad para coincidir con
los asientos de mala alineacioacuten angular En el tipo de asiento paralelo y disco doble
un dispositivo de plano inclinado montado entre los discos convierte la fuerza del
vaacutestago en fuerza axial oprimiendo los discos contra los asientos despueacutes que se
situacutean en su posicioacuten adecuada para el cierre
Vaacutelvulas de globo eacutestas se disentildean con vaacutestago ascendente de rosca interna o
externa Las vaacutelvulas pequentildeas son generalmente del tipo de rosca interna mientras
que en los tamantildeos mayores se prefiere el de rosca externa En la mayor parte de los
disentildeos los discos tienen la libertad de girar sobre los vaacutestagos esto evita las
raspaduras entre el disco y el asiento
CAPIacuteTULO I
45
Vaacutelvulas angulares estas vaacutelvulas son similares a las de globo se utilizan en
ambos casos los mismos casquetes vaacutestagos y discos Combinan un codo y una
vaacutelvula de globo en un componente con ahorro importante de caiacuteda de presioacuten Las
vaacutelvulas angulares bridadas son maacutes faacuteciles de retirar y reemplazar que las de globo
bridadas
Vaacutelvulas de diafragma estas vaacutelvulas se limitan a presiones de
aproximadamente 50 psi Los diafragmas reforzados con tela se pueden hacer de
caucho natural un hule sinteacutetico o cauchos naturales o sinteacuteticos recubiertos con
tefloacuten Estas vaacutelvulas son excelentes para los fluidos con soacutelidos en suspensioacuten y se
pueden instalar en cualquier posicioacuten
Llaves de macho o tapoacuten estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas por debajo
de 260degC puesto que la expansioacuten diferencial entre el tapoacuten y el cuerpo hace que se
atore El tamantildeo y la forma del orificio divide esas vaacutelvulas en tipos diferentes
venturi corto orificio rectangular reducido venturi largo orificio rectangular
completo y orificio redondo completo
Vaacutelvulas de bola estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas que tienen pocos
efectos sobre sus asientos de plaacutestico Puesto que el elemento sellador es una bola su
alineacioacuten con el eje del vaacutestago no es esencial para el cierre hermeacutetico En las
vaacutelvulas de bola libre la esfera se puede desplazar en sentido axial El diferencial de
presioacuten a traveacutes de la vaacutelvula obliga a la bola en posicioacuten cerrada a oprimirse contra
el asiento de corriente abajo y este uacuteltimo contra el cuerpo En las vaacutelvulas de bola
fija la bola gira sobre extensiones del vaacutestago y los cojinetes se sellan con anillos en
O
Vaacutelvulas de mariposa estas vaacutelvulas ocupan menos espacio en la liacutenea que
cualquier otra vaacutelvula Se logra un sellado relativamente hermeacutetico sin desgaste
excesivo de los asientos ni un esfuerzo operacional de torsioacuten demasiado grande
mediante diversos meacutetodos como asientos elaacutesticos anillos de pistoacuten sobre el disco e
inclinacioacuten del vaacutestago para limitar el contacto entre las porciones del disco maacutes
cercanas al vaacutestago y el asiento del cuerpo en unos cuantos grados de curvatura
CAPIacuteTULO I
46
Vaacutelvulas de retencioacuten de columpio estas vaacutelvulas se utilizan para evitar la
inversioacuten del flujo El disentildeo normal es para emplearse solamente en liacutenea horizontal
donde la fuerza de gravedad sobre el disco sea maacutexima al comienzo del cierre y
miacutenima al final
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS
12441 Seguridad
La seguridad se puede definir como la estipulacioacuten de medidas de proteccioacuten
que se requieren para asegurar una operacioacuten sin riesgos de un sistema propuesto de
tuberiacutea Entre las consideraciones generales a evaluar deberiacutean contarse las
siguientes
1) Las caracteriacutesticas peligrosas del fluido a manejar
2) La cantidad de fluido que se escaparaacute a consecuencia de una falla en la
tuberiacutea
3) El efecto de una falla (por ejemplo peacuterdidas de agua de enfriamiento) en la
seguridad de toda la planta
4) Evaluacioacuten de los efectos de una reaccioacuten con el medio ambiente
5) El probable grado de exposicioacuten del personal de operacioacuten o mantenimiento
6) La seguridad de la tuberiacutea seguacuten los materiales de construccioacuten meacutetodos de
unioacuten y el servicio que recibiraacute la tuberiacutea
12442 Condiciones de disentildeo
Las definiciones de temperaturas presiones y otros aspectos aplicables al
disentildeo de sistemas de tuberiacuteas se muestran a continuacioacuten
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo de un sistema de tuberiacuteas no seraacute
menor que la presioacuten en las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura para el espesor mayor o relacioacuten presioacuten-temperatura requerida [4]
CAPIacuteTULO I
47
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del
material representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura Cuando se trate de tuberiacutea metaacutelica no aislada con fluido a una
temperatura inferior a 38degC la temperatura del metal seraacute considerada como la
temperatura del fluido
Cuando un fluido se encuentre a una temperatura igual o superior a 38degC y la
tuberiacutea no tenga aislamiento externo la temperatura del metal seraacute tomada como un
porcentaje de la temperatura del fluido a menos que se determine una temperatura
maacutes baja por experimentacioacuten o caacutelculo Para tuberiacutea vaacutelvulas roscadas y con
extremos soldados accesorios y otros componentes con un espesor de pared
comparable al de esa tuberiacutea el porcentaje seraacute de 95 para bridas vaacutelvulas y
accesorios bridados seraacute de 90 para bridas con junta de solapa seraacute de 85 y para
pernos de 80 [4]
Influencias ambientales Cuando el enfriamiento provoque vaciacuteo en la liacutenea
el disentildeo debe estipular alguacuten rompedor de vaciacuteo o presioacuten externa tambieacuten debe
considerarse la expansioacuten teacutermica de objetos atrapados entre las vaacutelvulas cerradas [4]
La caracteriacutestica de ciertos servicios es la variacioacuten ocasional de la presioacuten o
temperatura o ambas variables por debajo de los niveles de operacioacuten pero no deben
tomarse en cuenta estas variaciones si se han cumplido los criterios citados Por otra
parte las condiciones maacutes graves de presioacuten y temperatura coincidentes durante la
variacioacuten seraacuten las que se empleen para establecer las condiciones de disentildeo
Se deben satisfacer los siguientes criterios
1 El sistema no debe tener componentes de hierro colado u otro metal no duacutectil
expuestos a presioacuten
2 Los esfuerzos nominales de presioacuten no deben exceder el esfuerzo elaacutestico a la
temperatura especificada
3 Los esfuerzos longitudinales combinados no deben exceder los liacutemites
establecidos en el coacutedigo ASME
CAPIacuteTULO I
48
4 El nuacutemero de ciclos (variaciones) no debe exceder el valor 7000 durante la
vida del sistema de tuberiacutea
5 Las variaciones ocasionales por encima de lo establecido en las condiciones
de disentildeo deben estar dentro de uno de los liacutemites siguientes para el disentildeo de
la presioacuten
a) Cuando la variacioacuten no persista un tiempo superior a 10 horas en cada
ocasioacuten y 100 horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el
esfuerzo permisible para la presioacuten de disentildeo a la temperatura de la
condicioacuten incrementada en un valor no mayor a 33
b) Cuando la variacioacuten no persista maacutes de 50 horas en cada ocasioacuten y 500
horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el esfuerzo
permisible para el disentildeo de presioacuten a la temperatura de la condicioacuten
incrementada en un valor no mayor al 20
Efectos dinaacutemicos El disentildeo de estos sistemas debe contar con prevenciones
contra impacto (como choques hidraacuteulicos) viento (cuando la tuberiacutea estaacute expuesta a
eacuteste) terremotos reacciones de descarga y vibraciones (de tuberiacuteas y soportes)
Las consideraciones respecto al peso deben incluir cargas vivas (contenido
hielo y nieve) cargas muertas (tuberiacutea vaacutelvulas aislamiento etc) y cargas de prueba
(fluidos de prueba) [4]
12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas
El coacutedigo ASME utiliza tres meacutetodos diferentes para abordar el disentildeo
1 Preveacute la utilizacioacuten de componentes dimensionalmente normalizados en
sus relaciones de presiones y temperaturas
2 Proporciona foacutermulas de disentildeo y esfuerzos maacuteximos
3 Prohiacutebe la utilizacioacuten de materiales componentes o meacutetodos de montaje
en ciertas condiciones
CAPIacuteTULO I
49
12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos
Espesor de las paredes La evaluacioacuten del esfuerzo de presioacuten externa de las
tuberiacuteas es la misma que para los recipientes de presioacuten sin embargo existe una
diferencia importante cuando se establece una presioacuten de disentildeo y un espesor de las
paredes para la presioacuten interna como resultado del requisito del ASME Boiler and
Pressure Vessel Code que el ajuste de la vaacutelvula de purga no debe ser superior a la
presioacuten de disentildeo Para los recipientes esto quiere decir que el disentildeo es para una
presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar las fugas de la vaacutelvula durante el funcionamiento
normal No obstante en las tuberiacuteas la temperatura y la presioacuten de disentildeo se
consideran como la combinacioacuten maacutexima esperada de presioacuten de operacioacuten y
temperatura que dan como resultado el espesor maacuteximo [4]
Bajo la normativa del coacutedigo ASME B313 [1] para tuberiacuteas metaacutelicas rectas
con presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm
se da a continuacioacuten y es aplicable para razones de Dot mayores de 6 Las ecuaciones
maacutes conservadoras de Barlow y Lameacute pueden ser utilizadas tambieacuten La ecuacioacuten 32
incluye un factor Y que variacutea con el material y la temperatura para considerar la
redistribucioacuten de esfuerzos perimetrales que se producen con flujo en estado
estacionario a altas temperaturas y permite espesores ligeramente menores en este
intervalo
( ) cYPSE
DPt o
m ++
=2
Ec 32
Donde P= presioacuten interna maacutexima
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea
c= suma de la tolerancia mecaacutenica y las tolerancias por erosioacuten y
corrosioacuten
SE= esfuerzo permisible
CAPIacuteTULO I
50
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales excluyendo juntas
materiales fundidos o factores de calidad de grado estructural
Y= coeficiente cuyos valores para materiales ferrosos duacutectiles variacutean
entre 04 y 07 para materiales ferrosos no duacutectiles es de 04 y para materiales
fraacutegiles es 0 como el hierro colado
Factor de calidad (E) es uno o el producto de maacutes de uno de los siguientes
factores de calidad factor de calidad de fundiciones (Ec) factor de calidad de
uniones (Ej) y factor de calidad de grado estructural (Es) de 092
Las vaacutelvulas deben estar de acuerdo con las normas aplicables que se dan en
el coacutedigo y con los liacutemites permisibles de presioacuten y temperatura que se establecen en
eacutel sin que vayan maacutes allaacute de las limitaciones de materiales o servicio que establece el
coacutedigo
El espesor de los codos de tuberiacuteas se debe determinar como para las tuberiacuteas
rectas a condicioacuten de que la operacioacuten de doblado no deacute como resultado una
diferencia entre el diaacutemetro maacuteximo y el miacutenimo de maacutes de 8 y 3 del diaacutemetro
exterior nominal de la tuberiacutea para presioacuten interna y externa respectivamente
12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas [4]
El coacutedigo ASME B313 requiere que los sistemas de tuberiacuteas se disentildeen para
que tengan suficiente flexibilidad y evitar asiacute que la expansioacuten o la contraccioacuten
teacutermica o el movimiento de soportes o terminales de la tuberiacutea provoquen alguna de
las dificultades siguientes
- Fallas en los soportes de las tuberiacuteas debidas a las fatigas o esfuerzos
excesivos
- Fugas en las juntas
- Esfuerzos o distorsiones perjudiciales en las tuberiacuteas o en los equipos
conectados (como bombas turbinas o vaacutelvulas) debido a los excesivos
empujes axiales o movimientos en las tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
51
Deformaciones por desplazamiento Las deformaciones se ocasionan por una
tuberiacutea que se desplaza de su posicioacuten original
1 Desplazamientos teacutermicos un sistema de tuberiacuteas sufriraacute cambios
dimensionales a consecuencia de cambios en la temperatura Si se
restringe el movimiento libre con terminales guiacuteas y anclajes seraacute
desplazado de su posicioacuten original
2 Desplazamientos por reaccioacuten si las restricciones no son riacutegidas y existe
un movimiento predecible de estos accesorios bajo carga eacuteste podriacutea
considerarse como desplazamiento de compensacioacuten
3 Desplazamientos impuestos externamente cuando externamente se crean
movimientos de las restricciones eacutestos impondraacuten un desplazamiento a la
tuberiacutea ademaacutes de los relacionados con los efectos teacutermicos Estos
movimientos pueden originarse por causas como corrientes de aire o
cambios de temperatura en equipos conectados
Deformaciones de desplazamiento total Los desplazamientos teacutermicos los
desplazamientos por reaccioacuten y los desplazamientos impuestos externamente tienen
efectos equivalentes sobre los sistemas de tuberiacuteas y deben considerarse en conjunto
para determinar las deformaciones por desplazamiento total en un sistema de tuberiacuteas
Las deformaciones por expansioacuten se pueden considerar en tres formas por
doblez torsioacuten o compresioacuten axial En los primeros dos casos el esfuerzo maacuteximo
ocurre en las fibras extremas de la seccioacuten transversal de la zona criacutetica En el tercer
caso el aacuterea entera de la seccioacuten transversal seraacute sometida al mismo esfuerzo en toda
la longitud de la tuberiacutea
La flexibilidad torsional o por doblez puede obtenerse por codos abrazaderas
o tuberiacuteas no alineadas por tuberiacutea corrugada o juntas de expansioacuten tipo fuelle o por
otros dispositivos que permitan el movimiento rotacional Estos dispositivos deben
anclarse o conectarse de forma tal que resistan las fuerzas terminales de la presioacuten del
fluido que tengan resistencia friccional al movimiento de la tuberiacutea y otras causas
CAPIacuteTULO I
52
La flexibilidad axial puede obtenerse mediante juntas de expansioacuten de los
tipos deslizante o de fuelle adecuadamente ancladas y orientadas para resistir las
fuerzas terminales de la presioacuten del fluido y deben tener resistencia friccional al
movimiento y otras causas
Esfuerzos de desplazamiento Los esfuerzos se pueden considerar como
proporcionales a la deformacioacuten total que causan soacutelo si la deformacioacuten estaacute
uniformemente distribuida y no es excesiva en ninguacuten punto La distribucioacuten irregular
de deformaciones (sistemas equilibrados) puede resultar de
1 Tuberiacuteas de dimensiones pequentildeas sometidas a un gran esfuerzo en serie
con tuberiacutea relativamente riacutegida de grandes dimensiones
2 La reduccioacuten local en tamantildeo o espesor de pared o empleo local de un
material que tiene una fuerza elaacutestica reducida
3 Una configuracioacuten de recubrimiento en un sistema de tamantildeo uniforme
en el cual la expansioacuten o contraccioacuten debe absorberse con una
desalineacioacuten corta en la mayor parte de la tuberiacutea
Si los esquemas desequilibrados de tuberiacutea no pueden evitarse se deben
aplicar meacutetodos analiacuteticos apropiados con objeto de asegurar la flexibilidad adecuada
del sistema Si el disentildeador determina que un sistema no tiene una adecuada
flexibilidad inherente debe proporcionar flexibilidad adicional mediante la adicioacuten de
codos abrazaderas tramos de tuberiacutea en S juntas de torniquete tuberiacutea corrugada
juntas de expansioacuten de los tipos de fuelle o deslizante u otros dispositivos Tambieacuten
debe contarse con un anclaje adecuado
Mientras que los esfuerzos resultantes de una deformacioacuten teacutermica tienden a
disminuir con el tiempo la diferencia algebraica de ese desplazamiento y la condicioacuten
original o cualquier condicioacuten anticipada del sistema con un mayor efecto opuesto
que en la condicioacuten de desplazamiento extremo que permaneceraacute constante durante
cualquier ciclo de operacioacuten
CAPIacuteTULO I
53
Muelle enfriado El muelle enfriado es la deformacioacuten intencional que se crea
en una tuberiacutea durante su ensamblaje con objeto de producir un esfuerzo y
desplazamiento inicial deseado Cuando una tuberiacutea se va a utilizar a una temperatura
mayor a la cual se instala el muelle enfriado es adecuado al hacer que la longitud de
la tuberiacutea sea ligeramente maacutes corta que la obtenida en el disentildeo El muelle enfriado
es beneacutefico pues ayuda a equilibrar la magnitud del esfuerzo en condiciones de
desplazamiento inicial y extremo
Requisitos para el anaacutelisis No es necesario realizar un anaacutelisis formal de la
flexibilidad requerida en sistemas que
a Son copias de instalaciones que se encuentran operando bien o tienen
sustituciones poco significativas de sistemas que cuentan con una historia
de servicio satisfactoria
b Pueden ser juzgados raacutepidamente con una adecuada comparacioacuten con
sistemas ya analizados
c Son de dimensioacuten uniforme y no tienen maacutes de dos puntos de fijacioacuten ni
tienen restricciones intermedias ademaacutes de caer dentro de los liacutemites de
la ecuacioacuten empiacuterica siguiente
( ) 222
KULyD
leminus
Ec 33
Donde y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser
absorbida por el sistema
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes
U= distancia de anclajes liacutenea recta entre anclajes
K2= 003 para unidades inglesas
- Todos los sistemas que no cumplan estos criterios seraacuten analizados por
meacutetodos de anaacutelisis simplificados aproximados o completos que sean
adecuados para cada caso especiacutefico
CAPIacuteTULO I
54
- Los meacutetodos de aproximacioacuten o simplificacioacuten soacutelo pueden ser aplicados
en el intervalo de configuraciones para las que se ha demostrado su
adaptabilidad
- Entre los meacutetodos de anaacutelisis aceptables se cuentan los meacutetodos
analiacuteticos y de graacuteficas que proporcionan una evaluacioacuten de las fuerzas
momentos y esfuerzos causados por las deformaciones por
desplazamiento
- El anaacutelisis tomaraacute en cuenta los factores de intensificacioacuten de esfuerzo
para cualquier componente diferente de la tuberiacutea recta Se debe tener en
cuenta la flexibilidad extra de ese componente
Cuando se calcula la flexibilidad de un sistema de tuberiacutea entre puntos de
anclaje el sistema debe tratarse como un todo Deberaacute reconocerse la importancia de
todas las partes de la liacutenea y las restricciones introducidas con el propoacutesito de reducir
momentos y fuerzas en el equipo o pequentildeas ramificaciones y tambieacuten las
restricciones introducidas por la friccioacuten de soportes Es necesario considerar todos
los desplazamientos dentro del intervalo de temperaturas determinado por las
condiciones de operacioacuten y fuera de servicio
12446 Soportes de tuberiacuteas
Las cargas transmitidas por las tuberiacuteas a los equipos conectados y los
elementos de soporte incluyen peso efectos inducidos por la temperatura y la
presioacuten vibraciones el viento los sismos los choques la expansioacuten y contraccioacuten
teacutermica El disentildeo de soportes y restricciones se basa en cargas que actuacutean de modo
concurrente suponiendo que no se ejerzan simultaacuteneamente los sismos y el viento
Los soportes elaacutesticos y de tipo de esfuerzo constante se deben disentildear para
las condiciones maacuteximas de carga incluyendo las de prueba a menos que se
proporcionen soportes temporales [4]
El coacutedigo sentildeala ademaacutes que los elementos de soporte de tuberiacuteas deben
CAPIacuteTULO I
55
1) Evitar las interferencias excesivas para la expansioacuten y la contraccioacuten
teacutermica de la tuberiacutea que de otro modo tiene la flexibilidad adecuada
2) Ser de iacutendole tal que no contribuyan a que se produzcan fugas en las
juntas o un pandeo excesivo de las tuberiacuteas que requiera drenaje
3) Disentildearse para evitar los esfuerzos la resonancia o la desconexioacuten
debido a las variaciones de la carga con la temperatura y que los
esfuerzos longitudinales combinados que se ejercen sobre la tuberiacutea no
sobrepasen lo permitido en el coacutedigo
4) Ser de iacutendole tal que se evite una liberacioacuten completa de la carga sobre la
tuberiacutea en el caso de una mala alineacioacuten o la falla de alguacuten resorte la
transferencia de pesos o las cargas adicionales debidas a las pruebas
durante la instalacioacuten
5) Ser de acero o hierro forjado
6) Ser de acero de aleacioacuten o protegerse de la temperatura en los lugares en
que se sobrepasen los liacutemites de temperatura adecuados para el acero al
carbono
7) No ser hierro colado excepto para bases de rodillos rodillos bases de
anclaje etc principalmente bajo cargas de compresioacuten
8) No ser de hierro maleable ni nodular con excepcioacuten de las abrazaderas de
tuberiacuteas las abrazaderas de vigas las bridas de soportes los sujetadores
las bases y los anillos giratorios
9) No ser de madera excepcioacuten hecha de los soportes sometidos
primordialmente a compresioacuten donde la temperatura de la tuberiacutea se
encuentre al nivel del ambiente o por debajo de eacutel
10) Tener roscas para ajustes atornillados que se conformen a las
especificaciones del Coacutedigo ASME B11
CAPIacuteTULO I
56
12447 Golpe de Ariete [6]
El golpe de ariete se puede presentar en una tuberiacutea que conduzca un liacutequido
cuando se tiene un frenado o una aceleracioacuten en el flujo por ejemplo el cambio de
abertura de una vaacutelvula en la liacutenea Al cerrarse raacutepidamente una vaacutelvula en la tuberiacutea
durante el escurrimiento el flujo a traveacutes de la vaacutelvula se reduce lo cual incrementa
la carga del lado aguas arriba de la vaacutelvula iniciaacutendose asiacute un pulso de alta presioacuten
que se propaga en direccioacuten contraria a la del escurrimiento Este pulso de presioacuten
hace que la velocidad del flujo disminuya La presioacuten en el lado aguas abajo de la
vaacutelvula se reduce y la onda de presioacuten disminuida viaja en el sentido del
escurrimiento disminuyendo tambieacuten la velocidad del flujo Si el cierre de la vaacutelvula
es suficientemente raacutepido y si la presioacuten permanente original es suficientemente baja
se puede formar una bolsa de vapor aguas abajo de la vaacutelvula cuando esto ocurre la
cavidad de vapor puede eventualmente reducirse en forma violenta y producir una
onda de alta presioacuten que se propaga en la direccioacuten aguas abajo
La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud de la
tuberiacutea ya que las ondas de sobrepresioacuten se cargaraacuten de maacutes energiacutea e inversamente
proporcional al tiempo durante el cual se cierra la vaacutelvula cuanto menos dura el
cierre maacutes fuerte seraacute el golpe
El problema del golpe de ariete es uno de los maacutes complejos de la
hidraacuteulica y es resuelto generalmente mediante modelos matemaacuteticos que permiten
simular el comportamiento del sistema Este fenoacutemeno es muy peligroso ya que la
sobrepresioacuten generada puede llegar entre 60 y 100 veces a la presioacuten normal de la
tuberiacutea ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos
Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de vaacutelvulas hay que
estrangular gradualmente la corriente de fluido es decir cortaacutendola con lentitud
utilizando para ello por ejemplo vaacutelvulas de rosca Cuanto maacutes larga es la tuberiacutea
tanto maacutes deberaacute durar el cierre
CAPIacuteTULO I
57
Sin embargo cuando la interrupcioacuten del flujo se debe a causas
incontrolables como por ejemplo la parada brusca de una bomba eleacutectrica se utilizan
tanques neumaacuteticos con caacutemara de aire comprimido torres piezomeacutetricas o vaacutelvulas
que puedan absorber la onda de presioacuten
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN
12451 Soldadura
Los requisitos del coacutedigo referente a la fabricacioacuten son maacutes detallados para la
soldadura que para otros meacutetodos de unioacuten ya que la soldadura no soacutelo se utiliza para
unir dos tuberiacuteas extremo a extremo sino que sirve tambieacuten para fabricar accesorios
que reemplazan a los accesorios sin costura como codos y juntas de solapa de punta
redonda Los requisitos del coacutedigo para el proceso de soldado son esencialmente los
mismos que los de la seccioacuten IX del ASME Boiler and Pressure Vessel Code excepto
que los procesos de soldado no se restringen el agrupamiento del material debe estar
de acuerdo al apeacutendice A del Coacutedigo ASME y las posiciones de la soldadura
corresponder a la posicioacuten de la tuberiacutea [4]
12452 Doblado y formacioacuten
La tuberiacutea puede doblarse en cualquier radio para el cual la superficie del
arco de la curvatura esteacute libre de grietas y pandeos Estaacute permitido el empleo de
dobleces estriados o corrugados El doblado puede efectuarse mediante cualquier
meacutetodo en friacuteo o en caliente siempre que se cumplan las caracteriacutesticas del material
que se estaacute doblando y el radio de la tuberiacutea doblada esteacute dentro [4]
Algunos materiales requieren un tratamiento teacutermico una vez que ya se han
doblado lo que dependeraacute de la severidad del doblado En el coacutedigo se explican
detalladamente los requisitos que deben cumplirse para este tratamiento
CAPIacuteTULO I
58
12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico
Estos tratamientos sirven para prevenir o corregir los defectos nocivos de las
altas temperaturas o gradientes teacutermicos severos inherentes a la unioacuten por soldadura
de los metales Ademaacutes de esto puede ser necesario someter el material a tratamiento
teacutermico con objeto de corregir los efectos de esfuerzo creados durante el doblado o
formado de los metales [4]
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA
PIPESIMreg2003 [5]
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades
El entendimiento detallado de la termo-hidraacuteulica del sistema de produccioacuten
es criacutetico para el disentildeo de liacuteneas de flujo y los caacutelculos del mismo PIPESIMreg
software de anaacutelisis de sistema de produccioacuten proporciona un instrumento completo
para analizar sistemas complejos de tuberiacutea con flujo multifaacutesico
Con sus moacutedulos interconectados este programa permite construir un
modelo completamente integrado del sistema de produccioacuten entero conectando con
simuladores de yacimiento y de proceso tales como el ECLIPSEreg software de
simulacioacuten de yacimiento y HYSYSreg simulador de procesos de AspenTech
132 Modelaje de flujo multifaacutesico
El programa incorpora todas las correlaciones actuales de flujo multifaacutesico
utilizados en la industria tanto empiacutericas como mecaniacutesticas para predecir el
reacutegimen de flujo la peacuterdida de presioacuten y retencioacuten de liacutequidos Esto permite disentildear y
operar el sistema de produccioacuten y distribucioacuten con confianza
Este simulador produce mapas detallados de reacutegimen de flujo en la tuberiacutea a
las condiciones de operacioacuten incorporando todos los aacutengulos de inclinacioacuten
PIPESIMreg utiliza las velocidades superficiales in-situ del gas y liacutequido para
identificar el patroacuten de flujo en cada nodo del sistema permitiendo determinar el
hold-up y la distribucioacuten de presioacuten en el sistema de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
59
Predecir slugs su tamantildeo y frecuencia permite optimizar el disentildeo de
tuberiacuteas y facilidades de procesamiento El simulador OLGA-Sreg y los modelos de
TUFFP se pueden utilizar para identificar estas caracteriacutesticas criacuteticas del flujo
hidrodinaacutemico tipo slug El programa predice tambieacuten la ocurrencia de flujo slug
en inclinaciones de la tuberiacutea
133 Modelos de Fluido
El modelaje exacto del liacutequido producido es criacutetico para la comprensioacuten
del comportamiento del sistema por lo tanto el simulador ofrece la eleccioacuten entre
correlaciones standard de petroacuteleo negro o una gama de modelos composicionales
EOS
134 Certeza del tipo de flujo
PIPESIMreg predice la formacioacuten de hidratos e incluye la habilidad de modelar
los efectos de inhibidores de hidratos Modelando el perfil de la temperatura de la
liacutenea de flujo puede disentildear el sistema en torno a estos problemas
Dicho software incluye tambieacuten rutinas de caacutelculo para determinar los liacutemites
erosivos de la velocidad de la tuberiacutea permitiendo disentildear operaciones seguras en la
misma
135 Disentildeo de equipos de superficie
El programa incluye los modelos de los equipos de superficie comunes para
determinar su impacto en el disentildeo del sistema Ademaacutes las opciones sofisticadas de
sensibilidades en el simulador se pueden utilizar tambieacuten para disentildear sistemas
variando los paraacutemetros claves del sistema permitiendo asiacute la determinacioacuten de los
tamantildeos oacuteptimos de tuberiacutea y equipos a ser utilizados
Los moacutedulos contienen los siguientes equipos
bull Separadores
bull Bombas y motores auxiliares de propulsioacuten multifaacutesicos
bull Compresores y expansores
bull Calentadores y enfriadores
bull Estranguladores
CAPIacuteTULO I
60
136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea
Para un anaacutelisis completo del sistema PIPESIMreg ofrece opciones para
modelar redes complejas que pueden incluir lazos liacuteneas paralelas y by-pass El
algoritmo robusto de la solucioacuten puede modelar la unioacuten distribucioacuten e inyeccioacuten de
la red
Explica detalladamente la termo-hidraacuteulica del sistema que es criacutetica para el
disentildeo de la liacutenea de flujo y el reacutegimen de flujo especialmente para sistemas
multifaacutesicos complejos Esto daraacute las herramientas para emprender el anaacutelisis tiacutepico
de la red incluyendo
bull Identificar embotellamientos de la produccioacuten y limitaciones
bull Valorar los beneficios de nuevos pozos tuberiacuteas adicionales compresioacuten etc
bull Calcular la capacidad de manejo desde el campo hasta el sistema de retencioacuten
bull Predecir los perfiles de presioacuten y temperatura por redes complejas de flujo
bull Planificar el desarrollo de campo
bull Resolver redes de fondo encontradas en pozos multilaterales
Una vez construida la red de produccioacuten se pueden introducir los elementos
de tiempo para analizar el impacto del desempentildeo del yacimiento en la estrategia de
desarrollo del campo
PIPESIMreg permite
minus Modelar flujo multifaacutesico desde el yacimiento a traveacutes de las facilidades
de produccioacuten hasta su punto de entrega
minus Dirigir redes complejas de produccioacuten y captar las interacciones entre
pozos tuberiacuteas y equipos de proceso
minus Realizar un anaacutelisis completo de sensibilidades en cualquier punto del
sistema hidraacuteulico usando muacuteltiples paraacutemetros
minus Simular el sistema de produccioacuten del campo para mejorar la produccioacuten
tomar mejores decisiones y obtener precios maacutes competitivos
minus Conexioacuten con el simulador de procesos HYSYSreg para un anaacutelisis
integrado desde la cara de la arena hasta las facilidades de
procesamiento
CAPIacuteTULO II
61
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO
DESARROLLO DEL DISENtildeO
21 CONDICIONES DE DISENtildeO
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Tomando como referencia las hojas de seguridad e higiene industrial de
PDVSA de cada uno de los fluidos involucrados en el proyecto asiacute como tambieacuten las
propiedades de los fluidos suministradas por cada una de las empresas mixtas se
logra hacer un cuadro resumen con la informacioacuten de cada uno de estos productos
quiacutemicos Ver anexos 1 2 y 3
Tabla 4 Propiedades de los fluidos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol MTBE ISO-OCTANO
CH3OH CH3OH C5H12O C8H18
Alcohol metiacutelico
Alcohol metiacutelico Metil terbutil eacuteter 224 trimetil
pentano Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Gravedad especiacutefica CS 0796 0796 0747 0696
Viscosidad dinaacutemica (cP) 45degC 042 042 027 038
Peso Molecular 3205 3205 8814 11422
Punto de ebullicioacuten (degC) 147psi 648 648 55 993
Presioacuten de vapor (psia) 45degC 41 41 83 17
Punto de fusioacuten (degC) -978 -978 -109 -107365
Punto de ignicioacuten (degC) 470 470 224 410
Calor de fusioacuten (calg) 237 237 - 19278
Forma y color Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro
en agua Solubilidad en alcohol en eacuteter
Soluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporciones
Ligeramente soluble Soluble
-
Insoluble Ligeramente soluble
Soluble
Liacutemites de () inferior inflamabilidad superior
67 365
16 151
- -
CAPIacuteTULO II
62
212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca del
sistema de bombeo con el cual cuenta cada una de estas empresas se pudo resumir el
siguiente cuadro
Tabla 5 Sistema de Bombeo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135
Pmin entrada brazo de carga (psig) 70 70 70 70
Pdescarga brazo de carga (psig) 20 20 20 20
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 1000 1000 1000
Flujo miacutenimo (m3h) 1000 500 500 500
Cantidad de bombas 1 de 2 2 de 2 2 de 3 2 de 3
Descripcioacuten de las bombas p-801 AB p-6201 AB 900-p-1 ABC 900-p-1 ABC
Poperacioacuten (psig) 1337 135 135 135
Pmaacutex de descarga (psig) 171 171 171 171
Pmaacutex de operacioacuten (psig) 250 250 250 250
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Potencia (KW) 7204 320 350 350
Cabezal (m) 110 120 120 120
Eficiencia () 81 795 795 795 Presioacuten requerida en el brazo de carga (psig) 70 ndash 100 70 ndash 100 71 ndash 86 71 ndash 86
Se refiere a la cantidad de bombas en uso referente a la cantidad de
bombas disponibles en la planta
CAPIacuteTULO II
63
213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO JOSE
El proyecto se encuentra ubicado dentro del Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui en la costa este de Venezuela en Jose Estado Anzoaacutetegui Las
condiciones ambientales que maacutes afectan los caacutelculos del siguiente trabajo se
presentan en la tabla 6
Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose
Temperatura maacutexima (degC) 45
Temperatura promedio anual (degC) 34
Temperatura miacutenima extrema (degC) 15 bulbo seco 24 bulbo huacutemedo
Presioacuten atmosfeacuterica promedio (psi) 146923
Promedio de elevacioacuten del terreno (m) 75
214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
La configuracioacuten de las tuberiacuteas para este proyecto se decidioacute dividir en 3
tramos la tuberiacutea principal de 20rdquo oacute 24rdquo (de mayor diaacutemetro y longitud) la tuberiacutea de
16rdquo y la tuberiacutea de 12rdquo Luego que la tuberiacutea principal se ubica dentro del liacutemite de
bateriacutea del muelle el diaacutemetro se debe disminuir gradualmente hasta conseguir las
12rdquo necesarias para el despacho a traveacutes de los brazos de carga los cuales seguacuten las
caracteriacutesticas del muelle y normativas de seguridad deben ser de este diaacutemetro
especiacutefico
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca de
las condiciones operacionales de los fluidos a traveacutes del sistema de tuberiacuteas se
seleccionoacute la tuberiacutea maacutes apropiada para este proyecto ya que se cumple con los
requisitos de seguridad necesarios Los datos recolectados se muestran en las tablas 7
8 y 9
CAPIacuteTULO II
64
Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo)
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro exterior (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro interno (in) 2325 1925 1925 1925 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 2783 2312 2312 2312 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 2948 20211 20211 20211
exterior 6283 5236 5236 5236 Longitud de superficie (in) interior 609 504 504 504 Longitud de la tuberiacutea (ft) 10932 11394 12398 14557 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (in) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (in) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
El tipo de tuberiacuteas aplicables al proyecto son API 5L ASTM A-106 y
ASTM A-53 todas en acero al carbono y con rangos tanto de temperatura como de
presioacuten aceptables en el proyecto Estas tuberiacuteas cumplen con los requisitos
necesarios ademaacutes de estar incluidas dentro del tipo de tuberiacutea (piping class)
aplicable a las plantas y al Muelle Petroquiacutemico Partiendo de eacutesto se escoge la
tuberiacutea A-53 por ser eacutesta la de uso permitido en el aacuterea del Muelle Petroquiacutemico y por
ser compatible con las de uso en las plantas Para trayectorias dentro de los linderos
CAPIacuteTULO II
65
de las plantas de las empresas mixtas se haraacute uso de la tuberiacutea que estipule la
normativa de seguridad de dicha planta
Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbonoTuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro exterior (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro interno (in) 1525 1525 1525 1525 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1841 1841 1841 1841 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 1268 1268 1268 1268
exterior 4189 4189 4189 4189 Longitud de superficie (ft) interior 399 399 399 399
Longitud de la tuberiacutea (ft) 1640 1640 1640 1640 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
La seleccioacuten del tipo de costura de la tuberiacutea se realizoacute sujeto al piping class
manejado en el Muelle Petroquiacutemico asiacute como al de cada una de las plantas siendo
recomendable el tipo E correspondiente a tuberiacutea con costura soldada con resistencia
eleacutectrica (ERW) solamente para el tramo que abarca el corredor en las calles C y F
CAPIacuteTULO II
66
(ver figura 1) Al pasar el liacutemite de bateriacutea del muelle la especificacioacuten debe cambiar
a tuberiacutea sin costura (Tipo S) por ser eacutesta la manejada en el piping class del Muelle
Petroquiacutemico Dicha divergencia afecta este estudio uacutenicamente para el caacutelculo del
espesor miacutenimo requerido
Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 12 12 12 12 Diaacutemetro exterior (in) 1275 1275 1275 1275 Diaacutemetro interno (in) 12 12 12 12 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1458 1458 1458 1458 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 07854 07854 07854 07854
exterior 3338 3338 3338 3338 Longitud de superficie (ft) interior 314 314 314 314
Longitud de la tuberiacutea (ft) 164 164 164 164 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
CAPIacuteTULO II
67
Las tuberiacuteas son grado B lo cual indica que se trata de tuberiacuteas de color
negro (material acero al carbono) que necesitaraacuten recubrimiento y galvanizado antes
de ser usadas
La ceacutedula es estaacutendar se escogioacute debido a que se mantiene un margen por
encima del espesor miacutenimo requerido dichos caacutelculos se presentan a continuacioacuten
El rating de la tuberiacutea de acuerdo al piping class manejado en el Muelle
Petroquiacutemico es de 150 lbf Este valor estaacute sujeto a cambios debido a que para la
fecha de elaboracioacuten de este Trabajo Especial de Grado auacuten no se habiacutea realizado el
estudio de golpe de ariete factor importante en la delimitacioacuten de presioacuten que deberaacute
soportar la tuberiacutea
La cantidad y descripcioacuten de cada uno de los accesorios y vaacutelvulas que seraacuten
empleados en las liacuteneas han sido suministrados por las empresas mixtas y podraacuten
estar sujetos a cambios durante la fase de construccioacuten del proyecto
La tabla 10 resume las longitudes equivalentes mostradas en la tabla 3 de
los componentes a ser instalados en las configuraciones de tuberiacuteas involucradas en el
proyecto
Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios
24 20 16 12 Tipo de accesorio o vaacutelvula Le [ft] Le [ft] Le [ft] Le [ft]
Unioacuten 4 3 3 2 Codo 90deg regular 47 39 31 25 Codo 90deg radio largo 29 25 20 16 Codo 45deg regular 24 20 16 12 T de liacutenea de flujo 32 26 21 17 T de ramal de flujo 60 76 96 116 Vaacutelvula de globo 400 525 655 800 Vaacutelvula de compuerta 11 13 17 20 Vaacutelvula angular 200 250 320 390 Vaacutelvula de retencioacuten deslizante 135 172 217 262 Entrada de filos rectos 39 53 68 86 Salida tuberiacutea 78 106 136 172 Reductor de diaacutemetro 97 80 62 45
CAPIacuteTULO II
68
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
Se emplea el software PIPESIMreg para la simulacioacuten del sistema de
transporte del proyecto debido a que es eacuteste un programa con la capacidad para la
simulacioacuten de equipos de superficie asiacute como es capaz de trabajar con los fluidos
involucrados en este proyecto La licencia del software se obtuvo de la empresa
PDVSA a traveacutes de la intranet de la misma la cual se encontraba a disposicioacuten de los
empleados de Pequiven para el teacutermino de este Trabajo Especial de Grado
2211 Metor
Se procedioacute a la configuracioacuten de las tuberiacuteas en PIPESIMreg siguiendo el
esquema mostrado en la figura 6 Este disentildeo se tomaraacute como referencia para las
demaacutes plantas
1 Se coloca una fuente (source) de donde proviene el fluido el cual viene
representado por el tanque de almacenamiento de cada una de las plantas en este
caso en especiacutefico las propiedades que lo describen son
Temperatura 45degC
Presioacuten 0 psig
Se supone que el fluido no se encuentra presurizado dentro del tanque debido
a que se encuentra a condiciones ambientales La temperatura es de 45 degC porque
eacuteste es el valor maacuteximo que se podriacutea conseguir en condiciones ambientales
extremas y ha sido la temperatura de disentildeo estipulada
CAPIacuteTULO II
69
Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como ldquocomposicionalrdquo debido a que el
metanol se encuentra preestablecido dentro del programa como un fluido acuoso
(soluble en agua) y se agrega con una molaridad al 100 a traveacutes de la tuberiacutea soacutelo
fluiraacute metanol liacutequido la inclusioacuten del fluido se muestra en la figura 7
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja
de especificaciones (data sheet) por parte de la empresa la informacioacuten es incluida en
la siguiente ventana (ver Figura 8)
CAPIacuteTULO II
70
Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor)
Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor
CAPIacuteTULO II
71
4 Se incorpora la liacutenea de 24rdquo la cual es ingresada a la configuracioacuten como
una liacutenea de flujo eacutesta se conecta a la bomba a traveacutes de un nodo Se utilizan estos
conectores para la unioacuten de los elementos y no representan cambio alguno a las
propiedades Los datos necesarios para agregar la liacutenea de flujo son sentildealados en la
figura 9
Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor
Se colocan 2 ondulaciones por cada mil metros de recorrido debido a que
eacuteste es el nuacutemero de ondulaciones (altibajos) promedio que presentaraacute el recorrido de
la tuberiacutea La diferencia de altura es de 2 m debido a que la altitud de la planta se
encuentra por encima del nivel del muelle en un margen cercano a este valor La
distancia horizontal es la correspondiente al recorrido total de la tuberiacutea maacutes la
longitud equivalente correspondiente a las vaacutelvulas y accesorios La rugosidad es la
CAPIacuteTULO II
72
correspondiente al acero al carbono y la temperatura ambiente es la temperatura
promedio reportada en el aacuterea
Se incluye como dato que la tuberiacutea no tiene recubrimiento y estaraacute rodeada
por aire con lo cual se establece un valor de transferencia de calor entre la tuberiacutea y
el aire de 20 BTUh ft2 degF (dicho valor se encuentra predeterminado en el simulador
para estas condiciones)
5 Se agrega la liacutenea de 16rdquo tambieacuten como una liacutenea de flujo la cual presenta
las caracteriacutesticas mostradas en la figura 10 Las ondulaciones seraacuten 0 ya que esta
liacutenea se encontraraacute sobre la plataforma del muelle donde no tendraacute altibajos asiacute como
tampoco presentaraacute diferencia de altitud en el recorrido Se preveacute con una longitud de
500m a la cual se debe agregar la longitud equivalente representativa de los
accesorios dispuestos en la configuracioacuten
Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor
CAPIacuteTULO II
73
6 Se antildeade la liacutenea de 12rdquo y tuberiacutea final de la configuracioacuten A la salida de
eacutesta la presioacuten deberaacute ser al menos 70 psig para que el fluido pueda hacer el
recorrido a traveacutes del brazo de carga y atracar al buque con una presioacuten de 20 psig
debido a que eacutestas son las especificaciones del brazo de carga que seraacute empleado en
el muelle Esta tuberiacutea a diferencia de la de 16rdquo siacute presenta ondulaciones ya que este
uacuteltimo tramo tiene un recorrido tortuoso con diferencias pequentildeas de altura La
longitud total de tuberiacutea es de 50m aproximadamente a los cuales se agrega la
longitud equivalente de los accesorios dispuestos en esta tuberiacutea En la figura 11 se
pueden observar las propiedades de la liacutenea de 12rdquo
Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor
7 El punto final de la configuracioacuten es un nodo frontera que en este caso en
especiacutefico vendraacute representado por el inicio del brazo de carga punto donde la
presioacuten deberaacute ser de 70 psig
CAPIacuteTULO II
74
2212 SuperMetanol
Tomando como base la configuracioacuten de tuberiacuteas de Metor se genera un
modelo con la misma cantidad y disposicioacuten de elementos A continuacioacuten se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas de la planta Supermetanol
haciendo uso de PIPESIMreg donde soacutelo se resentildean las caracteriacutesticas que difieren del
modelo de metanol de Metor
- La bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja de especificaciones por parte
de la empresa presenta la siguiente informacioacuten
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 650 kW (resultante del accionamiento de ambas bombas)
Eficiencia 795
- La liacutenea de 20rdquo se ingresa a la configuracioacuten con los datos sentildealados en la
figura 12
Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol
CAPIacuteTULO II
75
- Las liacuteneas de 16rdquo y 12rdquo tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las
configuraciones estos tramos de tuberiacutea se encuentran sobre la plataforma del muelle
ubicados sobre el mismo pipe rack de esta manera que las tuberiacuteas estaraacuten una junto
a la otra por ende tendraacuten las mismas especificaciones
2213 MTBE de Super Octanos
La configuracioacuten de tuberiacuteas de Super Octanos presenta la misma disposicioacuten
de elementos que la de Metor a continuacioacuten se presenta de forma resumida el disentildeo
de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
1 Las propiedades que describen las condiciones del source son
iguales al caso de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como black oil esto debido a que el simulador
no contempla el Metil Terbutil Eacuteter como un fluido preestablecido en sus
lineamientos Para incluir el fluido como petroacuteleo negro se ingresan los siguientes
valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 551755
Ademaacutes se agrega la informacioacuten de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente como se ve en la
figura 13
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual tambieacuten se
tiene la hoja de informacioacuten por parte de la empresa La informacioacuten incluida es la
siguiente
CAPIacuteTULO II
76
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 700 kW
Eficiencia 795
Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de Super Octanos
4 Luego se incorpora la liacutenea de 20rdquo la cual se ingresa a la configuracioacuten
como una liacutenea de flujo Los datos necesarios para la inclusioacuten de la liacutenea principal de
20rdquo se presentan en la Figura 14
5 Al igual que para la configuracioacuten de Metor se agregan las liacuteneas de 16rdquo y
12rdquo las cuales tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las configuraciones
CAPIacuteTULO II
77
Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de Super Octanos
2214 IsoOctano de Super Octanos
Tomando como base la configuracioacuten de MTBE de la misma planta se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
Las propiedades divergentes entre este caso y MTBE baacutesicamente son los
datos ingresados para la caracterizacioacuten del fluido y las propiedades de la liacutenea de
20rdquo De esta manera se hace referencia soacutelo a estos valores los cuales son
- El tipo de fluido se incluye como black oil para lo cual se ingresaron los
siguientes valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 735724
CAPIacuteTULO II
78
- Se agrega informacioacuten adicional de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente que para este caso
son las siguientes
Temperatura (ordmC) Viscosidad (cP)
40 046
20 055
- La configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo se muestra en la figura 15
Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de Super Octanos
CAPIacuteTULO II
79
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA
PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO
El proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo busca reubicar el despacho de productos de
las empresas mixtas (Metor Supermetanol y Super Octanos) en la actualidad
despachados a traveacutes del Muelle Criogeacutenico propiedad de PDVSA ubicado en el
Complejo Industrial Joseacute Antonio Anzoaacutetegui
El estudio ocupacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose se adjudicoacute a una
compantildeiacutea privada sin embargo es requerimiento del presente Trabajo Especial de
Grado hacer una breve revisioacuten a dicho Muelle para disponer de un estimado de
tiempo requerido para el embarque de buques si se bombea el producto a la maacutexima
carga que permita la configuracioacuten de cada una de las liacuteneas Para la realizacioacuten de
este objetivo la informacioacuten recolectada para la evaluacioacuten de la ocupacioacuten del
muelle estaacute basada seguacuten el promedio mensual de despacho actual a traveacutes del
muelle de PDVSA y el despacho mensual a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Se anexa un modelo rudimentario donde se presenta la disposicioacuten de los
brazos de carga los cuales seraacuten habilitados para despacho de cada uno de los
productos involucrados con el proyecto del cual es parte este trabajo (ver Figura 16)
CAPIacuteTULO II
80
Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose
Los brazos de carga que se empleen en el proyecto preferiblemente deberaacuten
ser de las mismas caracteriacutesticas y dimensiones de ser posible de la misma marca
para facilitar las labores de mantenimiento y obtencioacuten de repuestos Deberaacuten tener
un diaacutemetro de 12rdquo y tener facilidad para retorno de vapores debido a que asiacute lo
contemplan las normativas gubernamentales Las principales caracteriacutesticas con las
cuales deben cumplir los brazos de carga que se ubicaraacuten en las posiciones M-502
M-503 M-504 y M-505 del Muelle Petroquiacutemico se presentan en la tabla 11
CAPIacuteTULO II
81
Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga
Posicioacuten M-503 M-505 M-504 M-502 M-502 Producto Metanol Metanol MTBE Iso-Octano
Procedencia Metor yo Supermetanol
Supermetanol yo Metor Super Octanos Super Octanos
Diaacutemetro (in) 12 12 12 12 Tasa de flujo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Viscosidad 45degC (cP) 042 042 027 038 Presioacuten de vapor 45degC (psia) 41 41 83 17
Presioacuten requerida en la entrada (psig) 70 70 70 70
Presioacuten de descarga (psig) 20 20 20 20 Presioacuten de descarga de las bombas (psig) 1337 135 135 135
Presioacuten maacutexima de operacioacuten de las bombas (psig)
170 170 170 170
Se obtuvo informacioacuten de la disposicioacuten de ventanas operacionales
empleadas por las empresas mixtas involucradas en el proyecto seguacuten un reporte
mensual de despacho a traveacutes del Muelle Criogeacutenico Se presenta la informacioacuten
mencionada en la tabla 12 la cual hace referencia al despacho de los productos y las
capacidades de los buques a cargar esto en un periacuteodo de tiempo de un mes
CAPIacuteTULO II
82
Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9
Ventanas Empresa Producto Volumen [TM] 1 - 2 ndash 3 Supermetanol Metanol 15000 3 - 4 ndash 5 Metor Metanol 21000 6 - 7 ndash 8 Metor Metanol 13100
Super Octanos MTBE 21000 8 - 9 ndash 10 Metor Metanol 17000
11 - 12 - 13 Supermetanol Metanol 15000 13 - 14 - 15 Supermetanol Metanol 15000 16 - 17 - 18 Metor Metanol 15000
Metor Metanol 10000 18 - 19 - 20 Supermetanol Metanol 10000
21 - 22 - 23 Super Octanos MTBE 24000 24 - 25 - 26 Ventana de Mantenimiento 27 - 28 - 29 Super Octanos MTBE 11000 29 - 30 - 31 Supermetanol Metanol 10000
De igual forma se conoce la produccioacuten mensual de la empresa FertiNitro a
traveacutes de la Plataforma de liacutequidos del Muelle Petroquiacutemico si se unen el promedio
de producciones mensuales de cada empresa se tienen los siguientes datos
Metor 70 MTMM
Supermetanol 525 MTMM
Super Octanos 40 MTMM
FertiNitro 336 MTMM
CAPIacuteTULO III
83
CAPIacuteTULO III RESULTADOS
RESULTADOS
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED
Seguacuten la ecuacioacuten 32 de la seccioacuten 2444 para tuberiacuteas metaacutelicas rectas con
presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm es
aplicable para relaciones Dot mayores de 6
Se realiza el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas de 20rdquo tomando t como 1969rdquo
el cual es el espesor con mayor magnitud que se puede conseguir en el mercado la
relacioacuten Dot = 10157 siendo mayor de 6 se realizan los caacutelculos utilizando la
ecuacioacuten 32 sin inconvenientes
Para el caacutelculo de los espesores miacutenimos los datos son obtenidos de las
especificaciones ASME B313 y de las condiciones operacionales del proyecto La
presioacuten maacutexima corresponde a la presioacuten maacutexima de resistencia de las tuberiacuteas A
continuacioacuten se muestra el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas con costura de 20rdquo
P= 250psig
Do= 20rdquo
c= 0065
S= 20000 psig
Y= 04
E= 085
( ) ( )mmint
ininxpsigxpsig
inxpsigc
YPSEDP
t
m
om
365210
21120065040250850000202
202502
rArr=
rArr++
=++
=
Al valor de espesor (536mm) se debe aplicar la tolerancia correspondiente a
esta tuberiacutea que se lee en la norma ASME B313 y es de 125 para todos los casos
con lo cual el valor del espesor estariacutea entre 469 ndash 604 mm correspondiente a un
Schedule 10 (635mm) siendo eacuteste el valor maacutes cercano a dicho espesor Como
CAPIacuteTULO III
84
medida preventiva se aplica un factor de seguridad al disentildeo correspondiente a las
peacuterdidas de espesor por corrosioacuten y erosioacuten asiacute como peacuterdidas mecaacutenicas producto
del efecto de golpe de ariete que pueda sufrir la tuberiacutea De esta manera se toma
ceacutedula estaacutendar para todas las tuberiacuteas ya que todos los valores de espesores miacutenimos
se encuentran por debajo del schedule estaacutendar comercial A continuacioacuten se
muestran los resultados para cada una de las liacuteneas con costura (Tabla 13) y se
compararon con los espesores de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar La Tabla 14 resentildea
estos mismos caacutelculos para tuberiacutea sin costura
Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (Psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 085 085 085 085 tm (in) 024 0211 0182 0158 Espesor miacutenimo aceptable (in) 024 plusmn 003 0211 plusmn 0026 0182 plusmn 0023 0158 plusmn 0020 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 1 1 1 1 tm (in) 0214 0189 0165 0144 Espesor miacutenimo aceptable (in) 0214 plusmn 00267 0189 plusmn 00236 0165 plusmn 0020 0144 plusmn 0018 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
CAPIacuteTULO III
85
La costura en las tuberiacuteas no influye en los caacutelculos hidraacuteulicos debido a que
la soldadura con resistencia eleacutectrica no genera aporte de material a la tuberiacutea lo que
indica que no habraacute variacioacuten del espesor debido a la costura Las tuberiacuteas principales
seraacuten las uacutenicas con costura por ser eacutestas las uacutenicas presentes en el corredor de
tuberiacutea ubicado en las calles C y F Las longitudes de cada uno de los tramos con y
sin costura son los siguientes
Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura
Longitudes de tuberiacutea METANOL Metor
METANOL Supermetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Con costura (m) 1153 1293 1599 2257 Sin costura (m) 2180 2180 2180 2180
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA
FRICCIOacuteN EN LAS TUBERIacuteAS
Para obtener la caiacuteda de presioacuten en las tuberiacuteas se realizaron los caacutelculos en
primer lugar haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning considerando condiciones
isoteacutermicas que a pesar de ser un meacutetodo maacutes laborioso permite el conocimiento
descriptivo de cada uno de los paraacutemetros asiacute como la procedencia de los valores
utilizados en este disentildeo Esto es provechoso en caso de presentarse cualquier
divergencia del disentildeo en etapas futuras del proyecto Una vez realizados los caacutelculos
con la ecuacioacuten de Fanning se procede a la simulacioacuten del disentildeo con el software
PIPESIMreg que genera valores de caiacuteda de presioacuten de cada una de las liacuteneas entre
otros resultados
CAPIacuteTULO III
86
321 ECUACIOacuteN DE FANNING
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debido a la friccioacuten se usoacute la ecuacioacuten
de Fanning en unidades de campo Se realizoacute el caacutelculo tipo para la tuberiacutea de 24rdquo de
Metor tal como se muestra a continuacioacuten
Donde ρ (gcc)= 0753
q (bbld)= 377389
L (ft)= 10932
d (in)= 2325
Para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning primero es necesario el
caacutelculo del Nuacutemero de Reynolds el cual queda
donde d (m)= 059
V (ms)= 25353
ρ (Kgm3)= 75256
μ (Pas)= 42x10-4
De donde el NRe= 27x106 lo cual indica que se presenta flujo turbulento
(NRegt4000) y para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning se debe emplear la
ecuacioacuten de Colebrook (Ec9)
01220
1072512
2523731081log21
51273
log21
6
3
Re
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
minus
f
ff
ff
f
fxxx
f
fNDfε
Para obtener el factor de friccioacuten de Fanning haciendo uso de la ecuacioacuten de
Colebrook se realizan iteraciones a partir de un valor inicial el cual se puede tomar
directamente del diagrama de Moody De acuerdo a la figura 4 el valor de factor de
friccioacuten de Darcy que se lee correspondiente para NRe= 27x106 y εD=77x10-5 es
5
25 10146441
dLqfxp ρminus=Δ
μρ
ReVdN =
CAPIacuteTULO III
87
fD=0003 lo cual representa un factor de friccioacuten de Fanning de 0012 ya que el
factor de friccioacuten de Darcy representa 4 veces el factor de friccioacuten de Fanning
Una vez calculado este valor se procede al caacutelculo de la peacuterdida de presioacuten
debido a la friccioacuten haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning quedando
Para este caso la caiacuteda de presioacuten es de 24 psi es decir la presioacuten con la cual
llega el fluido al teacutermino del recorrido de la tuberiacutea de 24rdquo es 24 psi menor que al
salir de la bomba Para los tramos de tuberiacutea subsiguientes (16rdquo y 12rdquo) los caacutelculos
se hacen de forma anaacuteloga Se debe tener en cuenta la peacuterdida por friccioacuten que sufre
el fluido al pasar a traveacutes de cada uno de los dispositivos de control a lo largo de la
tuberiacutea En este caso se han tomado valores de longitud equivalente seguacuten el tipo de
accesorio los cuales se adicionan a la longitud de cada una de las tuberiacuteas para luego
calcular la peacuterdida de presioacuten debido a la friccioacuten
Para el caacutelculo de las peacuterdidas de presioacuten debido a la friccioacuten en los
accesorios y vaacutelvulas como se vioacute en el Capiacutetulo II se haraacute uso de la tabla 3 y se
tomaraacuten las longitudes equivalentes de cada accesorio sentildealadas en la Tabla 10
Dicho valor de longitud equivalente se agrega a las longitudes de las liacuteneas y se
calcula la caiacuteda de presioacuten en cada una de eacutestas
Hasta la fecha ha sido entregada la siguiente informacioacuten de la cantidad y
tipo de accesorios correspondientes a cada una de las liacuteneas (Tablas 16 y 17) de
donde se pueden obtener las longitudes equivalentes que se adicionan a las longitudes
totales de tuberiacutea en cada una de las configuraciones
La peacuterdida de presioacuten en las tuberiacuteas debido a la aceleracioacuten se desprecia por
haberse corroborado flujo turbulento en todas las tuberiacuteas de igual forma la caiacuteda de
psip
xp
dLqfxp
07242523
1093237738975300122010146441
10146441
5
25
5
25
=Δ
=Δ
=Δ
minus
minus ρ
CAPIacuteTULO III
88
presioacuten debido a la fuerza potencial se desprecia en estos caacutelculos iniciales debido a
que la peacuterdida de altura de la tuberiacutea total se estima de 2m lo cual es poco
representativo en un recorrido total de maacutes de 4 Km en cada uno de los casos
Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol
Metor Supermetanol Tipo de accesorio o vaacutelvula
24 16 12 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 53 Codo 45deg regular 12 8 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 2077 62 172 1618 62 172
CAPIacuteTULO III
89
Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas propiedad de Super Octanos
MTBE Iso-Octano Tipo de accesorio o vaacutelvula
20 16rdquo 12rdquo 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 60 Codo 45deg regular 12 16 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 1798 62 172 1953 62 172
A continuacioacuten se presentan tablas con el resumen del caacutelculo de cada uno de
estos paraacutemetros aplicados a cada una de las liacuteneas (Tablas 18 19 y 20)
Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas Principales
METANOL
Metor METANOL
SupermetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 24 20 20 20 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 10932 11394 12398 14557 Longitud Equivalente accesorios (ft) 2077 1618 1798 1953 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 13009 13012 14196 16510 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000
NUMERO DE REYNOLDS 27x106 26 x106 38 x106 25 x106 f f (Ec de Colebrook) 00122 00125 00123 00125
Δp (psi) 2864 4875 4900 5365
Presioacuten final (psia) 11976 10095 10070 9605
CAPIacuteTULO III
90
Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 16 16 16 16 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 1640 1640 1640 1640 Longitud Equivalente accesorios (ft) 62 62 62 62 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 1702 1702 1702 1702 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 41x106 33 x106 48 x106 32 x106 f f (Ec de Colebrook) 00127 00128 00127 00128 Δp (psi) 3234 2097 1942 1818
Presioacuten final (psia) 8742 7997 8128 7788
Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 1275 1275 1275 1275 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 164 164 164 164 Longitud Equivalente accesorios (ft) 172 172 172 172 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 336 336 336 336 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 52x106 42 x106 61 x106 4 x106 f f (Ec de Colebrook) 00132 00133 00132 00133 Δp (psi) 2193 1419 1319 1229
Presioacuten final (psia) 6549 6578 6809 6558
Se debe tomar en consideracioacuten que en las especificaciones de los brazos de
carga que estipula Pequiven la presioacuten de descarga de la tuberiacutea al brazo de carga
debe ser de 70 psig (847 psia) y dado que ninguna de las configuraciones genera este
valor de presioacuten se debe tener en cuenta que el flujo de disentildeo no seraacute alcanzado
CAPIacuteTULO III
91
porque por debajo de esta presioacuten no se lograriacutea el despacho de los productos debido
a que los brazos de carga no seraacuten capaces de levantar el fluido la altura necesaria
para cargar los buques
Teniendo como base estos valores de presioacuten esperados para la descarga de
las liacuteneas hasta los brazos de carga se procede a la simulacioacuten con el software
PIPESIMreg
322 PIPESIMreg
Posterior al caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten utilizando la ecuacioacuten de Fanning
se realizan las simulaciones en PIPESIMreg de las configuraciones establecidas
anteriormente A continuacioacuten se resentildean por separado cada una de eacutestas
3221 Metor
Luego de ingresar las propiedades del modelo se procede a la simulacioacuten de
eacuteste ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar (Figura 17)
CAPIacuteTULO III
92
Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la simulacioacuten del programa
CAPIacuteTULO III
93
Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor
L P T v q Ρ fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Metor24 1 00 14828 11318 8319 377433 47953 LIacuteQUIDO 0411 2799 2 6504 14650 11261 8316 377287 47971 LIacuteQUIDO 0413 2786 3 13008 14558 11207 8313 377142 47990 LIacuteQUIDO 0415 2774 4 19513 14380 11154 8310 377004 48007 LIacuteQUIDO 0416 2762 5 26017 14288 11102 8307 376868 48025 LIacuteQUIDO 0418 2750 6 32521 14110 11052 8304 376738 48041 LIacuteQUIDO 0420 2739 7 39026 14018 11003 8301 376610 48057 LIacuteQUIDO 0422 2728 8 45530 13840 10956 8298 376488 48073 LIacuteQUIDO 0423 2718 9 52034 13748 10910 8296 376367 48088 LIacuteQUIDO 0425 2708
10 58538 13570 10865 8293 376252 48103 LIacuteQUIDO 0426 2699 11 65043 13478 10821 8291 376139 48118 LIacuteQUIDO 0428 2689 12 71547 13300 10779 8288 376030 48132 LIacuteQUIDO 0429 2680 13 78051 13209 10738 8286 375924 48145 LIacuteQUIDO 0430 2672 14 84555 13030 10698 8284 375822 48158 LIacuteQUIDO 0432 2664 15 91060 12939 10660 8281 375721 48171 LIacuteQUIDO 0433 2656 16 97564 12761 10622 8279 375625 48184 LIacuteQUIDO 0434 2648 17 104070 12670 10585 8277 375530 48196 LIacuteQUIDO 0436 2640 18 110570 12491 10550 8275 375440 48207 LIacuteQUIDO 0437 2633 19 117080 12400 10515 8273 375351 48219 LIacuteQUIDO 0438 2626 20 123580 12222 10482 8271 375266 48230 LIacuteQUIDO 0439 2620 21 130080 12131 10449 8269 375182 48240 LIacuteQUIDO 0440 2613 Linea de Flujo Metor16 (nuevo datum) 22 0 12072 10449 1922 375183 48240 LIacuteQUIDO 0440 3984 23 94324 10251 10424 1922 375166 48243 LIacuteQUIDO 0441 3979 24 18865 8429 10400 1922 375150 48245 LIacuteQUIDO 0441 3975 Linea de Flujo Metor12 (nuevo datum) 25 0 8328 10400 3104 375153 48244 LIacuteQUIDO 0441 5052 26 16798 7197 10400 3104 375182 48241 LIacuteQUIDO 0441 5054 27 33596 6100 10399 3105 375210 48237 LIacuteQUIDO 0441 5056
CAPIacuteTULO III
94
Para el Metanol tanto en esta configuracioacuten como para la de Supermetanol
se hicieron pruebas de seleccioacuten entre los modelos de viscosidad Pedersen y LBC
(Lohrentz-Bray-Clark) siendo Pedersen el que mejor se ajusta al modelo de
viscosidad del metanol a pesar de ser usado generalmente para gas natural y petroacuteleo
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 463 psig (610 psia) De igual forma en la figura 18 se observa que
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga
Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h
CAPIacuteTULO III
95
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2500 2250 2140 2000 y
1875 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 377389 339650 323045 301911
y 283041 En la figura 19 se puede apreciar que se consigue una presioacuten final cercana
a 70psig con un flujo de 2140 m3h
Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor)
Se toma el flujo de 2140 m3h como el oacuteptimo para el despacho de Metanol
desde la planta Metor A continuacioacuten se muestra el perfil presioacuten-distancia en este
caso (figura 20)
CAPIacuteTULO III
96
Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h
3222 Supermetanol
Luego de ingresar las propiedades del modelo en el simulador se procede a
correr dicho modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar en el caso de
Supermetanol los datos son Presioacuten de entrada 0 psig Flujo 301911 bbld
Se resentildean en la tabla 22 los principales resultados necesarios para el estudio
de la configuracioacuten de Supermetanol
CAPIacuteTULO III
97
Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Supermetanol
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Sumeca20 1 00 14947 11320 9708 301947 47952 LIacuteQUIDO 0411 2705 2 6585 14664 11261 9705 301826 47972 LIacuteQUIDO 0413 2692 3 13169 14469 11203 9701 301708 47991 LIacuteQUIDO 0415 2679 4 19754 14186 11148 9697 301594 48009 LIacuteQUIDO 0417 2667 5 26339 13991 11094 9693 301483 48026 LIacuteQUIDO 0418 2656 6 32923 13708 11041 9690 301377 48043 LIacuteQUIDO 0420 2645 7 39508 13513 10991 9687 301272 48060 LIacuteQUIDO 0422 2634 8 46093 13230 10941 9683 301173 48076 LIacuteQUIDO 0424 2624 9 52677 13035 10894 9680 301075 48091 LIacuteQUIDO 0425 2614
10 59262 12753 10847 9677 300981 48106 LIacuteQUIDO 0427 2605 11 65846 12558 10803 9674 300890 48121 LIacuteQUIDO 0428 2596 12 72431 12275 10759 9672 300802 48135 LIacuteQUIDO 0430 2587 13 79016 12080 10717 9669 300716 48149 LIacuteQUIDO 0431 2578 14 85600 11798 10675 9666 300634 48162 LIacuteQUIDO 0432 2570 15 92185 11603 10636 9664 300554 48175 LIacuteQUIDO 0434 2563 16 98770 11321 10597 9661 300477 48187 LIacuteQUIDO 0435 2555 17 105350 11126 10560 9659 300402 48199 LIacuteQUIDO 0436 2548 18 111940 10844 10523 9656 300330 48211 LIacuteQUIDO 0437 2541 19 118520 10649 10488 9654 300259 48222 LIacuteQUIDO 0439 2534 20 125110 10367 10454 9652 300192 48233 LIacuteQUIDO 0440 2528 21 131690 10172 10421 9650 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 2521 Linea de Flujo Sumeca16 (nuevo datum) 22 000 10148 10421 1538 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 3183 23 94324 8974 10387 1537 300079 48251 LIacuteQUIDO 0442 3176 24 188650 7800 10354 1537 300034 48258 LIacuteQUIDO 0443 3170 Linea de Flujo Sumeca12 (nuevo datum) 25 000 7736 10354 2483 300036 48258 LIacuteQUIDO 0443 4028 26 16798 7003 10352 2483 300046 48256 LIacuteQUIDO 0442 4029 27 33596 6303 10349 2483 300055 48255 LIacuteQUIDO 0442 4029
CAPIacuteTULO III
98
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4834 psig (6303 psia) En la figura 21 graacutefica Presioacuten vs Distancia
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga (Figura 22)
Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1830 1800 1750
1740 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 276248 271720
264172 262662 y 256624 En la figura 22 se puede apreciar que se consigue un
valor de presioacuten final maacutes aproximado a 70 psig con un flujo de 1740 m3h
CAPIacuteTULO III
99
Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol)
3223 MTBE de Super Octanos
Luego de ingresar las propiedades de la configuracioacuten se procede a correr el
modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar
Presioacuten de entrada 0 psig
Flujo 301911 bbld
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la corrida del simulador
CAPIacuteTULO III
100
Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo MTBE20 1 00 14970 11331 9708 301937 46353 LIacuteQUIDO 0250 4291 2 7183 14652 11233 9705 301838 46368 LIacuteQUIDO 0251 4274 3 14367 14473 11139 9702 301743 46383 LIacuteQUIDO 0252 4257 4 21550 14155 11050 9699 301654 46397 LIacuteQUIDO 0253 4243 5 28734 13977 10966 9696 301568 46410 LIacuteQUIDO 0254 4227 6 35917 13659 10886 9694 301489 46422 LIacuteQUIDO 0255 4214 7 43100 13480 10810 9691 301412 46434 LIacuteQUIDO 0256 4201 8 50284 13163 10737 9689 301340 46445 LIacuteQUIDO 0256 4189 9 57467 12984 10668 9687 301271 46456 LIacuteQUIDO 0257 4176
10 64651 12667 10603 9685 301206 46466 LIacuteQUIDO 0258 4166 11 71834 12488 10541 9683 301144 46475 LIacuteQUIDO 0259 4155 12 79017 12171 10482 9681 301087 46484 LIacuteQUIDO 0259 4145 13 86201 11993 10426 9679 301031 46493 LIacuteQUIDO 0260 4135 14 93384 11675 10372 9677 300979 46501 LIacuteQUIDO 0260 4127 15 100570 11497 10322 9676 300929 46508 LIacuteQUIDO 0261 4118 16 107750 11180 10274 9674 300883 46516 LIacuteQUIDO 0261 4111 17 114930 11001 10228 9673 300838 46523 LIacuteQUIDO 0262 4103 18 122120 10684 10184 9671 300797 46529 LIacuteQUIDO 0262 4096 19 129300 10506 10143 9670 300757 46535 LIacuteQUIDO 0263 4089 20 136480 10189 10104 9669 300721 46541 LIacuteQUIDO 0263 4083 21 143670 10011 10067 9668 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 4077 Linea de Flujo MTBE16 (nuevo datum) 22 00 9987 10067 1541 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 5146 23 9432 8866 10036 1540 300672 46548 LIacuteQUIDO 0263 5149 24 18865 7744 10006 1540 300665 46549 LIacuteQUIDO 0263 5151 Linea de Flujo MTBE12 (nuevo datum) 25 000 7682 10006 2488 300667 46549 LIacuteQUIDO 0263 6547 26 16798 6984 10006 2488 300686 46546 LIacuteQUIDO 0263 6555 27 33596 6307 10006 2488 300708 46543 LIacuteQUIDO 0263 6562
Tanto para MTBE como para el Iso-Octano estos fluidos se incluyeron al
simulador como black oil para lograr un comportamiento de viscosidad cercano al
CAPIacuteTULO III
101
teoacuterico se ingresaron valores de temperatura y viscosidad dentro del rango de
operacioacuten del proyecto
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4837 psig (6307 psia) Debido a que no se alcanza con el flujo de
disentildeo 70 psig a la salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de
sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida
de descarga al brazo de carga (Figura 23)
Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE)
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1850 1800 1750
1735 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720
261908 262662 y 256624 En la figura 23 se puede apreciar que se consigue una
presioacuten final maacutes cercana a 70 psig con un flujo de 1735 m3h
CAPIacuteTULO III
102
3224 Iso-Octano de Super Octanos
Se realiza la corrida del modelo con los mismos datos de entrada utilizados
en la configuracioacuten de MTBE Se resumieron en la tabla 24 los principales resultados
Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de IsoOctano
L P T v q ρ Patroacuten de flujo micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (PI-SS) (cP) x10-6 Linea de Flujo IsoOctano20 1 00 14970 11334 9708 301940 42283 LIacuteQUIDO 0454 2159 2 8340 14623 11209 9704 301816 42300 LIacuteQUIDO 0456 2151 3 16680 14424 11092 9700 301697 42317 LIacuteQUIDO 0457 2142 4 25020 14078 10982 9697 301588 42332 LIacuteQUIDO 0459 2135 5 33360 13879 10880 9694 301485 42347 LIacuteQUIDO 0461 2128 6 41700 13532 10783 9691 301391 42360 LIacuteQUIDO 0462 2121 7 50039 13334 10693 9688 301301 42373 LIacuteQUIDO 0463 2115 8 58379 12987 10609 9685 301219 42384 LIacuteQUIDO 0464 2110 9 66719 12789 10530 9682 301141 42395 LIacuteQUIDO 0466 2104
10 75059 12442 10455 9680 301070 42405 LIacuteQUIDO 0467 2099 11 83399 12244 10386 9678 301002 42415 LIacuteQUIDO 0468 2094 12 91739 11898 10320 9676 300940 42423 LIacuteQUIDO 0469 2090 13 100080 11699 10259 9674 300881 42432 LIacuteQUIDO 0470 2086 14 108420 11353 10202 9672 300829 42439 LIacuteQUIDO 0470 2083 15 116760 11154 10149 9671 300777 42446 LIacuteQUIDO 0471 2079 16 125100 10808 10098 9669 300732 42453 LIacuteQUIDO 0472 2076 17 133440 10610 10051 9668 300688 42459 LIacuteQUIDO 0473 2073 18 141780 10264 10007 9667 300650 42464 LIacuteQUIDO 0473 2070 19 150120 10065 9966 9665 300612 42470 LIacuteQUIDO 0474 2068 20 158460 9719 9927 9664 300580 42474 LIacuteQUIDO 0474 2066 21 166800 9521 9890 9663 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2063 Linea de Flujo IsoOctano16 (nuevo datum) 22 00 9499 9890 1540 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2605 23 9432 8399 9865 1540 300555 42478 LIacuteQUIDO 0474 2607 24 18865 7410 9842 1540 300568 42476 LIacuteQUIDO 0474 2609 Linea de Flujo IsoOctano12 (nuevo datum) 25 000 7353 9842 2487 300571 42476 LIacuteQUIDO 0474 3316 26 16798 6708 9842 2487 300602 42471 LIacuteQUIDO 0474 3319 27 33596 6082 9842 2488 300639 42466 LIacuteQUIDO 0473 3323
CAPIacuteTULO III
103
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4612 psig (6082 psia) Debido a que no se alcanza los 70 psig a la
salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando
el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo
de carga (Figura 24)
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2000 1850 1800 1750 y
1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720 264172
y 256624 En la figura 24 se nota que el valor de flujo con una presioacuten final cercana
a 70 psig es de 1700 m3h
Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano)
CAPIacuteTULO III
104
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS
Para realizar la comparacioacuten entre modelos se agruparon en tablas los
resultados correspondientes a las caiacutedas de presioacuten de cada uno de los modelos
separados por tramos y luego se calculoacute el porcentaje de desviacioacuten entre los valores
Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor
METANOL
Metor Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 2864 2697 621 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 11986 12131 120
Δp tuberiacutea 16 (psia) 3234 3702 1264 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8752 8429 383 Δp tuberiacutea 12 (psia) 2193 2329 584
Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6559 6100 752
Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Supermetanol
METANOL Supermetanol Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4875 4775 210 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10095 10172 076 Δp tuberiacutea 16 (psia) 2097 2372 1158 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7997 7800 253 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1419 1497 520 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6578 6303 437
CAPIacuteTULO III
105
Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE
MTBE Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4900 4959 118 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10070 10011 059 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1942 2267 1435 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8128 7744 496 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1319 1437 823 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6809 6307 796
Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano
IsoOctano Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 5365 5449 155 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 9605 9521 089 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1818 2111 1389 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7788 741 510 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1229 1328 743 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6558 6082 783
Debido a que la operacioacuten de las configuraciones empleando los flujos de
disentildeo no permiten que se mantenga la condicioacuten limitante que la presioacuten en la
entrada al brazo de carga sea de 70 psig se hace un cuadro comparativo entre estos
valores como se muestra en la tabla 29
CAPIacuteTULO III
106
Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Flujo oacuteptimo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Porcentaje comparativo entre los valores de flujo () 1682 1494 1527 1765
54 CAPACIDAD DE DESPACHO DURANTE LA VENTANA
OPERACIONAL DE CADA UNA DE LAS PLANTAS
En el Muelle Criogeacutenico soacutelo se dispone de un brazo para el despacho de los
productos de las 3 empresas mixtas con la implementacioacuten del proyecto tratado en
este trabajo se espera una mayor holgura para la carga de los productos a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico asiacute como tambieacuten se podraacute despachar mayor cantidad de
productos al mismo tiempo ya que cada producto tendraacute un brazo individual De esta
forma habraacute la posibilidad de utilizar hasta 4 brazos al mismo tiempo para cargar en
dos buques diferentes ya que soacutelo se dispone de la plataforma este y la oeste para el
despacho de productos pero se pueden cargar 2 tipos de productos en el mismo
buque
Se debe tener en cuenta que la empresa FertiNitro tambieacuten despacha sus
productos (amoniacuteaco) a traveacutes del Brazo de Carga M-501 ubicado en la plataforma
de liacutequidos al igual que los brazos M-502 M-503 M-504 y M-505 como se pudo
observar en la Figura 16 (Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De
Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose)
Se pueden cuantificar las posibilidades de carga de la mayor cantidad de
productos simultaacuteneamente en 12 casos diferentes como se muestra en la tabla 30
CAPIacuteTULO III
107
Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Caso Lado Oeste Lado Este 1 Metor M-505 Metor M-504
Metor M-503 Soca M-502
2 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503 Soca M-502
3 Metor M-505 Metor M-504 Metor M-503
4 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503
5 Metor M-505
Metor M-503
6 Sumeca M-505
7 Sumeca M-505
Metor M-503
Soca M-502
8 Sumeca M-504
Soca M-502
9 Metor M-504
Soca M-502
10 Soca M-502
11 Sumeca M-504
12 Metor M-504
FertiNitro M-501
Con los datos recopilados en la tabla 11 se obtiene la siguiente distribucioacuten
porcentual seguacuten el despacho de cada una de las plantas involucradas en el proyecto
CAPIacuteTULO III
108
33
39
28
SupermetanolMetorSuper Octanos
Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del Muelle
Criogeacutenico
Debido a que se tiene conocimiento de los voluacutemenes despachados en buques
por FertiNitro actualmente en el Muelle Petroquiacutemico y el despachado por Metor
Supermetanol y Super Octanos por el Muelle Criogeacutenico se hace una proyeccioacuten del
porcentaje de produccioacuten mensual de despachos para el antildeo 2008 del Muelle
Petroquiacutemico cuando el proyecto se encuentre en operacioacuten De esta forma la
ocupacioacuten se puede decir que tendraacute la distribucioacuten mostrada en la Figura 26
17
3627
20
FertiNitroMetorSupermetanolSuper Octanos
Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro
CAPIacuteTULO III
109
La ventana operacional con la cual contaraacuten las plantas para el despacho de
sus productos seraacute al igual que en la actualidad de 72 horas contando con hasta 32
horas para el despacho De acuerdo a las velocidades maacuteximas de despacho
calculadas anteriormente se recrea un tiempo estimado de despacho al buque de cada
uno de los productos en la tabla 31
Se escogen capacidades de buques aproximadas debido a que de acuerdo a la
Tabla 12 cada buque presenta capacidades diferentes ademaacutes que podriacutean cargar
menor cantidad de productos de lo que su capacidad total permite dependiendo de las
teacutecnicas de negociacioacuten que sean empleadas en la venta de los productos
Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques
METANOL
Metor METANOL
Supermetanol MTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Flujo maacutesico (TMh) 16105 13181 12301 11144 Buque de 10 MTM
Tiempo (h) 621 759 813 897
Buque de 15 MTM Tiempo (h)
931 1138 1219 1346
Buque de 20 MTM Tiempo (h)
1242 1517 1626 1795
Buque de 25 MTM Tiempo (h)
1552 1897 2032 2243
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
110
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
La seleccioacuten de tuberiacuteas principales se realizoacute de acuerdo al piping class
utilizado en el Muelle Petroquiacutemico pero debido a las altas exigencias de seguridad
de dicho muelle las cuales no son necesarias en las aacutereas externas al Muelle se hizo
la salvedad de permitir el uso de tuberiacutea con costura fuera del liacutemite de bateriacutea del
Muelle De esta forma la tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es
ASTM A-53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia hasta que
se obtengan los resultados del estudio de golpe de ariete del cual podriacutea resultar que
el rating necesario para las tuberiacuteas sea de 300 lbf Desde el punto de salida de las
plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del Muelle se utilizaraacute tuberiacutea tipo E (soldada con
resistencia eleacutectrica) y una vez dentro de los linderos del Muelle las tuberiacuteas deberaacuten
ser sin costura (Tipo S) al igual que las vaacutelvulas y los accesorios Las tablas 7 8 y 9
muestran las caracteriacutesticas de cada una de las liacuteneas
La seleccioacuten de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar se realizoacute conforme a que el
caacutelculo de los espesores miacutenimos requeridos en cada una de las liacuteneas reporta valores
de hasta 50 por debajo de la ceacutedula miacutenima comercial (Schedule 10) Luego de
aplicar un factor de seguridad riguroso se toma como alternativa tolerante la ceacutedula
estaacutendar en cada una de las liacuteneas (ver tablas 13 y 14)
El valor miacutenimo de presioacuten requerido en el punto final de la tuberiacutea de 12rdquo es
de 70 psig Dicho valor es necesario para que el fluido recorra el brazo de carga y
descargue al buque con una presioacuten de 20 psig
El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado a la
presioacuten de descarga de las bombas de cada planta que para todos los casos se tomoacute
la resentildeada en la hoja de especificaciones de cada bomba como presioacuten de operacioacuten
El caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las liacuteneas es un valor aproximado debido a
la carencia de informacioacuten definitiva acerca de las vaacutelvulas y accesorios que seraacuten
implementados en las liacuteneas Para la fecha de culminacioacuten de este Trabajo Especial
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
111
de Grado las empresas mixtas auacuten no teniacutean bien especificado los elementos de
control que se aplicaraacuten a las liacuteneas incluyendo asiacute el tipo de vaacutelvulas que seraacuten
empleados Los valores de caiacuteda de presioacuten que se reportan en el punto final de la
tuberiacutea de 12rdquo son mayores a los que se deberiacutea esperar para el momento de ejecucioacuten
del proyecto
El caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten primeramente se realizoacute mediante el uso de
la ecuacioacuten de Fanning utilizando el nuacutemero de Reynolds para el caacutelculo del factor
de friccioacuten Estos valores de caiacuteda de presioacuten se calcularon para cada uno de los
tramos de tuberiacutea reportaacutendose en las tablas 18 19 y 20
El segundo meacutetodo de caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten se realizoacute mediante la
corrida en PIPESIMreg de cada uno de los casos por separado de acuerdo al fluido que
transportariacutea cada liacutenea y la planta que manejariacutea dicho fluido Debido a que
PIPESIMreg es un simulador de produccioacuten de petroacuteleo se estudioacute la manera de incluir
Metanol MTBE e Iso-Octano al programa
Para el modelaje del comportamiento de viscosidad del metanol se empleoacute
Pedersen siendo eacuteste el que mejor se adaptaba al teoacuterico Los modelos de viscosidad
utilizados para MTBE e Iso-Octano a diferencia del Metanol se generaron a partir de
2 pares de valores de viscosidad y temperatura ingresados por el usuario con lo cual
el modelo de viscosidad se asemeja al teoacuterico en el rango de temperatura utilizado el
cual es cercano al de operacioacuten del proyecto
Para todas las configuraciones el valor de presioacuten en el punto final de las
tuberiacuteas de 12rdquo manejando el flujo de disentildeo se encuentra por debajo de 70psig con
un margen de hasta 25 psi (como se reporta en las tablas 25 26 27 y 28) tanto en los
caacutelculos con la ecuacioacuten de Fanning como los generados por el simulador
Se compararon los valores de presioacuten reportados en cada una de las corridas
y se pudo apreciar la similitud de eacutestos con los calculados con la ecuacioacuten de
Fanning se puede apreciar que la divergencia entre valores de presioacuten reportados en
las tablas 26 27 28 y 29 no es significativa los valores maacutes distantes reportan un
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
112
desviacioacuten de hasta 14 Los valores generados por el simulador se consideraron con
mayor exactitud debido a que el simulador hace caacutelculos de los valores de viscosidad
y presioacuten a cada uno de los intervalos en los cuales se separa la longitud total de la
tuberiacutea lo cual no se hace en la ecuacioacuten de Fanning
Los valores finales de presioacuten correspondientes a Metanol MTBE e Iso-
Octano presentan porcentajes de divergencia menores al 8 lo que se puede atribuir
al hecho que los fluidos son ingresados a un simulador de hidrocarburos lo cual trae
consecuencias ya que la viscosidad del fluido a pesar de presentar valores cercanos a
los teoacutericos fueron calculados con correlaciones para petroacuteleo
Debido a que los valores generados por el simulador al final de la tuberiacutea de
12rdquo son inferiores a 70 psig (operando con el flujo de disentildeo) se realizaron anaacutelisis
de sensibilidad a cada una de las liacuteneas variando los valores del flujo de salida de la
bomba Es debido a este factor limitante que los flujos de disentildeo no son alcanzados
en las configuraciones como se muestra en la tabla 29 Los flujos que operaraacuten las
liacuteneas para mantener la condicioacuten limitante se encuentran entre 15 y 18 por debajo
del flujo de disentildeo
Los valores de flujo conseguidos al aplicar el anaacutelisis de sensibilidad a las
liacuteneas se encuentran por encima del que se espera al momento de ejecutar el proyecto
debido a que no se incluye la peacuterdida de presioacuten debido a las vaacutelvulas que seraacuten
conectadas a las liacuteneas Los valores de flujo obtenidos en este anaacutelisis no deberaacuten ser
tomados como valores reales sino como valores maacuteximos de operacioacuten de las
configuraciones
Referente a la ocupacioacuten del muelle se puede notar que auacuten para el caso maacutes
desfavorable el despacho de Iso-Octano a un buque de gran tamantildeo (menor
velocidad de flujo) el tiempo de carga es menor a 24 horas como se puede observar
en la tabla 31 Seguacuten experiencias actuales se conoce que los tiempos de despacho
se encuentran entre 15 y 32 horas dependiendo de la capacidad de los buques y de la
velocidad de bombeo La tasa maacutexima de bombeo hacia el Muelle Criogeacutenico en la
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
113
actualidad es de 1000 m3h con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten
los tiempos de despacho
En cuanto a las necesidades de ocupacioacuten de cada usuario (Metor
Supermetanol Super Octanos y FertiNitro) en el Muelle Petroquiacutemico se observa
que es Metor quien tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten Supermetanol y Super
Octanos seguiraacuten en cuanto al nivel de necesidad y seraacute FertiNitro quien menos
requiera del uso del Muelle ya que esta uacuteltima empresa tiene despachos mensuales de
uno a dos buques y las otras plantas tienen despachos de 4 oacute 5 buques mensuales En
la figura 26 se aprecian los porcentajes de distribucioacuten de cada una de las plantas
esperados en el momento cuando entre en vigencia el uso del Muelle Petroquiacutemico de
Jose para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
CONCLUSIONES
114
CONCLUSIONES
A continuacioacuten se presentan las principales conclusiones resultantes del
estudio de este Trabajo Especial de Grado
bull La tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es ASTM A-
53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia
Desde el punto de salida de las plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del
Muelle seraacute tuberiacutea Tipo E (soldada con resistencia eleacutectrica) y
dentro de los linderos del Muelle seraacute Tipo S (sin costura)
bull El factor limitante de la velocidad de flujo en cada una de las
configuraciones es una presioacuten igual a 70 psig reportado al final de
la tuberiacutea de 12rdquo
bull El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado
a la presioacuten de operacioacuten de las bombas
bull Los valores de caiacuteda de presioacuten resultantes son valores aproximados
de igual forma sucede con los valores de flujo eacutestos deberaacuten ser
tomados como valores maacuteximos de despacho
bull La simulacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en cada una de las liacuteneas se
realizoacute con PIPESIMreg la inclusioacuten de Metanol en la configuracioacuten se
hizo siguiendo el modelo de fluido composicional mientras que el
modelo utilizado para la inclusioacuten de MTBE e Iso-Octano fue black
oil
bull Los valores de presioacuten reportados en las corridas y los calculados con
la ecuacioacuten de Fanning presentaron una desviacioacuten porcentual menor
al 15 comparativamente entre los dos modelos Se consideran con
mayor exactitud los valores generados por el simulador
CONCLUSIONES
115
bull Los valores finales de presioacuten a la entrada del brazo de carga son
menores a 70psig en operacioacuten con el flujo de disentildeo
bull La velocidad de flujo con mayor operatividad en cada uno de los
casos es menor que los flujos de disentildeo de cada una de las liacuteneas en
un rango menor al 18 en todos los casos
bull Los brazos de carga a utilizar en las instalaciones del Muelle
Petroquiacutemico de Jose seraacuten de 12rdquo con facilidades para retorno de
vapores
bull El tiempo maacuteximo de carga de los buques con capacidades de hasta
25000TM son 24 horas
bull Con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten los tiempos
de despacho a los buques de Metanol MTBE e Iso-Octano con
respecto al sistema actual
bull Metor tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten del Muelle
Petroquiacutemico Supermetanol y Super Octanos seguiraacuten en cuanto al
nivel de necesidad y FertiNitro seraacute quien tenga menor requerimiento
de uso del Muelle
RECOMENDACIONES
116
RECOMENDACIONES
Realizar el estudio de golpe de ariete para evaluar la necesidad de
proteccioacuten mecaacutenica de las liacuteneas asiacute como de las vaacutelvulas y accesorios
Una vez obtenida la disposicioacuten de todos los elementos de control que
seraacuten instalados en las liacuteneas agregar la peacuterdida de presioacuten causada debido
a las vaacutelvulas y accesorios para luego recalcular los flujos de despacho en
cada una de las configuraciones
Incluir en los procedimientos operacionales del Muelle Petroquiacutemico de
Jose la implementacioacuten de programas de inspeccioacuten y mantenimiento de
las liacuteneas involucradas en el proyecto asiacute como vaacutelvulas accesorios
brazos de carga sistema de alivio de vapores
Escoger la mejor opcioacuten para la disposicioacuten de liacutequidos y vapores
generados en el proceso de despacho de buques (instalacioacuten de tanques de
alivio disposicioacuten de fluidos hacia el flare o la instalacioacuten de la liacutenea de
retorno hacia la planta de Super Octanos)
Asegurar la posibilidad de control de las vaacutelvulas localizadas en los brazos
de carga M503 M-504 y M-505 tanto por Metor como por Supermetanol
Incluir en los procedimientos operacionales toda la logiacutestica a seguir para
realizar el lavado (Flushing) con agua de los tanques de almacenamiento de
los buques asiacute como la inertizacioacuten de eacutestos en caso de ser necesario
RECOMENDACIONES
117
Estudiar el suministro y conexioacuten de nitroacutegeno en el estribo del Muelle
para el desalojo de las liacuteneas y en caso de ser necesario la inertizacioacuten de
los tanques de almacenamiento de los buques
Realizar la clausura de las liacuteneas existentes en el Muelle Criogeacutenico de
manera adecuada asiacute como la recoleccioacuten de los activos pertenecientes a
las empresas mixtas y Pequiven en dicho Muelle
Tramitar la permisologiacutea ante los entes gubernamentales para la aprobacioacuten
del proyecto
BIBLIOGRAFIacuteA
118
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
[1] ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31 Capiacutetulo II
[2] Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico
9na edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
[3] Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
[4] Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Tomo II
Meacutexico Edit Mc Graw Hill 1992
[5]Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpip
esim_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
[6] Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1979
BIBLIOGRAFIacuteA
Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico 9na
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
Barberii EE El Pozo Ilustrado 3ra edicioacuten Caracas PDVSA 1985
Branan Carl R Soluciones praacutecticas para el Ingeniero Quiacutemico 2da
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 2000
Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1992
Reza Garciacutea Clemente Flujo de fluidos en vaacutelvulas accesorios y tuberiacuteas
Crane Co Meacutexico Mc Graw Hill 1990
BIBLIOGRAFIacuteA
119
Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc Graw
Hill 1979
The MW Kellogg Company Design of piping systems 2da edicioacuten Jhon
Wiley and sons
Paper SPE 20631 Xlao JJ Shoham O y Brill JP A comprehensive
Mechanistic Model for Two-Phase Flow in Pipelines Society of Petroleum
Engineers Inc University of Tulsa 1990
Paper SPE 20645 Z El-Oun Gas-Liquid Two-Phase Flow in Pipelines
Society of Petroleum Engineers Inc CALtec Limited Subsidiary of BHR Group Ltd
1990
Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
Tecnoconsult httpwwwtecnoconsultcom [consulta Noviembre 2005]
Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpipesi
m_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
PDVSA httpwwwinteveppdvcomsantppquimicosind_productoshtm
[consulta diciembre 2005]
Wipedia httpeswikipediaorgwikiGolpe_de_ariete [consulta Mayo
2006]
ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31
PDVSA No L-TP- 15 Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Manual de Ingenieriacutea
de Disentildeo Volumen 13-III Procedimiento de Ingenieriacutea
PDVSA No MDP-02-FF-03 Flujo en Fase Liacutequida Manual de Disentildeo de
Proceso Flujo de fluidos
BIBLIOGRAFIacuteA
120
PDVSA Especificaciones teacutecnicas de Materiales y de Construccioacuten
PDVSA Higiene Industrial Iacutendice general de productos quiacutemicos
GLOSARIO
121
GLOSARIO
Black Oil petroacuteleo negro
Data sheet hoja de especificaciones
Flare mechurrio
Pipe rack corredor de tuberiacutea casillero de tubos
Piping class Tipo de tuberiacutea
Rating capacidad nominal
Schedule ceacutedula o calibre
Source fuente
ANEXO 1
122
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano
El anexo 1 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Iso-Octano del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 2
123
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol
El anexo 2 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Metanol del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 3
124
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE
El anexo 3 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al MTBE del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
IacuteNDICE GENERAL
12222 Flujo incompresible 22 12223 Tuberiacuteas circulares 22 12224 Fluidos no newtonianos 25 12225 Flujo no isoteacutermico 28 12226 Flujo turbulento 29 12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales) 30 12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento 31 12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar 31 122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas 31 122211 Accesorios y vaacutelvulas 32
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS 33 1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS 33
12311 Desplazamiento 34 12312 Fuerza centriacutefuga 34
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA 35 1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS 35
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS 36 1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN 36 1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS 37
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos 38 1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL CARBONO Y ACERO INOXIDABLE 40
12431 Tubos y tuberiacuteas 41 12432 Juntas 42 12433 Codos y accesorios 43 12434 Vaacutelvulas 44
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS 46 12441 Seguridad 46 12442 Condiciones de disentildeo 46 12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas 48 12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos 49 12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas 50 12446 Soportes de tuberiacuteas 54 12447 Golpe de Ariete 56
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN 57 12451 Soldadura 57 12452 Doblado y formacioacuten 57 12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico 58
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA PIPESIMreg2003 58
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades 58 132 Modelaje de flujo multifaacutesico 58 133 Modelos de Fluido 59 134 Certeza del tipo de flujo 59 135 Disentildeo de equipos de superficie 59 136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea 60
IacuteNDICE GENERAL
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO 61 21 CONDICIONES DE DISENtildeO 61
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 61 212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS 62 213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO JOSE 63 214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS 63
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS 68
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS 68 2211 Metor 68 2212 SuperMetanol 74 2213 MTBE de Super Octanos 75 2214 IsoOctano de Super Octanos 77
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE 79
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO 79
CAPIacuteTULO III RESULTADOS 83
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED 83
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA FRICCIOacuteN EN
LAS TUBERIacuteAS 85
321 ECUACIOacuteN DE FANNING 86 322 PIPESIMreg 91
3221 Metor 91 3222 Supermetanol 96 3223 MTBE de Super Octanos 99 3224 Iso-Octano de Super Octanos 102
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS 104
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 110
CONCLUSIONES 114
RECOMENDACIONES 116
BIBLIOGRAFIacuteA 118
GLOSARIO 121
IacuteNDICE GENERAL
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano 122
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol 123
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE 124
IacuteNDICE DE FIGURAS
ix
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute Antonio Anzoaacutetegui 8
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui 11
Figura 3 Diagrama de corte 15 Figura 4 Diagrama de Moody 23 Figura 5 Curva de flujo general 26 Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor 69 Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor) 70 Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor 70 Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor 71 Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor 72 Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor 73 Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol 74 Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de
Super Octanos 76 Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de
Super Octanos 77 Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de
Super Octanos 78 Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el
Muelle Petroquiacutemico Jose 80 Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor 92 Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h 94 Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor) 95 Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h 96 Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h 98 Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol) 99 Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE) 101 Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano) 103 Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del
Muelle Criogeacutenico 108 Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro 108
IacuteNDICE DE TABLAS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose 12 Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales 23 Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta 33 Tabla 4 Propiedades de los fluidos 61 Tabla 5 Sistema de Bombeo 62 Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose 63 Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo) 64 Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo 65 Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo 66 Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios67 Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga 81 Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9 82 Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura 84 Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura 84 Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura 85 Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol 88 Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas propiedad de Super Octanos 89 Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas
Principales 89 Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo 90 Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo 90 Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor 93 Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
Supermetanol 97 Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE 100 Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
IsoOctano 102 Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor 104 Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de
Supermetanol 104 Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE 105 Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano 105 Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos 106 Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico 107 Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques109
NOMENCLATURA
xi
NOMENCLATURA
c= suma de tolerancias dejadas por la corrosioacuten la erosioacuten y cualquier profundidad de la muesca o estriado (-)
Cv = coeficiente de flujo en la vaacutelvula que pasa bajo una caiacuteda de presioacuten de l psi
cv= calor especiacutefico del fluido (BTUlbdegR)
D= diaacutemetro del conducto (ft)
d= diaacutemetro interno de la vaacutelvula (ft)
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea (ft)
dudy= gradiente de velocidad (1s)
E= factor de calidad (-)
F= peacuterdida por friccioacuten (ftlbflb)
f= factor de friccioacuten de Fanning (-)
G= velocidad maacutesica media (lbsft2)
g= aceleracioacuten local debido a la gravedad (322 fts2)
gc= constante dimensional (3217 lbftlbfs2)
hv= carga de velocidad (ft)
i= entalpiacutea especiacutefica (BTUlb)
J= equivalente mecaacutenico de calor (ftlbfBTU)
K= iacutendice de consistencia (lbfsnft2)
K1= cantidad de cargas de velocidad (fts)
L= dimensioacuten lineal caracteriacutestica del canal de flujo (ft)
L1= longitud del conducto (ft)
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes (ft)
Le= longitud equivalente (ft)
n= exponente (-)
nacute= exponente de la ley de potencia (-)
NRe = nuacutemero de Reynolds (-)
P= presioacuten de disentildeo (lbfft2)
p= presioacuten absoluta (lbfft2)
p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba (lbfft2)
p2= presioacuten estaacutetica corriente abajo (lbfft2)
NOMENCLATURA
Q= calor agregado (BTU)
q= flujo volumeacutetrico del fluido (ft3s)
r= radio (ft)
RH= radio hidraacuteulico medio (ft)
rw= radio de la tuberiacutea (ft)
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales (lbfft2)
s= entropiacutea especiacutefica (BTUlb degR)
SE= esfuerzo permisible (lbfft2)
Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto (-)
tm= espesor miacutenimo de pared (ft)
u= energiacutea interna especiacutefica (BTUlb)
U= distancia de anclajes (ft)
v= volumen especiacutefico (ft3lb)
V= velocidad lineal media (fts)
vprom= volumen especiacutefico promedio (ft3lb)
v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba (ft3lb)
v2= volumen especiacutefico en condiciones corriente abajo (ft3lb)
W= trabajo externo neto (lbfft)
We= trabajo proporcionado por una fuente externa (lbfft)
y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser absorbida por el sistema (ft)
Z= altura por arriba de cualquier plano de referencia horizontal arbitrario (ft)
Siacutembolos griegos Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica (lbfft2)
ΔTa= aumento global de la temperatura (degF)
ε= aspereza de la superficie interna del canal (ft)
η= viscosidad plaacutestica (lbfts)
μ= viscosidad dinaacutemica (lbfts )
μa= viscosidad aparente (lbfts )
ν =viscosidad cinemaacutetica (ft2s)
NOMENCLATURA
θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la horizontal (ordm)
ρ= densidad del fluido (lbft3)
ρprom= densidad promedio (lbft3)
τ= esfuerzo cortante (lbfft2)
τw= esfuerzo cortante en la pared (lbfft2)
τy= esfuerzo de cedencia (lbfft2)
ω= flujo en peso del fluido (lbs)
Abreviaturas ASME= The American Society of Mechanical Engineers
CS= Condiciones Standard
EOS= Equations of State
ERW= Electric Resistance Weld
MTBE= Metil Ter-Butil Eacuteter
MTMA= mil toneladas meacutetricas anuales
MTMM= mil toneladas meacutetricas mensuales
Soca= Super Octanos CA
Sumeca= Supermetanol CA
TAME= Ter-Amil Metil Eacuteter
INTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCIOacuteN
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) en la buacutesqueda de un despacho para
sus productos a traveacutes del puerto de su propiedad en el Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui se planteoacute el Proyecto ldquoFacilidades para el despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
En el complejo existen cuatro empresas mixtas FertiNitro Metanol de
Oriente (Metor) Supermetanol y Super Octanos de las cuales soacutelo la primera
descarga sus productos a traveacutes del muelle de Pequiven las otras empresas lo hacen a
traveacutes del Terminal de Almacenamiento y Embarque de Jose (TAEJ) lo cual es
necesario redireccionar
El referido proyecto consta de la instalacioacuten de todas las facilidades para el
despacho de productos (Metanol MTBE e Iso-Octano) a traveacutes del Muelle
Petroquiacutemico de Jose incluyendo la red de liacuteneas hidraacuteulicas y los brazos de carga en
el muelle para lo cual se hace necesario el levantamiento en campo de los datos
requeridos para llevar a cabo el disentildeo El desarrollo del proyecto consiste en la
Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten (IPC) para el despacho de los productos desde las
plantas Metor Supermetanol y Super Octanos hasta la plataforma de liacutequidos del
Muelle Petroquiacutemico de Jose lo cual a grandes rasgos comprende la instalacioacuten de
a) Cuatro liacuteneas y cuatro brazos de carga
b) Instalacioacuten de un tanque para contingencias en el proceso de carga
c) Una liacutenea que interconecte las tuberiacuteas de los brazos de Metanol para dar
la facilidad a Supermetanol y Metor de despachar tanto del lado Este como
Oeste
d) Una liacutenea de venteo de gases de MTBE Metanol Iso-Octano y sus
mezclas desde el Muelle hasta el cabezal del mechurrio existente
e) Interconexioacuten al sistema de tuberiacuteas existentes para servicios industriales
INTRODUCCIOacuteN
El presente Trabajo Especial de Grado tiene como objetivo el disentildeo del
sistema de transporte para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico de Jose basaacutendose en el uso del software PIPESIMreg
PIPESIMreg es un simulador con aplicaciones para tuberiacuteas que mediante el
suministro de algunos datos como flujo presioacuten temperatura propiedades fiacutesico-
quiacutemicas y termodinaacutemicas de los fluidos disentildeo de las tuberiacuteas ademaacutes de las
ecuaciones seleccionadas de acuerdo al fluido y variables a manejar arroja resultados
que permiten predecir tiempos oacuteptimos de carga de los buques asiacute como los efectos
que podriacutea causar sobre el sistema cualquier cambio operacional realizado
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) junto a las empresas mixtas que
laboran en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui deben habilitar las instalaciones del
Muelle Petroquiacutemico de Jose propiedad de Pequiven para lo cual se tiene previsto el
desarrollo de la Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten del proyecto ldquoFacilidades para el
Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de
Joserdquo que se encuentra en su fase inicial desde febrero de 2006 En la fase de
ingenieriacutea son muchas las interrogantes que se plantean las empresas mixtas acerca de
las caracteriacutesticas para el despacho que tendraacuten sus productos asiacute como la
implementacioacuten de diferentes configuraciones de tuberiacuteas para lograr un mayor
volumen de despacho o mejoras en la calidad de dicho despacho
Es asiacute como se plantea este Trabajo Especial de Grado direccionado hacia
la buacutesqueda de soluciones al disentildeo del sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de
despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose
utilizando como herramienta el software PIPESIMreg
Se elabora la simulacioacuten del sistema de transporte que se desea instalar en el
Muelle Petroquiacutemico de Jose para que sea eacutesta un modelo teoacuterico a seguir durante la
puesta en marcha del proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e
Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
OBJETIVOS
4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Disentildear el sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose utilizando
como herramienta el software PIPESIMreg
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Recopilar la informacioacuten de campo necesaria para la realizacioacuten del
disentildeo del proyecto
Disentildear el sistema de tuberiacuteas desde las Empresas Mixtas hasta los
brazos de carga ubicados en el Muelle Petroquiacutemico de Jose haciendo uso de
Pipesimreg2003
Disentildear las facilidades para el despacho de los productos hasta los
cargueros
Calcular los paraacutemetros y variables en cada una de las liacuteneas
Calcular la capacidad de despacho durante la ventana operacional para
cada uno de los productos
Calcular la capacidad operativa del muelle para el despacho
simultaacuteneo del mayor nuacutemero de cargueros
METODOLOGIacuteA
5
METODOLOGIacuteA
La metodologiacutea seguida en el presente Trabajo Especial de Grado se puede
recopilar en los siguientes puntos principales los cuales estaacuten separados por capiacutetulos
a lo largo del trabajo y presentan la siguiente estructura
El primer capiacutetulo correspondiente a los antecedentes explica los
principales aspectos de la empresa asiacute como la estructura participativa de Pequiven
Jose Luego se realiza el estudio de los principales aspectos teoacutericos involucrados en
ANTECEDENTES
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
DESARROLLO DEL DISENtildeO
Condiciones de disentildeo Revisioacuten del modelo ocupacional del Muelle
Disentildeo de tuberiacuteas
CAacuteLCULOS
AacuteNALISIS DE RESULTADOS
RESULTADOS
METODOLOGIacuteA
6
la elaboracioacuten de un disentildeo de sistema de transporte asiacute como la descripcioacuten del
software utilizado
Se explican las bases para la elaboracioacuten del disentildeo propiedades
involucradas y configuracioacuten de los elementos del proyecto Y por uacuteltimo se procede
al caacutelculo de las variables del disentildeo comparacioacuten entre modelos y estudio
operacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose
Se analizan los resultados obtenidos se generaraacuten conclusiones y se haraacuten
recomendaciones de acuerdo al estudio realizado
CAPIacuteTULO I
7
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL MARCO REFERENCIAL
11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA [3]
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA
Pequiven fue creada en 1977 asumiendo las funciones y operaciones de lo
que fuera el Instituto Venezolano de Petroquiacutemica (IVP) inaugurado en el antildeo 1955
Desde marzo de 1978 cuando se constituyoacute como filial de PDVSA Pequiven ha
vivido sucesivas etapas de reestructuracioacuten hasta llegar a convertirse en la
Corporacioacuten Petroquiacutemica de Venezuela
Su misioacuten es manufacturar y comercializar productos quiacutemicos y
petroquiacutemicos de alta calidad en el mercado nacional e internacional maximizando
el valor del gas y de las corrientes de refinacioacuten a fin de impulsar el desarrollo
industrial y agriacutecola del paiacutes
Su visioacuten es ser liacuteder en motorizar el desarrollo agriacutecola e industrial de
nuestro paiacutes ser reconocida en los mercados nacionales e internacionales por la
manufactura de productos quiacutemicos y petroquiacutemicos de alta calidad y a costos
competitivos
Estaacute integrada por tres Complejos Petroquiacutemicos El Tablazo en el estado
Zulia Moroacuten en el estado Carabobo y Jose en el estado Anzoaacutetegui Organizada en
Unidades de Negocio que atienden el desarrollo de tres liacuteneas de productos Olefinas
y sus derivados Fertilizantes y Productos Industriales Participa directamente en 16
Empresas Mixtas compuestas por socios nacionales e internacionales
112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE
El Complejo Jose ubicado en el estado Anzoaacutetegui costa oriental del paiacutes
es un desarrollo petroquiacutemico de Pequiven con gran futuro debido a la riqueza en gas
natural que posee la zona El Complejo tiene una superficie de 740 hectaacutereas donde se
han instalado las plantas de Super Octanos Metor Supermetanol y FertiNitro En la
CAPIacuteTULO I
8
figura 1 se puede observar una vista aeacuterea de las instalaciones del Complejo donde se
sentildealan los nombres de las calles que intervienen en el desarrollo del proyecto en
estudio
Ademaacutes de los servicios de agua electricidad gas generacioacuten de vapor y
otras instalaciones como las oficinas administrativas servicio de bomberos sistema
de intercomunicaciones cliacutenica industrial vigilancia sistema de disposicioacuten de
efluentes industriales mantenimiento todo ello para satisfacer las necesidades del
condominio
El desarrollo del complejo demuestra la experiencia y competitividad de
Pequiven cuya estructura empresarial no escatima esfuerzos en mantener actualizada
la capacidad de sus recursos humanos revisioacuten permanente de los procesos uso de la
tecnologiacutea de punta para fortalecer la productividad de sus plantas atencioacuten esmerada
consciente en la necesidad de conservar el ambiente y las relaciones interactivas y
comprometidas con el paiacutes
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui
Calle CCalle F
CAPIacuteTULO I
9
113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN
La decisioacuten gubernamental (1960) de permitir la participacioacuten asociada de
empresas venezolanas y extranjeras en el negocio petroquiacutemico fue muy acertada
Hoy esa modalidad empresarial ha fortalecido a Pequiven y ha logrado para el paiacutes
avances en tecnologiacutea y manufactura de productos petroquiacutemicos
Las ganancias generadas demuestran el progreso logrado por Pequiven y las
empresas mixtas respecto al aumento sostenido de la produccioacuten y diversificacioacuten de
productos como sigue
bull Olefinas y Plaacutesticos aacutecido clorhiacutedrico cloro dicloruro de etileno etileno
pirogasolina monoacutemero de cloruro de vinilo (MCV) cloruro de polivinilo (PVC)
polietileno de alta densidad polietileno de baja densidad polietileno lineal de baja
densidad polipropileno propileno y soda caacuteustica
bull Fertilizantes aacutecido fosfoacuterico aacutecido niacutetrico aacutecido sulfuacuterico amoniacuteaco
caprolactama fosfato diamoacutenico fosfato tricaacutelcico granulados de NPK nitrato de
potasio oleum roca fosfaacutetica solucioacuten de amoniacuteaco sulfato de amonio sulfato de
sodio urea
bull Productos Industriales alquilbencenos taacutelico anhiacutedrido benceno-tolueno-
xileno (BTX) clorofluorometanos glicol de etilenos metanol MTBE oacutexido de
etileno polifosfato de sodio tetraacutemero de propilenotres
114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR)
El inicio de operaciones de la planta de produccioacuten de Metanol empresa
mixta Metanol de Oriente (Metor SA) representa una significativa contribucioacuten
para el proceso de industrializacioacuten del gran potencial de gas natural con el que
cuenta Venezuela Esta empresa tiene una composicioacuten accionaria representada por
CAPIacuteTULO I
10
Pequiven Mitsubishi Corporation y Mitsubishi Gas Chemical Empresas Polar e
International Finance Corporation
Esta planta tiene una capacidad instalada de 750 MTMA de Metanol
producto de amplio uso en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
El Metanol es un insumo para la manufactura de productos oxigenados
(MTBE y TAME) ampliamente cotizados para mejorar el octanaje de la gasolina y
las emisiones al ambiente El Metanol tambieacuten es materia prima para producir resinas
y otros compuestos quiacutemicos Asiacute mismo es producto final utilizado como solvente y
combustible Esta variedad de aplicaciones le otorga al Metanol un lugar fundamental
en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE
(FERTINITRO)
El objetivo de esta empresa es la venta de productos elaborados en las
plantas de Amoniacuteaco y Urea asiacute como sus subproductos tanto en Venezuela como en
el extranjero
Tiene como socios a la empresa Koch Industries con 35 de participacioacuten
Snamprogetti aporta 20 Empresas Polar un 10 y Pequiven 35
Esta empresa tiene una capacidad instalada estimada en 1200 MTMA de amoniacuteaco y
1460 MTMA de urea
1143 SUPERMETANOL
Esta empresa tiene como principal objetivo la produccioacuten de Metanol asiacute
como la venta de dicho producto y de sus subproductos principalmente en el
mercado internacional Empresa compuesta por Pequiven Ecofuel Metanol Holding
y Petrochemical Investment Ltd La capacidad estimada de produccioacuten asciende a
770 MTMA
CAPIacuteTULO I
11
1144 SUPER OCTANOS
Empresa compuesta accionariamente por Pequiven Ecofuel y el Banco de
Inversioacuten Mercantil Se encarga de la produccioacuten de MTBE asiacute como la venta y
comercializacioacuten de sus productos principalmente en el mercado internacional
Opera desde el antildeo 1991 y su capacidad estaacute alrededor de 550 MTMA En la figura 2
se observa una toma aeacuterea de la planta dentro del Complejo Antonio Joseacute Anzoaacutetegui
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui
1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE
Se encarga del suministro de aguas industriales al Complejo Jose ademaacutes
del agua potable agua para incendios y servicios de remocioacuten de aguas negras a las
plantas petroquiacutemicas instaladas en los terrenos propiedad de Pequiven dentro del
complejo Posee una capacidad estimada de 1300 litros por segundo
CAPIacuteTULO I
12
A continuacioacuten se presenta un resumen de la estructura participativa de las
principales empresas mixtas ubicadas en el Complejo Petroquiacutemico Jose
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose
CAPACIDAD PARTICIPACIOacuteN EMPRESAS PRODUCTOS
[MTMA] USOS SOCIOS
[] Formaldehiacutedo Pequiven 3750
Mitsubishi Corporation
2375 Componente de gasolina MTBE Mitsubishi Gas
Chemical 2375
Solvente Empresas Polar 10
Metor Metanol 750
Acido aceacutetico IFC 5 Formaldehiacutedo Pequiven 3451 Componente de gasolina MTBE
Ecofuel 3451
Acido aceacutetico Metanol Holding Ltd
1549 Supermetanol Metanol 770
Solvente Petrochemical Investment Ltd
1549
Pequiven 49 Ecofuel 49
Super Octanos MTBE 550 Componente oxigenado de gasolina
Banca de Inversioacuten Mercantil
2
Pequiven 35 Amoniacuteaco 1200
Koch Industries 35 Snamprogetti 20 FertiNitro
Urea 1460 Fertilizante
Empresas Polar 10
CAPIacuteTULO I
13
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
El Muelle Petroquiacutemico de Jose es el proyecto de infraestructura maacutes
reciente realizado por Pequiven para exportar los productos petroquiacutemicos de las
plantas que operan y se proyectan en el oriente del paiacutes
La obra construida a un costo de 150 millones de doacutelares estaacute destinada a la
exportacioacuten de urea polietilenos amoniacuteaco etileno etilenglicol dietilenglicol
metanol MTBE y otros productos quiacutemicos de las plantas existentes Actualmente su
uso es destinado exclusivamente para el despacho de urea y amoniacuteaco El sistema de
carga de urea tiene capacidad para despachar 1000 toneladas meacutetricas por hora y el
de amoniacuteaco 1100 toneladas meacutetricas por hora
La obra estaacute disentildeada con posibilidades de ampliar las tuberiacuteas y brazos de
carga en etapas sucesivas sobre la plataforma existente sin afectar la operacioacuten
regular del muelle Dentro de dicho marco se encuentra el proyecto referido en este
Trabajo Especial de Grado Adicionalmente el disentildeo permite la construccioacuten de una
segunda plataforma y extender el muelle de contenedores
El embarcadero tiene una plataforma de soacutelidos para despachar urea con
capacidad para el atraque simultaacuteneo de un buque y otro de contenedores La
plataforma de liacutequidos estaacute dispuesta para el atraque de dos naves con productos
petroquiacutemicos En una tercera plataforma de servicios pueden atracar dos
remolcadores y una lancha de pasajeros la cual dispone de una daacutersena de 60
hectaacutereas a una profundidad de 14 metros A las plataformas del muelle tendraacuten
acceso buques de hasta 65 mil toneladas de peso muerto
El puente marino de concreto armado y pretensado de maacutes de 1500 metros
de longitud sostiene las plataformas y sirve de conexioacuten con todos los servicios hasta
la costa Descansa sobre pilotes metaacutelicos de 36 y 48 pies
CAPIacuteTULO I
14
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS
1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS [4]
Un fluido es una sustancia que sufre una deformacioacuten continua cuando estaacute
sujeta a un esfuerzo cortante La resistencia que un fluido real ofrece a tal
deformacioacuten se conoce con el nombre de viscosidad del fluido Para gases y liacutequidos
simples (bajo peso molecular) la viscosidad es constante cuando se fijan la presioacuten
estaacutetica y la temperatura Los materiales de este tipo se denominan newtonianos
Un fluido ideal o perfecto es un gas o liacutequido hipoteacutetico que no ofrece
resistencia al corte y tiene viscosidad cero En la mayor parte de los problemas de
flujo se obtienen resultados incorrectos al despreciar la viscosidad pero en los
mismos problemas pueden utilizarse las relaciones presioacuten-volumen-temperatura para
gases ideales
Si la viscosidad de un fluido es una funcioacuten del esfuerzo cortante
equivalente a la razoacuten de corte ademaacutes de la temperatura y presioacuten el fluido se
denomina no newtoniano Los fluidos no newtonianos se dividen generalmente en 3
clases
1) Aquellos cuyas propiedades son independientes del tiempo cuando son
sometidos a corte tales como
a) Fluidos plaacutesticos de Bingham probablemente son los fluidos
no newtonianos maacutes simples ya que soacutelo difieren de los fluidos newtonianos
en que su relacioacuten lineal entre el esfuerzo cortante y la razoacuten de corte no
parten del origen como se ilustra en curva B de la figura 3 se requiere un
esfuerzo cortante τy finito para que haya flujo Entre los ejemplos que pueden
citarse para un fluido que exhibe comportamiento plaacutestico de Bingham se
incluyen suspensiones de arena o granos y lodo de aguas negras
b) Fluidos pseudo plaacutesticos aquiacute se incluyen la mayor parte de los
fluidos no newtonianos entre los que se encuentran las soluciones polimeacutericas
CAPIacuteTULO I
15
o fundiciones y suspensiones de pulpa de papel o pigmentos En la figura 3 se
muestra la curva C tiacutepica del flujo de estos materiales
Figura 3 Diagrama de corte
Para estos fluidos la viscosidad disminuye a medida que aumenta el esfuerzo
de corte aplicado En general la curva de flujo en un intervalo de razoacuten de
corte puede aproximarse a la forma de la liacutenea recta en un diagrama
logariacutetmico con lo cual se tiene
1ltn con dydu
dyduK =
n 1minus
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛τ
Ec 1
Donde τ= esfuerzo cortante dudy= gradiente de velocidad K= iacutendice de
consistencia y n= exponente
c) Fluidos dilatantes son los que exhiben un comportamiento
reoloacutegico opuesto al de los materiales pseudo plaacutesticos es decir la viscosidad
aumenta a medida que aumenta el esfuerzo de corte aplicado Algunos
ejemplos de estos materiales son suspensiones de almidoacuten o mica en agua o
arenas movedizas
2) Aquellos cuyas propiedades son dependientes de la duracioacuten del corte
Incluye los materiales para los cuales el esfuerzo cambia con la duracioacuten de
esfu
erzo
cor
tant
e τ
τy
Plaacutestico de Bingham
Pseudoplaacutestico
Dilatante
Newtoniano A
B
C
D
Razoacuten de corte dudy
CAPIacuteTULO I
16
corte Se excluyen los cambios que podriacutean producirse por rompimiento
mecaacutenico o destruccioacuten de partiacuteculas o enlaces moleculares
a) Fluidos tixotroacutepicos son los que poseen una estructura que puede
sufrir un trastorno en funcioacuten del tiempo bajo corte Cuando la estructura sufre
alguacuten trastorno bajo una razoacuten de corte constante el esfuerzo cortante
decrece Esta estructura puede reconstruirse a siacute misma si cesa la fuerza
aplicada sobre el material Ejemplos de este tipo de fluidos son la mayonesa
lodo de perforacioacuten pinturas y tintas
b) Materiales reopeacutecticos son los que incrementan su viscosidad aparente
con mucha rapidez cuando son agitados o golpeados riacutetmicamente Algunos
ejemplos de estos materiales son las suspensiones coloidales de bentonita y
pentoacutexido de vanadio y las suspensiones de yeso en agua
3) Fluidos viscoelaacutesticos son aquellos que exhiben muchas de las caracteriacutesticas
de un soacutelido exhiben recuperacioacuten elaacutestica de la deformacioacuten que sufren
durante el flujo Los liacutequidos polimeacutericos forman la mayor parte de los fluidos
de esta clase En este tipo de fluidos tienen lugar esfuerzos normales es decir
esfuerzos perpendiculares a la direccioacuten de flujo ademaacutes de los esfuerzos
tangenciales usuales Estos esfuerzos provocan varios efectos no usuales por
ejemplo el ldquoefecto Weissenbergrdquo en que el fluido tiende a escalar un eje que
se encuentra girando en el fluido Las ecuaciones desarrolladas para fluidos
pseudo plaacutesticos se pueden aplicar para flujo de fluidos visco elaacutesticos en
estado estacionario no acelerado las propiedades elaacutesticas se manifiestan en
forma general como ldquoefectos terminalesrdquo
La unidad de viscosidad dinaacutemica (μ) en el sistema internacional (SI) es el
pascal-segundo (Pas) Un Pas es igual a 10 Poise 1000 centipoises (cP) o 0672
lb(fts)
CAPIacuteTULO I
17
La viscosidad cinemaacutetica (ν) de un fluido de densidad ρ y viscosidad μ es
ν=μρ Una unidad de viscosidad cinemaacutetica denominada stoke (St) es igual a
1cm2s La fluidez es el reciacuteproco de la viscosidad
1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS [4]
Se dice que un flujo es estacionario si no variacutea con el tiempo es decir
cuando la velocidad del flujo de masa es constante y todas las demaacutes cantidades
(temperatura presioacuten aacuterea transversal) son independientes del tiempo Por el
contrario se dice que un flujo es no estacionario cuando la velocidad de flujo de
masa yu otras cantidades variacutean en funcioacuten del tiempo El flujo no estacionario
puede originarse por la accioacuten de una vaacutelvula de control de una maquinaria
reciprocante o por tratarse de un flujo compuesto de dos fases inestables
Se dice que un flujo es acelerado si no es estacionario o si su velocidad
variacutea en la direccioacuten general del flujo Gran cantidad de efectos asociados con fluidos
visco elaacutesticos no newtonianos ocurren por lo general en flujo acelerado
Se dice que una corriente es uniforme si la forma y el tamantildeo de su seccioacuten
transversal son iguales a lo largo del canal Se dice que la temperatura o velocidad es
uniforme a lo largo de una regioacuten cuando tiene el mismo valor en todas sus partes en
un instante dado
La velocidad maacutesica media (G) de una corriente que pasa por una seccioacuten
transversal dada tomada en sentido perpendicular a la direccioacuten comuacuten del flujo que
pasa por el aparato es el cociente del flujo maacutesico entre el aacuterea de la seccioacuten
transversal dada A lo largo de un canal con un aacuterea de seccioacuten transversal uniforme
la velocidad media de masa es constante a menos que exista una acumulacioacuten o
agotamiento de material dentro de canal Cuando se estaacute considerando el flujo que
pasa por un haz de tubos o un lecho de soacutelidos se utiliza el teacutermino velocidad maacutesica
superficial para identificar la cantidad obtenida al dividir el flujo maacutesico entre el aacuterea
CAPIacuteTULO I
18
total de la seccioacuten transversal de la caacutemara circundante (sin restar la parte
correspondiente al corte transversal ocupado por las obstrucciones)
La velocidad lineal media (V) de una corriente que pasa por cualquier
seccioacuten transversal dada se toma usualmente como la cantidad obtenida cuando la
velocidad maacutesica media correspondiente se divide entre la densidad promedio en la
seccioacuten transversal dada A menos que le flujo sea isoteacutermico el teacutermino velocidad
lineal media no se puede interpretar salvo que se defina con precisioacuten la regla que se
eligioacute para determinar la densidad promedio En consecuencia siempre que sea
posible es preferible manejar el flujo no isoteacutermico en funcioacuten de la velocidad de
masa La velocidad lineal superficial corresponde a la velocidad superficial maacutesica
La carga de velocidad ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
cgV
22
es la carga estaacutetica equivalente a la
energiacutea cineacutetica de una corriente de velocidad uniforme V
Un nuacutemero de Reynolds (NRe) es cualquiera de varias cantidades
adimensionales de la forma μρLV que son proporcionales a la razoacuten de la fuerza
inercial a la fuerza viscosa en un sistema de flujo En este caso L= dimensioacuten lineal
caracteriacutestica del canal de flujo
Se puede predecir la transicioacuten de flujo turbulento a laminar en fluidos no
newtonianos de acuerdo con el concepto del nuacutemero de Reynolds Se toma como
reacutegimen laminar NRelt 2100 y para reacutegimen turbulento NRe gt 4000
El radio hidraacuteulico medio (RH) de un canal es igual al aacuterea de la seccioacuten
transversal de esa parte del canal que estaacute llena con fluido dividida entre la longitud
del periacutemetro huacutemedo El radio hidraacuteulico de una tuberiacutea circular es un cuarto del
diaacutemetro de donde en el caso de un ducto no circular se dice que el diaacutemetro
hidraacuteulico es cuatro veces el radio hidraacuteulico
La liacutenea aerodinaacutemica se define como aquella que queda en la direccioacuten del
flujo en cada uno de los puntos en un instante dado El flujo laminar se define como
aquel en el que las liacuteneas aerodinaacutemicas se mantienen bien definidas unas de otras en
CAPIacuteTULO I
19
toda su longitud Las liacuteneas aerodinaacutemicas no deben ser rectas necesariamente ni el
flujo constante siempre y cuando se satisfaga el criterio antes citado Este tipo de
movimiento se conoce tambieacuten con los nombres de flujo aerodinaacutemico o viscoso
Un flujo laminar con NRe lt 1 se conoce como flujo lento o flujo reptante
En este tipo de flujo se puede despreciar la fuerza inercial relativa a la fuerza viscosa
Si el nuacutemero de Reynolds de un sistema excede al nuacutemero criacutetico de
Reynolds casi siempre sucede que el movimiento no es laminar en toda la longitud
del canal sino que se generan turbulencias en la zona inicial de inestabilidad que se
extienden raacutepidamente por todo el fluido produciendo con ello una perturbacioacuten en el
patroacuten general de flujo El resultado es una turbulencia del fluido superpuesta al
movimiento primario de traslacioacuten generando lo que se conoce como flujo
turbulento
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS
1221 BALANCE DE ENERGIacuteA [4]
12211 Balance total de energiacutea
Consideacuterese una unidad de peso de fluido en un sistema de flujo y sean
i=entalpiacutea especiacutefica J= equivalente mecaacutenico de calor s= entropiacutea especiacutefica
u=energiacutea interna especiacutefica v= volumen especiacutefico Z= altura por arriba de cualquier
plano de referencia horizontal arbitrario En este caso la energiacutea potencial relativa al
nivel de referencia elegido es cg
Zg la energiacutea total cineacutetica es cg
V2
2 y la energiacutea
total de la unidad de peso de fluido es ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ ++
cc gV
gZgJu 2
2 Para un flujo
estacionario del fluido no se tendraacute ninguna acumulacioacuten o deficiencia ya sea de eacuteste
o de la energiacutea dentro del sistema y la energiacutea total del mismo se alteraraacute soacutelo
CAPIacuteTULO I
20
agregando o quitando calor de eacuteste o aplicando cualquier trabajo externo sobre el
sistema Por tanto
WJQg
Vg
gZJug
Vg
gZJucccc
+=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++minus⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++
22
211
1
222
2 Ec 2
donde los subiacutendices 1 y 2 indican las condiciones en la entrada y salida
respectivamente Q es el calor agregado utilizando fuentes externas al sistema W es
el trabajo externo neto aplicando a una libra de fluido mientras estaacute dentro del
aparato El teacutermino W se subdivide como sigue
eWvpvpW +minus= 2211 Ec 3
donde We= trabajo proporcionado por una fuente externa por ejemplo un ventilador
o una bomba
Si se combinan las ecuaciones 2 y 3 se obtiene
22
222
211
211
1 22vp
gV
ggZJuWJQvp
gV
ggZJu
cce
cc
+++=+++++ Ec 4
Esta expresioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica se denomina a menudo
balance global de energiacutea del teorema de Bernoulli En esta expresioacuten no se incluye
ninguacuten teacutermino de friccioacuten ya que eacuteste representa una conversioacuten de energiacutea
mecaacutenica en calor sin que el contenido general de energiacutea del sistema sufra cambio
alguno
Los teacuterminos de energiacutea cineacutetica de las ecuaciones antes citadas se aplican
estrictamente soacutelo cuando la velocidad a traveacutes de una seccioacuten transversal dada es
uniforme Cuando se trata de un flujo turbulento en tuberiacuteas circulares el teacutermino
cgV
22 es de 3 a 8 por debajo del valor real en tanto que para un flujo laminar en
tuberiacuteas circulares el teacutermino de energiacutea cineacutetica apropiado es cg
V 2 que permite
cierto margen para la distribucioacuten de velocidad paraboacutelica
CAPIacuteTULO I
21
12212 Balance de energiacutea mecaacutenica
El cambio de energiacutea interna J du de una libra de fluido se expresa como
JT ds ndash p dv Si estaacuten presentes otras formas de energiacutea por ejemplo la eleacutectrica y
sufre un cambio tales formas deberaacuten incluirse tambieacuten La presencia de friccioacuten
hace que el proceso se torne irreversible de donde JT ds = J dq + dF donde
F=peacuterdida de friccioacuten Tomando en consideracioacuten esta peacuterdida de friccioacuten y la
situacioacuten de irreversibilidad la ecuacioacuten de balance de masa se convierte en
cce
cc gV
ggZ
WFpvg
Vg
gZ22
222
2
1
211 +=+minuspartminus+ int Ec 5
La ecuacioacuten 5 se denomina forma de energiacutea mecaacutenica del teorema de
Bernoulli Para liacutequidos la integral int part2
1
pv se reduce a ( )12 ppv minus donde v es
praacutecticamente constante
12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema
Existe una distincioacuten real entre la caiacuteda de presioacuten y la peacuterdida por friccioacuten
La caiacuteda de presioacuten representa una conversioacuten de energiacutea de presioacuten en cualquier otra
forma de energiacutea mientras que la peacuterdida por friccioacuten representa una peacuterdida neta de
la energiacutea de trabajo total disponible que caracteriza al fluido Los dos teacuterminos se
relacionan entre siacute por medio de la ecuacioacuten 5
Hay dos meacutetodos para evaluar la caiacuteda general de presioacuten de un sistema si se
recurre a varias resistencias en serie El primer meacutetodo comprende el caacutelculo de la
caiacuteda de presioacuten de cada resistencia individual tomando en cuenta el signo algebraico
correspondiente y luego sumando todos los teacuterminos que componen el sistema total
El segundo meacutetodo consiste en calcular la peacuterdida por friccioacuten de cada resistencia
individual la suma de todos los teacuterminos particulares y la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 5
para obtener la caiacuteda de presioacuten general La suma de las caiacutedas de presioacuten puede
utilizarse en sistemas compuestos de liacuteneas ramificadas
CAPIacuteTULO I
22
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS [4]
12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares
En el caso de flujo laminar en tuberiacuteas circulares el patroacuten de velocidad tiene
forma paraboacutelica con una velocidad maacutexima en el centro e igual a dos veces la
velocidad promedio (V) La velocidad local (u) en cualquier punto de la seccioacuten
transversal estaacute expresada por
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
2
2
12wrr
Vu Ec 6
donde r= radio en el punto en cuestioacuten y rw= radio de la tuberiacutea
12222 Flujo incompresible
El flujo se consideraraacute como incompresible si la sustancia en movimiento es
un liacutequido o si se trata de un gas cuya densidad cambia dentro del sistema en un
valor no mayor de 10 En este caso se utiliza la densidad de entrada el error
resultante en la caiacuteda de presioacuten calculada no sobrepasaraacute por lo comuacuten los liacutemites de
incertidumbre del factor de friccioacuten
12223 Tuberiacuteas circulares
La ecuacioacuten de Fanning para flujo estacionario en tuberiacuteas circulares
uniformes que corren llenas de liacutequido en condiciones isoteacutermicas
52
21
522
21
2
211
21 3232
244
24
DgqfL
DgfL
gG
DfL
hDfL
gV
DfL
Fccc
vc πρπ
ωρ
==⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛= Ec 7
expresa la peacuterdida por friccioacuten F en energiacutea especiacutefica donde D= diaacutemetro del
conducto L1= longitud del conducto hv= carga de velocidad (V22gc) ω= flujo en
peso del fluido q= flujo volumeacutetrico del fluido f= factor de friccioacuten de Fanning La
caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten es Δp= Fρ
El factor de friccioacuten de Fanning f es una funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la
aspereza de la superficie interna del canal (ε) Una correlacioacuten que se utiliza con
mucha frecuencia es el diagrama de Moody que es una graacutefica del factor de friccioacuten
CAPIacuteTULO I
23
de Fanning en funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la aspereza relativa εD tal como se
muestra en la figura 4 En la tabla 2 se presentan valores de ε para varios materiales
Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales
Material Aspereza de superficie ε [mm]
Tubos estirados (latoacuten plomo vidrio y similares) 000152
Acero comercial o hierro 00457
Hierro fundido asfaltado 0122
Hierro galvanizado 0152
Hierro fundido 0259
Duelas de madera 0183 - 00914
Concreto 0305 - 305
Acero remachado 0914 - 914
Figura 4 Diagrama de Moody
CAPIacuteTULO I
24
El diagrama de Moody para flujo turbulento (NRe gt 4000) se representa por
medio de la ecuacioacuten de Colebrook
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
fNDf Re
51273
log21 ε Ec 8
La ecuacioacuten anterior se reduce a la ecuacioacuten de Prandtl cuando εD=0
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
fNf Re
2561log41 Ec 9
Para tuberiacuteas rugosas se aplica la ecuacioacuten de von Kaacutermaacuten
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛minus=
Df 73log41 ε Ec 10
Cuando se tiene especificada la velocidad del flujo el factor de friccioacuten
puede ser calculado mediante la ecuacioacuten 11
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
7log6031 ReN
f Ec 11
O para NRe le 105 mediante la ecuacioacuten de Blasius
41Re
07910N
f = Ec 12
Para flujo turbulento (NRe gt 4000) se han desarrollado las ecuaciones
siguientes expliacutecitas en las incoacutegnitas Para el caacutelculo del flujo
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+
minus=
f
f
gDSDv
D
gDSDq
78173
log22
ε
π Ec 13
donde Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto
(ΔpgcρgL)
CAPIacuteTULO I
25
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten se cuenta con la
ecuacioacuten
2
90Re
2
5
74573
log
2030
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
ND
qgSD f
ε Ec 14
el error introducido al aplicar esta ecuacioacuten es menor de plusmn1 para el intervalo
5x103 le NRe le 108 10-6 le εD le 102
Para el caacutelculo del diaacutemetro del ducto se tiene
200200
3
5250
2
5
2
5
1250⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
f
ff
gSqv
qgS
qgSD ε Ec 15
el error que se tiene al aplicar esta ecuacioacuten es menor que plusmn2 para el intervalo
3x103 le NRe le 3x108 2x10-6 le εD le 2x102
Para verificaciones o estimaciones aproximadas el concepto carga de
velocidad puede aplicarse a la primera de las dos formas de la ecuacioacuten 7
12224 Fluidos no newtonianos
Mediante la figura 5 es posible determinar la caiacuteda de presioacuten debida a la
friccioacuten para el flujo laminar de fluidos no newtonianos en tuberiacuteas circulares Eacutesta
muestra una curva de flujo tiacutepica en coordenadas cartesianas DΔp4L es el esfuerzo
cortante en la pared τw y 8VD es la relacioacuten para la razoacuten de corte en la pared
CAPIacuteTULO I
26
Figura 5 Curva de flujo general
La curva de flujo se determina a partir de pruebas de laboratorio o a pequentildea
escala con el fluido no newtoniano especiacutefico
En la regioacuten laminar la curva es independiente del diaacutemetro de la tuberiacutea en
el caso de fluidos no newtonianos independientes del tiempo Si el fluido depende del
tiempo se obtendraacute una curva por separado para cada diaacutemetro y longitud de tuberiacutea
Para plaacutesticos de Bingham la ecuacioacuten teoacuterica del flujo es
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
4
31
3418
w
y
w
ywcgDV
ττ
ττ
ητ Ec 16
Si 4
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
w
yτ
τ es relativamente pequentildea por ejemplo en caso de esfuerzos
cortantes grandes o caiacutedas de presioacuten la ecuacioacuten puede ser aproximada por
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus= yw
cgDV ττ
η 348 Ec 17
El error causado al omitir el uacuteltimo teacutermino de la ecuacioacuten es inferior al 2
para τyτw menor a 04 La viscosidad aparente μa se obtiene al introducir la ecuacioacuten
anterior en la ecuacioacuten de Poiseuille
ητ
μ +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
VDg yc
a 6 Ec 18
τw = DΔp4L
8VD
Regioacuten laminar
Regioacuten turbulenta
CAPIacuteTULO I
27
En estas ecuaciones Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica η= viscosidad plaacutestica y
τy= esfuerzo de cedencia
Para aquellos fluidos a los que se aplica la ley de potencia sirve la ecuacioacuten
donde
( )[ ]⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus
=part
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ ⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛ Δpart
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛prime=
Δ
prime
prime
DV
nn
ru
nD
VL
pD
n
nnKK
DVK
LpD
w
n
n
84
13
8ln
4ln
413
84
Ec 19
Ec 20
Ec 21
Ec 22
nacute= exponente de la ley de potencia pendiente de la liacutenea de la graacutefica de
DΔp4L contra 8VD en coordenadas logariacutetmicas wr
u⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus = razoacuten del esfuerzo
cortante en la pared Kacute= constante Si nacute= 1 el fluido seraacute newtoniano si nacutelt1 se
trataraacute de un fluido pseudo plaacutestico o plaacutestico de Bingham y cuando nacutegt1 el fluido
seraacute dilatante
El liacutemite de flujo laminar constante o estable se toma comuacutenmente como
NacuteRe=2100 donde
1
2Re
8 minusprime
primeminusprime
prime=
==prime
nc
nn
Kg
VDdogeneralizaeynoldsRdenuacutemeroN
γγρ
o bien NacuteRe = DVρ μa = 2100 para plaacutesticos de Bingham
Ec 23 Ec 24
CAPIacuteTULO I
28
En flujos turbulentos la curva de flujo general (Fig 5) se interrumpe El
punto de interrupcioacuten seraacute diferente para distintos diaacutemetros de tuberiacutea Para predecir
la caiacuteda de presioacuten del flujo turbulento de fluidos no newtonianos independientes del
tiempo el factor de friccioacuten de Fanning se obtiene del diagrama de Moody aplicando
el nuacutemero generalizado de Reynolds Para fluidos que se comportan como plaacutesticos
de Bingham nacuteasymp1 en flujo turbulento la caiacuteda de presioacuten puede predecirse a partir de
la correlacioacuten de friccioacuten de Fanning para fluidos newtonianos utilizando para la
viscosidad del fluido la viscosidad plaacutestica (η)
Se puede lograr una reduccioacuten de la peacuterdida por friccioacuten en flujos turbulentos
de liacutequidos newtonianos agregando poliacutemeros solubles de alto peso molecular en
concentraciones extremadamente reducidas En estos sistemas el acuerdo general es
que el comportamiento de reduccioacuten de arrastre se asocia con la naturaleza
viscoelaacutestica de las soluciones en la regioacuten de corte cercana a la pared Es necesario
un poliacutemero de peso molecular miacutenimo para iniciar la reduccioacuten de arrastre con un
flujo especiacutefico Existe una concentracioacuten criacutetica por encima de la cual no ocurre la
reduccioacuten de arrastre Para determinar la reduccioacuten de arrastre maacutexima en tuberiacuteas
lisas se aplica la siguiente ecuacioacuten
580ReRe
5807350log191N
fmenteaproximadaofNf
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus= Ec 25
para 4000 lt NRe lt 40000
12225 Flujo no isoteacutermico
En flujos no isoteacutermicos de liacutequidos f se incrementa sensiblemente cuando el
liacutequido se estaacute enfriando y disminuye al calentarse Los datos disponibles que
corresponden mayormente a aceites se calculan de manera aproximada encontrando
primero f para el flujo isoteacutermico del liacutequido a la temperatura de la corriente principal
y luego dividiendo el resultado en caso de enfriamiento entre (μaμw)023 si se
encuentra en la regioacuten laminar o por (μaμw)011 si estaacute en la regioacuten turbulenta o bien
en casos de calentamiento por (μaμw)038 si se trata de la regioacuten laminar o por
(μaμw)017 si es la turbulenta En este caso μa es la viscosidad a la temperatura de la
CAPIacuteTULO I
29
corriente principal y μw es la viscosidad a la temperatura de la pared Ademaacutes ρ=1v
variacutea con la temperatura pero debido a la incompresibilidad no lo hace con la
presioacuten Por lo tanto la ecuacioacuten 26 se utiliza para calcular la caiacuteda de presioacuten en
conductos de caudal completo por ejemplo tubos intercambiadores de calor
( )Lk
gg
RgLvfG
gvvG
pp promcHc
prom
c
ρ++minus
=minus2
212
2
21 Ec 26
Donde p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba p2= presioacuten estaacutetica corriente
abajo v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba v2= volumen
especiacutefico en condiciones corriente abajo vprom= volumen especiacutefico promedio
ρprom= densidad promedio K= sen θ en donde θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la
horizontal
El flujo de liacutequidos viscosos en canales pequentildeos por ejemplo tubos
capilares va acompantildeado con frecuencia de grandes caiacutedas de presioacuten La conversioacuten
de la energiacutea de trabajo en calor a traveacutes del esfuerzo cortante viscoso genera un
aumento de temperatura apreciable ΔTa= ΔpcvρJ en donde ΔTa= aumento global de
la temperatura y cv= calor especiacutefico del fluido El aumento en la velocidad de flujo
debido a una reduccioacuten de viscosidad es mucho mayor que la que corresponde al
aumento global de temperatura ya que gran parte del calor se genera cerca de las
paredes del canal lo cual genera un aplanamiento del perfil de velocidad
12226 Flujo turbulento
Las foacutermulas y los meacutetodos generales incluidos bajo el tiacutetulo ldquoflujo
incompresiblerdquo se aplican soacutelo a una longitud diferencial del conducto a traveacutes del
cual se considera que la densidad es constante Por ende generalmente se usa la
ecuacioacuten de Fanning en su forma diferencial
HcHcc RgfG
RgfV
DgfV
xF
2
222
2224
ρ===
partpart Ec 27
CAPIacuteTULO I
30
Al sustituir esta uacuteltima ecuacioacuten en la forma diferencial del balance de
energiacutea mecaacutenica se tiene
xgg
RgfV
gVVpv
cHcc
part⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
part+part θsen
2
2 Ec 28
donde v= 1ρ = volumen especiacutefico del fluido (sen θ) dx = dz = distancia vertical a
traveacutes de la cual el fluido se eleva cuando se desplaza a una distancia dx a lo largo de
una tuberiacutea We del balance de energiacutea se iguala a cero suponiendo que no hay
ninguna bomba conectada a la liacutenea En ductos uniformes la velocidad de masa G=
Vv es constante de manera que si p se conoce como una funcioacuten exclusiva de v v dp
se escribe como φ(v)dv En tal caso cuando senθ es constante las variables de la
ecuacioacuten anterior son separables y se puede hacer la integracioacuten exacta aunque
pudieran requerirse procedimientos graacuteficos
12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales)
Al integrar la uacuteltima ecuacioacuten para el caso de gases ideales se obtiene la
siguiente expresioacuten
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=minus
2
12
22
21 ln
21
pp
fLR
MRgRTfLGpp H
Hc
Ec 29
En conductos de longitud apreciable el uacuteltimo teacutermino entre pareacutentesis es
generalmente despreciable a menos que la caiacuteda de presioacuten sea muy grande Por
ejemplo si LD = 100 (p1-p2)p1 puede ser tan grande como 020 antes que el error
introducido al omitir el uacuteltimo teacutermino sea tan grande como la incertidumbre del
factor de friccioacuten Cuando se omite el uacuteltimo teacutermino la ecuacioacuten se describe como
sigue
Hpromc RgfLGpp
acute
2
21 2 ρ=minus Ec 30
donde ρprom= densidad a la presioacuten promedio (p1-p2)2 Para una tuberiacutea circular
CAPIacuteTULO I
31
12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento
Al seleccionar el tamantildeo de tuberiacutea que va a utilizarse en un sistema de
manejo de fluidos se tiene con frecuencia una variedad de diaacutemetros permisibles que
comprenden dos o maacutes tamantildeos estaacutendar de tuberiacutea En tales casos la seleccioacuten final
deberaacute realizarse sobre una base econoacutemica de modo que el uacuteltimo incremento de la
inversioacuten reduzca los costos de operacioacuten lo suficiente para producir la recuperacioacuten
miacutenima requerida sobre la inversioacuten Cuando se trata de liacuteneas de tuberiacuteas largas que
se tienden a campo traviesa utilizando tuberiacuteas de aleacioacuten de longitud y complejidad
apreciable o tuberiacuteas con vaacutelvulas de control conviene efectuar anaacutelisis detallados de
la inversioacuten y los costos de operacioacuten
12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar
Las liacuteneas de tuberiacutea para el transporte de liacutequidos de gran viscosidad en
plantas quiacutemicas o refineriacuteas de petroacuteleo raramente se disentildean basaacutendose en forma
exclusiva en los aspectos econoacutemicos Sucede maacutes a menudo que el tamantildeo estaacute
condicionado por la caiacuteda de presioacuten disponible limitaciones del esfuerzo cortante o
por consideraciones del tiempo de residencia [4]
122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas
Las determinaciones experimentales de la resistencia de accesorios y vaacutelvulas
usualmente se llevan a cabo midiendo la peacuterdida general por friccioacuten en un sistema
constituido de dos o maacutes longitudes de tuberiacutea recta conectadas en serie por medio de
un nuacutemero apropiado de accesorios o vaacutelvulas ideacutenticos Para obtener la peacuterdida
producida por estos elementos la peacuterdida por friccioacuten en una tuberiacutea recta se resta de
la peacuterdida general o total por friccioacuten Existen tres convenios especiacuteficos ya
establecidos para calcular la longitud de la tuberiacutea recta del sistema de prueba
1) Se toma la longitud verdadera de la liacutenea central de todo el sistema
2) Se suman las longitudes de los tramos individuales de tuberiacutea que son
verdaderamente rectos
CAPIacuteTULO I
32
3) Se suman las distancias entre las intersecciones de las liacuteneas centrales
alargadas correspondientes a tuberiacuteas rectas sucesivas
122211 Accesorios y vaacutelvulas
Para flujo turbulento la peacuterdida adicional por friccioacuten producida por
accesorios y vaacutelvulas se justifica expresando la peacuterdida ya sea como una longitud
equivalente de tuberiacutea recta en diaacutemetros de tuberiacutea LeD o como la cantidad de
cargas de velocidad (K1) peacuterdidas en una tuberiacutea del mismo tamantildeo K1 se define
como sigue
cgV
FK2
21Δ
= Ec 31
donde ΔF= peacuterdida adicional por friccioacuten (peacuterdida total por friccioacuten menos peacuterdida
por friccioacuten correspondiente a la longitud de la liacutenea central de la tuberiacutea recta) Las
cantidades LeD y K1 no son del todo comparables pero ambas son exactas dentro de
los liacutemites de los datos disponibles o diferentes en detalles a los accesorios y vaacutelvulas
comerciales existentes Teoacutericamente K1 deberaacute ser constante para todos los tamantildeos
de un disentildeo de accesorios o vaacutelvulas dadas si todos ellos fueran geomeacutetricamente
similares sin embargo raramente se logra esa similitud geomeacutetrica Los datos
indican que la resistencia K1 tiende a disminuir al incrementarse el tamantildeo del
accesorio o la vaacutelvula
Para liacuteneas fuera de planta la longitud de tuberiacutea recta aproximada puede ser
estimada del plano de distribucioacuten Debido a que los accesorios en liacuteneas fuera de
planta tienen usualmente una longitud equivalente comprendida entre 20 y 80 de
la longitud real se puede aplicar un factor multiplicador entre 12 y 18 para estimar
longitudes de tuberiacuteas rectas [2]
La tabla 3 muestra valores de longitudes equivalentes de tuberiacutea recta nueva
para peacuterdida por friccioacuten en vaacutelvulas y accesorios en pies para acero al carboacuten con
rugosidad= 00018 in (para flujo completamente turbulento) seguacuten el diaacutemetro de la
tuberiacutea
CAPIacuteTULO I
33
Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta (ft)
Tomado del Manual de Ingenieriacutea de Disentildeo de PDVSA Volumen 13ndashIII LndashTP 15
Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Procedimiento de Ingenieriacutea
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS
1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS [4]
La necesidad de bombear fluidos surge de la necesidad de transportar eacutestos
de un lugar a otro a traveacutes de ductos o canales El movimiento de un fluido a traveacutes de
un ducto o canal se logra por medio de una transferencia de energiacutea Los medios
comuacutenmente empleados para lograr flujo en los fluidos son gravedad
CAPIacuteTULO I
34
desplazamiento fuerza centriacutefuga fuerza electromagneacutetica transferencia de cantidad
de movimiento (momento) impulso mecaacutenico o combinaciones de estos medios
Despueacutes de la gravedad el medio maacutes empleado es la fuerza centriacutefuga
12311 Desplazamiento
La descarga de un fluido de recipiente mediante desplazamiento parcial o
total de su volumen interno con un segundo flujo o por medios mecaacutenicos es el
principio de funcionamiento de muchos dispositivos de transporte de fluidos En este
grupo se incluyen maacutequinas de diafragma y de pistoacuten de movimiento alternativo los
tipos de engranajes y paletas giratorias los compresores de pistoacuten para fluidos los
depoacutesitos ovalados para aacutecidos y los elevadores por accioacuten de aire
12312 Fuerza centriacutefuga
Cuando se utiliza fuerza centriacutefuga eacutesta es proporcionada por medio de una
bomba centriacutefuga o de un compresor Aunque variacutea mucho el aspecto fiacutesico de los
diversos tipos de compresores y bombas centriacutefugas la funcioacuten baacutesica de cada uno de
ellos es siempre la misma es decir producir energiacutea cineacutetica mediante la accioacuten de
una fuerza centriacutefuga y a continuacioacuten convertir parcialmente esta energiacutea en
presioacuten mediante la reduccioacuten eficiente de la velocidad del fluido en movimiento
En general los dispositivos centriacutefugos de transporte de fluidos tienen las
caracteriacutesticas siguientes
1 La descarga estaacute relativamente libre de pulsaciones
2 El disentildeo mecaacutenico se presta a flujos elevados lo que significa que las
limitaciones de capacidad constituyen raramente un problema
3 Pueden asegurar un desempentildeo eficiente a lo largo de un intervalo amplio
de presiones y capacidades incluso cuando funcionan a velocidad
constante
4 La presioacuten de descarga es una funcioacuten de la densidad del fluido
5 Son dispositivos de velocidad relativamente baja y maacutes econoacutemicos
CAPIacuteTULO I
35
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber queacute liacutequido se
va a manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa La tarea de seleccioacuten de bombas se complica con frecuencia por la
presencia de soacutelidos en el liacutequido y las caracteriacutesticas de corrosioacuten del liacutequido que
exigen materiales especiales de construccioacuten Los soacutelidos pueden acelerar la erosioacuten y
corrosioacuten tener tendencia a aglomerarse o pueden exigir un manejo delicado para
evitar la degradacioacuten indeseable
Debido a la gran variedad de tipos de bombas y la cantidad de factores que
determinan la seleccioacuten de cualquiera de ellas para una instalacioacuten especiacutefica el
disentildeador debe eliminar primero todas las que no ofrezcan posibilidades razonables
La seleccioacuten de los materiales de construccioacuten de bombas estaacute de acuerdo con las
consideraciones sobre corrosioacuten erosioacuten seguridad del personal y contaminacioacuten del
liacutequido [4]
1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS
Las ventajas primordiales de una bomba centriacutefuga son la sencillez el bajo
costo inicial el flujo uniforme (sin pulsaciones) el pequentildeo espacio necesario para su
instalacioacuten los bajos costos de mantenimiento el funcionamiento silencioso y su
capacidad de adaptacioacuten para su empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de
turbina
Una bomba centriacutefuga en su forma maacutes simple consiste en un impulsor que
gira dentro de una carcasa Los impulsores pueden tener ejes de rotacioacuten horizontales
o verticales para adaptarse al trabajo que se vaya a realizar Por lo comuacuten los
impulsores resguardados o de tipo cerrado suelen ser maacutes eficientes Los impulsores
de tipo abierto o semiabierto se emplean para liacutequidos viscosos o que contengan
CAPIacuteTULO I
36
materiales soacutelidos asiacute como tambieacuten en muchas bombas pequentildeas para servicios
generales [4]
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS
1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN [4]
El coacutedigo para tuberiacuteas a presioacuten (ASME B31) consiste en cierto nuacutemero de
secciones que constituyen en forma colectiva el coacutedigo Las secciones se publican
como documentos independientes por sencillez y conveniencia Las secciones
difieren sensiblemente unas de otras El alcance y aplicacioacuten del Coacutedigo B313 se
refiere a todas aquellas tuberiacuteas dentro de los liacutemites de las instalaciones dedicadas al
procesamiento y manejo de productos petroquiacutemicos y conexos salvo aquellos
proscritos por el coacutedigo
El Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code (ASME B313) es
una seccioacuten de ASME B31 derivado de la fusioacuten de los coacutedigos de tuberiacuteas para
plantas quiacutemicas (ASME B316) y refineriacuteas de petroacuteleo (ASME B313)
El American National Standards Institute (ANSI) y el American Petroleum
Institute (API) han establecido normas dimensionales para los componentes de
tuberiacuteas maacutes utilizados En las secciones del coacutedigo ASME B31 es posible encontrar
especificaciones sobre materiales de tuberiacuteas y accesorios y meacutetodos de prueba de la
American Society for Testing and Materials (ASTM) especificaciones de la
American Welding Society (AWS) y normas de la Manufacturers Standardization
Society of the Valve and Fitting Industry (MSS) Muchas de estas normas contienen
relaciones de presioacuten-temperatura que sirven como ayuda a los ingenieros en su
trabajo de disentildeo No obstante debe tenerse en cuenta que el empleo de normas
publicadas no elimina la necesidad de aplicar el criterio de ingenieriacutea
La introduccioacuten del coacutedigo establece requisitos de ingenieriacutea considerados
como necesarios para el disentildeo seguro y la construccioacuten de sistemas de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
37
Aunque la seguridad es la consideracioacuten baacutesica del coacutedigo no es el factor que
predomina en la especificacioacuten final de ninguacuten sistema de tuberiacutea a presioacuten
Los disentildeadores deben tener en cuenta que el coacutedigo no es un manual de
disentildeo y no se establece para evitar la necesidad de un criterio de ingenieriacutea
competente
1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS [4]
La seleccioacuten de materiales que resistan al deterioro a consecuencia del uso
estaacute fuera del alcance del coacutedigo ASME B313 no obstante la experiencia ha
ayudado a recopilar las siguientes consideraciones sobre los materiales
1) Posible exposicioacuten al fuego con respecto a la peacuterdida de elasticidad
temperatura de degradacioacuten punto de fusioacuten o combustibilidad de la tuberiacutea
o material de soporte
2) Capacidad del aislamiento teacutermico para proteger la tuberiacutea del fuego
3) Sensibilidad de la tuberiacutea a fallas quebradizas que puedan ocasionar una
peligrosa fragmentacioacuten o falla al choque teacutermico cuando se expone al
fuego
4) Sensibilidad de los materiales de la tuberiacutea al agrietamiento por corrosioacuten en
aacutereas donde existe estancamiento (juntas roscadas) o efectos electroliacuteticos
nocivos cuando el metal es puesto en contacto con otro metal diferente
5) La conveniencia de utilizar empaques sellos rellenos y lubricantes que sean
compatibles con el fluido que se maneja
6) El efecto refrigerante de peacuterdidas repentinas de presioacuten en fluidos volaacutetiles
al determinar la temperatura miacutenima de empleo esperada
CAPIacuteTULO I
38
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos
Las siguientes son caracteriacutesticas que deben evaluarse cuando se utilicen
materiales metaacutelicos para la tuberiacutea
1 Hierro colado maleable y alto silicio (145) Su baja ductilidad y su
sensibilidad a los choques teacutermicos y mecaacutenicos
2 Acero al carbono y aceros de baja e intermedias aleaciones
- La posibilidad de resquebrajamiento cuando se manejen fluidos alcalinos o
caacuteusticos
- La posible degradacioacuten de carburos a grafito cuando se tenga una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 427degC Esto se debe
considerar para aleaciones de acero al carbono acero-niacutequel acero al
carbono-manganeso acero al manganeso-vanadio y acero al carbono-silicio
- La posible conversioacuten de carburos en grafito cuando se tiene una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 468degC la aleacioacuten de
acero al carbono-molibdeno acero al manganeso-molibdeno-vanadio y
acero al cromo-vanadio
- Las ventajas de utilizar acero al silicio-carbono (01 de silicio como
miacutenimo) para temperaturas superiores a 480degC
- La posibilidad de ataque por hidroacutegeno cuando la tuberiacutea es expuesta a este
elemento o a soluciones acuosas aacutecidas en ciertas condiciones de presioacuten y
temperatura
- La posibilidad de que la tuberiacutea se deteriore cuando se exponga a sulfuro de
hidroacutegeno
3 Acero de altas aleaciones (inoxidable)
- La posibilidad de que la corrosioacuten llegue a tener proporciones importantes
cuando la tuberiacutea de aceros inoxidables austeniacuteticos se exponga a medios
como cloruros y haluros ya sea externa o internamente Lo anterior puede
CAPIacuteTULO I
39
ser el resultado de una seleccioacuten o aplicacioacuten inadecuada del aislamiento
teacutermico
- La sensibilidad a la corrosioacuten intergranular del acero inoxidable austeniacutetico
despueacutes de estar expuesto a temperaturas entre 427 y 871degC a menos que se
establezca o se utilice acero al carbono de bajo grado
- La posibilidad de un ataque intercristalino del acero inoxidable austeniacutetico
por contacto con zinc o plomo a temperaturas por encima de sus puntos de
fusioacuten o con muchos compuestos de zinc y plomo a temperaturas elevadas
similares
- La fragilidad del acero inoxidable ferriacutetico a temperatura ambiente
posterior al uso por encima de 370degC
4 Niacutequel y aleaciones a base de Niacutequel
- La sensibilidad al ataque superficial del niacutequel y aleaciones a base de niacutequel
que no contengan cromo cuando se expongan a pequentildeas cantidades de
azufre a temperaturas superiores a 315degC
- La sensibilidad al ataque superficial de las aleaciones a base de niacutequel que
contengan cromo a temperaturas superiores a 595degC en condiciones
reductoras y por encima de 760degC en condiciones oxidantes
- La posibilidad de un ataque por corrosioacuten en forma de grietas a aleaciones
de niacutequel-cobre en vapores de aacutecido fluorhiacutedrico si la aleacioacuten es sometida
a gran esfuerzo o contiene residuos de soldadura o del molde
5 Aluminio y aleaciones de aluminio
- La compatibilidad de los componentes roscados con aluminio para prevenir
la ligadura o atenazamiento en las uniones
- La posibilidad de corrosioacuten a causa del concreto mortero cal yeso y otros
materiales alcalinos empleados en la construccioacuten u otras estructuras
CAPIacuteTULO I
40
- La posibilidad de que las aleaciones 5154 5087 5083 y 5456 sufran
exfoliacioacuten o ataque intergranular y que la temperatura superior sea de
65degC a fin de evitar tal deterioro
6 Cobre y aleaciones de cobre
- La posibilidad de que las aleaciones de bronce se degraden en el contenido
de zinc
- La sensibilidad a la corrosioacuten por las aleaciones a base de cobre
- La posibilidad de formacioacuten de acetiluros inestables cuando se exponen a
acetileno
7 Titanio y aleaciones de titanio la posibilidad de que las tuberiacuteas de titanio y
sus aleaciones sufran deterioro cuando la temperatura sea superior a 315degC
8 Zirconio y aleaciones de zirconio la posibilidad de que se deteriore la
tuberiacutea cuando la temperatura sea superior a 315degC
9 Tantalio cuando la temperatura sea superior a 300degC existe la posibilidad de
que el tantalio reaccione con todos los gases excepto los inertes Por debajo
de esta temperatura la tuberiacutea puede ser quebradiza a consecuencia del
hidroacutegeno naciente (monoatoacutemico no molecular) El hidroacutegeno naciente se
produce por accioacuten galvaacutenica o surge a consecuencia de la corrosioacuten
originada por algunos componentes quiacutemicos
1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL
CARBONO Y ACERO INOXIDABLE [4]
Los sistemas de tuberiacuteas de metales ferrosos que incluyen los aceros
maleables al carbono e inoxidables son los que maacutes se utilizan y tienen mayor
cobertura de parte de las normas internacionales
CAPIacuteTULO I
41
12431 Tubos y tuberiacuteas
Se dividen en dos clases principales soldados y sin costura Las tuberiacuteas sin
costura como designacioacuten comercial son las tuberiacuteas hechas mediante el forjado de
un soacutelido circular su perforacioacuten mediante la rotacioacuten simultaacutenea y el paso obligado
sobre una punta perforada y su reduccioacuten mediante el laminado y el estiramiento Sin
embargo se producen tambieacuten tubos y tuberiacuteas sin costura mediante la extrusioacuten el
colado en moldes estaacuteticos o centriacutefugos la forja y la perforacioacuten La tuberiacutea sin
costura tiene la misma resistencia a lo largo de toda la pared Las tuberiacuteas sin costura
perforadas tienen con frecuencia la superficie interna exceacutentrica con relacioacuten a la
externa lo que da como resultado un espesor no uniforme en las paredes
Las tuberiacuteas soldadas se hacen con bandas laminadas conformadas en
cilindros y soldadas en las costuras por varios meacutetodos Se atribuye a las soldaduras
del 60 al 100 de la resistencia de las paredes de la tuberiacutea dependiendo de los
procedimientos de soldadura e inspeccioacuten Se pueden obtener diaacutemetros mayores y
razones maacutes bajas de espesores de las paredes respecto al diaacutemetro en las tuberiacuteas
soldadas que en las tuberiacuteas sin costura (aparte de las coladas) Se obtiene un espesor
uniforme de las paredes Las pruebas hidrostaacuteticas no revelan tramos muy cortos de
soldaduras completadas en forma parcial Esto presenta la posibilidad de que se
puedan desarrollar prematuramente fugas pequentildeas cuando se manejen fluidos
corrosivos o se exponga la tuberiacutea a la corrosioacuten externa Es preciso tomar en cuenta
la soldadura en los procedimientos de desarrollo para el acodamiento el abocinado y
la expansioacuten de las tuberiacuteas soldadas
Las combinaciones de espesor adicional tamantildeo adicional y espesor de pared
se encuentran disponibles para la manufactura de tubos Las clasificaciones maacutes
comunes de tubos son ldquoa presioacutenrdquo y ldquomecaacutenicardquo El espesor de pared (medido) se
especifica por la ldquopared mediardquo o ldquopared miacutenimardquo La pared miacutenima es maacutes costosa
que la pared media y a consecuencia de las tolerancias maacutes estrechas para espesor de
pared y diaacutemetro la medicioacuten para ambos sistemas hace que la tuberiacutea a presioacuten sea
maacutes costosa Sin embargo los tubos soldados de acero al carbono de pared media
CAPIacuteTULO I
42
resistentes a la electricidad con diaacutemetro externo de 2⅜ 2⅞ 3frac12 4frac12 in obtenidos de
bobinas sobre rodillos de formado progresivo y probadas electromagneacuteticamente maacutes
que a presioacuten compiten vigorosamente con las tuberiacuteas
12432 Juntas
Las tuberiacuteas se deben unir a otras tuberiacuteas y otros componentes El disentildeo
oacuteptimo requiere un trabajo de montaje miacutenimo y preveacute la misma resistencia que posee
la tuberiacutea para
1) Presioacuten interna en lo que se refiere a las fracturas y fugas
2) Momentos de torsioacuten que se producen al tender tramos largos de tuberiacuteas
entre los soportes o debido a la dilatacioacuten teacutermica en las tuberiacuteas con
acodamientos dobles
3) Deformacioacuten axial por la presioacuten interna que actuacutea sobre los cambios de
direccioacuten llaves ciegas y vaacutelvulas cerradas o por la contraccioacuten teacutermica en
los tramos rectos
4) Fractura o fugas en el caso de que se produzca alguacuten incendio
Las juntas de tuberiacuteas ideales estaacuten libres de cambios en cualquier dimensioacuten
de pasaje del flujo o la direccioacuten que incremente la caiacuteda de presioacuten o impida el
drenaje completo Estaraacute libre de hendiduras en las que se pueda acelerar la corrosioacuten
Requeriraacute un trabajo miacutenimo para su desmontaje Al efectuar la seleccioacuten seraacute preciso
tomar en cuenta la frecuencia con la que se tendriacutea que desmontar la junta En
teacuterminos generales las juntas faacuteciles de desmontar son deficientes en alguno de los
otros requisitos de las juntas ideales
Juntas soldadas La junta maacutes utilizada en los sistemas de tuberiacuteas es la de
soldadura por ensamble En todos los metales duacutectiles de tuberiacuteas que se pueden
soldar hay codos tes tuberiacuteas ramas laterales reductores tapones vaacutelvulas bridas y
juntas de abrazadera en V en todos los espesores de paredes con extremos preparados
para la soldadura por ensamble La resistencia de la junta igual a la tuberiacutea original
(con excepcioacuten de las tuberiacuteas endurecidas para el trabajo que se templan mediante la
CAPIacuteTULO I
43
soldadura) el patroacuten de flujo sin distorsiones y la resistencia generalmente iacutentegra a
la corrosioacuten compensan ampliamente la necesaria alineacioacuten cuidadosa del trabajo
competente y los equipos que se requieren
Soldaduras de bifurcaciones estas soldaduras eliminan la necesidad de
adquirir tes y no requieren maacutes metal de soldadura que estas uacuteltimas Donde la
bifurcacioacuten se acerque al tamantildeo del tramo principal se necesita una preparacioacuten
cuidadosa del extremo de la tuberiacutea ramificada y la del tramo principal se debilita
debido a la soldadura
12433 Codos y accesorios
Los cambios de direccioacuten de los sistemas de tuberiacuteas requieren curvas y
codos Las curvas se pueden hacer en friacuteo o en caliente La pared exterior se adelgaza
en una cantidad que variacutea con el procedimiento utilizado Se requiere un templado
subsiguiente en algunos materiales Para evitar las arrugas y el aplastamiento
excesivo es necesario el relleno con arena para el doblado en friacuteo dependiendo de las
relaciones del diaacutemetro exterior de la tuberiacutea respecto al radio de la liacutenea central de la
curva y al espesor de la pared de la tuberiacutea Para curvas con un radio de eje
correspondiente a cinco veces el diaacutemetro nominal de la tuberiacutea no se requiere
soporte interno cuando el espesor de la pared sea al menos del 6 del diaacutemetro
exterior de la tuberiacutea
Los codos se pueden formar mediante vaciado forja o conformacioacuten en
caliente o friacuteo mediante trozos cortados de tuberiacutea o al soldar piezas de tuberiacuteas
cortadas con un aacutengulo de inclinacioacuten El flujo en las curvas y los codos es maacutes
turbulento que en las tuberiacuteas rectas por lo que aumentan la corrosioacuten y la erosioacuten
Esto se puede contrarrestar al escoger un componente con mayor radio de curvatura
pared maacutes gruesa o un contorno interior maacutes liso pero raramente resulta econoacutemico
en los codos con aacutengulo de inclinacioacuten
CAPIacuteTULO I
44
12434 Vaacutelvulas
Los cuerpos de las vaacutelvulas pueden manufacturarse en hierro colado forjado
maquinado a partir de barras soacutelidas o fabricado a partir de placas soldadas Se
dispone de vaacutelvulas de acero con extremos roscados o casquillos de soldadura en los
tamantildeos maacutes pequentildeos Las vaacutelvulas con extremos roscados de bronce y latoacuten son
muy utilizadas para servicio de fluidos a baja presioacuten en sistemas de acero
Las vaacutelvulas sirven no soacutelo para regular el flujo de fluidos sino tambieacuten para
aislar equipos o tuberiacuteas para el mantenimiento sin interrumpir otras unidades
conectadas El disentildeo de la vaacutelvula deberaacute evitar que los cambios de presioacuten y
temperatura y las deformaciones de las tuberiacuteas conectadas distorsionen o
establezcan una mala alineacioacuten en las superficies de sellado Estas uacuteltimas deberaacuten
ser de material y disentildeo tales que la vaacutelvula permanezca hermeacutetica durante un periodo
de servicio razonable
Vaacutelvulas de compuerta estas vaacutelvulas se disentildean en dos tipos La compuerta
de cuntildea del tipo de asiento inclinado es la que maacutes se utiliza La compuerta de cuntildea
suele ser soacutelida pero es posible que sea tambieacuten flexible (cortada parcialmente en
mitades por un plano en aacutengulo recto con la tuberiacutea) o dividida (cortada
completamente por ese plano) Las cuntildeas flexibles y divididas minimizan el raspado
de la superficie de sellado al distorsionarse con mayor facilidad para coincidir con
los asientos de mala alineacioacuten angular En el tipo de asiento paralelo y disco doble
un dispositivo de plano inclinado montado entre los discos convierte la fuerza del
vaacutestago en fuerza axial oprimiendo los discos contra los asientos despueacutes que se
situacutean en su posicioacuten adecuada para el cierre
Vaacutelvulas de globo eacutestas se disentildean con vaacutestago ascendente de rosca interna o
externa Las vaacutelvulas pequentildeas son generalmente del tipo de rosca interna mientras
que en los tamantildeos mayores se prefiere el de rosca externa En la mayor parte de los
disentildeos los discos tienen la libertad de girar sobre los vaacutestagos esto evita las
raspaduras entre el disco y el asiento
CAPIacuteTULO I
45
Vaacutelvulas angulares estas vaacutelvulas son similares a las de globo se utilizan en
ambos casos los mismos casquetes vaacutestagos y discos Combinan un codo y una
vaacutelvula de globo en un componente con ahorro importante de caiacuteda de presioacuten Las
vaacutelvulas angulares bridadas son maacutes faacuteciles de retirar y reemplazar que las de globo
bridadas
Vaacutelvulas de diafragma estas vaacutelvulas se limitan a presiones de
aproximadamente 50 psi Los diafragmas reforzados con tela se pueden hacer de
caucho natural un hule sinteacutetico o cauchos naturales o sinteacuteticos recubiertos con
tefloacuten Estas vaacutelvulas son excelentes para los fluidos con soacutelidos en suspensioacuten y se
pueden instalar en cualquier posicioacuten
Llaves de macho o tapoacuten estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas por debajo
de 260degC puesto que la expansioacuten diferencial entre el tapoacuten y el cuerpo hace que se
atore El tamantildeo y la forma del orificio divide esas vaacutelvulas en tipos diferentes
venturi corto orificio rectangular reducido venturi largo orificio rectangular
completo y orificio redondo completo
Vaacutelvulas de bola estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas que tienen pocos
efectos sobre sus asientos de plaacutestico Puesto que el elemento sellador es una bola su
alineacioacuten con el eje del vaacutestago no es esencial para el cierre hermeacutetico En las
vaacutelvulas de bola libre la esfera se puede desplazar en sentido axial El diferencial de
presioacuten a traveacutes de la vaacutelvula obliga a la bola en posicioacuten cerrada a oprimirse contra
el asiento de corriente abajo y este uacuteltimo contra el cuerpo En las vaacutelvulas de bola
fija la bola gira sobre extensiones del vaacutestago y los cojinetes se sellan con anillos en
O
Vaacutelvulas de mariposa estas vaacutelvulas ocupan menos espacio en la liacutenea que
cualquier otra vaacutelvula Se logra un sellado relativamente hermeacutetico sin desgaste
excesivo de los asientos ni un esfuerzo operacional de torsioacuten demasiado grande
mediante diversos meacutetodos como asientos elaacutesticos anillos de pistoacuten sobre el disco e
inclinacioacuten del vaacutestago para limitar el contacto entre las porciones del disco maacutes
cercanas al vaacutestago y el asiento del cuerpo en unos cuantos grados de curvatura
CAPIacuteTULO I
46
Vaacutelvulas de retencioacuten de columpio estas vaacutelvulas se utilizan para evitar la
inversioacuten del flujo El disentildeo normal es para emplearse solamente en liacutenea horizontal
donde la fuerza de gravedad sobre el disco sea maacutexima al comienzo del cierre y
miacutenima al final
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS
12441 Seguridad
La seguridad se puede definir como la estipulacioacuten de medidas de proteccioacuten
que se requieren para asegurar una operacioacuten sin riesgos de un sistema propuesto de
tuberiacutea Entre las consideraciones generales a evaluar deberiacutean contarse las
siguientes
1) Las caracteriacutesticas peligrosas del fluido a manejar
2) La cantidad de fluido que se escaparaacute a consecuencia de una falla en la
tuberiacutea
3) El efecto de una falla (por ejemplo peacuterdidas de agua de enfriamiento) en la
seguridad de toda la planta
4) Evaluacioacuten de los efectos de una reaccioacuten con el medio ambiente
5) El probable grado de exposicioacuten del personal de operacioacuten o mantenimiento
6) La seguridad de la tuberiacutea seguacuten los materiales de construccioacuten meacutetodos de
unioacuten y el servicio que recibiraacute la tuberiacutea
12442 Condiciones de disentildeo
Las definiciones de temperaturas presiones y otros aspectos aplicables al
disentildeo de sistemas de tuberiacuteas se muestran a continuacioacuten
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo de un sistema de tuberiacuteas no seraacute
menor que la presioacuten en las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura para el espesor mayor o relacioacuten presioacuten-temperatura requerida [4]
CAPIacuteTULO I
47
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del
material representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura Cuando se trate de tuberiacutea metaacutelica no aislada con fluido a una
temperatura inferior a 38degC la temperatura del metal seraacute considerada como la
temperatura del fluido
Cuando un fluido se encuentre a una temperatura igual o superior a 38degC y la
tuberiacutea no tenga aislamiento externo la temperatura del metal seraacute tomada como un
porcentaje de la temperatura del fluido a menos que se determine una temperatura
maacutes baja por experimentacioacuten o caacutelculo Para tuberiacutea vaacutelvulas roscadas y con
extremos soldados accesorios y otros componentes con un espesor de pared
comparable al de esa tuberiacutea el porcentaje seraacute de 95 para bridas vaacutelvulas y
accesorios bridados seraacute de 90 para bridas con junta de solapa seraacute de 85 y para
pernos de 80 [4]
Influencias ambientales Cuando el enfriamiento provoque vaciacuteo en la liacutenea
el disentildeo debe estipular alguacuten rompedor de vaciacuteo o presioacuten externa tambieacuten debe
considerarse la expansioacuten teacutermica de objetos atrapados entre las vaacutelvulas cerradas [4]
La caracteriacutestica de ciertos servicios es la variacioacuten ocasional de la presioacuten o
temperatura o ambas variables por debajo de los niveles de operacioacuten pero no deben
tomarse en cuenta estas variaciones si se han cumplido los criterios citados Por otra
parte las condiciones maacutes graves de presioacuten y temperatura coincidentes durante la
variacioacuten seraacuten las que se empleen para establecer las condiciones de disentildeo
Se deben satisfacer los siguientes criterios
1 El sistema no debe tener componentes de hierro colado u otro metal no duacutectil
expuestos a presioacuten
2 Los esfuerzos nominales de presioacuten no deben exceder el esfuerzo elaacutestico a la
temperatura especificada
3 Los esfuerzos longitudinales combinados no deben exceder los liacutemites
establecidos en el coacutedigo ASME
CAPIacuteTULO I
48
4 El nuacutemero de ciclos (variaciones) no debe exceder el valor 7000 durante la
vida del sistema de tuberiacutea
5 Las variaciones ocasionales por encima de lo establecido en las condiciones
de disentildeo deben estar dentro de uno de los liacutemites siguientes para el disentildeo de
la presioacuten
a) Cuando la variacioacuten no persista un tiempo superior a 10 horas en cada
ocasioacuten y 100 horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el
esfuerzo permisible para la presioacuten de disentildeo a la temperatura de la
condicioacuten incrementada en un valor no mayor a 33
b) Cuando la variacioacuten no persista maacutes de 50 horas en cada ocasioacuten y 500
horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el esfuerzo
permisible para el disentildeo de presioacuten a la temperatura de la condicioacuten
incrementada en un valor no mayor al 20
Efectos dinaacutemicos El disentildeo de estos sistemas debe contar con prevenciones
contra impacto (como choques hidraacuteulicos) viento (cuando la tuberiacutea estaacute expuesta a
eacuteste) terremotos reacciones de descarga y vibraciones (de tuberiacuteas y soportes)
Las consideraciones respecto al peso deben incluir cargas vivas (contenido
hielo y nieve) cargas muertas (tuberiacutea vaacutelvulas aislamiento etc) y cargas de prueba
(fluidos de prueba) [4]
12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas
El coacutedigo ASME utiliza tres meacutetodos diferentes para abordar el disentildeo
1 Preveacute la utilizacioacuten de componentes dimensionalmente normalizados en
sus relaciones de presiones y temperaturas
2 Proporciona foacutermulas de disentildeo y esfuerzos maacuteximos
3 Prohiacutebe la utilizacioacuten de materiales componentes o meacutetodos de montaje
en ciertas condiciones
CAPIacuteTULO I
49
12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos
Espesor de las paredes La evaluacioacuten del esfuerzo de presioacuten externa de las
tuberiacuteas es la misma que para los recipientes de presioacuten sin embargo existe una
diferencia importante cuando se establece una presioacuten de disentildeo y un espesor de las
paredes para la presioacuten interna como resultado del requisito del ASME Boiler and
Pressure Vessel Code que el ajuste de la vaacutelvula de purga no debe ser superior a la
presioacuten de disentildeo Para los recipientes esto quiere decir que el disentildeo es para una
presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar las fugas de la vaacutelvula durante el funcionamiento
normal No obstante en las tuberiacuteas la temperatura y la presioacuten de disentildeo se
consideran como la combinacioacuten maacutexima esperada de presioacuten de operacioacuten y
temperatura que dan como resultado el espesor maacuteximo [4]
Bajo la normativa del coacutedigo ASME B313 [1] para tuberiacuteas metaacutelicas rectas
con presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm
se da a continuacioacuten y es aplicable para razones de Dot mayores de 6 Las ecuaciones
maacutes conservadoras de Barlow y Lameacute pueden ser utilizadas tambieacuten La ecuacioacuten 32
incluye un factor Y que variacutea con el material y la temperatura para considerar la
redistribucioacuten de esfuerzos perimetrales que se producen con flujo en estado
estacionario a altas temperaturas y permite espesores ligeramente menores en este
intervalo
( ) cYPSE
DPt o
m ++
=2
Ec 32
Donde P= presioacuten interna maacutexima
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea
c= suma de la tolerancia mecaacutenica y las tolerancias por erosioacuten y
corrosioacuten
SE= esfuerzo permisible
CAPIacuteTULO I
50
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales excluyendo juntas
materiales fundidos o factores de calidad de grado estructural
Y= coeficiente cuyos valores para materiales ferrosos duacutectiles variacutean
entre 04 y 07 para materiales ferrosos no duacutectiles es de 04 y para materiales
fraacutegiles es 0 como el hierro colado
Factor de calidad (E) es uno o el producto de maacutes de uno de los siguientes
factores de calidad factor de calidad de fundiciones (Ec) factor de calidad de
uniones (Ej) y factor de calidad de grado estructural (Es) de 092
Las vaacutelvulas deben estar de acuerdo con las normas aplicables que se dan en
el coacutedigo y con los liacutemites permisibles de presioacuten y temperatura que se establecen en
eacutel sin que vayan maacutes allaacute de las limitaciones de materiales o servicio que establece el
coacutedigo
El espesor de los codos de tuberiacuteas se debe determinar como para las tuberiacuteas
rectas a condicioacuten de que la operacioacuten de doblado no deacute como resultado una
diferencia entre el diaacutemetro maacuteximo y el miacutenimo de maacutes de 8 y 3 del diaacutemetro
exterior nominal de la tuberiacutea para presioacuten interna y externa respectivamente
12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas [4]
El coacutedigo ASME B313 requiere que los sistemas de tuberiacuteas se disentildeen para
que tengan suficiente flexibilidad y evitar asiacute que la expansioacuten o la contraccioacuten
teacutermica o el movimiento de soportes o terminales de la tuberiacutea provoquen alguna de
las dificultades siguientes
- Fallas en los soportes de las tuberiacuteas debidas a las fatigas o esfuerzos
excesivos
- Fugas en las juntas
- Esfuerzos o distorsiones perjudiciales en las tuberiacuteas o en los equipos
conectados (como bombas turbinas o vaacutelvulas) debido a los excesivos
empujes axiales o movimientos en las tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
51
Deformaciones por desplazamiento Las deformaciones se ocasionan por una
tuberiacutea que se desplaza de su posicioacuten original
1 Desplazamientos teacutermicos un sistema de tuberiacuteas sufriraacute cambios
dimensionales a consecuencia de cambios en la temperatura Si se
restringe el movimiento libre con terminales guiacuteas y anclajes seraacute
desplazado de su posicioacuten original
2 Desplazamientos por reaccioacuten si las restricciones no son riacutegidas y existe
un movimiento predecible de estos accesorios bajo carga eacuteste podriacutea
considerarse como desplazamiento de compensacioacuten
3 Desplazamientos impuestos externamente cuando externamente se crean
movimientos de las restricciones eacutestos impondraacuten un desplazamiento a la
tuberiacutea ademaacutes de los relacionados con los efectos teacutermicos Estos
movimientos pueden originarse por causas como corrientes de aire o
cambios de temperatura en equipos conectados
Deformaciones de desplazamiento total Los desplazamientos teacutermicos los
desplazamientos por reaccioacuten y los desplazamientos impuestos externamente tienen
efectos equivalentes sobre los sistemas de tuberiacuteas y deben considerarse en conjunto
para determinar las deformaciones por desplazamiento total en un sistema de tuberiacuteas
Las deformaciones por expansioacuten se pueden considerar en tres formas por
doblez torsioacuten o compresioacuten axial En los primeros dos casos el esfuerzo maacuteximo
ocurre en las fibras extremas de la seccioacuten transversal de la zona criacutetica En el tercer
caso el aacuterea entera de la seccioacuten transversal seraacute sometida al mismo esfuerzo en toda
la longitud de la tuberiacutea
La flexibilidad torsional o por doblez puede obtenerse por codos abrazaderas
o tuberiacuteas no alineadas por tuberiacutea corrugada o juntas de expansioacuten tipo fuelle o por
otros dispositivos que permitan el movimiento rotacional Estos dispositivos deben
anclarse o conectarse de forma tal que resistan las fuerzas terminales de la presioacuten del
fluido que tengan resistencia friccional al movimiento de la tuberiacutea y otras causas
CAPIacuteTULO I
52
La flexibilidad axial puede obtenerse mediante juntas de expansioacuten de los
tipos deslizante o de fuelle adecuadamente ancladas y orientadas para resistir las
fuerzas terminales de la presioacuten del fluido y deben tener resistencia friccional al
movimiento y otras causas
Esfuerzos de desplazamiento Los esfuerzos se pueden considerar como
proporcionales a la deformacioacuten total que causan soacutelo si la deformacioacuten estaacute
uniformemente distribuida y no es excesiva en ninguacuten punto La distribucioacuten irregular
de deformaciones (sistemas equilibrados) puede resultar de
1 Tuberiacuteas de dimensiones pequentildeas sometidas a un gran esfuerzo en serie
con tuberiacutea relativamente riacutegida de grandes dimensiones
2 La reduccioacuten local en tamantildeo o espesor de pared o empleo local de un
material que tiene una fuerza elaacutestica reducida
3 Una configuracioacuten de recubrimiento en un sistema de tamantildeo uniforme
en el cual la expansioacuten o contraccioacuten debe absorberse con una
desalineacioacuten corta en la mayor parte de la tuberiacutea
Si los esquemas desequilibrados de tuberiacutea no pueden evitarse se deben
aplicar meacutetodos analiacuteticos apropiados con objeto de asegurar la flexibilidad adecuada
del sistema Si el disentildeador determina que un sistema no tiene una adecuada
flexibilidad inherente debe proporcionar flexibilidad adicional mediante la adicioacuten de
codos abrazaderas tramos de tuberiacutea en S juntas de torniquete tuberiacutea corrugada
juntas de expansioacuten de los tipos de fuelle o deslizante u otros dispositivos Tambieacuten
debe contarse con un anclaje adecuado
Mientras que los esfuerzos resultantes de una deformacioacuten teacutermica tienden a
disminuir con el tiempo la diferencia algebraica de ese desplazamiento y la condicioacuten
original o cualquier condicioacuten anticipada del sistema con un mayor efecto opuesto
que en la condicioacuten de desplazamiento extremo que permaneceraacute constante durante
cualquier ciclo de operacioacuten
CAPIacuteTULO I
53
Muelle enfriado El muelle enfriado es la deformacioacuten intencional que se crea
en una tuberiacutea durante su ensamblaje con objeto de producir un esfuerzo y
desplazamiento inicial deseado Cuando una tuberiacutea se va a utilizar a una temperatura
mayor a la cual se instala el muelle enfriado es adecuado al hacer que la longitud de
la tuberiacutea sea ligeramente maacutes corta que la obtenida en el disentildeo El muelle enfriado
es beneacutefico pues ayuda a equilibrar la magnitud del esfuerzo en condiciones de
desplazamiento inicial y extremo
Requisitos para el anaacutelisis No es necesario realizar un anaacutelisis formal de la
flexibilidad requerida en sistemas que
a Son copias de instalaciones que se encuentran operando bien o tienen
sustituciones poco significativas de sistemas que cuentan con una historia
de servicio satisfactoria
b Pueden ser juzgados raacutepidamente con una adecuada comparacioacuten con
sistemas ya analizados
c Son de dimensioacuten uniforme y no tienen maacutes de dos puntos de fijacioacuten ni
tienen restricciones intermedias ademaacutes de caer dentro de los liacutemites de
la ecuacioacuten empiacuterica siguiente
( ) 222
KULyD
leminus
Ec 33
Donde y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser
absorbida por el sistema
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes
U= distancia de anclajes liacutenea recta entre anclajes
K2= 003 para unidades inglesas
- Todos los sistemas que no cumplan estos criterios seraacuten analizados por
meacutetodos de anaacutelisis simplificados aproximados o completos que sean
adecuados para cada caso especiacutefico
CAPIacuteTULO I
54
- Los meacutetodos de aproximacioacuten o simplificacioacuten soacutelo pueden ser aplicados
en el intervalo de configuraciones para las que se ha demostrado su
adaptabilidad
- Entre los meacutetodos de anaacutelisis aceptables se cuentan los meacutetodos
analiacuteticos y de graacuteficas que proporcionan una evaluacioacuten de las fuerzas
momentos y esfuerzos causados por las deformaciones por
desplazamiento
- El anaacutelisis tomaraacute en cuenta los factores de intensificacioacuten de esfuerzo
para cualquier componente diferente de la tuberiacutea recta Se debe tener en
cuenta la flexibilidad extra de ese componente
Cuando se calcula la flexibilidad de un sistema de tuberiacutea entre puntos de
anclaje el sistema debe tratarse como un todo Deberaacute reconocerse la importancia de
todas las partes de la liacutenea y las restricciones introducidas con el propoacutesito de reducir
momentos y fuerzas en el equipo o pequentildeas ramificaciones y tambieacuten las
restricciones introducidas por la friccioacuten de soportes Es necesario considerar todos
los desplazamientos dentro del intervalo de temperaturas determinado por las
condiciones de operacioacuten y fuera de servicio
12446 Soportes de tuberiacuteas
Las cargas transmitidas por las tuberiacuteas a los equipos conectados y los
elementos de soporte incluyen peso efectos inducidos por la temperatura y la
presioacuten vibraciones el viento los sismos los choques la expansioacuten y contraccioacuten
teacutermica El disentildeo de soportes y restricciones se basa en cargas que actuacutean de modo
concurrente suponiendo que no se ejerzan simultaacuteneamente los sismos y el viento
Los soportes elaacutesticos y de tipo de esfuerzo constante se deben disentildear para
las condiciones maacuteximas de carga incluyendo las de prueba a menos que se
proporcionen soportes temporales [4]
El coacutedigo sentildeala ademaacutes que los elementos de soporte de tuberiacuteas deben
CAPIacuteTULO I
55
1) Evitar las interferencias excesivas para la expansioacuten y la contraccioacuten
teacutermica de la tuberiacutea que de otro modo tiene la flexibilidad adecuada
2) Ser de iacutendole tal que no contribuyan a que se produzcan fugas en las
juntas o un pandeo excesivo de las tuberiacuteas que requiera drenaje
3) Disentildearse para evitar los esfuerzos la resonancia o la desconexioacuten
debido a las variaciones de la carga con la temperatura y que los
esfuerzos longitudinales combinados que se ejercen sobre la tuberiacutea no
sobrepasen lo permitido en el coacutedigo
4) Ser de iacutendole tal que se evite una liberacioacuten completa de la carga sobre la
tuberiacutea en el caso de una mala alineacioacuten o la falla de alguacuten resorte la
transferencia de pesos o las cargas adicionales debidas a las pruebas
durante la instalacioacuten
5) Ser de acero o hierro forjado
6) Ser de acero de aleacioacuten o protegerse de la temperatura en los lugares en
que se sobrepasen los liacutemites de temperatura adecuados para el acero al
carbono
7) No ser hierro colado excepto para bases de rodillos rodillos bases de
anclaje etc principalmente bajo cargas de compresioacuten
8) No ser de hierro maleable ni nodular con excepcioacuten de las abrazaderas de
tuberiacuteas las abrazaderas de vigas las bridas de soportes los sujetadores
las bases y los anillos giratorios
9) No ser de madera excepcioacuten hecha de los soportes sometidos
primordialmente a compresioacuten donde la temperatura de la tuberiacutea se
encuentre al nivel del ambiente o por debajo de eacutel
10) Tener roscas para ajustes atornillados que se conformen a las
especificaciones del Coacutedigo ASME B11
CAPIacuteTULO I
56
12447 Golpe de Ariete [6]
El golpe de ariete se puede presentar en una tuberiacutea que conduzca un liacutequido
cuando se tiene un frenado o una aceleracioacuten en el flujo por ejemplo el cambio de
abertura de una vaacutelvula en la liacutenea Al cerrarse raacutepidamente una vaacutelvula en la tuberiacutea
durante el escurrimiento el flujo a traveacutes de la vaacutelvula se reduce lo cual incrementa
la carga del lado aguas arriba de la vaacutelvula iniciaacutendose asiacute un pulso de alta presioacuten
que se propaga en direccioacuten contraria a la del escurrimiento Este pulso de presioacuten
hace que la velocidad del flujo disminuya La presioacuten en el lado aguas abajo de la
vaacutelvula se reduce y la onda de presioacuten disminuida viaja en el sentido del
escurrimiento disminuyendo tambieacuten la velocidad del flujo Si el cierre de la vaacutelvula
es suficientemente raacutepido y si la presioacuten permanente original es suficientemente baja
se puede formar una bolsa de vapor aguas abajo de la vaacutelvula cuando esto ocurre la
cavidad de vapor puede eventualmente reducirse en forma violenta y producir una
onda de alta presioacuten que se propaga en la direccioacuten aguas abajo
La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud de la
tuberiacutea ya que las ondas de sobrepresioacuten se cargaraacuten de maacutes energiacutea e inversamente
proporcional al tiempo durante el cual se cierra la vaacutelvula cuanto menos dura el
cierre maacutes fuerte seraacute el golpe
El problema del golpe de ariete es uno de los maacutes complejos de la
hidraacuteulica y es resuelto generalmente mediante modelos matemaacuteticos que permiten
simular el comportamiento del sistema Este fenoacutemeno es muy peligroso ya que la
sobrepresioacuten generada puede llegar entre 60 y 100 veces a la presioacuten normal de la
tuberiacutea ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos
Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de vaacutelvulas hay que
estrangular gradualmente la corriente de fluido es decir cortaacutendola con lentitud
utilizando para ello por ejemplo vaacutelvulas de rosca Cuanto maacutes larga es la tuberiacutea
tanto maacutes deberaacute durar el cierre
CAPIacuteTULO I
57
Sin embargo cuando la interrupcioacuten del flujo se debe a causas
incontrolables como por ejemplo la parada brusca de una bomba eleacutectrica se utilizan
tanques neumaacuteticos con caacutemara de aire comprimido torres piezomeacutetricas o vaacutelvulas
que puedan absorber la onda de presioacuten
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN
12451 Soldadura
Los requisitos del coacutedigo referente a la fabricacioacuten son maacutes detallados para la
soldadura que para otros meacutetodos de unioacuten ya que la soldadura no soacutelo se utiliza para
unir dos tuberiacuteas extremo a extremo sino que sirve tambieacuten para fabricar accesorios
que reemplazan a los accesorios sin costura como codos y juntas de solapa de punta
redonda Los requisitos del coacutedigo para el proceso de soldado son esencialmente los
mismos que los de la seccioacuten IX del ASME Boiler and Pressure Vessel Code excepto
que los procesos de soldado no se restringen el agrupamiento del material debe estar
de acuerdo al apeacutendice A del Coacutedigo ASME y las posiciones de la soldadura
corresponder a la posicioacuten de la tuberiacutea [4]
12452 Doblado y formacioacuten
La tuberiacutea puede doblarse en cualquier radio para el cual la superficie del
arco de la curvatura esteacute libre de grietas y pandeos Estaacute permitido el empleo de
dobleces estriados o corrugados El doblado puede efectuarse mediante cualquier
meacutetodo en friacuteo o en caliente siempre que se cumplan las caracteriacutesticas del material
que se estaacute doblando y el radio de la tuberiacutea doblada esteacute dentro [4]
Algunos materiales requieren un tratamiento teacutermico una vez que ya se han
doblado lo que dependeraacute de la severidad del doblado En el coacutedigo se explican
detalladamente los requisitos que deben cumplirse para este tratamiento
CAPIacuteTULO I
58
12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico
Estos tratamientos sirven para prevenir o corregir los defectos nocivos de las
altas temperaturas o gradientes teacutermicos severos inherentes a la unioacuten por soldadura
de los metales Ademaacutes de esto puede ser necesario someter el material a tratamiento
teacutermico con objeto de corregir los efectos de esfuerzo creados durante el doblado o
formado de los metales [4]
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA
PIPESIMreg2003 [5]
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades
El entendimiento detallado de la termo-hidraacuteulica del sistema de produccioacuten
es criacutetico para el disentildeo de liacuteneas de flujo y los caacutelculos del mismo PIPESIMreg
software de anaacutelisis de sistema de produccioacuten proporciona un instrumento completo
para analizar sistemas complejos de tuberiacutea con flujo multifaacutesico
Con sus moacutedulos interconectados este programa permite construir un
modelo completamente integrado del sistema de produccioacuten entero conectando con
simuladores de yacimiento y de proceso tales como el ECLIPSEreg software de
simulacioacuten de yacimiento y HYSYSreg simulador de procesos de AspenTech
132 Modelaje de flujo multifaacutesico
El programa incorpora todas las correlaciones actuales de flujo multifaacutesico
utilizados en la industria tanto empiacutericas como mecaniacutesticas para predecir el
reacutegimen de flujo la peacuterdida de presioacuten y retencioacuten de liacutequidos Esto permite disentildear y
operar el sistema de produccioacuten y distribucioacuten con confianza
Este simulador produce mapas detallados de reacutegimen de flujo en la tuberiacutea a
las condiciones de operacioacuten incorporando todos los aacutengulos de inclinacioacuten
PIPESIMreg utiliza las velocidades superficiales in-situ del gas y liacutequido para
identificar el patroacuten de flujo en cada nodo del sistema permitiendo determinar el
hold-up y la distribucioacuten de presioacuten en el sistema de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
59
Predecir slugs su tamantildeo y frecuencia permite optimizar el disentildeo de
tuberiacuteas y facilidades de procesamiento El simulador OLGA-Sreg y los modelos de
TUFFP se pueden utilizar para identificar estas caracteriacutesticas criacuteticas del flujo
hidrodinaacutemico tipo slug El programa predice tambieacuten la ocurrencia de flujo slug
en inclinaciones de la tuberiacutea
133 Modelos de Fluido
El modelaje exacto del liacutequido producido es criacutetico para la comprensioacuten
del comportamiento del sistema por lo tanto el simulador ofrece la eleccioacuten entre
correlaciones standard de petroacuteleo negro o una gama de modelos composicionales
EOS
134 Certeza del tipo de flujo
PIPESIMreg predice la formacioacuten de hidratos e incluye la habilidad de modelar
los efectos de inhibidores de hidratos Modelando el perfil de la temperatura de la
liacutenea de flujo puede disentildear el sistema en torno a estos problemas
Dicho software incluye tambieacuten rutinas de caacutelculo para determinar los liacutemites
erosivos de la velocidad de la tuberiacutea permitiendo disentildear operaciones seguras en la
misma
135 Disentildeo de equipos de superficie
El programa incluye los modelos de los equipos de superficie comunes para
determinar su impacto en el disentildeo del sistema Ademaacutes las opciones sofisticadas de
sensibilidades en el simulador se pueden utilizar tambieacuten para disentildear sistemas
variando los paraacutemetros claves del sistema permitiendo asiacute la determinacioacuten de los
tamantildeos oacuteptimos de tuberiacutea y equipos a ser utilizados
Los moacutedulos contienen los siguientes equipos
bull Separadores
bull Bombas y motores auxiliares de propulsioacuten multifaacutesicos
bull Compresores y expansores
bull Calentadores y enfriadores
bull Estranguladores
CAPIacuteTULO I
60
136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea
Para un anaacutelisis completo del sistema PIPESIMreg ofrece opciones para
modelar redes complejas que pueden incluir lazos liacuteneas paralelas y by-pass El
algoritmo robusto de la solucioacuten puede modelar la unioacuten distribucioacuten e inyeccioacuten de
la red
Explica detalladamente la termo-hidraacuteulica del sistema que es criacutetica para el
disentildeo de la liacutenea de flujo y el reacutegimen de flujo especialmente para sistemas
multifaacutesicos complejos Esto daraacute las herramientas para emprender el anaacutelisis tiacutepico
de la red incluyendo
bull Identificar embotellamientos de la produccioacuten y limitaciones
bull Valorar los beneficios de nuevos pozos tuberiacuteas adicionales compresioacuten etc
bull Calcular la capacidad de manejo desde el campo hasta el sistema de retencioacuten
bull Predecir los perfiles de presioacuten y temperatura por redes complejas de flujo
bull Planificar el desarrollo de campo
bull Resolver redes de fondo encontradas en pozos multilaterales
Una vez construida la red de produccioacuten se pueden introducir los elementos
de tiempo para analizar el impacto del desempentildeo del yacimiento en la estrategia de
desarrollo del campo
PIPESIMreg permite
minus Modelar flujo multifaacutesico desde el yacimiento a traveacutes de las facilidades
de produccioacuten hasta su punto de entrega
minus Dirigir redes complejas de produccioacuten y captar las interacciones entre
pozos tuberiacuteas y equipos de proceso
minus Realizar un anaacutelisis completo de sensibilidades en cualquier punto del
sistema hidraacuteulico usando muacuteltiples paraacutemetros
minus Simular el sistema de produccioacuten del campo para mejorar la produccioacuten
tomar mejores decisiones y obtener precios maacutes competitivos
minus Conexioacuten con el simulador de procesos HYSYSreg para un anaacutelisis
integrado desde la cara de la arena hasta las facilidades de
procesamiento
CAPIacuteTULO II
61
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO
DESARROLLO DEL DISENtildeO
21 CONDICIONES DE DISENtildeO
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Tomando como referencia las hojas de seguridad e higiene industrial de
PDVSA de cada uno de los fluidos involucrados en el proyecto asiacute como tambieacuten las
propiedades de los fluidos suministradas por cada una de las empresas mixtas se
logra hacer un cuadro resumen con la informacioacuten de cada uno de estos productos
quiacutemicos Ver anexos 1 2 y 3
Tabla 4 Propiedades de los fluidos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol MTBE ISO-OCTANO
CH3OH CH3OH C5H12O C8H18
Alcohol metiacutelico
Alcohol metiacutelico Metil terbutil eacuteter 224 trimetil
pentano Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Gravedad especiacutefica CS 0796 0796 0747 0696
Viscosidad dinaacutemica (cP) 45degC 042 042 027 038
Peso Molecular 3205 3205 8814 11422
Punto de ebullicioacuten (degC) 147psi 648 648 55 993
Presioacuten de vapor (psia) 45degC 41 41 83 17
Punto de fusioacuten (degC) -978 -978 -109 -107365
Punto de ignicioacuten (degC) 470 470 224 410
Calor de fusioacuten (calg) 237 237 - 19278
Forma y color Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro
en agua Solubilidad en alcohol en eacuteter
Soluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporciones
Ligeramente soluble Soluble
-
Insoluble Ligeramente soluble
Soluble
Liacutemites de () inferior inflamabilidad superior
67 365
16 151
- -
CAPIacuteTULO II
62
212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca del
sistema de bombeo con el cual cuenta cada una de estas empresas se pudo resumir el
siguiente cuadro
Tabla 5 Sistema de Bombeo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135
Pmin entrada brazo de carga (psig) 70 70 70 70
Pdescarga brazo de carga (psig) 20 20 20 20
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 1000 1000 1000
Flujo miacutenimo (m3h) 1000 500 500 500
Cantidad de bombas 1 de 2 2 de 2 2 de 3 2 de 3
Descripcioacuten de las bombas p-801 AB p-6201 AB 900-p-1 ABC 900-p-1 ABC
Poperacioacuten (psig) 1337 135 135 135
Pmaacutex de descarga (psig) 171 171 171 171
Pmaacutex de operacioacuten (psig) 250 250 250 250
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Potencia (KW) 7204 320 350 350
Cabezal (m) 110 120 120 120
Eficiencia () 81 795 795 795 Presioacuten requerida en el brazo de carga (psig) 70 ndash 100 70 ndash 100 71 ndash 86 71 ndash 86
Se refiere a la cantidad de bombas en uso referente a la cantidad de
bombas disponibles en la planta
CAPIacuteTULO II
63
213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO JOSE
El proyecto se encuentra ubicado dentro del Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui en la costa este de Venezuela en Jose Estado Anzoaacutetegui Las
condiciones ambientales que maacutes afectan los caacutelculos del siguiente trabajo se
presentan en la tabla 6
Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose
Temperatura maacutexima (degC) 45
Temperatura promedio anual (degC) 34
Temperatura miacutenima extrema (degC) 15 bulbo seco 24 bulbo huacutemedo
Presioacuten atmosfeacuterica promedio (psi) 146923
Promedio de elevacioacuten del terreno (m) 75
214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
La configuracioacuten de las tuberiacuteas para este proyecto se decidioacute dividir en 3
tramos la tuberiacutea principal de 20rdquo oacute 24rdquo (de mayor diaacutemetro y longitud) la tuberiacutea de
16rdquo y la tuberiacutea de 12rdquo Luego que la tuberiacutea principal se ubica dentro del liacutemite de
bateriacutea del muelle el diaacutemetro se debe disminuir gradualmente hasta conseguir las
12rdquo necesarias para el despacho a traveacutes de los brazos de carga los cuales seguacuten las
caracteriacutesticas del muelle y normativas de seguridad deben ser de este diaacutemetro
especiacutefico
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca de
las condiciones operacionales de los fluidos a traveacutes del sistema de tuberiacuteas se
seleccionoacute la tuberiacutea maacutes apropiada para este proyecto ya que se cumple con los
requisitos de seguridad necesarios Los datos recolectados se muestran en las tablas 7
8 y 9
CAPIacuteTULO II
64
Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo)
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro exterior (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro interno (in) 2325 1925 1925 1925 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 2783 2312 2312 2312 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 2948 20211 20211 20211
exterior 6283 5236 5236 5236 Longitud de superficie (in) interior 609 504 504 504 Longitud de la tuberiacutea (ft) 10932 11394 12398 14557 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (in) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (in) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
El tipo de tuberiacuteas aplicables al proyecto son API 5L ASTM A-106 y
ASTM A-53 todas en acero al carbono y con rangos tanto de temperatura como de
presioacuten aceptables en el proyecto Estas tuberiacuteas cumplen con los requisitos
necesarios ademaacutes de estar incluidas dentro del tipo de tuberiacutea (piping class)
aplicable a las plantas y al Muelle Petroquiacutemico Partiendo de eacutesto se escoge la
tuberiacutea A-53 por ser eacutesta la de uso permitido en el aacuterea del Muelle Petroquiacutemico y por
ser compatible con las de uso en las plantas Para trayectorias dentro de los linderos
CAPIacuteTULO II
65
de las plantas de las empresas mixtas se haraacute uso de la tuberiacutea que estipule la
normativa de seguridad de dicha planta
Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbonoTuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro exterior (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro interno (in) 1525 1525 1525 1525 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1841 1841 1841 1841 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 1268 1268 1268 1268
exterior 4189 4189 4189 4189 Longitud de superficie (ft) interior 399 399 399 399
Longitud de la tuberiacutea (ft) 1640 1640 1640 1640 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
La seleccioacuten del tipo de costura de la tuberiacutea se realizoacute sujeto al piping class
manejado en el Muelle Petroquiacutemico asiacute como al de cada una de las plantas siendo
recomendable el tipo E correspondiente a tuberiacutea con costura soldada con resistencia
eleacutectrica (ERW) solamente para el tramo que abarca el corredor en las calles C y F
CAPIacuteTULO II
66
(ver figura 1) Al pasar el liacutemite de bateriacutea del muelle la especificacioacuten debe cambiar
a tuberiacutea sin costura (Tipo S) por ser eacutesta la manejada en el piping class del Muelle
Petroquiacutemico Dicha divergencia afecta este estudio uacutenicamente para el caacutelculo del
espesor miacutenimo requerido
Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 12 12 12 12 Diaacutemetro exterior (in) 1275 1275 1275 1275 Diaacutemetro interno (in) 12 12 12 12 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1458 1458 1458 1458 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 07854 07854 07854 07854
exterior 3338 3338 3338 3338 Longitud de superficie (ft) interior 314 314 314 314
Longitud de la tuberiacutea (ft) 164 164 164 164 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
CAPIacuteTULO II
67
Las tuberiacuteas son grado B lo cual indica que se trata de tuberiacuteas de color
negro (material acero al carbono) que necesitaraacuten recubrimiento y galvanizado antes
de ser usadas
La ceacutedula es estaacutendar se escogioacute debido a que se mantiene un margen por
encima del espesor miacutenimo requerido dichos caacutelculos se presentan a continuacioacuten
El rating de la tuberiacutea de acuerdo al piping class manejado en el Muelle
Petroquiacutemico es de 150 lbf Este valor estaacute sujeto a cambios debido a que para la
fecha de elaboracioacuten de este Trabajo Especial de Grado auacuten no se habiacutea realizado el
estudio de golpe de ariete factor importante en la delimitacioacuten de presioacuten que deberaacute
soportar la tuberiacutea
La cantidad y descripcioacuten de cada uno de los accesorios y vaacutelvulas que seraacuten
empleados en las liacuteneas han sido suministrados por las empresas mixtas y podraacuten
estar sujetos a cambios durante la fase de construccioacuten del proyecto
La tabla 10 resume las longitudes equivalentes mostradas en la tabla 3 de
los componentes a ser instalados en las configuraciones de tuberiacuteas involucradas en el
proyecto
Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios
24 20 16 12 Tipo de accesorio o vaacutelvula Le [ft] Le [ft] Le [ft] Le [ft]
Unioacuten 4 3 3 2 Codo 90deg regular 47 39 31 25 Codo 90deg radio largo 29 25 20 16 Codo 45deg regular 24 20 16 12 T de liacutenea de flujo 32 26 21 17 T de ramal de flujo 60 76 96 116 Vaacutelvula de globo 400 525 655 800 Vaacutelvula de compuerta 11 13 17 20 Vaacutelvula angular 200 250 320 390 Vaacutelvula de retencioacuten deslizante 135 172 217 262 Entrada de filos rectos 39 53 68 86 Salida tuberiacutea 78 106 136 172 Reductor de diaacutemetro 97 80 62 45
CAPIacuteTULO II
68
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
Se emplea el software PIPESIMreg para la simulacioacuten del sistema de
transporte del proyecto debido a que es eacuteste un programa con la capacidad para la
simulacioacuten de equipos de superficie asiacute como es capaz de trabajar con los fluidos
involucrados en este proyecto La licencia del software se obtuvo de la empresa
PDVSA a traveacutes de la intranet de la misma la cual se encontraba a disposicioacuten de los
empleados de Pequiven para el teacutermino de este Trabajo Especial de Grado
2211 Metor
Se procedioacute a la configuracioacuten de las tuberiacuteas en PIPESIMreg siguiendo el
esquema mostrado en la figura 6 Este disentildeo se tomaraacute como referencia para las
demaacutes plantas
1 Se coloca una fuente (source) de donde proviene el fluido el cual viene
representado por el tanque de almacenamiento de cada una de las plantas en este
caso en especiacutefico las propiedades que lo describen son
Temperatura 45degC
Presioacuten 0 psig
Se supone que el fluido no se encuentra presurizado dentro del tanque debido
a que se encuentra a condiciones ambientales La temperatura es de 45 degC porque
eacuteste es el valor maacuteximo que se podriacutea conseguir en condiciones ambientales
extremas y ha sido la temperatura de disentildeo estipulada
CAPIacuteTULO II
69
Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como ldquocomposicionalrdquo debido a que el
metanol se encuentra preestablecido dentro del programa como un fluido acuoso
(soluble en agua) y se agrega con una molaridad al 100 a traveacutes de la tuberiacutea soacutelo
fluiraacute metanol liacutequido la inclusioacuten del fluido se muestra en la figura 7
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja
de especificaciones (data sheet) por parte de la empresa la informacioacuten es incluida en
la siguiente ventana (ver Figura 8)
CAPIacuteTULO II
70
Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor)
Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor
CAPIacuteTULO II
71
4 Se incorpora la liacutenea de 24rdquo la cual es ingresada a la configuracioacuten como
una liacutenea de flujo eacutesta se conecta a la bomba a traveacutes de un nodo Se utilizan estos
conectores para la unioacuten de los elementos y no representan cambio alguno a las
propiedades Los datos necesarios para agregar la liacutenea de flujo son sentildealados en la
figura 9
Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor
Se colocan 2 ondulaciones por cada mil metros de recorrido debido a que
eacuteste es el nuacutemero de ondulaciones (altibajos) promedio que presentaraacute el recorrido de
la tuberiacutea La diferencia de altura es de 2 m debido a que la altitud de la planta se
encuentra por encima del nivel del muelle en un margen cercano a este valor La
distancia horizontal es la correspondiente al recorrido total de la tuberiacutea maacutes la
longitud equivalente correspondiente a las vaacutelvulas y accesorios La rugosidad es la
CAPIacuteTULO II
72
correspondiente al acero al carbono y la temperatura ambiente es la temperatura
promedio reportada en el aacuterea
Se incluye como dato que la tuberiacutea no tiene recubrimiento y estaraacute rodeada
por aire con lo cual se establece un valor de transferencia de calor entre la tuberiacutea y
el aire de 20 BTUh ft2 degF (dicho valor se encuentra predeterminado en el simulador
para estas condiciones)
5 Se agrega la liacutenea de 16rdquo tambieacuten como una liacutenea de flujo la cual presenta
las caracteriacutesticas mostradas en la figura 10 Las ondulaciones seraacuten 0 ya que esta
liacutenea se encontraraacute sobre la plataforma del muelle donde no tendraacute altibajos asiacute como
tampoco presentaraacute diferencia de altitud en el recorrido Se preveacute con una longitud de
500m a la cual se debe agregar la longitud equivalente representativa de los
accesorios dispuestos en la configuracioacuten
Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor
CAPIacuteTULO II
73
6 Se antildeade la liacutenea de 12rdquo y tuberiacutea final de la configuracioacuten A la salida de
eacutesta la presioacuten deberaacute ser al menos 70 psig para que el fluido pueda hacer el
recorrido a traveacutes del brazo de carga y atracar al buque con una presioacuten de 20 psig
debido a que eacutestas son las especificaciones del brazo de carga que seraacute empleado en
el muelle Esta tuberiacutea a diferencia de la de 16rdquo siacute presenta ondulaciones ya que este
uacuteltimo tramo tiene un recorrido tortuoso con diferencias pequentildeas de altura La
longitud total de tuberiacutea es de 50m aproximadamente a los cuales se agrega la
longitud equivalente de los accesorios dispuestos en esta tuberiacutea En la figura 11 se
pueden observar las propiedades de la liacutenea de 12rdquo
Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor
7 El punto final de la configuracioacuten es un nodo frontera que en este caso en
especiacutefico vendraacute representado por el inicio del brazo de carga punto donde la
presioacuten deberaacute ser de 70 psig
CAPIacuteTULO II
74
2212 SuperMetanol
Tomando como base la configuracioacuten de tuberiacuteas de Metor se genera un
modelo con la misma cantidad y disposicioacuten de elementos A continuacioacuten se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas de la planta Supermetanol
haciendo uso de PIPESIMreg donde soacutelo se resentildean las caracteriacutesticas que difieren del
modelo de metanol de Metor
- La bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja de especificaciones por parte
de la empresa presenta la siguiente informacioacuten
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 650 kW (resultante del accionamiento de ambas bombas)
Eficiencia 795
- La liacutenea de 20rdquo se ingresa a la configuracioacuten con los datos sentildealados en la
figura 12
Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol
CAPIacuteTULO II
75
- Las liacuteneas de 16rdquo y 12rdquo tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las
configuraciones estos tramos de tuberiacutea se encuentran sobre la plataforma del muelle
ubicados sobre el mismo pipe rack de esta manera que las tuberiacuteas estaraacuten una junto
a la otra por ende tendraacuten las mismas especificaciones
2213 MTBE de Super Octanos
La configuracioacuten de tuberiacuteas de Super Octanos presenta la misma disposicioacuten
de elementos que la de Metor a continuacioacuten se presenta de forma resumida el disentildeo
de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
1 Las propiedades que describen las condiciones del source son
iguales al caso de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como black oil esto debido a que el simulador
no contempla el Metil Terbutil Eacuteter como un fluido preestablecido en sus
lineamientos Para incluir el fluido como petroacuteleo negro se ingresan los siguientes
valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 551755
Ademaacutes se agrega la informacioacuten de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente como se ve en la
figura 13
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual tambieacuten se
tiene la hoja de informacioacuten por parte de la empresa La informacioacuten incluida es la
siguiente
CAPIacuteTULO II
76
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 700 kW
Eficiencia 795
Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de Super Octanos
4 Luego se incorpora la liacutenea de 20rdquo la cual se ingresa a la configuracioacuten
como una liacutenea de flujo Los datos necesarios para la inclusioacuten de la liacutenea principal de
20rdquo se presentan en la Figura 14
5 Al igual que para la configuracioacuten de Metor se agregan las liacuteneas de 16rdquo y
12rdquo las cuales tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las configuraciones
CAPIacuteTULO II
77
Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de Super Octanos
2214 IsoOctano de Super Octanos
Tomando como base la configuracioacuten de MTBE de la misma planta se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
Las propiedades divergentes entre este caso y MTBE baacutesicamente son los
datos ingresados para la caracterizacioacuten del fluido y las propiedades de la liacutenea de
20rdquo De esta manera se hace referencia soacutelo a estos valores los cuales son
- El tipo de fluido se incluye como black oil para lo cual se ingresaron los
siguientes valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 735724
CAPIacuteTULO II
78
- Se agrega informacioacuten adicional de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente que para este caso
son las siguientes
Temperatura (ordmC) Viscosidad (cP)
40 046
20 055
- La configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo se muestra en la figura 15
Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de Super Octanos
CAPIacuteTULO II
79
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA
PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO
El proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo busca reubicar el despacho de productos de
las empresas mixtas (Metor Supermetanol y Super Octanos) en la actualidad
despachados a traveacutes del Muelle Criogeacutenico propiedad de PDVSA ubicado en el
Complejo Industrial Joseacute Antonio Anzoaacutetegui
El estudio ocupacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose se adjudicoacute a una
compantildeiacutea privada sin embargo es requerimiento del presente Trabajo Especial de
Grado hacer una breve revisioacuten a dicho Muelle para disponer de un estimado de
tiempo requerido para el embarque de buques si se bombea el producto a la maacutexima
carga que permita la configuracioacuten de cada una de las liacuteneas Para la realizacioacuten de
este objetivo la informacioacuten recolectada para la evaluacioacuten de la ocupacioacuten del
muelle estaacute basada seguacuten el promedio mensual de despacho actual a traveacutes del
muelle de PDVSA y el despacho mensual a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Se anexa un modelo rudimentario donde se presenta la disposicioacuten de los
brazos de carga los cuales seraacuten habilitados para despacho de cada uno de los
productos involucrados con el proyecto del cual es parte este trabajo (ver Figura 16)
CAPIacuteTULO II
80
Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose
Los brazos de carga que se empleen en el proyecto preferiblemente deberaacuten
ser de las mismas caracteriacutesticas y dimensiones de ser posible de la misma marca
para facilitar las labores de mantenimiento y obtencioacuten de repuestos Deberaacuten tener
un diaacutemetro de 12rdquo y tener facilidad para retorno de vapores debido a que asiacute lo
contemplan las normativas gubernamentales Las principales caracteriacutesticas con las
cuales deben cumplir los brazos de carga que se ubicaraacuten en las posiciones M-502
M-503 M-504 y M-505 del Muelle Petroquiacutemico se presentan en la tabla 11
CAPIacuteTULO II
81
Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga
Posicioacuten M-503 M-505 M-504 M-502 M-502 Producto Metanol Metanol MTBE Iso-Octano
Procedencia Metor yo Supermetanol
Supermetanol yo Metor Super Octanos Super Octanos
Diaacutemetro (in) 12 12 12 12 Tasa de flujo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Viscosidad 45degC (cP) 042 042 027 038 Presioacuten de vapor 45degC (psia) 41 41 83 17
Presioacuten requerida en la entrada (psig) 70 70 70 70
Presioacuten de descarga (psig) 20 20 20 20 Presioacuten de descarga de las bombas (psig) 1337 135 135 135
Presioacuten maacutexima de operacioacuten de las bombas (psig)
170 170 170 170
Se obtuvo informacioacuten de la disposicioacuten de ventanas operacionales
empleadas por las empresas mixtas involucradas en el proyecto seguacuten un reporte
mensual de despacho a traveacutes del Muelle Criogeacutenico Se presenta la informacioacuten
mencionada en la tabla 12 la cual hace referencia al despacho de los productos y las
capacidades de los buques a cargar esto en un periacuteodo de tiempo de un mes
CAPIacuteTULO II
82
Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9
Ventanas Empresa Producto Volumen [TM] 1 - 2 ndash 3 Supermetanol Metanol 15000 3 - 4 ndash 5 Metor Metanol 21000 6 - 7 ndash 8 Metor Metanol 13100
Super Octanos MTBE 21000 8 - 9 ndash 10 Metor Metanol 17000
11 - 12 - 13 Supermetanol Metanol 15000 13 - 14 - 15 Supermetanol Metanol 15000 16 - 17 - 18 Metor Metanol 15000
Metor Metanol 10000 18 - 19 - 20 Supermetanol Metanol 10000
21 - 22 - 23 Super Octanos MTBE 24000 24 - 25 - 26 Ventana de Mantenimiento 27 - 28 - 29 Super Octanos MTBE 11000 29 - 30 - 31 Supermetanol Metanol 10000
De igual forma se conoce la produccioacuten mensual de la empresa FertiNitro a
traveacutes de la Plataforma de liacutequidos del Muelle Petroquiacutemico si se unen el promedio
de producciones mensuales de cada empresa se tienen los siguientes datos
Metor 70 MTMM
Supermetanol 525 MTMM
Super Octanos 40 MTMM
FertiNitro 336 MTMM
CAPIacuteTULO III
83
CAPIacuteTULO III RESULTADOS
RESULTADOS
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED
Seguacuten la ecuacioacuten 32 de la seccioacuten 2444 para tuberiacuteas metaacutelicas rectas con
presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm es
aplicable para relaciones Dot mayores de 6
Se realiza el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas de 20rdquo tomando t como 1969rdquo
el cual es el espesor con mayor magnitud que se puede conseguir en el mercado la
relacioacuten Dot = 10157 siendo mayor de 6 se realizan los caacutelculos utilizando la
ecuacioacuten 32 sin inconvenientes
Para el caacutelculo de los espesores miacutenimos los datos son obtenidos de las
especificaciones ASME B313 y de las condiciones operacionales del proyecto La
presioacuten maacutexima corresponde a la presioacuten maacutexima de resistencia de las tuberiacuteas A
continuacioacuten se muestra el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas con costura de 20rdquo
P= 250psig
Do= 20rdquo
c= 0065
S= 20000 psig
Y= 04
E= 085
( ) ( )mmint
ininxpsigxpsig
inxpsigc
YPSEDP
t
m
om
365210
21120065040250850000202
202502
rArr=
rArr++
=++
=
Al valor de espesor (536mm) se debe aplicar la tolerancia correspondiente a
esta tuberiacutea que se lee en la norma ASME B313 y es de 125 para todos los casos
con lo cual el valor del espesor estariacutea entre 469 ndash 604 mm correspondiente a un
Schedule 10 (635mm) siendo eacuteste el valor maacutes cercano a dicho espesor Como
CAPIacuteTULO III
84
medida preventiva se aplica un factor de seguridad al disentildeo correspondiente a las
peacuterdidas de espesor por corrosioacuten y erosioacuten asiacute como peacuterdidas mecaacutenicas producto
del efecto de golpe de ariete que pueda sufrir la tuberiacutea De esta manera se toma
ceacutedula estaacutendar para todas las tuberiacuteas ya que todos los valores de espesores miacutenimos
se encuentran por debajo del schedule estaacutendar comercial A continuacioacuten se
muestran los resultados para cada una de las liacuteneas con costura (Tabla 13) y se
compararon con los espesores de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar La Tabla 14 resentildea
estos mismos caacutelculos para tuberiacutea sin costura
Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (Psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 085 085 085 085 tm (in) 024 0211 0182 0158 Espesor miacutenimo aceptable (in) 024 plusmn 003 0211 plusmn 0026 0182 plusmn 0023 0158 plusmn 0020 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 1 1 1 1 tm (in) 0214 0189 0165 0144 Espesor miacutenimo aceptable (in) 0214 plusmn 00267 0189 plusmn 00236 0165 plusmn 0020 0144 plusmn 0018 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
CAPIacuteTULO III
85
La costura en las tuberiacuteas no influye en los caacutelculos hidraacuteulicos debido a que
la soldadura con resistencia eleacutectrica no genera aporte de material a la tuberiacutea lo que
indica que no habraacute variacioacuten del espesor debido a la costura Las tuberiacuteas principales
seraacuten las uacutenicas con costura por ser eacutestas las uacutenicas presentes en el corredor de
tuberiacutea ubicado en las calles C y F Las longitudes de cada uno de los tramos con y
sin costura son los siguientes
Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura
Longitudes de tuberiacutea METANOL Metor
METANOL Supermetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Con costura (m) 1153 1293 1599 2257 Sin costura (m) 2180 2180 2180 2180
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA
FRICCIOacuteN EN LAS TUBERIacuteAS
Para obtener la caiacuteda de presioacuten en las tuberiacuteas se realizaron los caacutelculos en
primer lugar haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning considerando condiciones
isoteacutermicas que a pesar de ser un meacutetodo maacutes laborioso permite el conocimiento
descriptivo de cada uno de los paraacutemetros asiacute como la procedencia de los valores
utilizados en este disentildeo Esto es provechoso en caso de presentarse cualquier
divergencia del disentildeo en etapas futuras del proyecto Una vez realizados los caacutelculos
con la ecuacioacuten de Fanning se procede a la simulacioacuten del disentildeo con el software
PIPESIMreg que genera valores de caiacuteda de presioacuten de cada una de las liacuteneas entre
otros resultados
CAPIacuteTULO III
86
321 ECUACIOacuteN DE FANNING
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debido a la friccioacuten se usoacute la ecuacioacuten
de Fanning en unidades de campo Se realizoacute el caacutelculo tipo para la tuberiacutea de 24rdquo de
Metor tal como se muestra a continuacioacuten
Donde ρ (gcc)= 0753
q (bbld)= 377389
L (ft)= 10932
d (in)= 2325
Para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning primero es necesario el
caacutelculo del Nuacutemero de Reynolds el cual queda
donde d (m)= 059
V (ms)= 25353
ρ (Kgm3)= 75256
μ (Pas)= 42x10-4
De donde el NRe= 27x106 lo cual indica que se presenta flujo turbulento
(NRegt4000) y para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning se debe emplear la
ecuacioacuten de Colebrook (Ec9)
01220
1072512
2523731081log21
51273
log21
6
3
Re
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
minus
f
ff
ff
f
fxxx
f
fNDfε
Para obtener el factor de friccioacuten de Fanning haciendo uso de la ecuacioacuten de
Colebrook se realizan iteraciones a partir de un valor inicial el cual se puede tomar
directamente del diagrama de Moody De acuerdo a la figura 4 el valor de factor de
friccioacuten de Darcy que se lee correspondiente para NRe= 27x106 y εD=77x10-5 es
5
25 10146441
dLqfxp ρminus=Δ
μρ
ReVdN =
CAPIacuteTULO III
87
fD=0003 lo cual representa un factor de friccioacuten de Fanning de 0012 ya que el
factor de friccioacuten de Darcy representa 4 veces el factor de friccioacuten de Fanning
Una vez calculado este valor se procede al caacutelculo de la peacuterdida de presioacuten
debido a la friccioacuten haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning quedando
Para este caso la caiacuteda de presioacuten es de 24 psi es decir la presioacuten con la cual
llega el fluido al teacutermino del recorrido de la tuberiacutea de 24rdquo es 24 psi menor que al
salir de la bomba Para los tramos de tuberiacutea subsiguientes (16rdquo y 12rdquo) los caacutelculos
se hacen de forma anaacuteloga Se debe tener en cuenta la peacuterdida por friccioacuten que sufre
el fluido al pasar a traveacutes de cada uno de los dispositivos de control a lo largo de la
tuberiacutea En este caso se han tomado valores de longitud equivalente seguacuten el tipo de
accesorio los cuales se adicionan a la longitud de cada una de las tuberiacuteas para luego
calcular la peacuterdida de presioacuten debido a la friccioacuten
Para el caacutelculo de las peacuterdidas de presioacuten debido a la friccioacuten en los
accesorios y vaacutelvulas como se vioacute en el Capiacutetulo II se haraacute uso de la tabla 3 y se
tomaraacuten las longitudes equivalentes de cada accesorio sentildealadas en la Tabla 10
Dicho valor de longitud equivalente se agrega a las longitudes de las liacuteneas y se
calcula la caiacuteda de presioacuten en cada una de eacutestas
Hasta la fecha ha sido entregada la siguiente informacioacuten de la cantidad y
tipo de accesorios correspondientes a cada una de las liacuteneas (Tablas 16 y 17) de
donde se pueden obtener las longitudes equivalentes que se adicionan a las longitudes
totales de tuberiacutea en cada una de las configuraciones
La peacuterdida de presioacuten en las tuberiacuteas debido a la aceleracioacuten se desprecia por
haberse corroborado flujo turbulento en todas las tuberiacuteas de igual forma la caiacuteda de
psip
xp
dLqfxp
07242523
1093237738975300122010146441
10146441
5
25
5
25
=Δ
=Δ
=Δ
minus
minus ρ
CAPIacuteTULO III
88
presioacuten debido a la fuerza potencial se desprecia en estos caacutelculos iniciales debido a
que la peacuterdida de altura de la tuberiacutea total se estima de 2m lo cual es poco
representativo en un recorrido total de maacutes de 4 Km en cada uno de los casos
Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol
Metor Supermetanol Tipo de accesorio o vaacutelvula
24 16 12 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 53 Codo 45deg regular 12 8 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 2077 62 172 1618 62 172
CAPIacuteTULO III
89
Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas propiedad de Super Octanos
MTBE Iso-Octano Tipo de accesorio o vaacutelvula
20 16rdquo 12rdquo 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 60 Codo 45deg regular 12 16 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 1798 62 172 1953 62 172
A continuacioacuten se presentan tablas con el resumen del caacutelculo de cada uno de
estos paraacutemetros aplicados a cada una de las liacuteneas (Tablas 18 19 y 20)
Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas Principales
METANOL
Metor METANOL
SupermetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 24 20 20 20 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 10932 11394 12398 14557 Longitud Equivalente accesorios (ft) 2077 1618 1798 1953 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 13009 13012 14196 16510 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000
NUMERO DE REYNOLDS 27x106 26 x106 38 x106 25 x106 f f (Ec de Colebrook) 00122 00125 00123 00125
Δp (psi) 2864 4875 4900 5365
Presioacuten final (psia) 11976 10095 10070 9605
CAPIacuteTULO III
90
Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 16 16 16 16 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 1640 1640 1640 1640 Longitud Equivalente accesorios (ft) 62 62 62 62 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 1702 1702 1702 1702 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 41x106 33 x106 48 x106 32 x106 f f (Ec de Colebrook) 00127 00128 00127 00128 Δp (psi) 3234 2097 1942 1818
Presioacuten final (psia) 8742 7997 8128 7788
Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 1275 1275 1275 1275 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 164 164 164 164 Longitud Equivalente accesorios (ft) 172 172 172 172 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 336 336 336 336 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 52x106 42 x106 61 x106 4 x106 f f (Ec de Colebrook) 00132 00133 00132 00133 Δp (psi) 2193 1419 1319 1229
Presioacuten final (psia) 6549 6578 6809 6558
Se debe tomar en consideracioacuten que en las especificaciones de los brazos de
carga que estipula Pequiven la presioacuten de descarga de la tuberiacutea al brazo de carga
debe ser de 70 psig (847 psia) y dado que ninguna de las configuraciones genera este
valor de presioacuten se debe tener en cuenta que el flujo de disentildeo no seraacute alcanzado
CAPIacuteTULO III
91
porque por debajo de esta presioacuten no se lograriacutea el despacho de los productos debido
a que los brazos de carga no seraacuten capaces de levantar el fluido la altura necesaria
para cargar los buques
Teniendo como base estos valores de presioacuten esperados para la descarga de
las liacuteneas hasta los brazos de carga se procede a la simulacioacuten con el software
PIPESIMreg
322 PIPESIMreg
Posterior al caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten utilizando la ecuacioacuten de Fanning
se realizan las simulaciones en PIPESIMreg de las configuraciones establecidas
anteriormente A continuacioacuten se resentildean por separado cada una de eacutestas
3221 Metor
Luego de ingresar las propiedades del modelo se procede a la simulacioacuten de
eacuteste ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar (Figura 17)
CAPIacuteTULO III
92
Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la simulacioacuten del programa
CAPIacuteTULO III
93
Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor
L P T v q Ρ fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Metor24 1 00 14828 11318 8319 377433 47953 LIacuteQUIDO 0411 2799 2 6504 14650 11261 8316 377287 47971 LIacuteQUIDO 0413 2786 3 13008 14558 11207 8313 377142 47990 LIacuteQUIDO 0415 2774 4 19513 14380 11154 8310 377004 48007 LIacuteQUIDO 0416 2762 5 26017 14288 11102 8307 376868 48025 LIacuteQUIDO 0418 2750 6 32521 14110 11052 8304 376738 48041 LIacuteQUIDO 0420 2739 7 39026 14018 11003 8301 376610 48057 LIacuteQUIDO 0422 2728 8 45530 13840 10956 8298 376488 48073 LIacuteQUIDO 0423 2718 9 52034 13748 10910 8296 376367 48088 LIacuteQUIDO 0425 2708
10 58538 13570 10865 8293 376252 48103 LIacuteQUIDO 0426 2699 11 65043 13478 10821 8291 376139 48118 LIacuteQUIDO 0428 2689 12 71547 13300 10779 8288 376030 48132 LIacuteQUIDO 0429 2680 13 78051 13209 10738 8286 375924 48145 LIacuteQUIDO 0430 2672 14 84555 13030 10698 8284 375822 48158 LIacuteQUIDO 0432 2664 15 91060 12939 10660 8281 375721 48171 LIacuteQUIDO 0433 2656 16 97564 12761 10622 8279 375625 48184 LIacuteQUIDO 0434 2648 17 104070 12670 10585 8277 375530 48196 LIacuteQUIDO 0436 2640 18 110570 12491 10550 8275 375440 48207 LIacuteQUIDO 0437 2633 19 117080 12400 10515 8273 375351 48219 LIacuteQUIDO 0438 2626 20 123580 12222 10482 8271 375266 48230 LIacuteQUIDO 0439 2620 21 130080 12131 10449 8269 375182 48240 LIacuteQUIDO 0440 2613 Linea de Flujo Metor16 (nuevo datum) 22 0 12072 10449 1922 375183 48240 LIacuteQUIDO 0440 3984 23 94324 10251 10424 1922 375166 48243 LIacuteQUIDO 0441 3979 24 18865 8429 10400 1922 375150 48245 LIacuteQUIDO 0441 3975 Linea de Flujo Metor12 (nuevo datum) 25 0 8328 10400 3104 375153 48244 LIacuteQUIDO 0441 5052 26 16798 7197 10400 3104 375182 48241 LIacuteQUIDO 0441 5054 27 33596 6100 10399 3105 375210 48237 LIacuteQUIDO 0441 5056
CAPIacuteTULO III
94
Para el Metanol tanto en esta configuracioacuten como para la de Supermetanol
se hicieron pruebas de seleccioacuten entre los modelos de viscosidad Pedersen y LBC
(Lohrentz-Bray-Clark) siendo Pedersen el que mejor se ajusta al modelo de
viscosidad del metanol a pesar de ser usado generalmente para gas natural y petroacuteleo
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 463 psig (610 psia) De igual forma en la figura 18 se observa que
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga
Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h
CAPIacuteTULO III
95
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2500 2250 2140 2000 y
1875 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 377389 339650 323045 301911
y 283041 En la figura 19 se puede apreciar que se consigue una presioacuten final cercana
a 70psig con un flujo de 2140 m3h
Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor)
Se toma el flujo de 2140 m3h como el oacuteptimo para el despacho de Metanol
desde la planta Metor A continuacioacuten se muestra el perfil presioacuten-distancia en este
caso (figura 20)
CAPIacuteTULO III
96
Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h
3222 Supermetanol
Luego de ingresar las propiedades del modelo en el simulador se procede a
correr dicho modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar en el caso de
Supermetanol los datos son Presioacuten de entrada 0 psig Flujo 301911 bbld
Se resentildean en la tabla 22 los principales resultados necesarios para el estudio
de la configuracioacuten de Supermetanol
CAPIacuteTULO III
97
Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Supermetanol
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Sumeca20 1 00 14947 11320 9708 301947 47952 LIacuteQUIDO 0411 2705 2 6585 14664 11261 9705 301826 47972 LIacuteQUIDO 0413 2692 3 13169 14469 11203 9701 301708 47991 LIacuteQUIDO 0415 2679 4 19754 14186 11148 9697 301594 48009 LIacuteQUIDO 0417 2667 5 26339 13991 11094 9693 301483 48026 LIacuteQUIDO 0418 2656 6 32923 13708 11041 9690 301377 48043 LIacuteQUIDO 0420 2645 7 39508 13513 10991 9687 301272 48060 LIacuteQUIDO 0422 2634 8 46093 13230 10941 9683 301173 48076 LIacuteQUIDO 0424 2624 9 52677 13035 10894 9680 301075 48091 LIacuteQUIDO 0425 2614
10 59262 12753 10847 9677 300981 48106 LIacuteQUIDO 0427 2605 11 65846 12558 10803 9674 300890 48121 LIacuteQUIDO 0428 2596 12 72431 12275 10759 9672 300802 48135 LIacuteQUIDO 0430 2587 13 79016 12080 10717 9669 300716 48149 LIacuteQUIDO 0431 2578 14 85600 11798 10675 9666 300634 48162 LIacuteQUIDO 0432 2570 15 92185 11603 10636 9664 300554 48175 LIacuteQUIDO 0434 2563 16 98770 11321 10597 9661 300477 48187 LIacuteQUIDO 0435 2555 17 105350 11126 10560 9659 300402 48199 LIacuteQUIDO 0436 2548 18 111940 10844 10523 9656 300330 48211 LIacuteQUIDO 0437 2541 19 118520 10649 10488 9654 300259 48222 LIacuteQUIDO 0439 2534 20 125110 10367 10454 9652 300192 48233 LIacuteQUIDO 0440 2528 21 131690 10172 10421 9650 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 2521 Linea de Flujo Sumeca16 (nuevo datum) 22 000 10148 10421 1538 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 3183 23 94324 8974 10387 1537 300079 48251 LIacuteQUIDO 0442 3176 24 188650 7800 10354 1537 300034 48258 LIacuteQUIDO 0443 3170 Linea de Flujo Sumeca12 (nuevo datum) 25 000 7736 10354 2483 300036 48258 LIacuteQUIDO 0443 4028 26 16798 7003 10352 2483 300046 48256 LIacuteQUIDO 0442 4029 27 33596 6303 10349 2483 300055 48255 LIacuteQUIDO 0442 4029
CAPIacuteTULO III
98
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4834 psig (6303 psia) En la figura 21 graacutefica Presioacuten vs Distancia
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga (Figura 22)
Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1830 1800 1750
1740 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 276248 271720
264172 262662 y 256624 En la figura 22 se puede apreciar que se consigue un
valor de presioacuten final maacutes aproximado a 70 psig con un flujo de 1740 m3h
CAPIacuteTULO III
99
Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol)
3223 MTBE de Super Octanos
Luego de ingresar las propiedades de la configuracioacuten se procede a correr el
modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar
Presioacuten de entrada 0 psig
Flujo 301911 bbld
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la corrida del simulador
CAPIacuteTULO III
100
Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo MTBE20 1 00 14970 11331 9708 301937 46353 LIacuteQUIDO 0250 4291 2 7183 14652 11233 9705 301838 46368 LIacuteQUIDO 0251 4274 3 14367 14473 11139 9702 301743 46383 LIacuteQUIDO 0252 4257 4 21550 14155 11050 9699 301654 46397 LIacuteQUIDO 0253 4243 5 28734 13977 10966 9696 301568 46410 LIacuteQUIDO 0254 4227 6 35917 13659 10886 9694 301489 46422 LIacuteQUIDO 0255 4214 7 43100 13480 10810 9691 301412 46434 LIacuteQUIDO 0256 4201 8 50284 13163 10737 9689 301340 46445 LIacuteQUIDO 0256 4189 9 57467 12984 10668 9687 301271 46456 LIacuteQUIDO 0257 4176
10 64651 12667 10603 9685 301206 46466 LIacuteQUIDO 0258 4166 11 71834 12488 10541 9683 301144 46475 LIacuteQUIDO 0259 4155 12 79017 12171 10482 9681 301087 46484 LIacuteQUIDO 0259 4145 13 86201 11993 10426 9679 301031 46493 LIacuteQUIDO 0260 4135 14 93384 11675 10372 9677 300979 46501 LIacuteQUIDO 0260 4127 15 100570 11497 10322 9676 300929 46508 LIacuteQUIDO 0261 4118 16 107750 11180 10274 9674 300883 46516 LIacuteQUIDO 0261 4111 17 114930 11001 10228 9673 300838 46523 LIacuteQUIDO 0262 4103 18 122120 10684 10184 9671 300797 46529 LIacuteQUIDO 0262 4096 19 129300 10506 10143 9670 300757 46535 LIacuteQUIDO 0263 4089 20 136480 10189 10104 9669 300721 46541 LIacuteQUIDO 0263 4083 21 143670 10011 10067 9668 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 4077 Linea de Flujo MTBE16 (nuevo datum) 22 00 9987 10067 1541 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 5146 23 9432 8866 10036 1540 300672 46548 LIacuteQUIDO 0263 5149 24 18865 7744 10006 1540 300665 46549 LIacuteQUIDO 0263 5151 Linea de Flujo MTBE12 (nuevo datum) 25 000 7682 10006 2488 300667 46549 LIacuteQUIDO 0263 6547 26 16798 6984 10006 2488 300686 46546 LIacuteQUIDO 0263 6555 27 33596 6307 10006 2488 300708 46543 LIacuteQUIDO 0263 6562
Tanto para MTBE como para el Iso-Octano estos fluidos se incluyeron al
simulador como black oil para lograr un comportamiento de viscosidad cercano al
CAPIacuteTULO III
101
teoacuterico se ingresaron valores de temperatura y viscosidad dentro del rango de
operacioacuten del proyecto
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4837 psig (6307 psia) Debido a que no se alcanza con el flujo de
disentildeo 70 psig a la salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de
sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida
de descarga al brazo de carga (Figura 23)
Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE)
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1850 1800 1750
1735 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720
261908 262662 y 256624 En la figura 23 se puede apreciar que se consigue una
presioacuten final maacutes cercana a 70 psig con un flujo de 1735 m3h
CAPIacuteTULO III
102
3224 Iso-Octano de Super Octanos
Se realiza la corrida del modelo con los mismos datos de entrada utilizados
en la configuracioacuten de MTBE Se resumieron en la tabla 24 los principales resultados
Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de IsoOctano
L P T v q ρ Patroacuten de flujo micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (PI-SS) (cP) x10-6 Linea de Flujo IsoOctano20 1 00 14970 11334 9708 301940 42283 LIacuteQUIDO 0454 2159 2 8340 14623 11209 9704 301816 42300 LIacuteQUIDO 0456 2151 3 16680 14424 11092 9700 301697 42317 LIacuteQUIDO 0457 2142 4 25020 14078 10982 9697 301588 42332 LIacuteQUIDO 0459 2135 5 33360 13879 10880 9694 301485 42347 LIacuteQUIDO 0461 2128 6 41700 13532 10783 9691 301391 42360 LIacuteQUIDO 0462 2121 7 50039 13334 10693 9688 301301 42373 LIacuteQUIDO 0463 2115 8 58379 12987 10609 9685 301219 42384 LIacuteQUIDO 0464 2110 9 66719 12789 10530 9682 301141 42395 LIacuteQUIDO 0466 2104
10 75059 12442 10455 9680 301070 42405 LIacuteQUIDO 0467 2099 11 83399 12244 10386 9678 301002 42415 LIacuteQUIDO 0468 2094 12 91739 11898 10320 9676 300940 42423 LIacuteQUIDO 0469 2090 13 100080 11699 10259 9674 300881 42432 LIacuteQUIDO 0470 2086 14 108420 11353 10202 9672 300829 42439 LIacuteQUIDO 0470 2083 15 116760 11154 10149 9671 300777 42446 LIacuteQUIDO 0471 2079 16 125100 10808 10098 9669 300732 42453 LIacuteQUIDO 0472 2076 17 133440 10610 10051 9668 300688 42459 LIacuteQUIDO 0473 2073 18 141780 10264 10007 9667 300650 42464 LIacuteQUIDO 0473 2070 19 150120 10065 9966 9665 300612 42470 LIacuteQUIDO 0474 2068 20 158460 9719 9927 9664 300580 42474 LIacuteQUIDO 0474 2066 21 166800 9521 9890 9663 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2063 Linea de Flujo IsoOctano16 (nuevo datum) 22 00 9499 9890 1540 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2605 23 9432 8399 9865 1540 300555 42478 LIacuteQUIDO 0474 2607 24 18865 7410 9842 1540 300568 42476 LIacuteQUIDO 0474 2609 Linea de Flujo IsoOctano12 (nuevo datum) 25 000 7353 9842 2487 300571 42476 LIacuteQUIDO 0474 3316 26 16798 6708 9842 2487 300602 42471 LIacuteQUIDO 0474 3319 27 33596 6082 9842 2488 300639 42466 LIacuteQUIDO 0473 3323
CAPIacuteTULO III
103
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4612 psig (6082 psia) Debido a que no se alcanza los 70 psig a la
salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando
el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo
de carga (Figura 24)
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2000 1850 1800 1750 y
1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720 264172
y 256624 En la figura 24 se nota que el valor de flujo con una presioacuten final cercana
a 70 psig es de 1700 m3h
Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano)
CAPIacuteTULO III
104
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS
Para realizar la comparacioacuten entre modelos se agruparon en tablas los
resultados correspondientes a las caiacutedas de presioacuten de cada uno de los modelos
separados por tramos y luego se calculoacute el porcentaje de desviacioacuten entre los valores
Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor
METANOL
Metor Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 2864 2697 621 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 11986 12131 120
Δp tuberiacutea 16 (psia) 3234 3702 1264 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8752 8429 383 Δp tuberiacutea 12 (psia) 2193 2329 584
Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6559 6100 752
Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Supermetanol
METANOL Supermetanol Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4875 4775 210 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10095 10172 076 Δp tuberiacutea 16 (psia) 2097 2372 1158 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7997 7800 253 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1419 1497 520 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6578 6303 437
CAPIacuteTULO III
105
Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE
MTBE Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4900 4959 118 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10070 10011 059 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1942 2267 1435 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8128 7744 496 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1319 1437 823 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6809 6307 796
Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano
IsoOctano Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 5365 5449 155 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 9605 9521 089 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1818 2111 1389 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7788 741 510 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1229 1328 743 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6558 6082 783
Debido a que la operacioacuten de las configuraciones empleando los flujos de
disentildeo no permiten que se mantenga la condicioacuten limitante que la presioacuten en la
entrada al brazo de carga sea de 70 psig se hace un cuadro comparativo entre estos
valores como se muestra en la tabla 29
CAPIacuteTULO III
106
Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Flujo oacuteptimo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Porcentaje comparativo entre los valores de flujo () 1682 1494 1527 1765
54 CAPACIDAD DE DESPACHO DURANTE LA VENTANA
OPERACIONAL DE CADA UNA DE LAS PLANTAS
En el Muelle Criogeacutenico soacutelo se dispone de un brazo para el despacho de los
productos de las 3 empresas mixtas con la implementacioacuten del proyecto tratado en
este trabajo se espera una mayor holgura para la carga de los productos a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico asiacute como tambieacuten se podraacute despachar mayor cantidad de
productos al mismo tiempo ya que cada producto tendraacute un brazo individual De esta
forma habraacute la posibilidad de utilizar hasta 4 brazos al mismo tiempo para cargar en
dos buques diferentes ya que soacutelo se dispone de la plataforma este y la oeste para el
despacho de productos pero se pueden cargar 2 tipos de productos en el mismo
buque
Se debe tener en cuenta que la empresa FertiNitro tambieacuten despacha sus
productos (amoniacuteaco) a traveacutes del Brazo de Carga M-501 ubicado en la plataforma
de liacutequidos al igual que los brazos M-502 M-503 M-504 y M-505 como se pudo
observar en la Figura 16 (Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De
Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose)
Se pueden cuantificar las posibilidades de carga de la mayor cantidad de
productos simultaacuteneamente en 12 casos diferentes como se muestra en la tabla 30
CAPIacuteTULO III
107
Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Caso Lado Oeste Lado Este 1 Metor M-505 Metor M-504
Metor M-503 Soca M-502
2 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503 Soca M-502
3 Metor M-505 Metor M-504 Metor M-503
4 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503
5 Metor M-505
Metor M-503
6 Sumeca M-505
7 Sumeca M-505
Metor M-503
Soca M-502
8 Sumeca M-504
Soca M-502
9 Metor M-504
Soca M-502
10 Soca M-502
11 Sumeca M-504
12 Metor M-504
FertiNitro M-501
Con los datos recopilados en la tabla 11 se obtiene la siguiente distribucioacuten
porcentual seguacuten el despacho de cada una de las plantas involucradas en el proyecto
CAPIacuteTULO III
108
33
39
28
SupermetanolMetorSuper Octanos
Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del Muelle
Criogeacutenico
Debido a que se tiene conocimiento de los voluacutemenes despachados en buques
por FertiNitro actualmente en el Muelle Petroquiacutemico y el despachado por Metor
Supermetanol y Super Octanos por el Muelle Criogeacutenico se hace una proyeccioacuten del
porcentaje de produccioacuten mensual de despachos para el antildeo 2008 del Muelle
Petroquiacutemico cuando el proyecto se encuentre en operacioacuten De esta forma la
ocupacioacuten se puede decir que tendraacute la distribucioacuten mostrada en la Figura 26
17
3627
20
FertiNitroMetorSupermetanolSuper Octanos
Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro
CAPIacuteTULO III
109
La ventana operacional con la cual contaraacuten las plantas para el despacho de
sus productos seraacute al igual que en la actualidad de 72 horas contando con hasta 32
horas para el despacho De acuerdo a las velocidades maacuteximas de despacho
calculadas anteriormente se recrea un tiempo estimado de despacho al buque de cada
uno de los productos en la tabla 31
Se escogen capacidades de buques aproximadas debido a que de acuerdo a la
Tabla 12 cada buque presenta capacidades diferentes ademaacutes que podriacutean cargar
menor cantidad de productos de lo que su capacidad total permite dependiendo de las
teacutecnicas de negociacioacuten que sean empleadas en la venta de los productos
Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques
METANOL
Metor METANOL
Supermetanol MTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Flujo maacutesico (TMh) 16105 13181 12301 11144 Buque de 10 MTM
Tiempo (h) 621 759 813 897
Buque de 15 MTM Tiempo (h)
931 1138 1219 1346
Buque de 20 MTM Tiempo (h)
1242 1517 1626 1795
Buque de 25 MTM Tiempo (h)
1552 1897 2032 2243
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
110
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
La seleccioacuten de tuberiacuteas principales se realizoacute de acuerdo al piping class
utilizado en el Muelle Petroquiacutemico pero debido a las altas exigencias de seguridad
de dicho muelle las cuales no son necesarias en las aacutereas externas al Muelle se hizo
la salvedad de permitir el uso de tuberiacutea con costura fuera del liacutemite de bateriacutea del
Muelle De esta forma la tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es
ASTM A-53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia hasta que
se obtengan los resultados del estudio de golpe de ariete del cual podriacutea resultar que
el rating necesario para las tuberiacuteas sea de 300 lbf Desde el punto de salida de las
plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del Muelle se utilizaraacute tuberiacutea tipo E (soldada con
resistencia eleacutectrica) y una vez dentro de los linderos del Muelle las tuberiacuteas deberaacuten
ser sin costura (Tipo S) al igual que las vaacutelvulas y los accesorios Las tablas 7 8 y 9
muestran las caracteriacutesticas de cada una de las liacuteneas
La seleccioacuten de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar se realizoacute conforme a que el
caacutelculo de los espesores miacutenimos requeridos en cada una de las liacuteneas reporta valores
de hasta 50 por debajo de la ceacutedula miacutenima comercial (Schedule 10) Luego de
aplicar un factor de seguridad riguroso se toma como alternativa tolerante la ceacutedula
estaacutendar en cada una de las liacuteneas (ver tablas 13 y 14)
El valor miacutenimo de presioacuten requerido en el punto final de la tuberiacutea de 12rdquo es
de 70 psig Dicho valor es necesario para que el fluido recorra el brazo de carga y
descargue al buque con una presioacuten de 20 psig
El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado a la
presioacuten de descarga de las bombas de cada planta que para todos los casos se tomoacute
la resentildeada en la hoja de especificaciones de cada bomba como presioacuten de operacioacuten
El caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las liacuteneas es un valor aproximado debido a
la carencia de informacioacuten definitiva acerca de las vaacutelvulas y accesorios que seraacuten
implementados en las liacuteneas Para la fecha de culminacioacuten de este Trabajo Especial
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
111
de Grado las empresas mixtas auacuten no teniacutean bien especificado los elementos de
control que se aplicaraacuten a las liacuteneas incluyendo asiacute el tipo de vaacutelvulas que seraacuten
empleados Los valores de caiacuteda de presioacuten que se reportan en el punto final de la
tuberiacutea de 12rdquo son mayores a los que se deberiacutea esperar para el momento de ejecucioacuten
del proyecto
El caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten primeramente se realizoacute mediante el uso de
la ecuacioacuten de Fanning utilizando el nuacutemero de Reynolds para el caacutelculo del factor
de friccioacuten Estos valores de caiacuteda de presioacuten se calcularon para cada uno de los
tramos de tuberiacutea reportaacutendose en las tablas 18 19 y 20
El segundo meacutetodo de caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten se realizoacute mediante la
corrida en PIPESIMreg de cada uno de los casos por separado de acuerdo al fluido que
transportariacutea cada liacutenea y la planta que manejariacutea dicho fluido Debido a que
PIPESIMreg es un simulador de produccioacuten de petroacuteleo se estudioacute la manera de incluir
Metanol MTBE e Iso-Octano al programa
Para el modelaje del comportamiento de viscosidad del metanol se empleoacute
Pedersen siendo eacuteste el que mejor se adaptaba al teoacuterico Los modelos de viscosidad
utilizados para MTBE e Iso-Octano a diferencia del Metanol se generaron a partir de
2 pares de valores de viscosidad y temperatura ingresados por el usuario con lo cual
el modelo de viscosidad se asemeja al teoacuterico en el rango de temperatura utilizado el
cual es cercano al de operacioacuten del proyecto
Para todas las configuraciones el valor de presioacuten en el punto final de las
tuberiacuteas de 12rdquo manejando el flujo de disentildeo se encuentra por debajo de 70psig con
un margen de hasta 25 psi (como se reporta en las tablas 25 26 27 y 28) tanto en los
caacutelculos con la ecuacioacuten de Fanning como los generados por el simulador
Se compararon los valores de presioacuten reportados en cada una de las corridas
y se pudo apreciar la similitud de eacutestos con los calculados con la ecuacioacuten de
Fanning se puede apreciar que la divergencia entre valores de presioacuten reportados en
las tablas 26 27 28 y 29 no es significativa los valores maacutes distantes reportan un
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
112
desviacioacuten de hasta 14 Los valores generados por el simulador se consideraron con
mayor exactitud debido a que el simulador hace caacutelculos de los valores de viscosidad
y presioacuten a cada uno de los intervalos en los cuales se separa la longitud total de la
tuberiacutea lo cual no se hace en la ecuacioacuten de Fanning
Los valores finales de presioacuten correspondientes a Metanol MTBE e Iso-
Octano presentan porcentajes de divergencia menores al 8 lo que se puede atribuir
al hecho que los fluidos son ingresados a un simulador de hidrocarburos lo cual trae
consecuencias ya que la viscosidad del fluido a pesar de presentar valores cercanos a
los teoacutericos fueron calculados con correlaciones para petroacuteleo
Debido a que los valores generados por el simulador al final de la tuberiacutea de
12rdquo son inferiores a 70 psig (operando con el flujo de disentildeo) se realizaron anaacutelisis
de sensibilidad a cada una de las liacuteneas variando los valores del flujo de salida de la
bomba Es debido a este factor limitante que los flujos de disentildeo no son alcanzados
en las configuraciones como se muestra en la tabla 29 Los flujos que operaraacuten las
liacuteneas para mantener la condicioacuten limitante se encuentran entre 15 y 18 por debajo
del flujo de disentildeo
Los valores de flujo conseguidos al aplicar el anaacutelisis de sensibilidad a las
liacuteneas se encuentran por encima del que se espera al momento de ejecutar el proyecto
debido a que no se incluye la peacuterdida de presioacuten debido a las vaacutelvulas que seraacuten
conectadas a las liacuteneas Los valores de flujo obtenidos en este anaacutelisis no deberaacuten ser
tomados como valores reales sino como valores maacuteximos de operacioacuten de las
configuraciones
Referente a la ocupacioacuten del muelle se puede notar que auacuten para el caso maacutes
desfavorable el despacho de Iso-Octano a un buque de gran tamantildeo (menor
velocidad de flujo) el tiempo de carga es menor a 24 horas como se puede observar
en la tabla 31 Seguacuten experiencias actuales se conoce que los tiempos de despacho
se encuentran entre 15 y 32 horas dependiendo de la capacidad de los buques y de la
velocidad de bombeo La tasa maacutexima de bombeo hacia el Muelle Criogeacutenico en la
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
113
actualidad es de 1000 m3h con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten
los tiempos de despacho
En cuanto a las necesidades de ocupacioacuten de cada usuario (Metor
Supermetanol Super Octanos y FertiNitro) en el Muelle Petroquiacutemico se observa
que es Metor quien tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten Supermetanol y Super
Octanos seguiraacuten en cuanto al nivel de necesidad y seraacute FertiNitro quien menos
requiera del uso del Muelle ya que esta uacuteltima empresa tiene despachos mensuales de
uno a dos buques y las otras plantas tienen despachos de 4 oacute 5 buques mensuales En
la figura 26 se aprecian los porcentajes de distribucioacuten de cada una de las plantas
esperados en el momento cuando entre en vigencia el uso del Muelle Petroquiacutemico de
Jose para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
CONCLUSIONES
114
CONCLUSIONES
A continuacioacuten se presentan las principales conclusiones resultantes del
estudio de este Trabajo Especial de Grado
bull La tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es ASTM A-
53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia
Desde el punto de salida de las plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del
Muelle seraacute tuberiacutea Tipo E (soldada con resistencia eleacutectrica) y
dentro de los linderos del Muelle seraacute Tipo S (sin costura)
bull El factor limitante de la velocidad de flujo en cada una de las
configuraciones es una presioacuten igual a 70 psig reportado al final de
la tuberiacutea de 12rdquo
bull El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado
a la presioacuten de operacioacuten de las bombas
bull Los valores de caiacuteda de presioacuten resultantes son valores aproximados
de igual forma sucede con los valores de flujo eacutestos deberaacuten ser
tomados como valores maacuteximos de despacho
bull La simulacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en cada una de las liacuteneas se
realizoacute con PIPESIMreg la inclusioacuten de Metanol en la configuracioacuten se
hizo siguiendo el modelo de fluido composicional mientras que el
modelo utilizado para la inclusioacuten de MTBE e Iso-Octano fue black
oil
bull Los valores de presioacuten reportados en las corridas y los calculados con
la ecuacioacuten de Fanning presentaron una desviacioacuten porcentual menor
al 15 comparativamente entre los dos modelos Se consideran con
mayor exactitud los valores generados por el simulador
CONCLUSIONES
115
bull Los valores finales de presioacuten a la entrada del brazo de carga son
menores a 70psig en operacioacuten con el flujo de disentildeo
bull La velocidad de flujo con mayor operatividad en cada uno de los
casos es menor que los flujos de disentildeo de cada una de las liacuteneas en
un rango menor al 18 en todos los casos
bull Los brazos de carga a utilizar en las instalaciones del Muelle
Petroquiacutemico de Jose seraacuten de 12rdquo con facilidades para retorno de
vapores
bull El tiempo maacuteximo de carga de los buques con capacidades de hasta
25000TM son 24 horas
bull Con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten los tiempos
de despacho a los buques de Metanol MTBE e Iso-Octano con
respecto al sistema actual
bull Metor tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten del Muelle
Petroquiacutemico Supermetanol y Super Octanos seguiraacuten en cuanto al
nivel de necesidad y FertiNitro seraacute quien tenga menor requerimiento
de uso del Muelle
RECOMENDACIONES
116
RECOMENDACIONES
Realizar el estudio de golpe de ariete para evaluar la necesidad de
proteccioacuten mecaacutenica de las liacuteneas asiacute como de las vaacutelvulas y accesorios
Una vez obtenida la disposicioacuten de todos los elementos de control que
seraacuten instalados en las liacuteneas agregar la peacuterdida de presioacuten causada debido
a las vaacutelvulas y accesorios para luego recalcular los flujos de despacho en
cada una de las configuraciones
Incluir en los procedimientos operacionales del Muelle Petroquiacutemico de
Jose la implementacioacuten de programas de inspeccioacuten y mantenimiento de
las liacuteneas involucradas en el proyecto asiacute como vaacutelvulas accesorios
brazos de carga sistema de alivio de vapores
Escoger la mejor opcioacuten para la disposicioacuten de liacutequidos y vapores
generados en el proceso de despacho de buques (instalacioacuten de tanques de
alivio disposicioacuten de fluidos hacia el flare o la instalacioacuten de la liacutenea de
retorno hacia la planta de Super Octanos)
Asegurar la posibilidad de control de las vaacutelvulas localizadas en los brazos
de carga M503 M-504 y M-505 tanto por Metor como por Supermetanol
Incluir en los procedimientos operacionales toda la logiacutestica a seguir para
realizar el lavado (Flushing) con agua de los tanques de almacenamiento de
los buques asiacute como la inertizacioacuten de eacutestos en caso de ser necesario
RECOMENDACIONES
117
Estudiar el suministro y conexioacuten de nitroacutegeno en el estribo del Muelle
para el desalojo de las liacuteneas y en caso de ser necesario la inertizacioacuten de
los tanques de almacenamiento de los buques
Realizar la clausura de las liacuteneas existentes en el Muelle Criogeacutenico de
manera adecuada asiacute como la recoleccioacuten de los activos pertenecientes a
las empresas mixtas y Pequiven en dicho Muelle
Tramitar la permisologiacutea ante los entes gubernamentales para la aprobacioacuten
del proyecto
BIBLIOGRAFIacuteA
118
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
[1] ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31 Capiacutetulo II
[2] Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico
9na edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
[3] Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
[4] Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Tomo II
Meacutexico Edit Mc Graw Hill 1992
[5]Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpip
esim_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
[6] Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1979
BIBLIOGRAFIacuteA
Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico 9na
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
Barberii EE El Pozo Ilustrado 3ra edicioacuten Caracas PDVSA 1985
Branan Carl R Soluciones praacutecticas para el Ingeniero Quiacutemico 2da
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 2000
Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1992
Reza Garciacutea Clemente Flujo de fluidos en vaacutelvulas accesorios y tuberiacuteas
Crane Co Meacutexico Mc Graw Hill 1990
BIBLIOGRAFIacuteA
119
Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc Graw
Hill 1979
The MW Kellogg Company Design of piping systems 2da edicioacuten Jhon
Wiley and sons
Paper SPE 20631 Xlao JJ Shoham O y Brill JP A comprehensive
Mechanistic Model for Two-Phase Flow in Pipelines Society of Petroleum
Engineers Inc University of Tulsa 1990
Paper SPE 20645 Z El-Oun Gas-Liquid Two-Phase Flow in Pipelines
Society of Petroleum Engineers Inc CALtec Limited Subsidiary of BHR Group Ltd
1990
Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
Tecnoconsult httpwwwtecnoconsultcom [consulta Noviembre 2005]
Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpipesi
m_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
PDVSA httpwwwinteveppdvcomsantppquimicosind_productoshtm
[consulta diciembre 2005]
Wipedia httpeswikipediaorgwikiGolpe_de_ariete [consulta Mayo
2006]
ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31
PDVSA No L-TP- 15 Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Manual de Ingenieriacutea
de Disentildeo Volumen 13-III Procedimiento de Ingenieriacutea
PDVSA No MDP-02-FF-03 Flujo en Fase Liacutequida Manual de Disentildeo de
Proceso Flujo de fluidos
BIBLIOGRAFIacuteA
120
PDVSA Especificaciones teacutecnicas de Materiales y de Construccioacuten
PDVSA Higiene Industrial Iacutendice general de productos quiacutemicos
GLOSARIO
121
GLOSARIO
Black Oil petroacuteleo negro
Data sheet hoja de especificaciones
Flare mechurrio
Pipe rack corredor de tuberiacutea casillero de tubos
Piping class Tipo de tuberiacutea
Rating capacidad nominal
Schedule ceacutedula o calibre
Source fuente
ANEXO 1
122
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano
El anexo 1 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Iso-Octano del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 2
123
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol
El anexo 2 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Metanol del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 3
124
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE
El anexo 3 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al MTBE del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
IacuteNDICE GENERAL
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO 61 21 CONDICIONES DE DISENtildeO 61
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 61 212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS 62 213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO JOSE 63 214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS 63
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS 68
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS 68 2211 Metor 68 2212 SuperMetanol 74 2213 MTBE de Super Octanos 75 2214 IsoOctano de Super Octanos 77
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE 79
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO 79
CAPIacuteTULO III RESULTADOS 83
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED 83
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA FRICCIOacuteN EN
LAS TUBERIacuteAS 85
321 ECUACIOacuteN DE FANNING 86 322 PIPESIMreg 91
3221 Metor 91 3222 Supermetanol 96 3223 MTBE de Super Octanos 99 3224 Iso-Octano de Super Octanos 102
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS 104
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 110
CONCLUSIONES 114
RECOMENDACIONES 116
BIBLIOGRAFIacuteA 118
GLOSARIO 121
IacuteNDICE GENERAL
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano 122
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol 123
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE 124
IacuteNDICE DE FIGURAS
ix
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute Antonio Anzoaacutetegui 8
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui 11
Figura 3 Diagrama de corte 15 Figura 4 Diagrama de Moody 23 Figura 5 Curva de flujo general 26 Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor 69 Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor) 70 Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor 70 Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor 71 Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor 72 Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor 73 Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol 74 Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de
Super Octanos 76 Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de
Super Octanos 77 Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de
Super Octanos 78 Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el
Muelle Petroquiacutemico Jose 80 Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor 92 Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h 94 Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor) 95 Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h 96 Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h 98 Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol) 99 Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE) 101 Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano) 103 Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del
Muelle Criogeacutenico 108 Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro 108
IacuteNDICE DE TABLAS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose 12 Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales 23 Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta 33 Tabla 4 Propiedades de los fluidos 61 Tabla 5 Sistema de Bombeo 62 Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose 63 Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo) 64 Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo 65 Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo 66 Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios67 Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga 81 Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9 82 Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura 84 Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura 84 Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura 85 Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol 88 Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas propiedad de Super Octanos 89 Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas
Principales 89 Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo 90 Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo 90 Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor 93 Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
Supermetanol 97 Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE 100 Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
IsoOctano 102 Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor 104 Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de
Supermetanol 104 Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE 105 Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano 105 Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos 106 Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico 107 Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques109
NOMENCLATURA
xi
NOMENCLATURA
c= suma de tolerancias dejadas por la corrosioacuten la erosioacuten y cualquier profundidad de la muesca o estriado (-)
Cv = coeficiente de flujo en la vaacutelvula que pasa bajo una caiacuteda de presioacuten de l psi
cv= calor especiacutefico del fluido (BTUlbdegR)
D= diaacutemetro del conducto (ft)
d= diaacutemetro interno de la vaacutelvula (ft)
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea (ft)
dudy= gradiente de velocidad (1s)
E= factor de calidad (-)
F= peacuterdida por friccioacuten (ftlbflb)
f= factor de friccioacuten de Fanning (-)
G= velocidad maacutesica media (lbsft2)
g= aceleracioacuten local debido a la gravedad (322 fts2)
gc= constante dimensional (3217 lbftlbfs2)
hv= carga de velocidad (ft)
i= entalpiacutea especiacutefica (BTUlb)
J= equivalente mecaacutenico de calor (ftlbfBTU)
K= iacutendice de consistencia (lbfsnft2)
K1= cantidad de cargas de velocidad (fts)
L= dimensioacuten lineal caracteriacutestica del canal de flujo (ft)
L1= longitud del conducto (ft)
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes (ft)
Le= longitud equivalente (ft)
n= exponente (-)
nacute= exponente de la ley de potencia (-)
NRe = nuacutemero de Reynolds (-)
P= presioacuten de disentildeo (lbfft2)
p= presioacuten absoluta (lbfft2)
p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba (lbfft2)
p2= presioacuten estaacutetica corriente abajo (lbfft2)
NOMENCLATURA
Q= calor agregado (BTU)
q= flujo volumeacutetrico del fluido (ft3s)
r= radio (ft)
RH= radio hidraacuteulico medio (ft)
rw= radio de la tuberiacutea (ft)
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales (lbfft2)
s= entropiacutea especiacutefica (BTUlb degR)
SE= esfuerzo permisible (lbfft2)
Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto (-)
tm= espesor miacutenimo de pared (ft)
u= energiacutea interna especiacutefica (BTUlb)
U= distancia de anclajes (ft)
v= volumen especiacutefico (ft3lb)
V= velocidad lineal media (fts)
vprom= volumen especiacutefico promedio (ft3lb)
v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba (ft3lb)
v2= volumen especiacutefico en condiciones corriente abajo (ft3lb)
W= trabajo externo neto (lbfft)
We= trabajo proporcionado por una fuente externa (lbfft)
y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser absorbida por el sistema (ft)
Z= altura por arriba de cualquier plano de referencia horizontal arbitrario (ft)
Siacutembolos griegos Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica (lbfft2)
ΔTa= aumento global de la temperatura (degF)
ε= aspereza de la superficie interna del canal (ft)
η= viscosidad plaacutestica (lbfts)
μ= viscosidad dinaacutemica (lbfts )
μa= viscosidad aparente (lbfts )
ν =viscosidad cinemaacutetica (ft2s)
NOMENCLATURA
θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la horizontal (ordm)
ρ= densidad del fluido (lbft3)
ρprom= densidad promedio (lbft3)
τ= esfuerzo cortante (lbfft2)
τw= esfuerzo cortante en la pared (lbfft2)
τy= esfuerzo de cedencia (lbfft2)
ω= flujo en peso del fluido (lbs)
Abreviaturas ASME= The American Society of Mechanical Engineers
CS= Condiciones Standard
EOS= Equations of State
ERW= Electric Resistance Weld
MTBE= Metil Ter-Butil Eacuteter
MTMA= mil toneladas meacutetricas anuales
MTMM= mil toneladas meacutetricas mensuales
Soca= Super Octanos CA
Sumeca= Supermetanol CA
TAME= Ter-Amil Metil Eacuteter
INTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCIOacuteN
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) en la buacutesqueda de un despacho para
sus productos a traveacutes del puerto de su propiedad en el Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui se planteoacute el Proyecto ldquoFacilidades para el despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
En el complejo existen cuatro empresas mixtas FertiNitro Metanol de
Oriente (Metor) Supermetanol y Super Octanos de las cuales soacutelo la primera
descarga sus productos a traveacutes del muelle de Pequiven las otras empresas lo hacen a
traveacutes del Terminal de Almacenamiento y Embarque de Jose (TAEJ) lo cual es
necesario redireccionar
El referido proyecto consta de la instalacioacuten de todas las facilidades para el
despacho de productos (Metanol MTBE e Iso-Octano) a traveacutes del Muelle
Petroquiacutemico de Jose incluyendo la red de liacuteneas hidraacuteulicas y los brazos de carga en
el muelle para lo cual se hace necesario el levantamiento en campo de los datos
requeridos para llevar a cabo el disentildeo El desarrollo del proyecto consiste en la
Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten (IPC) para el despacho de los productos desde las
plantas Metor Supermetanol y Super Octanos hasta la plataforma de liacutequidos del
Muelle Petroquiacutemico de Jose lo cual a grandes rasgos comprende la instalacioacuten de
a) Cuatro liacuteneas y cuatro brazos de carga
b) Instalacioacuten de un tanque para contingencias en el proceso de carga
c) Una liacutenea que interconecte las tuberiacuteas de los brazos de Metanol para dar
la facilidad a Supermetanol y Metor de despachar tanto del lado Este como
Oeste
d) Una liacutenea de venteo de gases de MTBE Metanol Iso-Octano y sus
mezclas desde el Muelle hasta el cabezal del mechurrio existente
e) Interconexioacuten al sistema de tuberiacuteas existentes para servicios industriales
INTRODUCCIOacuteN
El presente Trabajo Especial de Grado tiene como objetivo el disentildeo del
sistema de transporte para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico de Jose basaacutendose en el uso del software PIPESIMreg
PIPESIMreg es un simulador con aplicaciones para tuberiacuteas que mediante el
suministro de algunos datos como flujo presioacuten temperatura propiedades fiacutesico-
quiacutemicas y termodinaacutemicas de los fluidos disentildeo de las tuberiacuteas ademaacutes de las
ecuaciones seleccionadas de acuerdo al fluido y variables a manejar arroja resultados
que permiten predecir tiempos oacuteptimos de carga de los buques asiacute como los efectos
que podriacutea causar sobre el sistema cualquier cambio operacional realizado
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) junto a las empresas mixtas que
laboran en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui deben habilitar las instalaciones del
Muelle Petroquiacutemico de Jose propiedad de Pequiven para lo cual se tiene previsto el
desarrollo de la Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten del proyecto ldquoFacilidades para el
Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de
Joserdquo que se encuentra en su fase inicial desde febrero de 2006 En la fase de
ingenieriacutea son muchas las interrogantes que se plantean las empresas mixtas acerca de
las caracteriacutesticas para el despacho que tendraacuten sus productos asiacute como la
implementacioacuten de diferentes configuraciones de tuberiacuteas para lograr un mayor
volumen de despacho o mejoras en la calidad de dicho despacho
Es asiacute como se plantea este Trabajo Especial de Grado direccionado hacia
la buacutesqueda de soluciones al disentildeo del sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de
despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose
utilizando como herramienta el software PIPESIMreg
Se elabora la simulacioacuten del sistema de transporte que se desea instalar en el
Muelle Petroquiacutemico de Jose para que sea eacutesta un modelo teoacuterico a seguir durante la
puesta en marcha del proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e
Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
OBJETIVOS
4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Disentildear el sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose utilizando
como herramienta el software PIPESIMreg
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Recopilar la informacioacuten de campo necesaria para la realizacioacuten del
disentildeo del proyecto
Disentildear el sistema de tuberiacuteas desde las Empresas Mixtas hasta los
brazos de carga ubicados en el Muelle Petroquiacutemico de Jose haciendo uso de
Pipesimreg2003
Disentildear las facilidades para el despacho de los productos hasta los
cargueros
Calcular los paraacutemetros y variables en cada una de las liacuteneas
Calcular la capacidad de despacho durante la ventana operacional para
cada uno de los productos
Calcular la capacidad operativa del muelle para el despacho
simultaacuteneo del mayor nuacutemero de cargueros
METODOLOGIacuteA
5
METODOLOGIacuteA
La metodologiacutea seguida en el presente Trabajo Especial de Grado se puede
recopilar en los siguientes puntos principales los cuales estaacuten separados por capiacutetulos
a lo largo del trabajo y presentan la siguiente estructura
El primer capiacutetulo correspondiente a los antecedentes explica los
principales aspectos de la empresa asiacute como la estructura participativa de Pequiven
Jose Luego se realiza el estudio de los principales aspectos teoacutericos involucrados en
ANTECEDENTES
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
DESARROLLO DEL DISENtildeO
Condiciones de disentildeo Revisioacuten del modelo ocupacional del Muelle
Disentildeo de tuberiacuteas
CAacuteLCULOS
AacuteNALISIS DE RESULTADOS
RESULTADOS
METODOLOGIacuteA
6
la elaboracioacuten de un disentildeo de sistema de transporte asiacute como la descripcioacuten del
software utilizado
Se explican las bases para la elaboracioacuten del disentildeo propiedades
involucradas y configuracioacuten de los elementos del proyecto Y por uacuteltimo se procede
al caacutelculo de las variables del disentildeo comparacioacuten entre modelos y estudio
operacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose
Se analizan los resultados obtenidos se generaraacuten conclusiones y se haraacuten
recomendaciones de acuerdo al estudio realizado
CAPIacuteTULO I
7
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL MARCO REFERENCIAL
11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA [3]
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA
Pequiven fue creada en 1977 asumiendo las funciones y operaciones de lo
que fuera el Instituto Venezolano de Petroquiacutemica (IVP) inaugurado en el antildeo 1955
Desde marzo de 1978 cuando se constituyoacute como filial de PDVSA Pequiven ha
vivido sucesivas etapas de reestructuracioacuten hasta llegar a convertirse en la
Corporacioacuten Petroquiacutemica de Venezuela
Su misioacuten es manufacturar y comercializar productos quiacutemicos y
petroquiacutemicos de alta calidad en el mercado nacional e internacional maximizando
el valor del gas y de las corrientes de refinacioacuten a fin de impulsar el desarrollo
industrial y agriacutecola del paiacutes
Su visioacuten es ser liacuteder en motorizar el desarrollo agriacutecola e industrial de
nuestro paiacutes ser reconocida en los mercados nacionales e internacionales por la
manufactura de productos quiacutemicos y petroquiacutemicos de alta calidad y a costos
competitivos
Estaacute integrada por tres Complejos Petroquiacutemicos El Tablazo en el estado
Zulia Moroacuten en el estado Carabobo y Jose en el estado Anzoaacutetegui Organizada en
Unidades de Negocio que atienden el desarrollo de tres liacuteneas de productos Olefinas
y sus derivados Fertilizantes y Productos Industriales Participa directamente en 16
Empresas Mixtas compuestas por socios nacionales e internacionales
112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE
El Complejo Jose ubicado en el estado Anzoaacutetegui costa oriental del paiacutes
es un desarrollo petroquiacutemico de Pequiven con gran futuro debido a la riqueza en gas
natural que posee la zona El Complejo tiene una superficie de 740 hectaacutereas donde se
han instalado las plantas de Super Octanos Metor Supermetanol y FertiNitro En la
CAPIacuteTULO I
8
figura 1 se puede observar una vista aeacuterea de las instalaciones del Complejo donde se
sentildealan los nombres de las calles que intervienen en el desarrollo del proyecto en
estudio
Ademaacutes de los servicios de agua electricidad gas generacioacuten de vapor y
otras instalaciones como las oficinas administrativas servicio de bomberos sistema
de intercomunicaciones cliacutenica industrial vigilancia sistema de disposicioacuten de
efluentes industriales mantenimiento todo ello para satisfacer las necesidades del
condominio
El desarrollo del complejo demuestra la experiencia y competitividad de
Pequiven cuya estructura empresarial no escatima esfuerzos en mantener actualizada
la capacidad de sus recursos humanos revisioacuten permanente de los procesos uso de la
tecnologiacutea de punta para fortalecer la productividad de sus plantas atencioacuten esmerada
consciente en la necesidad de conservar el ambiente y las relaciones interactivas y
comprometidas con el paiacutes
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui
Calle CCalle F
CAPIacuteTULO I
9
113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN
La decisioacuten gubernamental (1960) de permitir la participacioacuten asociada de
empresas venezolanas y extranjeras en el negocio petroquiacutemico fue muy acertada
Hoy esa modalidad empresarial ha fortalecido a Pequiven y ha logrado para el paiacutes
avances en tecnologiacutea y manufactura de productos petroquiacutemicos
Las ganancias generadas demuestran el progreso logrado por Pequiven y las
empresas mixtas respecto al aumento sostenido de la produccioacuten y diversificacioacuten de
productos como sigue
bull Olefinas y Plaacutesticos aacutecido clorhiacutedrico cloro dicloruro de etileno etileno
pirogasolina monoacutemero de cloruro de vinilo (MCV) cloruro de polivinilo (PVC)
polietileno de alta densidad polietileno de baja densidad polietileno lineal de baja
densidad polipropileno propileno y soda caacuteustica
bull Fertilizantes aacutecido fosfoacuterico aacutecido niacutetrico aacutecido sulfuacuterico amoniacuteaco
caprolactama fosfato diamoacutenico fosfato tricaacutelcico granulados de NPK nitrato de
potasio oleum roca fosfaacutetica solucioacuten de amoniacuteaco sulfato de amonio sulfato de
sodio urea
bull Productos Industriales alquilbencenos taacutelico anhiacutedrido benceno-tolueno-
xileno (BTX) clorofluorometanos glicol de etilenos metanol MTBE oacutexido de
etileno polifosfato de sodio tetraacutemero de propilenotres
114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR)
El inicio de operaciones de la planta de produccioacuten de Metanol empresa
mixta Metanol de Oriente (Metor SA) representa una significativa contribucioacuten
para el proceso de industrializacioacuten del gran potencial de gas natural con el que
cuenta Venezuela Esta empresa tiene una composicioacuten accionaria representada por
CAPIacuteTULO I
10
Pequiven Mitsubishi Corporation y Mitsubishi Gas Chemical Empresas Polar e
International Finance Corporation
Esta planta tiene una capacidad instalada de 750 MTMA de Metanol
producto de amplio uso en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
El Metanol es un insumo para la manufactura de productos oxigenados
(MTBE y TAME) ampliamente cotizados para mejorar el octanaje de la gasolina y
las emisiones al ambiente El Metanol tambieacuten es materia prima para producir resinas
y otros compuestos quiacutemicos Asiacute mismo es producto final utilizado como solvente y
combustible Esta variedad de aplicaciones le otorga al Metanol un lugar fundamental
en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE
(FERTINITRO)
El objetivo de esta empresa es la venta de productos elaborados en las
plantas de Amoniacuteaco y Urea asiacute como sus subproductos tanto en Venezuela como en
el extranjero
Tiene como socios a la empresa Koch Industries con 35 de participacioacuten
Snamprogetti aporta 20 Empresas Polar un 10 y Pequiven 35
Esta empresa tiene una capacidad instalada estimada en 1200 MTMA de amoniacuteaco y
1460 MTMA de urea
1143 SUPERMETANOL
Esta empresa tiene como principal objetivo la produccioacuten de Metanol asiacute
como la venta de dicho producto y de sus subproductos principalmente en el
mercado internacional Empresa compuesta por Pequiven Ecofuel Metanol Holding
y Petrochemical Investment Ltd La capacidad estimada de produccioacuten asciende a
770 MTMA
CAPIacuteTULO I
11
1144 SUPER OCTANOS
Empresa compuesta accionariamente por Pequiven Ecofuel y el Banco de
Inversioacuten Mercantil Se encarga de la produccioacuten de MTBE asiacute como la venta y
comercializacioacuten de sus productos principalmente en el mercado internacional
Opera desde el antildeo 1991 y su capacidad estaacute alrededor de 550 MTMA En la figura 2
se observa una toma aeacuterea de la planta dentro del Complejo Antonio Joseacute Anzoaacutetegui
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui
1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE
Se encarga del suministro de aguas industriales al Complejo Jose ademaacutes
del agua potable agua para incendios y servicios de remocioacuten de aguas negras a las
plantas petroquiacutemicas instaladas en los terrenos propiedad de Pequiven dentro del
complejo Posee una capacidad estimada de 1300 litros por segundo
CAPIacuteTULO I
12
A continuacioacuten se presenta un resumen de la estructura participativa de las
principales empresas mixtas ubicadas en el Complejo Petroquiacutemico Jose
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose
CAPACIDAD PARTICIPACIOacuteN EMPRESAS PRODUCTOS
[MTMA] USOS SOCIOS
[] Formaldehiacutedo Pequiven 3750
Mitsubishi Corporation
2375 Componente de gasolina MTBE Mitsubishi Gas
Chemical 2375
Solvente Empresas Polar 10
Metor Metanol 750
Acido aceacutetico IFC 5 Formaldehiacutedo Pequiven 3451 Componente de gasolina MTBE
Ecofuel 3451
Acido aceacutetico Metanol Holding Ltd
1549 Supermetanol Metanol 770
Solvente Petrochemical Investment Ltd
1549
Pequiven 49 Ecofuel 49
Super Octanos MTBE 550 Componente oxigenado de gasolina
Banca de Inversioacuten Mercantil
2
Pequiven 35 Amoniacuteaco 1200
Koch Industries 35 Snamprogetti 20 FertiNitro
Urea 1460 Fertilizante
Empresas Polar 10
CAPIacuteTULO I
13
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
El Muelle Petroquiacutemico de Jose es el proyecto de infraestructura maacutes
reciente realizado por Pequiven para exportar los productos petroquiacutemicos de las
plantas que operan y se proyectan en el oriente del paiacutes
La obra construida a un costo de 150 millones de doacutelares estaacute destinada a la
exportacioacuten de urea polietilenos amoniacuteaco etileno etilenglicol dietilenglicol
metanol MTBE y otros productos quiacutemicos de las plantas existentes Actualmente su
uso es destinado exclusivamente para el despacho de urea y amoniacuteaco El sistema de
carga de urea tiene capacidad para despachar 1000 toneladas meacutetricas por hora y el
de amoniacuteaco 1100 toneladas meacutetricas por hora
La obra estaacute disentildeada con posibilidades de ampliar las tuberiacuteas y brazos de
carga en etapas sucesivas sobre la plataforma existente sin afectar la operacioacuten
regular del muelle Dentro de dicho marco se encuentra el proyecto referido en este
Trabajo Especial de Grado Adicionalmente el disentildeo permite la construccioacuten de una
segunda plataforma y extender el muelle de contenedores
El embarcadero tiene una plataforma de soacutelidos para despachar urea con
capacidad para el atraque simultaacuteneo de un buque y otro de contenedores La
plataforma de liacutequidos estaacute dispuesta para el atraque de dos naves con productos
petroquiacutemicos En una tercera plataforma de servicios pueden atracar dos
remolcadores y una lancha de pasajeros la cual dispone de una daacutersena de 60
hectaacutereas a una profundidad de 14 metros A las plataformas del muelle tendraacuten
acceso buques de hasta 65 mil toneladas de peso muerto
El puente marino de concreto armado y pretensado de maacutes de 1500 metros
de longitud sostiene las plataformas y sirve de conexioacuten con todos los servicios hasta
la costa Descansa sobre pilotes metaacutelicos de 36 y 48 pies
CAPIacuteTULO I
14
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS
1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS [4]
Un fluido es una sustancia que sufre una deformacioacuten continua cuando estaacute
sujeta a un esfuerzo cortante La resistencia que un fluido real ofrece a tal
deformacioacuten se conoce con el nombre de viscosidad del fluido Para gases y liacutequidos
simples (bajo peso molecular) la viscosidad es constante cuando se fijan la presioacuten
estaacutetica y la temperatura Los materiales de este tipo se denominan newtonianos
Un fluido ideal o perfecto es un gas o liacutequido hipoteacutetico que no ofrece
resistencia al corte y tiene viscosidad cero En la mayor parte de los problemas de
flujo se obtienen resultados incorrectos al despreciar la viscosidad pero en los
mismos problemas pueden utilizarse las relaciones presioacuten-volumen-temperatura para
gases ideales
Si la viscosidad de un fluido es una funcioacuten del esfuerzo cortante
equivalente a la razoacuten de corte ademaacutes de la temperatura y presioacuten el fluido se
denomina no newtoniano Los fluidos no newtonianos se dividen generalmente en 3
clases
1) Aquellos cuyas propiedades son independientes del tiempo cuando son
sometidos a corte tales como
a) Fluidos plaacutesticos de Bingham probablemente son los fluidos
no newtonianos maacutes simples ya que soacutelo difieren de los fluidos newtonianos
en que su relacioacuten lineal entre el esfuerzo cortante y la razoacuten de corte no
parten del origen como se ilustra en curva B de la figura 3 se requiere un
esfuerzo cortante τy finito para que haya flujo Entre los ejemplos que pueden
citarse para un fluido que exhibe comportamiento plaacutestico de Bingham se
incluyen suspensiones de arena o granos y lodo de aguas negras
b) Fluidos pseudo plaacutesticos aquiacute se incluyen la mayor parte de los
fluidos no newtonianos entre los que se encuentran las soluciones polimeacutericas
CAPIacuteTULO I
15
o fundiciones y suspensiones de pulpa de papel o pigmentos En la figura 3 se
muestra la curva C tiacutepica del flujo de estos materiales
Figura 3 Diagrama de corte
Para estos fluidos la viscosidad disminuye a medida que aumenta el esfuerzo
de corte aplicado En general la curva de flujo en un intervalo de razoacuten de
corte puede aproximarse a la forma de la liacutenea recta en un diagrama
logariacutetmico con lo cual se tiene
1ltn con dydu
dyduK =
n 1minus
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛τ
Ec 1
Donde τ= esfuerzo cortante dudy= gradiente de velocidad K= iacutendice de
consistencia y n= exponente
c) Fluidos dilatantes son los que exhiben un comportamiento
reoloacutegico opuesto al de los materiales pseudo plaacutesticos es decir la viscosidad
aumenta a medida que aumenta el esfuerzo de corte aplicado Algunos
ejemplos de estos materiales son suspensiones de almidoacuten o mica en agua o
arenas movedizas
2) Aquellos cuyas propiedades son dependientes de la duracioacuten del corte
Incluye los materiales para los cuales el esfuerzo cambia con la duracioacuten de
esfu
erzo
cor
tant
e τ
τy
Plaacutestico de Bingham
Pseudoplaacutestico
Dilatante
Newtoniano A
B
C
D
Razoacuten de corte dudy
CAPIacuteTULO I
16
corte Se excluyen los cambios que podriacutean producirse por rompimiento
mecaacutenico o destruccioacuten de partiacuteculas o enlaces moleculares
a) Fluidos tixotroacutepicos son los que poseen una estructura que puede
sufrir un trastorno en funcioacuten del tiempo bajo corte Cuando la estructura sufre
alguacuten trastorno bajo una razoacuten de corte constante el esfuerzo cortante
decrece Esta estructura puede reconstruirse a siacute misma si cesa la fuerza
aplicada sobre el material Ejemplos de este tipo de fluidos son la mayonesa
lodo de perforacioacuten pinturas y tintas
b) Materiales reopeacutecticos son los que incrementan su viscosidad aparente
con mucha rapidez cuando son agitados o golpeados riacutetmicamente Algunos
ejemplos de estos materiales son las suspensiones coloidales de bentonita y
pentoacutexido de vanadio y las suspensiones de yeso en agua
3) Fluidos viscoelaacutesticos son aquellos que exhiben muchas de las caracteriacutesticas
de un soacutelido exhiben recuperacioacuten elaacutestica de la deformacioacuten que sufren
durante el flujo Los liacutequidos polimeacutericos forman la mayor parte de los fluidos
de esta clase En este tipo de fluidos tienen lugar esfuerzos normales es decir
esfuerzos perpendiculares a la direccioacuten de flujo ademaacutes de los esfuerzos
tangenciales usuales Estos esfuerzos provocan varios efectos no usuales por
ejemplo el ldquoefecto Weissenbergrdquo en que el fluido tiende a escalar un eje que
se encuentra girando en el fluido Las ecuaciones desarrolladas para fluidos
pseudo plaacutesticos se pueden aplicar para flujo de fluidos visco elaacutesticos en
estado estacionario no acelerado las propiedades elaacutesticas se manifiestan en
forma general como ldquoefectos terminalesrdquo
La unidad de viscosidad dinaacutemica (μ) en el sistema internacional (SI) es el
pascal-segundo (Pas) Un Pas es igual a 10 Poise 1000 centipoises (cP) o 0672
lb(fts)
CAPIacuteTULO I
17
La viscosidad cinemaacutetica (ν) de un fluido de densidad ρ y viscosidad μ es
ν=μρ Una unidad de viscosidad cinemaacutetica denominada stoke (St) es igual a
1cm2s La fluidez es el reciacuteproco de la viscosidad
1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS [4]
Se dice que un flujo es estacionario si no variacutea con el tiempo es decir
cuando la velocidad del flujo de masa es constante y todas las demaacutes cantidades
(temperatura presioacuten aacuterea transversal) son independientes del tiempo Por el
contrario se dice que un flujo es no estacionario cuando la velocidad de flujo de
masa yu otras cantidades variacutean en funcioacuten del tiempo El flujo no estacionario
puede originarse por la accioacuten de una vaacutelvula de control de una maquinaria
reciprocante o por tratarse de un flujo compuesto de dos fases inestables
Se dice que un flujo es acelerado si no es estacionario o si su velocidad
variacutea en la direccioacuten general del flujo Gran cantidad de efectos asociados con fluidos
visco elaacutesticos no newtonianos ocurren por lo general en flujo acelerado
Se dice que una corriente es uniforme si la forma y el tamantildeo de su seccioacuten
transversal son iguales a lo largo del canal Se dice que la temperatura o velocidad es
uniforme a lo largo de una regioacuten cuando tiene el mismo valor en todas sus partes en
un instante dado
La velocidad maacutesica media (G) de una corriente que pasa por una seccioacuten
transversal dada tomada en sentido perpendicular a la direccioacuten comuacuten del flujo que
pasa por el aparato es el cociente del flujo maacutesico entre el aacuterea de la seccioacuten
transversal dada A lo largo de un canal con un aacuterea de seccioacuten transversal uniforme
la velocidad media de masa es constante a menos que exista una acumulacioacuten o
agotamiento de material dentro de canal Cuando se estaacute considerando el flujo que
pasa por un haz de tubos o un lecho de soacutelidos se utiliza el teacutermino velocidad maacutesica
superficial para identificar la cantidad obtenida al dividir el flujo maacutesico entre el aacuterea
CAPIacuteTULO I
18
total de la seccioacuten transversal de la caacutemara circundante (sin restar la parte
correspondiente al corte transversal ocupado por las obstrucciones)
La velocidad lineal media (V) de una corriente que pasa por cualquier
seccioacuten transversal dada se toma usualmente como la cantidad obtenida cuando la
velocidad maacutesica media correspondiente se divide entre la densidad promedio en la
seccioacuten transversal dada A menos que le flujo sea isoteacutermico el teacutermino velocidad
lineal media no se puede interpretar salvo que se defina con precisioacuten la regla que se
eligioacute para determinar la densidad promedio En consecuencia siempre que sea
posible es preferible manejar el flujo no isoteacutermico en funcioacuten de la velocidad de
masa La velocidad lineal superficial corresponde a la velocidad superficial maacutesica
La carga de velocidad ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
cgV
22
es la carga estaacutetica equivalente a la
energiacutea cineacutetica de una corriente de velocidad uniforme V
Un nuacutemero de Reynolds (NRe) es cualquiera de varias cantidades
adimensionales de la forma μρLV que son proporcionales a la razoacuten de la fuerza
inercial a la fuerza viscosa en un sistema de flujo En este caso L= dimensioacuten lineal
caracteriacutestica del canal de flujo
Se puede predecir la transicioacuten de flujo turbulento a laminar en fluidos no
newtonianos de acuerdo con el concepto del nuacutemero de Reynolds Se toma como
reacutegimen laminar NRelt 2100 y para reacutegimen turbulento NRe gt 4000
El radio hidraacuteulico medio (RH) de un canal es igual al aacuterea de la seccioacuten
transversal de esa parte del canal que estaacute llena con fluido dividida entre la longitud
del periacutemetro huacutemedo El radio hidraacuteulico de una tuberiacutea circular es un cuarto del
diaacutemetro de donde en el caso de un ducto no circular se dice que el diaacutemetro
hidraacuteulico es cuatro veces el radio hidraacuteulico
La liacutenea aerodinaacutemica se define como aquella que queda en la direccioacuten del
flujo en cada uno de los puntos en un instante dado El flujo laminar se define como
aquel en el que las liacuteneas aerodinaacutemicas se mantienen bien definidas unas de otras en
CAPIacuteTULO I
19
toda su longitud Las liacuteneas aerodinaacutemicas no deben ser rectas necesariamente ni el
flujo constante siempre y cuando se satisfaga el criterio antes citado Este tipo de
movimiento se conoce tambieacuten con los nombres de flujo aerodinaacutemico o viscoso
Un flujo laminar con NRe lt 1 se conoce como flujo lento o flujo reptante
En este tipo de flujo se puede despreciar la fuerza inercial relativa a la fuerza viscosa
Si el nuacutemero de Reynolds de un sistema excede al nuacutemero criacutetico de
Reynolds casi siempre sucede que el movimiento no es laminar en toda la longitud
del canal sino que se generan turbulencias en la zona inicial de inestabilidad que se
extienden raacutepidamente por todo el fluido produciendo con ello una perturbacioacuten en el
patroacuten general de flujo El resultado es una turbulencia del fluido superpuesta al
movimiento primario de traslacioacuten generando lo que se conoce como flujo
turbulento
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS
1221 BALANCE DE ENERGIacuteA [4]
12211 Balance total de energiacutea
Consideacuterese una unidad de peso de fluido en un sistema de flujo y sean
i=entalpiacutea especiacutefica J= equivalente mecaacutenico de calor s= entropiacutea especiacutefica
u=energiacutea interna especiacutefica v= volumen especiacutefico Z= altura por arriba de cualquier
plano de referencia horizontal arbitrario En este caso la energiacutea potencial relativa al
nivel de referencia elegido es cg
Zg la energiacutea total cineacutetica es cg
V2
2 y la energiacutea
total de la unidad de peso de fluido es ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ ++
cc gV
gZgJu 2
2 Para un flujo
estacionario del fluido no se tendraacute ninguna acumulacioacuten o deficiencia ya sea de eacuteste
o de la energiacutea dentro del sistema y la energiacutea total del mismo se alteraraacute soacutelo
CAPIacuteTULO I
20
agregando o quitando calor de eacuteste o aplicando cualquier trabajo externo sobre el
sistema Por tanto
WJQg
Vg
gZJug
Vg
gZJucccc
+=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++minus⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++
22
211
1
222
2 Ec 2
donde los subiacutendices 1 y 2 indican las condiciones en la entrada y salida
respectivamente Q es el calor agregado utilizando fuentes externas al sistema W es
el trabajo externo neto aplicando a una libra de fluido mientras estaacute dentro del
aparato El teacutermino W se subdivide como sigue
eWvpvpW +minus= 2211 Ec 3
donde We= trabajo proporcionado por una fuente externa por ejemplo un ventilador
o una bomba
Si se combinan las ecuaciones 2 y 3 se obtiene
22
222
211
211
1 22vp
gV
ggZJuWJQvp
gV
ggZJu
cce
cc
+++=+++++ Ec 4
Esta expresioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica se denomina a menudo
balance global de energiacutea del teorema de Bernoulli En esta expresioacuten no se incluye
ninguacuten teacutermino de friccioacuten ya que eacuteste representa una conversioacuten de energiacutea
mecaacutenica en calor sin que el contenido general de energiacutea del sistema sufra cambio
alguno
Los teacuterminos de energiacutea cineacutetica de las ecuaciones antes citadas se aplican
estrictamente soacutelo cuando la velocidad a traveacutes de una seccioacuten transversal dada es
uniforme Cuando se trata de un flujo turbulento en tuberiacuteas circulares el teacutermino
cgV
22 es de 3 a 8 por debajo del valor real en tanto que para un flujo laminar en
tuberiacuteas circulares el teacutermino de energiacutea cineacutetica apropiado es cg
V 2 que permite
cierto margen para la distribucioacuten de velocidad paraboacutelica
CAPIacuteTULO I
21
12212 Balance de energiacutea mecaacutenica
El cambio de energiacutea interna J du de una libra de fluido se expresa como
JT ds ndash p dv Si estaacuten presentes otras formas de energiacutea por ejemplo la eleacutectrica y
sufre un cambio tales formas deberaacuten incluirse tambieacuten La presencia de friccioacuten
hace que el proceso se torne irreversible de donde JT ds = J dq + dF donde
F=peacuterdida de friccioacuten Tomando en consideracioacuten esta peacuterdida de friccioacuten y la
situacioacuten de irreversibilidad la ecuacioacuten de balance de masa se convierte en
cce
cc gV
ggZ
WFpvg
Vg
gZ22
222
2
1
211 +=+minuspartminus+ int Ec 5
La ecuacioacuten 5 se denomina forma de energiacutea mecaacutenica del teorema de
Bernoulli Para liacutequidos la integral int part2
1
pv se reduce a ( )12 ppv minus donde v es
praacutecticamente constante
12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema
Existe una distincioacuten real entre la caiacuteda de presioacuten y la peacuterdida por friccioacuten
La caiacuteda de presioacuten representa una conversioacuten de energiacutea de presioacuten en cualquier otra
forma de energiacutea mientras que la peacuterdida por friccioacuten representa una peacuterdida neta de
la energiacutea de trabajo total disponible que caracteriza al fluido Los dos teacuterminos se
relacionan entre siacute por medio de la ecuacioacuten 5
Hay dos meacutetodos para evaluar la caiacuteda general de presioacuten de un sistema si se
recurre a varias resistencias en serie El primer meacutetodo comprende el caacutelculo de la
caiacuteda de presioacuten de cada resistencia individual tomando en cuenta el signo algebraico
correspondiente y luego sumando todos los teacuterminos que componen el sistema total
El segundo meacutetodo consiste en calcular la peacuterdida por friccioacuten de cada resistencia
individual la suma de todos los teacuterminos particulares y la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 5
para obtener la caiacuteda de presioacuten general La suma de las caiacutedas de presioacuten puede
utilizarse en sistemas compuestos de liacuteneas ramificadas
CAPIacuteTULO I
22
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS [4]
12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares
En el caso de flujo laminar en tuberiacuteas circulares el patroacuten de velocidad tiene
forma paraboacutelica con una velocidad maacutexima en el centro e igual a dos veces la
velocidad promedio (V) La velocidad local (u) en cualquier punto de la seccioacuten
transversal estaacute expresada por
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
2
2
12wrr
Vu Ec 6
donde r= radio en el punto en cuestioacuten y rw= radio de la tuberiacutea
12222 Flujo incompresible
El flujo se consideraraacute como incompresible si la sustancia en movimiento es
un liacutequido o si se trata de un gas cuya densidad cambia dentro del sistema en un
valor no mayor de 10 En este caso se utiliza la densidad de entrada el error
resultante en la caiacuteda de presioacuten calculada no sobrepasaraacute por lo comuacuten los liacutemites de
incertidumbre del factor de friccioacuten
12223 Tuberiacuteas circulares
La ecuacioacuten de Fanning para flujo estacionario en tuberiacuteas circulares
uniformes que corren llenas de liacutequido en condiciones isoteacutermicas
52
21
522
21
2
211
21 3232
244
24
DgqfL
DgfL
gG
DfL
hDfL
gV
DfL
Fccc
vc πρπ
ωρ
==⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛= Ec 7
expresa la peacuterdida por friccioacuten F en energiacutea especiacutefica donde D= diaacutemetro del
conducto L1= longitud del conducto hv= carga de velocidad (V22gc) ω= flujo en
peso del fluido q= flujo volumeacutetrico del fluido f= factor de friccioacuten de Fanning La
caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten es Δp= Fρ
El factor de friccioacuten de Fanning f es una funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la
aspereza de la superficie interna del canal (ε) Una correlacioacuten que se utiliza con
mucha frecuencia es el diagrama de Moody que es una graacutefica del factor de friccioacuten
CAPIacuteTULO I
23
de Fanning en funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la aspereza relativa εD tal como se
muestra en la figura 4 En la tabla 2 se presentan valores de ε para varios materiales
Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales
Material Aspereza de superficie ε [mm]
Tubos estirados (latoacuten plomo vidrio y similares) 000152
Acero comercial o hierro 00457
Hierro fundido asfaltado 0122
Hierro galvanizado 0152
Hierro fundido 0259
Duelas de madera 0183 - 00914
Concreto 0305 - 305
Acero remachado 0914 - 914
Figura 4 Diagrama de Moody
CAPIacuteTULO I
24
El diagrama de Moody para flujo turbulento (NRe gt 4000) se representa por
medio de la ecuacioacuten de Colebrook
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
fNDf Re
51273
log21 ε Ec 8
La ecuacioacuten anterior se reduce a la ecuacioacuten de Prandtl cuando εD=0
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
fNf Re
2561log41 Ec 9
Para tuberiacuteas rugosas se aplica la ecuacioacuten de von Kaacutermaacuten
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛minus=
Df 73log41 ε Ec 10
Cuando se tiene especificada la velocidad del flujo el factor de friccioacuten
puede ser calculado mediante la ecuacioacuten 11
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
7log6031 ReN
f Ec 11
O para NRe le 105 mediante la ecuacioacuten de Blasius
41Re
07910N
f = Ec 12
Para flujo turbulento (NRe gt 4000) se han desarrollado las ecuaciones
siguientes expliacutecitas en las incoacutegnitas Para el caacutelculo del flujo
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+
minus=
f
f
gDSDv
D
gDSDq
78173
log22
ε
π Ec 13
donde Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto
(ΔpgcρgL)
CAPIacuteTULO I
25
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten se cuenta con la
ecuacioacuten
2
90Re
2
5
74573
log
2030
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
ND
qgSD f
ε Ec 14
el error introducido al aplicar esta ecuacioacuten es menor de plusmn1 para el intervalo
5x103 le NRe le 108 10-6 le εD le 102
Para el caacutelculo del diaacutemetro del ducto se tiene
200200
3
5250
2
5
2
5
1250⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
f
ff
gSqv
qgS
qgSD ε Ec 15
el error que se tiene al aplicar esta ecuacioacuten es menor que plusmn2 para el intervalo
3x103 le NRe le 3x108 2x10-6 le εD le 2x102
Para verificaciones o estimaciones aproximadas el concepto carga de
velocidad puede aplicarse a la primera de las dos formas de la ecuacioacuten 7
12224 Fluidos no newtonianos
Mediante la figura 5 es posible determinar la caiacuteda de presioacuten debida a la
friccioacuten para el flujo laminar de fluidos no newtonianos en tuberiacuteas circulares Eacutesta
muestra una curva de flujo tiacutepica en coordenadas cartesianas DΔp4L es el esfuerzo
cortante en la pared τw y 8VD es la relacioacuten para la razoacuten de corte en la pared
CAPIacuteTULO I
26
Figura 5 Curva de flujo general
La curva de flujo se determina a partir de pruebas de laboratorio o a pequentildea
escala con el fluido no newtoniano especiacutefico
En la regioacuten laminar la curva es independiente del diaacutemetro de la tuberiacutea en
el caso de fluidos no newtonianos independientes del tiempo Si el fluido depende del
tiempo se obtendraacute una curva por separado para cada diaacutemetro y longitud de tuberiacutea
Para plaacutesticos de Bingham la ecuacioacuten teoacuterica del flujo es
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
4
31
3418
w
y
w
ywcgDV
ττ
ττ
ητ Ec 16
Si 4
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
w
yτ
τ es relativamente pequentildea por ejemplo en caso de esfuerzos
cortantes grandes o caiacutedas de presioacuten la ecuacioacuten puede ser aproximada por
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus= yw
cgDV ττ
η 348 Ec 17
El error causado al omitir el uacuteltimo teacutermino de la ecuacioacuten es inferior al 2
para τyτw menor a 04 La viscosidad aparente μa se obtiene al introducir la ecuacioacuten
anterior en la ecuacioacuten de Poiseuille
ητ
μ +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
VDg yc
a 6 Ec 18
τw = DΔp4L
8VD
Regioacuten laminar
Regioacuten turbulenta
CAPIacuteTULO I
27
En estas ecuaciones Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica η= viscosidad plaacutestica y
τy= esfuerzo de cedencia
Para aquellos fluidos a los que se aplica la ley de potencia sirve la ecuacioacuten
donde
( )[ ]⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus
=part
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ ⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛ Δpart
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛prime=
Δ
prime
prime
DV
nn
ru
nD
VL
pD
n
nnKK
DVK
LpD
w
n
n
84
13
8ln
4ln
413
84
Ec 19
Ec 20
Ec 21
Ec 22
nacute= exponente de la ley de potencia pendiente de la liacutenea de la graacutefica de
DΔp4L contra 8VD en coordenadas logariacutetmicas wr
u⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus = razoacuten del esfuerzo
cortante en la pared Kacute= constante Si nacute= 1 el fluido seraacute newtoniano si nacutelt1 se
trataraacute de un fluido pseudo plaacutestico o plaacutestico de Bingham y cuando nacutegt1 el fluido
seraacute dilatante
El liacutemite de flujo laminar constante o estable se toma comuacutenmente como
NacuteRe=2100 donde
1
2Re
8 minusprime
primeminusprime
prime=
==prime
nc
nn
Kg
VDdogeneralizaeynoldsRdenuacutemeroN
γγρ
o bien NacuteRe = DVρ μa = 2100 para plaacutesticos de Bingham
Ec 23 Ec 24
CAPIacuteTULO I
28
En flujos turbulentos la curva de flujo general (Fig 5) se interrumpe El
punto de interrupcioacuten seraacute diferente para distintos diaacutemetros de tuberiacutea Para predecir
la caiacuteda de presioacuten del flujo turbulento de fluidos no newtonianos independientes del
tiempo el factor de friccioacuten de Fanning se obtiene del diagrama de Moody aplicando
el nuacutemero generalizado de Reynolds Para fluidos que se comportan como plaacutesticos
de Bingham nacuteasymp1 en flujo turbulento la caiacuteda de presioacuten puede predecirse a partir de
la correlacioacuten de friccioacuten de Fanning para fluidos newtonianos utilizando para la
viscosidad del fluido la viscosidad plaacutestica (η)
Se puede lograr una reduccioacuten de la peacuterdida por friccioacuten en flujos turbulentos
de liacutequidos newtonianos agregando poliacutemeros solubles de alto peso molecular en
concentraciones extremadamente reducidas En estos sistemas el acuerdo general es
que el comportamiento de reduccioacuten de arrastre se asocia con la naturaleza
viscoelaacutestica de las soluciones en la regioacuten de corte cercana a la pared Es necesario
un poliacutemero de peso molecular miacutenimo para iniciar la reduccioacuten de arrastre con un
flujo especiacutefico Existe una concentracioacuten criacutetica por encima de la cual no ocurre la
reduccioacuten de arrastre Para determinar la reduccioacuten de arrastre maacutexima en tuberiacuteas
lisas se aplica la siguiente ecuacioacuten
580ReRe
5807350log191N
fmenteaproximadaofNf
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus= Ec 25
para 4000 lt NRe lt 40000
12225 Flujo no isoteacutermico
En flujos no isoteacutermicos de liacutequidos f se incrementa sensiblemente cuando el
liacutequido se estaacute enfriando y disminuye al calentarse Los datos disponibles que
corresponden mayormente a aceites se calculan de manera aproximada encontrando
primero f para el flujo isoteacutermico del liacutequido a la temperatura de la corriente principal
y luego dividiendo el resultado en caso de enfriamiento entre (μaμw)023 si se
encuentra en la regioacuten laminar o por (μaμw)011 si estaacute en la regioacuten turbulenta o bien
en casos de calentamiento por (μaμw)038 si se trata de la regioacuten laminar o por
(μaμw)017 si es la turbulenta En este caso μa es la viscosidad a la temperatura de la
CAPIacuteTULO I
29
corriente principal y μw es la viscosidad a la temperatura de la pared Ademaacutes ρ=1v
variacutea con la temperatura pero debido a la incompresibilidad no lo hace con la
presioacuten Por lo tanto la ecuacioacuten 26 se utiliza para calcular la caiacuteda de presioacuten en
conductos de caudal completo por ejemplo tubos intercambiadores de calor
( )Lk
gg
RgLvfG
gvvG
pp promcHc
prom
c
ρ++minus
=minus2
212
2
21 Ec 26
Donde p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba p2= presioacuten estaacutetica corriente
abajo v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba v2= volumen
especiacutefico en condiciones corriente abajo vprom= volumen especiacutefico promedio
ρprom= densidad promedio K= sen θ en donde θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la
horizontal
El flujo de liacutequidos viscosos en canales pequentildeos por ejemplo tubos
capilares va acompantildeado con frecuencia de grandes caiacutedas de presioacuten La conversioacuten
de la energiacutea de trabajo en calor a traveacutes del esfuerzo cortante viscoso genera un
aumento de temperatura apreciable ΔTa= ΔpcvρJ en donde ΔTa= aumento global de
la temperatura y cv= calor especiacutefico del fluido El aumento en la velocidad de flujo
debido a una reduccioacuten de viscosidad es mucho mayor que la que corresponde al
aumento global de temperatura ya que gran parte del calor se genera cerca de las
paredes del canal lo cual genera un aplanamiento del perfil de velocidad
12226 Flujo turbulento
Las foacutermulas y los meacutetodos generales incluidos bajo el tiacutetulo ldquoflujo
incompresiblerdquo se aplican soacutelo a una longitud diferencial del conducto a traveacutes del
cual se considera que la densidad es constante Por ende generalmente se usa la
ecuacioacuten de Fanning en su forma diferencial
HcHcc RgfG
RgfV
DgfV
xF
2
222
2224
ρ===
partpart Ec 27
CAPIacuteTULO I
30
Al sustituir esta uacuteltima ecuacioacuten en la forma diferencial del balance de
energiacutea mecaacutenica se tiene
xgg
RgfV
gVVpv
cHcc
part⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
part+part θsen
2
2 Ec 28
donde v= 1ρ = volumen especiacutefico del fluido (sen θ) dx = dz = distancia vertical a
traveacutes de la cual el fluido se eleva cuando se desplaza a una distancia dx a lo largo de
una tuberiacutea We del balance de energiacutea se iguala a cero suponiendo que no hay
ninguna bomba conectada a la liacutenea En ductos uniformes la velocidad de masa G=
Vv es constante de manera que si p se conoce como una funcioacuten exclusiva de v v dp
se escribe como φ(v)dv En tal caso cuando senθ es constante las variables de la
ecuacioacuten anterior son separables y se puede hacer la integracioacuten exacta aunque
pudieran requerirse procedimientos graacuteficos
12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales)
Al integrar la uacuteltima ecuacioacuten para el caso de gases ideales se obtiene la
siguiente expresioacuten
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=minus
2
12
22
21 ln
21
pp
fLR
MRgRTfLGpp H
Hc
Ec 29
En conductos de longitud apreciable el uacuteltimo teacutermino entre pareacutentesis es
generalmente despreciable a menos que la caiacuteda de presioacuten sea muy grande Por
ejemplo si LD = 100 (p1-p2)p1 puede ser tan grande como 020 antes que el error
introducido al omitir el uacuteltimo teacutermino sea tan grande como la incertidumbre del
factor de friccioacuten Cuando se omite el uacuteltimo teacutermino la ecuacioacuten se describe como
sigue
Hpromc RgfLGpp
acute
2
21 2 ρ=minus Ec 30
donde ρprom= densidad a la presioacuten promedio (p1-p2)2 Para una tuberiacutea circular
CAPIacuteTULO I
31
12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento
Al seleccionar el tamantildeo de tuberiacutea que va a utilizarse en un sistema de
manejo de fluidos se tiene con frecuencia una variedad de diaacutemetros permisibles que
comprenden dos o maacutes tamantildeos estaacutendar de tuberiacutea En tales casos la seleccioacuten final
deberaacute realizarse sobre una base econoacutemica de modo que el uacuteltimo incremento de la
inversioacuten reduzca los costos de operacioacuten lo suficiente para producir la recuperacioacuten
miacutenima requerida sobre la inversioacuten Cuando se trata de liacuteneas de tuberiacuteas largas que
se tienden a campo traviesa utilizando tuberiacuteas de aleacioacuten de longitud y complejidad
apreciable o tuberiacuteas con vaacutelvulas de control conviene efectuar anaacutelisis detallados de
la inversioacuten y los costos de operacioacuten
12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar
Las liacuteneas de tuberiacutea para el transporte de liacutequidos de gran viscosidad en
plantas quiacutemicas o refineriacuteas de petroacuteleo raramente se disentildean basaacutendose en forma
exclusiva en los aspectos econoacutemicos Sucede maacutes a menudo que el tamantildeo estaacute
condicionado por la caiacuteda de presioacuten disponible limitaciones del esfuerzo cortante o
por consideraciones del tiempo de residencia [4]
122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas
Las determinaciones experimentales de la resistencia de accesorios y vaacutelvulas
usualmente se llevan a cabo midiendo la peacuterdida general por friccioacuten en un sistema
constituido de dos o maacutes longitudes de tuberiacutea recta conectadas en serie por medio de
un nuacutemero apropiado de accesorios o vaacutelvulas ideacutenticos Para obtener la peacuterdida
producida por estos elementos la peacuterdida por friccioacuten en una tuberiacutea recta se resta de
la peacuterdida general o total por friccioacuten Existen tres convenios especiacuteficos ya
establecidos para calcular la longitud de la tuberiacutea recta del sistema de prueba
1) Se toma la longitud verdadera de la liacutenea central de todo el sistema
2) Se suman las longitudes de los tramos individuales de tuberiacutea que son
verdaderamente rectos
CAPIacuteTULO I
32
3) Se suman las distancias entre las intersecciones de las liacuteneas centrales
alargadas correspondientes a tuberiacuteas rectas sucesivas
122211 Accesorios y vaacutelvulas
Para flujo turbulento la peacuterdida adicional por friccioacuten producida por
accesorios y vaacutelvulas se justifica expresando la peacuterdida ya sea como una longitud
equivalente de tuberiacutea recta en diaacutemetros de tuberiacutea LeD o como la cantidad de
cargas de velocidad (K1) peacuterdidas en una tuberiacutea del mismo tamantildeo K1 se define
como sigue
cgV
FK2
21Δ
= Ec 31
donde ΔF= peacuterdida adicional por friccioacuten (peacuterdida total por friccioacuten menos peacuterdida
por friccioacuten correspondiente a la longitud de la liacutenea central de la tuberiacutea recta) Las
cantidades LeD y K1 no son del todo comparables pero ambas son exactas dentro de
los liacutemites de los datos disponibles o diferentes en detalles a los accesorios y vaacutelvulas
comerciales existentes Teoacutericamente K1 deberaacute ser constante para todos los tamantildeos
de un disentildeo de accesorios o vaacutelvulas dadas si todos ellos fueran geomeacutetricamente
similares sin embargo raramente se logra esa similitud geomeacutetrica Los datos
indican que la resistencia K1 tiende a disminuir al incrementarse el tamantildeo del
accesorio o la vaacutelvula
Para liacuteneas fuera de planta la longitud de tuberiacutea recta aproximada puede ser
estimada del plano de distribucioacuten Debido a que los accesorios en liacuteneas fuera de
planta tienen usualmente una longitud equivalente comprendida entre 20 y 80 de
la longitud real se puede aplicar un factor multiplicador entre 12 y 18 para estimar
longitudes de tuberiacuteas rectas [2]
La tabla 3 muestra valores de longitudes equivalentes de tuberiacutea recta nueva
para peacuterdida por friccioacuten en vaacutelvulas y accesorios en pies para acero al carboacuten con
rugosidad= 00018 in (para flujo completamente turbulento) seguacuten el diaacutemetro de la
tuberiacutea
CAPIacuteTULO I
33
Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta (ft)
Tomado del Manual de Ingenieriacutea de Disentildeo de PDVSA Volumen 13ndashIII LndashTP 15
Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Procedimiento de Ingenieriacutea
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS
1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS [4]
La necesidad de bombear fluidos surge de la necesidad de transportar eacutestos
de un lugar a otro a traveacutes de ductos o canales El movimiento de un fluido a traveacutes de
un ducto o canal se logra por medio de una transferencia de energiacutea Los medios
comuacutenmente empleados para lograr flujo en los fluidos son gravedad
CAPIacuteTULO I
34
desplazamiento fuerza centriacutefuga fuerza electromagneacutetica transferencia de cantidad
de movimiento (momento) impulso mecaacutenico o combinaciones de estos medios
Despueacutes de la gravedad el medio maacutes empleado es la fuerza centriacutefuga
12311 Desplazamiento
La descarga de un fluido de recipiente mediante desplazamiento parcial o
total de su volumen interno con un segundo flujo o por medios mecaacutenicos es el
principio de funcionamiento de muchos dispositivos de transporte de fluidos En este
grupo se incluyen maacutequinas de diafragma y de pistoacuten de movimiento alternativo los
tipos de engranajes y paletas giratorias los compresores de pistoacuten para fluidos los
depoacutesitos ovalados para aacutecidos y los elevadores por accioacuten de aire
12312 Fuerza centriacutefuga
Cuando se utiliza fuerza centriacutefuga eacutesta es proporcionada por medio de una
bomba centriacutefuga o de un compresor Aunque variacutea mucho el aspecto fiacutesico de los
diversos tipos de compresores y bombas centriacutefugas la funcioacuten baacutesica de cada uno de
ellos es siempre la misma es decir producir energiacutea cineacutetica mediante la accioacuten de
una fuerza centriacutefuga y a continuacioacuten convertir parcialmente esta energiacutea en
presioacuten mediante la reduccioacuten eficiente de la velocidad del fluido en movimiento
En general los dispositivos centriacutefugos de transporte de fluidos tienen las
caracteriacutesticas siguientes
1 La descarga estaacute relativamente libre de pulsaciones
2 El disentildeo mecaacutenico se presta a flujos elevados lo que significa que las
limitaciones de capacidad constituyen raramente un problema
3 Pueden asegurar un desempentildeo eficiente a lo largo de un intervalo amplio
de presiones y capacidades incluso cuando funcionan a velocidad
constante
4 La presioacuten de descarga es una funcioacuten de la densidad del fluido
5 Son dispositivos de velocidad relativamente baja y maacutes econoacutemicos
CAPIacuteTULO I
35
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber queacute liacutequido se
va a manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa La tarea de seleccioacuten de bombas se complica con frecuencia por la
presencia de soacutelidos en el liacutequido y las caracteriacutesticas de corrosioacuten del liacutequido que
exigen materiales especiales de construccioacuten Los soacutelidos pueden acelerar la erosioacuten y
corrosioacuten tener tendencia a aglomerarse o pueden exigir un manejo delicado para
evitar la degradacioacuten indeseable
Debido a la gran variedad de tipos de bombas y la cantidad de factores que
determinan la seleccioacuten de cualquiera de ellas para una instalacioacuten especiacutefica el
disentildeador debe eliminar primero todas las que no ofrezcan posibilidades razonables
La seleccioacuten de los materiales de construccioacuten de bombas estaacute de acuerdo con las
consideraciones sobre corrosioacuten erosioacuten seguridad del personal y contaminacioacuten del
liacutequido [4]
1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS
Las ventajas primordiales de una bomba centriacutefuga son la sencillez el bajo
costo inicial el flujo uniforme (sin pulsaciones) el pequentildeo espacio necesario para su
instalacioacuten los bajos costos de mantenimiento el funcionamiento silencioso y su
capacidad de adaptacioacuten para su empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de
turbina
Una bomba centriacutefuga en su forma maacutes simple consiste en un impulsor que
gira dentro de una carcasa Los impulsores pueden tener ejes de rotacioacuten horizontales
o verticales para adaptarse al trabajo que se vaya a realizar Por lo comuacuten los
impulsores resguardados o de tipo cerrado suelen ser maacutes eficientes Los impulsores
de tipo abierto o semiabierto se emplean para liacutequidos viscosos o que contengan
CAPIacuteTULO I
36
materiales soacutelidos asiacute como tambieacuten en muchas bombas pequentildeas para servicios
generales [4]
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS
1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN [4]
El coacutedigo para tuberiacuteas a presioacuten (ASME B31) consiste en cierto nuacutemero de
secciones que constituyen en forma colectiva el coacutedigo Las secciones se publican
como documentos independientes por sencillez y conveniencia Las secciones
difieren sensiblemente unas de otras El alcance y aplicacioacuten del Coacutedigo B313 se
refiere a todas aquellas tuberiacuteas dentro de los liacutemites de las instalaciones dedicadas al
procesamiento y manejo de productos petroquiacutemicos y conexos salvo aquellos
proscritos por el coacutedigo
El Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code (ASME B313) es
una seccioacuten de ASME B31 derivado de la fusioacuten de los coacutedigos de tuberiacuteas para
plantas quiacutemicas (ASME B316) y refineriacuteas de petroacuteleo (ASME B313)
El American National Standards Institute (ANSI) y el American Petroleum
Institute (API) han establecido normas dimensionales para los componentes de
tuberiacuteas maacutes utilizados En las secciones del coacutedigo ASME B31 es posible encontrar
especificaciones sobre materiales de tuberiacuteas y accesorios y meacutetodos de prueba de la
American Society for Testing and Materials (ASTM) especificaciones de la
American Welding Society (AWS) y normas de la Manufacturers Standardization
Society of the Valve and Fitting Industry (MSS) Muchas de estas normas contienen
relaciones de presioacuten-temperatura que sirven como ayuda a los ingenieros en su
trabajo de disentildeo No obstante debe tenerse en cuenta que el empleo de normas
publicadas no elimina la necesidad de aplicar el criterio de ingenieriacutea
La introduccioacuten del coacutedigo establece requisitos de ingenieriacutea considerados
como necesarios para el disentildeo seguro y la construccioacuten de sistemas de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
37
Aunque la seguridad es la consideracioacuten baacutesica del coacutedigo no es el factor que
predomina en la especificacioacuten final de ninguacuten sistema de tuberiacutea a presioacuten
Los disentildeadores deben tener en cuenta que el coacutedigo no es un manual de
disentildeo y no se establece para evitar la necesidad de un criterio de ingenieriacutea
competente
1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS [4]
La seleccioacuten de materiales que resistan al deterioro a consecuencia del uso
estaacute fuera del alcance del coacutedigo ASME B313 no obstante la experiencia ha
ayudado a recopilar las siguientes consideraciones sobre los materiales
1) Posible exposicioacuten al fuego con respecto a la peacuterdida de elasticidad
temperatura de degradacioacuten punto de fusioacuten o combustibilidad de la tuberiacutea
o material de soporte
2) Capacidad del aislamiento teacutermico para proteger la tuberiacutea del fuego
3) Sensibilidad de la tuberiacutea a fallas quebradizas que puedan ocasionar una
peligrosa fragmentacioacuten o falla al choque teacutermico cuando se expone al
fuego
4) Sensibilidad de los materiales de la tuberiacutea al agrietamiento por corrosioacuten en
aacutereas donde existe estancamiento (juntas roscadas) o efectos electroliacuteticos
nocivos cuando el metal es puesto en contacto con otro metal diferente
5) La conveniencia de utilizar empaques sellos rellenos y lubricantes que sean
compatibles con el fluido que se maneja
6) El efecto refrigerante de peacuterdidas repentinas de presioacuten en fluidos volaacutetiles
al determinar la temperatura miacutenima de empleo esperada
CAPIacuteTULO I
38
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos
Las siguientes son caracteriacutesticas que deben evaluarse cuando se utilicen
materiales metaacutelicos para la tuberiacutea
1 Hierro colado maleable y alto silicio (145) Su baja ductilidad y su
sensibilidad a los choques teacutermicos y mecaacutenicos
2 Acero al carbono y aceros de baja e intermedias aleaciones
- La posibilidad de resquebrajamiento cuando se manejen fluidos alcalinos o
caacuteusticos
- La posible degradacioacuten de carburos a grafito cuando se tenga una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 427degC Esto se debe
considerar para aleaciones de acero al carbono acero-niacutequel acero al
carbono-manganeso acero al manganeso-vanadio y acero al carbono-silicio
- La posible conversioacuten de carburos en grafito cuando se tiene una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 468degC la aleacioacuten de
acero al carbono-molibdeno acero al manganeso-molibdeno-vanadio y
acero al cromo-vanadio
- Las ventajas de utilizar acero al silicio-carbono (01 de silicio como
miacutenimo) para temperaturas superiores a 480degC
- La posibilidad de ataque por hidroacutegeno cuando la tuberiacutea es expuesta a este
elemento o a soluciones acuosas aacutecidas en ciertas condiciones de presioacuten y
temperatura
- La posibilidad de que la tuberiacutea se deteriore cuando se exponga a sulfuro de
hidroacutegeno
3 Acero de altas aleaciones (inoxidable)
- La posibilidad de que la corrosioacuten llegue a tener proporciones importantes
cuando la tuberiacutea de aceros inoxidables austeniacuteticos se exponga a medios
como cloruros y haluros ya sea externa o internamente Lo anterior puede
CAPIacuteTULO I
39
ser el resultado de una seleccioacuten o aplicacioacuten inadecuada del aislamiento
teacutermico
- La sensibilidad a la corrosioacuten intergranular del acero inoxidable austeniacutetico
despueacutes de estar expuesto a temperaturas entre 427 y 871degC a menos que se
establezca o se utilice acero al carbono de bajo grado
- La posibilidad de un ataque intercristalino del acero inoxidable austeniacutetico
por contacto con zinc o plomo a temperaturas por encima de sus puntos de
fusioacuten o con muchos compuestos de zinc y plomo a temperaturas elevadas
similares
- La fragilidad del acero inoxidable ferriacutetico a temperatura ambiente
posterior al uso por encima de 370degC
4 Niacutequel y aleaciones a base de Niacutequel
- La sensibilidad al ataque superficial del niacutequel y aleaciones a base de niacutequel
que no contengan cromo cuando se expongan a pequentildeas cantidades de
azufre a temperaturas superiores a 315degC
- La sensibilidad al ataque superficial de las aleaciones a base de niacutequel que
contengan cromo a temperaturas superiores a 595degC en condiciones
reductoras y por encima de 760degC en condiciones oxidantes
- La posibilidad de un ataque por corrosioacuten en forma de grietas a aleaciones
de niacutequel-cobre en vapores de aacutecido fluorhiacutedrico si la aleacioacuten es sometida
a gran esfuerzo o contiene residuos de soldadura o del molde
5 Aluminio y aleaciones de aluminio
- La compatibilidad de los componentes roscados con aluminio para prevenir
la ligadura o atenazamiento en las uniones
- La posibilidad de corrosioacuten a causa del concreto mortero cal yeso y otros
materiales alcalinos empleados en la construccioacuten u otras estructuras
CAPIacuteTULO I
40
- La posibilidad de que las aleaciones 5154 5087 5083 y 5456 sufran
exfoliacioacuten o ataque intergranular y que la temperatura superior sea de
65degC a fin de evitar tal deterioro
6 Cobre y aleaciones de cobre
- La posibilidad de que las aleaciones de bronce se degraden en el contenido
de zinc
- La sensibilidad a la corrosioacuten por las aleaciones a base de cobre
- La posibilidad de formacioacuten de acetiluros inestables cuando se exponen a
acetileno
7 Titanio y aleaciones de titanio la posibilidad de que las tuberiacuteas de titanio y
sus aleaciones sufran deterioro cuando la temperatura sea superior a 315degC
8 Zirconio y aleaciones de zirconio la posibilidad de que se deteriore la
tuberiacutea cuando la temperatura sea superior a 315degC
9 Tantalio cuando la temperatura sea superior a 300degC existe la posibilidad de
que el tantalio reaccione con todos los gases excepto los inertes Por debajo
de esta temperatura la tuberiacutea puede ser quebradiza a consecuencia del
hidroacutegeno naciente (monoatoacutemico no molecular) El hidroacutegeno naciente se
produce por accioacuten galvaacutenica o surge a consecuencia de la corrosioacuten
originada por algunos componentes quiacutemicos
1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL
CARBONO Y ACERO INOXIDABLE [4]
Los sistemas de tuberiacuteas de metales ferrosos que incluyen los aceros
maleables al carbono e inoxidables son los que maacutes se utilizan y tienen mayor
cobertura de parte de las normas internacionales
CAPIacuteTULO I
41
12431 Tubos y tuberiacuteas
Se dividen en dos clases principales soldados y sin costura Las tuberiacuteas sin
costura como designacioacuten comercial son las tuberiacuteas hechas mediante el forjado de
un soacutelido circular su perforacioacuten mediante la rotacioacuten simultaacutenea y el paso obligado
sobre una punta perforada y su reduccioacuten mediante el laminado y el estiramiento Sin
embargo se producen tambieacuten tubos y tuberiacuteas sin costura mediante la extrusioacuten el
colado en moldes estaacuteticos o centriacutefugos la forja y la perforacioacuten La tuberiacutea sin
costura tiene la misma resistencia a lo largo de toda la pared Las tuberiacuteas sin costura
perforadas tienen con frecuencia la superficie interna exceacutentrica con relacioacuten a la
externa lo que da como resultado un espesor no uniforme en las paredes
Las tuberiacuteas soldadas se hacen con bandas laminadas conformadas en
cilindros y soldadas en las costuras por varios meacutetodos Se atribuye a las soldaduras
del 60 al 100 de la resistencia de las paredes de la tuberiacutea dependiendo de los
procedimientos de soldadura e inspeccioacuten Se pueden obtener diaacutemetros mayores y
razones maacutes bajas de espesores de las paredes respecto al diaacutemetro en las tuberiacuteas
soldadas que en las tuberiacuteas sin costura (aparte de las coladas) Se obtiene un espesor
uniforme de las paredes Las pruebas hidrostaacuteticas no revelan tramos muy cortos de
soldaduras completadas en forma parcial Esto presenta la posibilidad de que se
puedan desarrollar prematuramente fugas pequentildeas cuando se manejen fluidos
corrosivos o se exponga la tuberiacutea a la corrosioacuten externa Es preciso tomar en cuenta
la soldadura en los procedimientos de desarrollo para el acodamiento el abocinado y
la expansioacuten de las tuberiacuteas soldadas
Las combinaciones de espesor adicional tamantildeo adicional y espesor de pared
se encuentran disponibles para la manufactura de tubos Las clasificaciones maacutes
comunes de tubos son ldquoa presioacutenrdquo y ldquomecaacutenicardquo El espesor de pared (medido) se
especifica por la ldquopared mediardquo o ldquopared miacutenimardquo La pared miacutenima es maacutes costosa
que la pared media y a consecuencia de las tolerancias maacutes estrechas para espesor de
pared y diaacutemetro la medicioacuten para ambos sistemas hace que la tuberiacutea a presioacuten sea
maacutes costosa Sin embargo los tubos soldados de acero al carbono de pared media
CAPIacuteTULO I
42
resistentes a la electricidad con diaacutemetro externo de 2⅜ 2⅞ 3frac12 4frac12 in obtenidos de
bobinas sobre rodillos de formado progresivo y probadas electromagneacuteticamente maacutes
que a presioacuten compiten vigorosamente con las tuberiacuteas
12432 Juntas
Las tuberiacuteas se deben unir a otras tuberiacuteas y otros componentes El disentildeo
oacuteptimo requiere un trabajo de montaje miacutenimo y preveacute la misma resistencia que posee
la tuberiacutea para
1) Presioacuten interna en lo que se refiere a las fracturas y fugas
2) Momentos de torsioacuten que se producen al tender tramos largos de tuberiacuteas
entre los soportes o debido a la dilatacioacuten teacutermica en las tuberiacuteas con
acodamientos dobles
3) Deformacioacuten axial por la presioacuten interna que actuacutea sobre los cambios de
direccioacuten llaves ciegas y vaacutelvulas cerradas o por la contraccioacuten teacutermica en
los tramos rectos
4) Fractura o fugas en el caso de que se produzca alguacuten incendio
Las juntas de tuberiacuteas ideales estaacuten libres de cambios en cualquier dimensioacuten
de pasaje del flujo o la direccioacuten que incremente la caiacuteda de presioacuten o impida el
drenaje completo Estaraacute libre de hendiduras en las que se pueda acelerar la corrosioacuten
Requeriraacute un trabajo miacutenimo para su desmontaje Al efectuar la seleccioacuten seraacute preciso
tomar en cuenta la frecuencia con la que se tendriacutea que desmontar la junta En
teacuterminos generales las juntas faacuteciles de desmontar son deficientes en alguno de los
otros requisitos de las juntas ideales
Juntas soldadas La junta maacutes utilizada en los sistemas de tuberiacuteas es la de
soldadura por ensamble En todos los metales duacutectiles de tuberiacuteas que se pueden
soldar hay codos tes tuberiacuteas ramas laterales reductores tapones vaacutelvulas bridas y
juntas de abrazadera en V en todos los espesores de paredes con extremos preparados
para la soldadura por ensamble La resistencia de la junta igual a la tuberiacutea original
(con excepcioacuten de las tuberiacuteas endurecidas para el trabajo que se templan mediante la
CAPIacuteTULO I
43
soldadura) el patroacuten de flujo sin distorsiones y la resistencia generalmente iacutentegra a
la corrosioacuten compensan ampliamente la necesaria alineacioacuten cuidadosa del trabajo
competente y los equipos que se requieren
Soldaduras de bifurcaciones estas soldaduras eliminan la necesidad de
adquirir tes y no requieren maacutes metal de soldadura que estas uacuteltimas Donde la
bifurcacioacuten se acerque al tamantildeo del tramo principal se necesita una preparacioacuten
cuidadosa del extremo de la tuberiacutea ramificada y la del tramo principal se debilita
debido a la soldadura
12433 Codos y accesorios
Los cambios de direccioacuten de los sistemas de tuberiacuteas requieren curvas y
codos Las curvas se pueden hacer en friacuteo o en caliente La pared exterior se adelgaza
en una cantidad que variacutea con el procedimiento utilizado Se requiere un templado
subsiguiente en algunos materiales Para evitar las arrugas y el aplastamiento
excesivo es necesario el relleno con arena para el doblado en friacuteo dependiendo de las
relaciones del diaacutemetro exterior de la tuberiacutea respecto al radio de la liacutenea central de la
curva y al espesor de la pared de la tuberiacutea Para curvas con un radio de eje
correspondiente a cinco veces el diaacutemetro nominal de la tuberiacutea no se requiere
soporte interno cuando el espesor de la pared sea al menos del 6 del diaacutemetro
exterior de la tuberiacutea
Los codos se pueden formar mediante vaciado forja o conformacioacuten en
caliente o friacuteo mediante trozos cortados de tuberiacutea o al soldar piezas de tuberiacuteas
cortadas con un aacutengulo de inclinacioacuten El flujo en las curvas y los codos es maacutes
turbulento que en las tuberiacuteas rectas por lo que aumentan la corrosioacuten y la erosioacuten
Esto se puede contrarrestar al escoger un componente con mayor radio de curvatura
pared maacutes gruesa o un contorno interior maacutes liso pero raramente resulta econoacutemico
en los codos con aacutengulo de inclinacioacuten
CAPIacuteTULO I
44
12434 Vaacutelvulas
Los cuerpos de las vaacutelvulas pueden manufacturarse en hierro colado forjado
maquinado a partir de barras soacutelidas o fabricado a partir de placas soldadas Se
dispone de vaacutelvulas de acero con extremos roscados o casquillos de soldadura en los
tamantildeos maacutes pequentildeos Las vaacutelvulas con extremos roscados de bronce y latoacuten son
muy utilizadas para servicio de fluidos a baja presioacuten en sistemas de acero
Las vaacutelvulas sirven no soacutelo para regular el flujo de fluidos sino tambieacuten para
aislar equipos o tuberiacuteas para el mantenimiento sin interrumpir otras unidades
conectadas El disentildeo de la vaacutelvula deberaacute evitar que los cambios de presioacuten y
temperatura y las deformaciones de las tuberiacuteas conectadas distorsionen o
establezcan una mala alineacioacuten en las superficies de sellado Estas uacuteltimas deberaacuten
ser de material y disentildeo tales que la vaacutelvula permanezca hermeacutetica durante un periodo
de servicio razonable
Vaacutelvulas de compuerta estas vaacutelvulas se disentildean en dos tipos La compuerta
de cuntildea del tipo de asiento inclinado es la que maacutes se utiliza La compuerta de cuntildea
suele ser soacutelida pero es posible que sea tambieacuten flexible (cortada parcialmente en
mitades por un plano en aacutengulo recto con la tuberiacutea) o dividida (cortada
completamente por ese plano) Las cuntildeas flexibles y divididas minimizan el raspado
de la superficie de sellado al distorsionarse con mayor facilidad para coincidir con
los asientos de mala alineacioacuten angular En el tipo de asiento paralelo y disco doble
un dispositivo de plano inclinado montado entre los discos convierte la fuerza del
vaacutestago en fuerza axial oprimiendo los discos contra los asientos despueacutes que se
situacutean en su posicioacuten adecuada para el cierre
Vaacutelvulas de globo eacutestas se disentildean con vaacutestago ascendente de rosca interna o
externa Las vaacutelvulas pequentildeas son generalmente del tipo de rosca interna mientras
que en los tamantildeos mayores se prefiere el de rosca externa En la mayor parte de los
disentildeos los discos tienen la libertad de girar sobre los vaacutestagos esto evita las
raspaduras entre el disco y el asiento
CAPIacuteTULO I
45
Vaacutelvulas angulares estas vaacutelvulas son similares a las de globo se utilizan en
ambos casos los mismos casquetes vaacutestagos y discos Combinan un codo y una
vaacutelvula de globo en un componente con ahorro importante de caiacuteda de presioacuten Las
vaacutelvulas angulares bridadas son maacutes faacuteciles de retirar y reemplazar que las de globo
bridadas
Vaacutelvulas de diafragma estas vaacutelvulas se limitan a presiones de
aproximadamente 50 psi Los diafragmas reforzados con tela se pueden hacer de
caucho natural un hule sinteacutetico o cauchos naturales o sinteacuteticos recubiertos con
tefloacuten Estas vaacutelvulas son excelentes para los fluidos con soacutelidos en suspensioacuten y se
pueden instalar en cualquier posicioacuten
Llaves de macho o tapoacuten estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas por debajo
de 260degC puesto que la expansioacuten diferencial entre el tapoacuten y el cuerpo hace que se
atore El tamantildeo y la forma del orificio divide esas vaacutelvulas en tipos diferentes
venturi corto orificio rectangular reducido venturi largo orificio rectangular
completo y orificio redondo completo
Vaacutelvulas de bola estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas que tienen pocos
efectos sobre sus asientos de plaacutestico Puesto que el elemento sellador es una bola su
alineacioacuten con el eje del vaacutestago no es esencial para el cierre hermeacutetico En las
vaacutelvulas de bola libre la esfera se puede desplazar en sentido axial El diferencial de
presioacuten a traveacutes de la vaacutelvula obliga a la bola en posicioacuten cerrada a oprimirse contra
el asiento de corriente abajo y este uacuteltimo contra el cuerpo En las vaacutelvulas de bola
fija la bola gira sobre extensiones del vaacutestago y los cojinetes se sellan con anillos en
O
Vaacutelvulas de mariposa estas vaacutelvulas ocupan menos espacio en la liacutenea que
cualquier otra vaacutelvula Se logra un sellado relativamente hermeacutetico sin desgaste
excesivo de los asientos ni un esfuerzo operacional de torsioacuten demasiado grande
mediante diversos meacutetodos como asientos elaacutesticos anillos de pistoacuten sobre el disco e
inclinacioacuten del vaacutestago para limitar el contacto entre las porciones del disco maacutes
cercanas al vaacutestago y el asiento del cuerpo en unos cuantos grados de curvatura
CAPIacuteTULO I
46
Vaacutelvulas de retencioacuten de columpio estas vaacutelvulas se utilizan para evitar la
inversioacuten del flujo El disentildeo normal es para emplearse solamente en liacutenea horizontal
donde la fuerza de gravedad sobre el disco sea maacutexima al comienzo del cierre y
miacutenima al final
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS
12441 Seguridad
La seguridad se puede definir como la estipulacioacuten de medidas de proteccioacuten
que se requieren para asegurar una operacioacuten sin riesgos de un sistema propuesto de
tuberiacutea Entre las consideraciones generales a evaluar deberiacutean contarse las
siguientes
1) Las caracteriacutesticas peligrosas del fluido a manejar
2) La cantidad de fluido que se escaparaacute a consecuencia de una falla en la
tuberiacutea
3) El efecto de una falla (por ejemplo peacuterdidas de agua de enfriamiento) en la
seguridad de toda la planta
4) Evaluacioacuten de los efectos de una reaccioacuten con el medio ambiente
5) El probable grado de exposicioacuten del personal de operacioacuten o mantenimiento
6) La seguridad de la tuberiacutea seguacuten los materiales de construccioacuten meacutetodos de
unioacuten y el servicio que recibiraacute la tuberiacutea
12442 Condiciones de disentildeo
Las definiciones de temperaturas presiones y otros aspectos aplicables al
disentildeo de sistemas de tuberiacuteas se muestran a continuacioacuten
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo de un sistema de tuberiacuteas no seraacute
menor que la presioacuten en las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura para el espesor mayor o relacioacuten presioacuten-temperatura requerida [4]
CAPIacuteTULO I
47
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del
material representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura Cuando se trate de tuberiacutea metaacutelica no aislada con fluido a una
temperatura inferior a 38degC la temperatura del metal seraacute considerada como la
temperatura del fluido
Cuando un fluido se encuentre a una temperatura igual o superior a 38degC y la
tuberiacutea no tenga aislamiento externo la temperatura del metal seraacute tomada como un
porcentaje de la temperatura del fluido a menos que se determine una temperatura
maacutes baja por experimentacioacuten o caacutelculo Para tuberiacutea vaacutelvulas roscadas y con
extremos soldados accesorios y otros componentes con un espesor de pared
comparable al de esa tuberiacutea el porcentaje seraacute de 95 para bridas vaacutelvulas y
accesorios bridados seraacute de 90 para bridas con junta de solapa seraacute de 85 y para
pernos de 80 [4]
Influencias ambientales Cuando el enfriamiento provoque vaciacuteo en la liacutenea
el disentildeo debe estipular alguacuten rompedor de vaciacuteo o presioacuten externa tambieacuten debe
considerarse la expansioacuten teacutermica de objetos atrapados entre las vaacutelvulas cerradas [4]
La caracteriacutestica de ciertos servicios es la variacioacuten ocasional de la presioacuten o
temperatura o ambas variables por debajo de los niveles de operacioacuten pero no deben
tomarse en cuenta estas variaciones si se han cumplido los criterios citados Por otra
parte las condiciones maacutes graves de presioacuten y temperatura coincidentes durante la
variacioacuten seraacuten las que se empleen para establecer las condiciones de disentildeo
Se deben satisfacer los siguientes criterios
1 El sistema no debe tener componentes de hierro colado u otro metal no duacutectil
expuestos a presioacuten
2 Los esfuerzos nominales de presioacuten no deben exceder el esfuerzo elaacutestico a la
temperatura especificada
3 Los esfuerzos longitudinales combinados no deben exceder los liacutemites
establecidos en el coacutedigo ASME
CAPIacuteTULO I
48
4 El nuacutemero de ciclos (variaciones) no debe exceder el valor 7000 durante la
vida del sistema de tuberiacutea
5 Las variaciones ocasionales por encima de lo establecido en las condiciones
de disentildeo deben estar dentro de uno de los liacutemites siguientes para el disentildeo de
la presioacuten
a) Cuando la variacioacuten no persista un tiempo superior a 10 horas en cada
ocasioacuten y 100 horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el
esfuerzo permisible para la presioacuten de disentildeo a la temperatura de la
condicioacuten incrementada en un valor no mayor a 33
b) Cuando la variacioacuten no persista maacutes de 50 horas en cada ocasioacuten y 500
horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el esfuerzo
permisible para el disentildeo de presioacuten a la temperatura de la condicioacuten
incrementada en un valor no mayor al 20
Efectos dinaacutemicos El disentildeo de estos sistemas debe contar con prevenciones
contra impacto (como choques hidraacuteulicos) viento (cuando la tuberiacutea estaacute expuesta a
eacuteste) terremotos reacciones de descarga y vibraciones (de tuberiacuteas y soportes)
Las consideraciones respecto al peso deben incluir cargas vivas (contenido
hielo y nieve) cargas muertas (tuberiacutea vaacutelvulas aislamiento etc) y cargas de prueba
(fluidos de prueba) [4]
12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas
El coacutedigo ASME utiliza tres meacutetodos diferentes para abordar el disentildeo
1 Preveacute la utilizacioacuten de componentes dimensionalmente normalizados en
sus relaciones de presiones y temperaturas
2 Proporciona foacutermulas de disentildeo y esfuerzos maacuteximos
3 Prohiacutebe la utilizacioacuten de materiales componentes o meacutetodos de montaje
en ciertas condiciones
CAPIacuteTULO I
49
12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos
Espesor de las paredes La evaluacioacuten del esfuerzo de presioacuten externa de las
tuberiacuteas es la misma que para los recipientes de presioacuten sin embargo existe una
diferencia importante cuando se establece una presioacuten de disentildeo y un espesor de las
paredes para la presioacuten interna como resultado del requisito del ASME Boiler and
Pressure Vessel Code que el ajuste de la vaacutelvula de purga no debe ser superior a la
presioacuten de disentildeo Para los recipientes esto quiere decir que el disentildeo es para una
presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar las fugas de la vaacutelvula durante el funcionamiento
normal No obstante en las tuberiacuteas la temperatura y la presioacuten de disentildeo se
consideran como la combinacioacuten maacutexima esperada de presioacuten de operacioacuten y
temperatura que dan como resultado el espesor maacuteximo [4]
Bajo la normativa del coacutedigo ASME B313 [1] para tuberiacuteas metaacutelicas rectas
con presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm
se da a continuacioacuten y es aplicable para razones de Dot mayores de 6 Las ecuaciones
maacutes conservadoras de Barlow y Lameacute pueden ser utilizadas tambieacuten La ecuacioacuten 32
incluye un factor Y que variacutea con el material y la temperatura para considerar la
redistribucioacuten de esfuerzos perimetrales que se producen con flujo en estado
estacionario a altas temperaturas y permite espesores ligeramente menores en este
intervalo
( ) cYPSE
DPt o
m ++
=2
Ec 32
Donde P= presioacuten interna maacutexima
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea
c= suma de la tolerancia mecaacutenica y las tolerancias por erosioacuten y
corrosioacuten
SE= esfuerzo permisible
CAPIacuteTULO I
50
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales excluyendo juntas
materiales fundidos o factores de calidad de grado estructural
Y= coeficiente cuyos valores para materiales ferrosos duacutectiles variacutean
entre 04 y 07 para materiales ferrosos no duacutectiles es de 04 y para materiales
fraacutegiles es 0 como el hierro colado
Factor de calidad (E) es uno o el producto de maacutes de uno de los siguientes
factores de calidad factor de calidad de fundiciones (Ec) factor de calidad de
uniones (Ej) y factor de calidad de grado estructural (Es) de 092
Las vaacutelvulas deben estar de acuerdo con las normas aplicables que se dan en
el coacutedigo y con los liacutemites permisibles de presioacuten y temperatura que se establecen en
eacutel sin que vayan maacutes allaacute de las limitaciones de materiales o servicio que establece el
coacutedigo
El espesor de los codos de tuberiacuteas se debe determinar como para las tuberiacuteas
rectas a condicioacuten de que la operacioacuten de doblado no deacute como resultado una
diferencia entre el diaacutemetro maacuteximo y el miacutenimo de maacutes de 8 y 3 del diaacutemetro
exterior nominal de la tuberiacutea para presioacuten interna y externa respectivamente
12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas [4]
El coacutedigo ASME B313 requiere que los sistemas de tuberiacuteas se disentildeen para
que tengan suficiente flexibilidad y evitar asiacute que la expansioacuten o la contraccioacuten
teacutermica o el movimiento de soportes o terminales de la tuberiacutea provoquen alguna de
las dificultades siguientes
- Fallas en los soportes de las tuberiacuteas debidas a las fatigas o esfuerzos
excesivos
- Fugas en las juntas
- Esfuerzos o distorsiones perjudiciales en las tuberiacuteas o en los equipos
conectados (como bombas turbinas o vaacutelvulas) debido a los excesivos
empujes axiales o movimientos en las tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
51
Deformaciones por desplazamiento Las deformaciones se ocasionan por una
tuberiacutea que se desplaza de su posicioacuten original
1 Desplazamientos teacutermicos un sistema de tuberiacuteas sufriraacute cambios
dimensionales a consecuencia de cambios en la temperatura Si se
restringe el movimiento libre con terminales guiacuteas y anclajes seraacute
desplazado de su posicioacuten original
2 Desplazamientos por reaccioacuten si las restricciones no son riacutegidas y existe
un movimiento predecible de estos accesorios bajo carga eacuteste podriacutea
considerarse como desplazamiento de compensacioacuten
3 Desplazamientos impuestos externamente cuando externamente se crean
movimientos de las restricciones eacutestos impondraacuten un desplazamiento a la
tuberiacutea ademaacutes de los relacionados con los efectos teacutermicos Estos
movimientos pueden originarse por causas como corrientes de aire o
cambios de temperatura en equipos conectados
Deformaciones de desplazamiento total Los desplazamientos teacutermicos los
desplazamientos por reaccioacuten y los desplazamientos impuestos externamente tienen
efectos equivalentes sobre los sistemas de tuberiacuteas y deben considerarse en conjunto
para determinar las deformaciones por desplazamiento total en un sistema de tuberiacuteas
Las deformaciones por expansioacuten se pueden considerar en tres formas por
doblez torsioacuten o compresioacuten axial En los primeros dos casos el esfuerzo maacuteximo
ocurre en las fibras extremas de la seccioacuten transversal de la zona criacutetica En el tercer
caso el aacuterea entera de la seccioacuten transversal seraacute sometida al mismo esfuerzo en toda
la longitud de la tuberiacutea
La flexibilidad torsional o por doblez puede obtenerse por codos abrazaderas
o tuberiacuteas no alineadas por tuberiacutea corrugada o juntas de expansioacuten tipo fuelle o por
otros dispositivos que permitan el movimiento rotacional Estos dispositivos deben
anclarse o conectarse de forma tal que resistan las fuerzas terminales de la presioacuten del
fluido que tengan resistencia friccional al movimiento de la tuberiacutea y otras causas
CAPIacuteTULO I
52
La flexibilidad axial puede obtenerse mediante juntas de expansioacuten de los
tipos deslizante o de fuelle adecuadamente ancladas y orientadas para resistir las
fuerzas terminales de la presioacuten del fluido y deben tener resistencia friccional al
movimiento y otras causas
Esfuerzos de desplazamiento Los esfuerzos se pueden considerar como
proporcionales a la deformacioacuten total que causan soacutelo si la deformacioacuten estaacute
uniformemente distribuida y no es excesiva en ninguacuten punto La distribucioacuten irregular
de deformaciones (sistemas equilibrados) puede resultar de
1 Tuberiacuteas de dimensiones pequentildeas sometidas a un gran esfuerzo en serie
con tuberiacutea relativamente riacutegida de grandes dimensiones
2 La reduccioacuten local en tamantildeo o espesor de pared o empleo local de un
material que tiene una fuerza elaacutestica reducida
3 Una configuracioacuten de recubrimiento en un sistema de tamantildeo uniforme
en el cual la expansioacuten o contraccioacuten debe absorberse con una
desalineacioacuten corta en la mayor parte de la tuberiacutea
Si los esquemas desequilibrados de tuberiacutea no pueden evitarse se deben
aplicar meacutetodos analiacuteticos apropiados con objeto de asegurar la flexibilidad adecuada
del sistema Si el disentildeador determina que un sistema no tiene una adecuada
flexibilidad inherente debe proporcionar flexibilidad adicional mediante la adicioacuten de
codos abrazaderas tramos de tuberiacutea en S juntas de torniquete tuberiacutea corrugada
juntas de expansioacuten de los tipos de fuelle o deslizante u otros dispositivos Tambieacuten
debe contarse con un anclaje adecuado
Mientras que los esfuerzos resultantes de una deformacioacuten teacutermica tienden a
disminuir con el tiempo la diferencia algebraica de ese desplazamiento y la condicioacuten
original o cualquier condicioacuten anticipada del sistema con un mayor efecto opuesto
que en la condicioacuten de desplazamiento extremo que permaneceraacute constante durante
cualquier ciclo de operacioacuten
CAPIacuteTULO I
53
Muelle enfriado El muelle enfriado es la deformacioacuten intencional que se crea
en una tuberiacutea durante su ensamblaje con objeto de producir un esfuerzo y
desplazamiento inicial deseado Cuando una tuberiacutea se va a utilizar a una temperatura
mayor a la cual se instala el muelle enfriado es adecuado al hacer que la longitud de
la tuberiacutea sea ligeramente maacutes corta que la obtenida en el disentildeo El muelle enfriado
es beneacutefico pues ayuda a equilibrar la magnitud del esfuerzo en condiciones de
desplazamiento inicial y extremo
Requisitos para el anaacutelisis No es necesario realizar un anaacutelisis formal de la
flexibilidad requerida en sistemas que
a Son copias de instalaciones que se encuentran operando bien o tienen
sustituciones poco significativas de sistemas que cuentan con una historia
de servicio satisfactoria
b Pueden ser juzgados raacutepidamente con una adecuada comparacioacuten con
sistemas ya analizados
c Son de dimensioacuten uniforme y no tienen maacutes de dos puntos de fijacioacuten ni
tienen restricciones intermedias ademaacutes de caer dentro de los liacutemites de
la ecuacioacuten empiacuterica siguiente
( ) 222
KULyD
leminus
Ec 33
Donde y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser
absorbida por el sistema
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes
U= distancia de anclajes liacutenea recta entre anclajes
K2= 003 para unidades inglesas
- Todos los sistemas que no cumplan estos criterios seraacuten analizados por
meacutetodos de anaacutelisis simplificados aproximados o completos que sean
adecuados para cada caso especiacutefico
CAPIacuteTULO I
54
- Los meacutetodos de aproximacioacuten o simplificacioacuten soacutelo pueden ser aplicados
en el intervalo de configuraciones para las que se ha demostrado su
adaptabilidad
- Entre los meacutetodos de anaacutelisis aceptables se cuentan los meacutetodos
analiacuteticos y de graacuteficas que proporcionan una evaluacioacuten de las fuerzas
momentos y esfuerzos causados por las deformaciones por
desplazamiento
- El anaacutelisis tomaraacute en cuenta los factores de intensificacioacuten de esfuerzo
para cualquier componente diferente de la tuberiacutea recta Se debe tener en
cuenta la flexibilidad extra de ese componente
Cuando se calcula la flexibilidad de un sistema de tuberiacutea entre puntos de
anclaje el sistema debe tratarse como un todo Deberaacute reconocerse la importancia de
todas las partes de la liacutenea y las restricciones introducidas con el propoacutesito de reducir
momentos y fuerzas en el equipo o pequentildeas ramificaciones y tambieacuten las
restricciones introducidas por la friccioacuten de soportes Es necesario considerar todos
los desplazamientos dentro del intervalo de temperaturas determinado por las
condiciones de operacioacuten y fuera de servicio
12446 Soportes de tuberiacuteas
Las cargas transmitidas por las tuberiacuteas a los equipos conectados y los
elementos de soporte incluyen peso efectos inducidos por la temperatura y la
presioacuten vibraciones el viento los sismos los choques la expansioacuten y contraccioacuten
teacutermica El disentildeo de soportes y restricciones se basa en cargas que actuacutean de modo
concurrente suponiendo que no se ejerzan simultaacuteneamente los sismos y el viento
Los soportes elaacutesticos y de tipo de esfuerzo constante se deben disentildear para
las condiciones maacuteximas de carga incluyendo las de prueba a menos que se
proporcionen soportes temporales [4]
El coacutedigo sentildeala ademaacutes que los elementos de soporte de tuberiacuteas deben
CAPIacuteTULO I
55
1) Evitar las interferencias excesivas para la expansioacuten y la contraccioacuten
teacutermica de la tuberiacutea que de otro modo tiene la flexibilidad adecuada
2) Ser de iacutendole tal que no contribuyan a que se produzcan fugas en las
juntas o un pandeo excesivo de las tuberiacuteas que requiera drenaje
3) Disentildearse para evitar los esfuerzos la resonancia o la desconexioacuten
debido a las variaciones de la carga con la temperatura y que los
esfuerzos longitudinales combinados que se ejercen sobre la tuberiacutea no
sobrepasen lo permitido en el coacutedigo
4) Ser de iacutendole tal que se evite una liberacioacuten completa de la carga sobre la
tuberiacutea en el caso de una mala alineacioacuten o la falla de alguacuten resorte la
transferencia de pesos o las cargas adicionales debidas a las pruebas
durante la instalacioacuten
5) Ser de acero o hierro forjado
6) Ser de acero de aleacioacuten o protegerse de la temperatura en los lugares en
que se sobrepasen los liacutemites de temperatura adecuados para el acero al
carbono
7) No ser hierro colado excepto para bases de rodillos rodillos bases de
anclaje etc principalmente bajo cargas de compresioacuten
8) No ser de hierro maleable ni nodular con excepcioacuten de las abrazaderas de
tuberiacuteas las abrazaderas de vigas las bridas de soportes los sujetadores
las bases y los anillos giratorios
9) No ser de madera excepcioacuten hecha de los soportes sometidos
primordialmente a compresioacuten donde la temperatura de la tuberiacutea se
encuentre al nivel del ambiente o por debajo de eacutel
10) Tener roscas para ajustes atornillados que se conformen a las
especificaciones del Coacutedigo ASME B11
CAPIacuteTULO I
56
12447 Golpe de Ariete [6]
El golpe de ariete se puede presentar en una tuberiacutea que conduzca un liacutequido
cuando se tiene un frenado o una aceleracioacuten en el flujo por ejemplo el cambio de
abertura de una vaacutelvula en la liacutenea Al cerrarse raacutepidamente una vaacutelvula en la tuberiacutea
durante el escurrimiento el flujo a traveacutes de la vaacutelvula se reduce lo cual incrementa
la carga del lado aguas arriba de la vaacutelvula iniciaacutendose asiacute un pulso de alta presioacuten
que se propaga en direccioacuten contraria a la del escurrimiento Este pulso de presioacuten
hace que la velocidad del flujo disminuya La presioacuten en el lado aguas abajo de la
vaacutelvula se reduce y la onda de presioacuten disminuida viaja en el sentido del
escurrimiento disminuyendo tambieacuten la velocidad del flujo Si el cierre de la vaacutelvula
es suficientemente raacutepido y si la presioacuten permanente original es suficientemente baja
se puede formar una bolsa de vapor aguas abajo de la vaacutelvula cuando esto ocurre la
cavidad de vapor puede eventualmente reducirse en forma violenta y producir una
onda de alta presioacuten que se propaga en la direccioacuten aguas abajo
La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud de la
tuberiacutea ya que las ondas de sobrepresioacuten se cargaraacuten de maacutes energiacutea e inversamente
proporcional al tiempo durante el cual se cierra la vaacutelvula cuanto menos dura el
cierre maacutes fuerte seraacute el golpe
El problema del golpe de ariete es uno de los maacutes complejos de la
hidraacuteulica y es resuelto generalmente mediante modelos matemaacuteticos que permiten
simular el comportamiento del sistema Este fenoacutemeno es muy peligroso ya que la
sobrepresioacuten generada puede llegar entre 60 y 100 veces a la presioacuten normal de la
tuberiacutea ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos
Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de vaacutelvulas hay que
estrangular gradualmente la corriente de fluido es decir cortaacutendola con lentitud
utilizando para ello por ejemplo vaacutelvulas de rosca Cuanto maacutes larga es la tuberiacutea
tanto maacutes deberaacute durar el cierre
CAPIacuteTULO I
57
Sin embargo cuando la interrupcioacuten del flujo se debe a causas
incontrolables como por ejemplo la parada brusca de una bomba eleacutectrica se utilizan
tanques neumaacuteticos con caacutemara de aire comprimido torres piezomeacutetricas o vaacutelvulas
que puedan absorber la onda de presioacuten
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN
12451 Soldadura
Los requisitos del coacutedigo referente a la fabricacioacuten son maacutes detallados para la
soldadura que para otros meacutetodos de unioacuten ya que la soldadura no soacutelo se utiliza para
unir dos tuberiacuteas extremo a extremo sino que sirve tambieacuten para fabricar accesorios
que reemplazan a los accesorios sin costura como codos y juntas de solapa de punta
redonda Los requisitos del coacutedigo para el proceso de soldado son esencialmente los
mismos que los de la seccioacuten IX del ASME Boiler and Pressure Vessel Code excepto
que los procesos de soldado no se restringen el agrupamiento del material debe estar
de acuerdo al apeacutendice A del Coacutedigo ASME y las posiciones de la soldadura
corresponder a la posicioacuten de la tuberiacutea [4]
12452 Doblado y formacioacuten
La tuberiacutea puede doblarse en cualquier radio para el cual la superficie del
arco de la curvatura esteacute libre de grietas y pandeos Estaacute permitido el empleo de
dobleces estriados o corrugados El doblado puede efectuarse mediante cualquier
meacutetodo en friacuteo o en caliente siempre que se cumplan las caracteriacutesticas del material
que se estaacute doblando y el radio de la tuberiacutea doblada esteacute dentro [4]
Algunos materiales requieren un tratamiento teacutermico una vez que ya se han
doblado lo que dependeraacute de la severidad del doblado En el coacutedigo se explican
detalladamente los requisitos que deben cumplirse para este tratamiento
CAPIacuteTULO I
58
12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico
Estos tratamientos sirven para prevenir o corregir los defectos nocivos de las
altas temperaturas o gradientes teacutermicos severos inherentes a la unioacuten por soldadura
de los metales Ademaacutes de esto puede ser necesario someter el material a tratamiento
teacutermico con objeto de corregir los efectos de esfuerzo creados durante el doblado o
formado de los metales [4]
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA
PIPESIMreg2003 [5]
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades
El entendimiento detallado de la termo-hidraacuteulica del sistema de produccioacuten
es criacutetico para el disentildeo de liacuteneas de flujo y los caacutelculos del mismo PIPESIMreg
software de anaacutelisis de sistema de produccioacuten proporciona un instrumento completo
para analizar sistemas complejos de tuberiacutea con flujo multifaacutesico
Con sus moacutedulos interconectados este programa permite construir un
modelo completamente integrado del sistema de produccioacuten entero conectando con
simuladores de yacimiento y de proceso tales como el ECLIPSEreg software de
simulacioacuten de yacimiento y HYSYSreg simulador de procesos de AspenTech
132 Modelaje de flujo multifaacutesico
El programa incorpora todas las correlaciones actuales de flujo multifaacutesico
utilizados en la industria tanto empiacutericas como mecaniacutesticas para predecir el
reacutegimen de flujo la peacuterdida de presioacuten y retencioacuten de liacutequidos Esto permite disentildear y
operar el sistema de produccioacuten y distribucioacuten con confianza
Este simulador produce mapas detallados de reacutegimen de flujo en la tuberiacutea a
las condiciones de operacioacuten incorporando todos los aacutengulos de inclinacioacuten
PIPESIMreg utiliza las velocidades superficiales in-situ del gas y liacutequido para
identificar el patroacuten de flujo en cada nodo del sistema permitiendo determinar el
hold-up y la distribucioacuten de presioacuten en el sistema de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
59
Predecir slugs su tamantildeo y frecuencia permite optimizar el disentildeo de
tuberiacuteas y facilidades de procesamiento El simulador OLGA-Sreg y los modelos de
TUFFP se pueden utilizar para identificar estas caracteriacutesticas criacuteticas del flujo
hidrodinaacutemico tipo slug El programa predice tambieacuten la ocurrencia de flujo slug
en inclinaciones de la tuberiacutea
133 Modelos de Fluido
El modelaje exacto del liacutequido producido es criacutetico para la comprensioacuten
del comportamiento del sistema por lo tanto el simulador ofrece la eleccioacuten entre
correlaciones standard de petroacuteleo negro o una gama de modelos composicionales
EOS
134 Certeza del tipo de flujo
PIPESIMreg predice la formacioacuten de hidratos e incluye la habilidad de modelar
los efectos de inhibidores de hidratos Modelando el perfil de la temperatura de la
liacutenea de flujo puede disentildear el sistema en torno a estos problemas
Dicho software incluye tambieacuten rutinas de caacutelculo para determinar los liacutemites
erosivos de la velocidad de la tuberiacutea permitiendo disentildear operaciones seguras en la
misma
135 Disentildeo de equipos de superficie
El programa incluye los modelos de los equipos de superficie comunes para
determinar su impacto en el disentildeo del sistema Ademaacutes las opciones sofisticadas de
sensibilidades en el simulador se pueden utilizar tambieacuten para disentildear sistemas
variando los paraacutemetros claves del sistema permitiendo asiacute la determinacioacuten de los
tamantildeos oacuteptimos de tuberiacutea y equipos a ser utilizados
Los moacutedulos contienen los siguientes equipos
bull Separadores
bull Bombas y motores auxiliares de propulsioacuten multifaacutesicos
bull Compresores y expansores
bull Calentadores y enfriadores
bull Estranguladores
CAPIacuteTULO I
60
136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea
Para un anaacutelisis completo del sistema PIPESIMreg ofrece opciones para
modelar redes complejas que pueden incluir lazos liacuteneas paralelas y by-pass El
algoritmo robusto de la solucioacuten puede modelar la unioacuten distribucioacuten e inyeccioacuten de
la red
Explica detalladamente la termo-hidraacuteulica del sistema que es criacutetica para el
disentildeo de la liacutenea de flujo y el reacutegimen de flujo especialmente para sistemas
multifaacutesicos complejos Esto daraacute las herramientas para emprender el anaacutelisis tiacutepico
de la red incluyendo
bull Identificar embotellamientos de la produccioacuten y limitaciones
bull Valorar los beneficios de nuevos pozos tuberiacuteas adicionales compresioacuten etc
bull Calcular la capacidad de manejo desde el campo hasta el sistema de retencioacuten
bull Predecir los perfiles de presioacuten y temperatura por redes complejas de flujo
bull Planificar el desarrollo de campo
bull Resolver redes de fondo encontradas en pozos multilaterales
Una vez construida la red de produccioacuten se pueden introducir los elementos
de tiempo para analizar el impacto del desempentildeo del yacimiento en la estrategia de
desarrollo del campo
PIPESIMreg permite
minus Modelar flujo multifaacutesico desde el yacimiento a traveacutes de las facilidades
de produccioacuten hasta su punto de entrega
minus Dirigir redes complejas de produccioacuten y captar las interacciones entre
pozos tuberiacuteas y equipos de proceso
minus Realizar un anaacutelisis completo de sensibilidades en cualquier punto del
sistema hidraacuteulico usando muacuteltiples paraacutemetros
minus Simular el sistema de produccioacuten del campo para mejorar la produccioacuten
tomar mejores decisiones y obtener precios maacutes competitivos
minus Conexioacuten con el simulador de procesos HYSYSreg para un anaacutelisis
integrado desde la cara de la arena hasta las facilidades de
procesamiento
CAPIacuteTULO II
61
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO
DESARROLLO DEL DISENtildeO
21 CONDICIONES DE DISENtildeO
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Tomando como referencia las hojas de seguridad e higiene industrial de
PDVSA de cada uno de los fluidos involucrados en el proyecto asiacute como tambieacuten las
propiedades de los fluidos suministradas por cada una de las empresas mixtas se
logra hacer un cuadro resumen con la informacioacuten de cada uno de estos productos
quiacutemicos Ver anexos 1 2 y 3
Tabla 4 Propiedades de los fluidos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol MTBE ISO-OCTANO
CH3OH CH3OH C5H12O C8H18
Alcohol metiacutelico
Alcohol metiacutelico Metil terbutil eacuteter 224 trimetil
pentano Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Gravedad especiacutefica CS 0796 0796 0747 0696
Viscosidad dinaacutemica (cP) 45degC 042 042 027 038
Peso Molecular 3205 3205 8814 11422
Punto de ebullicioacuten (degC) 147psi 648 648 55 993
Presioacuten de vapor (psia) 45degC 41 41 83 17
Punto de fusioacuten (degC) -978 -978 -109 -107365
Punto de ignicioacuten (degC) 470 470 224 410
Calor de fusioacuten (calg) 237 237 - 19278
Forma y color Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro
en agua Solubilidad en alcohol en eacuteter
Soluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporciones
Ligeramente soluble Soluble
-
Insoluble Ligeramente soluble
Soluble
Liacutemites de () inferior inflamabilidad superior
67 365
16 151
- -
CAPIacuteTULO II
62
212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca del
sistema de bombeo con el cual cuenta cada una de estas empresas se pudo resumir el
siguiente cuadro
Tabla 5 Sistema de Bombeo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135
Pmin entrada brazo de carga (psig) 70 70 70 70
Pdescarga brazo de carga (psig) 20 20 20 20
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 1000 1000 1000
Flujo miacutenimo (m3h) 1000 500 500 500
Cantidad de bombas 1 de 2 2 de 2 2 de 3 2 de 3
Descripcioacuten de las bombas p-801 AB p-6201 AB 900-p-1 ABC 900-p-1 ABC
Poperacioacuten (psig) 1337 135 135 135
Pmaacutex de descarga (psig) 171 171 171 171
Pmaacutex de operacioacuten (psig) 250 250 250 250
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Potencia (KW) 7204 320 350 350
Cabezal (m) 110 120 120 120
Eficiencia () 81 795 795 795 Presioacuten requerida en el brazo de carga (psig) 70 ndash 100 70 ndash 100 71 ndash 86 71 ndash 86
Se refiere a la cantidad de bombas en uso referente a la cantidad de
bombas disponibles en la planta
CAPIacuteTULO II
63
213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO JOSE
El proyecto se encuentra ubicado dentro del Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui en la costa este de Venezuela en Jose Estado Anzoaacutetegui Las
condiciones ambientales que maacutes afectan los caacutelculos del siguiente trabajo se
presentan en la tabla 6
Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose
Temperatura maacutexima (degC) 45
Temperatura promedio anual (degC) 34
Temperatura miacutenima extrema (degC) 15 bulbo seco 24 bulbo huacutemedo
Presioacuten atmosfeacuterica promedio (psi) 146923
Promedio de elevacioacuten del terreno (m) 75
214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
La configuracioacuten de las tuberiacuteas para este proyecto se decidioacute dividir en 3
tramos la tuberiacutea principal de 20rdquo oacute 24rdquo (de mayor diaacutemetro y longitud) la tuberiacutea de
16rdquo y la tuberiacutea de 12rdquo Luego que la tuberiacutea principal se ubica dentro del liacutemite de
bateriacutea del muelle el diaacutemetro se debe disminuir gradualmente hasta conseguir las
12rdquo necesarias para el despacho a traveacutes de los brazos de carga los cuales seguacuten las
caracteriacutesticas del muelle y normativas de seguridad deben ser de este diaacutemetro
especiacutefico
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca de
las condiciones operacionales de los fluidos a traveacutes del sistema de tuberiacuteas se
seleccionoacute la tuberiacutea maacutes apropiada para este proyecto ya que se cumple con los
requisitos de seguridad necesarios Los datos recolectados se muestran en las tablas 7
8 y 9
CAPIacuteTULO II
64
Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo)
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro exterior (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro interno (in) 2325 1925 1925 1925 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 2783 2312 2312 2312 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 2948 20211 20211 20211
exterior 6283 5236 5236 5236 Longitud de superficie (in) interior 609 504 504 504 Longitud de la tuberiacutea (ft) 10932 11394 12398 14557 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (in) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (in) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
El tipo de tuberiacuteas aplicables al proyecto son API 5L ASTM A-106 y
ASTM A-53 todas en acero al carbono y con rangos tanto de temperatura como de
presioacuten aceptables en el proyecto Estas tuberiacuteas cumplen con los requisitos
necesarios ademaacutes de estar incluidas dentro del tipo de tuberiacutea (piping class)
aplicable a las plantas y al Muelle Petroquiacutemico Partiendo de eacutesto se escoge la
tuberiacutea A-53 por ser eacutesta la de uso permitido en el aacuterea del Muelle Petroquiacutemico y por
ser compatible con las de uso en las plantas Para trayectorias dentro de los linderos
CAPIacuteTULO II
65
de las plantas de las empresas mixtas se haraacute uso de la tuberiacutea que estipule la
normativa de seguridad de dicha planta
Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbonoTuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro exterior (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro interno (in) 1525 1525 1525 1525 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1841 1841 1841 1841 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 1268 1268 1268 1268
exterior 4189 4189 4189 4189 Longitud de superficie (ft) interior 399 399 399 399
Longitud de la tuberiacutea (ft) 1640 1640 1640 1640 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
La seleccioacuten del tipo de costura de la tuberiacutea se realizoacute sujeto al piping class
manejado en el Muelle Petroquiacutemico asiacute como al de cada una de las plantas siendo
recomendable el tipo E correspondiente a tuberiacutea con costura soldada con resistencia
eleacutectrica (ERW) solamente para el tramo que abarca el corredor en las calles C y F
CAPIacuteTULO II
66
(ver figura 1) Al pasar el liacutemite de bateriacutea del muelle la especificacioacuten debe cambiar
a tuberiacutea sin costura (Tipo S) por ser eacutesta la manejada en el piping class del Muelle
Petroquiacutemico Dicha divergencia afecta este estudio uacutenicamente para el caacutelculo del
espesor miacutenimo requerido
Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 12 12 12 12 Diaacutemetro exterior (in) 1275 1275 1275 1275 Diaacutemetro interno (in) 12 12 12 12 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1458 1458 1458 1458 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 07854 07854 07854 07854
exterior 3338 3338 3338 3338 Longitud de superficie (ft) interior 314 314 314 314
Longitud de la tuberiacutea (ft) 164 164 164 164 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
CAPIacuteTULO II
67
Las tuberiacuteas son grado B lo cual indica que se trata de tuberiacuteas de color
negro (material acero al carbono) que necesitaraacuten recubrimiento y galvanizado antes
de ser usadas
La ceacutedula es estaacutendar se escogioacute debido a que se mantiene un margen por
encima del espesor miacutenimo requerido dichos caacutelculos se presentan a continuacioacuten
El rating de la tuberiacutea de acuerdo al piping class manejado en el Muelle
Petroquiacutemico es de 150 lbf Este valor estaacute sujeto a cambios debido a que para la
fecha de elaboracioacuten de este Trabajo Especial de Grado auacuten no se habiacutea realizado el
estudio de golpe de ariete factor importante en la delimitacioacuten de presioacuten que deberaacute
soportar la tuberiacutea
La cantidad y descripcioacuten de cada uno de los accesorios y vaacutelvulas que seraacuten
empleados en las liacuteneas han sido suministrados por las empresas mixtas y podraacuten
estar sujetos a cambios durante la fase de construccioacuten del proyecto
La tabla 10 resume las longitudes equivalentes mostradas en la tabla 3 de
los componentes a ser instalados en las configuraciones de tuberiacuteas involucradas en el
proyecto
Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios
24 20 16 12 Tipo de accesorio o vaacutelvula Le [ft] Le [ft] Le [ft] Le [ft]
Unioacuten 4 3 3 2 Codo 90deg regular 47 39 31 25 Codo 90deg radio largo 29 25 20 16 Codo 45deg regular 24 20 16 12 T de liacutenea de flujo 32 26 21 17 T de ramal de flujo 60 76 96 116 Vaacutelvula de globo 400 525 655 800 Vaacutelvula de compuerta 11 13 17 20 Vaacutelvula angular 200 250 320 390 Vaacutelvula de retencioacuten deslizante 135 172 217 262 Entrada de filos rectos 39 53 68 86 Salida tuberiacutea 78 106 136 172 Reductor de diaacutemetro 97 80 62 45
CAPIacuteTULO II
68
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
Se emplea el software PIPESIMreg para la simulacioacuten del sistema de
transporte del proyecto debido a que es eacuteste un programa con la capacidad para la
simulacioacuten de equipos de superficie asiacute como es capaz de trabajar con los fluidos
involucrados en este proyecto La licencia del software se obtuvo de la empresa
PDVSA a traveacutes de la intranet de la misma la cual se encontraba a disposicioacuten de los
empleados de Pequiven para el teacutermino de este Trabajo Especial de Grado
2211 Metor
Se procedioacute a la configuracioacuten de las tuberiacuteas en PIPESIMreg siguiendo el
esquema mostrado en la figura 6 Este disentildeo se tomaraacute como referencia para las
demaacutes plantas
1 Se coloca una fuente (source) de donde proviene el fluido el cual viene
representado por el tanque de almacenamiento de cada una de las plantas en este
caso en especiacutefico las propiedades que lo describen son
Temperatura 45degC
Presioacuten 0 psig
Se supone que el fluido no se encuentra presurizado dentro del tanque debido
a que se encuentra a condiciones ambientales La temperatura es de 45 degC porque
eacuteste es el valor maacuteximo que se podriacutea conseguir en condiciones ambientales
extremas y ha sido la temperatura de disentildeo estipulada
CAPIacuteTULO II
69
Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como ldquocomposicionalrdquo debido a que el
metanol se encuentra preestablecido dentro del programa como un fluido acuoso
(soluble en agua) y se agrega con una molaridad al 100 a traveacutes de la tuberiacutea soacutelo
fluiraacute metanol liacutequido la inclusioacuten del fluido se muestra en la figura 7
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja
de especificaciones (data sheet) por parte de la empresa la informacioacuten es incluida en
la siguiente ventana (ver Figura 8)
CAPIacuteTULO II
70
Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor)
Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor
CAPIacuteTULO II
71
4 Se incorpora la liacutenea de 24rdquo la cual es ingresada a la configuracioacuten como
una liacutenea de flujo eacutesta se conecta a la bomba a traveacutes de un nodo Se utilizan estos
conectores para la unioacuten de los elementos y no representan cambio alguno a las
propiedades Los datos necesarios para agregar la liacutenea de flujo son sentildealados en la
figura 9
Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor
Se colocan 2 ondulaciones por cada mil metros de recorrido debido a que
eacuteste es el nuacutemero de ondulaciones (altibajos) promedio que presentaraacute el recorrido de
la tuberiacutea La diferencia de altura es de 2 m debido a que la altitud de la planta se
encuentra por encima del nivel del muelle en un margen cercano a este valor La
distancia horizontal es la correspondiente al recorrido total de la tuberiacutea maacutes la
longitud equivalente correspondiente a las vaacutelvulas y accesorios La rugosidad es la
CAPIacuteTULO II
72
correspondiente al acero al carbono y la temperatura ambiente es la temperatura
promedio reportada en el aacuterea
Se incluye como dato que la tuberiacutea no tiene recubrimiento y estaraacute rodeada
por aire con lo cual se establece un valor de transferencia de calor entre la tuberiacutea y
el aire de 20 BTUh ft2 degF (dicho valor se encuentra predeterminado en el simulador
para estas condiciones)
5 Se agrega la liacutenea de 16rdquo tambieacuten como una liacutenea de flujo la cual presenta
las caracteriacutesticas mostradas en la figura 10 Las ondulaciones seraacuten 0 ya que esta
liacutenea se encontraraacute sobre la plataforma del muelle donde no tendraacute altibajos asiacute como
tampoco presentaraacute diferencia de altitud en el recorrido Se preveacute con una longitud de
500m a la cual se debe agregar la longitud equivalente representativa de los
accesorios dispuestos en la configuracioacuten
Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor
CAPIacuteTULO II
73
6 Se antildeade la liacutenea de 12rdquo y tuberiacutea final de la configuracioacuten A la salida de
eacutesta la presioacuten deberaacute ser al menos 70 psig para que el fluido pueda hacer el
recorrido a traveacutes del brazo de carga y atracar al buque con una presioacuten de 20 psig
debido a que eacutestas son las especificaciones del brazo de carga que seraacute empleado en
el muelle Esta tuberiacutea a diferencia de la de 16rdquo siacute presenta ondulaciones ya que este
uacuteltimo tramo tiene un recorrido tortuoso con diferencias pequentildeas de altura La
longitud total de tuberiacutea es de 50m aproximadamente a los cuales se agrega la
longitud equivalente de los accesorios dispuestos en esta tuberiacutea En la figura 11 se
pueden observar las propiedades de la liacutenea de 12rdquo
Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor
7 El punto final de la configuracioacuten es un nodo frontera que en este caso en
especiacutefico vendraacute representado por el inicio del brazo de carga punto donde la
presioacuten deberaacute ser de 70 psig
CAPIacuteTULO II
74
2212 SuperMetanol
Tomando como base la configuracioacuten de tuberiacuteas de Metor se genera un
modelo con la misma cantidad y disposicioacuten de elementos A continuacioacuten se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas de la planta Supermetanol
haciendo uso de PIPESIMreg donde soacutelo se resentildean las caracteriacutesticas que difieren del
modelo de metanol de Metor
- La bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja de especificaciones por parte
de la empresa presenta la siguiente informacioacuten
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 650 kW (resultante del accionamiento de ambas bombas)
Eficiencia 795
- La liacutenea de 20rdquo se ingresa a la configuracioacuten con los datos sentildealados en la
figura 12
Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol
CAPIacuteTULO II
75
- Las liacuteneas de 16rdquo y 12rdquo tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las
configuraciones estos tramos de tuberiacutea se encuentran sobre la plataforma del muelle
ubicados sobre el mismo pipe rack de esta manera que las tuberiacuteas estaraacuten una junto
a la otra por ende tendraacuten las mismas especificaciones
2213 MTBE de Super Octanos
La configuracioacuten de tuberiacuteas de Super Octanos presenta la misma disposicioacuten
de elementos que la de Metor a continuacioacuten se presenta de forma resumida el disentildeo
de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
1 Las propiedades que describen las condiciones del source son
iguales al caso de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como black oil esto debido a que el simulador
no contempla el Metil Terbutil Eacuteter como un fluido preestablecido en sus
lineamientos Para incluir el fluido como petroacuteleo negro se ingresan los siguientes
valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 551755
Ademaacutes se agrega la informacioacuten de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente como se ve en la
figura 13
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual tambieacuten se
tiene la hoja de informacioacuten por parte de la empresa La informacioacuten incluida es la
siguiente
CAPIacuteTULO II
76
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 700 kW
Eficiencia 795
Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de Super Octanos
4 Luego se incorpora la liacutenea de 20rdquo la cual se ingresa a la configuracioacuten
como una liacutenea de flujo Los datos necesarios para la inclusioacuten de la liacutenea principal de
20rdquo se presentan en la Figura 14
5 Al igual que para la configuracioacuten de Metor se agregan las liacuteneas de 16rdquo y
12rdquo las cuales tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las configuraciones
CAPIacuteTULO II
77
Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de Super Octanos
2214 IsoOctano de Super Octanos
Tomando como base la configuracioacuten de MTBE de la misma planta se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
Las propiedades divergentes entre este caso y MTBE baacutesicamente son los
datos ingresados para la caracterizacioacuten del fluido y las propiedades de la liacutenea de
20rdquo De esta manera se hace referencia soacutelo a estos valores los cuales son
- El tipo de fluido se incluye como black oil para lo cual se ingresaron los
siguientes valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 735724
CAPIacuteTULO II
78
- Se agrega informacioacuten adicional de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente que para este caso
son las siguientes
Temperatura (ordmC) Viscosidad (cP)
40 046
20 055
- La configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo se muestra en la figura 15
Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de Super Octanos
CAPIacuteTULO II
79
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA
PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO
El proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo busca reubicar el despacho de productos de
las empresas mixtas (Metor Supermetanol y Super Octanos) en la actualidad
despachados a traveacutes del Muelle Criogeacutenico propiedad de PDVSA ubicado en el
Complejo Industrial Joseacute Antonio Anzoaacutetegui
El estudio ocupacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose se adjudicoacute a una
compantildeiacutea privada sin embargo es requerimiento del presente Trabajo Especial de
Grado hacer una breve revisioacuten a dicho Muelle para disponer de un estimado de
tiempo requerido para el embarque de buques si se bombea el producto a la maacutexima
carga que permita la configuracioacuten de cada una de las liacuteneas Para la realizacioacuten de
este objetivo la informacioacuten recolectada para la evaluacioacuten de la ocupacioacuten del
muelle estaacute basada seguacuten el promedio mensual de despacho actual a traveacutes del
muelle de PDVSA y el despacho mensual a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Se anexa un modelo rudimentario donde se presenta la disposicioacuten de los
brazos de carga los cuales seraacuten habilitados para despacho de cada uno de los
productos involucrados con el proyecto del cual es parte este trabajo (ver Figura 16)
CAPIacuteTULO II
80
Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose
Los brazos de carga que se empleen en el proyecto preferiblemente deberaacuten
ser de las mismas caracteriacutesticas y dimensiones de ser posible de la misma marca
para facilitar las labores de mantenimiento y obtencioacuten de repuestos Deberaacuten tener
un diaacutemetro de 12rdquo y tener facilidad para retorno de vapores debido a que asiacute lo
contemplan las normativas gubernamentales Las principales caracteriacutesticas con las
cuales deben cumplir los brazos de carga que se ubicaraacuten en las posiciones M-502
M-503 M-504 y M-505 del Muelle Petroquiacutemico se presentan en la tabla 11
CAPIacuteTULO II
81
Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga
Posicioacuten M-503 M-505 M-504 M-502 M-502 Producto Metanol Metanol MTBE Iso-Octano
Procedencia Metor yo Supermetanol
Supermetanol yo Metor Super Octanos Super Octanos
Diaacutemetro (in) 12 12 12 12 Tasa de flujo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Viscosidad 45degC (cP) 042 042 027 038 Presioacuten de vapor 45degC (psia) 41 41 83 17
Presioacuten requerida en la entrada (psig) 70 70 70 70
Presioacuten de descarga (psig) 20 20 20 20 Presioacuten de descarga de las bombas (psig) 1337 135 135 135
Presioacuten maacutexima de operacioacuten de las bombas (psig)
170 170 170 170
Se obtuvo informacioacuten de la disposicioacuten de ventanas operacionales
empleadas por las empresas mixtas involucradas en el proyecto seguacuten un reporte
mensual de despacho a traveacutes del Muelle Criogeacutenico Se presenta la informacioacuten
mencionada en la tabla 12 la cual hace referencia al despacho de los productos y las
capacidades de los buques a cargar esto en un periacuteodo de tiempo de un mes
CAPIacuteTULO II
82
Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9
Ventanas Empresa Producto Volumen [TM] 1 - 2 ndash 3 Supermetanol Metanol 15000 3 - 4 ndash 5 Metor Metanol 21000 6 - 7 ndash 8 Metor Metanol 13100
Super Octanos MTBE 21000 8 - 9 ndash 10 Metor Metanol 17000
11 - 12 - 13 Supermetanol Metanol 15000 13 - 14 - 15 Supermetanol Metanol 15000 16 - 17 - 18 Metor Metanol 15000
Metor Metanol 10000 18 - 19 - 20 Supermetanol Metanol 10000
21 - 22 - 23 Super Octanos MTBE 24000 24 - 25 - 26 Ventana de Mantenimiento 27 - 28 - 29 Super Octanos MTBE 11000 29 - 30 - 31 Supermetanol Metanol 10000
De igual forma se conoce la produccioacuten mensual de la empresa FertiNitro a
traveacutes de la Plataforma de liacutequidos del Muelle Petroquiacutemico si se unen el promedio
de producciones mensuales de cada empresa se tienen los siguientes datos
Metor 70 MTMM
Supermetanol 525 MTMM
Super Octanos 40 MTMM
FertiNitro 336 MTMM
CAPIacuteTULO III
83
CAPIacuteTULO III RESULTADOS
RESULTADOS
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED
Seguacuten la ecuacioacuten 32 de la seccioacuten 2444 para tuberiacuteas metaacutelicas rectas con
presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm es
aplicable para relaciones Dot mayores de 6
Se realiza el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas de 20rdquo tomando t como 1969rdquo
el cual es el espesor con mayor magnitud que se puede conseguir en el mercado la
relacioacuten Dot = 10157 siendo mayor de 6 se realizan los caacutelculos utilizando la
ecuacioacuten 32 sin inconvenientes
Para el caacutelculo de los espesores miacutenimos los datos son obtenidos de las
especificaciones ASME B313 y de las condiciones operacionales del proyecto La
presioacuten maacutexima corresponde a la presioacuten maacutexima de resistencia de las tuberiacuteas A
continuacioacuten se muestra el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas con costura de 20rdquo
P= 250psig
Do= 20rdquo
c= 0065
S= 20000 psig
Y= 04
E= 085
( ) ( )mmint
ininxpsigxpsig
inxpsigc
YPSEDP
t
m
om
365210
21120065040250850000202
202502
rArr=
rArr++
=++
=
Al valor de espesor (536mm) se debe aplicar la tolerancia correspondiente a
esta tuberiacutea que se lee en la norma ASME B313 y es de 125 para todos los casos
con lo cual el valor del espesor estariacutea entre 469 ndash 604 mm correspondiente a un
Schedule 10 (635mm) siendo eacuteste el valor maacutes cercano a dicho espesor Como
CAPIacuteTULO III
84
medida preventiva se aplica un factor de seguridad al disentildeo correspondiente a las
peacuterdidas de espesor por corrosioacuten y erosioacuten asiacute como peacuterdidas mecaacutenicas producto
del efecto de golpe de ariete que pueda sufrir la tuberiacutea De esta manera se toma
ceacutedula estaacutendar para todas las tuberiacuteas ya que todos los valores de espesores miacutenimos
se encuentran por debajo del schedule estaacutendar comercial A continuacioacuten se
muestran los resultados para cada una de las liacuteneas con costura (Tabla 13) y se
compararon con los espesores de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar La Tabla 14 resentildea
estos mismos caacutelculos para tuberiacutea sin costura
Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (Psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 085 085 085 085 tm (in) 024 0211 0182 0158 Espesor miacutenimo aceptable (in) 024 plusmn 003 0211 plusmn 0026 0182 plusmn 0023 0158 plusmn 0020 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 1 1 1 1 tm (in) 0214 0189 0165 0144 Espesor miacutenimo aceptable (in) 0214 plusmn 00267 0189 plusmn 00236 0165 plusmn 0020 0144 plusmn 0018 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
CAPIacuteTULO III
85
La costura en las tuberiacuteas no influye en los caacutelculos hidraacuteulicos debido a que
la soldadura con resistencia eleacutectrica no genera aporte de material a la tuberiacutea lo que
indica que no habraacute variacioacuten del espesor debido a la costura Las tuberiacuteas principales
seraacuten las uacutenicas con costura por ser eacutestas las uacutenicas presentes en el corredor de
tuberiacutea ubicado en las calles C y F Las longitudes de cada uno de los tramos con y
sin costura son los siguientes
Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura
Longitudes de tuberiacutea METANOL Metor
METANOL Supermetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Con costura (m) 1153 1293 1599 2257 Sin costura (m) 2180 2180 2180 2180
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA
FRICCIOacuteN EN LAS TUBERIacuteAS
Para obtener la caiacuteda de presioacuten en las tuberiacuteas se realizaron los caacutelculos en
primer lugar haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning considerando condiciones
isoteacutermicas que a pesar de ser un meacutetodo maacutes laborioso permite el conocimiento
descriptivo de cada uno de los paraacutemetros asiacute como la procedencia de los valores
utilizados en este disentildeo Esto es provechoso en caso de presentarse cualquier
divergencia del disentildeo en etapas futuras del proyecto Una vez realizados los caacutelculos
con la ecuacioacuten de Fanning se procede a la simulacioacuten del disentildeo con el software
PIPESIMreg que genera valores de caiacuteda de presioacuten de cada una de las liacuteneas entre
otros resultados
CAPIacuteTULO III
86
321 ECUACIOacuteN DE FANNING
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debido a la friccioacuten se usoacute la ecuacioacuten
de Fanning en unidades de campo Se realizoacute el caacutelculo tipo para la tuberiacutea de 24rdquo de
Metor tal como se muestra a continuacioacuten
Donde ρ (gcc)= 0753
q (bbld)= 377389
L (ft)= 10932
d (in)= 2325
Para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning primero es necesario el
caacutelculo del Nuacutemero de Reynolds el cual queda
donde d (m)= 059
V (ms)= 25353
ρ (Kgm3)= 75256
μ (Pas)= 42x10-4
De donde el NRe= 27x106 lo cual indica que se presenta flujo turbulento
(NRegt4000) y para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning se debe emplear la
ecuacioacuten de Colebrook (Ec9)
01220
1072512
2523731081log21
51273
log21
6
3
Re
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
minus
f
ff
ff
f
fxxx
f
fNDfε
Para obtener el factor de friccioacuten de Fanning haciendo uso de la ecuacioacuten de
Colebrook se realizan iteraciones a partir de un valor inicial el cual se puede tomar
directamente del diagrama de Moody De acuerdo a la figura 4 el valor de factor de
friccioacuten de Darcy que se lee correspondiente para NRe= 27x106 y εD=77x10-5 es
5
25 10146441
dLqfxp ρminus=Δ
μρ
ReVdN =
CAPIacuteTULO III
87
fD=0003 lo cual representa un factor de friccioacuten de Fanning de 0012 ya que el
factor de friccioacuten de Darcy representa 4 veces el factor de friccioacuten de Fanning
Una vez calculado este valor se procede al caacutelculo de la peacuterdida de presioacuten
debido a la friccioacuten haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning quedando
Para este caso la caiacuteda de presioacuten es de 24 psi es decir la presioacuten con la cual
llega el fluido al teacutermino del recorrido de la tuberiacutea de 24rdquo es 24 psi menor que al
salir de la bomba Para los tramos de tuberiacutea subsiguientes (16rdquo y 12rdquo) los caacutelculos
se hacen de forma anaacuteloga Se debe tener en cuenta la peacuterdida por friccioacuten que sufre
el fluido al pasar a traveacutes de cada uno de los dispositivos de control a lo largo de la
tuberiacutea En este caso se han tomado valores de longitud equivalente seguacuten el tipo de
accesorio los cuales se adicionan a la longitud de cada una de las tuberiacuteas para luego
calcular la peacuterdida de presioacuten debido a la friccioacuten
Para el caacutelculo de las peacuterdidas de presioacuten debido a la friccioacuten en los
accesorios y vaacutelvulas como se vioacute en el Capiacutetulo II se haraacute uso de la tabla 3 y se
tomaraacuten las longitudes equivalentes de cada accesorio sentildealadas en la Tabla 10
Dicho valor de longitud equivalente se agrega a las longitudes de las liacuteneas y se
calcula la caiacuteda de presioacuten en cada una de eacutestas
Hasta la fecha ha sido entregada la siguiente informacioacuten de la cantidad y
tipo de accesorios correspondientes a cada una de las liacuteneas (Tablas 16 y 17) de
donde se pueden obtener las longitudes equivalentes que se adicionan a las longitudes
totales de tuberiacutea en cada una de las configuraciones
La peacuterdida de presioacuten en las tuberiacuteas debido a la aceleracioacuten se desprecia por
haberse corroborado flujo turbulento en todas las tuberiacuteas de igual forma la caiacuteda de
psip
xp
dLqfxp
07242523
1093237738975300122010146441
10146441
5
25
5
25
=Δ
=Δ
=Δ
minus
minus ρ
CAPIacuteTULO III
88
presioacuten debido a la fuerza potencial se desprecia en estos caacutelculos iniciales debido a
que la peacuterdida de altura de la tuberiacutea total se estima de 2m lo cual es poco
representativo en un recorrido total de maacutes de 4 Km en cada uno de los casos
Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol
Metor Supermetanol Tipo de accesorio o vaacutelvula
24 16 12 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 53 Codo 45deg regular 12 8 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 2077 62 172 1618 62 172
CAPIacuteTULO III
89
Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas propiedad de Super Octanos
MTBE Iso-Octano Tipo de accesorio o vaacutelvula
20 16rdquo 12rdquo 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 60 Codo 45deg regular 12 16 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 1798 62 172 1953 62 172
A continuacioacuten se presentan tablas con el resumen del caacutelculo de cada uno de
estos paraacutemetros aplicados a cada una de las liacuteneas (Tablas 18 19 y 20)
Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas Principales
METANOL
Metor METANOL
SupermetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 24 20 20 20 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 10932 11394 12398 14557 Longitud Equivalente accesorios (ft) 2077 1618 1798 1953 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 13009 13012 14196 16510 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000
NUMERO DE REYNOLDS 27x106 26 x106 38 x106 25 x106 f f (Ec de Colebrook) 00122 00125 00123 00125
Δp (psi) 2864 4875 4900 5365
Presioacuten final (psia) 11976 10095 10070 9605
CAPIacuteTULO III
90
Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 16 16 16 16 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 1640 1640 1640 1640 Longitud Equivalente accesorios (ft) 62 62 62 62 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 1702 1702 1702 1702 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 41x106 33 x106 48 x106 32 x106 f f (Ec de Colebrook) 00127 00128 00127 00128 Δp (psi) 3234 2097 1942 1818
Presioacuten final (psia) 8742 7997 8128 7788
Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 1275 1275 1275 1275 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 164 164 164 164 Longitud Equivalente accesorios (ft) 172 172 172 172 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 336 336 336 336 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 52x106 42 x106 61 x106 4 x106 f f (Ec de Colebrook) 00132 00133 00132 00133 Δp (psi) 2193 1419 1319 1229
Presioacuten final (psia) 6549 6578 6809 6558
Se debe tomar en consideracioacuten que en las especificaciones de los brazos de
carga que estipula Pequiven la presioacuten de descarga de la tuberiacutea al brazo de carga
debe ser de 70 psig (847 psia) y dado que ninguna de las configuraciones genera este
valor de presioacuten se debe tener en cuenta que el flujo de disentildeo no seraacute alcanzado
CAPIacuteTULO III
91
porque por debajo de esta presioacuten no se lograriacutea el despacho de los productos debido
a que los brazos de carga no seraacuten capaces de levantar el fluido la altura necesaria
para cargar los buques
Teniendo como base estos valores de presioacuten esperados para la descarga de
las liacuteneas hasta los brazos de carga se procede a la simulacioacuten con el software
PIPESIMreg
322 PIPESIMreg
Posterior al caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten utilizando la ecuacioacuten de Fanning
se realizan las simulaciones en PIPESIMreg de las configuraciones establecidas
anteriormente A continuacioacuten se resentildean por separado cada una de eacutestas
3221 Metor
Luego de ingresar las propiedades del modelo se procede a la simulacioacuten de
eacuteste ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar (Figura 17)
CAPIacuteTULO III
92
Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la simulacioacuten del programa
CAPIacuteTULO III
93
Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor
L P T v q Ρ fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Metor24 1 00 14828 11318 8319 377433 47953 LIacuteQUIDO 0411 2799 2 6504 14650 11261 8316 377287 47971 LIacuteQUIDO 0413 2786 3 13008 14558 11207 8313 377142 47990 LIacuteQUIDO 0415 2774 4 19513 14380 11154 8310 377004 48007 LIacuteQUIDO 0416 2762 5 26017 14288 11102 8307 376868 48025 LIacuteQUIDO 0418 2750 6 32521 14110 11052 8304 376738 48041 LIacuteQUIDO 0420 2739 7 39026 14018 11003 8301 376610 48057 LIacuteQUIDO 0422 2728 8 45530 13840 10956 8298 376488 48073 LIacuteQUIDO 0423 2718 9 52034 13748 10910 8296 376367 48088 LIacuteQUIDO 0425 2708
10 58538 13570 10865 8293 376252 48103 LIacuteQUIDO 0426 2699 11 65043 13478 10821 8291 376139 48118 LIacuteQUIDO 0428 2689 12 71547 13300 10779 8288 376030 48132 LIacuteQUIDO 0429 2680 13 78051 13209 10738 8286 375924 48145 LIacuteQUIDO 0430 2672 14 84555 13030 10698 8284 375822 48158 LIacuteQUIDO 0432 2664 15 91060 12939 10660 8281 375721 48171 LIacuteQUIDO 0433 2656 16 97564 12761 10622 8279 375625 48184 LIacuteQUIDO 0434 2648 17 104070 12670 10585 8277 375530 48196 LIacuteQUIDO 0436 2640 18 110570 12491 10550 8275 375440 48207 LIacuteQUIDO 0437 2633 19 117080 12400 10515 8273 375351 48219 LIacuteQUIDO 0438 2626 20 123580 12222 10482 8271 375266 48230 LIacuteQUIDO 0439 2620 21 130080 12131 10449 8269 375182 48240 LIacuteQUIDO 0440 2613 Linea de Flujo Metor16 (nuevo datum) 22 0 12072 10449 1922 375183 48240 LIacuteQUIDO 0440 3984 23 94324 10251 10424 1922 375166 48243 LIacuteQUIDO 0441 3979 24 18865 8429 10400 1922 375150 48245 LIacuteQUIDO 0441 3975 Linea de Flujo Metor12 (nuevo datum) 25 0 8328 10400 3104 375153 48244 LIacuteQUIDO 0441 5052 26 16798 7197 10400 3104 375182 48241 LIacuteQUIDO 0441 5054 27 33596 6100 10399 3105 375210 48237 LIacuteQUIDO 0441 5056
CAPIacuteTULO III
94
Para el Metanol tanto en esta configuracioacuten como para la de Supermetanol
se hicieron pruebas de seleccioacuten entre los modelos de viscosidad Pedersen y LBC
(Lohrentz-Bray-Clark) siendo Pedersen el que mejor se ajusta al modelo de
viscosidad del metanol a pesar de ser usado generalmente para gas natural y petroacuteleo
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 463 psig (610 psia) De igual forma en la figura 18 se observa que
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga
Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h
CAPIacuteTULO III
95
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2500 2250 2140 2000 y
1875 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 377389 339650 323045 301911
y 283041 En la figura 19 se puede apreciar que se consigue una presioacuten final cercana
a 70psig con un flujo de 2140 m3h
Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor)
Se toma el flujo de 2140 m3h como el oacuteptimo para el despacho de Metanol
desde la planta Metor A continuacioacuten se muestra el perfil presioacuten-distancia en este
caso (figura 20)
CAPIacuteTULO III
96
Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h
3222 Supermetanol
Luego de ingresar las propiedades del modelo en el simulador se procede a
correr dicho modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar en el caso de
Supermetanol los datos son Presioacuten de entrada 0 psig Flujo 301911 bbld
Se resentildean en la tabla 22 los principales resultados necesarios para el estudio
de la configuracioacuten de Supermetanol
CAPIacuteTULO III
97
Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Supermetanol
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Sumeca20 1 00 14947 11320 9708 301947 47952 LIacuteQUIDO 0411 2705 2 6585 14664 11261 9705 301826 47972 LIacuteQUIDO 0413 2692 3 13169 14469 11203 9701 301708 47991 LIacuteQUIDO 0415 2679 4 19754 14186 11148 9697 301594 48009 LIacuteQUIDO 0417 2667 5 26339 13991 11094 9693 301483 48026 LIacuteQUIDO 0418 2656 6 32923 13708 11041 9690 301377 48043 LIacuteQUIDO 0420 2645 7 39508 13513 10991 9687 301272 48060 LIacuteQUIDO 0422 2634 8 46093 13230 10941 9683 301173 48076 LIacuteQUIDO 0424 2624 9 52677 13035 10894 9680 301075 48091 LIacuteQUIDO 0425 2614
10 59262 12753 10847 9677 300981 48106 LIacuteQUIDO 0427 2605 11 65846 12558 10803 9674 300890 48121 LIacuteQUIDO 0428 2596 12 72431 12275 10759 9672 300802 48135 LIacuteQUIDO 0430 2587 13 79016 12080 10717 9669 300716 48149 LIacuteQUIDO 0431 2578 14 85600 11798 10675 9666 300634 48162 LIacuteQUIDO 0432 2570 15 92185 11603 10636 9664 300554 48175 LIacuteQUIDO 0434 2563 16 98770 11321 10597 9661 300477 48187 LIacuteQUIDO 0435 2555 17 105350 11126 10560 9659 300402 48199 LIacuteQUIDO 0436 2548 18 111940 10844 10523 9656 300330 48211 LIacuteQUIDO 0437 2541 19 118520 10649 10488 9654 300259 48222 LIacuteQUIDO 0439 2534 20 125110 10367 10454 9652 300192 48233 LIacuteQUIDO 0440 2528 21 131690 10172 10421 9650 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 2521 Linea de Flujo Sumeca16 (nuevo datum) 22 000 10148 10421 1538 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 3183 23 94324 8974 10387 1537 300079 48251 LIacuteQUIDO 0442 3176 24 188650 7800 10354 1537 300034 48258 LIacuteQUIDO 0443 3170 Linea de Flujo Sumeca12 (nuevo datum) 25 000 7736 10354 2483 300036 48258 LIacuteQUIDO 0443 4028 26 16798 7003 10352 2483 300046 48256 LIacuteQUIDO 0442 4029 27 33596 6303 10349 2483 300055 48255 LIacuteQUIDO 0442 4029
CAPIacuteTULO III
98
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4834 psig (6303 psia) En la figura 21 graacutefica Presioacuten vs Distancia
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga (Figura 22)
Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1830 1800 1750
1740 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 276248 271720
264172 262662 y 256624 En la figura 22 se puede apreciar que se consigue un
valor de presioacuten final maacutes aproximado a 70 psig con un flujo de 1740 m3h
CAPIacuteTULO III
99
Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol)
3223 MTBE de Super Octanos
Luego de ingresar las propiedades de la configuracioacuten se procede a correr el
modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar
Presioacuten de entrada 0 psig
Flujo 301911 bbld
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la corrida del simulador
CAPIacuteTULO III
100
Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo MTBE20 1 00 14970 11331 9708 301937 46353 LIacuteQUIDO 0250 4291 2 7183 14652 11233 9705 301838 46368 LIacuteQUIDO 0251 4274 3 14367 14473 11139 9702 301743 46383 LIacuteQUIDO 0252 4257 4 21550 14155 11050 9699 301654 46397 LIacuteQUIDO 0253 4243 5 28734 13977 10966 9696 301568 46410 LIacuteQUIDO 0254 4227 6 35917 13659 10886 9694 301489 46422 LIacuteQUIDO 0255 4214 7 43100 13480 10810 9691 301412 46434 LIacuteQUIDO 0256 4201 8 50284 13163 10737 9689 301340 46445 LIacuteQUIDO 0256 4189 9 57467 12984 10668 9687 301271 46456 LIacuteQUIDO 0257 4176
10 64651 12667 10603 9685 301206 46466 LIacuteQUIDO 0258 4166 11 71834 12488 10541 9683 301144 46475 LIacuteQUIDO 0259 4155 12 79017 12171 10482 9681 301087 46484 LIacuteQUIDO 0259 4145 13 86201 11993 10426 9679 301031 46493 LIacuteQUIDO 0260 4135 14 93384 11675 10372 9677 300979 46501 LIacuteQUIDO 0260 4127 15 100570 11497 10322 9676 300929 46508 LIacuteQUIDO 0261 4118 16 107750 11180 10274 9674 300883 46516 LIacuteQUIDO 0261 4111 17 114930 11001 10228 9673 300838 46523 LIacuteQUIDO 0262 4103 18 122120 10684 10184 9671 300797 46529 LIacuteQUIDO 0262 4096 19 129300 10506 10143 9670 300757 46535 LIacuteQUIDO 0263 4089 20 136480 10189 10104 9669 300721 46541 LIacuteQUIDO 0263 4083 21 143670 10011 10067 9668 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 4077 Linea de Flujo MTBE16 (nuevo datum) 22 00 9987 10067 1541 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 5146 23 9432 8866 10036 1540 300672 46548 LIacuteQUIDO 0263 5149 24 18865 7744 10006 1540 300665 46549 LIacuteQUIDO 0263 5151 Linea de Flujo MTBE12 (nuevo datum) 25 000 7682 10006 2488 300667 46549 LIacuteQUIDO 0263 6547 26 16798 6984 10006 2488 300686 46546 LIacuteQUIDO 0263 6555 27 33596 6307 10006 2488 300708 46543 LIacuteQUIDO 0263 6562
Tanto para MTBE como para el Iso-Octano estos fluidos se incluyeron al
simulador como black oil para lograr un comportamiento de viscosidad cercano al
CAPIacuteTULO III
101
teoacuterico se ingresaron valores de temperatura y viscosidad dentro del rango de
operacioacuten del proyecto
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4837 psig (6307 psia) Debido a que no se alcanza con el flujo de
disentildeo 70 psig a la salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de
sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida
de descarga al brazo de carga (Figura 23)
Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE)
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1850 1800 1750
1735 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720
261908 262662 y 256624 En la figura 23 se puede apreciar que se consigue una
presioacuten final maacutes cercana a 70 psig con un flujo de 1735 m3h
CAPIacuteTULO III
102
3224 Iso-Octano de Super Octanos
Se realiza la corrida del modelo con los mismos datos de entrada utilizados
en la configuracioacuten de MTBE Se resumieron en la tabla 24 los principales resultados
Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de IsoOctano
L P T v q ρ Patroacuten de flujo micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (PI-SS) (cP) x10-6 Linea de Flujo IsoOctano20 1 00 14970 11334 9708 301940 42283 LIacuteQUIDO 0454 2159 2 8340 14623 11209 9704 301816 42300 LIacuteQUIDO 0456 2151 3 16680 14424 11092 9700 301697 42317 LIacuteQUIDO 0457 2142 4 25020 14078 10982 9697 301588 42332 LIacuteQUIDO 0459 2135 5 33360 13879 10880 9694 301485 42347 LIacuteQUIDO 0461 2128 6 41700 13532 10783 9691 301391 42360 LIacuteQUIDO 0462 2121 7 50039 13334 10693 9688 301301 42373 LIacuteQUIDO 0463 2115 8 58379 12987 10609 9685 301219 42384 LIacuteQUIDO 0464 2110 9 66719 12789 10530 9682 301141 42395 LIacuteQUIDO 0466 2104
10 75059 12442 10455 9680 301070 42405 LIacuteQUIDO 0467 2099 11 83399 12244 10386 9678 301002 42415 LIacuteQUIDO 0468 2094 12 91739 11898 10320 9676 300940 42423 LIacuteQUIDO 0469 2090 13 100080 11699 10259 9674 300881 42432 LIacuteQUIDO 0470 2086 14 108420 11353 10202 9672 300829 42439 LIacuteQUIDO 0470 2083 15 116760 11154 10149 9671 300777 42446 LIacuteQUIDO 0471 2079 16 125100 10808 10098 9669 300732 42453 LIacuteQUIDO 0472 2076 17 133440 10610 10051 9668 300688 42459 LIacuteQUIDO 0473 2073 18 141780 10264 10007 9667 300650 42464 LIacuteQUIDO 0473 2070 19 150120 10065 9966 9665 300612 42470 LIacuteQUIDO 0474 2068 20 158460 9719 9927 9664 300580 42474 LIacuteQUIDO 0474 2066 21 166800 9521 9890 9663 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2063 Linea de Flujo IsoOctano16 (nuevo datum) 22 00 9499 9890 1540 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2605 23 9432 8399 9865 1540 300555 42478 LIacuteQUIDO 0474 2607 24 18865 7410 9842 1540 300568 42476 LIacuteQUIDO 0474 2609 Linea de Flujo IsoOctano12 (nuevo datum) 25 000 7353 9842 2487 300571 42476 LIacuteQUIDO 0474 3316 26 16798 6708 9842 2487 300602 42471 LIacuteQUIDO 0474 3319 27 33596 6082 9842 2488 300639 42466 LIacuteQUIDO 0473 3323
CAPIacuteTULO III
103
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4612 psig (6082 psia) Debido a que no se alcanza los 70 psig a la
salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando
el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo
de carga (Figura 24)
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2000 1850 1800 1750 y
1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720 264172
y 256624 En la figura 24 se nota que el valor de flujo con una presioacuten final cercana
a 70 psig es de 1700 m3h
Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano)
CAPIacuteTULO III
104
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS
Para realizar la comparacioacuten entre modelos se agruparon en tablas los
resultados correspondientes a las caiacutedas de presioacuten de cada uno de los modelos
separados por tramos y luego se calculoacute el porcentaje de desviacioacuten entre los valores
Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor
METANOL
Metor Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 2864 2697 621 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 11986 12131 120
Δp tuberiacutea 16 (psia) 3234 3702 1264 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8752 8429 383 Δp tuberiacutea 12 (psia) 2193 2329 584
Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6559 6100 752
Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Supermetanol
METANOL Supermetanol Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4875 4775 210 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10095 10172 076 Δp tuberiacutea 16 (psia) 2097 2372 1158 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7997 7800 253 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1419 1497 520 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6578 6303 437
CAPIacuteTULO III
105
Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE
MTBE Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4900 4959 118 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10070 10011 059 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1942 2267 1435 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8128 7744 496 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1319 1437 823 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6809 6307 796
Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano
IsoOctano Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 5365 5449 155 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 9605 9521 089 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1818 2111 1389 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7788 741 510 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1229 1328 743 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6558 6082 783
Debido a que la operacioacuten de las configuraciones empleando los flujos de
disentildeo no permiten que se mantenga la condicioacuten limitante que la presioacuten en la
entrada al brazo de carga sea de 70 psig se hace un cuadro comparativo entre estos
valores como se muestra en la tabla 29
CAPIacuteTULO III
106
Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Flujo oacuteptimo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Porcentaje comparativo entre los valores de flujo () 1682 1494 1527 1765
54 CAPACIDAD DE DESPACHO DURANTE LA VENTANA
OPERACIONAL DE CADA UNA DE LAS PLANTAS
En el Muelle Criogeacutenico soacutelo se dispone de un brazo para el despacho de los
productos de las 3 empresas mixtas con la implementacioacuten del proyecto tratado en
este trabajo se espera una mayor holgura para la carga de los productos a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico asiacute como tambieacuten se podraacute despachar mayor cantidad de
productos al mismo tiempo ya que cada producto tendraacute un brazo individual De esta
forma habraacute la posibilidad de utilizar hasta 4 brazos al mismo tiempo para cargar en
dos buques diferentes ya que soacutelo se dispone de la plataforma este y la oeste para el
despacho de productos pero se pueden cargar 2 tipos de productos en el mismo
buque
Se debe tener en cuenta que la empresa FertiNitro tambieacuten despacha sus
productos (amoniacuteaco) a traveacutes del Brazo de Carga M-501 ubicado en la plataforma
de liacutequidos al igual que los brazos M-502 M-503 M-504 y M-505 como se pudo
observar en la Figura 16 (Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De
Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose)
Se pueden cuantificar las posibilidades de carga de la mayor cantidad de
productos simultaacuteneamente en 12 casos diferentes como se muestra en la tabla 30
CAPIacuteTULO III
107
Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Caso Lado Oeste Lado Este 1 Metor M-505 Metor M-504
Metor M-503 Soca M-502
2 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503 Soca M-502
3 Metor M-505 Metor M-504 Metor M-503
4 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503
5 Metor M-505
Metor M-503
6 Sumeca M-505
7 Sumeca M-505
Metor M-503
Soca M-502
8 Sumeca M-504
Soca M-502
9 Metor M-504
Soca M-502
10 Soca M-502
11 Sumeca M-504
12 Metor M-504
FertiNitro M-501
Con los datos recopilados en la tabla 11 se obtiene la siguiente distribucioacuten
porcentual seguacuten el despacho de cada una de las plantas involucradas en el proyecto
CAPIacuteTULO III
108
33
39
28
SupermetanolMetorSuper Octanos
Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del Muelle
Criogeacutenico
Debido a que se tiene conocimiento de los voluacutemenes despachados en buques
por FertiNitro actualmente en el Muelle Petroquiacutemico y el despachado por Metor
Supermetanol y Super Octanos por el Muelle Criogeacutenico se hace una proyeccioacuten del
porcentaje de produccioacuten mensual de despachos para el antildeo 2008 del Muelle
Petroquiacutemico cuando el proyecto se encuentre en operacioacuten De esta forma la
ocupacioacuten se puede decir que tendraacute la distribucioacuten mostrada en la Figura 26
17
3627
20
FertiNitroMetorSupermetanolSuper Octanos
Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro
CAPIacuteTULO III
109
La ventana operacional con la cual contaraacuten las plantas para el despacho de
sus productos seraacute al igual que en la actualidad de 72 horas contando con hasta 32
horas para el despacho De acuerdo a las velocidades maacuteximas de despacho
calculadas anteriormente se recrea un tiempo estimado de despacho al buque de cada
uno de los productos en la tabla 31
Se escogen capacidades de buques aproximadas debido a que de acuerdo a la
Tabla 12 cada buque presenta capacidades diferentes ademaacutes que podriacutean cargar
menor cantidad de productos de lo que su capacidad total permite dependiendo de las
teacutecnicas de negociacioacuten que sean empleadas en la venta de los productos
Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques
METANOL
Metor METANOL
Supermetanol MTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Flujo maacutesico (TMh) 16105 13181 12301 11144 Buque de 10 MTM
Tiempo (h) 621 759 813 897
Buque de 15 MTM Tiempo (h)
931 1138 1219 1346
Buque de 20 MTM Tiempo (h)
1242 1517 1626 1795
Buque de 25 MTM Tiempo (h)
1552 1897 2032 2243
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
110
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
La seleccioacuten de tuberiacuteas principales se realizoacute de acuerdo al piping class
utilizado en el Muelle Petroquiacutemico pero debido a las altas exigencias de seguridad
de dicho muelle las cuales no son necesarias en las aacutereas externas al Muelle se hizo
la salvedad de permitir el uso de tuberiacutea con costura fuera del liacutemite de bateriacutea del
Muelle De esta forma la tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es
ASTM A-53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia hasta que
se obtengan los resultados del estudio de golpe de ariete del cual podriacutea resultar que
el rating necesario para las tuberiacuteas sea de 300 lbf Desde el punto de salida de las
plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del Muelle se utilizaraacute tuberiacutea tipo E (soldada con
resistencia eleacutectrica) y una vez dentro de los linderos del Muelle las tuberiacuteas deberaacuten
ser sin costura (Tipo S) al igual que las vaacutelvulas y los accesorios Las tablas 7 8 y 9
muestran las caracteriacutesticas de cada una de las liacuteneas
La seleccioacuten de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar se realizoacute conforme a que el
caacutelculo de los espesores miacutenimos requeridos en cada una de las liacuteneas reporta valores
de hasta 50 por debajo de la ceacutedula miacutenima comercial (Schedule 10) Luego de
aplicar un factor de seguridad riguroso se toma como alternativa tolerante la ceacutedula
estaacutendar en cada una de las liacuteneas (ver tablas 13 y 14)
El valor miacutenimo de presioacuten requerido en el punto final de la tuberiacutea de 12rdquo es
de 70 psig Dicho valor es necesario para que el fluido recorra el brazo de carga y
descargue al buque con una presioacuten de 20 psig
El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado a la
presioacuten de descarga de las bombas de cada planta que para todos los casos se tomoacute
la resentildeada en la hoja de especificaciones de cada bomba como presioacuten de operacioacuten
El caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las liacuteneas es un valor aproximado debido a
la carencia de informacioacuten definitiva acerca de las vaacutelvulas y accesorios que seraacuten
implementados en las liacuteneas Para la fecha de culminacioacuten de este Trabajo Especial
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
111
de Grado las empresas mixtas auacuten no teniacutean bien especificado los elementos de
control que se aplicaraacuten a las liacuteneas incluyendo asiacute el tipo de vaacutelvulas que seraacuten
empleados Los valores de caiacuteda de presioacuten que se reportan en el punto final de la
tuberiacutea de 12rdquo son mayores a los que se deberiacutea esperar para el momento de ejecucioacuten
del proyecto
El caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten primeramente se realizoacute mediante el uso de
la ecuacioacuten de Fanning utilizando el nuacutemero de Reynolds para el caacutelculo del factor
de friccioacuten Estos valores de caiacuteda de presioacuten se calcularon para cada uno de los
tramos de tuberiacutea reportaacutendose en las tablas 18 19 y 20
El segundo meacutetodo de caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten se realizoacute mediante la
corrida en PIPESIMreg de cada uno de los casos por separado de acuerdo al fluido que
transportariacutea cada liacutenea y la planta que manejariacutea dicho fluido Debido a que
PIPESIMreg es un simulador de produccioacuten de petroacuteleo se estudioacute la manera de incluir
Metanol MTBE e Iso-Octano al programa
Para el modelaje del comportamiento de viscosidad del metanol se empleoacute
Pedersen siendo eacuteste el que mejor se adaptaba al teoacuterico Los modelos de viscosidad
utilizados para MTBE e Iso-Octano a diferencia del Metanol se generaron a partir de
2 pares de valores de viscosidad y temperatura ingresados por el usuario con lo cual
el modelo de viscosidad se asemeja al teoacuterico en el rango de temperatura utilizado el
cual es cercano al de operacioacuten del proyecto
Para todas las configuraciones el valor de presioacuten en el punto final de las
tuberiacuteas de 12rdquo manejando el flujo de disentildeo se encuentra por debajo de 70psig con
un margen de hasta 25 psi (como se reporta en las tablas 25 26 27 y 28) tanto en los
caacutelculos con la ecuacioacuten de Fanning como los generados por el simulador
Se compararon los valores de presioacuten reportados en cada una de las corridas
y se pudo apreciar la similitud de eacutestos con los calculados con la ecuacioacuten de
Fanning se puede apreciar que la divergencia entre valores de presioacuten reportados en
las tablas 26 27 28 y 29 no es significativa los valores maacutes distantes reportan un
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
112
desviacioacuten de hasta 14 Los valores generados por el simulador se consideraron con
mayor exactitud debido a que el simulador hace caacutelculos de los valores de viscosidad
y presioacuten a cada uno de los intervalos en los cuales se separa la longitud total de la
tuberiacutea lo cual no se hace en la ecuacioacuten de Fanning
Los valores finales de presioacuten correspondientes a Metanol MTBE e Iso-
Octano presentan porcentajes de divergencia menores al 8 lo que se puede atribuir
al hecho que los fluidos son ingresados a un simulador de hidrocarburos lo cual trae
consecuencias ya que la viscosidad del fluido a pesar de presentar valores cercanos a
los teoacutericos fueron calculados con correlaciones para petroacuteleo
Debido a que los valores generados por el simulador al final de la tuberiacutea de
12rdquo son inferiores a 70 psig (operando con el flujo de disentildeo) se realizaron anaacutelisis
de sensibilidad a cada una de las liacuteneas variando los valores del flujo de salida de la
bomba Es debido a este factor limitante que los flujos de disentildeo no son alcanzados
en las configuraciones como se muestra en la tabla 29 Los flujos que operaraacuten las
liacuteneas para mantener la condicioacuten limitante se encuentran entre 15 y 18 por debajo
del flujo de disentildeo
Los valores de flujo conseguidos al aplicar el anaacutelisis de sensibilidad a las
liacuteneas se encuentran por encima del que se espera al momento de ejecutar el proyecto
debido a que no se incluye la peacuterdida de presioacuten debido a las vaacutelvulas que seraacuten
conectadas a las liacuteneas Los valores de flujo obtenidos en este anaacutelisis no deberaacuten ser
tomados como valores reales sino como valores maacuteximos de operacioacuten de las
configuraciones
Referente a la ocupacioacuten del muelle se puede notar que auacuten para el caso maacutes
desfavorable el despacho de Iso-Octano a un buque de gran tamantildeo (menor
velocidad de flujo) el tiempo de carga es menor a 24 horas como se puede observar
en la tabla 31 Seguacuten experiencias actuales se conoce que los tiempos de despacho
se encuentran entre 15 y 32 horas dependiendo de la capacidad de los buques y de la
velocidad de bombeo La tasa maacutexima de bombeo hacia el Muelle Criogeacutenico en la
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
113
actualidad es de 1000 m3h con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten
los tiempos de despacho
En cuanto a las necesidades de ocupacioacuten de cada usuario (Metor
Supermetanol Super Octanos y FertiNitro) en el Muelle Petroquiacutemico se observa
que es Metor quien tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten Supermetanol y Super
Octanos seguiraacuten en cuanto al nivel de necesidad y seraacute FertiNitro quien menos
requiera del uso del Muelle ya que esta uacuteltima empresa tiene despachos mensuales de
uno a dos buques y las otras plantas tienen despachos de 4 oacute 5 buques mensuales En
la figura 26 se aprecian los porcentajes de distribucioacuten de cada una de las plantas
esperados en el momento cuando entre en vigencia el uso del Muelle Petroquiacutemico de
Jose para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
CONCLUSIONES
114
CONCLUSIONES
A continuacioacuten se presentan las principales conclusiones resultantes del
estudio de este Trabajo Especial de Grado
bull La tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es ASTM A-
53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia
Desde el punto de salida de las plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del
Muelle seraacute tuberiacutea Tipo E (soldada con resistencia eleacutectrica) y
dentro de los linderos del Muelle seraacute Tipo S (sin costura)
bull El factor limitante de la velocidad de flujo en cada una de las
configuraciones es una presioacuten igual a 70 psig reportado al final de
la tuberiacutea de 12rdquo
bull El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado
a la presioacuten de operacioacuten de las bombas
bull Los valores de caiacuteda de presioacuten resultantes son valores aproximados
de igual forma sucede con los valores de flujo eacutestos deberaacuten ser
tomados como valores maacuteximos de despacho
bull La simulacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en cada una de las liacuteneas se
realizoacute con PIPESIMreg la inclusioacuten de Metanol en la configuracioacuten se
hizo siguiendo el modelo de fluido composicional mientras que el
modelo utilizado para la inclusioacuten de MTBE e Iso-Octano fue black
oil
bull Los valores de presioacuten reportados en las corridas y los calculados con
la ecuacioacuten de Fanning presentaron una desviacioacuten porcentual menor
al 15 comparativamente entre los dos modelos Se consideran con
mayor exactitud los valores generados por el simulador
CONCLUSIONES
115
bull Los valores finales de presioacuten a la entrada del brazo de carga son
menores a 70psig en operacioacuten con el flujo de disentildeo
bull La velocidad de flujo con mayor operatividad en cada uno de los
casos es menor que los flujos de disentildeo de cada una de las liacuteneas en
un rango menor al 18 en todos los casos
bull Los brazos de carga a utilizar en las instalaciones del Muelle
Petroquiacutemico de Jose seraacuten de 12rdquo con facilidades para retorno de
vapores
bull El tiempo maacuteximo de carga de los buques con capacidades de hasta
25000TM son 24 horas
bull Con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten los tiempos
de despacho a los buques de Metanol MTBE e Iso-Octano con
respecto al sistema actual
bull Metor tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten del Muelle
Petroquiacutemico Supermetanol y Super Octanos seguiraacuten en cuanto al
nivel de necesidad y FertiNitro seraacute quien tenga menor requerimiento
de uso del Muelle
RECOMENDACIONES
116
RECOMENDACIONES
Realizar el estudio de golpe de ariete para evaluar la necesidad de
proteccioacuten mecaacutenica de las liacuteneas asiacute como de las vaacutelvulas y accesorios
Una vez obtenida la disposicioacuten de todos los elementos de control que
seraacuten instalados en las liacuteneas agregar la peacuterdida de presioacuten causada debido
a las vaacutelvulas y accesorios para luego recalcular los flujos de despacho en
cada una de las configuraciones
Incluir en los procedimientos operacionales del Muelle Petroquiacutemico de
Jose la implementacioacuten de programas de inspeccioacuten y mantenimiento de
las liacuteneas involucradas en el proyecto asiacute como vaacutelvulas accesorios
brazos de carga sistema de alivio de vapores
Escoger la mejor opcioacuten para la disposicioacuten de liacutequidos y vapores
generados en el proceso de despacho de buques (instalacioacuten de tanques de
alivio disposicioacuten de fluidos hacia el flare o la instalacioacuten de la liacutenea de
retorno hacia la planta de Super Octanos)
Asegurar la posibilidad de control de las vaacutelvulas localizadas en los brazos
de carga M503 M-504 y M-505 tanto por Metor como por Supermetanol
Incluir en los procedimientos operacionales toda la logiacutestica a seguir para
realizar el lavado (Flushing) con agua de los tanques de almacenamiento de
los buques asiacute como la inertizacioacuten de eacutestos en caso de ser necesario
RECOMENDACIONES
117
Estudiar el suministro y conexioacuten de nitroacutegeno en el estribo del Muelle
para el desalojo de las liacuteneas y en caso de ser necesario la inertizacioacuten de
los tanques de almacenamiento de los buques
Realizar la clausura de las liacuteneas existentes en el Muelle Criogeacutenico de
manera adecuada asiacute como la recoleccioacuten de los activos pertenecientes a
las empresas mixtas y Pequiven en dicho Muelle
Tramitar la permisologiacutea ante los entes gubernamentales para la aprobacioacuten
del proyecto
BIBLIOGRAFIacuteA
118
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
[1] ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31 Capiacutetulo II
[2] Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico
9na edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
[3] Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
[4] Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Tomo II
Meacutexico Edit Mc Graw Hill 1992
[5]Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpip
esim_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
[6] Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1979
BIBLIOGRAFIacuteA
Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico 9na
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
Barberii EE El Pozo Ilustrado 3ra edicioacuten Caracas PDVSA 1985
Branan Carl R Soluciones praacutecticas para el Ingeniero Quiacutemico 2da
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 2000
Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1992
Reza Garciacutea Clemente Flujo de fluidos en vaacutelvulas accesorios y tuberiacuteas
Crane Co Meacutexico Mc Graw Hill 1990
BIBLIOGRAFIacuteA
119
Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc Graw
Hill 1979
The MW Kellogg Company Design of piping systems 2da edicioacuten Jhon
Wiley and sons
Paper SPE 20631 Xlao JJ Shoham O y Brill JP A comprehensive
Mechanistic Model for Two-Phase Flow in Pipelines Society of Petroleum
Engineers Inc University of Tulsa 1990
Paper SPE 20645 Z El-Oun Gas-Liquid Two-Phase Flow in Pipelines
Society of Petroleum Engineers Inc CALtec Limited Subsidiary of BHR Group Ltd
1990
Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
Tecnoconsult httpwwwtecnoconsultcom [consulta Noviembre 2005]
Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpipesi
m_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
PDVSA httpwwwinteveppdvcomsantppquimicosind_productoshtm
[consulta diciembre 2005]
Wipedia httpeswikipediaorgwikiGolpe_de_ariete [consulta Mayo
2006]
ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31
PDVSA No L-TP- 15 Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Manual de Ingenieriacutea
de Disentildeo Volumen 13-III Procedimiento de Ingenieriacutea
PDVSA No MDP-02-FF-03 Flujo en Fase Liacutequida Manual de Disentildeo de
Proceso Flujo de fluidos
BIBLIOGRAFIacuteA
120
PDVSA Especificaciones teacutecnicas de Materiales y de Construccioacuten
PDVSA Higiene Industrial Iacutendice general de productos quiacutemicos
GLOSARIO
121
GLOSARIO
Black Oil petroacuteleo negro
Data sheet hoja de especificaciones
Flare mechurrio
Pipe rack corredor de tuberiacutea casillero de tubos
Piping class Tipo de tuberiacutea
Rating capacidad nominal
Schedule ceacutedula o calibre
Source fuente
ANEXO 1
122
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano
El anexo 1 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Iso-Octano del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 2
123
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol
El anexo 2 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Metanol del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 3
124
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE
El anexo 3 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al MTBE del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
IacuteNDICE GENERAL
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano 122
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol 123
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE 124
IacuteNDICE DE FIGURAS
ix
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute Antonio Anzoaacutetegui 8
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui 11
Figura 3 Diagrama de corte 15 Figura 4 Diagrama de Moody 23 Figura 5 Curva de flujo general 26 Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor 69 Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor) 70 Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor 70 Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor 71 Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor 72 Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor 73 Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol 74 Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de
Super Octanos 76 Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de
Super Octanos 77 Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de
Super Octanos 78 Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el
Muelle Petroquiacutemico Jose 80 Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor 92 Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h 94 Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor) 95 Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h 96 Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h 98 Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol) 99 Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE) 101 Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano) 103 Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del
Muelle Criogeacutenico 108 Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro 108
IacuteNDICE DE TABLAS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose 12 Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales 23 Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta 33 Tabla 4 Propiedades de los fluidos 61 Tabla 5 Sistema de Bombeo 62 Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose 63 Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo) 64 Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo 65 Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo 66 Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios67 Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga 81 Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9 82 Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura 84 Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura 84 Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura 85 Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol 88 Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas propiedad de Super Octanos 89 Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas
Principales 89 Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo 90 Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo 90 Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor 93 Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
Supermetanol 97 Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE 100 Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
IsoOctano 102 Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor 104 Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de
Supermetanol 104 Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE 105 Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano 105 Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos 106 Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico 107 Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques109
NOMENCLATURA
xi
NOMENCLATURA
c= suma de tolerancias dejadas por la corrosioacuten la erosioacuten y cualquier profundidad de la muesca o estriado (-)
Cv = coeficiente de flujo en la vaacutelvula que pasa bajo una caiacuteda de presioacuten de l psi
cv= calor especiacutefico del fluido (BTUlbdegR)
D= diaacutemetro del conducto (ft)
d= diaacutemetro interno de la vaacutelvula (ft)
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea (ft)
dudy= gradiente de velocidad (1s)
E= factor de calidad (-)
F= peacuterdida por friccioacuten (ftlbflb)
f= factor de friccioacuten de Fanning (-)
G= velocidad maacutesica media (lbsft2)
g= aceleracioacuten local debido a la gravedad (322 fts2)
gc= constante dimensional (3217 lbftlbfs2)
hv= carga de velocidad (ft)
i= entalpiacutea especiacutefica (BTUlb)
J= equivalente mecaacutenico de calor (ftlbfBTU)
K= iacutendice de consistencia (lbfsnft2)
K1= cantidad de cargas de velocidad (fts)
L= dimensioacuten lineal caracteriacutestica del canal de flujo (ft)
L1= longitud del conducto (ft)
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes (ft)
Le= longitud equivalente (ft)
n= exponente (-)
nacute= exponente de la ley de potencia (-)
NRe = nuacutemero de Reynolds (-)
P= presioacuten de disentildeo (lbfft2)
p= presioacuten absoluta (lbfft2)
p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba (lbfft2)
p2= presioacuten estaacutetica corriente abajo (lbfft2)
NOMENCLATURA
Q= calor agregado (BTU)
q= flujo volumeacutetrico del fluido (ft3s)
r= radio (ft)
RH= radio hidraacuteulico medio (ft)
rw= radio de la tuberiacutea (ft)
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales (lbfft2)
s= entropiacutea especiacutefica (BTUlb degR)
SE= esfuerzo permisible (lbfft2)
Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto (-)
tm= espesor miacutenimo de pared (ft)
u= energiacutea interna especiacutefica (BTUlb)
U= distancia de anclajes (ft)
v= volumen especiacutefico (ft3lb)
V= velocidad lineal media (fts)
vprom= volumen especiacutefico promedio (ft3lb)
v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba (ft3lb)
v2= volumen especiacutefico en condiciones corriente abajo (ft3lb)
W= trabajo externo neto (lbfft)
We= trabajo proporcionado por una fuente externa (lbfft)
y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser absorbida por el sistema (ft)
Z= altura por arriba de cualquier plano de referencia horizontal arbitrario (ft)
Siacutembolos griegos Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica (lbfft2)
ΔTa= aumento global de la temperatura (degF)
ε= aspereza de la superficie interna del canal (ft)
η= viscosidad plaacutestica (lbfts)
μ= viscosidad dinaacutemica (lbfts )
μa= viscosidad aparente (lbfts )
ν =viscosidad cinemaacutetica (ft2s)
NOMENCLATURA
θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la horizontal (ordm)
ρ= densidad del fluido (lbft3)
ρprom= densidad promedio (lbft3)
τ= esfuerzo cortante (lbfft2)
τw= esfuerzo cortante en la pared (lbfft2)
τy= esfuerzo de cedencia (lbfft2)
ω= flujo en peso del fluido (lbs)
Abreviaturas ASME= The American Society of Mechanical Engineers
CS= Condiciones Standard
EOS= Equations of State
ERW= Electric Resistance Weld
MTBE= Metil Ter-Butil Eacuteter
MTMA= mil toneladas meacutetricas anuales
MTMM= mil toneladas meacutetricas mensuales
Soca= Super Octanos CA
Sumeca= Supermetanol CA
TAME= Ter-Amil Metil Eacuteter
INTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCIOacuteN
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) en la buacutesqueda de un despacho para
sus productos a traveacutes del puerto de su propiedad en el Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui se planteoacute el Proyecto ldquoFacilidades para el despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
En el complejo existen cuatro empresas mixtas FertiNitro Metanol de
Oriente (Metor) Supermetanol y Super Octanos de las cuales soacutelo la primera
descarga sus productos a traveacutes del muelle de Pequiven las otras empresas lo hacen a
traveacutes del Terminal de Almacenamiento y Embarque de Jose (TAEJ) lo cual es
necesario redireccionar
El referido proyecto consta de la instalacioacuten de todas las facilidades para el
despacho de productos (Metanol MTBE e Iso-Octano) a traveacutes del Muelle
Petroquiacutemico de Jose incluyendo la red de liacuteneas hidraacuteulicas y los brazos de carga en
el muelle para lo cual se hace necesario el levantamiento en campo de los datos
requeridos para llevar a cabo el disentildeo El desarrollo del proyecto consiste en la
Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten (IPC) para el despacho de los productos desde las
plantas Metor Supermetanol y Super Octanos hasta la plataforma de liacutequidos del
Muelle Petroquiacutemico de Jose lo cual a grandes rasgos comprende la instalacioacuten de
a) Cuatro liacuteneas y cuatro brazos de carga
b) Instalacioacuten de un tanque para contingencias en el proceso de carga
c) Una liacutenea que interconecte las tuberiacuteas de los brazos de Metanol para dar
la facilidad a Supermetanol y Metor de despachar tanto del lado Este como
Oeste
d) Una liacutenea de venteo de gases de MTBE Metanol Iso-Octano y sus
mezclas desde el Muelle hasta el cabezal del mechurrio existente
e) Interconexioacuten al sistema de tuberiacuteas existentes para servicios industriales
INTRODUCCIOacuteN
El presente Trabajo Especial de Grado tiene como objetivo el disentildeo del
sistema de transporte para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico de Jose basaacutendose en el uso del software PIPESIMreg
PIPESIMreg es un simulador con aplicaciones para tuberiacuteas que mediante el
suministro de algunos datos como flujo presioacuten temperatura propiedades fiacutesico-
quiacutemicas y termodinaacutemicas de los fluidos disentildeo de las tuberiacuteas ademaacutes de las
ecuaciones seleccionadas de acuerdo al fluido y variables a manejar arroja resultados
que permiten predecir tiempos oacuteptimos de carga de los buques asiacute como los efectos
que podriacutea causar sobre el sistema cualquier cambio operacional realizado
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) junto a las empresas mixtas que
laboran en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui deben habilitar las instalaciones del
Muelle Petroquiacutemico de Jose propiedad de Pequiven para lo cual se tiene previsto el
desarrollo de la Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten del proyecto ldquoFacilidades para el
Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de
Joserdquo que se encuentra en su fase inicial desde febrero de 2006 En la fase de
ingenieriacutea son muchas las interrogantes que se plantean las empresas mixtas acerca de
las caracteriacutesticas para el despacho que tendraacuten sus productos asiacute como la
implementacioacuten de diferentes configuraciones de tuberiacuteas para lograr un mayor
volumen de despacho o mejoras en la calidad de dicho despacho
Es asiacute como se plantea este Trabajo Especial de Grado direccionado hacia
la buacutesqueda de soluciones al disentildeo del sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de
despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose
utilizando como herramienta el software PIPESIMreg
Se elabora la simulacioacuten del sistema de transporte que se desea instalar en el
Muelle Petroquiacutemico de Jose para que sea eacutesta un modelo teoacuterico a seguir durante la
puesta en marcha del proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e
Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
OBJETIVOS
4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Disentildear el sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose utilizando
como herramienta el software PIPESIMreg
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Recopilar la informacioacuten de campo necesaria para la realizacioacuten del
disentildeo del proyecto
Disentildear el sistema de tuberiacuteas desde las Empresas Mixtas hasta los
brazos de carga ubicados en el Muelle Petroquiacutemico de Jose haciendo uso de
Pipesimreg2003
Disentildear las facilidades para el despacho de los productos hasta los
cargueros
Calcular los paraacutemetros y variables en cada una de las liacuteneas
Calcular la capacidad de despacho durante la ventana operacional para
cada uno de los productos
Calcular la capacidad operativa del muelle para el despacho
simultaacuteneo del mayor nuacutemero de cargueros
METODOLOGIacuteA
5
METODOLOGIacuteA
La metodologiacutea seguida en el presente Trabajo Especial de Grado se puede
recopilar en los siguientes puntos principales los cuales estaacuten separados por capiacutetulos
a lo largo del trabajo y presentan la siguiente estructura
El primer capiacutetulo correspondiente a los antecedentes explica los
principales aspectos de la empresa asiacute como la estructura participativa de Pequiven
Jose Luego se realiza el estudio de los principales aspectos teoacutericos involucrados en
ANTECEDENTES
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
DESARROLLO DEL DISENtildeO
Condiciones de disentildeo Revisioacuten del modelo ocupacional del Muelle
Disentildeo de tuberiacuteas
CAacuteLCULOS
AacuteNALISIS DE RESULTADOS
RESULTADOS
METODOLOGIacuteA
6
la elaboracioacuten de un disentildeo de sistema de transporte asiacute como la descripcioacuten del
software utilizado
Se explican las bases para la elaboracioacuten del disentildeo propiedades
involucradas y configuracioacuten de los elementos del proyecto Y por uacuteltimo se procede
al caacutelculo de las variables del disentildeo comparacioacuten entre modelos y estudio
operacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose
Se analizan los resultados obtenidos se generaraacuten conclusiones y se haraacuten
recomendaciones de acuerdo al estudio realizado
CAPIacuteTULO I
7
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL MARCO REFERENCIAL
11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA [3]
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA
Pequiven fue creada en 1977 asumiendo las funciones y operaciones de lo
que fuera el Instituto Venezolano de Petroquiacutemica (IVP) inaugurado en el antildeo 1955
Desde marzo de 1978 cuando se constituyoacute como filial de PDVSA Pequiven ha
vivido sucesivas etapas de reestructuracioacuten hasta llegar a convertirse en la
Corporacioacuten Petroquiacutemica de Venezuela
Su misioacuten es manufacturar y comercializar productos quiacutemicos y
petroquiacutemicos de alta calidad en el mercado nacional e internacional maximizando
el valor del gas y de las corrientes de refinacioacuten a fin de impulsar el desarrollo
industrial y agriacutecola del paiacutes
Su visioacuten es ser liacuteder en motorizar el desarrollo agriacutecola e industrial de
nuestro paiacutes ser reconocida en los mercados nacionales e internacionales por la
manufactura de productos quiacutemicos y petroquiacutemicos de alta calidad y a costos
competitivos
Estaacute integrada por tres Complejos Petroquiacutemicos El Tablazo en el estado
Zulia Moroacuten en el estado Carabobo y Jose en el estado Anzoaacutetegui Organizada en
Unidades de Negocio que atienden el desarrollo de tres liacuteneas de productos Olefinas
y sus derivados Fertilizantes y Productos Industriales Participa directamente en 16
Empresas Mixtas compuestas por socios nacionales e internacionales
112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE
El Complejo Jose ubicado en el estado Anzoaacutetegui costa oriental del paiacutes
es un desarrollo petroquiacutemico de Pequiven con gran futuro debido a la riqueza en gas
natural que posee la zona El Complejo tiene una superficie de 740 hectaacutereas donde se
han instalado las plantas de Super Octanos Metor Supermetanol y FertiNitro En la
CAPIacuteTULO I
8
figura 1 se puede observar una vista aeacuterea de las instalaciones del Complejo donde se
sentildealan los nombres de las calles que intervienen en el desarrollo del proyecto en
estudio
Ademaacutes de los servicios de agua electricidad gas generacioacuten de vapor y
otras instalaciones como las oficinas administrativas servicio de bomberos sistema
de intercomunicaciones cliacutenica industrial vigilancia sistema de disposicioacuten de
efluentes industriales mantenimiento todo ello para satisfacer las necesidades del
condominio
El desarrollo del complejo demuestra la experiencia y competitividad de
Pequiven cuya estructura empresarial no escatima esfuerzos en mantener actualizada
la capacidad de sus recursos humanos revisioacuten permanente de los procesos uso de la
tecnologiacutea de punta para fortalecer la productividad de sus plantas atencioacuten esmerada
consciente en la necesidad de conservar el ambiente y las relaciones interactivas y
comprometidas con el paiacutes
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui
Calle CCalle F
CAPIacuteTULO I
9
113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN
La decisioacuten gubernamental (1960) de permitir la participacioacuten asociada de
empresas venezolanas y extranjeras en el negocio petroquiacutemico fue muy acertada
Hoy esa modalidad empresarial ha fortalecido a Pequiven y ha logrado para el paiacutes
avances en tecnologiacutea y manufactura de productos petroquiacutemicos
Las ganancias generadas demuestran el progreso logrado por Pequiven y las
empresas mixtas respecto al aumento sostenido de la produccioacuten y diversificacioacuten de
productos como sigue
bull Olefinas y Plaacutesticos aacutecido clorhiacutedrico cloro dicloruro de etileno etileno
pirogasolina monoacutemero de cloruro de vinilo (MCV) cloruro de polivinilo (PVC)
polietileno de alta densidad polietileno de baja densidad polietileno lineal de baja
densidad polipropileno propileno y soda caacuteustica
bull Fertilizantes aacutecido fosfoacuterico aacutecido niacutetrico aacutecido sulfuacuterico amoniacuteaco
caprolactama fosfato diamoacutenico fosfato tricaacutelcico granulados de NPK nitrato de
potasio oleum roca fosfaacutetica solucioacuten de amoniacuteaco sulfato de amonio sulfato de
sodio urea
bull Productos Industriales alquilbencenos taacutelico anhiacutedrido benceno-tolueno-
xileno (BTX) clorofluorometanos glicol de etilenos metanol MTBE oacutexido de
etileno polifosfato de sodio tetraacutemero de propilenotres
114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR)
El inicio de operaciones de la planta de produccioacuten de Metanol empresa
mixta Metanol de Oriente (Metor SA) representa una significativa contribucioacuten
para el proceso de industrializacioacuten del gran potencial de gas natural con el que
cuenta Venezuela Esta empresa tiene una composicioacuten accionaria representada por
CAPIacuteTULO I
10
Pequiven Mitsubishi Corporation y Mitsubishi Gas Chemical Empresas Polar e
International Finance Corporation
Esta planta tiene una capacidad instalada de 750 MTMA de Metanol
producto de amplio uso en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
El Metanol es un insumo para la manufactura de productos oxigenados
(MTBE y TAME) ampliamente cotizados para mejorar el octanaje de la gasolina y
las emisiones al ambiente El Metanol tambieacuten es materia prima para producir resinas
y otros compuestos quiacutemicos Asiacute mismo es producto final utilizado como solvente y
combustible Esta variedad de aplicaciones le otorga al Metanol un lugar fundamental
en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE
(FERTINITRO)
El objetivo de esta empresa es la venta de productos elaborados en las
plantas de Amoniacuteaco y Urea asiacute como sus subproductos tanto en Venezuela como en
el extranjero
Tiene como socios a la empresa Koch Industries con 35 de participacioacuten
Snamprogetti aporta 20 Empresas Polar un 10 y Pequiven 35
Esta empresa tiene una capacidad instalada estimada en 1200 MTMA de amoniacuteaco y
1460 MTMA de urea
1143 SUPERMETANOL
Esta empresa tiene como principal objetivo la produccioacuten de Metanol asiacute
como la venta de dicho producto y de sus subproductos principalmente en el
mercado internacional Empresa compuesta por Pequiven Ecofuel Metanol Holding
y Petrochemical Investment Ltd La capacidad estimada de produccioacuten asciende a
770 MTMA
CAPIacuteTULO I
11
1144 SUPER OCTANOS
Empresa compuesta accionariamente por Pequiven Ecofuel y el Banco de
Inversioacuten Mercantil Se encarga de la produccioacuten de MTBE asiacute como la venta y
comercializacioacuten de sus productos principalmente en el mercado internacional
Opera desde el antildeo 1991 y su capacidad estaacute alrededor de 550 MTMA En la figura 2
se observa una toma aeacuterea de la planta dentro del Complejo Antonio Joseacute Anzoaacutetegui
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui
1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE
Se encarga del suministro de aguas industriales al Complejo Jose ademaacutes
del agua potable agua para incendios y servicios de remocioacuten de aguas negras a las
plantas petroquiacutemicas instaladas en los terrenos propiedad de Pequiven dentro del
complejo Posee una capacidad estimada de 1300 litros por segundo
CAPIacuteTULO I
12
A continuacioacuten se presenta un resumen de la estructura participativa de las
principales empresas mixtas ubicadas en el Complejo Petroquiacutemico Jose
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose
CAPACIDAD PARTICIPACIOacuteN EMPRESAS PRODUCTOS
[MTMA] USOS SOCIOS
[] Formaldehiacutedo Pequiven 3750
Mitsubishi Corporation
2375 Componente de gasolina MTBE Mitsubishi Gas
Chemical 2375
Solvente Empresas Polar 10
Metor Metanol 750
Acido aceacutetico IFC 5 Formaldehiacutedo Pequiven 3451 Componente de gasolina MTBE
Ecofuel 3451
Acido aceacutetico Metanol Holding Ltd
1549 Supermetanol Metanol 770
Solvente Petrochemical Investment Ltd
1549
Pequiven 49 Ecofuel 49
Super Octanos MTBE 550 Componente oxigenado de gasolina
Banca de Inversioacuten Mercantil
2
Pequiven 35 Amoniacuteaco 1200
Koch Industries 35 Snamprogetti 20 FertiNitro
Urea 1460 Fertilizante
Empresas Polar 10
CAPIacuteTULO I
13
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
El Muelle Petroquiacutemico de Jose es el proyecto de infraestructura maacutes
reciente realizado por Pequiven para exportar los productos petroquiacutemicos de las
plantas que operan y se proyectan en el oriente del paiacutes
La obra construida a un costo de 150 millones de doacutelares estaacute destinada a la
exportacioacuten de urea polietilenos amoniacuteaco etileno etilenglicol dietilenglicol
metanol MTBE y otros productos quiacutemicos de las plantas existentes Actualmente su
uso es destinado exclusivamente para el despacho de urea y amoniacuteaco El sistema de
carga de urea tiene capacidad para despachar 1000 toneladas meacutetricas por hora y el
de amoniacuteaco 1100 toneladas meacutetricas por hora
La obra estaacute disentildeada con posibilidades de ampliar las tuberiacuteas y brazos de
carga en etapas sucesivas sobre la plataforma existente sin afectar la operacioacuten
regular del muelle Dentro de dicho marco se encuentra el proyecto referido en este
Trabajo Especial de Grado Adicionalmente el disentildeo permite la construccioacuten de una
segunda plataforma y extender el muelle de contenedores
El embarcadero tiene una plataforma de soacutelidos para despachar urea con
capacidad para el atraque simultaacuteneo de un buque y otro de contenedores La
plataforma de liacutequidos estaacute dispuesta para el atraque de dos naves con productos
petroquiacutemicos En una tercera plataforma de servicios pueden atracar dos
remolcadores y una lancha de pasajeros la cual dispone de una daacutersena de 60
hectaacutereas a una profundidad de 14 metros A las plataformas del muelle tendraacuten
acceso buques de hasta 65 mil toneladas de peso muerto
El puente marino de concreto armado y pretensado de maacutes de 1500 metros
de longitud sostiene las plataformas y sirve de conexioacuten con todos los servicios hasta
la costa Descansa sobre pilotes metaacutelicos de 36 y 48 pies
CAPIacuteTULO I
14
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS
1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS [4]
Un fluido es una sustancia que sufre una deformacioacuten continua cuando estaacute
sujeta a un esfuerzo cortante La resistencia que un fluido real ofrece a tal
deformacioacuten se conoce con el nombre de viscosidad del fluido Para gases y liacutequidos
simples (bajo peso molecular) la viscosidad es constante cuando se fijan la presioacuten
estaacutetica y la temperatura Los materiales de este tipo se denominan newtonianos
Un fluido ideal o perfecto es un gas o liacutequido hipoteacutetico que no ofrece
resistencia al corte y tiene viscosidad cero En la mayor parte de los problemas de
flujo se obtienen resultados incorrectos al despreciar la viscosidad pero en los
mismos problemas pueden utilizarse las relaciones presioacuten-volumen-temperatura para
gases ideales
Si la viscosidad de un fluido es una funcioacuten del esfuerzo cortante
equivalente a la razoacuten de corte ademaacutes de la temperatura y presioacuten el fluido se
denomina no newtoniano Los fluidos no newtonianos se dividen generalmente en 3
clases
1) Aquellos cuyas propiedades son independientes del tiempo cuando son
sometidos a corte tales como
a) Fluidos plaacutesticos de Bingham probablemente son los fluidos
no newtonianos maacutes simples ya que soacutelo difieren de los fluidos newtonianos
en que su relacioacuten lineal entre el esfuerzo cortante y la razoacuten de corte no
parten del origen como se ilustra en curva B de la figura 3 se requiere un
esfuerzo cortante τy finito para que haya flujo Entre los ejemplos que pueden
citarse para un fluido que exhibe comportamiento plaacutestico de Bingham se
incluyen suspensiones de arena o granos y lodo de aguas negras
b) Fluidos pseudo plaacutesticos aquiacute se incluyen la mayor parte de los
fluidos no newtonianos entre los que se encuentran las soluciones polimeacutericas
CAPIacuteTULO I
15
o fundiciones y suspensiones de pulpa de papel o pigmentos En la figura 3 se
muestra la curva C tiacutepica del flujo de estos materiales
Figura 3 Diagrama de corte
Para estos fluidos la viscosidad disminuye a medida que aumenta el esfuerzo
de corte aplicado En general la curva de flujo en un intervalo de razoacuten de
corte puede aproximarse a la forma de la liacutenea recta en un diagrama
logariacutetmico con lo cual se tiene
1ltn con dydu
dyduK =
n 1minus
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛τ
Ec 1
Donde τ= esfuerzo cortante dudy= gradiente de velocidad K= iacutendice de
consistencia y n= exponente
c) Fluidos dilatantes son los que exhiben un comportamiento
reoloacutegico opuesto al de los materiales pseudo plaacutesticos es decir la viscosidad
aumenta a medida que aumenta el esfuerzo de corte aplicado Algunos
ejemplos de estos materiales son suspensiones de almidoacuten o mica en agua o
arenas movedizas
2) Aquellos cuyas propiedades son dependientes de la duracioacuten del corte
Incluye los materiales para los cuales el esfuerzo cambia con la duracioacuten de
esfu
erzo
cor
tant
e τ
τy
Plaacutestico de Bingham
Pseudoplaacutestico
Dilatante
Newtoniano A
B
C
D
Razoacuten de corte dudy
CAPIacuteTULO I
16
corte Se excluyen los cambios que podriacutean producirse por rompimiento
mecaacutenico o destruccioacuten de partiacuteculas o enlaces moleculares
a) Fluidos tixotroacutepicos son los que poseen una estructura que puede
sufrir un trastorno en funcioacuten del tiempo bajo corte Cuando la estructura sufre
alguacuten trastorno bajo una razoacuten de corte constante el esfuerzo cortante
decrece Esta estructura puede reconstruirse a siacute misma si cesa la fuerza
aplicada sobre el material Ejemplos de este tipo de fluidos son la mayonesa
lodo de perforacioacuten pinturas y tintas
b) Materiales reopeacutecticos son los que incrementan su viscosidad aparente
con mucha rapidez cuando son agitados o golpeados riacutetmicamente Algunos
ejemplos de estos materiales son las suspensiones coloidales de bentonita y
pentoacutexido de vanadio y las suspensiones de yeso en agua
3) Fluidos viscoelaacutesticos son aquellos que exhiben muchas de las caracteriacutesticas
de un soacutelido exhiben recuperacioacuten elaacutestica de la deformacioacuten que sufren
durante el flujo Los liacutequidos polimeacutericos forman la mayor parte de los fluidos
de esta clase En este tipo de fluidos tienen lugar esfuerzos normales es decir
esfuerzos perpendiculares a la direccioacuten de flujo ademaacutes de los esfuerzos
tangenciales usuales Estos esfuerzos provocan varios efectos no usuales por
ejemplo el ldquoefecto Weissenbergrdquo en que el fluido tiende a escalar un eje que
se encuentra girando en el fluido Las ecuaciones desarrolladas para fluidos
pseudo plaacutesticos se pueden aplicar para flujo de fluidos visco elaacutesticos en
estado estacionario no acelerado las propiedades elaacutesticas se manifiestan en
forma general como ldquoefectos terminalesrdquo
La unidad de viscosidad dinaacutemica (μ) en el sistema internacional (SI) es el
pascal-segundo (Pas) Un Pas es igual a 10 Poise 1000 centipoises (cP) o 0672
lb(fts)
CAPIacuteTULO I
17
La viscosidad cinemaacutetica (ν) de un fluido de densidad ρ y viscosidad μ es
ν=μρ Una unidad de viscosidad cinemaacutetica denominada stoke (St) es igual a
1cm2s La fluidez es el reciacuteproco de la viscosidad
1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS [4]
Se dice que un flujo es estacionario si no variacutea con el tiempo es decir
cuando la velocidad del flujo de masa es constante y todas las demaacutes cantidades
(temperatura presioacuten aacuterea transversal) son independientes del tiempo Por el
contrario se dice que un flujo es no estacionario cuando la velocidad de flujo de
masa yu otras cantidades variacutean en funcioacuten del tiempo El flujo no estacionario
puede originarse por la accioacuten de una vaacutelvula de control de una maquinaria
reciprocante o por tratarse de un flujo compuesto de dos fases inestables
Se dice que un flujo es acelerado si no es estacionario o si su velocidad
variacutea en la direccioacuten general del flujo Gran cantidad de efectos asociados con fluidos
visco elaacutesticos no newtonianos ocurren por lo general en flujo acelerado
Se dice que una corriente es uniforme si la forma y el tamantildeo de su seccioacuten
transversal son iguales a lo largo del canal Se dice que la temperatura o velocidad es
uniforme a lo largo de una regioacuten cuando tiene el mismo valor en todas sus partes en
un instante dado
La velocidad maacutesica media (G) de una corriente que pasa por una seccioacuten
transversal dada tomada en sentido perpendicular a la direccioacuten comuacuten del flujo que
pasa por el aparato es el cociente del flujo maacutesico entre el aacuterea de la seccioacuten
transversal dada A lo largo de un canal con un aacuterea de seccioacuten transversal uniforme
la velocidad media de masa es constante a menos que exista una acumulacioacuten o
agotamiento de material dentro de canal Cuando se estaacute considerando el flujo que
pasa por un haz de tubos o un lecho de soacutelidos se utiliza el teacutermino velocidad maacutesica
superficial para identificar la cantidad obtenida al dividir el flujo maacutesico entre el aacuterea
CAPIacuteTULO I
18
total de la seccioacuten transversal de la caacutemara circundante (sin restar la parte
correspondiente al corte transversal ocupado por las obstrucciones)
La velocidad lineal media (V) de una corriente que pasa por cualquier
seccioacuten transversal dada se toma usualmente como la cantidad obtenida cuando la
velocidad maacutesica media correspondiente se divide entre la densidad promedio en la
seccioacuten transversal dada A menos que le flujo sea isoteacutermico el teacutermino velocidad
lineal media no se puede interpretar salvo que se defina con precisioacuten la regla que se
eligioacute para determinar la densidad promedio En consecuencia siempre que sea
posible es preferible manejar el flujo no isoteacutermico en funcioacuten de la velocidad de
masa La velocidad lineal superficial corresponde a la velocidad superficial maacutesica
La carga de velocidad ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
cgV
22
es la carga estaacutetica equivalente a la
energiacutea cineacutetica de una corriente de velocidad uniforme V
Un nuacutemero de Reynolds (NRe) es cualquiera de varias cantidades
adimensionales de la forma μρLV que son proporcionales a la razoacuten de la fuerza
inercial a la fuerza viscosa en un sistema de flujo En este caso L= dimensioacuten lineal
caracteriacutestica del canal de flujo
Se puede predecir la transicioacuten de flujo turbulento a laminar en fluidos no
newtonianos de acuerdo con el concepto del nuacutemero de Reynolds Se toma como
reacutegimen laminar NRelt 2100 y para reacutegimen turbulento NRe gt 4000
El radio hidraacuteulico medio (RH) de un canal es igual al aacuterea de la seccioacuten
transversal de esa parte del canal que estaacute llena con fluido dividida entre la longitud
del periacutemetro huacutemedo El radio hidraacuteulico de una tuberiacutea circular es un cuarto del
diaacutemetro de donde en el caso de un ducto no circular se dice que el diaacutemetro
hidraacuteulico es cuatro veces el radio hidraacuteulico
La liacutenea aerodinaacutemica se define como aquella que queda en la direccioacuten del
flujo en cada uno de los puntos en un instante dado El flujo laminar se define como
aquel en el que las liacuteneas aerodinaacutemicas se mantienen bien definidas unas de otras en
CAPIacuteTULO I
19
toda su longitud Las liacuteneas aerodinaacutemicas no deben ser rectas necesariamente ni el
flujo constante siempre y cuando se satisfaga el criterio antes citado Este tipo de
movimiento se conoce tambieacuten con los nombres de flujo aerodinaacutemico o viscoso
Un flujo laminar con NRe lt 1 se conoce como flujo lento o flujo reptante
En este tipo de flujo se puede despreciar la fuerza inercial relativa a la fuerza viscosa
Si el nuacutemero de Reynolds de un sistema excede al nuacutemero criacutetico de
Reynolds casi siempre sucede que el movimiento no es laminar en toda la longitud
del canal sino que se generan turbulencias en la zona inicial de inestabilidad que se
extienden raacutepidamente por todo el fluido produciendo con ello una perturbacioacuten en el
patroacuten general de flujo El resultado es una turbulencia del fluido superpuesta al
movimiento primario de traslacioacuten generando lo que se conoce como flujo
turbulento
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS
1221 BALANCE DE ENERGIacuteA [4]
12211 Balance total de energiacutea
Consideacuterese una unidad de peso de fluido en un sistema de flujo y sean
i=entalpiacutea especiacutefica J= equivalente mecaacutenico de calor s= entropiacutea especiacutefica
u=energiacutea interna especiacutefica v= volumen especiacutefico Z= altura por arriba de cualquier
plano de referencia horizontal arbitrario En este caso la energiacutea potencial relativa al
nivel de referencia elegido es cg
Zg la energiacutea total cineacutetica es cg
V2
2 y la energiacutea
total de la unidad de peso de fluido es ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ ++
cc gV
gZgJu 2
2 Para un flujo
estacionario del fluido no se tendraacute ninguna acumulacioacuten o deficiencia ya sea de eacuteste
o de la energiacutea dentro del sistema y la energiacutea total del mismo se alteraraacute soacutelo
CAPIacuteTULO I
20
agregando o quitando calor de eacuteste o aplicando cualquier trabajo externo sobre el
sistema Por tanto
WJQg
Vg
gZJug
Vg
gZJucccc
+=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++minus⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++
22
211
1
222
2 Ec 2
donde los subiacutendices 1 y 2 indican las condiciones en la entrada y salida
respectivamente Q es el calor agregado utilizando fuentes externas al sistema W es
el trabajo externo neto aplicando a una libra de fluido mientras estaacute dentro del
aparato El teacutermino W se subdivide como sigue
eWvpvpW +minus= 2211 Ec 3
donde We= trabajo proporcionado por una fuente externa por ejemplo un ventilador
o una bomba
Si se combinan las ecuaciones 2 y 3 se obtiene
22
222
211
211
1 22vp
gV
ggZJuWJQvp
gV
ggZJu
cce
cc
+++=+++++ Ec 4
Esta expresioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica se denomina a menudo
balance global de energiacutea del teorema de Bernoulli En esta expresioacuten no se incluye
ninguacuten teacutermino de friccioacuten ya que eacuteste representa una conversioacuten de energiacutea
mecaacutenica en calor sin que el contenido general de energiacutea del sistema sufra cambio
alguno
Los teacuterminos de energiacutea cineacutetica de las ecuaciones antes citadas se aplican
estrictamente soacutelo cuando la velocidad a traveacutes de una seccioacuten transversal dada es
uniforme Cuando se trata de un flujo turbulento en tuberiacuteas circulares el teacutermino
cgV
22 es de 3 a 8 por debajo del valor real en tanto que para un flujo laminar en
tuberiacuteas circulares el teacutermino de energiacutea cineacutetica apropiado es cg
V 2 que permite
cierto margen para la distribucioacuten de velocidad paraboacutelica
CAPIacuteTULO I
21
12212 Balance de energiacutea mecaacutenica
El cambio de energiacutea interna J du de una libra de fluido se expresa como
JT ds ndash p dv Si estaacuten presentes otras formas de energiacutea por ejemplo la eleacutectrica y
sufre un cambio tales formas deberaacuten incluirse tambieacuten La presencia de friccioacuten
hace que el proceso se torne irreversible de donde JT ds = J dq + dF donde
F=peacuterdida de friccioacuten Tomando en consideracioacuten esta peacuterdida de friccioacuten y la
situacioacuten de irreversibilidad la ecuacioacuten de balance de masa se convierte en
cce
cc gV
ggZ
WFpvg
Vg
gZ22
222
2
1
211 +=+minuspartminus+ int Ec 5
La ecuacioacuten 5 se denomina forma de energiacutea mecaacutenica del teorema de
Bernoulli Para liacutequidos la integral int part2
1
pv se reduce a ( )12 ppv minus donde v es
praacutecticamente constante
12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema
Existe una distincioacuten real entre la caiacuteda de presioacuten y la peacuterdida por friccioacuten
La caiacuteda de presioacuten representa una conversioacuten de energiacutea de presioacuten en cualquier otra
forma de energiacutea mientras que la peacuterdida por friccioacuten representa una peacuterdida neta de
la energiacutea de trabajo total disponible que caracteriza al fluido Los dos teacuterminos se
relacionan entre siacute por medio de la ecuacioacuten 5
Hay dos meacutetodos para evaluar la caiacuteda general de presioacuten de un sistema si se
recurre a varias resistencias en serie El primer meacutetodo comprende el caacutelculo de la
caiacuteda de presioacuten de cada resistencia individual tomando en cuenta el signo algebraico
correspondiente y luego sumando todos los teacuterminos que componen el sistema total
El segundo meacutetodo consiste en calcular la peacuterdida por friccioacuten de cada resistencia
individual la suma de todos los teacuterminos particulares y la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 5
para obtener la caiacuteda de presioacuten general La suma de las caiacutedas de presioacuten puede
utilizarse en sistemas compuestos de liacuteneas ramificadas
CAPIacuteTULO I
22
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS [4]
12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares
En el caso de flujo laminar en tuberiacuteas circulares el patroacuten de velocidad tiene
forma paraboacutelica con una velocidad maacutexima en el centro e igual a dos veces la
velocidad promedio (V) La velocidad local (u) en cualquier punto de la seccioacuten
transversal estaacute expresada por
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
2
2
12wrr
Vu Ec 6
donde r= radio en el punto en cuestioacuten y rw= radio de la tuberiacutea
12222 Flujo incompresible
El flujo se consideraraacute como incompresible si la sustancia en movimiento es
un liacutequido o si se trata de un gas cuya densidad cambia dentro del sistema en un
valor no mayor de 10 En este caso se utiliza la densidad de entrada el error
resultante en la caiacuteda de presioacuten calculada no sobrepasaraacute por lo comuacuten los liacutemites de
incertidumbre del factor de friccioacuten
12223 Tuberiacuteas circulares
La ecuacioacuten de Fanning para flujo estacionario en tuberiacuteas circulares
uniformes que corren llenas de liacutequido en condiciones isoteacutermicas
52
21
522
21
2
211
21 3232
244
24
DgqfL
DgfL
gG
DfL
hDfL
gV
DfL
Fccc
vc πρπ
ωρ
==⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛= Ec 7
expresa la peacuterdida por friccioacuten F en energiacutea especiacutefica donde D= diaacutemetro del
conducto L1= longitud del conducto hv= carga de velocidad (V22gc) ω= flujo en
peso del fluido q= flujo volumeacutetrico del fluido f= factor de friccioacuten de Fanning La
caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten es Δp= Fρ
El factor de friccioacuten de Fanning f es una funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la
aspereza de la superficie interna del canal (ε) Una correlacioacuten que se utiliza con
mucha frecuencia es el diagrama de Moody que es una graacutefica del factor de friccioacuten
CAPIacuteTULO I
23
de Fanning en funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la aspereza relativa εD tal como se
muestra en la figura 4 En la tabla 2 se presentan valores de ε para varios materiales
Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales
Material Aspereza de superficie ε [mm]
Tubos estirados (latoacuten plomo vidrio y similares) 000152
Acero comercial o hierro 00457
Hierro fundido asfaltado 0122
Hierro galvanizado 0152
Hierro fundido 0259
Duelas de madera 0183 - 00914
Concreto 0305 - 305
Acero remachado 0914 - 914
Figura 4 Diagrama de Moody
CAPIacuteTULO I
24
El diagrama de Moody para flujo turbulento (NRe gt 4000) se representa por
medio de la ecuacioacuten de Colebrook
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
fNDf Re
51273
log21 ε Ec 8
La ecuacioacuten anterior se reduce a la ecuacioacuten de Prandtl cuando εD=0
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
fNf Re
2561log41 Ec 9
Para tuberiacuteas rugosas se aplica la ecuacioacuten de von Kaacutermaacuten
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛minus=
Df 73log41 ε Ec 10
Cuando se tiene especificada la velocidad del flujo el factor de friccioacuten
puede ser calculado mediante la ecuacioacuten 11
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
7log6031 ReN
f Ec 11
O para NRe le 105 mediante la ecuacioacuten de Blasius
41Re
07910N
f = Ec 12
Para flujo turbulento (NRe gt 4000) se han desarrollado las ecuaciones
siguientes expliacutecitas en las incoacutegnitas Para el caacutelculo del flujo
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+
minus=
f
f
gDSDv
D
gDSDq
78173
log22
ε
π Ec 13
donde Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto
(ΔpgcρgL)
CAPIacuteTULO I
25
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten se cuenta con la
ecuacioacuten
2
90Re
2
5
74573
log
2030
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
ND
qgSD f
ε Ec 14
el error introducido al aplicar esta ecuacioacuten es menor de plusmn1 para el intervalo
5x103 le NRe le 108 10-6 le εD le 102
Para el caacutelculo del diaacutemetro del ducto se tiene
200200
3
5250
2
5
2
5
1250⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
f
ff
gSqv
qgS
qgSD ε Ec 15
el error que se tiene al aplicar esta ecuacioacuten es menor que plusmn2 para el intervalo
3x103 le NRe le 3x108 2x10-6 le εD le 2x102
Para verificaciones o estimaciones aproximadas el concepto carga de
velocidad puede aplicarse a la primera de las dos formas de la ecuacioacuten 7
12224 Fluidos no newtonianos
Mediante la figura 5 es posible determinar la caiacuteda de presioacuten debida a la
friccioacuten para el flujo laminar de fluidos no newtonianos en tuberiacuteas circulares Eacutesta
muestra una curva de flujo tiacutepica en coordenadas cartesianas DΔp4L es el esfuerzo
cortante en la pared τw y 8VD es la relacioacuten para la razoacuten de corte en la pared
CAPIacuteTULO I
26
Figura 5 Curva de flujo general
La curva de flujo se determina a partir de pruebas de laboratorio o a pequentildea
escala con el fluido no newtoniano especiacutefico
En la regioacuten laminar la curva es independiente del diaacutemetro de la tuberiacutea en
el caso de fluidos no newtonianos independientes del tiempo Si el fluido depende del
tiempo se obtendraacute una curva por separado para cada diaacutemetro y longitud de tuberiacutea
Para plaacutesticos de Bingham la ecuacioacuten teoacuterica del flujo es
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
4
31
3418
w
y
w
ywcgDV
ττ
ττ
ητ Ec 16
Si 4
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
w
yτ
τ es relativamente pequentildea por ejemplo en caso de esfuerzos
cortantes grandes o caiacutedas de presioacuten la ecuacioacuten puede ser aproximada por
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus= yw
cgDV ττ
η 348 Ec 17
El error causado al omitir el uacuteltimo teacutermino de la ecuacioacuten es inferior al 2
para τyτw menor a 04 La viscosidad aparente μa se obtiene al introducir la ecuacioacuten
anterior en la ecuacioacuten de Poiseuille
ητ
μ +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
VDg yc
a 6 Ec 18
τw = DΔp4L
8VD
Regioacuten laminar
Regioacuten turbulenta
CAPIacuteTULO I
27
En estas ecuaciones Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica η= viscosidad plaacutestica y
τy= esfuerzo de cedencia
Para aquellos fluidos a los que se aplica la ley de potencia sirve la ecuacioacuten
donde
( )[ ]⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus
=part
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ ⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛ Δpart
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛prime=
Δ
prime
prime
DV
nn
ru
nD
VL
pD
n
nnKK
DVK
LpD
w
n
n
84
13
8ln
4ln
413
84
Ec 19
Ec 20
Ec 21
Ec 22
nacute= exponente de la ley de potencia pendiente de la liacutenea de la graacutefica de
DΔp4L contra 8VD en coordenadas logariacutetmicas wr
u⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus = razoacuten del esfuerzo
cortante en la pared Kacute= constante Si nacute= 1 el fluido seraacute newtoniano si nacutelt1 se
trataraacute de un fluido pseudo plaacutestico o plaacutestico de Bingham y cuando nacutegt1 el fluido
seraacute dilatante
El liacutemite de flujo laminar constante o estable se toma comuacutenmente como
NacuteRe=2100 donde
1
2Re
8 minusprime
primeminusprime
prime=
==prime
nc
nn
Kg
VDdogeneralizaeynoldsRdenuacutemeroN
γγρ
o bien NacuteRe = DVρ μa = 2100 para plaacutesticos de Bingham
Ec 23 Ec 24
CAPIacuteTULO I
28
En flujos turbulentos la curva de flujo general (Fig 5) se interrumpe El
punto de interrupcioacuten seraacute diferente para distintos diaacutemetros de tuberiacutea Para predecir
la caiacuteda de presioacuten del flujo turbulento de fluidos no newtonianos independientes del
tiempo el factor de friccioacuten de Fanning se obtiene del diagrama de Moody aplicando
el nuacutemero generalizado de Reynolds Para fluidos que se comportan como plaacutesticos
de Bingham nacuteasymp1 en flujo turbulento la caiacuteda de presioacuten puede predecirse a partir de
la correlacioacuten de friccioacuten de Fanning para fluidos newtonianos utilizando para la
viscosidad del fluido la viscosidad plaacutestica (η)
Se puede lograr una reduccioacuten de la peacuterdida por friccioacuten en flujos turbulentos
de liacutequidos newtonianos agregando poliacutemeros solubles de alto peso molecular en
concentraciones extremadamente reducidas En estos sistemas el acuerdo general es
que el comportamiento de reduccioacuten de arrastre se asocia con la naturaleza
viscoelaacutestica de las soluciones en la regioacuten de corte cercana a la pared Es necesario
un poliacutemero de peso molecular miacutenimo para iniciar la reduccioacuten de arrastre con un
flujo especiacutefico Existe una concentracioacuten criacutetica por encima de la cual no ocurre la
reduccioacuten de arrastre Para determinar la reduccioacuten de arrastre maacutexima en tuberiacuteas
lisas se aplica la siguiente ecuacioacuten
580ReRe
5807350log191N
fmenteaproximadaofNf
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus= Ec 25
para 4000 lt NRe lt 40000
12225 Flujo no isoteacutermico
En flujos no isoteacutermicos de liacutequidos f se incrementa sensiblemente cuando el
liacutequido se estaacute enfriando y disminuye al calentarse Los datos disponibles que
corresponden mayormente a aceites se calculan de manera aproximada encontrando
primero f para el flujo isoteacutermico del liacutequido a la temperatura de la corriente principal
y luego dividiendo el resultado en caso de enfriamiento entre (μaμw)023 si se
encuentra en la regioacuten laminar o por (μaμw)011 si estaacute en la regioacuten turbulenta o bien
en casos de calentamiento por (μaμw)038 si se trata de la regioacuten laminar o por
(μaμw)017 si es la turbulenta En este caso μa es la viscosidad a la temperatura de la
CAPIacuteTULO I
29
corriente principal y μw es la viscosidad a la temperatura de la pared Ademaacutes ρ=1v
variacutea con la temperatura pero debido a la incompresibilidad no lo hace con la
presioacuten Por lo tanto la ecuacioacuten 26 se utiliza para calcular la caiacuteda de presioacuten en
conductos de caudal completo por ejemplo tubos intercambiadores de calor
( )Lk
gg
RgLvfG
gvvG
pp promcHc
prom
c
ρ++minus
=minus2
212
2
21 Ec 26
Donde p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba p2= presioacuten estaacutetica corriente
abajo v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba v2= volumen
especiacutefico en condiciones corriente abajo vprom= volumen especiacutefico promedio
ρprom= densidad promedio K= sen θ en donde θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la
horizontal
El flujo de liacutequidos viscosos en canales pequentildeos por ejemplo tubos
capilares va acompantildeado con frecuencia de grandes caiacutedas de presioacuten La conversioacuten
de la energiacutea de trabajo en calor a traveacutes del esfuerzo cortante viscoso genera un
aumento de temperatura apreciable ΔTa= ΔpcvρJ en donde ΔTa= aumento global de
la temperatura y cv= calor especiacutefico del fluido El aumento en la velocidad de flujo
debido a una reduccioacuten de viscosidad es mucho mayor que la que corresponde al
aumento global de temperatura ya que gran parte del calor se genera cerca de las
paredes del canal lo cual genera un aplanamiento del perfil de velocidad
12226 Flujo turbulento
Las foacutermulas y los meacutetodos generales incluidos bajo el tiacutetulo ldquoflujo
incompresiblerdquo se aplican soacutelo a una longitud diferencial del conducto a traveacutes del
cual se considera que la densidad es constante Por ende generalmente se usa la
ecuacioacuten de Fanning en su forma diferencial
HcHcc RgfG
RgfV
DgfV
xF
2
222
2224
ρ===
partpart Ec 27
CAPIacuteTULO I
30
Al sustituir esta uacuteltima ecuacioacuten en la forma diferencial del balance de
energiacutea mecaacutenica se tiene
xgg
RgfV
gVVpv
cHcc
part⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
part+part θsen
2
2 Ec 28
donde v= 1ρ = volumen especiacutefico del fluido (sen θ) dx = dz = distancia vertical a
traveacutes de la cual el fluido se eleva cuando se desplaza a una distancia dx a lo largo de
una tuberiacutea We del balance de energiacutea se iguala a cero suponiendo que no hay
ninguna bomba conectada a la liacutenea En ductos uniformes la velocidad de masa G=
Vv es constante de manera que si p se conoce como una funcioacuten exclusiva de v v dp
se escribe como φ(v)dv En tal caso cuando senθ es constante las variables de la
ecuacioacuten anterior son separables y se puede hacer la integracioacuten exacta aunque
pudieran requerirse procedimientos graacuteficos
12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales)
Al integrar la uacuteltima ecuacioacuten para el caso de gases ideales se obtiene la
siguiente expresioacuten
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=minus
2
12
22
21 ln
21
pp
fLR
MRgRTfLGpp H
Hc
Ec 29
En conductos de longitud apreciable el uacuteltimo teacutermino entre pareacutentesis es
generalmente despreciable a menos que la caiacuteda de presioacuten sea muy grande Por
ejemplo si LD = 100 (p1-p2)p1 puede ser tan grande como 020 antes que el error
introducido al omitir el uacuteltimo teacutermino sea tan grande como la incertidumbre del
factor de friccioacuten Cuando se omite el uacuteltimo teacutermino la ecuacioacuten se describe como
sigue
Hpromc RgfLGpp
acute
2
21 2 ρ=minus Ec 30
donde ρprom= densidad a la presioacuten promedio (p1-p2)2 Para una tuberiacutea circular
CAPIacuteTULO I
31
12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento
Al seleccionar el tamantildeo de tuberiacutea que va a utilizarse en un sistema de
manejo de fluidos se tiene con frecuencia una variedad de diaacutemetros permisibles que
comprenden dos o maacutes tamantildeos estaacutendar de tuberiacutea En tales casos la seleccioacuten final
deberaacute realizarse sobre una base econoacutemica de modo que el uacuteltimo incremento de la
inversioacuten reduzca los costos de operacioacuten lo suficiente para producir la recuperacioacuten
miacutenima requerida sobre la inversioacuten Cuando se trata de liacuteneas de tuberiacuteas largas que
se tienden a campo traviesa utilizando tuberiacuteas de aleacioacuten de longitud y complejidad
apreciable o tuberiacuteas con vaacutelvulas de control conviene efectuar anaacutelisis detallados de
la inversioacuten y los costos de operacioacuten
12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar
Las liacuteneas de tuberiacutea para el transporte de liacutequidos de gran viscosidad en
plantas quiacutemicas o refineriacuteas de petroacuteleo raramente se disentildean basaacutendose en forma
exclusiva en los aspectos econoacutemicos Sucede maacutes a menudo que el tamantildeo estaacute
condicionado por la caiacuteda de presioacuten disponible limitaciones del esfuerzo cortante o
por consideraciones del tiempo de residencia [4]
122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas
Las determinaciones experimentales de la resistencia de accesorios y vaacutelvulas
usualmente se llevan a cabo midiendo la peacuterdida general por friccioacuten en un sistema
constituido de dos o maacutes longitudes de tuberiacutea recta conectadas en serie por medio de
un nuacutemero apropiado de accesorios o vaacutelvulas ideacutenticos Para obtener la peacuterdida
producida por estos elementos la peacuterdida por friccioacuten en una tuberiacutea recta se resta de
la peacuterdida general o total por friccioacuten Existen tres convenios especiacuteficos ya
establecidos para calcular la longitud de la tuberiacutea recta del sistema de prueba
1) Se toma la longitud verdadera de la liacutenea central de todo el sistema
2) Se suman las longitudes de los tramos individuales de tuberiacutea que son
verdaderamente rectos
CAPIacuteTULO I
32
3) Se suman las distancias entre las intersecciones de las liacuteneas centrales
alargadas correspondientes a tuberiacuteas rectas sucesivas
122211 Accesorios y vaacutelvulas
Para flujo turbulento la peacuterdida adicional por friccioacuten producida por
accesorios y vaacutelvulas se justifica expresando la peacuterdida ya sea como una longitud
equivalente de tuberiacutea recta en diaacutemetros de tuberiacutea LeD o como la cantidad de
cargas de velocidad (K1) peacuterdidas en una tuberiacutea del mismo tamantildeo K1 se define
como sigue
cgV
FK2
21Δ
= Ec 31
donde ΔF= peacuterdida adicional por friccioacuten (peacuterdida total por friccioacuten menos peacuterdida
por friccioacuten correspondiente a la longitud de la liacutenea central de la tuberiacutea recta) Las
cantidades LeD y K1 no son del todo comparables pero ambas son exactas dentro de
los liacutemites de los datos disponibles o diferentes en detalles a los accesorios y vaacutelvulas
comerciales existentes Teoacutericamente K1 deberaacute ser constante para todos los tamantildeos
de un disentildeo de accesorios o vaacutelvulas dadas si todos ellos fueran geomeacutetricamente
similares sin embargo raramente se logra esa similitud geomeacutetrica Los datos
indican que la resistencia K1 tiende a disminuir al incrementarse el tamantildeo del
accesorio o la vaacutelvula
Para liacuteneas fuera de planta la longitud de tuberiacutea recta aproximada puede ser
estimada del plano de distribucioacuten Debido a que los accesorios en liacuteneas fuera de
planta tienen usualmente una longitud equivalente comprendida entre 20 y 80 de
la longitud real se puede aplicar un factor multiplicador entre 12 y 18 para estimar
longitudes de tuberiacuteas rectas [2]
La tabla 3 muestra valores de longitudes equivalentes de tuberiacutea recta nueva
para peacuterdida por friccioacuten en vaacutelvulas y accesorios en pies para acero al carboacuten con
rugosidad= 00018 in (para flujo completamente turbulento) seguacuten el diaacutemetro de la
tuberiacutea
CAPIacuteTULO I
33
Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta (ft)
Tomado del Manual de Ingenieriacutea de Disentildeo de PDVSA Volumen 13ndashIII LndashTP 15
Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Procedimiento de Ingenieriacutea
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS
1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS [4]
La necesidad de bombear fluidos surge de la necesidad de transportar eacutestos
de un lugar a otro a traveacutes de ductos o canales El movimiento de un fluido a traveacutes de
un ducto o canal se logra por medio de una transferencia de energiacutea Los medios
comuacutenmente empleados para lograr flujo en los fluidos son gravedad
CAPIacuteTULO I
34
desplazamiento fuerza centriacutefuga fuerza electromagneacutetica transferencia de cantidad
de movimiento (momento) impulso mecaacutenico o combinaciones de estos medios
Despueacutes de la gravedad el medio maacutes empleado es la fuerza centriacutefuga
12311 Desplazamiento
La descarga de un fluido de recipiente mediante desplazamiento parcial o
total de su volumen interno con un segundo flujo o por medios mecaacutenicos es el
principio de funcionamiento de muchos dispositivos de transporte de fluidos En este
grupo se incluyen maacutequinas de diafragma y de pistoacuten de movimiento alternativo los
tipos de engranajes y paletas giratorias los compresores de pistoacuten para fluidos los
depoacutesitos ovalados para aacutecidos y los elevadores por accioacuten de aire
12312 Fuerza centriacutefuga
Cuando se utiliza fuerza centriacutefuga eacutesta es proporcionada por medio de una
bomba centriacutefuga o de un compresor Aunque variacutea mucho el aspecto fiacutesico de los
diversos tipos de compresores y bombas centriacutefugas la funcioacuten baacutesica de cada uno de
ellos es siempre la misma es decir producir energiacutea cineacutetica mediante la accioacuten de
una fuerza centriacutefuga y a continuacioacuten convertir parcialmente esta energiacutea en
presioacuten mediante la reduccioacuten eficiente de la velocidad del fluido en movimiento
En general los dispositivos centriacutefugos de transporte de fluidos tienen las
caracteriacutesticas siguientes
1 La descarga estaacute relativamente libre de pulsaciones
2 El disentildeo mecaacutenico se presta a flujos elevados lo que significa que las
limitaciones de capacidad constituyen raramente un problema
3 Pueden asegurar un desempentildeo eficiente a lo largo de un intervalo amplio
de presiones y capacidades incluso cuando funcionan a velocidad
constante
4 La presioacuten de descarga es una funcioacuten de la densidad del fluido
5 Son dispositivos de velocidad relativamente baja y maacutes econoacutemicos
CAPIacuteTULO I
35
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber queacute liacutequido se
va a manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa La tarea de seleccioacuten de bombas se complica con frecuencia por la
presencia de soacutelidos en el liacutequido y las caracteriacutesticas de corrosioacuten del liacutequido que
exigen materiales especiales de construccioacuten Los soacutelidos pueden acelerar la erosioacuten y
corrosioacuten tener tendencia a aglomerarse o pueden exigir un manejo delicado para
evitar la degradacioacuten indeseable
Debido a la gran variedad de tipos de bombas y la cantidad de factores que
determinan la seleccioacuten de cualquiera de ellas para una instalacioacuten especiacutefica el
disentildeador debe eliminar primero todas las que no ofrezcan posibilidades razonables
La seleccioacuten de los materiales de construccioacuten de bombas estaacute de acuerdo con las
consideraciones sobre corrosioacuten erosioacuten seguridad del personal y contaminacioacuten del
liacutequido [4]
1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS
Las ventajas primordiales de una bomba centriacutefuga son la sencillez el bajo
costo inicial el flujo uniforme (sin pulsaciones) el pequentildeo espacio necesario para su
instalacioacuten los bajos costos de mantenimiento el funcionamiento silencioso y su
capacidad de adaptacioacuten para su empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de
turbina
Una bomba centriacutefuga en su forma maacutes simple consiste en un impulsor que
gira dentro de una carcasa Los impulsores pueden tener ejes de rotacioacuten horizontales
o verticales para adaptarse al trabajo que se vaya a realizar Por lo comuacuten los
impulsores resguardados o de tipo cerrado suelen ser maacutes eficientes Los impulsores
de tipo abierto o semiabierto se emplean para liacutequidos viscosos o que contengan
CAPIacuteTULO I
36
materiales soacutelidos asiacute como tambieacuten en muchas bombas pequentildeas para servicios
generales [4]
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS
1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN [4]
El coacutedigo para tuberiacuteas a presioacuten (ASME B31) consiste en cierto nuacutemero de
secciones que constituyen en forma colectiva el coacutedigo Las secciones se publican
como documentos independientes por sencillez y conveniencia Las secciones
difieren sensiblemente unas de otras El alcance y aplicacioacuten del Coacutedigo B313 se
refiere a todas aquellas tuberiacuteas dentro de los liacutemites de las instalaciones dedicadas al
procesamiento y manejo de productos petroquiacutemicos y conexos salvo aquellos
proscritos por el coacutedigo
El Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code (ASME B313) es
una seccioacuten de ASME B31 derivado de la fusioacuten de los coacutedigos de tuberiacuteas para
plantas quiacutemicas (ASME B316) y refineriacuteas de petroacuteleo (ASME B313)
El American National Standards Institute (ANSI) y el American Petroleum
Institute (API) han establecido normas dimensionales para los componentes de
tuberiacuteas maacutes utilizados En las secciones del coacutedigo ASME B31 es posible encontrar
especificaciones sobre materiales de tuberiacuteas y accesorios y meacutetodos de prueba de la
American Society for Testing and Materials (ASTM) especificaciones de la
American Welding Society (AWS) y normas de la Manufacturers Standardization
Society of the Valve and Fitting Industry (MSS) Muchas de estas normas contienen
relaciones de presioacuten-temperatura que sirven como ayuda a los ingenieros en su
trabajo de disentildeo No obstante debe tenerse en cuenta que el empleo de normas
publicadas no elimina la necesidad de aplicar el criterio de ingenieriacutea
La introduccioacuten del coacutedigo establece requisitos de ingenieriacutea considerados
como necesarios para el disentildeo seguro y la construccioacuten de sistemas de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
37
Aunque la seguridad es la consideracioacuten baacutesica del coacutedigo no es el factor que
predomina en la especificacioacuten final de ninguacuten sistema de tuberiacutea a presioacuten
Los disentildeadores deben tener en cuenta que el coacutedigo no es un manual de
disentildeo y no se establece para evitar la necesidad de un criterio de ingenieriacutea
competente
1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS [4]
La seleccioacuten de materiales que resistan al deterioro a consecuencia del uso
estaacute fuera del alcance del coacutedigo ASME B313 no obstante la experiencia ha
ayudado a recopilar las siguientes consideraciones sobre los materiales
1) Posible exposicioacuten al fuego con respecto a la peacuterdida de elasticidad
temperatura de degradacioacuten punto de fusioacuten o combustibilidad de la tuberiacutea
o material de soporte
2) Capacidad del aislamiento teacutermico para proteger la tuberiacutea del fuego
3) Sensibilidad de la tuberiacutea a fallas quebradizas que puedan ocasionar una
peligrosa fragmentacioacuten o falla al choque teacutermico cuando se expone al
fuego
4) Sensibilidad de los materiales de la tuberiacutea al agrietamiento por corrosioacuten en
aacutereas donde existe estancamiento (juntas roscadas) o efectos electroliacuteticos
nocivos cuando el metal es puesto en contacto con otro metal diferente
5) La conveniencia de utilizar empaques sellos rellenos y lubricantes que sean
compatibles con el fluido que se maneja
6) El efecto refrigerante de peacuterdidas repentinas de presioacuten en fluidos volaacutetiles
al determinar la temperatura miacutenima de empleo esperada
CAPIacuteTULO I
38
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos
Las siguientes son caracteriacutesticas que deben evaluarse cuando se utilicen
materiales metaacutelicos para la tuberiacutea
1 Hierro colado maleable y alto silicio (145) Su baja ductilidad y su
sensibilidad a los choques teacutermicos y mecaacutenicos
2 Acero al carbono y aceros de baja e intermedias aleaciones
- La posibilidad de resquebrajamiento cuando se manejen fluidos alcalinos o
caacuteusticos
- La posible degradacioacuten de carburos a grafito cuando se tenga una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 427degC Esto se debe
considerar para aleaciones de acero al carbono acero-niacutequel acero al
carbono-manganeso acero al manganeso-vanadio y acero al carbono-silicio
- La posible conversioacuten de carburos en grafito cuando se tiene una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 468degC la aleacioacuten de
acero al carbono-molibdeno acero al manganeso-molibdeno-vanadio y
acero al cromo-vanadio
- Las ventajas de utilizar acero al silicio-carbono (01 de silicio como
miacutenimo) para temperaturas superiores a 480degC
- La posibilidad de ataque por hidroacutegeno cuando la tuberiacutea es expuesta a este
elemento o a soluciones acuosas aacutecidas en ciertas condiciones de presioacuten y
temperatura
- La posibilidad de que la tuberiacutea se deteriore cuando se exponga a sulfuro de
hidroacutegeno
3 Acero de altas aleaciones (inoxidable)
- La posibilidad de que la corrosioacuten llegue a tener proporciones importantes
cuando la tuberiacutea de aceros inoxidables austeniacuteticos se exponga a medios
como cloruros y haluros ya sea externa o internamente Lo anterior puede
CAPIacuteTULO I
39
ser el resultado de una seleccioacuten o aplicacioacuten inadecuada del aislamiento
teacutermico
- La sensibilidad a la corrosioacuten intergranular del acero inoxidable austeniacutetico
despueacutes de estar expuesto a temperaturas entre 427 y 871degC a menos que se
establezca o se utilice acero al carbono de bajo grado
- La posibilidad de un ataque intercristalino del acero inoxidable austeniacutetico
por contacto con zinc o plomo a temperaturas por encima de sus puntos de
fusioacuten o con muchos compuestos de zinc y plomo a temperaturas elevadas
similares
- La fragilidad del acero inoxidable ferriacutetico a temperatura ambiente
posterior al uso por encima de 370degC
4 Niacutequel y aleaciones a base de Niacutequel
- La sensibilidad al ataque superficial del niacutequel y aleaciones a base de niacutequel
que no contengan cromo cuando se expongan a pequentildeas cantidades de
azufre a temperaturas superiores a 315degC
- La sensibilidad al ataque superficial de las aleaciones a base de niacutequel que
contengan cromo a temperaturas superiores a 595degC en condiciones
reductoras y por encima de 760degC en condiciones oxidantes
- La posibilidad de un ataque por corrosioacuten en forma de grietas a aleaciones
de niacutequel-cobre en vapores de aacutecido fluorhiacutedrico si la aleacioacuten es sometida
a gran esfuerzo o contiene residuos de soldadura o del molde
5 Aluminio y aleaciones de aluminio
- La compatibilidad de los componentes roscados con aluminio para prevenir
la ligadura o atenazamiento en las uniones
- La posibilidad de corrosioacuten a causa del concreto mortero cal yeso y otros
materiales alcalinos empleados en la construccioacuten u otras estructuras
CAPIacuteTULO I
40
- La posibilidad de que las aleaciones 5154 5087 5083 y 5456 sufran
exfoliacioacuten o ataque intergranular y que la temperatura superior sea de
65degC a fin de evitar tal deterioro
6 Cobre y aleaciones de cobre
- La posibilidad de que las aleaciones de bronce se degraden en el contenido
de zinc
- La sensibilidad a la corrosioacuten por las aleaciones a base de cobre
- La posibilidad de formacioacuten de acetiluros inestables cuando se exponen a
acetileno
7 Titanio y aleaciones de titanio la posibilidad de que las tuberiacuteas de titanio y
sus aleaciones sufran deterioro cuando la temperatura sea superior a 315degC
8 Zirconio y aleaciones de zirconio la posibilidad de que se deteriore la
tuberiacutea cuando la temperatura sea superior a 315degC
9 Tantalio cuando la temperatura sea superior a 300degC existe la posibilidad de
que el tantalio reaccione con todos los gases excepto los inertes Por debajo
de esta temperatura la tuberiacutea puede ser quebradiza a consecuencia del
hidroacutegeno naciente (monoatoacutemico no molecular) El hidroacutegeno naciente se
produce por accioacuten galvaacutenica o surge a consecuencia de la corrosioacuten
originada por algunos componentes quiacutemicos
1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL
CARBONO Y ACERO INOXIDABLE [4]
Los sistemas de tuberiacuteas de metales ferrosos que incluyen los aceros
maleables al carbono e inoxidables son los que maacutes se utilizan y tienen mayor
cobertura de parte de las normas internacionales
CAPIacuteTULO I
41
12431 Tubos y tuberiacuteas
Se dividen en dos clases principales soldados y sin costura Las tuberiacuteas sin
costura como designacioacuten comercial son las tuberiacuteas hechas mediante el forjado de
un soacutelido circular su perforacioacuten mediante la rotacioacuten simultaacutenea y el paso obligado
sobre una punta perforada y su reduccioacuten mediante el laminado y el estiramiento Sin
embargo se producen tambieacuten tubos y tuberiacuteas sin costura mediante la extrusioacuten el
colado en moldes estaacuteticos o centriacutefugos la forja y la perforacioacuten La tuberiacutea sin
costura tiene la misma resistencia a lo largo de toda la pared Las tuberiacuteas sin costura
perforadas tienen con frecuencia la superficie interna exceacutentrica con relacioacuten a la
externa lo que da como resultado un espesor no uniforme en las paredes
Las tuberiacuteas soldadas se hacen con bandas laminadas conformadas en
cilindros y soldadas en las costuras por varios meacutetodos Se atribuye a las soldaduras
del 60 al 100 de la resistencia de las paredes de la tuberiacutea dependiendo de los
procedimientos de soldadura e inspeccioacuten Se pueden obtener diaacutemetros mayores y
razones maacutes bajas de espesores de las paredes respecto al diaacutemetro en las tuberiacuteas
soldadas que en las tuberiacuteas sin costura (aparte de las coladas) Se obtiene un espesor
uniforme de las paredes Las pruebas hidrostaacuteticas no revelan tramos muy cortos de
soldaduras completadas en forma parcial Esto presenta la posibilidad de que se
puedan desarrollar prematuramente fugas pequentildeas cuando se manejen fluidos
corrosivos o se exponga la tuberiacutea a la corrosioacuten externa Es preciso tomar en cuenta
la soldadura en los procedimientos de desarrollo para el acodamiento el abocinado y
la expansioacuten de las tuberiacuteas soldadas
Las combinaciones de espesor adicional tamantildeo adicional y espesor de pared
se encuentran disponibles para la manufactura de tubos Las clasificaciones maacutes
comunes de tubos son ldquoa presioacutenrdquo y ldquomecaacutenicardquo El espesor de pared (medido) se
especifica por la ldquopared mediardquo o ldquopared miacutenimardquo La pared miacutenima es maacutes costosa
que la pared media y a consecuencia de las tolerancias maacutes estrechas para espesor de
pared y diaacutemetro la medicioacuten para ambos sistemas hace que la tuberiacutea a presioacuten sea
maacutes costosa Sin embargo los tubos soldados de acero al carbono de pared media
CAPIacuteTULO I
42
resistentes a la electricidad con diaacutemetro externo de 2⅜ 2⅞ 3frac12 4frac12 in obtenidos de
bobinas sobre rodillos de formado progresivo y probadas electromagneacuteticamente maacutes
que a presioacuten compiten vigorosamente con las tuberiacuteas
12432 Juntas
Las tuberiacuteas se deben unir a otras tuberiacuteas y otros componentes El disentildeo
oacuteptimo requiere un trabajo de montaje miacutenimo y preveacute la misma resistencia que posee
la tuberiacutea para
1) Presioacuten interna en lo que se refiere a las fracturas y fugas
2) Momentos de torsioacuten que se producen al tender tramos largos de tuberiacuteas
entre los soportes o debido a la dilatacioacuten teacutermica en las tuberiacuteas con
acodamientos dobles
3) Deformacioacuten axial por la presioacuten interna que actuacutea sobre los cambios de
direccioacuten llaves ciegas y vaacutelvulas cerradas o por la contraccioacuten teacutermica en
los tramos rectos
4) Fractura o fugas en el caso de que se produzca alguacuten incendio
Las juntas de tuberiacuteas ideales estaacuten libres de cambios en cualquier dimensioacuten
de pasaje del flujo o la direccioacuten que incremente la caiacuteda de presioacuten o impida el
drenaje completo Estaraacute libre de hendiduras en las que se pueda acelerar la corrosioacuten
Requeriraacute un trabajo miacutenimo para su desmontaje Al efectuar la seleccioacuten seraacute preciso
tomar en cuenta la frecuencia con la que se tendriacutea que desmontar la junta En
teacuterminos generales las juntas faacuteciles de desmontar son deficientes en alguno de los
otros requisitos de las juntas ideales
Juntas soldadas La junta maacutes utilizada en los sistemas de tuberiacuteas es la de
soldadura por ensamble En todos los metales duacutectiles de tuberiacuteas que se pueden
soldar hay codos tes tuberiacuteas ramas laterales reductores tapones vaacutelvulas bridas y
juntas de abrazadera en V en todos los espesores de paredes con extremos preparados
para la soldadura por ensamble La resistencia de la junta igual a la tuberiacutea original
(con excepcioacuten de las tuberiacuteas endurecidas para el trabajo que se templan mediante la
CAPIacuteTULO I
43
soldadura) el patroacuten de flujo sin distorsiones y la resistencia generalmente iacutentegra a
la corrosioacuten compensan ampliamente la necesaria alineacioacuten cuidadosa del trabajo
competente y los equipos que se requieren
Soldaduras de bifurcaciones estas soldaduras eliminan la necesidad de
adquirir tes y no requieren maacutes metal de soldadura que estas uacuteltimas Donde la
bifurcacioacuten se acerque al tamantildeo del tramo principal se necesita una preparacioacuten
cuidadosa del extremo de la tuberiacutea ramificada y la del tramo principal se debilita
debido a la soldadura
12433 Codos y accesorios
Los cambios de direccioacuten de los sistemas de tuberiacuteas requieren curvas y
codos Las curvas se pueden hacer en friacuteo o en caliente La pared exterior se adelgaza
en una cantidad que variacutea con el procedimiento utilizado Se requiere un templado
subsiguiente en algunos materiales Para evitar las arrugas y el aplastamiento
excesivo es necesario el relleno con arena para el doblado en friacuteo dependiendo de las
relaciones del diaacutemetro exterior de la tuberiacutea respecto al radio de la liacutenea central de la
curva y al espesor de la pared de la tuberiacutea Para curvas con un radio de eje
correspondiente a cinco veces el diaacutemetro nominal de la tuberiacutea no se requiere
soporte interno cuando el espesor de la pared sea al menos del 6 del diaacutemetro
exterior de la tuberiacutea
Los codos se pueden formar mediante vaciado forja o conformacioacuten en
caliente o friacuteo mediante trozos cortados de tuberiacutea o al soldar piezas de tuberiacuteas
cortadas con un aacutengulo de inclinacioacuten El flujo en las curvas y los codos es maacutes
turbulento que en las tuberiacuteas rectas por lo que aumentan la corrosioacuten y la erosioacuten
Esto se puede contrarrestar al escoger un componente con mayor radio de curvatura
pared maacutes gruesa o un contorno interior maacutes liso pero raramente resulta econoacutemico
en los codos con aacutengulo de inclinacioacuten
CAPIacuteTULO I
44
12434 Vaacutelvulas
Los cuerpos de las vaacutelvulas pueden manufacturarse en hierro colado forjado
maquinado a partir de barras soacutelidas o fabricado a partir de placas soldadas Se
dispone de vaacutelvulas de acero con extremos roscados o casquillos de soldadura en los
tamantildeos maacutes pequentildeos Las vaacutelvulas con extremos roscados de bronce y latoacuten son
muy utilizadas para servicio de fluidos a baja presioacuten en sistemas de acero
Las vaacutelvulas sirven no soacutelo para regular el flujo de fluidos sino tambieacuten para
aislar equipos o tuberiacuteas para el mantenimiento sin interrumpir otras unidades
conectadas El disentildeo de la vaacutelvula deberaacute evitar que los cambios de presioacuten y
temperatura y las deformaciones de las tuberiacuteas conectadas distorsionen o
establezcan una mala alineacioacuten en las superficies de sellado Estas uacuteltimas deberaacuten
ser de material y disentildeo tales que la vaacutelvula permanezca hermeacutetica durante un periodo
de servicio razonable
Vaacutelvulas de compuerta estas vaacutelvulas se disentildean en dos tipos La compuerta
de cuntildea del tipo de asiento inclinado es la que maacutes se utiliza La compuerta de cuntildea
suele ser soacutelida pero es posible que sea tambieacuten flexible (cortada parcialmente en
mitades por un plano en aacutengulo recto con la tuberiacutea) o dividida (cortada
completamente por ese plano) Las cuntildeas flexibles y divididas minimizan el raspado
de la superficie de sellado al distorsionarse con mayor facilidad para coincidir con
los asientos de mala alineacioacuten angular En el tipo de asiento paralelo y disco doble
un dispositivo de plano inclinado montado entre los discos convierte la fuerza del
vaacutestago en fuerza axial oprimiendo los discos contra los asientos despueacutes que se
situacutean en su posicioacuten adecuada para el cierre
Vaacutelvulas de globo eacutestas se disentildean con vaacutestago ascendente de rosca interna o
externa Las vaacutelvulas pequentildeas son generalmente del tipo de rosca interna mientras
que en los tamantildeos mayores se prefiere el de rosca externa En la mayor parte de los
disentildeos los discos tienen la libertad de girar sobre los vaacutestagos esto evita las
raspaduras entre el disco y el asiento
CAPIacuteTULO I
45
Vaacutelvulas angulares estas vaacutelvulas son similares a las de globo se utilizan en
ambos casos los mismos casquetes vaacutestagos y discos Combinan un codo y una
vaacutelvula de globo en un componente con ahorro importante de caiacuteda de presioacuten Las
vaacutelvulas angulares bridadas son maacutes faacuteciles de retirar y reemplazar que las de globo
bridadas
Vaacutelvulas de diafragma estas vaacutelvulas se limitan a presiones de
aproximadamente 50 psi Los diafragmas reforzados con tela se pueden hacer de
caucho natural un hule sinteacutetico o cauchos naturales o sinteacuteticos recubiertos con
tefloacuten Estas vaacutelvulas son excelentes para los fluidos con soacutelidos en suspensioacuten y se
pueden instalar en cualquier posicioacuten
Llaves de macho o tapoacuten estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas por debajo
de 260degC puesto que la expansioacuten diferencial entre el tapoacuten y el cuerpo hace que se
atore El tamantildeo y la forma del orificio divide esas vaacutelvulas en tipos diferentes
venturi corto orificio rectangular reducido venturi largo orificio rectangular
completo y orificio redondo completo
Vaacutelvulas de bola estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas que tienen pocos
efectos sobre sus asientos de plaacutestico Puesto que el elemento sellador es una bola su
alineacioacuten con el eje del vaacutestago no es esencial para el cierre hermeacutetico En las
vaacutelvulas de bola libre la esfera se puede desplazar en sentido axial El diferencial de
presioacuten a traveacutes de la vaacutelvula obliga a la bola en posicioacuten cerrada a oprimirse contra
el asiento de corriente abajo y este uacuteltimo contra el cuerpo En las vaacutelvulas de bola
fija la bola gira sobre extensiones del vaacutestago y los cojinetes se sellan con anillos en
O
Vaacutelvulas de mariposa estas vaacutelvulas ocupan menos espacio en la liacutenea que
cualquier otra vaacutelvula Se logra un sellado relativamente hermeacutetico sin desgaste
excesivo de los asientos ni un esfuerzo operacional de torsioacuten demasiado grande
mediante diversos meacutetodos como asientos elaacutesticos anillos de pistoacuten sobre el disco e
inclinacioacuten del vaacutestago para limitar el contacto entre las porciones del disco maacutes
cercanas al vaacutestago y el asiento del cuerpo en unos cuantos grados de curvatura
CAPIacuteTULO I
46
Vaacutelvulas de retencioacuten de columpio estas vaacutelvulas se utilizan para evitar la
inversioacuten del flujo El disentildeo normal es para emplearse solamente en liacutenea horizontal
donde la fuerza de gravedad sobre el disco sea maacutexima al comienzo del cierre y
miacutenima al final
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS
12441 Seguridad
La seguridad se puede definir como la estipulacioacuten de medidas de proteccioacuten
que se requieren para asegurar una operacioacuten sin riesgos de un sistema propuesto de
tuberiacutea Entre las consideraciones generales a evaluar deberiacutean contarse las
siguientes
1) Las caracteriacutesticas peligrosas del fluido a manejar
2) La cantidad de fluido que se escaparaacute a consecuencia de una falla en la
tuberiacutea
3) El efecto de una falla (por ejemplo peacuterdidas de agua de enfriamiento) en la
seguridad de toda la planta
4) Evaluacioacuten de los efectos de una reaccioacuten con el medio ambiente
5) El probable grado de exposicioacuten del personal de operacioacuten o mantenimiento
6) La seguridad de la tuberiacutea seguacuten los materiales de construccioacuten meacutetodos de
unioacuten y el servicio que recibiraacute la tuberiacutea
12442 Condiciones de disentildeo
Las definiciones de temperaturas presiones y otros aspectos aplicables al
disentildeo de sistemas de tuberiacuteas se muestran a continuacioacuten
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo de un sistema de tuberiacuteas no seraacute
menor que la presioacuten en las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura para el espesor mayor o relacioacuten presioacuten-temperatura requerida [4]
CAPIacuteTULO I
47
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del
material representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura Cuando se trate de tuberiacutea metaacutelica no aislada con fluido a una
temperatura inferior a 38degC la temperatura del metal seraacute considerada como la
temperatura del fluido
Cuando un fluido se encuentre a una temperatura igual o superior a 38degC y la
tuberiacutea no tenga aislamiento externo la temperatura del metal seraacute tomada como un
porcentaje de la temperatura del fluido a menos que se determine una temperatura
maacutes baja por experimentacioacuten o caacutelculo Para tuberiacutea vaacutelvulas roscadas y con
extremos soldados accesorios y otros componentes con un espesor de pared
comparable al de esa tuberiacutea el porcentaje seraacute de 95 para bridas vaacutelvulas y
accesorios bridados seraacute de 90 para bridas con junta de solapa seraacute de 85 y para
pernos de 80 [4]
Influencias ambientales Cuando el enfriamiento provoque vaciacuteo en la liacutenea
el disentildeo debe estipular alguacuten rompedor de vaciacuteo o presioacuten externa tambieacuten debe
considerarse la expansioacuten teacutermica de objetos atrapados entre las vaacutelvulas cerradas [4]
La caracteriacutestica de ciertos servicios es la variacioacuten ocasional de la presioacuten o
temperatura o ambas variables por debajo de los niveles de operacioacuten pero no deben
tomarse en cuenta estas variaciones si se han cumplido los criterios citados Por otra
parte las condiciones maacutes graves de presioacuten y temperatura coincidentes durante la
variacioacuten seraacuten las que se empleen para establecer las condiciones de disentildeo
Se deben satisfacer los siguientes criterios
1 El sistema no debe tener componentes de hierro colado u otro metal no duacutectil
expuestos a presioacuten
2 Los esfuerzos nominales de presioacuten no deben exceder el esfuerzo elaacutestico a la
temperatura especificada
3 Los esfuerzos longitudinales combinados no deben exceder los liacutemites
establecidos en el coacutedigo ASME
CAPIacuteTULO I
48
4 El nuacutemero de ciclos (variaciones) no debe exceder el valor 7000 durante la
vida del sistema de tuberiacutea
5 Las variaciones ocasionales por encima de lo establecido en las condiciones
de disentildeo deben estar dentro de uno de los liacutemites siguientes para el disentildeo de
la presioacuten
a) Cuando la variacioacuten no persista un tiempo superior a 10 horas en cada
ocasioacuten y 100 horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el
esfuerzo permisible para la presioacuten de disentildeo a la temperatura de la
condicioacuten incrementada en un valor no mayor a 33
b) Cuando la variacioacuten no persista maacutes de 50 horas en cada ocasioacuten y 500
horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el esfuerzo
permisible para el disentildeo de presioacuten a la temperatura de la condicioacuten
incrementada en un valor no mayor al 20
Efectos dinaacutemicos El disentildeo de estos sistemas debe contar con prevenciones
contra impacto (como choques hidraacuteulicos) viento (cuando la tuberiacutea estaacute expuesta a
eacuteste) terremotos reacciones de descarga y vibraciones (de tuberiacuteas y soportes)
Las consideraciones respecto al peso deben incluir cargas vivas (contenido
hielo y nieve) cargas muertas (tuberiacutea vaacutelvulas aislamiento etc) y cargas de prueba
(fluidos de prueba) [4]
12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas
El coacutedigo ASME utiliza tres meacutetodos diferentes para abordar el disentildeo
1 Preveacute la utilizacioacuten de componentes dimensionalmente normalizados en
sus relaciones de presiones y temperaturas
2 Proporciona foacutermulas de disentildeo y esfuerzos maacuteximos
3 Prohiacutebe la utilizacioacuten de materiales componentes o meacutetodos de montaje
en ciertas condiciones
CAPIacuteTULO I
49
12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos
Espesor de las paredes La evaluacioacuten del esfuerzo de presioacuten externa de las
tuberiacuteas es la misma que para los recipientes de presioacuten sin embargo existe una
diferencia importante cuando se establece una presioacuten de disentildeo y un espesor de las
paredes para la presioacuten interna como resultado del requisito del ASME Boiler and
Pressure Vessel Code que el ajuste de la vaacutelvula de purga no debe ser superior a la
presioacuten de disentildeo Para los recipientes esto quiere decir que el disentildeo es para una
presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar las fugas de la vaacutelvula durante el funcionamiento
normal No obstante en las tuberiacuteas la temperatura y la presioacuten de disentildeo se
consideran como la combinacioacuten maacutexima esperada de presioacuten de operacioacuten y
temperatura que dan como resultado el espesor maacuteximo [4]
Bajo la normativa del coacutedigo ASME B313 [1] para tuberiacuteas metaacutelicas rectas
con presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm
se da a continuacioacuten y es aplicable para razones de Dot mayores de 6 Las ecuaciones
maacutes conservadoras de Barlow y Lameacute pueden ser utilizadas tambieacuten La ecuacioacuten 32
incluye un factor Y que variacutea con el material y la temperatura para considerar la
redistribucioacuten de esfuerzos perimetrales que se producen con flujo en estado
estacionario a altas temperaturas y permite espesores ligeramente menores en este
intervalo
( ) cYPSE
DPt o
m ++
=2
Ec 32
Donde P= presioacuten interna maacutexima
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea
c= suma de la tolerancia mecaacutenica y las tolerancias por erosioacuten y
corrosioacuten
SE= esfuerzo permisible
CAPIacuteTULO I
50
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales excluyendo juntas
materiales fundidos o factores de calidad de grado estructural
Y= coeficiente cuyos valores para materiales ferrosos duacutectiles variacutean
entre 04 y 07 para materiales ferrosos no duacutectiles es de 04 y para materiales
fraacutegiles es 0 como el hierro colado
Factor de calidad (E) es uno o el producto de maacutes de uno de los siguientes
factores de calidad factor de calidad de fundiciones (Ec) factor de calidad de
uniones (Ej) y factor de calidad de grado estructural (Es) de 092
Las vaacutelvulas deben estar de acuerdo con las normas aplicables que se dan en
el coacutedigo y con los liacutemites permisibles de presioacuten y temperatura que se establecen en
eacutel sin que vayan maacutes allaacute de las limitaciones de materiales o servicio que establece el
coacutedigo
El espesor de los codos de tuberiacuteas se debe determinar como para las tuberiacuteas
rectas a condicioacuten de que la operacioacuten de doblado no deacute como resultado una
diferencia entre el diaacutemetro maacuteximo y el miacutenimo de maacutes de 8 y 3 del diaacutemetro
exterior nominal de la tuberiacutea para presioacuten interna y externa respectivamente
12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas [4]
El coacutedigo ASME B313 requiere que los sistemas de tuberiacuteas se disentildeen para
que tengan suficiente flexibilidad y evitar asiacute que la expansioacuten o la contraccioacuten
teacutermica o el movimiento de soportes o terminales de la tuberiacutea provoquen alguna de
las dificultades siguientes
- Fallas en los soportes de las tuberiacuteas debidas a las fatigas o esfuerzos
excesivos
- Fugas en las juntas
- Esfuerzos o distorsiones perjudiciales en las tuberiacuteas o en los equipos
conectados (como bombas turbinas o vaacutelvulas) debido a los excesivos
empujes axiales o movimientos en las tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
51
Deformaciones por desplazamiento Las deformaciones se ocasionan por una
tuberiacutea que se desplaza de su posicioacuten original
1 Desplazamientos teacutermicos un sistema de tuberiacuteas sufriraacute cambios
dimensionales a consecuencia de cambios en la temperatura Si se
restringe el movimiento libre con terminales guiacuteas y anclajes seraacute
desplazado de su posicioacuten original
2 Desplazamientos por reaccioacuten si las restricciones no son riacutegidas y existe
un movimiento predecible de estos accesorios bajo carga eacuteste podriacutea
considerarse como desplazamiento de compensacioacuten
3 Desplazamientos impuestos externamente cuando externamente se crean
movimientos de las restricciones eacutestos impondraacuten un desplazamiento a la
tuberiacutea ademaacutes de los relacionados con los efectos teacutermicos Estos
movimientos pueden originarse por causas como corrientes de aire o
cambios de temperatura en equipos conectados
Deformaciones de desplazamiento total Los desplazamientos teacutermicos los
desplazamientos por reaccioacuten y los desplazamientos impuestos externamente tienen
efectos equivalentes sobre los sistemas de tuberiacuteas y deben considerarse en conjunto
para determinar las deformaciones por desplazamiento total en un sistema de tuberiacuteas
Las deformaciones por expansioacuten se pueden considerar en tres formas por
doblez torsioacuten o compresioacuten axial En los primeros dos casos el esfuerzo maacuteximo
ocurre en las fibras extremas de la seccioacuten transversal de la zona criacutetica En el tercer
caso el aacuterea entera de la seccioacuten transversal seraacute sometida al mismo esfuerzo en toda
la longitud de la tuberiacutea
La flexibilidad torsional o por doblez puede obtenerse por codos abrazaderas
o tuberiacuteas no alineadas por tuberiacutea corrugada o juntas de expansioacuten tipo fuelle o por
otros dispositivos que permitan el movimiento rotacional Estos dispositivos deben
anclarse o conectarse de forma tal que resistan las fuerzas terminales de la presioacuten del
fluido que tengan resistencia friccional al movimiento de la tuberiacutea y otras causas
CAPIacuteTULO I
52
La flexibilidad axial puede obtenerse mediante juntas de expansioacuten de los
tipos deslizante o de fuelle adecuadamente ancladas y orientadas para resistir las
fuerzas terminales de la presioacuten del fluido y deben tener resistencia friccional al
movimiento y otras causas
Esfuerzos de desplazamiento Los esfuerzos se pueden considerar como
proporcionales a la deformacioacuten total que causan soacutelo si la deformacioacuten estaacute
uniformemente distribuida y no es excesiva en ninguacuten punto La distribucioacuten irregular
de deformaciones (sistemas equilibrados) puede resultar de
1 Tuberiacuteas de dimensiones pequentildeas sometidas a un gran esfuerzo en serie
con tuberiacutea relativamente riacutegida de grandes dimensiones
2 La reduccioacuten local en tamantildeo o espesor de pared o empleo local de un
material que tiene una fuerza elaacutestica reducida
3 Una configuracioacuten de recubrimiento en un sistema de tamantildeo uniforme
en el cual la expansioacuten o contraccioacuten debe absorberse con una
desalineacioacuten corta en la mayor parte de la tuberiacutea
Si los esquemas desequilibrados de tuberiacutea no pueden evitarse se deben
aplicar meacutetodos analiacuteticos apropiados con objeto de asegurar la flexibilidad adecuada
del sistema Si el disentildeador determina que un sistema no tiene una adecuada
flexibilidad inherente debe proporcionar flexibilidad adicional mediante la adicioacuten de
codos abrazaderas tramos de tuberiacutea en S juntas de torniquete tuberiacutea corrugada
juntas de expansioacuten de los tipos de fuelle o deslizante u otros dispositivos Tambieacuten
debe contarse con un anclaje adecuado
Mientras que los esfuerzos resultantes de una deformacioacuten teacutermica tienden a
disminuir con el tiempo la diferencia algebraica de ese desplazamiento y la condicioacuten
original o cualquier condicioacuten anticipada del sistema con un mayor efecto opuesto
que en la condicioacuten de desplazamiento extremo que permaneceraacute constante durante
cualquier ciclo de operacioacuten
CAPIacuteTULO I
53
Muelle enfriado El muelle enfriado es la deformacioacuten intencional que se crea
en una tuberiacutea durante su ensamblaje con objeto de producir un esfuerzo y
desplazamiento inicial deseado Cuando una tuberiacutea se va a utilizar a una temperatura
mayor a la cual se instala el muelle enfriado es adecuado al hacer que la longitud de
la tuberiacutea sea ligeramente maacutes corta que la obtenida en el disentildeo El muelle enfriado
es beneacutefico pues ayuda a equilibrar la magnitud del esfuerzo en condiciones de
desplazamiento inicial y extremo
Requisitos para el anaacutelisis No es necesario realizar un anaacutelisis formal de la
flexibilidad requerida en sistemas que
a Son copias de instalaciones que se encuentran operando bien o tienen
sustituciones poco significativas de sistemas que cuentan con una historia
de servicio satisfactoria
b Pueden ser juzgados raacutepidamente con una adecuada comparacioacuten con
sistemas ya analizados
c Son de dimensioacuten uniforme y no tienen maacutes de dos puntos de fijacioacuten ni
tienen restricciones intermedias ademaacutes de caer dentro de los liacutemites de
la ecuacioacuten empiacuterica siguiente
( ) 222
KULyD
leminus
Ec 33
Donde y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser
absorbida por el sistema
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes
U= distancia de anclajes liacutenea recta entre anclajes
K2= 003 para unidades inglesas
- Todos los sistemas que no cumplan estos criterios seraacuten analizados por
meacutetodos de anaacutelisis simplificados aproximados o completos que sean
adecuados para cada caso especiacutefico
CAPIacuteTULO I
54
- Los meacutetodos de aproximacioacuten o simplificacioacuten soacutelo pueden ser aplicados
en el intervalo de configuraciones para las que se ha demostrado su
adaptabilidad
- Entre los meacutetodos de anaacutelisis aceptables se cuentan los meacutetodos
analiacuteticos y de graacuteficas que proporcionan una evaluacioacuten de las fuerzas
momentos y esfuerzos causados por las deformaciones por
desplazamiento
- El anaacutelisis tomaraacute en cuenta los factores de intensificacioacuten de esfuerzo
para cualquier componente diferente de la tuberiacutea recta Se debe tener en
cuenta la flexibilidad extra de ese componente
Cuando se calcula la flexibilidad de un sistema de tuberiacutea entre puntos de
anclaje el sistema debe tratarse como un todo Deberaacute reconocerse la importancia de
todas las partes de la liacutenea y las restricciones introducidas con el propoacutesito de reducir
momentos y fuerzas en el equipo o pequentildeas ramificaciones y tambieacuten las
restricciones introducidas por la friccioacuten de soportes Es necesario considerar todos
los desplazamientos dentro del intervalo de temperaturas determinado por las
condiciones de operacioacuten y fuera de servicio
12446 Soportes de tuberiacuteas
Las cargas transmitidas por las tuberiacuteas a los equipos conectados y los
elementos de soporte incluyen peso efectos inducidos por la temperatura y la
presioacuten vibraciones el viento los sismos los choques la expansioacuten y contraccioacuten
teacutermica El disentildeo de soportes y restricciones se basa en cargas que actuacutean de modo
concurrente suponiendo que no se ejerzan simultaacuteneamente los sismos y el viento
Los soportes elaacutesticos y de tipo de esfuerzo constante se deben disentildear para
las condiciones maacuteximas de carga incluyendo las de prueba a menos que se
proporcionen soportes temporales [4]
El coacutedigo sentildeala ademaacutes que los elementos de soporte de tuberiacuteas deben
CAPIacuteTULO I
55
1) Evitar las interferencias excesivas para la expansioacuten y la contraccioacuten
teacutermica de la tuberiacutea que de otro modo tiene la flexibilidad adecuada
2) Ser de iacutendole tal que no contribuyan a que se produzcan fugas en las
juntas o un pandeo excesivo de las tuberiacuteas que requiera drenaje
3) Disentildearse para evitar los esfuerzos la resonancia o la desconexioacuten
debido a las variaciones de la carga con la temperatura y que los
esfuerzos longitudinales combinados que se ejercen sobre la tuberiacutea no
sobrepasen lo permitido en el coacutedigo
4) Ser de iacutendole tal que se evite una liberacioacuten completa de la carga sobre la
tuberiacutea en el caso de una mala alineacioacuten o la falla de alguacuten resorte la
transferencia de pesos o las cargas adicionales debidas a las pruebas
durante la instalacioacuten
5) Ser de acero o hierro forjado
6) Ser de acero de aleacioacuten o protegerse de la temperatura en los lugares en
que se sobrepasen los liacutemites de temperatura adecuados para el acero al
carbono
7) No ser hierro colado excepto para bases de rodillos rodillos bases de
anclaje etc principalmente bajo cargas de compresioacuten
8) No ser de hierro maleable ni nodular con excepcioacuten de las abrazaderas de
tuberiacuteas las abrazaderas de vigas las bridas de soportes los sujetadores
las bases y los anillos giratorios
9) No ser de madera excepcioacuten hecha de los soportes sometidos
primordialmente a compresioacuten donde la temperatura de la tuberiacutea se
encuentre al nivel del ambiente o por debajo de eacutel
10) Tener roscas para ajustes atornillados que se conformen a las
especificaciones del Coacutedigo ASME B11
CAPIacuteTULO I
56
12447 Golpe de Ariete [6]
El golpe de ariete se puede presentar en una tuberiacutea que conduzca un liacutequido
cuando se tiene un frenado o una aceleracioacuten en el flujo por ejemplo el cambio de
abertura de una vaacutelvula en la liacutenea Al cerrarse raacutepidamente una vaacutelvula en la tuberiacutea
durante el escurrimiento el flujo a traveacutes de la vaacutelvula se reduce lo cual incrementa
la carga del lado aguas arriba de la vaacutelvula iniciaacutendose asiacute un pulso de alta presioacuten
que se propaga en direccioacuten contraria a la del escurrimiento Este pulso de presioacuten
hace que la velocidad del flujo disminuya La presioacuten en el lado aguas abajo de la
vaacutelvula se reduce y la onda de presioacuten disminuida viaja en el sentido del
escurrimiento disminuyendo tambieacuten la velocidad del flujo Si el cierre de la vaacutelvula
es suficientemente raacutepido y si la presioacuten permanente original es suficientemente baja
se puede formar una bolsa de vapor aguas abajo de la vaacutelvula cuando esto ocurre la
cavidad de vapor puede eventualmente reducirse en forma violenta y producir una
onda de alta presioacuten que se propaga en la direccioacuten aguas abajo
La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud de la
tuberiacutea ya que las ondas de sobrepresioacuten se cargaraacuten de maacutes energiacutea e inversamente
proporcional al tiempo durante el cual se cierra la vaacutelvula cuanto menos dura el
cierre maacutes fuerte seraacute el golpe
El problema del golpe de ariete es uno de los maacutes complejos de la
hidraacuteulica y es resuelto generalmente mediante modelos matemaacuteticos que permiten
simular el comportamiento del sistema Este fenoacutemeno es muy peligroso ya que la
sobrepresioacuten generada puede llegar entre 60 y 100 veces a la presioacuten normal de la
tuberiacutea ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos
Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de vaacutelvulas hay que
estrangular gradualmente la corriente de fluido es decir cortaacutendola con lentitud
utilizando para ello por ejemplo vaacutelvulas de rosca Cuanto maacutes larga es la tuberiacutea
tanto maacutes deberaacute durar el cierre
CAPIacuteTULO I
57
Sin embargo cuando la interrupcioacuten del flujo se debe a causas
incontrolables como por ejemplo la parada brusca de una bomba eleacutectrica se utilizan
tanques neumaacuteticos con caacutemara de aire comprimido torres piezomeacutetricas o vaacutelvulas
que puedan absorber la onda de presioacuten
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN
12451 Soldadura
Los requisitos del coacutedigo referente a la fabricacioacuten son maacutes detallados para la
soldadura que para otros meacutetodos de unioacuten ya que la soldadura no soacutelo se utiliza para
unir dos tuberiacuteas extremo a extremo sino que sirve tambieacuten para fabricar accesorios
que reemplazan a los accesorios sin costura como codos y juntas de solapa de punta
redonda Los requisitos del coacutedigo para el proceso de soldado son esencialmente los
mismos que los de la seccioacuten IX del ASME Boiler and Pressure Vessel Code excepto
que los procesos de soldado no se restringen el agrupamiento del material debe estar
de acuerdo al apeacutendice A del Coacutedigo ASME y las posiciones de la soldadura
corresponder a la posicioacuten de la tuberiacutea [4]
12452 Doblado y formacioacuten
La tuberiacutea puede doblarse en cualquier radio para el cual la superficie del
arco de la curvatura esteacute libre de grietas y pandeos Estaacute permitido el empleo de
dobleces estriados o corrugados El doblado puede efectuarse mediante cualquier
meacutetodo en friacuteo o en caliente siempre que se cumplan las caracteriacutesticas del material
que se estaacute doblando y el radio de la tuberiacutea doblada esteacute dentro [4]
Algunos materiales requieren un tratamiento teacutermico una vez que ya se han
doblado lo que dependeraacute de la severidad del doblado En el coacutedigo se explican
detalladamente los requisitos que deben cumplirse para este tratamiento
CAPIacuteTULO I
58
12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico
Estos tratamientos sirven para prevenir o corregir los defectos nocivos de las
altas temperaturas o gradientes teacutermicos severos inherentes a la unioacuten por soldadura
de los metales Ademaacutes de esto puede ser necesario someter el material a tratamiento
teacutermico con objeto de corregir los efectos de esfuerzo creados durante el doblado o
formado de los metales [4]
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA
PIPESIMreg2003 [5]
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades
El entendimiento detallado de la termo-hidraacuteulica del sistema de produccioacuten
es criacutetico para el disentildeo de liacuteneas de flujo y los caacutelculos del mismo PIPESIMreg
software de anaacutelisis de sistema de produccioacuten proporciona un instrumento completo
para analizar sistemas complejos de tuberiacutea con flujo multifaacutesico
Con sus moacutedulos interconectados este programa permite construir un
modelo completamente integrado del sistema de produccioacuten entero conectando con
simuladores de yacimiento y de proceso tales como el ECLIPSEreg software de
simulacioacuten de yacimiento y HYSYSreg simulador de procesos de AspenTech
132 Modelaje de flujo multifaacutesico
El programa incorpora todas las correlaciones actuales de flujo multifaacutesico
utilizados en la industria tanto empiacutericas como mecaniacutesticas para predecir el
reacutegimen de flujo la peacuterdida de presioacuten y retencioacuten de liacutequidos Esto permite disentildear y
operar el sistema de produccioacuten y distribucioacuten con confianza
Este simulador produce mapas detallados de reacutegimen de flujo en la tuberiacutea a
las condiciones de operacioacuten incorporando todos los aacutengulos de inclinacioacuten
PIPESIMreg utiliza las velocidades superficiales in-situ del gas y liacutequido para
identificar el patroacuten de flujo en cada nodo del sistema permitiendo determinar el
hold-up y la distribucioacuten de presioacuten en el sistema de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
59
Predecir slugs su tamantildeo y frecuencia permite optimizar el disentildeo de
tuberiacuteas y facilidades de procesamiento El simulador OLGA-Sreg y los modelos de
TUFFP se pueden utilizar para identificar estas caracteriacutesticas criacuteticas del flujo
hidrodinaacutemico tipo slug El programa predice tambieacuten la ocurrencia de flujo slug
en inclinaciones de la tuberiacutea
133 Modelos de Fluido
El modelaje exacto del liacutequido producido es criacutetico para la comprensioacuten
del comportamiento del sistema por lo tanto el simulador ofrece la eleccioacuten entre
correlaciones standard de petroacuteleo negro o una gama de modelos composicionales
EOS
134 Certeza del tipo de flujo
PIPESIMreg predice la formacioacuten de hidratos e incluye la habilidad de modelar
los efectos de inhibidores de hidratos Modelando el perfil de la temperatura de la
liacutenea de flujo puede disentildear el sistema en torno a estos problemas
Dicho software incluye tambieacuten rutinas de caacutelculo para determinar los liacutemites
erosivos de la velocidad de la tuberiacutea permitiendo disentildear operaciones seguras en la
misma
135 Disentildeo de equipos de superficie
El programa incluye los modelos de los equipos de superficie comunes para
determinar su impacto en el disentildeo del sistema Ademaacutes las opciones sofisticadas de
sensibilidades en el simulador se pueden utilizar tambieacuten para disentildear sistemas
variando los paraacutemetros claves del sistema permitiendo asiacute la determinacioacuten de los
tamantildeos oacuteptimos de tuberiacutea y equipos a ser utilizados
Los moacutedulos contienen los siguientes equipos
bull Separadores
bull Bombas y motores auxiliares de propulsioacuten multifaacutesicos
bull Compresores y expansores
bull Calentadores y enfriadores
bull Estranguladores
CAPIacuteTULO I
60
136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea
Para un anaacutelisis completo del sistema PIPESIMreg ofrece opciones para
modelar redes complejas que pueden incluir lazos liacuteneas paralelas y by-pass El
algoritmo robusto de la solucioacuten puede modelar la unioacuten distribucioacuten e inyeccioacuten de
la red
Explica detalladamente la termo-hidraacuteulica del sistema que es criacutetica para el
disentildeo de la liacutenea de flujo y el reacutegimen de flujo especialmente para sistemas
multifaacutesicos complejos Esto daraacute las herramientas para emprender el anaacutelisis tiacutepico
de la red incluyendo
bull Identificar embotellamientos de la produccioacuten y limitaciones
bull Valorar los beneficios de nuevos pozos tuberiacuteas adicionales compresioacuten etc
bull Calcular la capacidad de manejo desde el campo hasta el sistema de retencioacuten
bull Predecir los perfiles de presioacuten y temperatura por redes complejas de flujo
bull Planificar el desarrollo de campo
bull Resolver redes de fondo encontradas en pozos multilaterales
Una vez construida la red de produccioacuten se pueden introducir los elementos
de tiempo para analizar el impacto del desempentildeo del yacimiento en la estrategia de
desarrollo del campo
PIPESIMreg permite
minus Modelar flujo multifaacutesico desde el yacimiento a traveacutes de las facilidades
de produccioacuten hasta su punto de entrega
minus Dirigir redes complejas de produccioacuten y captar las interacciones entre
pozos tuberiacuteas y equipos de proceso
minus Realizar un anaacutelisis completo de sensibilidades en cualquier punto del
sistema hidraacuteulico usando muacuteltiples paraacutemetros
minus Simular el sistema de produccioacuten del campo para mejorar la produccioacuten
tomar mejores decisiones y obtener precios maacutes competitivos
minus Conexioacuten con el simulador de procesos HYSYSreg para un anaacutelisis
integrado desde la cara de la arena hasta las facilidades de
procesamiento
CAPIacuteTULO II
61
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO
DESARROLLO DEL DISENtildeO
21 CONDICIONES DE DISENtildeO
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Tomando como referencia las hojas de seguridad e higiene industrial de
PDVSA de cada uno de los fluidos involucrados en el proyecto asiacute como tambieacuten las
propiedades de los fluidos suministradas por cada una de las empresas mixtas se
logra hacer un cuadro resumen con la informacioacuten de cada uno de estos productos
quiacutemicos Ver anexos 1 2 y 3
Tabla 4 Propiedades de los fluidos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol MTBE ISO-OCTANO
CH3OH CH3OH C5H12O C8H18
Alcohol metiacutelico
Alcohol metiacutelico Metil terbutil eacuteter 224 trimetil
pentano Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Gravedad especiacutefica CS 0796 0796 0747 0696
Viscosidad dinaacutemica (cP) 45degC 042 042 027 038
Peso Molecular 3205 3205 8814 11422
Punto de ebullicioacuten (degC) 147psi 648 648 55 993
Presioacuten de vapor (psia) 45degC 41 41 83 17
Punto de fusioacuten (degC) -978 -978 -109 -107365
Punto de ignicioacuten (degC) 470 470 224 410
Calor de fusioacuten (calg) 237 237 - 19278
Forma y color Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro
en agua Solubilidad en alcohol en eacuteter
Soluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporciones
Ligeramente soluble Soluble
-
Insoluble Ligeramente soluble
Soluble
Liacutemites de () inferior inflamabilidad superior
67 365
16 151
- -
CAPIacuteTULO II
62
212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca del
sistema de bombeo con el cual cuenta cada una de estas empresas se pudo resumir el
siguiente cuadro
Tabla 5 Sistema de Bombeo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135
Pmin entrada brazo de carga (psig) 70 70 70 70
Pdescarga brazo de carga (psig) 20 20 20 20
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 1000 1000 1000
Flujo miacutenimo (m3h) 1000 500 500 500
Cantidad de bombas 1 de 2 2 de 2 2 de 3 2 de 3
Descripcioacuten de las bombas p-801 AB p-6201 AB 900-p-1 ABC 900-p-1 ABC
Poperacioacuten (psig) 1337 135 135 135
Pmaacutex de descarga (psig) 171 171 171 171
Pmaacutex de operacioacuten (psig) 250 250 250 250
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Potencia (KW) 7204 320 350 350
Cabezal (m) 110 120 120 120
Eficiencia () 81 795 795 795 Presioacuten requerida en el brazo de carga (psig) 70 ndash 100 70 ndash 100 71 ndash 86 71 ndash 86
Se refiere a la cantidad de bombas en uso referente a la cantidad de
bombas disponibles en la planta
CAPIacuteTULO II
63
213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO JOSE
El proyecto se encuentra ubicado dentro del Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui en la costa este de Venezuela en Jose Estado Anzoaacutetegui Las
condiciones ambientales que maacutes afectan los caacutelculos del siguiente trabajo se
presentan en la tabla 6
Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose
Temperatura maacutexima (degC) 45
Temperatura promedio anual (degC) 34
Temperatura miacutenima extrema (degC) 15 bulbo seco 24 bulbo huacutemedo
Presioacuten atmosfeacuterica promedio (psi) 146923
Promedio de elevacioacuten del terreno (m) 75
214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
La configuracioacuten de las tuberiacuteas para este proyecto se decidioacute dividir en 3
tramos la tuberiacutea principal de 20rdquo oacute 24rdquo (de mayor diaacutemetro y longitud) la tuberiacutea de
16rdquo y la tuberiacutea de 12rdquo Luego que la tuberiacutea principal se ubica dentro del liacutemite de
bateriacutea del muelle el diaacutemetro se debe disminuir gradualmente hasta conseguir las
12rdquo necesarias para el despacho a traveacutes de los brazos de carga los cuales seguacuten las
caracteriacutesticas del muelle y normativas de seguridad deben ser de este diaacutemetro
especiacutefico
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca de
las condiciones operacionales de los fluidos a traveacutes del sistema de tuberiacuteas se
seleccionoacute la tuberiacutea maacutes apropiada para este proyecto ya que se cumple con los
requisitos de seguridad necesarios Los datos recolectados se muestran en las tablas 7
8 y 9
CAPIacuteTULO II
64
Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo)
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro exterior (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro interno (in) 2325 1925 1925 1925 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 2783 2312 2312 2312 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 2948 20211 20211 20211
exterior 6283 5236 5236 5236 Longitud de superficie (in) interior 609 504 504 504 Longitud de la tuberiacutea (ft) 10932 11394 12398 14557 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (in) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (in) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
El tipo de tuberiacuteas aplicables al proyecto son API 5L ASTM A-106 y
ASTM A-53 todas en acero al carbono y con rangos tanto de temperatura como de
presioacuten aceptables en el proyecto Estas tuberiacuteas cumplen con los requisitos
necesarios ademaacutes de estar incluidas dentro del tipo de tuberiacutea (piping class)
aplicable a las plantas y al Muelle Petroquiacutemico Partiendo de eacutesto se escoge la
tuberiacutea A-53 por ser eacutesta la de uso permitido en el aacuterea del Muelle Petroquiacutemico y por
ser compatible con las de uso en las plantas Para trayectorias dentro de los linderos
CAPIacuteTULO II
65
de las plantas de las empresas mixtas se haraacute uso de la tuberiacutea que estipule la
normativa de seguridad de dicha planta
Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbonoTuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro exterior (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro interno (in) 1525 1525 1525 1525 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1841 1841 1841 1841 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 1268 1268 1268 1268
exterior 4189 4189 4189 4189 Longitud de superficie (ft) interior 399 399 399 399
Longitud de la tuberiacutea (ft) 1640 1640 1640 1640 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
La seleccioacuten del tipo de costura de la tuberiacutea se realizoacute sujeto al piping class
manejado en el Muelle Petroquiacutemico asiacute como al de cada una de las plantas siendo
recomendable el tipo E correspondiente a tuberiacutea con costura soldada con resistencia
eleacutectrica (ERW) solamente para el tramo que abarca el corredor en las calles C y F
CAPIacuteTULO II
66
(ver figura 1) Al pasar el liacutemite de bateriacutea del muelle la especificacioacuten debe cambiar
a tuberiacutea sin costura (Tipo S) por ser eacutesta la manejada en el piping class del Muelle
Petroquiacutemico Dicha divergencia afecta este estudio uacutenicamente para el caacutelculo del
espesor miacutenimo requerido
Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 12 12 12 12 Diaacutemetro exterior (in) 1275 1275 1275 1275 Diaacutemetro interno (in) 12 12 12 12 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1458 1458 1458 1458 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 07854 07854 07854 07854
exterior 3338 3338 3338 3338 Longitud de superficie (ft) interior 314 314 314 314
Longitud de la tuberiacutea (ft) 164 164 164 164 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
CAPIacuteTULO II
67
Las tuberiacuteas son grado B lo cual indica que se trata de tuberiacuteas de color
negro (material acero al carbono) que necesitaraacuten recubrimiento y galvanizado antes
de ser usadas
La ceacutedula es estaacutendar se escogioacute debido a que se mantiene un margen por
encima del espesor miacutenimo requerido dichos caacutelculos se presentan a continuacioacuten
El rating de la tuberiacutea de acuerdo al piping class manejado en el Muelle
Petroquiacutemico es de 150 lbf Este valor estaacute sujeto a cambios debido a que para la
fecha de elaboracioacuten de este Trabajo Especial de Grado auacuten no se habiacutea realizado el
estudio de golpe de ariete factor importante en la delimitacioacuten de presioacuten que deberaacute
soportar la tuberiacutea
La cantidad y descripcioacuten de cada uno de los accesorios y vaacutelvulas que seraacuten
empleados en las liacuteneas han sido suministrados por las empresas mixtas y podraacuten
estar sujetos a cambios durante la fase de construccioacuten del proyecto
La tabla 10 resume las longitudes equivalentes mostradas en la tabla 3 de
los componentes a ser instalados en las configuraciones de tuberiacuteas involucradas en el
proyecto
Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios
24 20 16 12 Tipo de accesorio o vaacutelvula Le [ft] Le [ft] Le [ft] Le [ft]
Unioacuten 4 3 3 2 Codo 90deg regular 47 39 31 25 Codo 90deg radio largo 29 25 20 16 Codo 45deg regular 24 20 16 12 T de liacutenea de flujo 32 26 21 17 T de ramal de flujo 60 76 96 116 Vaacutelvula de globo 400 525 655 800 Vaacutelvula de compuerta 11 13 17 20 Vaacutelvula angular 200 250 320 390 Vaacutelvula de retencioacuten deslizante 135 172 217 262 Entrada de filos rectos 39 53 68 86 Salida tuberiacutea 78 106 136 172 Reductor de diaacutemetro 97 80 62 45
CAPIacuteTULO II
68
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
Se emplea el software PIPESIMreg para la simulacioacuten del sistema de
transporte del proyecto debido a que es eacuteste un programa con la capacidad para la
simulacioacuten de equipos de superficie asiacute como es capaz de trabajar con los fluidos
involucrados en este proyecto La licencia del software se obtuvo de la empresa
PDVSA a traveacutes de la intranet de la misma la cual se encontraba a disposicioacuten de los
empleados de Pequiven para el teacutermino de este Trabajo Especial de Grado
2211 Metor
Se procedioacute a la configuracioacuten de las tuberiacuteas en PIPESIMreg siguiendo el
esquema mostrado en la figura 6 Este disentildeo se tomaraacute como referencia para las
demaacutes plantas
1 Se coloca una fuente (source) de donde proviene el fluido el cual viene
representado por el tanque de almacenamiento de cada una de las plantas en este
caso en especiacutefico las propiedades que lo describen son
Temperatura 45degC
Presioacuten 0 psig
Se supone que el fluido no se encuentra presurizado dentro del tanque debido
a que se encuentra a condiciones ambientales La temperatura es de 45 degC porque
eacuteste es el valor maacuteximo que se podriacutea conseguir en condiciones ambientales
extremas y ha sido la temperatura de disentildeo estipulada
CAPIacuteTULO II
69
Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como ldquocomposicionalrdquo debido a que el
metanol se encuentra preestablecido dentro del programa como un fluido acuoso
(soluble en agua) y se agrega con una molaridad al 100 a traveacutes de la tuberiacutea soacutelo
fluiraacute metanol liacutequido la inclusioacuten del fluido se muestra en la figura 7
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja
de especificaciones (data sheet) por parte de la empresa la informacioacuten es incluida en
la siguiente ventana (ver Figura 8)
CAPIacuteTULO II
70
Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor)
Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor
CAPIacuteTULO II
71
4 Se incorpora la liacutenea de 24rdquo la cual es ingresada a la configuracioacuten como
una liacutenea de flujo eacutesta se conecta a la bomba a traveacutes de un nodo Se utilizan estos
conectores para la unioacuten de los elementos y no representan cambio alguno a las
propiedades Los datos necesarios para agregar la liacutenea de flujo son sentildealados en la
figura 9
Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor
Se colocan 2 ondulaciones por cada mil metros de recorrido debido a que
eacuteste es el nuacutemero de ondulaciones (altibajos) promedio que presentaraacute el recorrido de
la tuberiacutea La diferencia de altura es de 2 m debido a que la altitud de la planta se
encuentra por encima del nivel del muelle en un margen cercano a este valor La
distancia horizontal es la correspondiente al recorrido total de la tuberiacutea maacutes la
longitud equivalente correspondiente a las vaacutelvulas y accesorios La rugosidad es la
CAPIacuteTULO II
72
correspondiente al acero al carbono y la temperatura ambiente es la temperatura
promedio reportada en el aacuterea
Se incluye como dato que la tuberiacutea no tiene recubrimiento y estaraacute rodeada
por aire con lo cual se establece un valor de transferencia de calor entre la tuberiacutea y
el aire de 20 BTUh ft2 degF (dicho valor se encuentra predeterminado en el simulador
para estas condiciones)
5 Se agrega la liacutenea de 16rdquo tambieacuten como una liacutenea de flujo la cual presenta
las caracteriacutesticas mostradas en la figura 10 Las ondulaciones seraacuten 0 ya que esta
liacutenea se encontraraacute sobre la plataforma del muelle donde no tendraacute altibajos asiacute como
tampoco presentaraacute diferencia de altitud en el recorrido Se preveacute con una longitud de
500m a la cual se debe agregar la longitud equivalente representativa de los
accesorios dispuestos en la configuracioacuten
Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor
CAPIacuteTULO II
73
6 Se antildeade la liacutenea de 12rdquo y tuberiacutea final de la configuracioacuten A la salida de
eacutesta la presioacuten deberaacute ser al menos 70 psig para que el fluido pueda hacer el
recorrido a traveacutes del brazo de carga y atracar al buque con una presioacuten de 20 psig
debido a que eacutestas son las especificaciones del brazo de carga que seraacute empleado en
el muelle Esta tuberiacutea a diferencia de la de 16rdquo siacute presenta ondulaciones ya que este
uacuteltimo tramo tiene un recorrido tortuoso con diferencias pequentildeas de altura La
longitud total de tuberiacutea es de 50m aproximadamente a los cuales se agrega la
longitud equivalente de los accesorios dispuestos en esta tuberiacutea En la figura 11 se
pueden observar las propiedades de la liacutenea de 12rdquo
Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor
7 El punto final de la configuracioacuten es un nodo frontera que en este caso en
especiacutefico vendraacute representado por el inicio del brazo de carga punto donde la
presioacuten deberaacute ser de 70 psig
CAPIacuteTULO II
74
2212 SuperMetanol
Tomando como base la configuracioacuten de tuberiacuteas de Metor se genera un
modelo con la misma cantidad y disposicioacuten de elementos A continuacioacuten se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas de la planta Supermetanol
haciendo uso de PIPESIMreg donde soacutelo se resentildean las caracteriacutesticas que difieren del
modelo de metanol de Metor
- La bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja de especificaciones por parte
de la empresa presenta la siguiente informacioacuten
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 650 kW (resultante del accionamiento de ambas bombas)
Eficiencia 795
- La liacutenea de 20rdquo se ingresa a la configuracioacuten con los datos sentildealados en la
figura 12
Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol
CAPIacuteTULO II
75
- Las liacuteneas de 16rdquo y 12rdquo tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las
configuraciones estos tramos de tuberiacutea se encuentran sobre la plataforma del muelle
ubicados sobre el mismo pipe rack de esta manera que las tuberiacuteas estaraacuten una junto
a la otra por ende tendraacuten las mismas especificaciones
2213 MTBE de Super Octanos
La configuracioacuten de tuberiacuteas de Super Octanos presenta la misma disposicioacuten
de elementos que la de Metor a continuacioacuten se presenta de forma resumida el disentildeo
de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
1 Las propiedades que describen las condiciones del source son
iguales al caso de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como black oil esto debido a que el simulador
no contempla el Metil Terbutil Eacuteter como un fluido preestablecido en sus
lineamientos Para incluir el fluido como petroacuteleo negro se ingresan los siguientes
valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 551755
Ademaacutes se agrega la informacioacuten de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente como se ve en la
figura 13
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual tambieacuten se
tiene la hoja de informacioacuten por parte de la empresa La informacioacuten incluida es la
siguiente
CAPIacuteTULO II
76
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 700 kW
Eficiencia 795
Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de Super Octanos
4 Luego se incorpora la liacutenea de 20rdquo la cual se ingresa a la configuracioacuten
como una liacutenea de flujo Los datos necesarios para la inclusioacuten de la liacutenea principal de
20rdquo se presentan en la Figura 14
5 Al igual que para la configuracioacuten de Metor se agregan las liacuteneas de 16rdquo y
12rdquo las cuales tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las configuraciones
CAPIacuteTULO II
77
Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de Super Octanos
2214 IsoOctano de Super Octanos
Tomando como base la configuracioacuten de MTBE de la misma planta se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
Las propiedades divergentes entre este caso y MTBE baacutesicamente son los
datos ingresados para la caracterizacioacuten del fluido y las propiedades de la liacutenea de
20rdquo De esta manera se hace referencia soacutelo a estos valores los cuales son
- El tipo de fluido se incluye como black oil para lo cual se ingresaron los
siguientes valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 735724
CAPIacuteTULO II
78
- Se agrega informacioacuten adicional de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente que para este caso
son las siguientes
Temperatura (ordmC) Viscosidad (cP)
40 046
20 055
- La configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo se muestra en la figura 15
Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de Super Octanos
CAPIacuteTULO II
79
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA
PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO
El proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo busca reubicar el despacho de productos de
las empresas mixtas (Metor Supermetanol y Super Octanos) en la actualidad
despachados a traveacutes del Muelle Criogeacutenico propiedad de PDVSA ubicado en el
Complejo Industrial Joseacute Antonio Anzoaacutetegui
El estudio ocupacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose se adjudicoacute a una
compantildeiacutea privada sin embargo es requerimiento del presente Trabajo Especial de
Grado hacer una breve revisioacuten a dicho Muelle para disponer de un estimado de
tiempo requerido para el embarque de buques si se bombea el producto a la maacutexima
carga que permita la configuracioacuten de cada una de las liacuteneas Para la realizacioacuten de
este objetivo la informacioacuten recolectada para la evaluacioacuten de la ocupacioacuten del
muelle estaacute basada seguacuten el promedio mensual de despacho actual a traveacutes del
muelle de PDVSA y el despacho mensual a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Se anexa un modelo rudimentario donde se presenta la disposicioacuten de los
brazos de carga los cuales seraacuten habilitados para despacho de cada uno de los
productos involucrados con el proyecto del cual es parte este trabajo (ver Figura 16)
CAPIacuteTULO II
80
Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose
Los brazos de carga que se empleen en el proyecto preferiblemente deberaacuten
ser de las mismas caracteriacutesticas y dimensiones de ser posible de la misma marca
para facilitar las labores de mantenimiento y obtencioacuten de repuestos Deberaacuten tener
un diaacutemetro de 12rdquo y tener facilidad para retorno de vapores debido a que asiacute lo
contemplan las normativas gubernamentales Las principales caracteriacutesticas con las
cuales deben cumplir los brazos de carga que se ubicaraacuten en las posiciones M-502
M-503 M-504 y M-505 del Muelle Petroquiacutemico se presentan en la tabla 11
CAPIacuteTULO II
81
Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga
Posicioacuten M-503 M-505 M-504 M-502 M-502 Producto Metanol Metanol MTBE Iso-Octano
Procedencia Metor yo Supermetanol
Supermetanol yo Metor Super Octanos Super Octanos
Diaacutemetro (in) 12 12 12 12 Tasa de flujo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Viscosidad 45degC (cP) 042 042 027 038 Presioacuten de vapor 45degC (psia) 41 41 83 17
Presioacuten requerida en la entrada (psig) 70 70 70 70
Presioacuten de descarga (psig) 20 20 20 20 Presioacuten de descarga de las bombas (psig) 1337 135 135 135
Presioacuten maacutexima de operacioacuten de las bombas (psig)
170 170 170 170
Se obtuvo informacioacuten de la disposicioacuten de ventanas operacionales
empleadas por las empresas mixtas involucradas en el proyecto seguacuten un reporte
mensual de despacho a traveacutes del Muelle Criogeacutenico Se presenta la informacioacuten
mencionada en la tabla 12 la cual hace referencia al despacho de los productos y las
capacidades de los buques a cargar esto en un periacuteodo de tiempo de un mes
CAPIacuteTULO II
82
Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9
Ventanas Empresa Producto Volumen [TM] 1 - 2 ndash 3 Supermetanol Metanol 15000 3 - 4 ndash 5 Metor Metanol 21000 6 - 7 ndash 8 Metor Metanol 13100
Super Octanos MTBE 21000 8 - 9 ndash 10 Metor Metanol 17000
11 - 12 - 13 Supermetanol Metanol 15000 13 - 14 - 15 Supermetanol Metanol 15000 16 - 17 - 18 Metor Metanol 15000
Metor Metanol 10000 18 - 19 - 20 Supermetanol Metanol 10000
21 - 22 - 23 Super Octanos MTBE 24000 24 - 25 - 26 Ventana de Mantenimiento 27 - 28 - 29 Super Octanos MTBE 11000 29 - 30 - 31 Supermetanol Metanol 10000
De igual forma se conoce la produccioacuten mensual de la empresa FertiNitro a
traveacutes de la Plataforma de liacutequidos del Muelle Petroquiacutemico si se unen el promedio
de producciones mensuales de cada empresa se tienen los siguientes datos
Metor 70 MTMM
Supermetanol 525 MTMM
Super Octanos 40 MTMM
FertiNitro 336 MTMM
CAPIacuteTULO III
83
CAPIacuteTULO III RESULTADOS
RESULTADOS
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED
Seguacuten la ecuacioacuten 32 de la seccioacuten 2444 para tuberiacuteas metaacutelicas rectas con
presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm es
aplicable para relaciones Dot mayores de 6
Se realiza el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas de 20rdquo tomando t como 1969rdquo
el cual es el espesor con mayor magnitud que se puede conseguir en el mercado la
relacioacuten Dot = 10157 siendo mayor de 6 se realizan los caacutelculos utilizando la
ecuacioacuten 32 sin inconvenientes
Para el caacutelculo de los espesores miacutenimos los datos son obtenidos de las
especificaciones ASME B313 y de las condiciones operacionales del proyecto La
presioacuten maacutexima corresponde a la presioacuten maacutexima de resistencia de las tuberiacuteas A
continuacioacuten se muestra el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas con costura de 20rdquo
P= 250psig
Do= 20rdquo
c= 0065
S= 20000 psig
Y= 04
E= 085
( ) ( )mmint
ininxpsigxpsig
inxpsigc
YPSEDP
t
m
om
365210
21120065040250850000202
202502
rArr=
rArr++
=++
=
Al valor de espesor (536mm) se debe aplicar la tolerancia correspondiente a
esta tuberiacutea que se lee en la norma ASME B313 y es de 125 para todos los casos
con lo cual el valor del espesor estariacutea entre 469 ndash 604 mm correspondiente a un
Schedule 10 (635mm) siendo eacuteste el valor maacutes cercano a dicho espesor Como
CAPIacuteTULO III
84
medida preventiva se aplica un factor de seguridad al disentildeo correspondiente a las
peacuterdidas de espesor por corrosioacuten y erosioacuten asiacute como peacuterdidas mecaacutenicas producto
del efecto de golpe de ariete que pueda sufrir la tuberiacutea De esta manera se toma
ceacutedula estaacutendar para todas las tuberiacuteas ya que todos los valores de espesores miacutenimos
se encuentran por debajo del schedule estaacutendar comercial A continuacioacuten se
muestran los resultados para cada una de las liacuteneas con costura (Tabla 13) y se
compararon con los espesores de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar La Tabla 14 resentildea
estos mismos caacutelculos para tuberiacutea sin costura
Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (Psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 085 085 085 085 tm (in) 024 0211 0182 0158 Espesor miacutenimo aceptable (in) 024 plusmn 003 0211 plusmn 0026 0182 plusmn 0023 0158 plusmn 0020 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 1 1 1 1 tm (in) 0214 0189 0165 0144 Espesor miacutenimo aceptable (in) 0214 plusmn 00267 0189 plusmn 00236 0165 plusmn 0020 0144 plusmn 0018 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
CAPIacuteTULO III
85
La costura en las tuberiacuteas no influye en los caacutelculos hidraacuteulicos debido a que
la soldadura con resistencia eleacutectrica no genera aporte de material a la tuberiacutea lo que
indica que no habraacute variacioacuten del espesor debido a la costura Las tuberiacuteas principales
seraacuten las uacutenicas con costura por ser eacutestas las uacutenicas presentes en el corredor de
tuberiacutea ubicado en las calles C y F Las longitudes de cada uno de los tramos con y
sin costura son los siguientes
Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura
Longitudes de tuberiacutea METANOL Metor
METANOL Supermetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Con costura (m) 1153 1293 1599 2257 Sin costura (m) 2180 2180 2180 2180
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA
FRICCIOacuteN EN LAS TUBERIacuteAS
Para obtener la caiacuteda de presioacuten en las tuberiacuteas se realizaron los caacutelculos en
primer lugar haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning considerando condiciones
isoteacutermicas que a pesar de ser un meacutetodo maacutes laborioso permite el conocimiento
descriptivo de cada uno de los paraacutemetros asiacute como la procedencia de los valores
utilizados en este disentildeo Esto es provechoso en caso de presentarse cualquier
divergencia del disentildeo en etapas futuras del proyecto Una vez realizados los caacutelculos
con la ecuacioacuten de Fanning se procede a la simulacioacuten del disentildeo con el software
PIPESIMreg que genera valores de caiacuteda de presioacuten de cada una de las liacuteneas entre
otros resultados
CAPIacuteTULO III
86
321 ECUACIOacuteN DE FANNING
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debido a la friccioacuten se usoacute la ecuacioacuten
de Fanning en unidades de campo Se realizoacute el caacutelculo tipo para la tuberiacutea de 24rdquo de
Metor tal como se muestra a continuacioacuten
Donde ρ (gcc)= 0753
q (bbld)= 377389
L (ft)= 10932
d (in)= 2325
Para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning primero es necesario el
caacutelculo del Nuacutemero de Reynolds el cual queda
donde d (m)= 059
V (ms)= 25353
ρ (Kgm3)= 75256
μ (Pas)= 42x10-4
De donde el NRe= 27x106 lo cual indica que se presenta flujo turbulento
(NRegt4000) y para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning se debe emplear la
ecuacioacuten de Colebrook (Ec9)
01220
1072512
2523731081log21
51273
log21
6
3
Re
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
minus
f
ff
ff
f
fxxx
f
fNDfε
Para obtener el factor de friccioacuten de Fanning haciendo uso de la ecuacioacuten de
Colebrook se realizan iteraciones a partir de un valor inicial el cual se puede tomar
directamente del diagrama de Moody De acuerdo a la figura 4 el valor de factor de
friccioacuten de Darcy que se lee correspondiente para NRe= 27x106 y εD=77x10-5 es
5
25 10146441
dLqfxp ρminus=Δ
μρ
ReVdN =
CAPIacuteTULO III
87
fD=0003 lo cual representa un factor de friccioacuten de Fanning de 0012 ya que el
factor de friccioacuten de Darcy representa 4 veces el factor de friccioacuten de Fanning
Una vez calculado este valor se procede al caacutelculo de la peacuterdida de presioacuten
debido a la friccioacuten haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning quedando
Para este caso la caiacuteda de presioacuten es de 24 psi es decir la presioacuten con la cual
llega el fluido al teacutermino del recorrido de la tuberiacutea de 24rdquo es 24 psi menor que al
salir de la bomba Para los tramos de tuberiacutea subsiguientes (16rdquo y 12rdquo) los caacutelculos
se hacen de forma anaacuteloga Se debe tener en cuenta la peacuterdida por friccioacuten que sufre
el fluido al pasar a traveacutes de cada uno de los dispositivos de control a lo largo de la
tuberiacutea En este caso se han tomado valores de longitud equivalente seguacuten el tipo de
accesorio los cuales se adicionan a la longitud de cada una de las tuberiacuteas para luego
calcular la peacuterdida de presioacuten debido a la friccioacuten
Para el caacutelculo de las peacuterdidas de presioacuten debido a la friccioacuten en los
accesorios y vaacutelvulas como se vioacute en el Capiacutetulo II se haraacute uso de la tabla 3 y se
tomaraacuten las longitudes equivalentes de cada accesorio sentildealadas en la Tabla 10
Dicho valor de longitud equivalente se agrega a las longitudes de las liacuteneas y se
calcula la caiacuteda de presioacuten en cada una de eacutestas
Hasta la fecha ha sido entregada la siguiente informacioacuten de la cantidad y
tipo de accesorios correspondientes a cada una de las liacuteneas (Tablas 16 y 17) de
donde se pueden obtener las longitudes equivalentes que se adicionan a las longitudes
totales de tuberiacutea en cada una de las configuraciones
La peacuterdida de presioacuten en las tuberiacuteas debido a la aceleracioacuten se desprecia por
haberse corroborado flujo turbulento en todas las tuberiacuteas de igual forma la caiacuteda de
psip
xp
dLqfxp
07242523
1093237738975300122010146441
10146441
5
25
5
25
=Δ
=Δ
=Δ
minus
minus ρ
CAPIacuteTULO III
88
presioacuten debido a la fuerza potencial se desprecia en estos caacutelculos iniciales debido a
que la peacuterdida de altura de la tuberiacutea total se estima de 2m lo cual es poco
representativo en un recorrido total de maacutes de 4 Km en cada uno de los casos
Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol
Metor Supermetanol Tipo de accesorio o vaacutelvula
24 16 12 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 53 Codo 45deg regular 12 8 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 2077 62 172 1618 62 172
CAPIacuteTULO III
89
Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas propiedad de Super Octanos
MTBE Iso-Octano Tipo de accesorio o vaacutelvula
20 16rdquo 12rdquo 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 60 Codo 45deg regular 12 16 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 1798 62 172 1953 62 172
A continuacioacuten se presentan tablas con el resumen del caacutelculo de cada uno de
estos paraacutemetros aplicados a cada una de las liacuteneas (Tablas 18 19 y 20)
Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas Principales
METANOL
Metor METANOL
SupermetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 24 20 20 20 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 10932 11394 12398 14557 Longitud Equivalente accesorios (ft) 2077 1618 1798 1953 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 13009 13012 14196 16510 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000
NUMERO DE REYNOLDS 27x106 26 x106 38 x106 25 x106 f f (Ec de Colebrook) 00122 00125 00123 00125
Δp (psi) 2864 4875 4900 5365
Presioacuten final (psia) 11976 10095 10070 9605
CAPIacuteTULO III
90
Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 16 16 16 16 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 1640 1640 1640 1640 Longitud Equivalente accesorios (ft) 62 62 62 62 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 1702 1702 1702 1702 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 41x106 33 x106 48 x106 32 x106 f f (Ec de Colebrook) 00127 00128 00127 00128 Δp (psi) 3234 2097 1942 1818
Presioacuten final (psia) 8742 7997 8128 7788
Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 1275 1275 1275 1275 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 164 164 164 164 Longitud Equivalente accesorios (ft) 172 172 172 172 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 336 336 336 336 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 52x106 42 x106 61 x106 4 x106 f f (Ec de Colebrook) 00132 00133 00132 00133 Δp (psi) 2193 1419 1319 1229
Presioacuten final (psia) 6549 6578 6809 6558
Se debe tomar en consideracioacuten que en las especificaciones de los brazos de
carga que estipula Pequiven la presioacuten de descarga de la tuberiacutea al brazo de carga
debe ser de 70 psig (847 psia) y dado que ninguna de las configuraciones genera este
valor de presioacuten se debe tener en cuenta que el flujo de disentildeo no seraacute alcanzado
CAPIacuteTULO III
91
porque por debajo de esta presioacuten no se lograriacutea el despacho de los productos debido
a que los brazos de carga no seraacuten capaces de levantar el fluido la altura necesaria
para cargar los buques
Teniendo como base estos valores de presioacuten esperados para la descarga de
las liacuteneas hasta los brazos de carga se procede a la simulacioacuten con el software
PIPESIMreg
322 PIPESIMreg
Posterior al caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten utilizando la ecuacioacuten de Fanning
se realizan las simulaciones en PIPESIMreg de las configuraciones establecidas
anteriormente A continuacioacuten se resentildean por separado cada una de eacutestas
3221 Metor
Luego de ingresar las propiedades del modelo se procede a la simulacioacuten de
eacuteste ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar (Figura 17)
CAPIacuteTULO III
92
Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la simulacioacuten del programa
CAPIacuteTULO III
93
Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor
L P T v q Ρ fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Metor24 1 00 14828 11318 8319 377433 47953 LIacuteQUIDO 0411 2799 2 6504 14650 11261 8316 377287 47971 LIacuteQUIDO 0413 2786 3 13008 14558 11207 8313 377142 47990 LIacuteQUIDO 0415 2774 4 19513 14380 11154 8310 377004 48007 LIacuteQUIDO 0416 2762 5 26017 14288 11102 8307 376868 48025 LIacuteQUIDO 0418 2750 6 32521 14110 11052 8304 376738 48041 LIacuteQUIDO 0420 2739 7 39026 14018 11003 8301 376610 48057 LIacuteQUIDO 0422 2728 8 45530 13840 10956 8298 376488 48073 LIacuteQUIDO 0423 2718 9 52034 13748 10910 8296 376367 48088 LIacuteQUIDO 0425 2708
10 58538 13570 10865 8293 376252 48103 LIacuteQUIDO 0426 2699 11 65043 13478 10821 8291 376139 48118 LIacuteQUIDO 0428 2689 12 71547 13300 10779 8288 376030 48132 LIacuteQUIDO 0429 2680 13 78051 13209 10738 8286 375924 48145 LIacuteQUIDO 0430 2672 14 84555 13030 10698 8284 375822 48158 LIacuteQUIDO 0432 2664 15 91060 12939 10660 8281 375721 48171 LIacuteQUIDO 0433 2656 16 97564 12761 10622 8279 375625 48184 LIacuteQUIDO 0434 2648 17 104070 12670 10585 8277 375530 48196 LIacuteQUIDO 0436 2640 18 110570 12491 10550 8275 375440 48207 LIacuteQUIDO 0437 2633 19 117080 12400 10515 8273 375351 48219 LIacuteQUIDO 0438 2626 20 123580 12222 10482 8271 375266 48230 LIacuteQUIDO 0439 2620 21 130080 12131 10449 8269 375182 48240 LIacuteQUIDO 0440 2613 Linea de Flujo Metor16 (nuevo datum) 22 0 12072 10449 1922 375183 48240 LIacuteQUIDO 0440 3984 23 94324 10251 10424 1922 375166 48243 LIacuteQUIDO 0441 3979 24 18865 8429 10400 1922 375150 48245 LIacuteQUIDO 0441 3975 Linea de Flujo Metor12 (nuevo datum) 25 0 8328 10400 3104 375153 48244 LIacuteQUIDO 0441 5052 26 16798 7197 10400 3104 375182 48241 LIacuteQUIDO 0441 5054 27 33596 6100 10399 3105 375210 48237 LIacuteQUIDO 0441 5056
CAPIacuteTULO III
94
Para el Metanol tanto en esta configuracioacuten como para la de Supermetanol
se hicieron pruebas de seleccioacuten entre los modelos de viscosidad Pedersen y LBC
(Lohrentz-Bray-Clark) siendo Pedersen el que mejor se ajusta al modelo de
viscosidad del metanol a pesar de ser usado generalmente para gas natural y petroacuteleo
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 463 psig (610 psia) De igual forma en la figura 18 se observa que
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga
Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h
CAPIacuteTULO III
95
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2500 2250 2140 2000 y
1875 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 377389 339650 323045 301911
y 283041 En la figura 19 se puede apreciar que se consigue una presioacuten final cercana
a 70psig con un flujo de 2140 m3h
Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor)
Se toma el flujo de 2140 m3h como el oacuteptimo para el despacho de Metanol
desde la planta Metor A continuacioacuten se muestra el perfil presioacuten-distancia en este
caso (figura 20)
CAPIacuteTULO III
96
Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h
3222 Supermetanol
Luego de ingresar las propiedades del modelo en el simulador se procede a
correr dicho modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar en el caso de
Supermetanol los datos son Presioacuten de entrada 0 psig Flujo 301911 bbld
Se resentildean en la tabla 22 los principales resultados necesarios para el estudio
de la configuracioacuten de Supermetanol
CAPIacuteTULO III
97
Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Supermetanol
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Sumeca20 1 00 14947 11320 9708 301947 47952 LIacuteQUIDO 0411 2705 2 6585 14664 11261 9705 301826 47972 LIacuteQUIDO 0413 2692 3 13169 14469 11203 9701 301708 47991 LIacuteQUIDO 0415 2679 4 19754 14186 11148 9697 301594 48009 LIacuteQUIDO 0417 2667 5 26339 13991 11094 9693 301483 48026 LIacuteQUIDO 0418 2656 6 32923 13708 11041 9690 301377 48043 LIacuteQUIDO 0420 2645 7 39508 13513 10991 9687 301272 48060 LIacuteQUIDO 0422 2634 8 46093 13230 10941 9683 301173 48076 LIacuteQUIDO 0424 2624 9 52677 13035 10894 9680 301075 48091 LIacuteQUIDO 0425 2614
10 59262 12753 10847 9677 300981 48106 LIacuteQUIDO 0427 2605 11 65846 12558 10803 9674 300890 48121 LIacuteQUIDO 0428 2596 12 72431 12275 10759 9672 300802 48135 LIacuteQUIDO 0430 2587 13 79016 12080 10717 9669 300716 48149 LIacuteQUIDO 0431 2578 14 85600 11798 10675 9666 300634 48162 LIacuteQUIDO 0432 2570 15 92185 11603 10636 9664 300554 48175 LIacuteQUIDO 0434 2563 16 98770 11321 10597 9661 300477 48187 LIacuteQUIDO 0435 2555 17 105350 11126 10560 9659 300402 48199 LIacuteQUIDO 0436 2548 18 111940 10844 10523 9656 300330 48211 LIacuteQUIDO 0437 2541 19 118520 10649 10488 9654 300259 48222 LIacuteQUIDO 0439 2534 20 125110 10367 10454 9652 300192 48233 LIacuteQUIDO 0440 2528 21 131690 10172 10421 9650 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 2521 Linea de Flujo Sumeca16 (nuevo datum) 22 000 10148 10421 1538 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 3183 23 94324 8974 10387 1537 300079 48251 LIacuteQUIDO 0442 3176 24 188650 7800 10354 1537 300034 48258 LIacuteQUIDO 0443 3170 Linea de Flujo Sumeca12 (nuevo datum) 25 000 7736 10354 2483 300036 48258 LIacuteQUIDO 0443 4028 26 16798 7003 10352 2483 300046 48256 LIacuteQUIDO 0442 4029 27 33596 6303 10349 2483 300055 48255 LIacuteQUIDO 0442 4029
CAPIacuteTULO III
98
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4834 psig (6303 psia) En la figura 21 graacutefica Presioacuten vs Distancia
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga (Figura 22)
Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1830 1800 1750
1740 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 276248 271720
264172 262662 y 256624 En la figura 22 se puede apreciar que se consigue un
valor de presioacuten final maacutes aproximado a 70 psig con un flujo de 1740 m3h
CAPIacuteTULO III
99
Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol)
3223 MTBE de Super Octanos
Luego de ingresar las propiedades de la configuracioacuten se procede a correr el
modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar
Presioacuten de entrada 0 psig
Flujo 301911 bbld
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la corrida del simulador
CAPIacuteTULO III
100
Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo MTBE20 1 00 14970 11331 9708 301937 46353 LIacuteQUIDO 0250 4291 2 7183 14652 11233 9705 301838 46368 LIacuteQUIDO 0251 4274 3 14367 14473 11139 9702 301743 46383 LIacuteQUIDO 0252 4257 4 21550 14155 11050 9699 301654 46397 LIacuteQUIDO 0253 4243 5 28734 13977 10966 9696 301568 46410 LIacuteQUIDO 0254 4227 6 35917 13659 10886 9694 301489 46422 LIacuteQUIDO 0255 4214 7 43100 13480 10810 9691 301412 46434 LIacuteQUIDO 0256 4201 8 50284 13163 10737 9689 301340 46445 LIacuteQUIDO 0256 4189 9 57467 12984 10668 9687 301271 46456 LIacuteQUIDO 0257 4176
10 64651 12667 10603 9685 301206 46466 LIacuteQUIDO 0258 4166 11 71834 12488 10541 9683 301144 46475 LIacuteQUIDO 0259 4155 12 79017 12171 10482 9681 301087 46484 LIacuteQUIDO 0259 4145 13 86201 11993 10426 9679 301031 46493 LIacuteQUIDO 0260 4135 14 93384 11675 10372 9677 300979 46501 LIacuteQUIDO 0260 4127 15 100570 11497 10322 9676 300929 46508 LIacuteQUIDO 0261 4118 16 107750 11180 10274 9674 300883 46516 LIacuteQUIDO 0261 4111 17 114930 11001 10228 9673 300838 46523 LIacuteQUIDO 0262 4103 18 122120 10684 10184 9671 300797 46529 LIacuteQUIDO 0262 4096 19 129300 10506 10143 9670 300757 46535 LIacuteQUIDO 0263 4089 20 136480 10189 10104 9669 300721 46541 LIacuteQUIDO 0263 4083 21 143670 10011 10067 9668 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 4077 Linea de Flujo MTBE16 (nuevo datum) 22 00 9987 10067 1541 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 5146 23 9432 8866 10036 1540 300672 46548 LIacuteQUIDO 0263 5149 24 18865 7744 10006 1540 300665 46549 LIacuteQUIDO 0263 5151 Linea de Flujo MTBE12 (nuevo datum) 25 000 7682 10006 2488 300667 46549 LIacuteQUIDO 0263 6547 26 16798 6984 10006 2488 300686 46546 LIacuteQUIDO 0263 6555 27 33596 6307 10006 2488 300708 46543 LIacuteQUIDO 0263 6562
Tanto para MTBE como para el Iso-Octano estos fluidos se incluyeron al
simulador como black oil para lograr un comportamiento de viscosidad cercano al
CAPIacuteTULO III
101
teoacuterico se ingresaron valores de temperatura y viscosidad dentro del rango de
operacioacuten del proyecto
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4837 psig (6307 psia) Debido a que no se alcanza con el flujo de
disentildeo 70 psig a la salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de
sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida
de descarga al brazo de carga (Figura 23)
Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE)
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1850 1800 1750
1735 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720
261908 262662 y 256624 En la figura 23 se puede apreciar que se consigue una
presioacuten final maacutes cercana a 70 psig con un flujo de 1735 m3h
CAPIacuteTULO III
102
3224 Iso-Octano de Super Octanos
Se realiza la corrida del modelo con los mismos datos de entrada utilizados
en la configuracioacuten de MTBE Se resumieron en la tabla 24 los principales resultados
Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de IsoOctano
L P T v q ρ Patroacuten de flujo micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (PI-SS) (cP) x10-6 Linea de Flujo IsoOctano20 1 00 14970 11334 9708 301940 42283 LIacuteQUIDO 0454 2159 2 8340 14623 11209 9704 301816 42300 LIacuteQUIDO 0456 2151 3 16680 14424 11092 9700 301697 42317 LIacuteQUIDO 0457 2142 4 25020 14078 10982 9697 301588 42332 LIacuteQUIDO 0459 2135 5 33360 13879 10880 9694 301485 42347 LIacuteQUIDO 0461 2128 6 41700 13532 10783 9691 301391 42360 LIacuteQUIDO 0462 2121 7 50039 13334 10693 9688 301301 42373 LIacuteQUIDO 0463 2115 8 58379 12987 10609 9685 301219 42384 LIacuteQUIDO 0464 2110 9 66719 12789 10530 9682 301141 42395 LIacuteQUIDO 0466 2104
10 75059 12442 10455 9680 301070 42405 LIacuteQUIDO 0467 2099 11 83399 12244 10386 9678 301002 42415 LIacuteQUIDO 0468 2094 12 91739 11898 10320 9676 300940 42423 LIacuteQUIDO 0469 2090 13 100080 11699 10259 9674 300881 42432 LIacuteQUIDO 0470 2086 14 108420 11353 10202 9672 300829 42439 LIacuteQUIDO 0470 2083 15 116760 11154 10149 9671 300777 42446 LIacuteQUIDO 0471 2079 16 125100 10808 10098 9669 300732 42453 LIacuteQUIDO 0472 2076 17 133440 10610 10051 9668 300688 42459 LIacuteQUIDO 0473 2073 18 141780 10264 10007 9667 300650 42464 LIacuteQUIDO 0473 2070 19 150120 10065 9966 9665 300612 42470 LIacuteQUIDO 0474 2068 20 158460 9719 9927 9664 300580 42474 LIacuteQUIDO 0474 2066 21 166800 9521 9890 9663 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2063 Linea de Flujo IsoOctano16 (nuevo datum) 22 00 9499 9890 1540 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2605 23 9432 8399 9865 1540 300555 42478 LIacuteQUIDO 0474 2607 24 18865 7410 9842 1540 300568 42476 LIacuteQUIDO 0474 2609 Linea de Flujo IsoOctano12 (nuevo datum) 25 000 7353 9842 2487 300571 42476 LIacuteQUIDO 0474 3316 26 16798 6708 9842 2487 300602 42471 LIacuteQUIDO 0474 3319 27 33596 6082 9842 2488 300639 42466 LIacuteQUIDO 0473 3323
CAPIacuteTULO III
103
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4612 psig (6082 psia) Debido a que no se alcanza los 70 psig a la
salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando
el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo
de carga (Figura 24)
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2000 1850 1800 1750 y
1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720 264172
y 256624 En la figura 24 se nota que el valor de flujo con una presioacuten final cercana
a 70 psig es de 1700 m3h
Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano)
CAPIacuteTULO III
104
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS
Para realizar la comparacioacuten entre modelos se agruparon en tablas los
resultados correspondientes a las caiacutedas de presioacuten de cada uno de los modelos
separados por tramos y luego se calculoacute el porcentaje de desviacioacuten entre los valores
Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor
METANOL
Metor Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 2864 2697 621 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 11986 12131 120
Δp tuberiacutea 16 (psia) 3234 3702 1264 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8752 8429 383 Δp tuberiacutea 12 (psia) 2193 2329 584
Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6559 6100 752
Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Supermetanol
METANOL Supermetanol Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4875 4775 210 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10095 10172 076 Δp tuberiacutea 16 (psia) 2097 2372 1158 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7997 7800 253 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1419 1497 520 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6578 6303 437
CAPIacuteTULO III
105
Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE
MTBE Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4900 4959 118 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10070 10011 059 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1942 2267 1435 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8128 7744 496 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1319 1437 823 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6809 6307 796
Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano
IsoOctano Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 5365 5449 155 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 9605 9521 089 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1818 2111 1389 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7788 741 510 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1229 1328 743 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6558 6082 783
Debido a que la operacioacuten de las configuraciones empleando los flujos de
disentildeo no permiten que se mantenga la condicioacuten limitante que la presioacuten en la
entrada al brazo de carga sea de 70 psig se hace un cuadro comparativo entre estos
valores como se muestra en la tabla 29
CAPIacuteTULO III
106
Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Flujo oacuteptimo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Porcentaje comparativo entre los valores de flujo () 1682 1494 1527 1765
54 CAPACIDAD DE DESPACHO DURANTE LA VENTANA
OPERACIONAL DE CADA UNA DE LAS PLANTAS
En el Muelle Criogeacutenico soacutelo se dispone de un brazo para el despacho de los
productos de las 3 empresas mixtas con la implementacioacuten del proyecto tratado en
este trabajo se espera una mayor holgura para la carga de los productos a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico asiacute como tambieacuten se podraacute despachar mayor cantidad de
productos al mismo tiempo ya que cada producto tendraacute un brazo individual De esta
forma habraacute la posibilidad de utilizar hasta 4 brazos al mismo tiempo para cargar en
dos buques diferentes ya que soacutelo se dispone de la plataforma este y la oeste para el
despacho de productos pero se pueden cargar 2 tipos de productos en el mismo
buque
Se debe tener en cuenta que la empresa FertiNitro tambieacuten despacha sus
productos (amoniacuteaco) a traveacutes del Brazo de Carga M-501 ubicado en la plataforma
de liacutequidos al igual que los brazos M-502 M-503 M-504 y M-505 como se pudo
observar en la Figura 16 (Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De
Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose)
Se pueden cuantificar las posibilidades de carga de la mayor cantidad de
productos simultaacuteneamente en 12 casos diferentes como se muestra en la tabla 30
CAPIacuteTULO III
107
Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Caso Lado Oeste Lado Este 1 Metor M-505 Metor M-504
Metor M-503 Soca M-502
2 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503 Soca M-502
3 Metor M-505 Metor M-504 Metor M-503
4 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503
5 Metor M-505
Metor M-503
6 Sumeca M-505
7 Sumeca M-505
Metor M-503
Soca M-502
8 Sumeca M-504
Soca M-502
9 Metor M-504
Soca M-502
10 Soca M-502
11 Sumeca M-504
12 Metor M-504
FertiNitro M-501
Con los datos recopilados en la tabla 11 se obtiene la siguiente distribucioacuten
porcentual seguacuten el despacho de cada una de las plantas involucradas en el proyecto
CAPIacuteTULO III
108
33
39
28
SupermetanolMetorSuper Octanos
Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del Muelle
Criogeacutenico
Debido a que se tiene conocimiento de los voluacutemenes despachados en buques
por FertiNitro actualmente en el Muelle Petroquiacutemico y el despachado por Metor
Supermetanol y Super Octanos por el Muelle Criogeacutenico se hace una proyeccioacuten del
porcentaje de produccioacuten mensual de despachos para el antildeo 2008 del Muelle
Petroquiacutemico cuando el proyecto se encuentre en operacioacuten De esta forma la
ocupacioacuten se puede decir que tendraacute la distribucioacuten mostrada en la Figura 26
17
3627
20
FertiNitroMetorSupermetanolSuper Octanos
Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro
CAPIacuteTULO III
109
La ventana operacional con la cual contaraacuten las plantas para el despacho de
sus productos seraacute al igual que en la actualidad de 72 horas contando con hasta 32
horas para el despacho De acuerdo a las velocidades maacuteximas de despacho
calculadas anteriormente se recrea un tiempo estimado de despacho al buque de cada
uno de los productos en la tabla 31
Se escogen capacidades de buques aproximadas debido a que de acuerdo a la
Tabla 12 cada buque presenta capacidades diferentes ademaacutes que podriacutean cargar
menor cantidad de productos de lo que su capacidad total permite dependiendo de las
teacutecnicas de negociacioacuten que sean empleadas en la venta de los productos
Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques
METANOL
Metor METANOL
Supermetanol MTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Flujo maacutesico (TMh) 16105 13181 12301 11144 Buque de 10 MTM
Tiempo (h) 621 759 813 897
Buque de 15 MTM Tiempo (h)
931 1138 1219 1346
Buque de 20 MTM Tiempo (h)
1242 1517 1626 1795
Buque de 25 MTM Tiempo (h)
1552 1897 2032 2243
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
110
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
La seleccioacuten de tuberiacuteas principales se realizoacute de acuerdo al piping class
utilizado en el Muelle Petroquiacutemico pero debido a las altas exigencias de seguridad
de dicho muelle las cuales no son necesarias en las aacutereas externas al Muelle se hizo
la salvedad de permitir el uso de tuberiacutea con costura fuera del liacutemite de bateriacutea del
Muelle De esta forma la tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es
ASTM A-53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia hasta que
se obtengan los resultados del estudio de golpe de ariete del cual podriacutea resultar que
el rating necesario para las tuberiacuteas sea de 300 lbf Desde el punto de salida de las
plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del Muelle se utilizaraacute tuberiacutea tipo E (soldada con
resistencia eleacutectrica) y una vez dentro de los linderos del Muelle las tuberiacuteas deberaacuten
ser sin costura (Tipo S) al igual que las vaacutelvulas y los accesorios Las tablas 7 8 y 9
muestran las caracteriacutesticas de cada una de las liacuteneas
La seleccioacuten de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar se realizoacute conforme a que el
caacutelculo de los espesores miacutenimos requeridos en cada una de las liacuteneas reporta valores
de hasta 50 por debajo de la ceacutedula miacutenima comercial (Schedule 10) Luego de
aplicar un factor de seguridad riguroso se toma como alternativa tolerante la ceacutedula
estaacutendar en cada una de las liacuteneas (ver tablas 13 y 14)
El valor miacutenimo de presioacuten requerido en el punto final de la tuberiacutea de 12rdquo es
de 70 psig Dicho valor es necesario para que el fluido recorra el brazo de carga y
descargue al buque con una presioacuten de 20 psig
El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado a la
presioacuten de descarga de las bombas de cada planta que para todos los casos se tomoacute
la resentildeada en la hoja de especificaciones de cada bomba como presioacuten de operacioacuten
El caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las liacuteneas es un valor aproximado debido a
la carencia de informacioacuten definitiva acerca de las vaacutelvulas y accesorios que seraacuten
implementados en las liacuteneas Para la fecha de culminacioacuten de este Trabajo Especial
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
111
de Grado las empresas mixtas auacuten no teniacutean bien especificado los elementos de
control que se aplicaraacuten a las liacuteneas incluyendo asiacute el tipo de vaacutelvulas que seraacuten
empleados Los valores de caiacuteda de presioacuten que se reportan en el punto final de la
tuberiacutea de 12rdquo son mayores a los que se deberiacutea esperar para el momento de ejecucioacuten
del proyecto
El caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten primeramente se realizoacute mediante el uso de
la ecuacioacuten de Fanning utilizando el nuacutemero de Reynolds para el caacutelculo del factor
de friccioacuten Estos valores de caiacuteda de presioacuten se calcularon para cada uno de los
tramos de tuberiacutea reportaacutendose en las tablas 18 19 y 20
El segundo meacutetodo de caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten se realizoacute mediante la
corrida en PIPESIMreg de cada uno de los casos por separado de acuerdo al fluido que
transportariacutea cada liacutenea y la planta que manejariacutea dicho fluido Debido a que
PIPESIMreg es un simulador de produccioacuten de petroacuteleo se estudioacute la manera de incluir
Metanol MTBE e Iso-Octano al programa
Para el modelaje del comportamiento de viscosidad del metanol se empleoacute
Pedersen siendo eacuteste el que mejor se adaptaba al teoacuterico Los modelos de viscosidad
utilizados para MTBE e Iso-Octano a diferencia del Metanol se generaron a partir de
2 pares de valores de viscosidad y temperatura ingresados por el usuario con lo cual
el modelo de viscosidad se asemeja al teoacuterico en el rango de temperatura utilizado el
cual es cercano al de operacioacuten del proyecto
Para todas las configuraciones el valor de presioacuten en el punto final de las
tuberiacuteas de 12rdquo manejando el flujo de disentildeo se encuentra por debajo de 70psig con
un margen de hasta 25 psi (como se reporta en las tablas 25 26 27 y 28) tanto en los
caacutelculos con la ecuacioacuten de Fanning como los generados por el simulador
Se compararon los valores de presioacuten reportados en cada una de las corridas
y se pudo apreciar la similitud de eacutestos con los calculados con la ecuacioacuten de
Fanning se puede apreciar que la divergencia entre valores de presioacuten reportados en
las tablas 26 27 28 y 29 no es significativa los valores maacutes distantes reportan un
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
112
desviacioacuten de hasta 14 Los valores generados por el simulador se consideraron con
mayor exactitud debido a que el simulador hace caacutelculos de los valores de viscosidad
y presioacuten a cada uno de los intervalos en los cuales se separa la longitud total de la
tuberiacutea lo cual no se hace en la ecuacioacuten de Fanning
Los valores finales de presioacuten correspondientes a Metanol MTBE e Iso-
Octano presentan porcentajes de divergencia menores al 8 lo que se puede atribuir
al hecho que los fluidos son ingresados a un simulador de hidrocarburos lo cual trae
consecuencias ya que la viscosidad del fluido a pesar de presentar valores cercanos a
los teoacutericos fueron calculados con correlaciones para petroacuteleo
Debido a que los valores generados por el simulador al final de la tuberiacutea de
12rdquo son inferiores a 70 psig (operando con el flujo de disentildeo) se realizaron anaacutelisis
de sensibilidad a cada una de las liacuteneas variando los valores del flujo de salida de la
bomba Es debido a este factor limitante que los flujos de disentildeo no son alcanzados
en las configuraciones como se muestra en la tabla 29 Los flujos que operaraacuten las
liacuteneas para mantener la condicioacuten limitante se encuentran entre 15 y 18 por debajo
del flujo de disentildeo
Los valores de flujo conseguidos al aplicar el anaacutelisis de sensibilidad a las
liacuteneas se encuentran por encima del que se espera al momento de ejecutar el proyecto
debido a que no se incluye la peacuterdida de presioacuten debido a las vaacutelvulas que seraacuten
conectadas a las liacuteneas Los valores de flujo obtenidos en este anaacutelisis no deberaacuten ser
tomados como valores reales sino como valores maacuteximos de operacioacuten de las
configuraciones
Referente a la ocupacioacuten del muelle se puede notar que auacuten para el caso maacutes
desfavorable el despacho de Iso-Octano a un buque de gran tamantildeo (menor
velocidad de flujo) el tiempo de carga es menor a 24 horas como se puede observar
en la tabla 31 Seguacuten experiencias actuales se conoce que los tiempos de despacho
se encuentran entre 15 y 32 horas dependiendo de la capacidad de los buques y de la
velocidad de bombeo La tasa maacutexima de bombeo hacia el Muelle Criogeacutenico en la
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
113
actualidad es de 1000 m3h con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten
los tiempos de despacho
En cuanto a las necesidades de ocupacioacuten de cada usuario (Metor
Supermetanol Super Octanos y FertiNitro) en el Muelle Petroquiacutemico se observa
que es Metor quien tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten Supermetanol y Super
Octanos seguiraacuten en cuanto al nivel de necesidad y seraacute FertiNitro quien menos
requiera del uso del Muelle ya que esta uacuteltima empresa tiene despachos mensuales de
uno a dos buques y las otras plantas tienen despachos de 4 oacute 5 buques mensuales En
la figura 26 se aprecian los porcentajes de distribucioacuten de cada una de las plantas
esperados en el momento cuando entre en vigencia el uso del Muelle Petroquiacutemico de
Jose para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
CONCLUSIONES
114
CONCLUSIONES
A continuacioacuten se presentan las principales conclusiones resultantes del
estudio de este Trabajo Especial de Grado
bull La tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es ASTM A-
53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia
Desde el punto de salida de las plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del
Muelle seraacute tuberiacutea Tipo E (soldada con resistencia eleacutectrica) y
dentro de los linderos del Muelle seraacute Tipo S (sin costura)
bull El factor limitante de la velocidad de flujo en cada una de las
configuraciones es una presioacuten igual a 70 psig reportado al final de
la tuberiacutea de 12rdquo
bull El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado
a la presioacuten de operacioacuten de las bombas
bull Los valores de caiacuteda de presioacuten resultantes son valores aproximados
de igual forma sucede con los valores de flujo eacutestos deberaacuten ser
tomados como valores maacuteximos de despacho
bull La simulacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en cada una de las liacuteneas se
realizoacute con PIPESIMreg la inclusioacuten de Metanol en la configuracioacuten se
hizo siguiendo el modelo de fluido composicional mientras que el
modelo utilizado para la inclusioacuten de MTBE e Iso-Octano fue black
oil
bull Los valores de presioacuten reportados en las corridas y los calculados con
la ecuacioacuten de Fanning presentaron una desviacioacuten porcentual menor
al 15 comparativamente entre los dos modelos Se consideran con
mayor exactitud los valores generados por el simulador
CONCLUSIONES
115
bull Los valores finales de presioacuten a la entrada del brazo de carga son
menores a 70psig en operacioacuten con el flujo de disentildeo
bull La velocidad de flujo con mayor operatividad en cada uno de los
casos es menor que los flujos de disentildeo de cada una de las liacuteneas en
un rango menor al 18 en todos los casos
bull Los brazos de carga a utilizar en las instalaciones del Muelle
Petroquiacutemico de Jose seraacuten de 12rdquo con facilidades para retorno de
vapores
bull El tiempo maacuteximo de carga de los buques con capacidades de hasta
25000TM son 24 horas
bull Con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten los tiempos
de despacho a los buques de Metanol MTBE e Iso-Octano con
respecto al sistema actual
bull Metor tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten del Muelle
Petroquiacutemico Supermetanol y Super Octanos seguiraacuten en cuanto al
nivel de necesidad y FertiNitro seraacute quien tenga menor requerimiento
de uso del Muelle
RECOMENDACIONES
116
RECOMENDACIONES
Realizar el estudio de golpe de ariete para evaluar la necesidad de
proteccioacuten mecaacutenica de las liacuteneas asiacute como de las vaacutelvulas y accesorios
Una vez obtenida la disposicioacuten de todos los elementos de control que
seraacuten instalados en las liacuteneas agregar la peacuterdida de presioacuten causada debido
a las vaacutelvulas y accesorios para luego recalcular los flujos de despacho en
cada una de las configuraciones
Incluir en los procedimientos operacionales del Muelle Petroquiacutemico de
Jose la implementacioacuten de programas de inspeccioacuten y mantenimiento de
las liacuteneas involucradas en el proyecto asiacute como vaacutelvulas accesorios
brazos de carga sistema de alivio de vapores
Escoger la mejor opcioacuten para la disposicioacuten de liacutequidos y vapores
generados en el proceso de despacho de buques (instalacioacuten de tanques de
alivio disposicioacuten de fluidos hacia el flare o la instalacioacuten de la liacutenea de
retorno hacia la planta de Super Octanos)
Asegurar la posibilidad de control de las vaacutelvulas localizadas en los brazos
de carga M503 M-504 y M-505 tanto por Metor como por Supermetanol
Incluir en los procedimientos operacionales toda la logiacutestica a seguir para
realizar el lavado (Flushing) con agua de los tanques de almacenamiento de
los buques asiacute como la inertizacioacuten de eacutestos en caso de ser necesario
RECOMENDACIONES
117
Estudiar el suministro y conexioacuten de nitroacutegeno en el estribo del Muelle
para el desalojo de las liacuteneas y en caso de ser necesario la inertizacioacuten de
los tanques de almacenamiento de los buques
Realizar la clausura de las liacuteneas existentes en el Muelle Criogeacutenico de
manera adecuada asiacute como la recoleccioacuten de los activos pertenecientes a
las empresas mixtas y Pequiven en dicho Muelle
Tramitar la permisologiacutea ante los entes gubernamentales para la aprobacioacuten
del proyecto
BIBLIOGRAFIacuteA
118
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
[1] ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31 Capiacutetulo II
[2] Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico
9na edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
[3] Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
[4] Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Tomo II
Meacutexico Edit Mc Graw Hill 1992
[5]Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpip
esim_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
[6] Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1979
BIBLIOGRAFIacuteA
Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico 9na
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
Barberii EE El Pozo Ilustrado 3ra edicioacuten Caracas PDVSA 1985
Branan Carl R Soluciones praacutecticas para el Ingeniero Quiacutemico 2da
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 2000
Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1992
Reza Garciacutea Clemente Flujo de fluidos en vaacutelvulas accesorios y tuberiacuteas
Crane Co Meacutexico Mc Graw Hill 1990
BIBLIOGRAFIacuteA
119
Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc Graw
Hill 1979
The MW Kellogg Company Design of piping systems 2da edicioacuten Jhon
Wiley and sons
Paper SPE 20631 Xlao JJ Shoham O y Brill JP A comprehensive
Mechanistic Model for Two-Phase Flow in Pipelines Society of Petroleum
Engineers Inc University of Tulsa 1990
Paper SPE 20645 Z El-Oun Gas-Liquid Two-Phase Flow in Pipelines
Society of Petroleum Engineers Inc CALtec Limited Subsidiary of BHR Group Ltd
1990
Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
Tecnoconsult httpwwwtecnoconsultcom [consulta Noviembre 2005]
Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpipesi
m_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
PDVSA httpwwwinteveppdvcomsantppquimicosind_productoshtm
[consulta diciembre 2005]
Wipedia httpeswikipediaorgwikiGolpe_de_ariete [consulta Mayo
2006]
ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31
PDVSA No L-TP- 15 Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Manual de Ingenieriacutea
de Disentildeo Volumen 13-III Procedimiento de Ingenieriacutea
PDVSA No MDP-02-FF-03 Flujo en Fase Liacutequida Manual de Disentildeo de
Proceso Flujo de fluidos
BIBLIOGRAFIacuteA
120
PDVSA Especificaciones teacutecnicas de Materiales y de Construccioacuten
PDVSA Higiene Industrial Iacutendice general de productos quiacutemicos
GLOSARIO
121
GLOSARIO
Black Oil petroacuteleo negro
Data sheet hoja de especificaciones
Flare mechurrio
Pipe rack corredor de tuberiacutea casillero de tubos
Piping class Tipo de tuberiacutea
Rating capacidad nominal
Schedule ceacutedula o calibre
Source fuente
ANEXO 1
122
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano
El anexo 1 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Iso-Octano del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 2
123
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol
El anexo 2 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Metanol del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 3
124
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE
El anexo 3 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al MTBE del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
IacuteNDICE DE FIGURAS
ix
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute Antonio Anzoaacutetegui 8
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui 11
Figura 3 Diagrama de corte 15 Figura 4 Diagrama de Moody 23 Figura 5 Curva de flujo general 26 Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor 69 Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor) 70 Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor 70 Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor 71 Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor 72 Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor 73 Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol 74 Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de
Super Octanos 76 Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de
Super Octanos 77 Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de
Super Octanos 78 Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el
Muelle Petroquiacutemico Jose 80 Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor 92 Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h 94 Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor) 95 Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h 96 Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h 98 Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol) 99 Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE) 101 Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano) 103 Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del
Muelle Criogeacutenico 108 Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro 108
IacuteNDICE DE TABLAS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose 12 Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales 23 Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta 33 Tabla 4 Propiedades de los fluidos 61 Tabla 5 Sistema de Bombeo 62 Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose 63 Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo) 64 Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo 65 Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo 66 Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios67 Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga 81 Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9 82 Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura 84 Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura 84 Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura 85 Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol 88 Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas propiedad de Super Octanos 89 Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas
Principales 89 Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo 90 Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo 90 Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor 93 Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
Supermetanol 97 Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE 100 Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
IsoOctano 102 Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor 104 Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de
Supermetanol 104 Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE 105 Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano 105 Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos 106 Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico 107 Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques109
NOMENCLATURA
xi
NOMENCLATURA
c= suma de tolerancias dejadas por la corrosioacuten la erosioacuten y cualquier profundidad de la muesca o estriado (-)
Cv = coeficiente de flujo en la vaacutelvula que pasa bajo una caiacuteda de presioacuten de l psi
cv= calor especiacutefico del fluido (BTUlbdegR)
D= diaacutemetro del conducto (ft)
d= diaacutemetro interno de la vaacutelvula (ft)
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea (ft)
dudy= gradiente de velocidad (1s)
E= factor de calidad (-)
F= peacuterdida por friccioacuten (ftlbflb)
f= factor de friccioacuten de Fanning (-)
G= velocidad maacutesica media (lbsft2)
g= aceleracioacuten local debido a la gravedad (322 fts2)
gc= constante dimensional (3217 lbftlbfs2)
hv= carga de velocidad (ft)
i= entalpiacutea especiacutefica (BTUlb)
J= equivalente mecaacutenico de calor (ftlbfBTU)
K= iacutendice de consistencia (lbfsnft2)
K1= cantidad de cargas de velocidad (fts)
L= dimensioacuten lineal caracteriacutestica del canal de flujo (ft)
L1= longitud del conducto (ft)
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes (ft)
Le= longitud equivalente (ft)
n= exponente (-)
nacute= exponente de la ley de potencia (-)
NRe = nuacutemero de Reynolds (-)
P= presioacuten de disentildeo (lbfft2)
p= presioacuten absoluta (lbfft2)
p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba (lbfft2)
p2= presioacuten estaacutetica corriente abajo (lbfft2)
NOMENCLATURA
Q= calor agregado (BTU)
q= flujo volumeacutetrico del fluido (ft3s)
r= radio (ft)
RH= radio hidraacuteulico medio (ft)
rw= radio de la tuberiacutea (ft)
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales (lbfft2)
s= entropiacutea especiacutefica (BTUlb degR)
SE= esfuerzo permisible (lbfft2)
Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto (-)
tm= espesor miacutenimo de pared (ft)
u= energiacutea interna especiacutefica (BTUlb)
U= distancia de anclajes (ft)
v= volumen especiacutefico (ft3lb)
V= velocidad lineal media (fts)
vprom= volumen especiacutefico promedio (ft3lb)
v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba (ft3lb)
v2= volumen especiacutefico en condiciones corriente abajo (ft3lb)
W= trabajo externo neto (lbfft)
We= trabajo proporcionado por una fuente externa (lbfft)
y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser absorbida por el sistema (ft)
Z= altura por arriba de cualquier plano de referencia horizontal arbitrario (ft)
Siacutembolos griegos Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica (lbfft2)
ΔTa= aumento global de la temperatura (degF)
ε= aspereza de la superficie interna del canal (ft)
η= viscosidad plaacutestica (lbfts)
μ= viscosidad dinaacutemica (lbfts )
μa= viscosidad aparente (lbfts )
ν =viscosidad cinemaacutetica (ft2s)
NOMENCLATURA
θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la horizontal (ordm)
ρ= densidad del fluido (lbft3)
ρprom= densidad promedio (lbft3)
τ= esfuerzo cortante (lbfft2)
τw= esfuerzo cortante en la pared (lbfft2)
τy= esfuerzo de cedencia (lbfft2)
ω= flujo en peso del fluido (lbs)
Abreviaturas ASME= The American Society of Mechanical Engineers
CS= Condiciones Standard
EOS= Equations of State
ERW= Electric Resistance Weld
MTBE= Metil Ter-Butil Eacuteter
MTMA= mil toneladas meacutetricas anuales
MTMM= mil toneladas meacutetricas mensuales
Soca= Super Octanos CA
Sumeca= Supermetanol CA
TAME= Ter-Amil Metil Eacuteter
INTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCIOacuteN
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) en la buacutesqueda de un despacho para
sus productos a traveacutes del puerto de su propiedad en el Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui se planteoacute el Proyecto ldquoFacilidades para el despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
En el complejo existen cuatro empresas mixtas FertiNitro Metanol de
Oriente (Metor) Supermetanol y Super Octanos de las cuales soacutelo la primera
descarga sus productos a traveacutes del muelle de Pequiven las otras empresas lo hacen a
traveacutes del Terminal de Almacenamiento y Embarque de Jose (TAEJ) lo cual es
necesario redireccionar
El referido proyecto consta de la instalacioacuten de todas las facilidades para el
despacho de productos (Metanol MTBE e Iso-Octano) a traveacutes del Muelle
Petroquiacutemico de Jose incluyendo la red de liacuteneas hidraacuteulicas y los brazos de carga en
el muelle para lo cual se hace necesario el levantamiento en campo de los datos
requeridos para llevar a cabo el disentildeo El desarrollo del proyecto consiste en la
Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten (IPC) para el despacho de los productos desde las
plantas Metor Supermetanol y Super Octanos hasta la plataforma de liacutequidos del
Muelle Petroquiacutemico de Jose lo cual a grandes rasgos comprende la instalacioacuten de
a) Cuatro liacuteneas y cuatro brazos de carga
b) Instalacioacuten de un tanque para contingencias en el proceso de carga
c) Una liacutenea que interconecte las tuberiacuteas de los brazos de Metanol para dar
la facilidad a Supermetanol y Metor de despachar tanto del lado Este como
Oeste
d) Una liacutenea de venteo de gases de MTBE Metanol Iso-Octano y sus
mezclas desde el Muelle hasta el cabezal del mechurrio existente
e) Interconexioacuten al sistema de tuberiacuteas existentes para servicios industriales
INTRODUCCIOacuteN
El presente Trabajo Especial de Grado tiene como objetivo el disentildeo del
sistema de transporte para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico de Jose basaacutendose en el uso del software PIPESIMreg
PIPESIMreg es un simulador con aplicaciones para tuberiacuteas que mediante el
suministro de algunos datos como flujo presioacuten temperatura propiedades fiacutesico-
quiacutemicas y termodinaacutemicas de los fluidos disentildeo de las tuberiacuteas ademaacutes de las
ecuaciones seleccionadas de acuerdo al fluido y variables a manejar arroja resultados
que permiten predecir tiempos oacuteptimos de carga de los buques asiacute como los efectos
que podriacutea causar sobre el sistema cualquier cambio operacional realizado
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) junto a las empresas mixtas que
laboran en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui deben habilitar las instalaciones del
Muelle Petroquiacutemico de Jose propiedad de Pequiven para lo cual se tiene previsto el
desarrollo de la Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten del proyecto ldquoFacilidades para el
Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de
Joserdquo que se encuentra en su fase inicial desde febrero de 2006 En la fase de
ingenieriacutea son muchas las interrogantes que se plantean las empresas mixtas acerca de
las caracteriacutesticas para el despacho que tendraacuten sus productos asiacute como la
implementacioacuten de diferentes configuraciones de tuberiacuteas para lograr un mayor
volumen de despacho o mejoras en la calidad de dicho despacho
Es asiacute como se plantea este Trabajo Especial de Grado direccionado hacia
la buacutesqueda de soluciones al disentildeo del sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de
despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose
utilizando como herramienta el software PIPESIMreg
Se elabora la simulacioacuten del sistema de transporte que se desea instalar en el
Muelle Petroquiacutemico de Jose para que sea eacutesta un modelo teoacuterico a seguir durante la
puesta en marcha del proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e
Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
OBJETIVOS
4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Disentildear el sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose utilizando
como herramienta el software PIPESIMreg
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Recopilar la informacioacuten de campo necesaria para la realizacioacuten del
disentildeo del proyecto
Disentildear el sistema de tuberiacuteas desde las Empresas Mixtas hasta los
brazos de carga ubicados en el Muelle Petroquiacutemico de Jose haciendo uso de
Pipesimreg2003
Disentildear las facilidades para el despacho de los productos hasta los
cargueros
Calcular los paraacutemetros y variables en cada una de las liacuteneas
Calcular la capacidad de despacho durante la ventana operacional para
cada uno de los productos
Calcular la capacidad operativa del muelle para el despacho
simultaacuteneo del mayor nuacutemero de cargueros
METODOLOGIacuteA
5
METODOLOGIacuteA
La metodologiacutea seguida en el presente Trabajo Especial de Grado se puede
recopilar en los siguientes puntos principales los cuales estaacuten separados por capiacutetulos
a lo largo del trabajo y presentan la siguiente estructura
El primer capiacutetulo correspondiente a los antecedentes explica los
principales aspectos de la empresa asiacute como la estructura participativa de Pequiven
Jose Luego se realiza el estudio de los principales aspectos teoacutericos involucrados en
ANTECEDENTES
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
DESARROLLO DEL DISENtildeO
Condiciones de disentildeo Revisioacuten del modelo ocupacional del Muelle
Disentildeo de tuberiacuteas
CAacuteLCULOS
AacuteNALISIS DE RESULTADOS
RESULTADOS
METODOLOGIacuteA
6
la elaboracioacuten de un disentildeo de sistema de transporte asiacute como la descripcioacuten del
software utilizado
Se explican las bases para la elaboracioacuten del disentildeo propiedades
involucradas y configuracioacuten de los elementos del proyecto Y por uacuteltimo se procede
al caacutelculo de las variables del disentildeo comparacioacuten entre modelos y estudio
operacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose
Se analizan los resultados obtenidos se generaraacuten conclusiones y se haraacuten
recomendaciones de acuerdo al estudio realizado
CAPIacuteTULO I
7
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL MARCO REFERENCIAL
11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA [3]
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA
Pequiven fue creada en 1977 asumiendo las funciones y operaciones de lo
que fuera el Instituto Venezolano de Petroquiacutemica (IVP) inaugurado en el antildeo 1955
Desde marzo de 1978 cuando se constituyoacute como filial de PDVSA Pequiven ha
vivido sucesivas etapas de reestructuracioacuten hasta llegar a convertirse en la
Corporacioacuten Petroquiacutemica de Venezuela
Su misioacuten es manufacturar y comercializar productos quiacutemicos y
petroquiacutemicos de alta calidad en el mercado nacional e internacional maximizando
el valor del gas y de las corrientes de refinacioacuten a fin de impulsar el desarrollo
industrial y agriacutecola del paiacutes
Su visioacuten es ser liacuteder en motorizar el desarrollo agriacutecola e industrial de
nuestro paiacutes ser reconocida en los mercados nacionales e internacionales por la
manufactura de productos quiacutemicos y petroquiacutemicos de alta calidad y a costos
competitivos
Estaacute integrada por tres Complejos Petroquiacutemicos El Tablazo en el estado
Zulia Moroacuten en el estado Carabobo y Jose en el estado Anzoaacutetegui Organizada en
Unidades de Negocio que atienden el desarrollo de tres liacuteneas de productos Olefinas
y sus derivados Fertilizantes y Productos Industriales Participa directamente en 16
Empresas Mixtas compuestas por socios nacionales e internacionales
112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE
El Complejo Jose ubicado en el estado Anzoaacutetegui costa oriental del paiacutes
es un desarrollo petroquiacutemico de Pequiven con gran futuro debido a la riqueza en gas
natural que posee la zona El Complejo tiene una superficie de 740 hectaacutereas donde se
han instalado las plantas de Super Octanos Metor Supermetanol y FertiNitro En la
CAPIacuteTULO I
8
figura 1 se puede observar una vista aeacuterea de las instalaciones del Complejo donde se
sentildealan los nombres de las calles que intervienen en el desarrollo del proyecto en
estudio
Ademaacutes de los servicios de agua electricidad gas generacioacuten de vapor y
otras instalaciones como las oficinas administrativas servicio de bomberos sistema
de intercomunicaciones cliacutenica industrial vigilancia sistema de disposicioacuten de
efluentes industriales mantenimiento todo ello para satisfacer las necesidades del
condominio
El desarrollo del complejo demuestra la experiencia y competitividad de
Pequiven cuya estructura empresarial no escatima esfuerzos en mantener actualizada
la capacidad de sus recursos humanos revisioacuten permanente de los procesos uso de la
tecnologiacutea de punta para fortalecer la productividad de sus plantas atencioacuten esmerada
consciente en la necesidad de conservar el ambiente y las relaciones interactivas y
comprometidas con el paiacutes
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui
Calle CCalle F
CAPIacuteTULO I
9
113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN
La decisioacuten gubernamental (1960) de permitir la participacioacuten asociada de
empresas venezolanas y extranjeras en el negocio petroquiacutemico fue muy acertada
Hoy esa modalidad empresarial ha fortalecido a Pequiven y ha logrado para el paiacutes
avances en tecnologiacutea y manufactura de productos petroquiacutemicos
Las ganancias generadas demuestran el progreso logrado por Pequiven y las
empresas mixtas respecto al aumento sostenido de la produccioacuten y diversificacioacuten de
productos como sigue
bull Olefinas y Plaacutesticos aacutecido clorhiacutedrico cloro dicloruro de etileno etileno
pirogasolina monoacutemero de cloruro de vinilo (MCV) cloruro de polivinilo (PVC)
polietileno de alta densidad polietileno de baja densidad polietileno lineal de baja
densidad polipropileno propileno y soda caacuteustica
bull Fertilizantes aacutecido fosfoacuterico aacutecido niacutetrico aacutecido sulfuacuterico amoniacuteaco
caprolactama fosfato diamoacutenico fosfato tricaacutelcico granulados de NPK nitrato de
potasio oleum roca fosfaacutetica solucioacuten de amoniacuteaco sulfato de amonio sulfato de
sodio urea
bull Productos Industriales alquilbencenos taacutelico anhiacutedrido benceno-tolueno-
xileno (BTX) clorofluorometanos glicol de etilenos metanol MTBE oacutexido de
etileno polifosfato de sodio tetraacutemero de propilenotres
114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR)
El inicio de operaciones de la planta de produccioacuten de Metanol empresa
mixta Metanol de Oriente (Metor SA) representa una significativa contribucioacuten
para el proceso de industrializacioacuten del gran potencial de gas natural con el que
cuenta Venezuela Esta empresa tiene una composicioacuten accionaria representada por
CAPIacuteTULO I
10
Pequiven Mitsubishi Corporation y Mitsubishi Gas Chemical Empresas Polar e
International Finance Corporation
Esta planta tiene una capacidad instalada de 750 MTMA de Metanol
producto de amplio uso en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
El Metanol es un insumo para la manufactura de productos oxigenados
(MTBE y TAME) ampliamente cotizados para mejorar el octanaje de la gasolina y
las emisiones al ambiente El Metanol tambieacuten es materia prima para producir resinas
y otros compuestos quiacutemicos Asiacute mismo es producto final utilizado como solvente y
combustible Esta variedad de aplicaciones le otorga al Metanol un lugar fundamental
en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE
(FERTINITRO)
El objetivo de esta empresa es la venta de productos elaborados en las
plantas de Amoniacuteaco y Urea asiacute como sus subproductos tanto en Venezuela como en
el extranjero
Tiene como socios a la empresa Koch Industries con 35 de participacioacuten
Snamprogetti aporta 20 Empresas Polar un 10 y Pequiven 35
Esta empresa tiene una capacidad instalada estimada en 1200 MTMA de amoniacuteaco y
1460 MTMA de urea
1143 SUPERMETANOL
Esta empresa tiene como principal objetivo la produccioacuten de Metanol asiacute
como la venta de dicho producto y de sus subproductos principalmente en el
mercado internacional Empresa compuesta por Pequiven Ecofuel Metanol Holding
y Petrochemical Investment Ltd La capacidad estimada de produccioacuten asciende a
770 MTMA
CAPIacuteTULO I
11
1144 SUPER OCTANOS
Empresa compuesta accionariamente por Pequiven Ecofuel y el Banco de
Inversioacuten Mercantil Se encarga de la produccioacuten de MTBE asiacute como la venta y
comercializacioacuten de sus productos principalmente en el mercado internacional
Opera desde el antildeo 1991 y su capacidad estaacute alrededor de 550 MTMA En la figura 2
se observa una toma aeacuterea de la planta dentro del Complejo Antonio Joseacute Anzoaacutetegui
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui
1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE
Se encarga del suministro de aguas industriales al Complejo Jose ademaacutes
del agua potable agua para incendios y servicios de remocioacuten de aguas negras a las
plantas petroquiacutemicas instaladas en los terrenos propiedad de Pequiven dentro del
complejo Posee una capacidad estimada de 1300 litros por segundo
CAPIacuteTULO I
12
A continuacioacuten se presenta un resumen de la estructura participativa de las
principales empresas mixtas ubicadas en el Complejo Petroquiacutemico Jose
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose
CAPACIDAD PARTICIPACIOacuteN EMPRESAS PRODUCTOS
[MTMA] USOS SOCIOS
[] Formaldehiacutedo Pequiven 3750
Mitsubishi Corporation
2375 Componente de gasolina MTBE Mitsubishi Gas
Chemical 2375
Solvente Empresas Polar 10
Metor Metanol 750
Acido aceacutetico IFC 5 Formaldehiacutedo Pequiven 3451 Componente de gasolina MTBE
Ecofuel 3451
Acido aceacutetico Metanol Holding Ltd
1549 Supermetanol Metanol 770
Solvente Petrochemical Investment Ltd
1549
Pequiven 49 Ecofuel 49
Super Octanos MTBE 550 Componente oxigenado de gasolina
Banca de Inversioacuten Mercantil
2
Pequiven 35 Amoniacuteaco 1200
Koch Industries 35 Snamprogetti 20 FertiNitro
Urea 1460 Fertilizante
Empresas Polar 10
CAPIacuteTULO I
13
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
El Muelle Petroquiacutemico de Jose es el proyecto de infraestructura maacutes
reciente realizado por Pequiven para exportar los productos petroquiacutemicos de las
plantas que operan y se proyectan en el oriente del paiacutes
La obra construida a un costo de 150 millones de doacutelares estaacute destinada a la
exportacioacuten de urea polietilenos amoniacuteaco etileno etilenglicol dietilenglicol
metanol MTBE y otros productos quiacutemicos de las plantas existentes Actualmente su
uso es destinado exclusivamente para el despacho de urea y amoniacuteaco El sistema de
carga de urea tiene capacidad para despachar 1000 toneladas meacutetricas por hora y el
de amoniacuteaco 1100 toneladas meacutetricas por hora
La obra estaacute disentildeada con posibilidades de ampliar las tuberiacuteas y brazos de
carga en etapas sucesivas sobre la plataforma existente sin afectar la operacioacuten
regular del muelle Dentro de dicho marco se encuentra el proyecto referido en este
Trabajo Especial de Grado Adicionalmente el disentildeo permite la construccioacuten de una
segunda plataforma y extender el muelle de contenedores
El embarcadero tiene una plataforma de soacutelidos para despachar urea con
capacidad para el atraque simultaacuteneo de un buque y otro de contenedores La
plataforma de liacutequidos estaacute dispuesta para el atraque de dos naves con productos
petroquiacutemicos En una tercera plataforma de servicios pueden atracar dos
remolcadores y una lancha de pasajeros la cual dispone de una daacutersena de 60
hectaacutereas a una profundidad de 14 metros A las plataformas del muelle tendraacuten
acceso buques de hasta 65 mil toneladas de peso muerto
El puente marino de concreto armado y pretensado de maacutes de 1500 metros
de longitud sostiene las plataformas y sirve de conexioacuten con todos los servicios hasta
la costa Descansa sobre pilotes metaacutelicos de 36 y 48 pies
CAPIacuteTULO I
14
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS
1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS [4]
Un fluido es una sustancia que sufre una deformacioacuten continua cuando estaacute
sujeta a un esfuerzo cortante La resistencia que un fluido real ofrece a tal
deformacioacuten se conoce con el nombre de viscosidad del fluido Para gases y liacutequidos
simples (bajo peso molecular) la viscosidad es constante cuando se fijan la presioacuten
estaacutetica y la temperatura Los materiales de este tipo se denominan newtonianos
Un fluido ideal o perfecto es un gas o liacutequido hipoteacutetico que no ofrece
resistencia al corte y tiene viscosidad cero En la mayor parte de los problemas de
flujo se obtienen resultados incorrectos al despreciar la viscosidad pero en los
mismos problemas pueden utilizarse las relaciones presioacuten-volumen-temperatura para
gases ideales
Si la viscosidad de un fluido es una funcioacuten del esfuerzo cortante
equivalente a la razoacuten de corte ademaacutes de la temperatura y presioacuten el fluido se
denomina no newtoniano Los fluidos no newtonianos se dividen generalmente en 3
clases
1) Aquellos cuyas propiedades son independientes del tiempo cuando son
sometidos a corte tales como
a) Fluidos plaacutesticos de Bingham probablemente son los fluidos
no newtonianos maacutes simples ya que soacutelo difieren de los fluidos newtonianos
en que su relacioacuten lineal entre el esfuerzo cortante y la razoacuten de corte no
parten del origen como se ilustra en curva B de la figura 3 se requiere un
esfuerzo cortante τy finito para que haya flujo Entre los ejemplos que pueden
citarse para un fluido que exhibe comportamiento plaacutestico de Bingham se
incluyen suspensiones de arena o granos y lodo de aguas negras
b) Fluidos pseudo plaacutesticos aquiacute se incluyen la mayor parte de los
fluidos no newtonianos entre los que se encuentran las soluciones polimeacutericas
CAPIacuteTULO I
15
o fundiciones y suspensiones de pulpa de papel o pigmentos En la figura 3 se
muestra la curva C tiacutepica del flujo de estos materiales
Figura 3 Diagrama de corte
Para estos fluidos la viscosidad disminuye a medida que aumenta el esfuerzo
de corte aplicado En general la curva de flujo en un intervalo de razoacuten de
corte puede aproximarse a la forma de la liacutenea recta en un diagrama
logariacutetmico con lo cual se tiene
1ltn con dydu
dyduK =
n 1minus
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛τ
Ec 1
Donde τ= esfuerzo cortante dudy= gradiente de velocidad K= iacutendice de
consistencia y n= exponente
c) Fluidos dilatantes son los que exhiben un comportamiento
reoloacutegico opuesto al de los materiales pseudo plaacutesticos es decir la viscosidad
aumenta a medida que aumenta el esfuerzo de corte aplicado Algunos
ejemplos de estos materiales son suspensiones de almidoacuten o mica en agua o
arenas movedizas
2) Aquellos cuyas propiedades son dependientes de la duracioacuten del corte
Incluye los materiales para los cuales el esfuerzo cambia con la duracioacuten de
esfu
erzo
cor
tant
e τ
τy
Plaacutestico de Bingham
Pseudoplaacutestico
Dilatante
Newtoniano A
B
C
D
Razoacuten de corte dudy
CAPIacuteTULO I
16
corte Se excluyen los cambios que podriacutean producirse por rompimiento
mecaacutenico o destruccioacuten de partiacuteculas o enlaces moleculares
a) Fluidos tixotroacutepicos son los que poseen una estructura que puede
sufrir un trastorno en funcioacuten del tiempo bajo corte Cuando la estructura sufre
alguacuten trastorno bajo una razoacuten de corte constante el esfuerzo cortante
decrece Esta estructura puede reconstruirse a siacute misma si cesa la fuerza
aplicada sobre el material Ejemplos de este tipo de fluidos son la mayonesa
lodo de perforacioacuten pinturas y tintas
b) Materiales reopeacutecticos son los que incrementan su viscosidad aparente
con mucha rapidez cuando son agitados o golpeados riacutetmicamente Algunos
ejemplos de estos materiales son las suspensiones coloidales de bentonita y
pentoacutexido de vanadio y las suspensiones de yeso en agua
3) Fluidos viscoelaacutesticos son aquellos que exhiben muchas de las caracteriacutesticas
de un soacutelido exhiben recuperacioacuten elaacutestica de la deformacioacuten que sufren
durante el flujo Los liacutequidos polimeacutericos forman la mayor parte de los fluidos
de esta clase En este tipo de fluidos tienen lugar esfuerzos normales es decir
esfuerzos perpendiculares a la direccioacuten de flujo ademaacutes de los esfuerzos
tangenciales usuales Estos esfuerzos provocan varios efectos no usuales por
ejemplo el ldquoefecto Weissenbergrdquo en que el fluido tiende a escalar un eje que
se encuentra girando en el fluido Las ecuaciones desarrolladas para fluidos
pseudo plaacutesticos se pueden aplicar para flujo de fluidos visco elaacutesticos en
estado estacionario no acelerado las propiedades elaacutesticas se manifiestan en
forma general como ldquoefectos terminalesrdquo
La unidad de viscosidad dinaacutemica (μ) en el sistema internacional (SI) es el
pascal-segundo (Pas) Un Pas es igual a 10 Poise 1000 centipoises (cP) o 0672
lb(fts)
CAPIacuteTULO I
17
La viscosidad cinemaacutetica (ν) de un fluido de densidad ρ y viscosidad μ es
ν=μρ Una unidad de viscosidad cinemaacutetica denominada stoke (St) es igual a
1cm2s La fluidez es el reciacuteproco de la viscosidad
1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS [4]
Se dice que un flujo es estacionario si no variacutea con el tiempo es decir
cuando la velocidad del flujo de masa es constante y todas las demaacutes cantidades
(temperatura presioacuten aacuterea transversal) son independientes del tiempo Por el
contrario se dice que un flujo es no estacionario cuando la velocidad de flujo de
masa yu otras cantidades variacutean en funcioacuten del tiempo El flujo no estacionario
puede originarse por la accioacuten de una vaacutelvula de control de una maquinaria
reciprocante o por tratarse de un flujo compuesto de dos fases inestables
Se dice que un flujo es acelerado si no es estacionario o si su velocidad
variacutea en la direccioacuten general del flujo Gran cantidad de efectos asociados con fluidos
visco elaacutesticos no newtonianos ocurren por lo general en flujo acelerado
Se dice que una corriente es uniforme si la forma y el tamantildeo de su seccioacuten
transversal son iguales a lo largo del canal Se dice que la temperatura o velocidad es
uniforme a lo largo de una regioacuten cuando tiene el mismo valor en todas sus partes en
un instante dado
La velocidad maacutesica media (G) de una corriente que pasa por una seccioacuten
transversal dada tomada en sentido perpendicular a la direccioacuten comuacuten del flujo que
pasa por el aparato es el cociente del flujo maacutesico entre el aacuterea de la seccioacuten
transversal dada A lo largo de un canal con un aacuterea de seccioacuten transversal uniforme
la velocidad media de masa es constante a menos que exista una acumulacioacuten o
agotamiento de material dentro de canal Cuando se estaacute considerando el flujo que
pasa por un haz de tubos o un lecho de soacutelidos se utiliza el teacutermino velocidad maacutesica
superficial para identificar la cantidad obtenida al dividir el flujo maacutesico entre el aacuterea
CAPIacuteTULO I
18
total de la seccioacuten transversal de la caacutemara circundante (sin restar la parte
correspondiente al corte transversal ocupado por las obstrucciones)
La velocidad lineal media (V) de una corriente que pasa por cualquier
seccioacuten transversal dada se toma usualmente como la cantidad obtenida cuando la
velocidad maacutesica media correspondiente se divide entre la densidad promedio en la
seccioacuten transversal dada A menos que le flujo sea isoteacutermico el teacutermino velocidad
lineal media no se puede interpretar salvo que se defina con precisioacuten la regla que se
eligioacute para determinar la densidad promedio En consecuencia siempre que sea
posible es preferible manejar el flujo no isoteacutermico en funcioacuten de la velocidad de
masa La velocidad lineal superficial corresponde a la velocidad superficial maacutesica
La carga de velocidad ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
cgV
22
es la carga estaacutetica equivalente a la
energiacutea cineacutetica de una corriente de velocidad uniforme V
Un nuacutemero de Reynolds (NRe) es cualquiera de varias cantidades
adimensionales de la forma μρLV que son proporcionales a la razoacuten de la fuerza
inercial a la fuerza viscosa en un sistema de flujo En este caso L= dimensioacuten lineal
caracteriacutestica del canal de flujo
Se puede predecir la transicioacuten de flujo turbulento a laminar en fluidos no
newtonianos de acuerdo con el concepto del nuacutemero de Reynolds Se toma como
reacutegimen laminar NRelt 2100 y para reacutegimen turbulento NRe gt 4000
El radio hidraacuteulico medio (RH) de un canal es igual al aacuterea de la seccioacuten
transversal de esa parte del canal que estaacute llena con fluido dividida entre la longitud
del periacutemetro huacutemedo El radio hidraacuteulico de una tuberiacutea circular es un cuarto del
diaacutemetro de donde en el caso de un ducto no circular se dice que el diaacutemetro
hidraacuteulico es cuatro veces el radio hidraacuteulico
La liacutenea aerodinaacutemica se define como aquella que queda en la direccioacuten del
flujo en cada uno de los puntos en un instante dado El flujo laminar se define como
aquel en el que las liacuteneas aerodinaacutemicas se mantienen bien definidas unas de otras en
CAPIacuteTULO I
19
toda su longitud Las liacuteneas aerodinaacutemicas no deben ser rectas necesariamente ni el
flujo constante siempre y cuando se satisfaga el criterio antes citado Este tipo de
movimiento se conoce tambieacuten con los nombres de flujo aerodinaacutemico o viscoso
Un flujo laminar con NRe lt 1 se conoce como flujo lento o flujo reptante
En este tipo de flujo se puede despreciar la fuerza inercial relativa a la fuerza viscosa
Si el nuacutemero de Reynolds de un sistema excede al nuacutemero criacutetico de
Reynolds casi siempre sucede que el movimiento no es laminar en toda la longitud
del canal sino que se generan turbulencias en la zona inicial de inestabilidad que se
extienden raacutepidamente por todo el fluido produciendo con ello una perturbacioacuten en el
patroacuten general de flujo El resultado es una turbulencia del fluido superpuesta al
movimiento primario de traslacioacuten generando lo que se conoce como flujo
turbulento
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS
1221 BALANCE DE ENERGIacuteA [4]
12211 Balance total de energiacutea
Consideacuterese una unidad de peso de fluido en un sistema de flujo y sean
i=entalpiacutea especiacutefica J= equivalente mecaacutenico de calor s= entropiacutea especiacutefica
u=energiacutea interna especiacutefica v= volumen especiacutefico Z= altura por arriba de cualquier
plano de referencia horizontal arbitrario En este caso la energiacutea potencial relativa al
nivel de referencia elegido es cg
Zg la energiacutea total cineacutetica es cg
V2
2 y la energiacutea
total de la unidad de peso de fluido es ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ ++
cc gV
gZgJu 2
2 Para un flujo
estacionario del fluido no se tendraacute ninguna acumulacioacuten o deficiencia ya sea de eacuteste
o de la energiacutea dentro del sistema y la energiacutea total del mismo se alteraraacute soacutelo
CAPIacuteTULO I
20
agregando o quitando calor de eacuteste o aplicando cualquier trabajo externo sobre el
sistema Por tanto
WJQg
Vg
gZJug
Vg
gZJucccc
+=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++minus⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++
22
211
1
222
2 Ec 2
donde los subiacutendices 1 y 2 indican las condiciones en la entrada y salida
respectivamente Q es el calor agregado utilizando fuentes externas al sistema W es
el trabajo externo neto aplicando a una libra de fluido mientras estaacute dentro del
aparato El teacutermino W se subdivide como sigue
eWvpvpW +minus= 2211 Ec 3
donde We= trabajo proporcionado por una fuente externa por ejemplo un ventilador
o una bomba
Si se combinan las ecuaciones 2 y 3 se obtiene
22
222
211
211
1 22vp
gV
ggZJuWJQvp
gV
ggZJu
cce
cc
+++=+++++ Ec 4
Esta expresioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica se denomina a menudo
balance global de energiacutea del teorema de Bernoulli En esta expresioacuten no se incluye
ninguacuten teacutermino de friccioacuten ya que eacuteste representa una conversioacuten de energiacutea
mecaacutenica en calor sin que el contenido general de energiacutea del sistema sufra cambio
alguno
Los teacuterminos de energiacutea cineacutetica de las ecuaciones antes citadas se aplican
estrictamente soacutelo cuando la velocidad a traveacutes de una seccioacuten transversal dada es
uniforme Cuando se trata de un flujo turbulento en tuberiacuteas circulares el teacutermino
cgV
22 es de 3 a 8 por debajo del valor real en tanto que para un flujo laminar en
tuberiacuteas circulares el teacutermino de energiacutea cineacutetica apropiado es cg
V 2 que permite
cierto margen para la distribucioacuten de velocidad paraboacutelica
CAPIacuteTULO I
21
12212 Balance de energiacutea mecaacutenica
El cambio de energiacutea interna J du de una libra de fluido se expresa como
JT ds ndash p dv Si estaacuten presentes otras formas de energiacutea por ejemplo la eleacutectrica y
sufre un cambio tales formas deberaacuten incluirse tambieacuten La presencia de friccioacuten
hace que el proceso se torne irreversible de donde JT ds = J dq + dF donde
F=peacuterdida de friccioacuten Tomando en consideracioacuten esta peacuterdida de friccioacuten y la
situacioacuten de irreversibilidad la ecuacioacuten de balance de masa se convierte en
cce
cc gV
ggZ
WFpvg
Vg
gZ22
222
2
1
211 +=+minuspartminus+ int Ec 5
La ecuacioacuten 5 se denomina forma de energiacutea mecaacutenica del teorema de
Bernoulli Para liacutequidos la integral int part2
1
pv se reduce a ( )12 ppv minus donde v es
praacutecticamente constante
12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema
Existe una distincioacuten real entre la caiacuteda de presioacuten y la peacuterdida por friccioacuten
La caiacuteda de presioacuten representa una conversioacuten de energiacutea de presioacuten en cualquier otra
forma de energiacutea mientras que la peacuterdida por friccioacuten representa una peacuterdida neta de
la energiacutea de trabajo total disponible que caracteriza al fluido Los dos teacuterminos se
relacionan entre siacute por medio de la ecuacioacuten 5
Hay dos meacutetodos para evaluar la caiacuteda general de presioacuten de un sistema si se
recurre a varias resistencias en serie El primer meacutetodo comprende el caacutelculo de la
caiacuteda de presioacuten de cada resistencia individual tomando en cuenta el signo algebraico
correspondiente y luego sumando todos los teacuterminos que componen el sistema total
El segundo meacutetodo consiste en calcular la peacuterdida por friccioacuten de cada resistencia
individual la suma de todos los teacuterminos particulares y la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 5
para obtener la caiacuteda de presioacuten general La suma de las caiacutedas de presioacuten puede
utilizarse en sistemas compuestos de liacuteneas ramificadas
CAPIacuteTULO I
22
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS [4]
12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares
En el caso de flujo laminar en tuberiacuteas circulares el patroacuten de velocidad tiene
forma paraboacutelica con una velocidad maacutexima en el centro e igual a dos veces la
velocidad promedio (V) La velocidad local (u) en cualquier punto de la seccioacuten
transversal estaacute expresada por
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
2
2
12wrr
Vu Ec 6
donde r= radio en el punto en cuestioacuten y rw= radio de la tuberiacutea
12222 Flujo incompresible
El flujo se consideraraacute como incompresible si la sustancia en movimiento es
un liacutequido o si se trata de un gas cuya densidad cambia dentro del sistema en un
valor no mayor de 10 En este caso se utiliza la densidad de entrada el error
resultante en la caiacuteda de presioacuten calculada no sobrepasaraacute por lo comuacuten los liacutemites de
incertidumbre del factor de friccioacuten
12223 Tuberiacuteas circulares
La ecuacioacuten de Fanning para flujo estacionario en tuberiacuteas circulares
uniformes que corren llenas de liacutequido en condiciones isoteacutermicas
52
21
522
21
2
211
21 3232
244
24
DgqfL
DgfL
gG
DfL
hDfL
gV
DfL
Fccc
vc πρπ
ωρ
==⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛= Ec 7
expresa la peacuterdida por friccioacuten F en energiacutea especiacutefica donde D= diaacutemetro del
conducto L1= longitud del conducto hv= carga de velocidad (V22gc) ω= flujo en
peso del fluido q= flujo volumeacutetrico del fluido f= factor de friccioacuten de Fanning La
caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten es Δp= Fρ
El factor de friccioacuten de Fanning f es una funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la
aspereza de la superficie interna del canal (ε) Una correlacioacuten que se utiliza con
mucha frecuencia es el diagrama de Moody que es una graacutefica del factor de friccioacuten
CAPIacuteTULO I
23
de Fanning en funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la aspereza relativa εD tal como se
muestra en la figura 4 En la tabla 2 se presentan valores de ε para varios materiales
Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales
Material Aspereza de superficie ε [mm]
Tubos estirados (latoacuten plomo vidrio y similares) 000152
Acero comercial o hierro 00457
Hierro fundido asfaltado 0122
Hierro galvanizado 0152
Hierro fundido 0259
Duelas de madera 0183 - 00914
Concreto 0305 - 305
Acero remachado 0914 - 914
Figura 4 Diagrama de Moody
CAPIacuteTULO I
24
El diagrama de Moody para flujo turbulento (NRe gt 4000) se representa por
medio de la ecuacioacuten de Colebrook
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
fNDf Re
51273
log21 ε Ec 8
La ecuacioacuten anterior se reduce a la ecuacioacuten de Prandtl cuando εD=0
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
fNf Re
2561log41 Ec 9
Para tuberiacuteas rugosas se aplica la ecuacioacuten de von Kaacutermaacuten
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛minus=
Df 73log41 ε Ec 10
Cuando se tiene especificada la velocidad del flujo el factor de friccioacuten
puede ser calculado mediante la ecuacioacuten 11
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
7log6031 ReN
f Ec 11
O para NRe le 105 mediante la ecuacioacuten de Blasius
41Re
07910N
f = Ec 12
Para flujo turbulento (NRe gt 4000) se han desarrollado las ecuaciones
siguientes expliacutecitas en las incoacutegnitas Para el caacutelculo del flujo
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+
minus=
f
f
gDSDv
D
gDSDq
78173
log22
ε
π Ec 13
donde Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto
(ΔpgcρgL)
CAPIacuteTULO I
25
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten se cuenta con la
ecuacioacuten
2
90Re
2
5
74573
log
2030
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
ND
qgSD f
ε Ec 14
el error introducido al aplicar esta ecuacioacuten es menor de plusmn1 para el intervalo
5x103 le NRe le 108 10-6 le εD le 102
Para el caacutelculo del diaacutemetro del ducto se tiene
200200
3
5250
2
5
2
5
1250⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
f
ff
gSqv
qgS
qgSD ε Ec 15
el error que se tiene al aplicar esta ecuacioacuten es menor que plusmn2 para el intervalo
3x103 le NRe le 3x108 2x10-6 le εD le 2x102
Para verificaciones o estimaciones aproximadas el concepto carga de
velocidad puede aplicarse a la primera de las dos formas de la ecuacioacuten 7
12224 Fluidos no newtonianos
Mediante la figura 5 es posible determinar la caiacuteda de presioacuten debida a la
friccioacuten para el flujo laminar de fluidos no newtonianos en tuberiacuteas circulares Eacutesta
muestra una curva de flujo tiacutepica en coordenadas cartesianas DΔp4L es el esfuerzo
cortante en la pared τw y 8VD es la relacioacuten para la razoacuten de corte en la pared
CAPIacuteTULO I
26
Figura 5 Curva de flujo general
La curva de flujo se determina a partir de pruebas de laboratorio o a pequentildea
escala con el fluido no newtoniano especiacutefico
En la regioacuten laminar la curva es independiente del diaacutemetro de la tuberiacutea en
el caso de fluidos no newtonianos independientes del tiempo Si el fluido depende del
tiempo se obtendraacute una curva por separado para cada diaacutemetro y longitud de tuberiacutea
Para plaacutesticos de Bingham la ecuacioacuten teoacuterica del flujo es
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
4
31
3418
w
y
w
ywcgDV
ττ
ττ
ητ Ec 16
Si 4
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
w
yτ
τ es relativamente pequentildea por ejemplo en caso de esfuerzos
cortantes grandes o caiacutedas de presioacuten la ecuacioacuten puede ser aproximada por
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus= yw
cgDV ττ
η 348 Ec 17
El error causado al omitir el uacuteltimo teacutermino de la ecuacioacuten es inferior al 2
para τyτw menor a 04 La viscosidad aparente μa se obtiene al introducir la ecuacioacuten
anterior en la ecuacioacuten de Poiseuille
ητ
μ +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
VDg yc
a 6 Ec 18
τw = DΔp4L
8VD
Regioacuten laminar
Regioacuten turbulenta
CAPIacuteTULO I
27
En estas ecuaciones Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica η= viscosidad plaacutestica y
τy= esfuerzo de cedencia
Para aquellos fluidos a los que se aplica la ley de potencia sirve la ecuacioacuten
donde
( )[ ]⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus
=part
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ ⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛ Δpart
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛prime=
Δ
prime
prime
DV
nn
ru
nD
VL
pD
n
nnKK
DVK
LpD
w
n
n
84
13
8ln
4ln
413
84
Ec 19
Ec 20
Ec 21
Ec 22
nacute= exponente de la ley de potencia pendiente de la liacutenea de la graacutefica de
DΔp4L contra 8VD en coordenadas logariacutetmicas wr
u⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus = razoacuten del esfuerzo
cortante en la pared Kacute= constante Si nacute= 1 el fluido seraacute newtoniano si nacutelt1 se
trataraacute de un fluido pseudo plaacutestico o plaacutestico de Bingham y cuando nacutegt1 el fluido
seraacute dilatante
El liacutemite de flujo laminar constante o estable se toma comuacutenmente como
NacuteRe=2100 donde
1
2Re
8 minusprime
primeminusprime
prime=
==prime
nc
nn
Kg
VDdogeneralizaeynoldsRdenuacutemeroN
γγρ
o bien NacuteRe = DVρ μa = 2100 para plaacutesticos de Bingham
Ec 23 Ec 24
CAPIacuteTULO I
28
En flujos turbulentos la curva de flujo general (Fig 5) se interrumpe El
punto de interrupcioacuten seraacute diferente para distintos diaacutemetros de tuberiacutea Para predecir
la caiacuteda de presioacuten del flujo turbulento de fluidos no newtonianos independientes del
tiempo el factor de friccioacuten de Fanning se obtiene del diagrama de Moody aplicando
el nuacutemero generalizado de Reynolds Para fluidos que se comportan como plaacutesticos
de Bingham nacuteasymp1 en flujo turbulento la caiacuteda de presioacuten puede predecirse a partir de
la correlacioacuten de friccioacuten de Fanning para fluidos newtonianos utilizando para la
viscosidad del fluido la viscosidad plaacutestica (η)
Se puede lograr una reduccioacuten de la peacuterdida por friccioacuten en flujos turbulentos
de liacutequidos newtonianos agregando poliacutemeros solubles de alto peso molecular en
concentraciones extremadamente reducidas En estos sistemas el acuerdo general es
que el comportamiento de reduccioacuten de arrastre se asocia con la naturaleza
viscoelaacutestica de las soluciones en la regioacuten de corte cercana a la pared Es necesario
un poliacutemero de peso molecular miacutenimo para iniciar la reduccioacuten de arrastre con un
flujo especiacutefico Existe una concentracioacuten criacutetica por encima de la cual no ocurre la
reduccioacuten de arrastre Para determinar la reduccioacuten de arrastre maacutexima en tuberiacuteas
lisas se aplica la siguiente ecuacioacuten
580ReRe
5807350log191N
fmenteaproximadaofNf
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus= Ec 25
para 4000 lt NRe lt 40000
12225 Flujo no isoteacutermico
En flujos no isoteacutermicos de liacutequidos f se incrementa sensiblemente cuando el
liacutequido se estaacute enfriando y disminuye al calentarse Los datos disponibles que
corresponden mayormente a aceites se calculan de manera aproximada encontrando
primero f para el flujo isoteacutermico del liacutequido a la temperatura de la corriente principal
y luego dividiendo el resultado en caso de enfriamiento entre (μaμw)023 si se
encuentra en la regioacuten laminar o por (μaμw)011 si estaacute en la regioacuten turbulenta o bien
en casos de calentamiento por (μaμw)038 si se trata de la regioacuten laminar o por
(μaμw)017 si es la turbulenta En este caso μa es la viscosidad a la temperatura de la
CAPIacuteTULO I
29
corriente principal y μw es la viscosidad a la temperatura de la pared Ademaacutes ρ=1v
variacutea con la temperatura pero debido a la incompresibilidad no lo hace con la
presioacuten Por lo tanto la ecuacioacuten 26 se utiliza para calcular la caiacuteda de presioacuten en
conductos de caudal completo por ejemplo tubos intercambiadores de calor
( )Lk
gg
RgLvfG
gvvG
pp promcHc
prom
c
ρ++minus
=minus2
212
2
21 Ec 26
Donde p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba p2= presioacuten estaacutetica corriente
abajo v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba v2= volumen
especiacutefico en condiciones corriente abajo vprom= volumen especiacutefico promedio
ρprom= densidad promedio K= sen θ en donde θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la
horizontal
El flujo de liacutequidos viscosos en canales pequentildeos por ejemplo tubos
capilares va acompantildeado con frecuencia de grandes caiacutedas de presioacuten La conversioacuten
de la energiacutea de trabajo en calor a traveacutes del esfuerzo cortante viscoso genera un
aumento de temperatura apreciable ΔTa= ΔpcvρJ en donde ΔTa= aumento global de
la temperatura y cv= calor especiacutefico del fluido El aumento en la velocidad de flujo
debido a una reduccioacuten de viscosidad es mucho mayor que la que corresponde al
aumento global de temperatura ya que gran parte del calor se genera cerca de las
paredes del canal lo cual genera un aplanamiento del perfil de velocidad
12226 Flujo turbulento
Las foacutermulas y los meacutetodos generales incluidos bajo el tiacutetulo ldquoflujo
incompresiblerdquo se aplican soacutelo a una longitud diferencial del conducto a traveacutes del
cual se considera que la densidad es constante Por ende generalmente se usa la
ecuacioacuten de Fanning en su forma diferencial
HcHcc RgfG
RgfV
DgfV
xF
2
222
2224
ρ===
partpart Ec 27
CAPIacuteTULO I
30
Al sustituir esta uacuteltima ecuacioacuten en la forma diferencial del balance de
energiacutea mecaacutenica se tiene
xgg
RgfV
gVVpv
cHcc
part⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
part+part θsen
2
2 Ec 28
donde v= 1ρ = volumen especiacutefico del fluido (sen θ) dx = dz = distancia vertical a
traveacutes de la cual el fluido se eleva cuando se desplaza a una distancia dx a lo largo de
una tuberiacutea We del balance de energiacutea se iguala a cero suponiendo que no hay
ninguna bomba conectada a la liacutenea En ductos uniformes la velocidad de masa G=
Vv es constante de manera que si p se conoce como una funcioacuten exclusiva de v v dp
se escribe como φ(v)dv En tal caso cuando senθ es constante las variables de la
ecuacioacuten anterior son separables y se puede hacer la integracioacuten exacta aunque
pudieran requerirse procedimientos graacuteficos
12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales)
Al integrar la uacuteltima ecuacioacuten para el caso de gases ideales se obtiene la
siguiente expresioacuten
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=minus
2
12
22
21 ln
21
pp
fLR
MRgRTfLGpp H
Hc
Ec 29
En conductos de longitud apreciable el uacuteltimo teacutermino entre pareacutentesis es
generalmente despreciable a menos que la caiacuteda de presioacuten sea muy grande Por
ejemplo si LD = 100 (p1-p2)p1 puede ser tan grande como 020 antes que el error
introducido al omitir el uacuteltimo teacutermino sea tan grande como la incertidumbre del
factor de friccioacuten Cuando se omite el uacuteltimo teacutermino la ecuacioacuten se describe como
sigue
Hpromc RgfLGpp
acute
2
21 2 ρ=minus Ec 30
donde ρprom= densidad a la presioacuten promedio (p1-p2)2 Para una tuberiacutea circular
CAPIacuteTULO I
31
12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento
Al seleccionar el tamantildeo de tuberiacutea que va a utilizarse en un sistema de
manejo de fluidos se tiene con frecuencia una variedad de diaacutemetros permisibles que
comprenden dos o maacutes tamantildeos estaacutendar de tuberiacutea En tales casos la seleccioacuten final
deberaacute realizarse sobre una base econoacutemica de modo que el uacuteltimo incremento de la
inversioacuten reduzca los costos de operacioacuten lo suficiente para producir la recuperacioacuten
miacutenima requerida sobre la inversioacuten Cuando se trata de liacuteneas de tuberiacuteas largas que
se tienden a campo traviesa utilizando tuberiacuteas de aleacioacuten de longitud y complejidad
apreciable o tuberiacuteas con vaacutelvulas de control conviene efectuar anaacutelisis detallados de
la inversioacuten y los costos de operacioacuten
12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar
Las liacuteneas de tuberiacutea para el transporte de liacutequidos de gran viscosidad en
plantas quiacutemicas o refineriacuteas de petroacuteleo raramente se disentildean basaacutendose en forma
exclusiva en los aspectos econoacutemicos Sucede maacutes a menudo que el tamantildeo estaacute
condicionado por la caiacuteda de presioacuten disponible limitaciones del esfuerzo cortante o
por consideraciones del tiempo de residencia [4]
122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas
Las determinaciones experimentales de la resistencia de accesorios y vaacutelvulas
usualmente se llevan a cabo midiendo la peacuterdida general por friccioacuten en un sistema
constituido de dos o maacutes longitudes de tuberiacutea recta conectadas en serie por medio de
un nuacutemero apropiado de accesorios o vaacutelvulas ideacutenticos Para obtener la peacuterdida
producida por estos elementos la peacuterdida por friccioacuten en una tuberiacutea recta se resta de
la peacuterdida general o total por friccioacuten Existen tres convenios especiacuteficos ya
establecidos para calcular la longitud de la tuberiacutea recta del sistema de prueba
1) Se toma la longitud verdadera de la liacutenea central de todo el sistema
2) Se suman las longitudes de los tramos individuales de tuberiacutea que son
verdaderamente rectos
CAPIacuteTULO I
32
3) Se suman las distancias entre las intersecciones de las liacuteneas centrales
alargadas correspondientes a tuberiacuteas rectas sucesivas
122211 Accesorios y vaacutelvulas
Para flujo turbulento la peacuterdida adicional por friccioacuten producida por
accesorios y vaacutelvulas se justifica expresando la peacuterdida ya sea como una longitud
equivalente de tuberiacutea recta en diaacutemetros de tuberiacutea LeD o como la cantidad de
cargas de velocidad (K1) peacuterdidas en una tuberiacutea del mismo tamantildeo K1 se define
como sigue
cgV
FK2
21Δ
= Ec 31
donde ΔF= peacuterdida adicional por friccioacuten (peacuterdida total por friccioacuten menos peacuterdida
por friccioacuten correspondiente a la longitud de la liacutenea central de la tuberiacutea recta) Las
cantidades LeD y K1 no son del todo comparables pero ambas son exactas dentro de
los liacutemites de los datos disponibles o diferentes en detalles a los accesorios y vaacutelvulas
comerciales existentes Teoacutericamente K1 deberaacute ser constante para todos los tamantildeos
de un disentildeo de accesorios o vaacutelvulas dadas si todos ellos fueran geomeacutetricamente
similares sin embargo raramente se logra esa similitud geomeacutetrica Los datos
indican que la resistencia K1 tiende a disminuir al incrementarse el tamantildeo del
accesorio o la vaacutelvula
Para liacuteneas fuera de planta la longitud de tuberiacutea recta aproximada puede ser
estimada del plano de distribucioacuten Debido a que los accesorios en liacuteneas fuera de
planta tienen usualmente una longitud equivalente comprendida entre 20 y 80 de
la longitud real se puede aplicar un factor multiplicador entre 12 y 18 para estimar
longitudes de tuberiacuteas rectas [2]
La tabla 3 muestra valores de longitudes equivalentes de tuberiacutea recta nueva
para peacuterdida por friccioacuten en vaacutelvulas y accesorios en pies para acero al carboacuten con
rugosidad= 00018 in (para flujo completamente turbulento) seguacuten el diaacutemetro de la
tuberiacutea
CAPIacuteTULO I
33
Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta (ft)
Tomado del Manual de Ingenieriacutea de Disentildeo de PDVSA Volumen 13ndashIII LndashTP 15
Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Procedimiento de Ingenieriacutea
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS
1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS [4]
La necesidad de bombear fluidos surge de la necesidad de transportar eacutestos
de un lugar a otro a traveacutes de ductos o canales El movimiento de un fluido a traveacutes de
un ducto o canal se logra por medio de una transferencia de energiacutea Los medios
comuacutenmente empleados para lograr flujo en los fluidos son gravedad
CAPIacuteTULO I
34
desplazamiento fuerza centriacutefuga fuerza electromagneacutetica transferencia de cantidad
de movimiento (momento) impulso mecaacutenico o combinaciones de estos medios
Despueacutes de la gravedad el medio maacutes empleado es la fuerza centriacutefuga
12311 Desplazamiento
La descarga de un fluido de recipiente mediante desplazamiento parcial o
total de su volumen interno con un segundo flujo o por medios mecaacutenicos es el
principio de funcionamiento de muchos dispositivos de transporte de fluidos En este
grupo se incluyen maacutequinas de diafragma y de pistoacuten de movimiento alternativo los
tipos de engranajes y paletas giratorias los compresores de pistoacuten para fluidos los
depoacutesitos ovalados para aacutecidos y los elevadores por accioacuten de aire
12312 Fuerza centriacutefuga
Cuando se utiliza fuerza centriacutefuga eacutesta es proporcionada por medio de una
bomba centriacutefuga o de un compresor Aunque variacutea mucho el aspecto fiacutesico de los
diversos tipos de compresores y bombas centriacutefugas la funcioacuten baacutesica de cada uno de
ellos es siempre la misma es decir producir energiacutea cineacutetica mediante la accioacuten de
una fuerza centriacutefuga y a continuacioacuten convertir parcialmente esta energiacutea en
presioacuten mediante la reduccioacuten eficiente de la velocidad del fluido en movimiento
En general los dispositivos centriacutefugos de transporte de fluidos tienen las
caracteriacutesticas siguientes
1 La descarga estaacute relativamente libre de pulsaciones
2 El disentildeo mecaacutenico se presta a flujos elevados lo que significa que las
limitaciones de capacidad constituyen raramente un problema
3 Pueden asegurar un desempentildeo eficiente a lo largo de un intervalo amplio
de presiones y capacidades incluso cuando funcionan a velocidad
constante
4 La presioacuten de descarga es una funcioacuten de la densidad del fluido
5 Son dispositivos de velocidad relativamente baja y maacutes econoacutemicos
CAPIacuteTULO I
35
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber queacute liacutequido se
va a manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa La tarea de seleccioacuten de bombas se complica con frecuencia por la
presencia de soacutelidos en el liacutequido y las caracteriacutesticas de corrosioacuten del liacutequido que
exigen materiales especiales de construccioacuten Los soacutelidos pueden acelerar la erosioacuten y
corrosioacuten tener tendencia a aglomerarse o pueden exigir un manejo delicado para
evitar la degradacioacuten indeseable
Debido a la gran variedad de tipos de bombas y la cantidad de factores que
determinan la seleccioacuten de cualquiera de ellas para una instalacioacuten especiacutefica el
disentildeador debe eliminar primero todas las que no ofrezcan posibilidades razonables
La seleccioacuten de los materiales de construccioacuten de bombas estaacute de acuerdo con las
consideraciones sobre corrosioacuten erosioacuten seguridad del personal y contaminacioacuten del
liacutequido [4]
1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS
Las ventajas primordiales de una bomba centriacutefuga son la sencillez el bajo
costo inicial el flujo uniforme (sin pulsaciones) el pequentildeo espacio necesario para su
instalacioacuten los bajos costos de mantenimiento el funcionamiento silencioso y su
capacidad de adaptacioacuten para su empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de
turbina
Una bomba centriacutefuga en su forma maacutes simple consiste en un impulsor que
gira dentro de una carcasa Los impulsores pueden tener ejes de rotacioacuten horizontales
o verticales para adaptarse al trabajo que se vaya a realizar Por lo comuacuten los
impulsores resguardados o de tipo cerrado suelen ser maacutes eficientes Los impulsores
de tipo abierto o semiabierto se emplean para liacutequidos viscosos o que contengan
CAPIacuteTULO I
36
materiales soacutelidos asiacute como tambieacuten en muchas bombas pequentildeas para servicios
generales [4]
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS
1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN [4]
El coacutedigo para tuberiacuteas a presioacuten (ASME B31) consiste en cierto nuacutemero de
secciones que constituyen en forma colectiva el coacutedigo Las secciones se publican
como documentos independientes por sencillez y conveniencia Las secciones
difieren sensiblemente unas de otras El alcance y aplicacioacuten del Coacutedigo B313 se
refiere a todas aquellas tuberiacuteas dentro de los liacutemites de las instalaciones dedicadas al
procesamiento y manejo de productos petroquiacutemicos y conexos salvo aquellos
proscritos por el coacutedigo
El Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code (ASME B313) es
una seccioacuten de ASME B31 derivado de la fusioacuten de los coacutedigos de tuberiacuteas para
plantas quiacutemicas (ASME B316) y refineriacuteas de petroacuteleo (ASME B313)
El American National Standards Institute (ANSI) y el American Petroleum
Institute (API) han establecido normas dimensionales para los componentes de
tuberiacuteas maacutes utilizados En las secciones del coacutedigo ASME B31 es posible encontrar
especificaciones sobre materiales de tuberiacuteas y accesorios y meacutetodos de prueba de la
American Society for Testing and Materials (ASTM) especificaciones de la
American Welding Society (AWS) y normas de la Manufacturers Standardization
Society of the Valve and Fitting Industry (MSS) Muchas de estas normas contienen
relaciones de presioacuten-temperatura que sirven como ayuda a los ingenieros en su
trabajo de disentildeo No obstante debe tenerse en cuenta que el empleo de normas
publicadas no elimina la necesidad de aplicar el criterio de ingenieriacutea
La introduccioacuten del coacutedigo establece requisitos de ingenieriacutea considerados
como necesarios para el disentildeo seguro y la construccioacuten de sistemas de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
37
Aunque la seguridad es la consideracioacuten baacutesica del coacutedigo no es el factor que
predomina en la especificacioacuten final de ninguacuten sistema de tuberiacutea a presioacuten
Los disentildeadores deben tener en cuenta que el coacutedigo no es un manual de
disentildeo y no se establece para evitar la necesidad de un criterio de ingenieriacutea
competente
1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS [4]
La seleccioacuten de materiales que resistan al deterioro a consecuencia del uso
estaacute fuera del alcance del coacutedigo ASME B313 no obstante la experiencia ha
ayudado a recopilar las siguientes consideraciones sobre los materiales
1) Posible exposicioacuten al fuego con respecto a la peacuterdida de elasticidad
temperatura de degradacioacuten punto de fusioacuten o combustibilidad de la tuberiacutea
o material de soporte
2) Capacidad del aislamiento teacutermico para proteger la tuberiacutea del fuego
3) Sensibilidad de la tuberiacutea a fallas quebradizas que puedan ocasionar una
peligrosa fragmentacioacuten o falla al choque teacutermico cuando se expone al
fuego
4) Sensibilidad de los materiales de la tuberiacutea al agrietamiento por corrosioacuten en
aacutereas donde existe estancamiento (juntas roscadas) o efectos electroliacuteticos
nocivos cuando el metal es puesto en contacto con otro metal diferente
5) La conveniencia de utilizar empaques sellos rellenos y lubricantes que sean
compatibles con el fluido que se maneja
6) El efecto refrigerante de peacuterdidas repentinas de presioacuten en fluidos volaacutetiles
al determinar la temperatura miacutenima de empleo esperada
CAPIacuteTULO I
38
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos
Las siguientes son caracteriacutesticas que deben evaluarse cuando se utilicen
materiales metaacutelicos para la tuberiacutea
1 Hierro colado maleable y alto silicio (145) Su baja ductilidad y su
sensibilidad a los choques teacutermicos y mecaacutenicos
2 Acero al carbono y aceros de baja e intermedias aleaciones
- La posibilidad de resquebrajamiento cuando se manejen fluidos alcalinos o
caacuteusticos
- La posible degradacioacuten de carburos a grafito cuando se tenga una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 427degC Esto se debe
considerar para aleaciones de acero al carbono acero-niacutequel acero al
carbono-manganeso acero al manganeso-vanadio y acero al carbono-silicio
- La posible conversioacuten de carburos en grafito cuando se tiene una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 468degC la aleacioacuten de
acero al carbono-molibdeno acero al manganeso-molibdeno-vanadio y
acero al cromo-vanadio
- Las ventajas de utilizar acero al silicio-carbono (01 de silicio como
miacutenimo) para temperaturas superiores a 480degC
- La posibilidad de ataque por hidroacutegeno cuando la tuberiacutea es expuesta a este
elemento o a soluciones acuosas aacutecidas en ciertas condiciones de presioacuten y
temperatura
- La posibilidad de que la tuberiacutea se deteriore cuando se exponga a sulfuro de
hidroacutegeno
3 Acero de altas aleaciones (inoxidable)
- La posibilidad de que la corrosioacuten llegue a tener proporciones importantes
cuando la tuberiacutea de aceros inoxidables austeniacuteticos se exponga a medios
como cloruros y haluros ya sea externa o internamente Lo anterior puede
CAPIacuteTULO I
39
ser el resultado de una seleccioacuten o aplicacioacuten inadecuada del aislamiento
teacutermico
- La sensibilidad a la corrosioacuten intergranular del acero inoxidable austeniacutetico
despueacutes de estar expuesto a temperaturas entre 427 y 871degC a menos que se
establezca o se utilice acero al carbono de bajo grado
- La posibilidad de un ataque intercristalino del acero inoxidable austeniacutetico
por contacto con zinc o plomo a temperaturas por encima de sus puntos de
fusioacuten o con muchos compuestos de zinc y plomo a temperaturas elevadas
similares
- La fragilidad del acero inoxidable ferriacutetico a temperatura ambiente
posterior al uso por encima de 370degC
4 Niacutequel y aleaciones a base de Niacutequel
- La sensibilidad al ataque superficial del niacutequel y aleaciones a base de niacutequel
que no contengan cromo cuando se expongan a pequentildeas cantidades de
azufre a temperaturas superiores a 315degC
- La sensibilidad al ataque superficial de las aleaciones a base de niacutequel que
contengan cromo a temperaturas superiores a 595degC en condiciones
reductoras y por encima de 760degC en condiciones oxidantes
- La posibilidad de un ataque por corrosioacuten en forma de grietas a aleaciones
de niacutequel-cobre en vapores de aacutecido fluorhiacutedrico si la aleacioacuten es sometida
a gran esfuerzo o contiene residuos de soldadura o del molde
5 Aluminio y aleaciones de aluminio
- La compatibilidad de los componentes roscados con aluminio para prevenir
la ligadura o atenazamiento en las uniones
- La posibilidad de corrosioacuten a causa del concreto mortero cal yeso y otros
materiales alcalinos empleados en la construccioacuten u otras estructuras
CAPIacuteTULO I
40
- La posibilidad de que las aleaciones 5154 5087 5083 y 5456 sufran
exfoliacioacuten o ataque intergranular y que la temperatura superior sea de
65degC a fin de evitar tal deterioro
6 Cobre y aleaciones de cobre
- La posibilidad de que las aleaciones de bronce se degraden en el contenido
de zinc
- La sensibilidad a la corrosioacuten por las aleaciones a base de cobre
- La posibilidad de formacioacuten de acetiluros inestables cuando se exponen a
acetileno
7 Titanio y aleaciones de titanio la posibilidad de que las tuberiacuteas de titanio y
sus aleaciones sufran deterioro cuando la temperatura sea superior a 315degC
8 Zirconio y aleaciones de zirconio la posibilidad de que se deteriore la
tuberiacutea cuando la temperatura sea superior a 315degC
9 Tantalio cuando la temperatura sea superior a 300degC existe la posibilidad de
que el tantalio reaccione con todos los gases excepto los inertes Por debajo
de esta temperatura la tuberiacutea puede ser quebradiza a consecuencia del
hidroacutegeno naciente (monoatoacutemico no molecular) El hidroacutegeno naciente se
produce por accioacuten galvaacutenica o surge a consecuencia de la corrosioacuten
originada por algunos componentes quiacutemicos
1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL
CARBONO Y ACERO INOXIDABLE [4]
Los sistemas de tuberiacuteas de metales ferrosos que incluyen los aceros
maleables al carbono e inoxidables son los que maacutes se utilizan y tienen mayor
cobertura de parte de las normas internacionales
CAPIacuteTULO I
41
12431 Tubos y tuberiacuteas
Se dividen en dos clases principales soldados y sin costura Las tuberiacuteas sin
costura como designacioacuten comercial son las tuberiacuteas hechas mediante el forjado de
un soacutelido circular su perforacioacuten mediante la rotacioacuten simultaacutenea y el paso obligado
sobre una punta perforada y su reduccioacuten mediante el laminado y el estiramiento Sin
embargo se producen tambieacuten tubos y tuberiacuteas sin costura mediante la extrusioacuten el
colado en moldes estaacuteticos o centriacutefugos la forja y la perforacioacuten La tuberiacutea sin
costura tiene la misma resistencia a lo largo de toda la pared Las tuberiacuteas sin costura
perforadas tienen con frecuencia la superficie interna exceacutentrica con relacioacuten a la
externa lo que da como resultado un espesor no uniforme en las paredes
Las tuberiacuteas soldadas se hacen con bandas laminadas conformadas en
cilindros y soldadas en las costuras por varios meacutetodos Se atribuye a las soldaduras
del 60 al 100 de la resistencia de las paredes de la tuberiacutea dependiendo de los
procedimientos de soldadura e inspeccioacuten Se pueden obtener diaacutemetros mayores y
razones maacutes bajas de espesores de las paredes respecto al diaacutemetro en las tuberiacuteas
soldadas que en las tuberiacuteas sin costura (aparte de las coladas) Se obtiene un espesor
uniforme de las paredes Las pruebas hidrostaacuteticas no revelan tramos muy cortos de
soldaduras completadas en forma parcial Esto presenta la posibilidad de que se
puedan desarrollar prematuramente fugas pequentildeas cuando se manejen fluidos
corrosivos o se exponga la tuberiacutea a la corrosioacuten externa Es preciso tomar en cuenta
la soldadura en los procedimientos de desarrollo para el acodamiento el abocinado y
la expansioacuten de las tuberiacuteas soldadas
Las combinaciones de espesor adicional tamantildeo adicional y espesor de pared
se encuentran disponibles para la manufactura de tubos Las clasificaciones maacutes
comunes de tubos son ldquoa presioacutenrdquo y ldquomecaacutenicardquo El espesor de pared (medido) se
especifica por la ldquopared mediardquo o ldquopared miacutenimardquo La pared miacutenima es maacutes costosa
que la pared media y a consecuencia de las tolerancias maacutes estrechas para espesor de
pared y diaacutemetro la medicioacuten para ambos sistemas hace que la tuberiacutea a presioacuten sea
maacutes costosa Sin embargo los tubos soldados de acero al carbono de pared media
CAPIacuteTULO I
42
resistentes a la electricidad con diaacutemetro externo de 2⅜ 2⅞ 3frac12 4frac12 in obtenidos de
bobinas sobre rodillos de formado progresivo y probadas electromagneacuteticamente maacutes
que a presioacuten compiten vigorosamente con las tuberiacuteas
12432 Juntas
Las tuberiacuteas se deben unir a otras tuberiacuteas y otros componentes El disentildeo
oacuteptimo requiere un trabajo de montaje miacutenimo y preveacute la misma resistencia que posee
la tuberiacutea para
1) Presioacuten interna en lo que se refiere a las fracturas y fugas
2) Momentos de torsioacuten que se producen al tender tramos largos de tuberiacuteas
entre los soportes o debido a la dilatacioacuten teacutermica en las tuberiacuteas con
acodamientos dobles
3) Deformacioacuten axial por la presioacuten interna que actuacutea sobre los cambios de
direccioacuten llaves ciegas y vaacutelvulas cerradas o por la contraccioacuten teacutermica en
los tramos rectos
4) Fractura o fugas en el caso de que se produzca alguacuten incendio
Las juntas de tuberiacuteas ideales estaacuten libres de cambios en cualquier dimensioacuten
de pasaje del flujo o la direccioacuten que incremente la caiacuteda de presioacuten o impida el
drenaje completo Estaraacute libre de hendiduras en las que se pueda acelerar la corrosioacuten
Requeriraacute un trabajo miacutenimo para su desmontaje Al efectuar la seleccioacuten seraacute preciso
tomar en cuenta la frecuencia con la que se tendriacutea que desmontar la junta En
teacuterminos generales las juntas faacuteciles de desmontar son deficientes en alguno de los
otros requisitos de las juntas ideales
Juntas soldadas La junta maacutes utilizada en los sistemas de tuberiacuteas es la de
soldadura por ensamble En todos los metales duacutectiles de tuberiacuteas que se pueden
soldar hay codos tes tuberiacuteas ramas laterales reductores tapones vaacutelvulas bridas y
juntas de abrazadera en V en todos los espesores de paredes con extremos preparados
para la soldadura por ensamble La resistencia de la junta igual a la tuberiacutea original
(con excepcioacuten de las tuberiacuteas endurecidas para el trabajo que se templan mediante la
CAPIacuteTULO I
43
soldadura) el patroacuten de flujo sin distorsiones y la resistencia generalmente iacutentegra a
la corrosioacuten compensan ampliamente la necesaria alineacioacuten cuidadosa del trabajo
competente y los equipos que se requieren
Soldaduras de bifurcaciones estas soldaduras eliminan la necesidad de
adquirir tes y no requieren maacutes metal de soldadura que estas uacuteltimas Donde la
bifurcacioacuten se acerque al tamantildeo del tramo principal se necesita una preparacioacuten
cuidadosa del extremo de la tuberiacutea ramificada y la del tramo principal se debilita
debido a la soldadura
12433 Codos y accesorios
Los cambios de direccioacuten de los sistemas de tuberiacuteas requieren curvas y
codos Las curvas se pueden hacer en friacuteo o en caliente La pared exterior se adelgaza
en una cantidad que variacutea con el procedimiento utilizado Se requiere un templado
subsiguiente en algunos materiales Para evitar las arrugas y el aplastamiento
excesivo es necesario el relleno con arena para el doblado en friacuteo dependiendo de las
relaciones del diaacutemetro exterior de la tuberiacutea respecto al radio de la liacutenea central de la
curva y al espesor de la pared de la tuberiacutea Para curvas con un radio de eje
correspondiente a cinco veces el diaacutemetro nominal de la tuberiacutea no se requiere
soporte interno cuando el espesor de la pared sea al menos del 6 del diaacutemetro
exterior de la tuberiacutea
Los codos se pueden formar mediante vaciado forja o conformacioacuten en
caliente o friacuteo mediante trozos cortados de tuberiacutea o al soldar piezas de tuberiacuteas
cortadas con un aacutengulo de inclinacioacuten El flujo en las curvas y los codos es maacutes
turbulento que en las tuberiacuteas rectas por lo que aumentan la corrosioacuten y la erosioacuten
Esto se puede contrarrestar al escoger un componente con mayor radio de curvatura
pared maacutes gruesa o un contorno interior maacutes liso pero raramente resulta econoacutemico
en los codos con aacutengulo de inclinacioacuten
CAPIacuteTULO I
44
12434 Vaacutelvulas
Los cuerpos de las vaacutelvulas pueden manufacturarse en hierro colado forjado
maquinado a partir de barras soacutelidas o fabricado a partir de placas soldadas Se
dispone de vaacutelvulas de acero con extremos roscados o casquillos de soldadura en los
tamantildeos maacutes pequentildeos Las vaacutelvulas con extremos roscados de bronce y latoacuten son
muy utilizadas para servicio de fluidos a baja presioacuten en sistemas de acero
Las vaacutelvulas sirven no soacutelo para regular el flujo de fluidos sino tambieacuten para
aislar equipos o tuberiacuteas para el mantenimiento sin interrumpir otras unidades
conectadas El disentildeo de la vaacutelvula deberaacute evitar que los cambios de presioacuten y
temperatura y las deformaciones de las tuberiacuteas conectadas distorsionen o
establezcan una mala alineacioacuten en las superficies de sellado Estas uacuteltimas deberaacuten
ser de material y disentildeo tales que la vaacutelvula permanezca hermeacutetica durante un periodo
de servicio razonable
Vaacutelvulas de compuerta estas vaacutelvulas se disentildean en dos tipos La compuerta
de cuntildea del tipo de asiento inclinado es la que maacutes se utiliza La compuerta de cuntildea
suele ser soacutelida pero es posible que sea tambieacuten flexible (cortada parcialmente en
mitades por un plano en aacutengulo recto con la tuberiacutea) o dividida (cortada
completamente por ese plano) Las cuntildeas flexibles y divididas minimizan el raspado
de la superficie de sellado al distorsionarse con mayor facilidad para coincidir con
los asientos de mala alineacioacuten angular En el tipo de asiento paralelo y disco doble
un dispositivo de plano inclinado montado entre los discos convierte la fuerza del
vaacutestago en fuerza axial oprimiendo los discos contra los asientos despueacutes que se
situacutean en su posicioacuten adecuada para el cierre
Vaacutelvulas de globo eacutestas se disentildean con vaacutestago ascendente de rosca interna o
externa Las vaacutelvulas pequentildeas son generalmente del tipo de rosca interna mientras
que en los tamantildeos mayores se prefiere el de rosca externa En la mayor parte de los
disentildeos los discos tienen la libertad de girar sobre los vaacutestagos esto evita las
raspaduras entre el disco y el asiento
CAPIacuteTULO I
45
Vaacutelvulas angulares estas vaacutelvulas son similares a las de globo se utilizan en
ambos casos los mismos casquetes vaacutestagos y discos Combinan un codo y una
vaacutelvula de globo en un componente con ahorro importante de caiacuteda de presioacuten Las
vaacutelvulas angulares bridadas son maacutes faacuteciles de retirar y reemplazar que las de globo
bridadas
Vaacutelvulas de diafragma estas vaacutelvulas se limitan a presiones de
aproximadamente 50 psi Los diafragmas reforzados con tela se pueden hacer de
caucho natural un hule sinteacutetico o cauchos naturales o sinteacuteticos recubiertos con
tefloacuten Estas vaacutelvulas son excelentes para los fluidos con soacutelidos en suspensioacuten y se
pueden instalar en cualquier posicioacuten
Llaves de macho o tapoacuten estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas por debajo
de 260degC puesto que la expansioacuten diferencial entre el tapoacuten y el cuerpo hace que se
atore El tamantildeo y la forma del orificio divide esas vaacutelvulas en tipos diferentes
venturi corto orificio rectangular reducido venturi largo orificio rectangular
completo y orificio redondo completo
Vaacutelvulas de bola estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas que tienen pocos
efectos sobre sus asientos de plaacutestico Puesto que el elemento sellador es una bola su
alineacioacuten con el eje del vaacutestago no es esencial para el cierre hermeacutetico En las
vaacutelvulas de bola libre la esfera se puede desplazar en sentido axial El diferencial de
presioacuten a traveacutes de la vaacutelvula obliga a la bola en posicioacuten cerrada a oprimirse contra
el asiento de corriente abajo y este uacuteltimo contra el cuerpo En las vaacutelvulas de bola
fija la bola gira sobre extensiones del vaacutestago y los cojinetes se sellan con anillos en
O
Vaacutelvulas de mariposa estas vaacutelvulas ocupan menos espacio en la liacutenea que
cualquier otra vaacutelvula Se logra un sellado relativamente hermeacutetico sin desgaste
excesivo de los asientos ni un esfuerzo operacional de torsioacuten demasiado grande
mediante diversos meacutetodos como asientos elaacutesticos anillos de pistoacuten sobre el disco e
inclinacioacuten del vaacutestago para limitar el contacto entre las porciones del disco maacutes
cercanas al vaacutestago y el asiento del cuerpo en unos cuantos grados de curvatura
CAPIacuteTULO I
46
Vaacutelvulas de retencioacuten de columpio estas vaacutelvulas se utilizan para evitar la
inversioacuten del flujo El disentildeo normal es para emplearse solamente en liacutenea horizontal
donde la fuerza de gravedad sobre el disco sea maacutexima al comienzo del cierre y
miacutenima al final
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS
12441 Seguridad
La seguridad se puede definir como la estipulacioacuten de medidas de proteccioacuten
que se requieren para asegurar una operacioacuten sin riesgos de un sistema propuesto de
tuberiacutea Entre las consideraciones generales a evaluar deberiacutean contarse las
siguientes
1) Las caracteriacutesticas peligrosas del fluido a manejar
2) La cantidad de fluido que se escaparaacute a consecuencia de una falla en la
tuberiacutea
3) El efecto de una falla (por ejemplo peacuterdidas de agua de enfriamiento) en la
seguridad de toda la planta
4) Evaluacioacuten de los efectos de una reaccioacuten con el medio ambiente
5) El probable grado de exposicioacuten del personal de operacioacuten o mantenimiento
6) La seguridad de la tuberiacutea seguacuten los materiales de construccioacuten meacutetodos de
unioacuten y el servicio que recibiraacute la tuberiacutea
12442 Condiciones de disentildeo
Las definiciones de temperaturas presiones y otros aspectos aplicables al
disentildeo de sistemas de tuberiacuteas se muestran a continuacioacuten
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo de un sistema de tuberiacuteas no seraacute
menor que la presioacuten en las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura para el espesor mayor o relacioacuten presioacuten-temperatura requerida [4]
CAPIacuteTULO I
47
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del
material representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura Cuando se trate de tuberiacutea metaacutelica no aislada con fluido a una
temperatura inferior a 38degC la temperatura del metal seraacute considerada como la
temperatura del fluido
Cuando un fluido se encuentre a una temperatura igual o superior a 38degC y la
tuberiacutea no tenga aislamiento externo la temperatura del metal seraacute tomada como un
porcentaje de la temperatura del fluido a menos que se determine una temperatura
maacutes baja por experimentacioacuten o caacutelculo Para tuberiacutea vaacutelvulas roscadas y con
extremos soldados accesorios y otros componentes con un espesor de pared
comparable al de esa tuberiacutea el porcentaje seraacute de 95 para bridas vaacutelvulas y
accesorios bridados seraacute de 90 para bridas con junta de solapa seraacute de 85 y para
pernos de 80 [4]
Influencias ambientales Cuando el enfriamiento provoque vaciacuteo en la liacutenea
el disentildeo debe estipular alguacuten rompedor de vaciacuteo o presioacuten externa tambieacuten debe
considerarse la expansioacuten teacutermica de objetos atrapados entre las vaacutelvulas cerradas [4]
La caracteriacutestica de ciertos servicios es la variacioacuten ocasional de la presioacuten o
temperatura o ambas variables por debajo de los niveles de operacioacuten pero no deben
tomarse en cuenta estas variaciones si se han cumplido los criterios citados Por otra
parte las condiciones maacutes graves de presioacuten y temperatura coincidentes durante la
variacioacuten seraacuten las que se empleen para establecer las condiciones de disentildeo
Se deben satisfacer los siguientes criterios
1 El sistema no debe tener componentes de hierro colado u otro metal no duacutectil
expuestos a presioacuten
2 Los esfuerzos nominales de presioacuten no deben exceder el esfuerzo elaacutestico a la
temperatura especificada
3 Los esfuerzos longitudinales combinados no deben exceder los liacutemites
establecidos en el coacutedigo ASME
CAPIacuteTULO I
48
4 El nuacutemero de ciclos (variaciones) no debe exceder el valor 7000 durante la
vida del sistema de tuberiacutea
5 Las variaciones ocasionales por encima de lo establecido en las condiciones
de disentildeo deben estar dentro de uno de los liacutemites siguientes para el disentildeo de
la presioacuten
a) Cuando la variacioacuten no persista un tiempo superior a 10 horas en cada
ocasioacuten y 100 horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el
esfuerzo permisible para la presioacuten de disentildeo a la temperatura de la
condicioacuten incrementada en un valor no mayor a 33
b) Cuando la variacioacuten no persista maacutes de 50 horas en cada ocasioacuten y 500
horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el esfuerzo
permisible para el disentildeo de presioacuten a la temperatura de la condicioacuten
incrementada en un valor no mayor al 20
Efectos dinaacutemicos El disentildeo de estos sistemas debe contar con prevenciones
contra impacto (como choques hidraacuteulicos) viento (cuando la tuberiacutea estaacute expuesta a
eacuteste) terremotos reacciones de descarga y vibraciones (de tuberiacuteas y soportes)
Las consideraciones respecto al peso deben incluir cargas vivas (contenido
hielo y nieve) cargas muertas (tuberiacutea vaacutelvulas aislamiento etc) y cargas de prueba
(fluidos de prueba) [4]
12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas
El coacutedigo ASME utiliza tres meacutetodos diferentes para abordar el disentildeo
1 Preveacute la utilizacioacuten de componentes dimensionalmente normalizados en
sus relaciones de presiones y temperaturas
2 Proporciona foacutermulas de disentildeo y esfuerzos maacuteximos
3 Prohiacutebe la utilizacioacuten de materiales componentes o meacutetodos de montaje
en ciertas condiciones
CAPIacuteTULO I
49
12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos
Espesor de las paredes La evaluacioacuten del esfuerzo de presioacuten externa de las
tuberiacuteas es la misma que para los recipientes de presioacuten sin embargo existe una
diferencia importante cuando se establece una presioacuten de disentildeo y un espesor de las
paredes para la presioacuten interna como resultado del requisito del ASME Boiler and
Pressure Vessel Code que el ajuste de la vaacutelvula de purga no debe ser superior a la
presioacuten de disentildeo Para los recipientes esto quiere decir que el disentildeo es para una
presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar las fugas de la vaacutelvula durante el funcionamiento
normal No obstante en las tuberiacuteas la temperatura y la presioacuten de disentildeo se
consideran como la combinacioacuten maacutexima esperada de presioacuten de operacioacuten y
temperatura que dan como resultado el espesor maacuteximo [4]
Bajo la normativa del coacutedigo ASME B313 [1] para tuberiacuteas metaacutelicas rectas
con presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm
se da a continuacioacuten y es aplicable para razones de Dot mayores de 6 Las ecuaciones
maacutes conservadoras de Barlow y Lameacute pueden ser utilizadas tambieacuten La ecuacioacuten 32
incluye un factor Y que variacutea con el material y la temperatura para considerar la
redistribucioacuten de esfuerzos perimetrales que se producen con flujo en estado
estacionario a altas temperaturas y permite espesores ligeramente menores en este
intervalo
( ) cYPSE
DPt o
m ++
=2
Ec 32
Donde P= presioacuten interna maacutexima
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea
c= suma de la tolerancia mecaacutenica y las tolerancias por erosioacuten y
corrosioacuten
SE= esfuerzo permisible
CAPIacuteTULO I
50
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales excluyendo juntas
materiales fundidos o factores de calidad de grado estructural
Y= coeficiente cuyos valores para materiales ferrosos duacutectiles variacutean
entre 04 y 07 para materiales ferrosos no duacutectiles es de 04 y para materiales
fraacutegiles es 0 como el hierro colado
Factor de calidad (E) es uno o el producto de maacutes de uno de los siguientes
factores de calidad factor de calidad de fundiciones (Ec) factor de calidad de
uniones (Ej) y factor de calidad de grado estructural (Es) de 092
Las vaacutelvulas deben estar de acuerdo con las normas aplicables que se dan en
el coacutedigo y con los liacutemites permisibles de presioacuten y temperatura que se establecen en
eacutel sin que vayan maacutes allaacute de las limitaciones de materiales o servicio que establece el
coacutedigo
El espesor de los codos de tuberiacuteas se debe determinar como para las tuberiacuteas
rectas a condicioacuten de que la operacioacuten de doblado no deacute como resultado una
diferencia entre el diaacutemetro maacuteximo y el miacutenimo de maacutes de 8 y 3 del diaacutemetro
exterior nominal de la tuberiacutea para presioacuten interna y externa respectivamente
12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas [4]
El coacutedigo ASME B313 requiere que los sistemas de tuberiacuteas se disentildeen para
que tengan suficiente flexibilidad y evitar asiacute que la expansioacuten o la contraccioacuten
teacutermica o el movimiento de soportes o terminales de la tuberiacutea provoquen alguna de
las dificultades siguientes
- Fallas en los soportes de las tuberiacuteas debidas a las fatigas o esfuerzos
excesivos
- Fugas en las juntas
- Esfuerzos o distorsiones perjudiciales en las tuberiacuteas o en los equipos
conectados (como bombas turbinas o vaacutelvulas) debido a los excesivos
empujes axiales o movimientos en las tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
51
Deformaciones por desplazamiento Las deformaciones se ocasionan por una
tuberiacutea que se desplaza de su posicioacuten original
1 Desplazamientos teacutermicos un sistema de tuberiacuteas sufriraacute cambios
dimensionales a consecuencia de cambios en la temperatura Si se
restringe el movimiento libre con terminales guiacuteas y anclajes seraacute
desplazado de su posicioacuten original
2 Desplazamientos por reaccioacuten si las restricciones no son riacutegidas y existe
un movimiento predecible de estos accesorios bajo carga eacuteste podriacutea
considerarse como desplazamiento de compensacioacuten
3 Desplazamientos impuestos externamente cuando externamente se crean
movimientos de las restricciones eacutestos impondraacuten un desplazamiento a la
tuberiacutea ademaacutes de los relacionados con los efectos teacutermicos Estos
movimientos pueden originarse por causas como corrientes de aire o
cambios de temperatura en equipos conectados
Deformaciones de desplazamiento total Los desplazamientos teacutermicos los
desplazamientos por reaccioacuten y los desplazamientos impuestos externamente tienen
efectos equivalentes sobre los sistemas de tuberiacuteas y deben considerarse en conjunto
para determinar las deformaciones por desplazamiento total en un sistema de tuberiacuteas
Las deformaciones por expansioacuten se pueden considerar en tres formas por
doblez torsioacuten o compresioacuten axial En los primeros dos casos el esfuerzo maacuteximo
ocurre en las fibras extremas de la seccioacuten transversal de la zona criacutetica En el tercer
caso el aacuterea entera de la seccioacuten transversal seraacute sometida al mismo esfuerzo en toda
la longitud de la tuberiacutea
La flexibilidad torsional o por doblez puede obtenerse por codos abrazaderas
o tuberiacuteas no alineadas por tuberiacutea corrugada o juntas de expansioacuten tipo fuelle o por
otros dispositivos que permitan el movimiento rotacional Estos dispositivos deben
anclarse o conectarse de forma tal que resistan las fuerzas terminales de la presioacuten del
fluido que tengan resistencia friccional al movimiento de la tuberiacutea y otras causas
CAPIacuteTULO I
52
La flexibilidad axial puede obtenerse mediante juntas de expansioacuten de los
tipos deslizante o de fuelle adecuadamente ancladas y orientadas para resistir las
fuerzas terminales de la presioacuten del fluido y deben tener resistencia friccional al
movimiento y otras causas
Esfuerzos de desplazamiento Los esfuerzos se pueden considerar como
proporcionales a la deformacioacuten total que causan soacutelo si la deformacioacuten estaacute
uniformemente distribuida y no es excesiva en ninguacuten punto La distribucioacuten irregular
de deformaciones (sistemas equilibrados) puede resultar de
1 Tuberiacuteas de dimensiones pequentildeas sometidas a un gran esfuerzo en serie
con tuberiacutea relativamente riacutegida de grandes dimensiones
2 La reduccioacuten local en tamantildeo o espesor de pared o empleo local de un
material que tiene una fuerza elaacutestica reducida
3 Una configuracioacuten de recubrimiento en un sistema de tamantildeo uniforme
en el cual la expansioacuten o contraccioacuten debe absorberse con una
desalineacioacuten corta en la mayor parte de la tuberiacutea
Si los esquemas desequilibrados de tuberiacutea no pueden evitarse se deben
aplicar meacutetodos analiacuteticos apropiados con objeto de asegurar la flexibilidad adecuada
del sistema Si el disentildeador determina que un sistema no tiene una adecuada
flexibilidad inherente debe proporcionar flexibilidad adicional mediante la adicioacuten de
codos abrazaderas tramos de tuberiacutea en S juntas de torniquete tuberiacutea corrugada
juntas de expansioacuten de los tipos de fuelle o deslizante u otros dispositivos Tambieacuten
debe contarse con un anclaje adecuado
Mientras que los esfuerzos resultantes de una deformacioacuten teacutermica tienden a
disminuir con el tiempo la diferencia algebraica de ese desplazamiento y la condicioacuten
original o cualquier condicioacuten anticipada del sistema con un mayor efecto opuesto
que en la condicioacuten de desplazamiento extremo que permaneceraacute constante durante
cualquier ciclo de operacioacuten
CAPIacuteTULO I
53
Muelle enfriado El muelle enfriado es la deformacioacuten intencional que se crea
en una tuberiacutea durante su ensamblaje con objeto de producir un esfuerzo y
desplazamiento inicial deseado Cuando una tuberiacutea se va a utilizar a una temperatura
mayor a la cual se instala el muelle enfriado es adecuado al hacer que la longitud de
la tuberiacutea sea ligeramente maacutes corta que la obtenida en el disentildeo El muelle enfriado
es beneacutefico pues ayuda a equilibrar la magnitud del esfuerzo en condiciones de
desplazamiento inicial y extremo
Requisitos para el anaacutelisis No es necesario realizar un anaacutelisis formal de la
flexibilidad requerida en sistemas que
a Son copias de instalaciones que se encuentran operando bien o tienen
sustituciones poco significativas de sistemas que cuentan con una historia
de servicio satisfactoria
b Pueden ser juzgados raacutepidamente con una adecuada comparacioacuten con
sistemas ya analizados
c Son de dimensioacuten uniforme y no tienen maacutes de dos puntos de fijacioacuten ni
tienen restricciones intermedias ademaacutes de caer dentro de los liacutemites de
la ecuacioacuten empiacuterica siguiente
( ) 222
KULyD
leminus
Ec 33
Donde y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser
absorbida por el sistema
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes
U= distancia de anclajes liacutenea recta entre anclajes
K2= 003 para unidades inglesas
- Todos los sistemas que no cumplan estos criterios seraacuten analizados por
meacutetodos de anaacutelisis simplificados aproximados o completos que sean
adecuados para cada caso especiacutefico
CAPIacuteTULO I
54
- Los meacutetodos de aproximacioacuten o simplificacioacuten soacutelo pueden ser aplicados
en el intervalo de configuraciones para las que se ha demostrado su
adaptabilidad
- Entre los meacutetodos de anaacutelisis aceptables se cuentan los meacutetodos
analiacuteticos y de graacuteficas que proporcionan una evaluacioacuten de las fuerzas
momentos y esfuerzos causados por las deformaciones por
desplazamiento
- El anaacutelisis tomaraacute en cuenta los factores de intensificacioacuten de esfuerzo
para cualquier componente diferente de la tuberiacutea recta Se debe tener en
cuenta la flexibilidad extra de ese componente
Cuando se calcula la flexibilidad de un sistema de tuberiacutea entre puntos de
anclaje el sistema debe tratarse como un todo Deberaacute reconocerse la importancia de
todas las partes de la liacutenea y las restricciones introducidas con el propoacutesito de reducir
momentos y fuerzas en el equipo o pequentildeas ramificaciones y tambieacuten las
restricciones introducidas por la friccioacuten de soportes Es necesario considerar todos
los desplazamientos dentro del intervalo de temperaturas determinado por las
condiciones de operacioacuten y fuera de servicio
12446 Soportes de tuberiacuteas
Las cargas transmitidas por las tuberiacuteas a los equipos conectados y los
elementos de soporte incluyen peso efectos inducidos por la temperatura y la
presioacuten vibraciones el viento los sismos los choques la expansioacuten y contraccioacuten
teacutermica El disentildeo de soportes y restricciones se basa en cargas que actuacutean de modo
concurrente suponiendo que no se ejerzan simultaacuteneamente los sismos y el viento
Los soportes elaacutesticos y de tipo de esfuerzo constante se deben disentildear para
las condiciones maacuteximas de carga incluyendo las de prueba a menos que se
proporcionen soportes temporales [4]
El coacutedigo sentildeala ademaacutes que los elementos de soporte de tuberiacuteas deben
CAPIacuteTULO I
55
1) Evitar las interferencias excesivas para la expansioacuten y la contraccioacuten
teacutermica de la tuberiacutea que de otro modo tiene la flexibilidad adecuada
2) Ser de iacutendole tal que no contribuyan a que se produzcan fugas en las
juntas o un pandeo excesivo de las tuberiacuteas que requiera drenaje
3) Disentildearse para evitar los esfuerzos la resonancia o la desconexioacuten
debido a las variaciones de la carga con la temperatura y que los
esfuerzos longitudinales combinados que se ejercen sobre la tuberiacutea no
sobrepasen lo permitido en el coacutedigo
4) Ser de iacutendole tal que se evite una liberacioacuten completa de la carga sobre la
tuberiacutea en el caso de una mala alineacioacuten o la falla de alguacuten resorte la
transferencia de pesos o las cargas adicionales debidas a las pruebas
durante la instalacioacuten
5) Ser de acero o hierro forjado
6) Ser de acero de aleacioacuten o protegerse de la temperatura en los lugares en
que se sobrepasen los liacutemites de temperatura adecuados para el acero al
carbono
7) No ser hierro colado excepto para bases de rodillos rodillos bases de
anclaje etc principalmente bajo cargas de compresioacuten
8) No ser de hierro maleable ni nodular con excepcioacuten de las abrazaderas de
tuberiacuteas las abrazaderas de vigas las bridas de soportes los sujetadores
las bases y los anillos giratorios
9) No ser de madera excepcioacuten hecha de los soportes sometidos
primordialmente a compresioacuten donde la temperatura de la tuberiacutea se
encuentre al nivel del ambiente o por debajo de eacutel
10) Tener roscas para ajustes atornillados que se conformen a las
especificaciones del Coacutedigo ASME B11
CAPIacuteTULO I
56
12447 Golpe de Ariete [6]
El golpe de ariete se puede presentar en una tuberiacutea que conduzca un liacutequido
cuando se tiene un frenado o una aceleracioacuten en el flujo por ejemplo el cambio de
abertura de una vaacutelvula en la liacutenea Al cerrarse raacutepidamente una vaacutelvula en la tuberiacutea
durante el escurrimiento el flujo a traveacutes de la vaacutelvula se reduce lo cual incrementa
la carga del lado aguas arriba de la vaacutelvula iniciaacutendose asiacute un pulso de alta presioacuten
que se propaga en direccioacuten contraria a la del escurrimiento Este pulso de presioacuten
hace que la velocidad del flujo disminuya La presioacuten en el lado aguas abajo de la
vaacutelvula se reduce y la onda de presioacuten disminuida viaja en el sentido del
escurrimiento disminuyendo tambieacuten la velocidad del flujo Si el cierre de la vaacutelvula
es suficientemente raacutepido y si la presioacuten permanente original es suficientemente baja
se puede formar una bolsa de vapor aguas abajo de la vaacutelvula cuando esto ocurre la
cavidad de vapor puede eventualmente reducirse en forma violenta y producir una
onda de alta presioacuten que se propaga en la direccioacuten aguas abajo
La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud de la
tuberiacutea ya que las ondas de sobrepresioacuten se cargaraacuten de maacutes energiacutea e inversamente
proporcional al tiempo durante el cual se cierra la vaacutelvula cuanto menos dura el
cierre maacutes fuerte seraacute el golpe
El problema del golpe de ariete es uno de los maacutes complejos de la
hidraacuteulica y es resuelto generalmente mediante modelos matemaacuteticos que permiten
simular el comportamiento del sistema Este fenoacutemeno es muy peligroso ya que la
sobrepresioacuten generada puede llegar entre 60 y 100 veces a la presioacuten normal de la
tuberiacutea ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos
Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de vaacutelvulas hay que
estrangular gradualmente la corriente de fluido es decir cortaacutendola con lentitud
utilizando para ello por ejemplo vaacutelvulas de rosca Cuanto maacutes larga es la tuberiacutea
tanto maacutes deberaacute durar el cierre
CAPIacuteTULO I
57
Sin embargo cuando la interrupcioacuten del flujo se debe a causas
incontrolables como por ejemplo la parada brusca de una bomba eleacutectrica se utilizan
tanques neumaacuteticos con caacutemara de aire comprimido torres piezomeacutetricas o vaacutelvulas
que puedan absorber la onda de presioacuten
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN
12451 Soldadura
Los requisitos del coacutedigo referente a la fabricacioacuten son maacutes detallados para la
soldadura que para otros meacutetodos de unioacuten ya que la soldadura no soacutelo se utiliza para
unir dos tuberiacuteas extremo a extremo sino que sirve tambieacuten para fabricar accesorios
que reemplazan a los accesorios sin costura como codos y juntas de solapa de punta
redonda Los requisitos del coacutedigo para el proceso de soldado son esencialmente los
mismos que los de la seccioacuten IX del ASME Boiler and Pressure Vessel Code excepto
que los procesos de soldado no se restringen el agrupamiento del material debe estar
de acuerdo al apeacutendice A del Coacutedigo ASME y las posiciones de la soldadura
corresponder a la posicioacuten de la tuberiacutea [4]
12452 Doblado y formacioacuten
La tuberiacutea puede doblarse en cualquier radio para el cual la superficie del
arco de la curvatura esteacute libre de grietas y pandeos Estaacute permitido el empleo de
dobleces estriados o corrugados El doblado puede efectuarse mediante cualquier
meacutetodo en friacuteo o en caliente siempre que se cumplan las caracteriacutesticas del material
que se estaacute doblando y el radio de la tuberiacutea doblada esteacute dentro [4]
Algunos materiales requieren un tratamiento teacutermico una vez que ya se han
doblado lo que dependeraacute de la severidad del doblado En el coacutedigo se explican
detalladamente los requisitos que deben cumplirse para este tratamiento
CAPIacuteTULO I
58
12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico
Estos tratamientos sirven para prevenir o corregir los defectos nocivos de las
altas temperaturas o gradientes teacutermicos severos inherentes a la unioacuten por soldadura
de los metales Ademaacutes de esto puede ser necesario someter el material a tratamiento
teacutermico con objeto de corregir los efectos de esfuerzo creados durante el doblado o
formado de los metales [4]
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA
PIPESIMreg2003 [5]
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades
El entendimiento detallado de la termo-hidraacuteulica del sistema de produccioacuten
es criacutetico para el disentildeo de liacuteneas de flujo y los caacutelculos del mismo PIPESIMreg
software de anaacutelisis de sistema de produccioacuten proporciona un instrumento completo
para analizar sistemas complejos de tuberiacutea con flujo multifaacutesico
Con sus moacutedulos interconectados este programa permite construir un
modelo completamente integrado del sistema de produccioacuten entero conectando con
simuladores de yacimiento y de proceso tales como el ECLIPSEreg software de
simulacioacuten de yacimiento y HYSYSreg simulador de procesos de AspenTech
132 Modelaje de flujo multifaacutesico
El programa incorpora todas las correlaciones actuales de flujo multifaacutesico
utilizados en la industria tanto empiacutericas como mecaniacutesticas para predecir el
reacutegimen de flujo la peacuterdida de presioacuten y retencioacuten de liacutequidos Esto permite disentildear y
operar el sistema de produccioacuten y distribucioacuten con confianza
Este simulador produce mapas detallados de reacutegimen de flujo en la tuberiacutea a
las condiciones de operacioacuten incorporando todos los aacutengulos de inclinacioacuten
PIPESIMreg utiliza las velocidades superficiales in-situ del gas y liacutequido para
identificar el patroacuten de flujo en cada nodo del sistema permitiendo determinar el
hold-up y la distribucioacuten de presioacuten en el sistema de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
59
Predecir slugs su tamantildeo y frecuencia permite optimizar el disentildeo de
tuberiacuteas y facilidades de procesamiento El simulador OLGA-Sreg y los modelos de
TUFFP se pueden utilizar para identificar estas caracteriacutesticas criacuteticas del flujo
hidrodinaacutemico tipo slug El programa predice tambieacuten la ocurrencia de flujo slug
en inclinaciones de la tuberiacutea
133 Modelos de Fluido
El modelaje exacto del liacutequido producido es criacutetico para la comprensioacuten
del comportamiento del sistema por lo tanto el simulador ofrece la eleccioacuten entre
correlaciones standard de petroacuteleo negro o una gama de modelos composicionales
EOS
134 Certeza del tipo de flujo
PIPESIMreg predice la formacioacuten de hidratos e incluye la habilidad de modelar
los efectos de inhibidores de hidratos Modelando el perfil de la temperatura de la
liacutenea de flujo puede disentildear el sistema en torno a estos problemas
Dicho software incluye tambieacuten rutinas de caacutelculo para determinar los liacutemites
erosivos de la velocidad de la tuberiacutea permitiendo disentildear operaciones seguras en la
misma
135 Disentildeo de equipos de superficie
El programa incluye los modelos de los equipos de superficie comunes para
determinar su impacto en el disentildeo del sistema Ademaacutes las opciones sofisticadas de
sensibilidades en el simulador se pueden utilizar tambieacuten para disentildear sistemas
variando los paraacutemetros claves del sistema permitiendo asiacute la determinacioacuten de los
tamantildeos oacuteptimos de tuberiacutea y equipos a ser utilizados
Los moacutedulos contienen los siguientes equipos
bull Separadores
bull Bombas y motores auxiliares de propulsioacuten multifaacutesicos
bull Compresores y expansores
bull Calentadores y enfriadores
bull Estranguladores
CAPIacuteTULO I
60
136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea
Para un anaacutelisis completo del sistema PIPESIMreg ofrece opciones para
modelar redes complejas que pueden incluir lazos liacuteneas paralelas y by-pass El
algoritmo robusto de la solucioacuten puede modelar la unioacuten distribucioacuten e inyeccioacuten de
la red
Explica detalladamente la termo-hidraacuteulica del sistema que es criacutetica para el
disentildeo de la liacutenea de flujo y el reacutegimen de flujo especialmente para sistemas
multifaacutesicos complejos Esto daraacute las herramientas para emprender el anaacutelisis tiacutepico
de la red incluyendo
bull Identificar embotellamientos de la produccioacuten y limitaciones
bull Valorar los beneficios de nuevos pozos tuberiacuteas adicionales compresioacuten etc
bull Calcular la capacidad de manejo desde el campo hasta el sistema de retencioacuten
bull Predecir los perfiles de presioacuten y temperatura por redes complejas de flujo
bull Planificar el desarrollo de campo
bull Resolver redes de fondo encontradas en pozos multilaterales
Una vez construida la red de produccioacuten se pueden introducir los elementos
de tiempo para analizar el impacto del desempentildeo del yacimiento en la estrategia de
desarrollo del campo
PIPESIMreg permite
minus Modelar flujo multifaacutesico desde el yacimiento a traveacutes de las facilidades
de produccioacuten hasta su punto de entrega
minus Dirigir redes complejas de produccioacuten y captar las interacciones entre
pozos tuberiacuteas y equipos de proceso
minus Realizar un anaacutelisis completo de sensibilidades en cualquier punto del
sistema hidraacuteulico usando muacuteltiples paraacutemetros
minus Simular el sistema de produccioacuten del campo para mejorar la produccioacuten
tomar mejores decisiones y obtener precios maacutes competitivos
minus Conexioacuten con el simulador de procesos HYSYSreg para un anaacutelisis
integrado desde la cara de la arena hasta las facilidades de
procesamiento
CAPIacuteTULO II
61
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO
DESARROLLO DEL DISENtildeO
21 CONDICIONES DE DISENtildeO
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Tomando como referencia las hojas de seguridad e higiene industrial de
PDVSA de cada uno de los fluidos involucrados en el proyecto asiacute como tambieacuten las
propiedades de los fluidos suministradas por cada una de las empresas mixtas se
logra hacer un cuadro resumen con la informacioacuten de cada uno de estos productos
quiacutemicos Ver anexos 1 2 y 3
Tabla 4 Propiedades de los fluidos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol MTBE ISO-OCTANO
CH3OH CH3OH C5H12O C8H18
Alcohol metiacutelico
Alcohol metiacutelico Metil terbutil eacuteter 224 trimetil
pentano Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Gravedad especiacutefica CS 0796 0796 0747 0696
Viscosidad dinaacutemica (cP) 45degC 042 042 027 038
Peso Molecular 3205 3205 8814 11422
Punto de ebullicioacuten (degC) 147psi 648 648 55 993
Presioacuten de vapor (psia) 45degC 41 41 83 17
Punto de fusioacuten (degC) -978 -978 -109 -107365
Punto de ignicioacuten (degC) 470 470 224 410
Calor de fusioacuten (calg) 237 237 - 19278
Forma y color Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro
en agua Solubilidad en alcohol en eacuteter
Soluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporciones
Ligeramente soluble Soluble
-
Insoluble Ligeramente soluble
Soluble
Liacutemites de () inferior inflamabilidad superior
67 365
16 151
- -
CAPIacuteTULO II
62
212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca del
sistema de bombeo con el cual cuenta cada una de estas empresas se pudo resumir el
siguiente cuadro
Tabla 5 Sistema de Bombeo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135
Pmin entrada brazo de carga (psig) 70 70 70 70
Pdescarga brazo de carga (psig) 20 20 20 20
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 1000 1000 1000
Flujo miacutenimo (m3h) 1000 500 500 500
Cantidad de bombas 1 de 2 2 de 2 2 de 3 2 de 3
Descripcioacuten de las bombas p-801 AB p-6201 AB 900-p-1 ABC 900-p-1 ABC
Poperacioacuten (psig) 1337 135 135 135
Pmaacutex de descarga (psig) 171 171 171 171
Pmaacutex de operacioacuten (psig) 250 250 250 250
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Potencia (KW) 7204 320 350 350
Cabezal (m) 110 120 120 120
Eficiencia () 81 795 795 795 Presioacuten requerida en el brazo de carga (psig) 70 ndash 100 70 ndash 100 71 ndash 86 71 ndash 86
Se refiere a la cantidad de bombas en uso referente a la cantidad de
bombas disponibles en la planta
CAPIacuteTULO II
63
213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO JOSE
El proyecto se encuentra ubicado dentro del Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui en la costa este de Venezuela en Jose Estado Anzoaacutetegui Las
condiciones ambientales que maacutes afectan los caacutelculos del siguiente trabajo se
presentan en la tabla 6
Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose
Temperatura maacutexima (degC) 45
Temperatura promedio anual (degC) 34
Temperatura miacutenima extrema (degC) 15 bulbo seco 24 bulbo huacutemedo
Presioacuten atmosfeacuterica promedio (psi) 146923
Promedio de elevacioacuten del terreno (m) 75
214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
La configuracioacuten de las tuberiacuteas para este proyecto se decidioacute dividir en 3
tramos la tuberiacutea principal de 20rdquo oacute 24rdquo (de mayor diaacutemetro y longitud) la tuberiacutea de
16rdquo y la tuberiacutea de 12rdquo Luego que la tuberiacutea principal se ubica dentro del liacutemite de
bateriacutea del muelle el diaacutemetro se debe disminuir gradualmente hasta conseguir las
12rdquo necesarias para el despacho a traveacutes de los brazos de carga los cuales seguacuten las
caracteriacutesticas del muelle y normativas de seguridad deben ser de este diaacutemetro
especiacutefico
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca de
las condiciones operacionales de los fluidos a traveacutes del sistema de tuberiacuteas se
seleccionoacute la tuberiacutea maacutes apropiada para este proyecto ya que se cumple con los
requisitos de seguridad necesarios Los datos recolectados se muestran en las tablas 7
8 y 9
CAPIacuteTULO II
64
Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo)
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro exterior (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro interno (in) 2325 1925 1925 1925 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 2783 2312 2312 2312 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 2948 20211 20211 20211
exterior 6283 5236 5236 5236 Longitud de superficie (in) interior 609 504 504 504 Longitud de la tuberiacutea (ft) 10932 11394 12398 14557 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (in) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (in) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
El tipo de tuberiacuteas aplicables al proyecto son API 5L ASTM A-106 y
ASTM A-53 todas en acero al carbono y con rangos tanto de temperatura como de
presioacuten aceptables en el proyecto Estas tuberiacuteas cumplen con los requisitos
necesarios ademaacutes de estar incluidas dentro del tipo de tuberiacutea (piping class)
aplicable a las plantas y al Muelle Petroquiacutemico Partiendo de eacutesto se escoge la
tuberiacutea A-53 por ser eacutesta la de uso permitido en el aacuterea del Muelle Petroquiacutemico y por
ser compatible con las de uso en las plantas Para trayectorias dentro de los linderos
CAPIacuteTULO II
65
de las plantas de las empresas mixtas se haraacute uso de la tuberiacutea que estipule la
normativa de seguridad de dicha planta
Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbonoTuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro exterior (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro interno (in) 1525 1525 1525 1525 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1841 1841 1841 1841 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 1268 1268 1268 1268
exterior 4189 4189 4189 4189 Longitud de superficie (ft) interior 399 399 399 399
Longitud de la tuberiacutea (ft) 1640 1640 1640 1640 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
La seleccioacuten del tipo de costura de la tuberiacutea se realizoacute sujeto al piping class
manejado en el Muelle Petroquiacutemico asiacute como al de cada una de las plantas siendo
recomendable el tipo E correspondiente a tuberiacutea con costura soldada con resistencia
eleacutectrica (ERW) solamente para el tramo que abarca el corredor en las calles C y F
CAPIacuteTULO II
66
(ver figura 1) Al pasar el liacutemite de bateriacutea del muelle la especificacioacuten debe cambiar
a tuberiacutea sin costura (Tipo S) por ser eacutesta la manejada en el piping class del Muelle
Petroquiacutemico Dicha divergencia afecta este estudio uacutenicamente para el caacutelculo del
espesor miacutenimo requerido
Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 12 12 12 12 Diaacutemetro exterior (in) 1275 1275 1275 1275 Diaacutemetro interno (in) 12 12 12 12 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1458 1458 1458 1458 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 07854 07854 07854 07854
exterior 3338 3338 3338 3338 Longitud de superficie (ft) interior 314 314 314 314
Longitud de la tuberiacutea (ft) 164 164 164 164 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
CAPIacuteTULO II
67
Las tuberiacuteas son grado B lo cual indica que se trata de tuberiacuteas de color
negro (material acero al carbono) que necesitaraacuten recubrimiento y galvanizado antes
de ser usadas
La ceacutedula es estaacutendar se escogioacute debido a que se mantiene un margen por
encima del espesor miacutenimo requerido dichos caacutelculos se presentan a continuacioacuten
El rating de la tuberiacutea de acuerdo al piping class manejado en el Muelle
Petroquiacutemico es de 150 lbf Este valor estaacute sujeto a cambios debido a que para la
fecha de elaboracioacuten de este Trabajo Especial de Grado auacuten no se habiacutea realizado el
estudio de golpe de ariete factor importante en la delimitacioacuten de presioacuten que deberaacute
soportar la tuberiacutea
La cantidad y descripcioacuten de cada uno de los accesorios y vaacutelvulas que seraacuten
empleados en las liacuteneas han sido suministrados por las empresas mixtas y podraacuten
estar sujetos a cambios durante la fase de construccioacuten del proyecto
La tabla 10 resume las longitudes equivalentes mostradas en la tabla 3 de
los componentes a ser instalados en las configuraciones de tuberiacuteas involucradas en el
proyecto
Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios
24 20 16 12 Tipo de accesorio o vaacutelvula Le [ft] Le [ft] Le [ft] Le [ft]
Unioacuten 4 3 3 2 Codo 90deg regular 47 39 31 25 Codo 90deg radio largo 29 25 20 16 Codo 45deg regular 24 20 16 12 T de liacutenea de flujo 32 26 21 17 T de ramal de flujo 60 76 96 116 Vaacutelvula de globo 400 525 655 800 Vaacutelvula de compuerta 11 13 17 20 Vaacutelvula angular 200 250 320 390 Vaacutelvula de retencioacuten deslizante 135 172 217 262 Entrada de filos rectos 39 53 68 86 Salida tuberiacutea 78 106 136 172 Reductor de diaacutemetro 97 80 62 45
CAPIacuteTULO II
68
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
Se emplea el software PIPESIMreg para la simulacioacuten del sistema de
transporte del proyecto debido a que es eacuteste un programa con la capacidad para la
simulacioacuten de equipos de superficie asiacute como es capaz de trabajar con los fluidos
involucrados en este proyecto La licencia del software se obtuvo de la empresa
PDVSA a traveacutes de la intranet de la misma la cual se encontraba a disposicioacuten de los
empleados de Pequiven para el teacutermino de este Trabajo Especial de Grado
2211 Metor
Se procedioacute a la configuracioacuten de las tuberiacuteas en PIPESIMreg siguiendo el
esquema mostrado en la figura 6 Este disentildeo se tomaraacute como referencia para las
demaacutes plantas
1 Se coloca una fuente (source) de donde proviene el fluido el cual viene
representado por el tanque de almacenamiento de cada una de las plantas en este
caso en especiacutefico las propiedades que lo describen son
Temperatura 45degC
Presioacuten 0 psig
Se supone que el fluido no se encuentra presurizado dentro del tanque debido
a que se encuentra a condiciones ambientales La temperatura es de 45 degC porque
eacuteste es el valor maacuteximo que se podriacutea conseguir en condiciones ambientales
extremas y ha sido la temperatura de disentildeo estipulada
CAPIacuteTULO II
69
Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como ldquocomposicionalrdquo debido a que el
metanol se encuentra preestablecido dentro del programa como un fluido acuoso
(soluble en agua) y se agrega con una molaridad al 100 a traveacutes de la tuberiacutea soacutelo
fluiraacute metanol liacutequido la inclusioacuten del fluido se muestra en la figura 7
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja
de especificaciones (data sheet) por parte de la empresa la informacioacuten es incluida en
la siguiente ventana (ver Figura 8)
CAPIacuteTULO II
70
Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor)
Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor
CAPIacuteTULO II
71
4 Se incorpora la liacutenea de 24rdquo la cual es ingresada a la configuracioacuten como
una liacutenea de flujo eacutesta se conecta a la bomba a traveacutes de un nodo Se utilizan estos
conectores para la unioacuten de los elementos y no representan cambio alguno a las
propiedades Los datos necesarios para agregar la liacutenea de flujo son sentildealados en la
figura 9
Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor
Se colocan 2 ondulaciones por cada mil metros de recorrido debido a que
eacuteste es el nuacutemero de ondulaciones (altibajos) promedio que presentaraacute el recorrido de
la tuberiacutea La diferencia de altura es de 2 m debido a que la altitud de la planta se
encuentra por encima del nivel del muelle en un margen cercano a este valor La
distancia horizontal es la correspondiente al recorrido total de la tuberiacutea maacutes la
longitud equivalente correspondiente a las vaacutelvulas y accesorios La rugosidad es la
CAPIacuteTULO II
72
correspondiente al acero al carbono y la temperatura ambiente es la temperatura
promedio reportada en el aacuterea
Se incluye como dato que la tuberiacutea no tiene recubrimiento y estaraacute rodeada
por aire con lo cual se establece un valor de transferencia de calor entre la tuberiacutea y
el aire de 20 BTUh ft2 degF (dicho valor se encuentra predeterminado en el simulador
para estas condiciones)
5 Se agrega la liacutenea de 16rdquo tambieacuten como una liacutenea de flujo la cual presenta
las caracteriacutesticas mostradas en la figura 10 Las ondulaciones seraacuten 0 ya que esta
liacutenea se encontraraacute sobre la plataforma del muelle donde no tendraacute altibajos asiacute como
tampoco presentaraacute diferencia de altitud en el recorrido Se preveacute con una longitud de
500m a la cual se debe agregar la longitud equivalente representativa de los
accesorios dispuestos en la configuracioacuten
Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor
CAPIacuteTULO II
73
6 Se antildeade la liacutenea de 12rdquo y tuberiacutea final de la configuracioacuten A la salida de
eacutesta la presioacuten deberaacute ser al menos 70 psig para que el fluido pueda hacer el
recorrido a traveacutes del brazo de carga y atracar al buque con una presioacuten de 20 psig
debido a que eacutestas son las especificaciones del brazo de carga que seraacute empleado en
el muelle Esta tuberiacutea a diferencia de la de 16rdquo siacute presenta ondulaciones ya que este
uacuteltimo tramo tiene un recorrido tortuoso con diferencias pequentildeas de altura La
longitud total de tuberiacutea es de 50m aproximadamente a los cuales se agrega la
longitud equivalente de los accesorios dispuestos en esta tuberiacutea En la figura 11 se
pueden observar las propiedades de la liacutenea de 12rdquo
Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor
7 El punto final de la configuracioacuten es un nodo frontera que en este caso en
especiacutefico vendraacute representado por el inicio del brazo de carga punto donde la
presioacuten deberaacute ser de 70 psig
CAPIacuteTULO II
74
2212 SuperMetanol
Tomando como base la configuracioacuten de tuberiacuteas de Metor se genera un
modelo con la misma cantidad y disposicioacuten de elementos A continuacioacuten se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas de la planta Supermetanol
haciendo uso de PIPESIMreg donde soacutelo se resentildean las caracteriacutesticas que difieren del
modelo de metanol de Metor
- La bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja de especificaciones por parte
de la empresa presenta la siguiente informacioacuten
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 650 kW (resultante del accionamiento de ambas bombas)
Eficiencia 795
- La liacutenea de 20rdquo se ingresa a la configuracioacuten con los datos sentildealados en la
figura 12
Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol
CAPIacuteTULO II
75
- Las liacuteneas de 16rdquo y 12rdquo tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las
configuraciones estos tramos de tuberiacutea se encuentran sobre la plataforma del muelle
ubicados sobre el mismo pipe rack de esta manera que las tuberiacuteas estaraacuten una junto
a la otra por ende tendraacuten las mismas especificaciones
2213 MTBE de Super Octanos
La configuracioacuten de tuberiacuteas de Super Octanos presenta la misma disposicioacuten
de elementos que la de Metor a continuacioacuten se presenta de forma resumida el disentildeo
de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
1 Las propiedades que describen las condiciones del source son
iguales al caso de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como black oil esto debido a que el simulador
no contempla el Metil Terbutil Eacuteter como un fluido preestablecido en sus
lineamientos Para incluir el fluido como petroacuteleo negro se ingresan los siguientes
valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 551755
Ademaacutes se agrega la informacioacuten de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente como se ve en la
figura 13
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual tambieacuten se
tiene la hoja de informacioacuten por parte de la empresa La informacioacuten incluida es la
siguiente
CAPIacuteTULO II
76
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 700 kW
Eficiencia 795
Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de Super Octanos
4 Luego se incorpora la liacutenea de 20rdquo la cual se ingresa a la configuracioacuten
como una liacutenea de flujo Los datos necesarios para la inclusioacuten de la liacutenea principal de
20rdquo se presentan en la Figura 14
5 Al igual que para la configuracioacuten de Metor se agregan las liacuteneas de 16rdquo y
12rdquo las cuales tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las configuraciones
CAPIacuteTULO II
77
Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de Super Octanos
2214 IsoOctano de Super Octanos
Tomando como base la configuracioacuten de MTBE de la misma planta se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
Las propiedades divergentes entre este caso y MTBE baacutesicamente son los
datos ingresados para la caracterizacioacuten del fluido y las propiedades de la liacutenea de
20rdquo De esta manera se hace referencia soacutelo a estos valores los cuales son
- El tipo de fluido se incluye como black oil para lo cual se ingresaron los
siguientes valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 735724
CAPIacuteTULO II
78
- Se agrega informacioacuten adicional de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente que para este caso
son las siguientes
Temperatura (ordmC) Viscosidad (cP)
40 046
20 055
- La configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo se muestra en la figura 15
Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de Super Octanos
CAPIacuteTULO II
79
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA
PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO
El proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo busca reubicar el despacho de productos de
las empresas mixtas (Metor Supermetanol y Super Octanos) en la actualidad
despachados a traveacutes del Muelle Criogeacutenico propiedad de PDVSA ubicado en el
Complejo Industrial Joseacute Antonio Anzoaacutetegui
El estudio ocupacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose se adjudicoacute a una
compantildeiacutea privada sin embargo es requerimiento del presente Trabajo Especial de
Grado hacer una breve revisioacuten a dicho Muelle para disponer de un estimado de
tiempo requerido para el embarque de buques si se bombea el producto a la maacutexima
carga que permita la configuracioacuten de cada una de las liacuteneas Para la realizacioacuten de
este objetivo la informacioacuten recolectada para la evaluacioacuten de la ocupacioacuten del
muelle estaacute basada seguacuten el promedio mensual de despacho actual a traveacutes del
muelle de PDVSA y el despacho mensual a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Se anexa un modelo rudimentario donde se presenta la disposicioacuten de los
brazos de carga los cuales seraacuten habilitados para despacho de cada uno de los
productos involucrados con el proyecto del cual es parte este trabajo (ver Figura 16)
CAPIacuteTULO II
80
Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose
Los brazos de carga que se empleen en el proyecto preferiblemente deberaacuten
ser de las mismas caracteriacutesticas y dimensiones de ser posible de la misma marca
para facilitar las labores de mantenimiento y obtencioacuten de repuestos Deberaacuten tener
un diaacutemetro de 12rdquo y tener facilidad para retorno de vapores debido a que asiacute lo
contemplan las normativas gubernamentales Las principales caracteriacutesticas con las
cuales deben cumplir los brazos de carga que se ubicaraacuten en las posiciones M-502
M-503 M-504 y M-505 del Muelle Petroquiacutemico se presentan en la tabla 11
CAPIacuteTULO II
81
Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga
Posicioacuten M-503 M-505 M-504 M-502 M-502 Producto Metanol Metanol MTBE Iso-Octano
Procedencia Metor yo Supermetanol
Supermetanol yo Metor Super Octanos Super Octanos
Diaacutemetro (in) 12 12 12 12 Tasa de flujo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Viscosidad 45degC (cP) 042 042 027 038 Presioacuten de vapor 45degC (psia) 41 41 83 17
Presioacuten requerida en la entrada (psig) 70 70 70 70
Presioacuten de descarga (psig) 20 20 20 20 Presioacuten de descarga de las bombas (psig) 1337 135 135 135
Presioacuten maacutexima de operacioacuten de las bombas (psig)
170 170 170 170
Se obtuvo informacioacuten de la disposicioacuten de ventanas operacionales
empleadas por las empresas mixtas involucradas en el proyecto seguacuten un reporte
mensual de despacho a traveacutes del Muelle Criogeacutenico Se presenta la informacioacuten
mencionada en la tabla 12 la cual hace referencia al despacho de los productos y las
capacidades de los buques a cargar esto en un periacuteodo de tiempo de un mes
CAPIacuteTULO II
82
Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9
Ventanas Empresa Producto Volumen [TM] 1 - 2 ndash 3 Supermetanol Metanol 15000 3 - 4 ndash 5 Metor Metanol 21000 6 - 7 ndash 8 Metor Metanol 13100
Super Octanos MTBE 21000 8 - 9 ndash 10 Metor Metanol 17000
11 - 12 - 13 Supermetanol Metanol 15000 13 - 14 - 15 Supermetanol Metanol 15000 16 - 17 - 18 Metor Metanol 15000
Metor Metanol 10000 18 - 19 - 20 Supermetanol Metanol 10000
21 - 22 - 23 Super Octanos MTBE 24000 24 - 25 - 26 Ventana de Mantenimiento 27 - 28 - 29 Super Octanos MTBE 11000 29 - 30 - 31 Supermetanol Metanol 10000
De igual forma se conoce la produccioacuten mensual de la empresa FertiNitro a
traveacutes de la Plataforma de liacutequidos del Muelle Petroquiacutemico si se unen el promedio
de producciones mensuales de cada empresa se tienen los siguientes datos
Metor 70 MTMM
Supermetanol 525 MTMM
Super Octanos 40 MTMM
FertiNitro 336 MTMM
CAPIacuteTULO III
83
CAPIacuteTULO III RESULTADOS
RESULTADOS
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED
Seguacuten la ecuacioacuten 32 de la seccioacuten 2444 para tuberiacuteas metaacutelicas rectas con
presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm es
aplicable para relaciones Dot mayores de 6
Se realiza el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas de 20rdquo tomando t como 1969rdquo
el cual es el espesor con mayor magnitud que se puede conseguir en el mercado la
relacioacuten Dot = 10157 siendo mayor de 6 se realizan los caacutelculos utilizando la
ecuacioacuten 32 sin inconvenientes
Para el caacutelculo de los espesores miacutenimos los datos son obtenidos de las
especificaciones ASME B313 y de las condiciones operacionales del proyecto La
presioacuten maacutexima corresponde a la presioacuten maacutexima de resistencia de las tuberiacuteas A
continuacioacuten se muestra el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas con costura de 20rdquo
P= 250psig
Do= 20rdquo
c= 0065
S= 20000 psig
Y= 04
E= 085
( ) ( )mmint
ininxpsigxpsig
inxpsigc
YPSEDP
t
m
om
365210
21120065040250850000202
202502
rArr=
rArr++
=++
=
Al valor de espesor (536mm) se debe aplicar la tolerancia correspondiente a
esta tuberiacutea que se lee en la norma ASME B313 y es de 125 para todos los casos
con lo cual el valor del espesor estariacutea entre 469 ndash 604 mm correspondiente a un
Schedule 10 (635mm) siendo eacuteste el valor maacutes cercano a dicho espesor Como
CAPIacuteTULO III
84
medida preventiva se aplica un factor de seguridad al disentildeo correspondiente a las
peacuterdidas de espesor por corrosioacuten y erosioacuten asiacute como peacuterdidas mecaacutenicas producto
del efecto de golpe de ariete que pueda sufrir la tuberiacutea De esta manera se toma
ceacutedula estaacutendar para todas las tuberiacuteas ya que todos los valores de espesores miacutenimos
se encuentran por debajo del schedule estaacutendar comercial A continuacioacuten se
muestran los resultados para cada una de las liacuteneas con costura (Tabla 13) y se
compararon con los espesores de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar La Tabla 14 resentildea
estos mismos caacutelculos para tuberiacutea sin costura
Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (Psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 085 085 085 085 tm (in) 024 0211 0182 0158 Espesor miacutenimo aceptable (in) 024 plusmn 003 0211 plusmn 0026 0182 plusmn 0023 0158 plusmn 0020 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 1 1 1 1 tm (in) 0214 0189 0165 0144 Espesor miacutenimo aceptable (in) 0214 plusmn 00267 0189 plusmn 00236 0165 plusmn 0020 0144 plusmn 0018 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
CAPIacuteTULO III
85
La costura en las tuberiacuteas no influye en los caacutelculos hidraacuteulicos debido a que
la soldadura con resistencia eleacutectrica no genera aporte de material a la tuberiacutea lo que
indica que no habraacute variacioacuten del espesor debido a la costura Las tuberiacuteas principales
seraacuten las uacutenicas con costura por ser eacutestas las uacutenicas presentes en el corredor de
tuberiacutea ubicado en las calles C y F Las longitudes de cada uno de los tramos con y
sin costura son los siguientes
Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura
Longitudes de tuberiacutea METANOL Metor
METANOL Supermetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Con costura (m) 1153 1293 1599 2257 Sin costura (m) 2180 2180 2180 2180
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA
FRICCIOacuteN EN LAS TUBERIacuteAS
Para obtener la caiacuteda de presioacuten en las tuberiacuteas se realizaron los caacutelculos en
primer lugar haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning considerando condiciones
isoteacutermicas que a pesar de ser un meacutetodo maacutes laborioso permite el conocimiento
descriptivo de cada uno de los paraacutemetros asiacute como la procedencia de los valores
utilizados en este disentildeo Esto es provechoso en caso de presentarse cualquier
divergencia del disentildeo en etapas futuras del proyecto Una vez realizados los caacutelculos
con la ecuacioacuten de Fanning se procede a la simulacioacuten del disentildeo con el software
PIPESIMreg que genera valores de caiacuteda de presioacuten de cada una de las liacuteneas entre
otros resultados
CAPIacuteTULO III
86
321 ECUACIOacuteN DE FANNING
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debido a la friccioacuten se usoacute la ecuacioacuten
de Fanning en unidades de campo Se realizoacute el caacutelculo tipo para la tuberiacutea de 24rdquo de
Metor tal como se muestra a continuacioacuten
Donde ρ (gcc)= 0753
q (bbld)= 377389
L (ft)= 10932
d (in)= 2325
Para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning primero es necesario el
caacutelculo del Nuacutemero de Reynolds el cual queda
donde d (m)= 059
V (ms)= 25353
ρ (Kgm3)= 75256
μ (Pas)= 42x10-4
De donde el NRe= 27x106 lo cual indica que se presenta flujo turbulento
(NRegt4000) y para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning se debe emplear la
ecuacioacuten de Colebrook (Ec9)
01220
1072512
2523731081log21
51273
log21
6
3
Re
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
minus
f
ff
ff
f
fxxx
f
fNDfε
Para obtener el factor de friccioacuten de Fanning haciendo uso de la ecuacioacuten de
Colebrook se realizan iteraciones a partir de un valor inicial el cual se puede tomar
directamente del diagrama de Moody De acuerdo a la figura 4 el valor de factor de
friccioacuten de Darcy que se lee correspondiente para NRe= 27x106 y εD=77x10-5 es
5
25 10146441
dLqfxp ρminus=Δ
μρ
ReVdN =
CAPIacuteTULO III
87
fD=0003 lo cual representa un factor de friccioacuten de Fanning de 0012 ya que el
factor de friccioacuten de Darcy representa 4 veces el factor de friccioacuten de Fanning
Una vez calculado este valor se procede al caacutelculo de la peacuterdida de presioacuten
debido a la friccioacuten haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning quedando
Para este caso la caiacuteda de presioacuten es de 24 psi es decir la presioacuten con la cual
llega el fluido al teacutermino del recorrido de la tuberiacutea de 24rdquo es 24 psi menor que al
salir de la bomba Para los tramos de tuberiacutea subsiguientes (16rdquo y 12rdquo) los caacutelculos
se hacen de forma anaacuteloga Se debe tener en cuenta la peacuterdida por friccioacuten que sufre
el fluido al pasar a traveacutes de cada uno de los dispositivos de control a lo largo de la
tuberiacutea En este caso se han tomado valores de longitud equivalente seguacuten el tipo de
accesorio los cuales se adicionan a la longitud de cada una de las tuberiacuteas para luego
calcular la peacuterdida de presioacuten debido a la friccioacuten
Para el caacutelculo de las peacuterdidas de presioacuten debido a la friccioacuten en los
accesorios y vaacutelvulas como se vioacute en el Capiacutetulo II se haraacute uso de la tabla 3 y se
tomaraacuten las longitudes equivalentes de cada accesorio sentildealadas en la Tabla 10
Dicho valor de longitud equivalente se agrega a las longitudes de las liacuteneas y se
calcula la caiacuteda de presioacuten en cada una de eacutestas
Hasta la fecha ha sido entregada la siguiente informacioacuten de la cantidad y
tipo de accesorios correspondientes a cada una de las liacuteneas (Tablas 16 y 17) de
donde se pueden obtener las longitudes equivalentes que se adicionan a las longitudes
totales de tuberiacutea en cada una de las configuraciones
La peacuterdida de presioacuten en las tuberiacuteas debido a la aceleracioacuten se desprecia por
haberse corroborado flujo turbulento en todas las tuberiacuteas de igual forma la caiacuteda de
psip
xp
dLqfxp
07242523
1093237738975300122010146441
10146441
5
25
5
25
=Δ
=Δ
=Δ
minus
minus ρ
CAPIacuteTULO III
88
presioacuten debido a la fuerza potencial se desprecia en estos caacutelculos iniciales debido a
que la peacuterdida de altura de la tuberiacutea total se estima de 2m lo cual es poco
representativo en un recorrido total de maacutes de 4 Km en cada uno de los casos
Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol
Metor Supermetanol Tipo de accesorio o vaacutelvula
24 16 12 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 53 Codo 45deg regular 12 8 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 2077 62 172 1618 62 172
CAPIacuteTULO III
89
Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas propiedad de Super Octanos
MTBE Iso-Octano Tipo de accesorio o vaacutelvula
20 16rdquo 12rdquo 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 60 Codo 45deg regular 12 16 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 1798 62 172 1953 62 172
A continuacioacuten se presentan tablas con el resumen del caacutelculo de cada uno de
estos paraacutemetros aplicados a cada una de las liacuteneas (Tablas 18 19 y 20)
Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas Principales
METANOL
Metor METANOL
SupermetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 24 20 20 20 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 10932 11394 12398 14557 Longitud Equivalente accesorios (ft) 2077 1618 1798 1953 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 13009 13012 14196 16510 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000
NUMERO DE REYNOLDS 27x106 26 x106 38 x106 25 x106 f f (Ec de Colebrook) 00122 00125 00123 00125
Δp (psi) 2864 4875 4900 5365
Presioacuten final (psia) 11976 10095 10070 9605
CAPIacuteTULO III
90
Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 16 16 16 16 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 1640 1640 1640 1640 Longitud Equivalente accesorios (ft) 62 62 62 62 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 1702 1702 1702 1702 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 41x106 33 x106 48 x106 32 x106 f f (Ec de Colebrook) 00127 00128 00127 00128 Δp (psi) 3234 2097 1942 1818
Presioacuten final (psia) 8742 7997 8128 7788
Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 1275 1275 1275 1275 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 164 164 164 164 Longitud Equivalente accesorios (ft) 172 172 172 172 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 336 336 336 336 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 52x106 42 x106 61 x106 4 x106 f f (Ec de Colebrook) 00132 00133 00132 00133 Δp (psi) 2193 1419 1319 1229
Presioacuten final (psia) 6549 6578 6809 6558
Se debe tomar en consideracioacuten que en las especificaciones de los brazos de
carga que estipula Pequiven la presioacuten de descarga de la tuberiacutea al brazo de carga
debe ser de 70 psig (847 psia) y dado que ninguna de las configuraciones genera este
valor de presioacuten se debe tener en cuenta que el flujo de disentildeo no seraacute alcanzado
CAPIacuteTULO III
91
porque por debajo de esta presioacuten no se lograriacutea el despacho de los productos debido
a que los brazos de carga no seraacuten capaces de levantar el fluido la altura necesaria
para cargar los buques
Teniendo como base estos valores de presioacuten esperados para la descarga de
las liacuteneas hasta los brazos de carga se procede a la simulacioacuten con el software
PIPESIMreg
322 PIPESIMreg
Posterior al caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten utilizando la ecuacioacuten de Fanning
se realizan las simulaciones en PIPESIMreg de las configuraciones establecidas
anteriormente A continuacioacuten se resentildean por separado cada una de eacutestas
3221 Metor
Luego de ingresar las propiedades del modelo se procede a la simulacioacuten de
eacuteste ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar (Figura 17)
CAPIacuteTULO III
92
Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la simulacioacuten del programa
CAPIacuteTULO III
93
Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor
L P T v q Ρ fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Metor24 1 00 14828 11318 8319 377433 47953 LIacuteQUIDO 0411 2799 2 6504 14650 11261 8316 377287 47971 LIacuteQUIDO 0413 2786 3 13008 14558 11207 8313 377142 47990 LIacuteQUIDO 0415 2774 4 19513 14380 11154 8310 377004 48007 LIacuteQUIDO 0416 2762 5 26017 14288 11102 8307 376868 48025 LIacuteQUIDO 0418 2750 6 32521 14110 11052 8304 376738 48041 LIacuteQUIDO 0420 2739 7 39026 14018 11003 8301 376610 48057 LIacuteQUIDO 0422 2728 8 45530 13840 10956 8298 376488 48073 LIacuteQUIDO 0423 2718 9 52034 13748 10910 8296 376367 48088 LIacuteQUIDO 0425 2708
10 58538 13570 10865 8293 376252 48103 LIacuteQUIDO 0426 2699 11 65043 13478 10821 8291 376139 48118 LIacuteQUIDO 0428 2689 12 71547 13300 10779 8288 376030 48132 LIacuteQUIDO 0429 2680 13 78051 13209 10738 8286 375924 48145 LIacuteQUIDO 0430 2672 14 84555 13030 10698 8284 375822 48158 LIacuteQUIDO 0432 2664 15 91060 12939 10660 8281 375721 48171 LIacuteQUIDO 0433 2656 16 97564 12761 10622 8279 375625 48184 LIacuteQUIDO 0434 2648 17 104070 12670 10585 8277 375530 48196 LIacuteQUIDO 0436 2640 18 110570 12491 10550 8275 375440 48207 LIacuteQUIDO 0437 2633 19 117080 12400 10515 8273 375351 48219 LIacuteQUIDO 0438 2626 20 123580 12222 10482 8271 375266 48230 LIacuteQUIDO 0439 2620 21 130080 12131 10449 8269 375182 48240 LIacuteQUIDO 0440 2613 Linea de Flujo Metor16 (nuevo datum) 22 0 12072 10449 1922 375183 48240 LIacuteQUIDO 0440 3984 23 94324 10251 10424 1922 375166 48243 LIacuteQUIDO 0441 3979 24 18865 8429 10400 1922 375150 48245 LIacuteQUIDO 0441 3975 Linea de Flujo Metor12 (nuevo datum) 25 0 8328 10400 3104 375153 48244 LIacuteQUIDO 0441 5052 26 16798 7197 10400 3104 375182 48241 LIacuteQUIDO 0441 5054 27 33596 6100 10399 3105 375210 48237 LIacuteQUIDO 0441 5056
CAPIacuteTULO III
94
Para el Metanol tanto en esta configuracioacuten como para la de Supermetanol
se hicieron pruebas de seleccioacuten entre los modelos de viscosidad Pedersen y LBC
(Lohrentz-Bray-Clark) siendo Pedersen el que mejor se ajusta al modelo de
viscosidad del metanol a pesar de ser usado generalmente para gas natural y petroacuteleo
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 463 psig (610 psia) De igual forma en la figura 18 se observa que
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga
Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h
CAPIacuteTULO III
95
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2500 2250 2140 2000 y
1875 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 377389 339650 323045 301911
y 283041 En la figura 19 se puede apreciar que se consigue una presioacuten final cercana
a 70psig con un flujo de 2140 m3h
Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor)
Se toma el flujo de 2140 m3h como el oacuteptimo para el despacho de Metanol
desde la planta Metor A continuacioacuten se muestra el perfil presioacuten-distancia en este
caso (figura 20)
CAPIacuteTULO III
96
Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h
3222 Supermetanol
Luego de ingresar las propiedades del modelo en el simulador se procede a
correr dicho modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar en el caso de
Supermetanol los datos son Presioacuten de entrada 0 psig Flujo 301911 bbld
Se resentildean en la tabla 22 los principales resultados necesarios para el estudio
de la configuracioacuten de Supermetanol
CAPIacuteTULO III
97
Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Supermetanol
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Sumeca20 1 00 14947 11320 9708 301947 47952 LIacuteQUIDO 0411 2705 2 6585 14664 11261 9705 301826 47972 LIacuteQUIDO 0413 2692 3 13169 14469 11203 9701 301708 47991 LIacuteQUIDO 0415 2679 4 19754 14186 11148 9697 301594 48009 LIacuteQUIDO 0417 2667 5 26339 13991 11094 9693 301483 48026 LIacuteQUIDO 0418 2656 6 32923 13708 11041 9690 301377 48043 LIacuteQUIDO 0420 2645 7 39508 13513 10991 9687 301272 48060 LIacuteQUIDO 0422 2634 8 46093 13230 10941 9683 301173 48076 LIacuteQUIDO 0424 2624 9 52677 13035 10894 9680 301075 48091 LIacuteQUIDO 0425 2614
10 59262 12753 10847 9677 300981 48106 LIacuteQUIDO 0427 2605 11 65846 12558 10803 9674 300890 48121 LIacuteQUIDO 0428 2596 12 72431 12275 10759 9672 300802 48135 LIacuteQUIDO 0430 2587 13 79016 12080 10717 9669 300716 48149 LIacuteQUIDO 0431 2578 14 85600 11798 10675 9666 300634 48162 LIacuteQUIDO 0432 2570 15 92185 11603 10636 9664 300554 48175 LIacuteQUIDO 0434 2563 16 98770 11321 10597 9661 300477 48187 LIacuteQUIDO 0435 2555 17 105350 11126 10560 9659 300402 48199 LIacuteQUIDO 0436 2548 18 111940 10844 10523 9656 300330 48211 LIacuteQUIDO 0437 2541 19 118520 10649 10488 9654 300259 48222 LIacuteQUIDO 0439 2534 20 125110 10367 10454 9652 300192 48233 LIacuteQUIDO 0440 2528 21 131690 10172 10421 9650 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 2521 Linea de Flujo Sumeca16 (nuevo datum) 22 000 10148 10421 1538 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 3183 23 94324 8974 10387 1537 300079 48251 LIacuteQUIDO 0442 3176 24 188650 7800 10354 1537 300034 48258 LIacuteQUIDO 0443 3170 Linea de Flujo Sumeca12 (nuevo datum) 25 000 7736 10354 2483 300036 48258 LIacuteQUIDO 0443 4028 26 16798 7003 10352 2483 300046 48256 LIacuteQUIDO 0442 4029 27 33596 6303 10349 2483 300055 48255 LIacuteQUIDO 0442 4029
CAPIacuteTULO III
98
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4834 psig (6303 psia) En la figura 21 graacutefica Presioacuten vs Distancia
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga (Figura 22)
Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1830 1800 1750
1740 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 276248 271720
264172 262662 y 256624 En la figura 22 se puede apreciar que se consigue un
valor de presioacuten final maacutes aproximado a 70 psig con un flujo de 1740 m3h
CAPIacuteTULO III
99
Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol)
3223 MTBE de Super Octanos
Luego de ingresar las propiedades de la configuracioacuten se procede a correr el
modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar
Presioacuten de entrada 0 psig
Flujo 301911 bbld
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la corrida del simulador
CAPIacuteTULO III
100
Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo MTBE20 1 00 14970 11331 9708 301937 46353 LIacuteQUIDO 0250 4291 2 7183 14652 11233 9705 301838 46368 LIacuteQUIDO 0251 4274 3 14367 14473 11139 9702 301743 46383 LIacuteQUIDO 0252 4257 4 21550 14155 11050 9699 301654 46397 LIacuteQUIDO 0253 4243 5 28734 13977 10966 9696 301568 46410 LIacuteQUIDO 0254 4227 6 35917 13659 10886 9694 301489 46422 LIacuteQUIDO 0255 4214 7 43100 13480 10810 9691 301412 46434 LIacuteQUIDO 0256 4201 8 50284 13163 10737 9689 301340 46445 LIacuteQUIDO 0256 4189 9 57467 12984 10668 9687 301271 46456 LIacuteQUIDO 0257 4176
10 64651 12667 10603 9685 301206 46466 LIacuteQUIDO 0258 4166 11 71834 12488 10541 9683 301144 46475 LIacuteQUIDO 0259 4155 12 79017 12171 10482 9681 301087 46484 LIacuteQUIDO 0259 4145 13 86201 11993 10426 9679 301031 46493 LIacuteQUIDO 0260 4135 14 93384 11675 10372 9677 300979 46501 LIacuteQUIDO 0260 4127 15 100570 11497 10322 9676 300929 46508 LIacuteQUIDO 0261 4118 16 107750 11180 10274 9674 300883 46516 LIacuteQUIDO 0261 4111 17 114930 11001 10228 9673 300838 46523 LIacuteQUIDO 0262 4103 18 122120 10684 10184 9671 300797 46529 LIacuteQUIDO 0262 4096 19 129300 10506 10143 9670 300757 46535 LIacuteQUIDO 0263 4089 20 136480 10189 10104 9669 300721 46541 LIacuteQUIDO 0263 4083 21 143670 10011 10067 9668 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 4077 Linea de Flujo MTBE16 (nuevo datum) 22 00 9987 10067 1541 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 5146 23 9432 8866 10036 1540 300672 46548 LIacuteQUIDO 0263 5149 24 18865 7744 10006 1540 300665 46549 LIacuteQUIDO 0263 5151 Linea de Flujo MTBE12 (nuevo datum) 25 000 7682 10006 2488 300667 46549 LIacuteQUIDO 0263 6547 26 16798 6984 10006 2488 300686 46546 LIacuteQUIDO 0263 6555 27 33596 6307 10006 2488 300708 46543 LIacuteQUIDO 0263 6562
Tanto para MTBE como para el Iso-Octano estos fluidos se incluyeron al
simulador como black oil para lograr un comportamiento de viscosidad cercano al
CAPIacuteTULO III
101
teoacuterico se ingresaron valores de temperatura y viscosidad dentro del rango de
operacioacuten del proyecto
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4837 psig (6307 psia) Debido a que no se alcanza con el flujo de
disentildeo 70 psig a la salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de
sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida
de descarga al brazo de carga (Figura 23)
Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE)
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1850 1800 1750
1735 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720
261908 262662 y 256624 En la figura 23 se puede apreciar que se consigue una
presioacuten final maacutes cercana a 70 psig con un flujo de 1735 m3h
CAPIacuteTULO III
102
3224 Iso-Octano de Super Octanos
Se realiza la corrida del modelo con los mismos datos de entrada utilizados
en la configuracioacuten de MTBE Se resumieron en la tabla 24 los principales resultados
Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de IsoOctano
L P T v q ρ Patroacuten de flujo micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (PI-SS) (cP) x10-6 Linea de Flujo IsoOctano20 1 00 14970 11334 9708 301940 42283 LIacuteQUIDO 0454 2159 2 8340 14623 11209 9704 301816 42300 LIacuteQUIDO 0456 2151 3 16680 14424 11092 9700 301697 42317 LIacuteQUIDO 0457 2142 4 25020 14078 10982 9697 301588 42332 LIacuteQUIDO 0459 2135 5 33360 13879 10880 9694 301485 42347 LIacuteQUIDO 0461 2128 6 41700 13532 10783 9691 301391 42360 LIacuteQUIDO 0462 2121 7 50039 13334 10693 9688 301301 42373 LIacuteQUIDO 0463 2115 8 58379 12987 10609 9685 301219 42384 LIacuteQUIDO 0464 2110 9 66719 12789 10530 9682 301141 42395 LIacuteQUIDO 0466 2104
10 75059 12442 10455 9680 301070 42405 LIacuteQUIDO 0467 2099 11 83399 12244 10386 9678 301002 42415 LIacuteQUIDO 0468 2094 12 91739 11898 10320 9676 300940 42423 LIacuteQUIDO 0469 2090 13 100080 11699 10259 9674 300881 42432 LIacuteQUIDO 0470 2086 14 108420 11353 10202 9672 300829 42439 LIacuteQUIDO 0470 2083 15 116760 11154 10149 9671 300777 42446 LIacuteQUIDO 0471 2079 16 125100 10808 10098 9669 300732 42453 LIacuteQUIDO 0472 2076 17 133440 10610 10051 9668 300688 42459 LIacuteQUIDO 0473 2073 18 141780 10264 10007 9667 300650 42464 LIacuteQUIDO 0473 2070 19 150120 10065 9966 9665 300612 42470 LIacuteQUIDO 0474 2068 20 158460 9719 9927 9664 300580 42474 LIacuteQUIDO 0474 2066 21 166800 9521 9890 9663 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2063 Linea de Flujo IsoOctano16 (nuevo datum) 22 00 9499 9890 1540 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2605 23 9432 8399 9865 1540 300555 42478 LIacuteQUIDO 0474 2607 24 18865 7410 9842 1540 300568 42476 LIacuteQUIDO 0474 2609 Linea de Flujo IsoOctano12 (nuevo datum) 25 000 7353 9842 2487 300571 42476 LIacuteQUIDO 0474 3316 26 16798 6708 9842 2487 300602 42471 LIacuteQUIDO 0474 3319 27 33596 6082 9842 2488 300639 42466 LIacuteQUIDO 0473 3323
CAPIacuteTULO III
103
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4612 psig (6082 psia) Debido a que no se alcanza los 70 psig a la
salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando
el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo
de carga (Figura 24)
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2000 1850 1800 1750 y
1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720 264172
y 256624 En la figura 24 se nota que el valor de flujo con una presioacuten final cercana
a 70 psig es de 1700 m3h
Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano)
CAPIacuteTULO III
104
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS
Para realizar la comparacioacuten entre modelos se agruparon en tablas los
resultados correspondientes a las caiacutedas de presioacuten de cada uno de los modelos
separados por tramos y luego se calculoacute el porcentaje de desviacioacuten entre los valores
Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor
METANOL
Metor Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 2864 2697 621 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 11986 12131 120
Δp tuberiacutea 16 (psia) 3234 3702 1264 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8752 8429 383 Δp tuberiacutea 12 (psia) 2193 2329 584
Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6559 6100 752
Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Supermetanol
METANOL Supermetanol Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4875 4775 210 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10095 10172 076 Δp tuberiacutea 16 (psia) 2097 2372 1158 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7997 7800 253 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1419 1497 520 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6578 6303 437
CAPIacuteTULO III
105
Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE
MTBE Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4900 4959 118 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10070 10011 059 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1942 2267 1435 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8128 7744 496 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1319 1437 823 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6809 6307 796
Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano
IsoOctano Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 5365 5449 155 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 9605 9521 089 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1818 2111 1389 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7788 741 510 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1229 1328 743 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6558 6082 783
Debido a que la operacioacuten de las configuraciones empleando los flujos de
disentildeo no permiten que se mantenga la condicioacuten limitante que la presioacuten en la
entrada al brazo de carga sea de 70 psig se hace un cuadro comparativo entre estos
valores como se muestra en la tabla 29
CAPIacuteTULO III
106
Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Flujo oacuteptimo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Porcentaje comparativo entre los valores de flujo () 1682 1494 1527 1765
54 CAPACIDAD DE DESPACHO DURANTE LA VENTANA
OPERACIONAL DE CADA UNA DE LAS PLANTAS
En el Muelle Criogeacutenico soacutelo se dispone de un brazo para el despacho de los
productos de las 3 empresas mixtas con la implementacioacuten del proyecto tratado en
este trabajo se espera una mayor holgura para la carga de los productos a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico asiacute como tambieacuten se podraacute despachar mayor cantidad de
productos al mismo tiempo ya que cada producto tendraacute un brazo individual De esta
forma habraacute la posibilidad de utilizar hasta 4 brazos al mismo tiempo para cargar en
dos buques diferentes ya que soacutelo se dispone de la plataforma este y la oeste para el
despacho de productos pero se pueden cargar 2 tipos de productos en el mismo
buque
Se debe tener en cuenta que la empresa FertiNitro tambieacuten despacha sus
productos (amoniacuteaco) a traveacutes del Brazo de Carga M-501 ubicado en la plataforma
de liacutequidos al igual que los brazos M-502 M-503 M-504 y M-505 como se pudo
observar en la Figura 16 (Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De
Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose)
Se pueden cuantificar las posibilidades de carga de la mayor cantidad de
productos simultaacuteneamente en 12 casos diferentes como se muestra en la tabla 30
CAPIacuteTULO III
107
Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Caso Lado Oeste Lado Este 1 Metor M-505 Metor M-504
Metor M-503 Soca M-502
2 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503 Soca M-502
3 Metor M-505 Metor M-504 Metor M-503
4 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503
5 Metor M-505
Metor M-503
6 Sumeca M-505
7 Sumeca M-505
Metor M-503
Soca M-502
8 Sumeca M-504
Soca M-502
9 Metor M-504
Soca M-502
10 Soca M-502
11 Sumeca M-504
12 Metor M-504
FertiNitro M-501
Con los datos recopilados en la tabla 11 se obtiene la siguiente distribucioacuten
porcentual seguacuten el despacho de cada una de las plantas involucradas en el proyecto
CAPIacuteTULO III
108
33
39
28
SupermetanolMetorSuper Octanos
Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del Muelle
Criogeacutenico
Debido a que se tiene conocimiento de los voluacutemenes despachados en buques
por FertiNitro actualmente en el Muelle Petroquiacutemico y el despachado por Metor
Supermetanol y Super Octanos por el Muelle Criogeacutenico se hace una proyeccioacuten del
porcentaje de produccioacuten mensual de despachos para el antildeo 2008 del Muelle
Petroquiacutemico cuando el proyecto se encuentre en operacioacuten De esta forma la
ocupacioacuten se puede decir que tendraacute la distribucioacuten mostrada en la Figura 26
17
3627
20
FertiNitroMetorSupermetanolSuper Octanos
Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro
CAPIacuteTULO III
109
La ventana operacional con la cual contaraacuten las plantas para el despacho de
sus productos seraacute al igual que en la actualidad de 72 horas contando con hasta 32
horas para el despacho De acuerdo a las velocidades maacuteximas de despacho
calculadas anteriormente se recrea un tiempo estimado de despacho al buque de cada
uno de los productos en la tabla 31
Se escogen capacidades de buques aproximadas debido a que de acuerdo a la
Tabla 12 cada buque presenta capacidades diferentes ademaacutes que podriacutean cargar
menor cantidad de productos de lo que su capacidad total permite dependiendo de las
teacutecnicas de negociacioacuten que sean empleadas en la venta de los productos
Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques
METANOL
Metor METANOL
Supermetanol MTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Flujo maacutesico (TMh) 16105 13181 12301 11144 Buque de 10 MTM
Tiempo (h) 621 759 813 897
Buque de 15 MTM Tiempo (h)
931 1138 1219 1346
Buque de 20 MTM Tiempo (h)
1242 1517 1626 1795
Buque de 25 MTM Tiempo (h)
1552 1897 2032 2243
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
110
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
La seleccioacuten de tuberiacuteas principales se realizoacute de acuerdo al piping class
utilizado en el Muelle Petroquiacutemico pero debido a las altas exigencias de seguridad
de dicho muelle las cuales no son necesarias en las aacutereas externas al Muelle se hizo
la salvedad de permitir el uso de tuberiacutea con costura fuera del liacutemite de bateriacutea del
Muelle De esta forma la tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es
ASTM A-53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia hasta que
se obtengan los resultados del estudio de golpe de ariete del cual podriacutea resultar que
el rating necesario para las tuberiacuteas sea de 300 lbf Desde el punto de salida de las
plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del Muelle se utilizaraacute tuberiacutea tipo E (soldada con
resistencia eleacutectrica) y una vez dentro de los linderos del Muelle las tuberiacuteas deberaacuten
ser sin costura (Tipo S) al igual que las vaacutelvulas y los accesorios Las tablas 7 8 y 9
muestran las caracteriacutesticas de cada una de las liacuteneas
La seleccioacuten de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar se realizoacute conforme a que el
caacutelculo de los espesores miacutenimos requeridos en cada una de las liacuteneas reporta valores
de hasta 50 por debajo de la ceacutedula miacutenima comercial (Schedule 10) Luego de
aplicar un factor de seguridad riguroso se toma como alternativa tolerante la ceacutedula
estaacutendar en cada una de las liacuteneas (ver tablas 13 y 14)
El valor miacutenimo de presioacuten requerido en el punto final de la tuberiacutea de 12rdquo es
de 70 psig Dicho valor es necesario para que el fluido recorra el brazo de carga y
descargue al buque con una presioacuten de 20 psig
El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado a la
presioacuten de descarga de las bombas de cada planta que para todos los casos se tomoacute
la resentildeada en la hoja de especificaciones de cada bomba como presioacuten de operacioacuten
El caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las liacuteneas es un valor aproximado debido a
la carencia de informacioacuten definitiva acerca de las vaacutelvulas y accesorios que seraacuten
implementados en las liacuteneas Para la fecha de culminacioacuten de este Trabajo Especial
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
111
de Grado las empresas mixtas auacuten no teniacutean bien especificado los elementos de
control que se aplicaraacuten a las liacuteneas incluyendo asiacute el tipo de vaacutelvulas que seraacuten
empleados Los valores de caiacuteda de presioacuten que se reportan en el punto final de la
tuberiacutea de 12rdquo son mayores a los que se deberiacutea esperar para el momento de ejecucioacuten
del proyecto
El caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten primeramente se realizoacute mediante el uso de
la ecuacioacuten de Fanning utilizando el nuacutemero de Reynolds para el caacutelculo del factor
de friccioacuten Estos valores de caiacuteda de presioacuten se calcularon para cada uno de los
tramos de tuberiacutea reportaacutendose en las tablas 18 19 y 20
El segundo meacutetodo de caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten se realizoacute mediante la
corrida en PIPESIMreg de cada uno de los casos por separado de acuerdo al fluido que
transportariacutea cada liacutenea y la planta que manejariacutea dicho fluido Debido a que
PIPESIMreg es un simulador de produccioacuten de petroacuteleo se estudioacute la manera de incluir
Metanol MTBE e Iso-Octano al programa
Para el modelaje del comportamiento de viscosidad del metanol se empleoacute
Pedersen siendo eacuteste el que mejor se adaptaba al teoacuterico Los modelos de viscosidad
utilizados para MTBE e Iso-Octano a diferencia del Metanol se generaron a partir de
2 pares de valores de viscosidad y temperatura ingresados por el usuario con lo cual
el modelo de viscosidad se asemeja al teoacuterico en el rango de temperatura utilizado el
cual es cercano al de operacioacuten del proyecto
Para todas las configuraciones el valor de presioacuten en el punto final de las
tuberiacuteas de 12rdquo manejando el flujo de disentildeo se encuentra por debajo de 70psig con
un margen de hasta 25 psi (como se reporta en las tablas 25 26 27 y 28) tanto en los
caacutelculos con la ecuacioacuten de Fanning como los generados por el simulador
Se compararon los valores de presioacuten reportados en cada una de las corridas
y se pudo apreciar la similitud de eacutestos con los calculados con la ecuacioacuten de
Fanning se puede apreciar que la divergencia entre valores de presioacuten reportados en
las tablas 26 27 28 y 29 no es significativa los valores maacutes distantes reportan un
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
112
desviacioacuten de hasta 14 Los valores generados por el simulador se consideraron con
mayor exactitud debido a que el simulador hace caacutelculos de los valores de viscosidad
y presioacuten a cada uno de los intervalos en los cuales se separa la longitud total de la
tuberiacutea lo cual no se hace en la ecuacioacuten de Fanning
Los valores finales de presioacuten correspondientes a Metanol MTBE e Iso-
Octano presentan porcentajes de divergencia menores al 8 lo que se puede atribuir
al hecho que los fluidos son ingresados a un simulador de hidrocarburos lo cual trae
consecuencias ya que la viscosidad del fluido a pesar de presentar valores cercanos a
los teoacutericos fueron calculados con correlaciones para petroacuteleo
Debido a que los valores generados por el simulador al final de la tuberiacutea de
12rdquo son inferiores a 70 psig (operando con el flujo de disentildeo) se realizaron anaacutelisis
de sensibilidad a cada una de las liacuteneas variando los valores del flujo de salida de la
bomba Es debido a este factor limitante que los flujos de disentildeo no son alcanzados
en las configuraciones como se muestra en la tabla 29 Los flujos que operaraacuten las
liacuteneas para mantener la condicioacuten limitante se encuentran entre 15 y 18 por debajo
del flujo de disentildeo
Los valores de flujo conseguidos al aplicar el anaacutelisis de sensibilidad a las
liacuteneas se encuentran por encima del que se espera al momento de ejecutar el proyecto
debido a que no se incluye la peacuterdida de presioacuten debido a las vaacutelvulas que seraacuten
conectadas a las liacuteneas Los valores de flujo obtenidos en este anaacutelisis no deberaacuten ser
tomados como valores reales sino como valores maacuteximos de operacioacuten de las
configuraciones
Referente a la ocupacioacuten del muelle se puede notar que auacuten para el caso maacutes
desfavorable el despacho de Iso-Octano a un buque de gran tamantildeo (menor
velocidad de flujo) el tiempo de carga es menor a 24 horas como se puede observar
en la tabla 31 Seguacuten experiencias actuales se conoce que los tiempos de despacho
se encuentran entre 15 y 32 horas dependiendo de la capacidad de los buques y de la
velocidad de bombeo La tasa maacutexima de bombeo hacia el Muelle Criogeacutenico en la
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
113
actualidad es de 1000 m3h con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten
los tiempos de despacho
En cuanto a las necesidades de ocupacioacuten de cada usuario (Metor
Supermetanol Super Octanos y FertiNitro) en el Muelle Petroquiacutemico se observa
que es Metor quien tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten Supermetanol y Super
Octanos seguiraacuten en cuanto al nivel de necesidad y seraacute FertiNitro quien menos
requiera del uso del Muelle ya que esta uacuteltima empresa tiene despachos mensuales de
uno a dos buques y las otras plantas tienen despachos de 4 oacute 5 buques mensuales En
la figura 26 se aprecian los porcentajes de distribucioacuten de cada una de las plantas
esperados en el momento cuando entre en vigencia el uso del Muelle Petroquiacutemico de
Jose para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
CONCLUSIONES
114
CONCLUSIONES
A continuacioacuten se presentan las principales conclusiones resultantes del
estudio de este Trabajo Especial de Grado
bull La tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es ASTM A-
53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia
Desde el punto de salida de las plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del
Muelle seraacute tuberiacutea Tipo E (soldada con resistencia eleacutectrica) y
dentro de los linderos del Muelle seraacute Tipo S (sin costura)
bull El factor limitante de la velocidad de flujo en cada una de las
configuraciones es una presioacuten igual a 70 psig reportado al final de
la tuberiacutea de 12rdquo
bull El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado
a la presioacuten de operacioacuten de las bombas
bull Los valores de caiacuteda de presioacuten resultantes son valores aproximados
de igual forma sucede con los valores de flujo eacutestos deberaacuten ser
tomados como valores maacuteximos de despacho
bull La simulacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en cada una de las liacuteneas se
realizoacute con PIPESIMreg la inclusioacuten de Metanol en la configuracioacuten se
hizo siguiendo el modelo de fluido composicional mientras que el
modelo utilizado para la inclusioacuten de MTBE e Iso-Octano fue black
oil
bull Los valores de presioacuten reportados en las corridas y los calculados con
la ecuacioacuten de Fanning presentaron una desviacioacuten porcentual menor
al 15 comparativamente entre los dos modelos Se consideran con
mayor exactitud los valores generados por el simulador
CONCLUSIONES
115
bull Los valores finales de presioacuten a la entrada del brazo de carga son
menores a 70psig en operacioacuten con el flujo de disentildeo
bull La velocidad de flujo con mayor operatividad en cada uno de los
casos es menor que los flujos de disentildeo de cada una de las liacuteneas en
un rango menor al 18 en todos los casos
bull Los brazos de carga a utilizar en las instalaciones del Muelle
Petroquiacutemico de Jose seraacuten de 12rdquo con facilidades para retorno de
vapores
bull El tiempo maacuteximo de carga de los buques con capacidades de hasta
25000TM son 24 horas
bull Con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten los tiempos
de despacho a los buques de Metanol MTBE e Iso-Octano con
respecto al sistema actual
bull Metor tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten del Muelle
Petroquiacutemico Supermetanol y Super Octanos seguiraacuten en cuanto al
nivel de necesidad y FertiNitro seraacute quien tenga menor requerimiento
de uso del Muelle
RECOMENDACIONES
116
RECOMENDACIONES
Realizar el estudio de golpe de ariete para evaluar la necesidad de
proteccioacuten mecaacutenica de las liacuteneas asiacute como de las vaacutelvulas y accesorios
Una vez obtenida la disposicioacuten de todos los elementos de control que
seraacuten instalados en las liacuteneas agregar la peacuterdida de presioacuten causada debido
a las vaacutelvulas y accesorios para luego recalcular los flujos de despacho en
cada una de las configuraciones
Incluir en los procedimientos operacionales del Muelle Petroquiacutemico de
Jose la implementacioacuten de programas de inspeccioacuten y mantenimiento de
las liacuteneas involucradas en el proyecto asiacute como vaacutelvulas accesorios
brazos de carga sistema de alivio de vapores
Escoger la mejor opcioacuten para la disposicioacuten de liacutequidos y vapores
generados en el proceso de despacho de buques (instalacioacuten de tanques de
alivio disposicioacuten de fluidos hacia el flare o la instalacioacuten de la liacutenea de
retorno hacia la planta de Super Octanos)
Asegurar la posibilidad de control de las vaacutelvulas localizadas en los brazos
de carga M503 M-504 y M-505 tanto por Metor como por Supermetanol
Incluir en los procedimientos operacionales toda la logiacutestica a seguir para
realizar el lavado (Flushing) con agua de los tanques de almacenamiento de
los buques asiacute como la inertizacioacuten de eacutestos en caso de ser necesario
RECOMENDACIONES
117
Estudiar el suministro y conexioacuten de nitroacutegeno en el estribo del Muelle
para el desalojo de las liacuteneas y en caso de ser necesario la inertizacioacuten de
los tanques de almacenamiento de los buques
Realizar la clausura de las liacuteneas existentes en el Muelle Criogeacutenico de
manera adecuada asiacute como la recoleccioacuten de los activos pertenecientes a
las empresas mixtas y Pequiven en dicho Muelle
Tramitar la permisologiacutea ante los entes gubernamentales para la aprobacioacuten
del proyecto
BIBLIOGRAFIacuteA
118
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
[1] ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31 Capiacutetulo II
[2] Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico
9na edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
[3] Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
[4] Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Tomo II
Meacutexico Edit Mc Graw Hill 1992
[5]Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpip
esim_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
[6] Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1979
BIBLIOGRAFIacuteA
Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico 9na
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
Barberii EE El Pozo Ilustrado 3ra edicioacuten Caracas PDVSA 1985
Branan Carl R Soluciones praacutecticas para el Ingeniero Quiacutemico 2da
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 2000
Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1992
Reza Garciacutea Clemente Flujo de fluidos en vaacutelvulas accesorios y tuberiacuteas
Crane Co Meacutexico Mc Graw Hill 1990
BIBLIOGRAFIacuteA
119
Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc Graw
Hill 1979
The MW Kellogg Company Design of piping systems 2da edicioacuten Jhon
Wiley and sons
Paper SPE 20631 Xlao JJ Shoham O y Brill JP A comprehensive
Mechanistic Model for Two-Phase Flow in Pipelines Society of Petroleum
Engineers Inc University of Tulsa 1990
Paper SPE 20645 Z El-Oun Gas-Liquid Two-Phase Flow in Pipelines
Society of Petroleum Engineers Inc CALtec Limited Subsidiary of BHR Group Ltd
1990
Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
Tecnoconsult httpwwwtecnoconsultcom [consulta Noviembre 2005]
Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpipesi
m_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
PDVSA httpwwwinteveppdvcomsantppquimicosind_productoshtm
[consulta diciembre 2005]
Wipedia httpeswikipediaorgwikiGolpe_de_ariete [consulta Mayo
2006]
ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31
PDVSA No L-TP- 15 Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Manual de Ingenieriacutea
de Disentildeo Volumen 13-III Procedimiento de Ingenieriacutea
PDVSA No MDP-02-FF-03 Flujo en Fase Liacutequida Manual de Disentildeo de
Proceso Flujo de fluidos
BIBLIOGRAFIacuteA
120
PDVSA Especificaciones teacutecnicas de Materiales y de Construccioacuten
PDVSA Higiene Industrial Iacutendice general de productos quiacutemicos
GLOSARIO
121
GLOSARIO
Black Oil petroacuteleo negro
Data sheet hoja de especificaciones
Flare mechurrio
Pipe rack corredor de tuberiacutea casillero de tubos
Piping class Tipo de tuberiacutea
Rating capacidad nominal
Schedule ceacutedula o calibre
Source fuente
ANEXO 1
122
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano
El anexo 1 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Iso-Octano del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 2
123
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol
El anexo 2 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Metanol del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 3
124
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE
El anexo 3 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al MTBE del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
IacuteNDICE DE TABLAS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose 12 Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales 23 Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta 33 Tabla 4 Propiedades de los fluidos 61 Tabla 5 Sistema de Bombeo 62 Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose 63 Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo) 64 Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo 65 Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo 66 Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios67 Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga 81 Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9 82 Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura 84 Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura 84 Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura 85 Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol 88 Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes
a las liacuteneas propiedad de Super Octanos 89 Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas
Principales 89 Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo 90 Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo 90 Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor 93 Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
Supermetanol 97 Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE 100 Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de
IsoOctano 102 Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor 104 Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de
Supermetanol 104 Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE 105 Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano 105 Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos 106 Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico 107 Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques109
NOMENCLATURA
xi
NOMENCLATURA
c= suma de tolerancias dejadas por la corrosioacuten la erosioacuten y cualquier profundidad de la muesca o estriado (-)
Cv = coeficiente de flujo en la vaacutelvula que pasa bajo una caiacuteda de presioacuten de l psi
cv= calor especiacutefico del fluido (BTUlbdegR)
D= diaacutemetro del conducto (ft)
d= diaacutemetro interno de la vaacutelvula (ft)
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea (ft)
dudy= gradiente de velocidad (1s)
E= factor de calidad (-)
F= peacuterdida por friccioacuten (ftlbflb)
f= factor de friccioacuten de Fanning (-)
G= velocidad maacutesica media (lbsft2)
g= aceleracioacuten local debido a la gravedad (322 fts2)
gc= constante dimensional (3217 lbftlbfs2)
hv= carga de velocidad (ft)
i= entalpiacutea especiacutefica (BTUlb)
J= equivalente mecaacutenico de calor (ftlbfBTU)
K= iacutendice de consistencia (lbfsnft2)
K1= cantidad de cargas de velocidad (fts)
L= dimensioacuten lineal caracteriacutestica del canal de flujo (ft)
L1= longitud del conducto (ft)
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes (ft)
Le= longitud equivalente (ft)
n= exponente (-)
nacute= exponente de la ley de potencia (-)
NRe = nuacutemero de Reynolds (-)
P= presioacuten de disentildeo (lbfft2)
p= presioacuten absoluta (lbfft2)
p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba (lbfft2)
p2= presioacuten estaacutetica corriente abajo (lbfft2)
NOMENCLATURA
Q= calor agregado (BTU)
q= flujo volumeacutetrico del fluido (ft3s)
r= radio (ft)
RH= radio hidraacuteulico medio (ft)
rw= radio de la tuberiacutea (ft)
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales (lbfft2)
s= entropiacutea especiacutefica (BTUlb degR)
SE= esfuerzo permisible (lbfft2)
Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto (-)
tm= espesor miacutenimo de pared (ft)
u= energiacutea interna especiacutefica (BTUlb)
U= distancia de anclajes (ft)
v= volumen especiacutefico (ft3lb)
V= velocidad lineal media (fts)
vprom= volumen especiacutefico promedio (ft3lb)
v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba (ft3lb)
v2= volumen especiacutefico en condiciones corriente abajo (ft3lb)
W= trabajo externo neto (lbfft)
We= trabajo proporcionado por una fuente externa (lbfft)
y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser absorbida por el sistema (ft)
Z= altura por arriba de cualquier plano de referencia horizontal arbitrario (ft)
Siacutembolos griegos Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica (lbfft2)
ΔTa= aumento global de la temperatura (degF)
ε= aspereza de la superficie interna del canal (ft)
η= viscosidad plaacutestica (lbfts)
μ= viscosidad dinaacutemica (lbfts )
μa= viscosidad aparente (lbfts )
ν =viscosidad cinemaacutetica (ft2s)
NOMENCLATURA
θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la horizontal (ordm)
ρ= densidad del fluido (lbft3)
ρprom= densidad promedio (lbft3)
τ= esfuerzo cortante (lbfft2)
τw= esfuerzo cortante en la pared (lbfft2)
τy= esfuerzo de cedencia (lbfft2)
ω= flujo en peso del fluido (lbs)
Abreviaturas ASME= The American Society of Mechanical Engineers
CS= Condiciones Standard
EOS= Equations of State
ERW= Electric Resistance Weld
MTBE= Metil Ter-Butil Eacuteter
MTMA= mil toneladas meacutetricas anuales
MTMM= mil toneladas meacutetricas mensuales
Soca= Super Octanos CA
Sumeca= Supermetanol CA
TAME= Ter-Amil Metil Eacuteter
INTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCIOacuteN
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) en la buacutesqueda de un despacho para
sus productos a traveacutes del puerto de su propiedad en el Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui se planteoacute el Proyecto ldquoFacilidades para el despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
En el complejo existen cuatro empresas mixtas FertiNitro Metanol de
Oriente (Metor) Supermetanol y Super Octanos de las cuales soacutelo la primera
descarga sus productos a traveacutes del muelle de Pequiven las otras empresas lo hacen a
traveacutes del Terminal de Almacenamiento y Embarque de Jose (TAEJ) lo cual es
necesario redireccionar
El referido proyecto consta de la instalacioacuten de todas las facilidades para el
despacho de productos (Metanol MTBE e Iso-Octano) a traveacutes del Muelle
Petroquiacutemico de Jose incluyendo la red de liacuteneas hidraacuteulicas y los brazos de carga en
el muelle para lo cual se hace necesario el levantamiento en campo de los datos
requeridos para llevar a cabo el disentildeo El desarrollo del proyecto consiste en la
Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten (IPC) para el despacho de los productos desde las
plantas Metor Supermetanol y Super Octanos hasta la plataforma de liacutequidos del
Muelle Petroquiacutemico de Jose lo cual a grandes rasgos comprende la instalacioacuten de
a) Cuatro liacuteneas y cuatro brazos de carga
b) Instalacioacuten de un tanque para contingencias en el proceso de carga
c) Una liacutenea que interconecte las tuberiacuteas de los brazos de Metanol para dar
la facilidad a Supermetanol y Metor de despachar tanto del lado Este como
Oeste
d) Una liacutenea de venteo de gases de MTBE Metanol Iso-Octano y sus
mezclas desde el Muelle hasta el cabezal del mechurrio existente
e) Interconexioacuten al sistema de tuberiacuteas existentes para servicios industriales
INTRODUCCIOacuteN
El presente Trabajo Especial de Grado tiene como objetivo el disentildeo del
sistema de transporte para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico de Jose basaacutendose en el uso del software PIPESIMreg
PIPESIMreg es un simulador con aplicaciones para tuberiacuteas que mediante el
suministro de algunos datos como flujo presioacuten temperatura propiedades fiacutesico-
quiacutemicas y termodinaacutemicas de los fluidos disentildeo de las tuberiacuteas ademaacutes de las
ecuaciones seleccionadas de acuerdo al fluido y variables a manejar arroja resultados
que permiten predecir tiempos oacuteptimos de carga de los buques asiacute como los efectos
que podriacutea causar sobre el sistema cualquier cambio operacional realizado
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Petroquiacutemica de Venezuela (Pequiven) junto a las empresas mixtas que
laboran en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui deben habilitar las instalaciones del
Muelle Petroquiacutemico de Jose propiedad de Pequiven para lo cual se tiene previsto el
desarrollo de la Ingenieriacutea Procura y Construccioacuten del proyecto ldquoFacilidades para el
Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de
Joserdquo que se encuentra en su fase inicial desde febrero de 2006 En la fase de
ingenieriacutea son muchas las interrogantes que se plantean las empresas mixtas acerca de
las caracteriacutesticas para el despacho que tendraacuten sus productos asiacute como la
implementacioacuten de diferentes configuraciones de tuberiacuteas para lograr un mayor
volumen de despacho o mejoras en la calidad de dicho despacho
Es asiacute como se plantea este Trabajo Especial de Grado direccionado hacia
la buacutesqueda de soluciones al disentildeo del sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de
despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose
utilizando como herramienta el software PIPESIMreg
Se elabora la simulacioacuten del sistema de transporte que se desea instalar en el
Muelle Petroquiacutemico de Jose para que sea eacutesta un modelo teoacuterico a seguir durante la
puesta en marcha del proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e
Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo
OBJETIVOS
4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Disentildear el sistema de redes hidraacuteulicas y mecanismo de despacho de
Metanol MTBE e Iso-Octano a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Jose utilizando
como herramienta el software PIPESIMreg
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Recopilar la informacioacuten de campo necesaria para la realizacioacuten del
disentildeo del proyecto
Disentildear el sistema de tuberiacuteas desde las Empresas Mixtas hasta los
brazos de carga ubicados en el Muelle Petroquiacutemico de Jose haciendo uso de
Pipesimreg2003
Disentildear las facilidades para el despacho de los productos hasta los
cargueros
Calcular los paraacutemetros y variables en cada una de las liacuteneas
Calcular la capacidad de despacho durante la ventana operacional para
cada uno de los productos
Calcular la capacidad operativa del muelle para el despacho
simultaacuteneo del mayor nuacutemero de cargueros
METODOLOGIacuteA
5
METODOLOGIacuteA
La metodologiacutea seguida en el presente Trabajo Especial de Grado se puede
recopilar en los siguientes puntos principales los cuales estaacuten separados por capiacutetulos
a lo largo del trabajo y presentan la siguiente estructura
El primer capiacutetulo correspondiente a los antecedentes explica los
principales aspectos de la empresa asiacute como la estructura participativa de Pequiven
Jose Luego se realiza el estudio de los principales aspectos teoacutericos involucrados en
ANTECEDENTES
REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
DESARROLLO DEL DISENtildeO
Condiciones de disentildeo Revisioacuten del modelo ocupacional del Muelle
Disentildeo de tuberiacuteas
CAacuteLCULOS
AacuteNALISIS DE RESULTADOS
RESULTADOS
METODOLOGIacuteA
6
la elaboracioacuten de un disentildeo de sistema de transporte asiacute como la descripcioacuten del
software utilizado
Se explican las bases para la elaboracioacuten del disentildeo propiedades
involucradas y configuracioacuten de los elementos del proyecto Y por uacuteltimo se procede
al caacutelculo de las variables del disentildeo comparacioacuten entre modelos y estudio
operacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose
Se analizan los resultados obtenidos se generaraacuten conclusiones y se haraacuten
recomendaciones de acuerdo al estudio realizado
CAPIacuteTULO I
7
CAPIacuteTULO I MARCO REFERENCIAL MARCO REFERENCIAL
11 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA [3]
111 PETROQUIacuteMICA DE VENEZUELA PEQUIVEN SA
Pequiven fue creada en 1977 asumiendo las funciones y operaciones de lo
que fuera el Instituto Venezolano de Petroquiacutemica (IVP) inaugurado en el antildeo 1955
Desde marzo de 1978 cuando se constituyoacute como filial de PDVSA Pequiven ha
vivido sucesivas etapas de reestructuracioacuten hasta llegar a convertirse en la
Corporacioacuten Petroquiacutemica de Venezuela
Su misioacuten es manufacturar y comercializar productos quiacutemicos y
petroquiacutemicos de alta calidad en el mercado nacional e internacional maximizando
el valor del gas y de las corrientes de refinacioacuten a fin de impulsar el desarrollo
industrial y agriacutecola del paiacutes
Su visioacuten es ser liacuteder en motorizar el desarrollo agriacutecola e industrial de
nuestro paiacutes ser reconocida en los mercados nacionales e internacionales por la
manufactura de productos quiacutemicos y petroquiacutemicos de alta calidad y a costos
competitivos
Estaacute integrada por tres Complejos Petroquiacutemicos El Tablazo en el estado
Zulia Moroacuten en el estado Carabobo y Jose en el estado Anzoaacutetegui Organizada en
Unidades de Negocio que atienden el desarrollo de tres liacuteneas de productos Olefinas
y sus derivados Fertilizantes y Productos Industriales Participa directamente en 16
Empresas Mixtas compuestas por socios nacionales e internacionales
112 EL COMPLEJO PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI-JOSE
El Complejo Jose ubicado en el estado Anzoaacutetegui costa oriental del paiacutes
es un desarrollo petroquiacutemico de Pequiven con gran futuro debido a la riqueza en gas
natural que posee la zona El Complejo tiene una superficie de 740 hectaacutereas donde se
han instalado las plantas de Super Octanos Metor Supermetanol y FertiNitro En la
CAPIacuteTULO I
8
figura 1 se puede observar una vista aeacuterea de las instalaciones del Complejo donde se
sentildealan los nombres de las calles que intervienen en el desarrollo del proyecto en
estudio
Ademaacutes de los servicios de agua electricidad gas generacioacuten de vapor y
otras instalaciones como las oficinas administrativas servicio de bomberos sistema
de intercomunicaciones cliacutenica industrial vigilancia sistema de disposicioacuten de
efluentes industriales mantenimiento todo ello para satisfacer las necesidades del
condominio
El desarrollo del complejo demuestra la experiencia y competitividad de
Pequiven cuya estructura empresarial no escatima esfuerzos en mantener actualizada
la capacidad de sus recursos humanos revisioacuten permanente de los procesos uso de la
tecnologiacutea de punta para fortalecer la productividad de sus plantas atencioacuten esmerada
consciente en la necesidad de conservar el ambiente y las relaciones interactivas y
comprometidas con el paiacutes
Figura 1 Vista parcial del Complejo Petroquiacutemico General de Divisioacuten Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui
Calle CCalle F
CAPIacuteTULO I
9
113 LAS EMPRESAS MIXTAS ASOCIADAS A PEQUIVEN
La decisioacuten gubernamental (1960) de permitir la participacioacuten asociada de
empresas venezolanas y extranjeras en el negocio petroquiacutemico fue muy acertada
Hoy esa modalidad empresarial ha fortalecido a Pequiven y ha logrado para el paiacutes
avances en tecnologiacutea y manufactura de productos petroquiacutemicos
Las ganancias generadas demuestran el progreso logrado por Pequiven y las
empresas mixtas respecto al aumento sostenido de la produccioacuten y diversificacioacuten de
productos como sigue
bull Olefinas y Plaacutesticos aacutecido clorhiacutedrico cloro dicloruro de etileno etileno
pirogasolina monoacutemero de cloruro de vinilo (MCV) cloruro de polivinilo (PVC)
polietileno de alta densidad polietileno de baja densidad polietileno lineal de baja
densidad polipropileno propileno y soda caacuteustica
bull Fertilizantes aacutecido fosfoacuterico aacutecido niacutetrico aacutecido sulfuacuterico amoniacuteaco
caprolactama fosfato diamoacutenico fosfato tricaacutelcico granulados de NPK nitrato de
potasio oleum roca fosfaacutetica solucioacuten de amoniacuteaco sulfato de amonio sulfato de
sodio urea
bull Productos Industriales alquilbencenos taacutelico anhiacutedrido benceno-tolueno-
xileno (BTX) clorofluorometanos glicol de etilenos metanol MTBE oacutexido de
etileno polifosfato de sodio tetraacutemero de propilenotres
114 EMPRESAS MIXTAS OPERATIVAS EN EL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO ANZOAacuteTEGUI
1141 METANOL DE ORIENTE (METOR)
El inicio de operaciones de la planta de produccioacuten de Metanol empresa
mixta Metanol de Oriente (Metor SA) representa una significativa contribucioacuten
para el proceso de industrializacioacuten del gran potencial de gas natural con el que
cuenta Venezuela Esta empresa tiene una composicioacuten accionaria representada por
CAPIacuteTULO I
10
Pequiven Mitsubishi Corporation y Mitsubishi Gas Chemical Empresas Polar e
International Finance Corporation
Esta planta tiene una capacidad instalada de 750 MTMA de Metanol
producto de amplio uso en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
El Metanol es un insumo para la manufactura de productos oxigenados
(MTBE y TAME) ampliamente cotizados para mejorar el octanaje de la gasolina y
las emisiones al ambiente El Metanol tambieacuten es materia prima para producir resinas
y otros compuestos quiacutemicos Asiacute mismo es producto final utilizado como solvente y
combustible Esta variedad de aplicaciones le otorga al Metanol un lugar fundamental
en la industria quiacutemica y petroquiacutemica
1142 FERTILIZANTES NITROGENADOS DE ORIENTE
(FERTINITRO)
El objetivo de esta empresa es la venta de productos elaborados en las
plantas de Amoniacuteaco y Urea asiacute como sus subproductos tanto en Venezuela como en
el extranjero
Tiene como socios a la empresa Koch Industries con 35 de participacioacuten
Snamprogetti aporta 20 Empresas Polar un 10 y Pequiven 35
Esta empresa tiene una capacidad instalada estimada en 1200 MTMA de amoniacuteaco y
1460 MTMA de urea
1143 SUPERMETANOL
Esta empresa tiene como principal objetivo la produccioacuten de Metanol asiacute
como la venta de dicho producto y de sus subproductos principalmente en el
mercado internacional Empresa compuesta por Pequiven Ecofuel Metanol Holding
y Petrochemical Investment Ltd La capacidad estimada de produccioacuten asciende a
770 MTMA
CAPIacuteTULO I
11
1144 SUPER OCTANOS
Empresa compuesta accionariamente por Pequiven Ecofuel y el Banco de
Inversioacuten Mercantil Se encarga de la produccioacuten de MTBE asiacute como la venta y
comercializacioacuten de sus productos principalmente en el mercado internacional
Opera desde el antildeo 1991 y su capacidad estaacute alrededor de 550 MTMA En la figura 2
se observa una toma aeacuterea de la planta dentro del Complejo Antonio Joseacute Anzoaacutetegui
Figura 2 Vista de la Planta Super Octanos ubicada en el Complejo Petroquiacutemico Anzoaacutetegui
1145 AGUAS INDUSTRIALES DE JOSE
Se encarga del suministro de aguas industriales al Complejo Jose ademaacutes
del agua potable agua para incendios y servicios de remocioacuten de aguas negras a las
plantas petroquiacutemicas instaladas en los terrenos propiedad de Pequiven dentro del
complejo Posee una capacidad estimada de 1300 litros por segundo
CAPIacuteTULO I
12
A continuacioacuten se presenta un resumen de la estructura participativa de las
principales empresas mixtas ubicadas en el Complejo Petroquiacutemico Jose
Tabla 1 Estructura participativa de Pequiven Jose
CAPACIDAD PARTICIPACIOacuteN EMPRESAS PRODUCTOS
[MTMA] USOS SOCIOS
[] Formaldehiacutedo Pequiven 3750
Mitsubishi Corporation
2375 Componente de gasolina MTBE Mitsubishi Gas
Chemical 2375
Solvente Empresas Polar 10
Metor Metanol 750
Acido aceacutetico IFC 5 Formaldehiacutedo Pequiven 3451 Componente de gasolina MTBE
Ecofuel 3451
Acido aceacutetico Metanol Holding Ltd
1549 Supermetanol Metanol 770
Solvente Petrochemical Investment Ltd
1549
Pequiven 49 Ecofuel 49
Super Octanos MTBE 550 Componente oxigenado de gasolina
Banca de Inversioacuten Mercantil
2
Pequiven 35 Amoniacuteaco 1200
Koch Industries 35 Snamprogetti 20 FertiNitro
Urea 1460 Fertilizante
Empresas Polar 10
CAPIacuteTULO I
13
115 EL MUELLE PETROQUIacuteMICO DE JOSE
El Muelle Petroquiacutemico de Jose es el proyecto de infraestructura maacutes
reciente realizado por Pequiven para exportar los productos petroquiacutemicos de las
plantas que operan y se proyectan en el oriente del paiacutes
La obra construida a un costo de 150 millones de doacutelares estaacute destinada a la
exportacioacuten de urea polietilenos amoniacuteaco etileno etilenglicol dietilenglicol
metanol MTBE y otros productos quiacutemicos de las plantas existentes Actualmente su
uso es destinado exclusivamente para el despacho de urea y amoniacuteaco El sistema de
carga de urea tiene capacidad para despachar 1000 toneladas meacutetricas por hora y el
de amoniacuteaco 1100 toneladas meacutetricas por hora
La obra estaacute disentildeada con posibilidades de ampliar las tuberiacuteas y brazos de
carga en etapas sucesivas sobre la plataforma existente sin afectar la operacioacuten
regular del muelle Dentro de dicho marco se encuentra el proyecto referido en este
Trabajo Especial de Grado Adicionalmente el disentildeo permite la construccioacuten de una
segunda plataforma y extender el muelle de contenedores
El embarcadero tiene una plataforma de soacutelidos para despachar urea con
capacidad para el atraque simultaacuteneo de un buque y otro de contenedores La
plataforma de liacutequidos estaacute dispuesta para el atraque de dos naves con productos
petroquiacutemicos En una tercera plataforma de servicios pueden atracar dos
remolcadores y una lancha de pasajeros la cual dispone de una daacutersena de 60
hectaacutereas a una profundidad de 14 metros A las plataformas del muelle tendraacuten
acceso buques de hasta 65 mil toneladas de peso muerto
El puente marino de concreto armado y pretensado de maacutes de 1500 metros
de longitud sostiene las plataformas y sirve de conexioacuten con todos los servicios hasta
la costa Descansa sobre pilotes metaacutelicos de 36 y 48 pies
CAPIacuteTULO I
14
12 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA
121 MECAacuteNICA DE FLUIDOS
1211 NATURALEZA DE LOS FLUIDOS [4]
Un fluido es una sustancia que sufre una deformacioacuten continua cuando estaacute
sujeta a un esfuerzo cortante La resistencia que un fluido real ofrece a tal
deformacioacuten se conoce con el nombre de viscosidad del fluido Para gases y liacutequidos
simples (bajo peso molecular) la viscosidad es constante cuando se fijan la presioacuten
estaacutetica y la temperatura Los materiales de este tipo se denominan newtonianos
Un fluido ideal o perfecto es un gas o liacutequido hipoteacutetico que no ofrece
resistencia al corte y tiene viscosidad cero En la mayor parte de los problemas de
flujo se obtienen resultados incorrectos al despreciar la viscosidad pero en los
mismos problemas pueden utilizarse las relaciones presioacuten-volumen-temperatura para
gases ideales
Si la viscosidad de un fluido es una funcioacuten del esfuerzo cortante
equivalente a la razoacuten de corte ademaacutes de la temperatura y presioacuten el fluido se
denomina no newtoniano Los fluidos no newtonianos se dividen generalmente en 3
clases
1) Aquellos cuyas propiedades son independientes del tiempo cuando son
sometidos a corte tales como
a) Fluidos plaacutesticos de Bingham probablemente son los fluidos
no newtonianos maacutes simples ya que soacutelo difieren de los fluidos newtonianos
en que su relacioacuten lineal entre el esfuerzo cortante y la razoacuten de corte no
parten del origen como se ilustra en curva B de la figura 3 se requiere un
esfuerzo cortante τy finito para que haya flujo Entre los ejemplos que pueden
citarse para un fluido que exhibe comportamiento plaacutestico de Bingham se
incluyen suspensiones de arena o granos y lodo de aguas negras
b) Fluidos pseudo plaacutesticos aquiacute se incluyen la mayor parte de los
fluidos no newtonianos entre los que se encuentran las soluciones polimeacutericas
CAPIacuteTULO I
15
o fundiciones y suspensiones de pulpa de papel o pigmentos En la figura 3 se
muestra la curva C tiacutepica del flujo de estos materiales
Figura 3 Diagrama de corte
Para estos fluidos la viscosidad disminuye a medida que aumenta el esfuerzo
de corte aplicado En general la curva de flujo en un intervalo de razoacuten de
corte puede aproximarse a la forma de la liacutenea recta en un diagrama
logariacutetmico con lo cual se tiene
1ltn con dydu
dyduK =
n 1minus
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛τ
Ec 1
Donde τ= esfuerzo cortante dudy= gradiente de velocidad K= iacutendice de
consistencia y n= exponente
c) Fluidos dilatantes son los que exhiben un comportamiento
reoloacutegico opuesto al de los materiales pseudo plaacutesticos es decir la viscosidad
aumenta a medida que aumenta el esfuerzo de corte aplicado Algunos
ejemplos de estos materiales son suspensiones de almidoacuten o mica en agua o
arenas movedizas
2) Aquellos cuyas propiedades son dependientes de la duracioacuten del corte
Incluye los materiales para los cuales el esfuerzo cambia con la duracioacuten de
esfu
erzo
cor
tant
e τ
τy
Plaacutestico de Bingham
Pseudoplaacutestico
Dilatante
Newtoniano A
B
C
D
Razoacuten de corte dudy
CAPIacuteTULO I
16
corte Se excluyen los cambios que podriacutean producirse por rompimiento
mecaacutenico o destruccioacuten de partiacuteculas o enlaces moleculares
a) Fluidos tixotroacutepicos son los que poseen una estructura que puede
sufrir un trastorno en funcioacuten del tiempo bajo corte Cuando la estructura sufre
alguacuten trastorno bajo una razoacuten de corte constante el esfuerzo cortante
decrece Esta estructura puede reconstruirse a siacute misma si cesa la fuerza
aplicada sobre el material Ejemplos de este tipo de fluidos son la mayonesa
lodo de perforacioacuten pinturas y tintas
b) Materiales reopeacutecticos son los que incrementan su viscosidad aparente
con mucha rapidez cuando son agitados o golpeados riacutetmicamente Algunos
ejemplos de estos materiales son las suspensiones coloidales de bentonita y
pentoacutexido de vanadio y las suspensiones de yeso en agua
3) Fluidos viscoelaacutesticos son aquellos que exhiben muchas de las caracteriacutesticas
de un soacutelido exhiben recuperacioacuten elaacutestica de la deformacioacuten que sufren
durante el flujo Los liacutequidos polimeacutericos forman la mayor parte de los fluidos
de esta clase En este tipo de fluidos tienen lugar esfuerzos normales es decir
esfuerzos perpendiculares a la direccioacuten de flujo ademaacutes de los esfuerzos
tangenciales usuales Estos esfuerzos provocan varios efectos no usuales por
ejemplo el ldquoefecto Weissenbergrdquo en que el fluido tiende a escalar un eje que
se encuentra girando en el fluido Las ecuaciones desarrolladas para fluidos
pseudo plaacutesticos se pueden aplicar para flujo de fluidos visco elaacutesticos en
estado estacionario no acelerado las propiedades elaacutesticas se manifiestan en
forma general como ldquoefectos terminalesrdquo
La unidad de viscosidad dinaacutemica (μ) en el sistema internacional (SI) es el
pascal-segundo (Pas) Un Pas es igual a 10 Poise 1000 centipoises (cP) o 0672
lb(fts)
CAPIacuteTULO I
17
La viscosidad cinemaacutetica (ν) de un fluido de densidad ρ y viscosidad μ es
ν=μρ Una unidad de viscosidad cinemaacutetica denominada stoke (St) es igual a
1cm2s La fluidez es el reciacuteproco de la viscosidad
1212 TERMINOLOGIacuteA DE LA MECAacuteNICA DE FLUIDOS [4]
Se dice que un flujo es estacionario si no variacutea con el tiempo es decir
cuando la velocidad del flujo de masa es constante y todas las demaacutes cantidades
(temperatura presioacuten aacuterea transversal) son independientes del tiempo Por el
contrario se dice que un flujo es no estacionario cuando la velocidad de flujo de
masa yu otras cantidades variacutean en funcioacuten del tiempo El flujo no estacionario
puede originarse por la accioacuten de una vaacutelvula de control de una maquinaria
reciprocante o por tratarse de un flujo compuesto de dos fases inestables
Se dice que un flujo es acelerado si no es estacionario o si su velocidad
variacutea en la direccioacuten general del flujo Gran cantidad de efectos asociados con fluidos
visco elaacutesticos no newtonianos ocurren por lo general en flujo acelerado
Se dice que una corriente es uniforme si la forma y el tamantildeo de su seccioacuten
transversal son iguales a lo largo del canal Se dice que la temperatura o velocidad es
uniforme a lo largo de una regioacuten cuando tiene el mismo valor en todas sus partes en
un instante dado
La velocidad maacutesica media (G) de una corriente que pasa por una seccioacuten
transversal dada tomada en sentido perpendicular a la direccioacuten comuacuten del flujo que
pasa por el aparato es el cociente del flujo maacutesico entre el aacuterea de la seccioacuten
transversal dada A lo largo de un canal con un aacuterea de seccioacuten transversal uniforme
la velocidad media de masa es constante a menos que exista una acumulacioacuten o
agotamiento de material dentro de canal Cuando se estaacute considerando el flujo que
pasa por un haz de tubos o un lecho de soacutelidos se utiliza el teacutermino velocidad maacutesica
superficial para identificar la cantidad obtenida al dividir el flujo maacutesico entre el aacuterea
CAPIacuteTULO I
18
total de la seccioacuten transversal de la caacutemara circundante (sin restar la parte
correspondiente al corte transversal ocupado por las obstrucciones)
La velocidad lineal media (V) de una corriente que pasa por cualquier
seccioacuten transversal dada se toma usualmente como la cantidad obtenida cuando la
velocidad maacutesica media correspondiente se divide entre la densidad promedio en la
seccioacuten transversal dada A menos que le flujo sea isoteacutermico el teacutermino velocidad
lineal media no se puede interpretar salvo que se defina con precisioacuten la regla que se
eligioacute para determinar la densidad promedio En consecuencia siempre que sea
posible es preferible manejar el flujo no isoteacutermico en funcioacuten de la velocidad de
masa La velocidad lineal superficial corresponde a la velocidad superficial maacutesica
La carga de velocidad ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
cgV
22
es la carga estaacutetica equivalente a la
energiacutea cineacutetica de una corriente de velocidad uniforme V
Un nuacutemero de Reynolds (NRe) es cualquiera de varias cantidades
adimensionales de la forma μρLV que son proporcionales a la razoacuten de la fuerza
inercial a la fuerza viscosa en un sistema de flujo En este caso L= dimensioacuten lineal
caracteriacutestica del canal de flujo
Se puede predecir la transicioacuten de flujo turbulento a laminar en fluidos no
newtonianos de acuerdo con el concepto del nuacutemero de Reynolds Se toma como
reacutegimen laminar NRelt 2100 y para reacutegimen turbulento NRe gt 4000
El radio hidraacuteulico medio (RH) de un canal es igual al aacuterea de la seccioacuten
transversal de esa parte del canal que estaacute llena con fluido dividida entre la longitud
del periacutemetro huacutemedo El radio hidraacuteulico de una tuberiacutea circular es un cuarto del
diaacutemetro de donde en el caso de un ducto no circular se dice que el diaacutemetro
hidraacuteulico es cuatro veces el radio hidraacuteulico
La liacutenea aerodinaacutemica se define como aquella que queda en la direccioacuten del
flujo en cada uno de los puntos en un instante dado El flujo laminar se define como
aquel en el que las liacuteneas aerodinaacutemicas se mantienen bien definidas unas de otras en
CAPIacuteTULO I
19
toda su longitud Las liacuteneas aerodinaacutemicas no deben ser rectas necesariamente ni el
flujo constante siempre y cuando se satisfaga el criterio antes citado Este tipo de
movimiento se conoce tambieacuten con los nombres de flujo aerodinaacutemico o viscoso
Un flujo laminar con NRe lt 1 se conoce como flujo lento o flujo reptante
En este tipo de flujo se puede despreciar la fuerza inercial relativa a la fuerza viscosa
Si el nuacutemero de Reynolds de un sistema excede al nuacutemero criacutetico de
Reynolds casi siempre sucede que el movimiento no es laminar en toda la longitud
del canal sino que se generan turbulencias en la zona inicial de inestabilidad que se
extienden raacutepidamente por todo el fluido produciendo con ello una perturbacioacuten en el
patroacuten general de flujo El resultado es una turbulencia del fluido superpuesta al
movimiento primario de traslacioacuten generando lo que se conoce como flujo
turbulento
122 DINAacuteMICA DE FLUIDOS
1221 BALANCE DE ENERGIacuteA [4]
12211 Balance total de energiacutea
Consideacuterese una unidad de peso de fluido en un sistema de flujo y sean
i=entalpiacutea especiacutefica J= equivalente mecaacutenico de calor s= entropiacutea especiacutefica
u=energiacutea interna especiacutefica v= volumen especiacutefico Z= altura por arriba de cualquier
plano de referencia horizontal arbitrario En este caso la energiacutea potencial relativa al
nivel de referencia elegido es cg
Zg la energiacutea total cineacutetica es cg
V2
2 y la energiacutea
total de la unidad de peso de fluido es ⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ ++
cc gV
gZgJu 2
2 Para un flujo
estacionario del fluido no se tendraacute ninguna acumulacioacuten o deficiencia ya sea de eacuteste
o de la energiacutea dentro del sistema y la energiacutea total del mismo se alteraraacute soacutelo
CAPIacuteTULO I
20
agregando o quitando calor de eacuteste o aplicando cualquier trabajo externo sobre el
sistema Por tanto
WJQg
Vg
gZJug
Vg
gZJucccc
+=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++minus⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++
22
211
1
222
2 Ec 2
donde los subiacutendices 1 y 2 indican las condiciones en la entrada y salida
respectivamente Q es el calor agregado utilizando fuentes externas al sistema W es
el trabajo externo neto aplicando a una libra de fluido mientras estaacute dentro del
aparato El teacutermino W se subdivide como sigue
eWvpvpW +minus= 2211 Ec 3
donde We= trabajo proporcionado por una fuente externa por ejemplo un ventilador
o una bomba
Si se combinan las ecuaciones 2 y 3 se obtiene
22
222
211
211
1 22vp
gV
ggZJuWJQvp
gV
ggZJu
cce
cc
+++=+++++ Ec 4
Esta expresioacuten de la primera ley de la termodinaacutemica se denomina a menudo
balance global de energiacutea del teorema de Bernoulli En esta expresioacuten no se incluye
ninguacuten teacutermino de friccioacuten ya que eacuteste representa una conversioacuten de energiacutea
mecaacutenica en calor sin que el contenido general de energiacutea del sistema sufra cambio
alguno
Los teacuterminos de energiacutea cineacutetica de las ecuaciones antes citadas se aplican
estrictamente soacutelo cuando la velocidad a traveacutes de una seccioacuten transversal dada es
uniforme Cuando se trata de un flujo turbulento en tuberiacuteas circulares el teacutermino
cgV
22 es de 3 a 8 por debajo del valor real en tanto que para un flujo laminar en
tuberiacuteas circulares el teacutermino de energiacutea cineacutetica apropiado es cg
V 2 que permite
cierto margen para la distribucioacuten de velocidad paraboacutelica
CAPIacuteTULO I
21
12212 Balance de energiacutea mecaacutenica
El cambio de energiacutea interna J du de una libra de fluido se expresa como
JT ds ndash p dv Si estaacuten presentes otras formas de energiacutea por ejemplo la eleacutectrica y
sufre un cambio tales formas deberaacuten incluirse tambieacuten La presencia de friccioacuten
hace que el proceso se torne irreversible de donde JT ds = J dq + dF donde
F=peacuterdida de friccioacuten Tomando en consideracioacuten esta peacuterdida de friccioacuten y la
situacioacuten de irreversibilidad la ecuacioacuten de balance de masa se convierte en
cce
cc gV
ggZ
WFpvg
Vg
gZ22
222
2
1
211 +=+minuspartminus+ int Ec 5
La ecuacioacuten 5 se denomina forma de energiacutea mecaacutenica del teorema de
Bernoulli Para liacutequidos la integral int part2
1
pv se reduce a ( )12 ppv minus donde v es
praacutecticamente constante
12213 Evaluacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en el sistema
Existe una distincioacuten real entre la caiacuteda de presioacuten y la peacuterdida por friccioacuten
La caiacuteda de presioacuten representa una conversioacuten de energiacutea de presioacuten en cualquier otra
forma de energiacutea mientras que la peacuterdida por friccioacuten representa una peacuterdida neta de
la energiacutea de trabajo total disponible que caracteriza al fluido Los dos teacuterminos se
relacionan entre siacute por medio de la ecuacioacuten 5
Hay dos meacutetodos para evaluar la caiacuteda general de presioacuten de un sistema si se
recurre a varias resistencias en serie El primer meacutetodo comprende el caacutelculo de la
caiacuteda de presioacuten de cada resistencia individual tomando en cuenta el signo algebraico
correspondiente y luego sumando todos los teacuterminos que componen el sistema total
El segundo meacutetodo consiste en calcular la peacuterdida por friccioacuten de cada resistencia
individual la suma de todos los teacuterminos particulares y la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 5
para obtener la caiacuteda de presioacuten general La suma de las caiacutedas de presioacuten puede
utilizarse en sistemas compuestos de liacuteneas ramificadas
CAPIacuteTULO I
22
1222 FLUJO EN TUBERIacuteAS [4]
12221 Distribucioacuten de velocidad en tuberiacuteas circulares
En el caso de flujo laminar en tuberiacuteas circulares el patroacuten de velocidad tiene
forma paraboacutelica con una velocidad maacutexima en el centro e igual a dos veces la
velocidad promedio (V) La velocidad local (u) en cualquier punto de la seccioacuten
transversal estaacute expresada por
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
2
2
12wrr
Vu Ec 6
donde r= radio en el punto en cuestioacuten y rw= radio de la tuberiacutea
12222 Flujo incompresible
El flujo se consideraraacute como incompresible si la sustancia en movimiento es
un liacutequido o si se trata de un gas cuya densidad cambia dentro del sistema en un
valor no mayor de 10 En este caso se utiliza la densidad de entrada el error
resultante en la caiacuteda de presioacuten calculada no sobrepasaraacute por lo comuacuten los liacutemites de
incertidumbre del factor de friccioacuten
12223 Tuberiacuteas circulares
La ecuacioacuten de Fanning para flujo estacionario en tuberiacuteas circulares
uniformes que corren llenas de liacutequido en condiciones isoteacutermicas
52
21
522
21
2
211
21 3232
244
24
DgqfL
DgfL
gG
DfL
hDfL
gV
DfL
Fccc
vc πρπ
ωρ
==⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛= Ec 7
expresa la peacuterdida por friccioacuten F en energiacutea especiacutefica donde D= diaacutemetro del
conducto L1= longitud del conducto hv= carga de velocidad (V22gc) ω= flujo en
peso del fluido q= flujo volumeacutetrico del fluido f= factor de friccioacuten de Fanning La
caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten es Δp= Fρ
El factor de friccioacuten de Fanning f es una funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la
aspereza de la superficie interna del canal (ε) Una correlacioacuten que se utiliza con
mucha frecuencia es el diagrama de Moody que es una graacutefica del factor de friccioacuten
CAPIacuteTULO I
23
de Fanning en funcioacuten del nuacutemero de Reynolds y la aspereza relativa εD tal como se
muestra en la figura 4 En la tabla 2 se presentan valores de ε para varios materiales
Tabla 2 Valores de aspereza superficial para varios materiales
Material Aspereza de superficie ε [mm]
Tubos estirados (latoacuten plomo vidrio y similares) 000152
Acero comercial o hierro 00457
Hierro fundido asfaltado 0122
Hierro galvanizado 0152
Hierro fundido 0259
Duelas de madera 0183 - 00914
Concreto 0305 - 305
Acero remachado 0914 - 914
Figura 4 Diagrama de Moody
CAPIacuteTULO I
24
El diagrama de Moody para flujo turbulento (NRe gt 4000) se representa por
medio de la ecuacioacuten de Colebrook
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
fNDf Re
51273
log21 ε Ec 8
La ecuacioacuten anterior se reduce a la ecuacioacuten de Prandtl cuando εD=0
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus=
fNf Re
2561log41 Ec 9
Para tuberiacuteas rugosas se aplica la ecuacioacuten de von Kaacutermaacuten
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛minus=
Df 73log41 ε Ec 10
Cuando se tiene especificada la velocidad del flujo el factor de friccioacuten
puede ser calculado mediante la ecuacioacuten 11
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
7log6031 ReN
f Ec 11
O para NRe le 105 mediante la ecuacioacuten de Blasius
41Re
07910N
f = Ec 12
Para flujo turbulento (NRe gt 4000) se han desarrollado las ecuaciones
siguientes expliacutecitas en las incoacutegnitas Para el caacutelculo del flujo
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+
minus=
f
f
gDSDv
D
gDSDq
78173
log22
ε
π Ec 13
donde Sf= altura de la carga de fluido perdida por unidad de longitud de ducto
(ΔpgcρgL)
CAPIacuteTULO I
25
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debida a la friccioacuten se cuenta con la
ecuacioacuten
2
90Re
2
5
74573
log
2030
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
ND
qgSD f
ε Ec 14
el error introducido al aplicar esta ecuacioacuten es menor de plusmn1 para el intervalo
5x103 le NRe le 108 10-6 le εD le 102
Para el caacutelculo del diaacutemetro del ducto se tiene
200200
3
5250
2
5
2
5
1250⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
f
ff
gSqv
qgS
qgSD ε Ec 15
el error que se tiene al aplicar esta ecuacioacuten es menor que plusmn2 para el intervalo
3x103 le NRe le 3x108 2x10-6 le εD le 2x102
Para verificaciones o estimaciones aproximadas el concepto carga de
velocidad puede aplicarse a la primera de las dos formas de la ecuacioacuten 7
12224 Fluidos no newtonianos
Mediante la figura 5 es posible determinar la caiacuteda de presioacuten debida a la
friccioacuten para el flujo laminar de fluidos no newtonianos en tuberiacuteas circulares Eacutesta
muestra una curva de flujo tiacutepica en coordenadas cartesianas DΔp4L es el esfuerzo
cortante en la pared τw y 8VD es la relacioacuten para la razoacuten de corte en la pared
CAPIacuteTULO I
26
Figura 5 Curva de flujo general
La curva de flujo se determina a partir de pruebas de laboratorio o a pequentildea
escala con el fluido no newtoniano especiacutefico
En la regioacuten laminar la curva es independiente del diaacutemetro de la tuberiacutea en
el caso de fluidos no newtonianos independientes del tiempo Si el fluido depende del
tiempo se obtendraacute una curva por separado para cada diaacutemetro y longitud de tuberiacutea
Para plaacutesticos de Bingham la ecuacioacuten teoacuterica del flujo es
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
4
31
3418
w
y
w
ywcgDV
ττ
ττ
ητ Ec 16
Si 4
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
w
yτ
τ es relativamente pequentildea por ejemplo en caso de esfuerzos
cortantes grandes o caiacutedas de presioacuten la ecuacioacuten puede ser aproximada por
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus= yw
cgDV ττ
η 348 Ec 17
El error causado al omitir el uacuteltimo teacutermino de la ecuacioacuten es inferior al 2
para τyτw menor a 04 La viscosidad aparente μa se obtiene al introducir la ecuacioacuten
anterior en la ecuacioacuten de Poiseuille
ητ
μ +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
VDg yc
a 6 Ec 18
τw = DΔp4L
8VD
Regioacuten laminar
Regioacuten turbulenta
CAPIacuteTULO I
27
En estas ecuaciones Δp= caiacuteda de presioacuten estaacutetica η= viscosidad plaacutestica y
τy= esfuerzo de cedencia
Para aquellos fluidos a los que se aplica la ley de potencia sirve la ecuacioacuten
donde
( )[ ]⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus
=part
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ ⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛ Δpart
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
prime+prime
=prime
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛prime=
Δ
prime
prime
DV
nn
ru
nD
VL
pD
n
nnKK
DVK
LpD
w
n
n
84
13
8ln
4ln
413
84
Ec 19
Ec 20
Ec 21
Ec 22
nacute= exponente de la ley de potencia pendiente de la liacutenea de la graacutefica de
DΔp4L contra 8VD en coordenadas logariacutetmicas wr
u⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
partpart
minus = razoacuten del esfuerzo
cortante en la pared Kacute= constante Si nacute= 1 el fluido seraacute newtoniano si nacutelt1 se
trataraacute de un fluido pseudo plaacutestico o plaacutestico de Bingham y cuando nacutegt1 el fluido
seraacute dilatante
El liacutemite de flujo laminar constante o estable se toma comuacutenmente como
NacuteRe=2100 donde
1
2Re
8 minusprime
primeminusprime
prime=
==prime
nc
nn
Kg
VDdogeneralizaeynoldsRdenuacutemeroN
γγρ
o bien NacuteRe = DVρ μa = 2100 para plaacutesticos de Bingham
Ec 23 Ec 24
CAPIacuteTULO I
28
En flujos turbulentos la curva de flujo general (Fig 5) se interrumpe El
punto de interrupcioacuten seraacute diferente para distintos diaacutemetros de tuberiacutea Para predecir
la caiacuteda de presioacuten del flujo turbulento de fluidos no newtonianos independientes del
tiempo el factor de friccioacuten de Fanning se obtiene del diagrama de Moody aplicando
el nuacutemero generalizado de Reynolds Para fluidos que se comportan como plaacutesticos
de Bingham nacuteasymp1 en flujo turbulento la caiacuteda de presioacuten puede predecirse a partir de
la correlacioacuten de friccioacuten de Fanning para fluidos newtonianos utilizando para la
viscosidad del fluido la viscosidad plaacutestica (η)
Se puede lograr una reduccioacuten de la peacuterdida por friccioacuten en flujos turbulentos
de liacutequidos newtonianos agregando poliacutemeros solubles de alto peso molecular en
concentraciones extremadamente reducidas En estos sistemas el acuerdo general es
que el comportamiento de reduccioacuten de arrastre se asocia con la naturaleza
viscoelaacutestica de las soluciones en la regioacuten de corte cercana a la pared Es necesario
un poliacutemero de peso molecular miacutenimo para iniciar la reduccioacuten de arrastre con un
flujo especiacutefico Existe una concentracioacuten criacutetica por encima de la cual no ocurre la
reduccioacuten de arrastre Para determinar la reduccioacuten de arrastre maacutexima en tuberiacuteas
lisas se aplica la siguiente ecuacioacuten
580ReRe
5807350log191N
fmenteaproximadaofNf
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus= Ec 25
para 4000 lt NRe lt 40000
12225 Flujo no isoteacutermico
En flujos no isoteacutermicos de liacutequidos f se incrementa sensiblemente cuando el
liacutequido se estaacute enfriando y disminuye al calentarse Los datos disponibles que
corresponden mayormente a aceites se calculan de manera aproximada encontrando
primero f para el flujo isoteacutermico del liacutequido a la temperatura de la corriente principal
y luego dividiendo el resultado en caso de enfriamiento entre (μaμw)023 si se
encuentra en la regioacuten laminar o por (μaμw)011 si estaacute en la regioacuten turbulenta o bien
en casos de calentamiento por (μaμw)038 si se trata de la regioacuten laminar o por
(μaμw)017 si es la turbulenta En este caso μa es la viscosidad a la temperatura de la
CAPIacuteTULO I
29
corriente principal y μw es la viscosidad a la temperatura de la pared Ademaacutes ρ=1v
variacutea con la temperatura pero debido a la incompresibilidad no lo hace con la
presioacuten Por lo tanto la ecuacioacuten 26 se utiliza para calcular la caiacuteda de presioacuten en
conductos de caudal completo por ejemplo tubos intercambiadores de calor
( )Lk
gg
RgLvfG
gvvG
pp promcHc
prom
c
ρ++minus
=minus2
212
2
21 Ec 26
Donde p1= presioacuten estaacutetica corriente arriba p2= presioacuten estaacutetica corriente
abajo v1= volumen especiacutefico en condiciones corriente arriba v2= volumen
especiacutefico en condiciones corriente abajo vprom= volumen especiacutefico promedio
ρprom= densidad promedio K= sen θ en donde θ= aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la
horizontal
El flujo de liacutequidos viscosos en canales pequentildeos por ejemplo tubos
capilares va acompantildeado con frecuencia de grandes caiacutedas de presioacuten La conversioacuten
de la energiacutea de trabajo en calor a traveacutes del esfuerzo cortante viscoso genera un
aumento de temperatura apreciable ΔTa= ΔpcvρJ en donde ΔTa= aumento global de
la temperatura y cv= calor especiacutefico del fluido El aumento en la velocidad de flujo
debido a una reduccioacuten de viscosidad es mucho mayor que la que corresponde al
aumento global de temperatura ya que gran parte del calor se genera cerca de las
paredes del canal lo cual genera un aplanamiento del perfil de velocidad
12226 Flujo turbulento
Las foacutermulas y los meacutetodos generales incluidos bajo el tiacutetulo ldquoflujo
incompresiblerdquo se aplican soacutelo a una longitud diferencial del conducto a traveacutes del
cual se considera que la densidad es constante Por ende generalmente se usa la
ecuacioacuten de Fanning en su forma diferencial
HcHcc RgfG
RgfV
DgfV
xF
2
222
2224
ρ===
partpart Ec 27
CAPIacuteTULO I
30
Al sustituir esta uacuteltima ecuacioacuten en la forma diferencial del balance de
energiacutea mecaacutenica se tiene
xgg
RgfV
gVVpv
cHcc
part⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+minus=
part+part θsen
2
2 Ec 28
donde v= 1ρ = volumen especiacutefico del fluido (sen θ) dx = dz = distancia vertical a
traveacutes de la cual el fluido se eleva cuando se desplaza a una distancia dx a lo largo de
una tuberiacutea We del balance de energiacutea se iguala a cero suponiendo que no hay
ninguna bomba conectada a la liacutenea En ductos uniformes la velocidad de masa G=
Vv es constante de manera que si p se conoce como una funcioacuten exclusiva de v v dp
se escribe como φ(v)dv En tal caso cuando senθ es constante las variables de la
ecuacioacuten anterior son separables y se puede hacer la integracioacuten exacta aunque
pudieran requerirse procedimientos graacuteficos
12227 Flujo isoteacutermico en conductos horizontales (para gases ideales)
Al integrar la uacuteltima ecuacioacuten para el caso de gases ideales se obtiene la
siguiente expresioacuten
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=minus
2
12
22
21 ln
21
pp
fLR
MRgRTfLGpp H
Hc
Ec 29
En conductos de longitud apreciable el uacuteltimo teacutermino entre pareacutentesis es
generalmente despreciable a menos que la caiacuteda de presioacuten sea muy grande Por
ejemplo si LD = 100 (p1-p2)p1 puede ser tan grande como 020 antes que el error
introducido al omitir el uacuteltimo teacutermino sea tan grande como la incertidumbre del
factor de friccioacuten Cuando se omite el uacuteltimo teacutermino la ecuacioacuten se describe como
sigue
Hpromc RgfLGpp
acute
2
21 2 ρ=minus Ec 30
donde ρprom= densidad a la presioacuten promedio (p1-p2)2 Para una tuberiacutea circular
CAPIacuteTULO I
31
12228 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo turbulento
Al seleccionar el tamantildeo de tuberiacutea que va a utilizarse en un sistema de
manejo de fluidos se tiene con frecuencia una variedad de diaacutemetros permisibles que
comprenden dos o maacutes tamantildeos estaacutendar de tuberiacutea En tales casos la seleccioacuten final
deberaacute realizarse sobre una base econoacutemica de modo que el uacuteltimo incremento de la
inversioacuten reduzca los costos de operacioacuten lo suficiente para producir la recuperacioacuten
miacutenima requerida sobre la inversioacuten Cuando se trata de liacuteneas de tuberiacuteas largas que
se tienden a campo traviesa utilizando tuberiacuteas de aleacioacuten de longitud y complejidad
apreciable o tuberiacuteas con vaacutelvulas de control conviene efectuar anaacutelisis detallados de
la inversioacuten y los costos de operacioacuten
12229 Diaacutemetro econoacutemico de la tuberiacutea flujo laminar
Las liacuteneas de tuberiacutea para el transporte de liacutequidos de gran viscosidad en
plantas quiacutemicas o refineriacuteas de petroacuteleo raramente se disentildean basaacutendose en forma
exclusiva en los aspectos econoacutemicos Sucede maacutes a menudo que el tamantildeo estaacute
condicionado por la caiacuteda de presioacuten disponible limitaciones del esfuerzo cortante o
por consideraciones del tiempo de residencia [4]
122210 Peacuterdidas de presioacuten diversas
Las determinaciones experimentales de la resistencia de accesorios y vaacutelvulas
usualmente se llevan a cabo midiendo la peacuterdida general por friccioacuten en un sistema
constituido de dos o maacutes longitudes de tuberiacutea recta conectadas en serie por medio de
un nuacutemero apropiado de accesorios o vaacutelvulas ideacutenticos Para obtener la peacuterdida
producida por estos elementos la peacuterdida por friccioacuten en una tuberiacutea recta se resta de
la peacuterdida general o total por friccioacuten Existen tres convenios especiacuteficos ya
establecidos para calcular la longitud de la tuberiacutea recta del sistema de prueba
1) Se toma la longitud verdadera de la liacutenea central de todo el sistema
2) Se suman las longitudes de los tramos individuales de tuberiacutea que son
verdaderamente rectos
CAPIacuteTULO I
32
3) Se suman las distancias entre las intersecciones de las liacuteneas centrales
alargadas correspondientes a tuberiacuteas rectas sucesivas
122211 Accesorios y vaacutelvulas
Para flujo turbulento la peacuterdida adicional por friccioacuten producida por
accesorios y vaacutelvulas se justifica expresando la peacuterdida ya sea como una longitud
equivalente de tuberiacutea recta en diaacutemetros de tuberiacutea LeD o como la cantidad de
cargas de velocidad (K1) peacuterdidas en una tuberiacutea del mismo tamantildeo K1 se define
como sigue
cgV
FK2
21Δ
= Ec 31
donde ΔF= peacuterdida adicional por friccioacuten (peacuterdida total por friccioacuten menos peacuterdida
por friccioacuten correspondiente a la longitud de la liacutenea central de la tuberiacutea recta) Las
cantidades LeD y K1 no son del todo comparables pero ambas son exactas dentro de
los liacutemites de los datos disponibles o diferentes en detalles a los accesorios y vaacutelvulas
comerciales existentes Teoacutericamente K1 deberaacute ser constante para todos los tamantildeos
de un disentildeo de accesorios o vaacutelvulas dadas si todos ellos fueran geomeacutetricamente
similares sin embargo raramente se logra esa similitud geomeacutetrica Los datos
indican que la resistencia K1 tiende a disminuir al incrementarse el tamantildeo del
accesorio o la vaacutelvula
Para liacuteneas fuera de planta la longitud de tuberiacutea recta aproximada puede ser
estimada del plano de distribucioacuten Debido a que los accesorios en liacuteneas fuera de
planta tienen usualmente una longitud equivalente comprendida entre 20 y 80 de
la longitud real se puede aplicar un factor multiplicador entre 12 y 18 para estimar
longitudes de tuberiacuteas rectas [2]
La tabla 3 muestra valores de longitudes equivalentes de tuberiacutea recta nueva
para peacuterdida por friccioacuten en vaacutelvulas y accesorios en pies para acero al carboacuten con
rugosidad= 00018 in (para flujo completamente turbulento) seguacuten el diaacutemetro de la
tuberiacutea
CAPIacuteTULO I
33
Tabla 3 Longitud Equivalente de tuberiacutea recta (ft)
Tomado del Manual de Ingenieriacutea de Disentildeo de PDVSA Volumen 13ndashIII LndashTP 15
Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Procedimiento de Ingenieriacutea
123 BOMBEO DE LIacuteQUIDOS
1231 PRINCIPIOS DEL BOMBEO DE LIacuteQUIDOS [4]
La necesidad de bombear fluidos surge de la necesidad de transportar eacutestos
de un lugar a otro a traveacutes de ductos o canales El movimiento de un fluido a traveacutes de
un ducto o canal se logra por medio de una transferencia de energiacutea Los medios
comuacutenmente empleados para lograr flujo en los fluidos son gravedad
CAPIacuteTULO I
34
desplazamiento fuerza centriacutefuga fuerza electromagneacutetica transferencia de cantidad
de movimiento (momento) impulso mecaacutenico o combinaciones de estos medios
Despueacutes de la gravedad el medio maacutes empleado es la fuerza centriacutefuga
12311 Desplazamiento
La descarga de un fluido de recipiente mediante desplazamiento parcial o
total de su volumen interno con un segundo flujo o por medios mecaacutenicos es el
principio de funcionamiento de muchos dispositivos de transporte de fluidos En este
grupo se incluyen maacutequinas de diafragma y de pistoacuten de movimiento alternativo los
tipos de engranajes y paletas giratorias los compresores de pistoacuten para fluidos los
depoacutesitos ovalados para aacutecidos y los elevadores por accioacuten de aire
12312 Fuerza centriacutefuga
Cuando se utiliza fuerza centriacutefuga eacutesta es proporcionada por medio de una
bomba centriacutefuga o de un compresor Aunque variacutea mucho el aspecto fiacutesico de los
diversos tipos de compresores y bombas centriacutefugas la funcioacuten baacutesica de cada uno de
ellos es siempre la misma es decir producir energiacutea cineacutetica mediante la accioacuten de
una fuerza centriacutefuga y a continuacioacuten convertir parcialmente esta energiacutea en
presioacuten mediante la reduccioacuten eficiente de la velocidad del fluido en movimiento
En general los dispositivos centriacutefugos de transporte de fluidos tienen las
caracteriacutesticas siguientes
1 La descarga estaacute relativamente libre de pulsaciones
2 El disentildeo mecaacutenico se presta a flujos elevados lo que significa que las
limitaciones de capacidad constituyen raramente un problema
3 Pueden asegurar un desempentildeo eficiente a lo largo de un intervalo amplio
de presiones y capacidades incluso cuando funcionan a velocidad
constante
4 La presioacuten de descarga es una funcioacuten de la densidad del fluido
5 Son dispositivos de velocidad relativamente baja y maacutes econoacutemicos
CAPIacuteTULO I
35
1232 SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber queacute liacutequido se
va a manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa La tarea de seleccioacuten de bombas se complica con frecuencia por la
presencia de soacutelidos en el liacutequido y las caracteriacutesticas de corrosioacuten del liacutequido que
exigen materiales especiales de construccioacuten Los soacutelidos pueden acelerar la erosioacuten y
corrosioacuten tener tendencia a aglomerarse o pueden exigir un manejo delicado para
evitar la degradacioacuten indeseable
Debido a la gran variedad de tipos de bombas y la cantidad de factores que
determinan la seleccioacuten de cualquiera de ellas para una instalacioacuten especiacutefica el
disentildeador debe eliminar primero todas las que no ofrezcan posibilidades razonables
La seleccioacuten de los materiales de construccioacuten de bombas estaacute de acuerdo con las
consideraciones sobre corrosioacuten erosioacuten seguridad del personal y contaminacioacuten del
liacutequido [4]
1233 BOMBAS CENTRIacuteFUGAS
Las ventajas primordiales de una bomba centriacutefuga son la sencillez el bajo
costo inicial el flujo uniforme (sin pulsaciones) el pequentildeo espacio necesario para su
instalacioacuten los bajos costos de mantenimiento el funcionamiento silencioso y su
capacidad de adaptacioacuten para su empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de
turbina
Una bomba centriacutefuga en su forma maacutes simple consiste en un impulsor que
gira dentro de una carcasa Los impulsores pueden tener ejes de rotacioacuten horizontales
o verticales para adaptarse al trabajo que se vaya a realizar Por lo comuacuten los
impulsores resguardados o de tipo cerrado suelen ser maacutes eficientes Los impulsores
de tipo abierto o semiabierto se emplean para liacutequidos viscosos o que contengan
CAPIacuteTULO I
36
materiales soacutelidos asiacute como tambieacuten en muchas bombas pequentildeas para servicios
generales [4]
124 TUBERIacuteAS PARA PLANTAS DE PROCESOS
1241 COacuteDIGO PARA TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN [4]
El coacutedigo para tuberiacuteas a presioacuten (ASME B31) consiste en cierto nuacutemero de
secciones que constituyen en forma colectiva el coacutedigo Las secciones se publican
como documentos independientes por sencillez y conveniencia Las secciones
difieren sensiblemente unas de otras El alcance y aplicacioacuten del Coacutedigo B313 se
refiere a todas aquellas tuberiacuteas dentro de los liacutemites de las instalaciones dedicadas al
procesamiento y manejo de productos petroquiacutemicos y conexos salvo aquellos
proscritos por el coacutedigo
El Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code (ASME B313) es
una seccioacuten de ASME B31 derivado de la fusioacuten de los coacutedigos de tuberiacuteas para
plantas quiacutemicas (ASME B316) y refineriacuteas de petroacuteleo (ASME B313)
El American National Standards Institute (ANSI) y el American Petroleum
Institute (API) han establecido normas dimensionales para los componentes de
tuberiacuteas maacutes utilizados En las secciones del coacutedigo ASME B31 es posible encontrar
especificaciones sobre materiales de tuberiacuteas y accesorios y meacutetodos de prueba de la
American Society for Testing and Materials (ASTM) especificaciones de la
American Welding Society (AWS) y normas de la Manufacturers Standardization
Society of the Valve and Fitting Industry (MSS) Muchas de estas normas contienen
relaciones de presioacuten-temperatura que sirven como ayuda a los ingenieros en su
trabajo de disentildeo No obstante debe tenerse en cuenta que el empleo de normas
publicadas no elimina la necesidad de aplicar el criterio de ingenieriacutea
La introduccioacuten del coacutedigo establece requisitos de ingenieriacutea considerados
como necesarios para el disentildeo seguro y la construccioacuten de sistemas de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
37
Aunque la seguridad es la consideracioacuten baacutesica del coacutedigo no es el factor que
predomina en la especificacioacuten final de ninguacuten sistema de tuberiacutea a presioacuten
Los disentildeadores deben tener en cuenta que el coacutedigo no es un manual de
disentildeo y no se establece para evitar la necesidad de un criterio de ingenieriacutea
competente
1242 MATERIALES PARA SISTEMAS DE TUBERIacuteAS [4]
La seleccioacuten de materiales que resistan al deterioro a consecuencia del uso
estaacute fuera del alcance del coacutedigo ASME B313 no obstante la experiencia ha
ayudado a recopilar las siguientes consideraciones sobre los materiales
1) Posible exposicioacuten al fuego con respecto a la peacuterdida de elasticidad
temperatura de degradacioacuten punto de fusioacuten o combustibilidad de la tuberiacutea
o material de soporte
2) Capacidad del aislamiento teacutermico para proteger la tuberiacutea del fuego
3) Sensibilidad de la tuberiacutea a fallas quebradizas que puedan ocasionar una
peligrosa fragmentacioacuten o falla al choque teacutermico cuando se expone al
fuego
4) Sensibilidad de los materiales de la tuberiacutea al agrietamiento por corrosioacuten en
aacutereas donde existe estancamiento (juntas roscadas) o efectos electroliacuteticos
nocivos cuando el metal es puesto en contacto con otro metal diferente
5) La conveniencia de utilizar empaques sellos rellenos y lubricantes que sean
compatibles con el fluido que se maneja
6) El efecto refrigerante de peacuterdidas repentinas de presioacuten en fluidos volaacutetiles
al determinar la temperatura miacutenima de empleo esperada
CAPIacuteTULO I
38
12421 Precauciones sobre materiales especiacuteficos
Las siguientes son caracteriacutesticas que deben evaluarse cuando se utilicen
materiales metaacutelicos para la tuberiacutea
1 Hierro colado maleable y alto silicio (145) Su baja ductilidad y su
sensibilidad a los choques teacutermicos y mecaacutenicos
2 Acero al carbono y aceros de baja e intermedias aleaciones
- La posibilidad de resquebrajamiento cuando se manejen fluidos alcalinos o
caacuteusticos
- La posible degradacioacuten de carburos a grafito cuando se tenga una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 427degC Esto se debe
considerar para aleaciones de acero al carbono acero-niacutequel acero al
carbono-manganeso acero al manganeso-vanadio y acero al carbono-silicio
- La posible conversioacuten de carburos en grafito cuando se tiene una
prolongada exposicioacuten a temperaturas superiores a 468degC la aleacioacuten de
acero al carbono-molibdeno acero al manganeso-molibdeno-vanadio y
acero al cromo-vanadio
- Las ventajas de utilizar acero al silicio-carbono (01 de silicio como
miacutenimo) para temperaturas superiores a 480degC
- La posibilidad de ataque por hidroacutegeno cuando la tuberiacutea es expuesta a este
elemento o a soluciones acuosas aacutecidas en ciertas condiciones de presioacuten y
temperatura
- La posibilidad de que la tuberiacutea se deteriore cuando se exponga a sulfuro de
hidroacutegeno
3 Acero de altas aleaciones (inoxidable)
- La posibilidad de que la corrosioacuten llegue a tener proporciones importantes
cuando la tuberiacutea de aceros inoxidables austeniacuteticos se exponga a medios
como cloruros y haluros ya sea externa o internamente Lo anterior puede
CAPIacuteTULO I
39
ser el resultado de una seleccioacuten o aplicacioacuten inadecuada del aislamiento
teacutermico
- La sensibilidad a la corrosioacuten intergranular del acero inoxidable austeniacutetico
despueacutes de estar expuesto a temperaturas entre 427 y 871degC a menos que se
establezca o se utilice acero al carbono de bajo grado
- La posibilidad de un ataque intercristalino del acero inoxidable austeniacutetico
por contacto con zinc o plomo a temperaturas por encima de sus puntos de
fusioacuten o con muchos compuestos de zinc y plomo a temperaturas elevadas
similares
- La fragilidad del acero inoxidable ferriacutetico a temperatura ambiente
posterior al uso por encima de 370degC
4 Niacutequel y aleaciones a base de Niacutequel
- La sensibilidad al ataque superficial del niacutequel y aleaciones a base de niacutequel
que no contengan cromo cuando se expongan a pequentildeas cantidades de
azufre a temperaturas superiores a 315degC
- La sensibilidad al ataque superficial de las aleaciones a base de niacutequel que
contengan cromo a temperaturas superiores a 595degC en condiciones
reductoras y por encima de 760degC en condiciones oxidantes
- La posibilidad de un ataque por corrosioacuten en forma de grietas a aleaciones
de niacutequel-cobre en vapores de aacutecido fluorhiacutedrico si la aleacioacuten es sometida
a gran esfuerzo o contiene residuos de soldadura o del molde
5 Aluminio y aleaciones de aluminio
- La compatibilidad de los componentes roscados con aluminio para prevenir
la ligadura o atenazamiento en las uniones
- La posibilidad de corrosioacuten a causa del concreto mortero cal yeso y otros
materiales alcalinos empleados en la construccioacuten u otras estructuras
CAPIacuteTULO I
40
- La posibilidad de que las aleaciones 5154 5087 5083 y 5456 sufran
exfoliacioacuten o ataque intergranular y que la temperatura superior sea de
65degC a fin de evitar tal deterioro
6 Cobre y aleaciones de cobre
- La posibilidad de que las aleaciones de bronce se degraden en el contenido
de zinc
- La sensibilidad a la corrosioacuten por las aleaciones a base de cobre
- La posibilidad de formacioacuten de acetiluros inestables cuando se exponen a
acetileno
7 Titanio y aleaciones de titanio la posibilidad de que las tuberiacuteas de titanio y
sus aleaciones sufran deterioro cuando la temperatura sea superior a 315degC
8 Zirconio y aleaciones de zirconio la posibilidad de que se deteriore la
tuberiacutea cuando la temperatura sea superior a 315degC
9 Tantalio cuando la temperatura sea superior a 300degC existe la posibilidad de
que el tantalio reaccione con todos los gases excepto los inertes Por debajo
de esta temperatura la tuberiacutea puede ser quebradiza a consecuencia del
hidroacutegeno naciente (monoatoacutemico no molecular) El hidroacutegeno naciente se
produce por accioacuten galvaacutenica o surge a consecuencia de la corrosioacuten
originada por algunos componentes quiacutemicos
1243 SISTEMAS DE TUBERIacuteAS METAacuteLICAS DE ACERO AL
CARBONO Y ACERO INOXIDABLE [4]
Los sistemas de tuberiacuteas de metales ferrosos que incluyen los aceros
maleables al carbono e inoxidables son los que maacutes se utilizan y tienen mayor
cobertura de parte de las normas internacionales
CAPIacuteTULO I
41
12431 Tubos y tuberiacuteas
Se dividen en dos clases principales soldados y sin costura Las tuberiacuteas sin
costura como designacioacuten comercial son las tuberiacuteas hechas mediante el forjado de
un soacutelido circular su perforacioacuten mediante la rotacioacuten simultaacutenea y el paso obligado
sobre una punta perforada y su reduccioacuten mediante el laminado y el estiramiento Sin
embargo se producen tambieacuten tubos y tuberiacuteas sin costura mediante la extrusioacuten el
colado en moldes estaacuteticos o centriacutefugos la forja y la perforacioacuten La tuberiacutea sin
costura tiene la misma resistencia a lo largo de toda la pared Las tuberiacuteas sin costura
perforadas tienen con frecuencia la superficie interna exceacutentrica con relacioacuten a la
externa lo que da como resultado un espesor no uniforme en las paredes
Las tuberiacuteas soldadas se hacen con bandas laminadas conformadas en
cilindros y soldadas en las costuras por varios meacutetodos Se atribuye a las soldaduras
del 60 al 100 de la resistencia de las paredes de la tuberiacutea dependiendo de los
procedimientos de soldadura e inspeccioacuten Se pueden obtener diaacutemetros mayores y
razones maacutes bajas de espesores de las paredes respecto al diaacutemetro en las tuberiacuteas
soldadas que en las tuberiacuteas sin costura (aparte de las coladas) Se obtiene un espesor
uniforme de las paredes Las pruebas hidrostaacuteticas no revelan tramos muy cortos de
soldaduras completadas en forma parcial Esto presenta la posibilidad de que se
puedan desarrollar prematuramente fugas pequentildeas cuando se manejen fluidos
corrosivos o se exponga la tuberiacutea a la corrosioacuten externa Es preciso tomar en cuenta
la soldadura en los procedimientos de desarrollo para el acodamiento el abocinado y
la expansioacuten de las tuberiacuteas soldadas
Las combinaciones de espesor adicional tamantildeo adicional y espesor de pared
se encuentran disponibles para la manufactura de tubos Las clasificaciones maacutes
comunes de tubos son ldquoa presioacutenrdquo y ldquomecaacutenicardquo El espesor de pared (medido) se
especifica por la ldquopared mediardquo o ldquopared miacutenimardquo La pared miacutenima es maacutes costosa
que la pared media y a consecuencia de las tolerancias maacutes estrechas para espesor de
pared y diaacutemetro la medicioacuten para ambos sistemas hace que la tuberiacutea a presioacuten sea
maacutes costosa Sin embargo los tubos soldados de acero al carbono de pared media
CAPIacuteTULO I
42
resistentes a la electricidad con diaacutemetro externo de 2⅜ 2⅞ 3frac12 4frac12 in obtenidos de
bobinas sobre rodillos de formado progresivo y probadas electromagneacuteticamente maacutes
que a presioacuten compiten vigorosamente con las tuberiacuteas
12432 Juntas
Las tuberiacuteas se deben unir a otras tuberiacuteas y otros componentes El disentildeo
oacuteptimo requiere un trabajo de montaje miacutenimo y preveacute la misma resistencia que posee
la tuberiacutea para
1) Presioacuten interna en lo que se refiere a las fracturas y fugas
2) Momentos de torsioacuten que se producen al tender tramos largos de tuberiacuteas
entre los soportes o debido a la dilatacioacuten teacutermica en las tuberiacuteas con
acodamientos dobles
3) Deformacioacuten axial por la presioacuten interna que actuacutea sobre los cambios de
direccioacuten llaves ciegas y vaacutelvulas cerradas o por la contraccioacuten teacutermica en
los tramos rectos
4) Fractura o fugas en el caso de que se produzca alguacuten incendio
Las juntas de tuberiacuteas ideales estaacuten libres de cambios en cualquier dimensioacuten
de pasaje del flujo o la direccioacuten que incremente la caiacuteda de presioacuten o impida el
drenaje completo Estaraacute libre de hendiduras en las que se pueda acelerar la corrosioacuten
Requeriraacute un trabajo miacutenimo para su desmontaje Al efectuar la seleccioacuten seraacute preciso
tomar en cuenta la frecuencia con la que se tendriacutea que desmontar la junta En
teacuterminos generales las juntas faacuteciles de desmontar son deficientes en alguno de los
otros requisitos de las juntas ideales
Juntas soldadas La junta maacutes utilizada en los sistemas de tuberiacuteas es la de
soldadura por ensamble En todos los metales duacutectiles de tuberiacuteas que se pueden
soldar hay codos tes tuberiacuteas ramas laterales reductores tapones vaacutelvulas bridas y
juntas de abrazadera en V en todos los espesores de paredes con extremos preparados
para la soldadura por ensamble La resistencia de la junta igual a la tuberiacutea original
(con excepcioacuten de las tuberiacuteas endurecidas para el trabajo que se templan mediante la
CAPIacuteTULO I
43
soldadura) el patroacuten de flujo sin distorsiones y la resistencia generalmente iacutentegra a
la corrosioacuten compensan ampliamente la necesaria alineacioacuten cuidadosa del trabajo
competente y los equipos que se requieren
Soldaduras de bifurcaciones estas soldaduras eliminan la necesidad de
adquirir tes y no requieren maacutes metal de soldadura que estas uacuteltimas Donde la
bifurcacioacuten se acerque al tamantildeo del tramo principal se necesita una preparacioacuten
cuidadosa del extremo de la tuberiacutea ramificada y la del tramo principal se debilita
debido a la soldadura
12433 Codos y accesorios
Los cambios de direccioacuten de los sistemas de tuberiacuteas requieren curvas y
codos Las curvas se pueden hacer en friacuteo o en caliente La pared exterior se adelgaza
en una cantidad que variacutea con el procedimiento utilizado Se requiere un templado
subsiguiente en algunos materiales Para evitar las arrugas y el aplastamiento
excesivo es necesario el relleno con arena para el doblado en friacuteo dependiendo de las
relaciones del diaacutemetro exterior de la tuberiacutea respecto al radio de la liacutenea central de la
curva y al espesor de la pared de la tuberiacutea Para curvas con un radio de eje
correspondiente a cinco veces el diaacutemetro nominal de la tuberiacutea no se requiere
soporte interno cuando el espesor de la pared sea al menos del 6 del diaacutemetro
exterior de la tuberiacutea
Los codos se pueden formar mediante vaciado forja o conformacioacuten en
caliente o friacuteo mediante trozos cortados de tuberiacutea o al soldar piezas de tuberiacuteas
cortadas con un aacutengulo de inclinacioacuten El flujo en las curvas y los codos es maacutes
turbulento que en las tuberiacuteas rectas por lo que aumentan la corrosioacuten y la erosioacuten
Esto se puede contrarrestar al escoger un componente con mayor radio de curvatura
pared maacutes gruesa o un contorno interior maacutes liso pero raramente resulta econoacutemico
en los codos con aacutengulo de inclinacioacuten
CAPIacuteTULO I
44
12434 Vaacutelvulas
Los cuerpos de las vaacutelvulas pueden manufacturarse en hierro colado forjado
maquinado a partir de barras soacutelidas o fabricado a partir de placas soldadas Se
dispone de vaacutelvulas de acero con extremos roscados o casquillos de soldadura en los
tamantildeos maacutes pequentildeos Las vaacutelvulas con extremos roscados de bronce y latoacuten son
muy utilizadas para servicio de fluidos a baja presioacuten en sistemas de acero
Las vaacutelvulas sirven no soacutelo para regular el flujo de fluidos sino tambieacuten para
aislar equipos o tuberiacuteas para el mantenimiento sin interrumpir otras unidades
conectadas El disentildeo de la vaacutelvula deberaacute evitar que los cambios de presioacuten y
temperatura y las deformaciones de las tuberiacuteas conectadas distorsionen o
establezcan una mala alineacioacuten en las superficies de sellado Estas uacuteltimas deberaacuten
ser de material y disentildeo tales que la vaacutelvula permanezca hermeacutetica durante un periodo
de servicio razonable
Vaacutelvulas de compuerta estas vaacutelvulas se disentildean en dos tipos La compuerta
de cuntildea del tipo de asiento inclinado es la que maacutes se utiliza La compuerta de cuntildea
suele ser soacutelida pero es posible que sea tambieacuten flexible (cortada parcialmente en
mitades por un plano en aacutengulo recto con la tuberiacutea) o dividida (cortada
completamente por ese plano) Las cuntildeas flexibles y divididas minimizan el raspado
de la superficie de sellado al distorsionarse con mayor facilidad para coincidir con
los asientos de mala alineacioacuten angular En el tipo de asiento paralelo y disco doble
un dispositivo de plano inclinado montado entre los discos convierte la fuerza del
vaacutestago en fuerza axial oprimiendo los discos contra los asientos despueacutes que se
situacutean en su posicioacuten adecuada para el cierre
Vaacutelvulas de globo eacutestas se disentildean con vaacutestago ascendente de rosca interna o
externa Las vaacutelvulas pequentildeas son generalmente del tipo de rosca interna mientras
que en los tamantildeos mayores se prefiere el de rosca externa En la mayor parte de los
disentildeos los discos tienen la libertad de girar sobre los vaacutestagos esto evita las
raspaduras entre el disco y el asiento
CAPIacuteTULO I
45
Vaacutelvulas angulares estas vaacutelvulas son similares a las de globo se utilizan en
ambos casos los mismos casquetes vaacutestagos y discos Combinan un codo y una
vaacutelvula de globo en un componente con ahorro importante de caiacuteda de presioacuten Las
vaacutelvulas angulares bridadas son maacutes faacuteciles de retirar y reemplazar que las de globo
bridadas
Vaacutelvulas de diafragma estas vaacutelvulas se limitan a presiones de
aproximadamente 50 psi Los diafragmas reforzados con tela se pueden hacer de
caucho natural un hule sinteacutetico o cauchos naturales o sinteacuteticos recubiertos con
tefloacuten Estas vaacutelvulas son excelentes para los fluidos con soacutelidos en suspensioacuten y se
pueden instalar en cualquier posicioacuten
Llaves de macho o tapoacuten estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas por debajo
de 260degC puesto que la expansioacuten diferencial entre el tapoacuten y el cuerpo hace que se
atore El tamantildeo y la forma del orificio divide esas vaacutelvulas en tipos diferentes
venturi corto orificio rectangular reducido venturi largo orificio rectangular
completo y orificio redondo completo
Vaacutelvulas de bola estas vaacutelvulas se limitan a temperaturas que tienen pocos
efectos sobre sus asientos de plaacutestico Puesto que el elemento sellador es una bola su
alineacioacuten con el eje del vaacutestago no es esencial para el cierre hermeacutetico En las
vaacutelvulas de bola libre la esfera se puede desplazar en sentido axial El diferencial de
presioacuten a traveacutes de la vaacutelvula obliga a la bola en posicioacuten cerrada a oprimirse contra
el asiento de corriente abajo y este uacuteltimo contra el cuerpo En las vaacutelvulas de bola
fija la bola gira sobre extensiones del vaacutestago y los cojinetes se sellan con anillos en
O
Vaacutelvulas de mariposa estas vaacutelvulas ocupan menos espacio en la liacutenea que
cualquier otra vaacutelvula Se logra un sellado relativamente hermeacutetico sin desgaste
excesivo de los asientos ni un esfuerzo operacional de torsioacuten demasiado grande
mediante diversos meacutetodos como asientos elaacutesticos anillos de pistoacuten sobre el disco e
inclinacioacuten del vaacutestago para limitar el contacto entre las porciones del disco maacutes
cercanas al vaacutestago y el asiento del cuerpo en unos cuantos grados de curvatura
CAPIacuteTULO I
46
Vaacutelvulas de retencioacuten de columpio estas vaacutelvulas se utilizan para evitar la
inversioacuten del flujo El disentildeo normal es para emplearse solamente en liacutenea horizontal
donde la fuerza de gravedad sobre el disco sea maacutexima al comienzo del cierre y
miacutenima al final
1244 DISENtildeO DE SISTEMAS DE TUBERIacuteAS
12441 Seguridad
La seguridad se puede definir como la estipulacioacuten de medidas de proteccioacuten
que se requieren para asegurar una operacioacuten sin riesgos de un sistema propuesto de
tuberiacutea Entre las consideraciones generales a evaluar deberiacutean contarse las
siguientes
1) Las caracteriacutesticas peligrosas del fluido a manejar
2) La cantidad de fluido que se escaparaacute a consecuencia de una falla en la
tuberiacutea
3) El efecto de una falla (por ejemplo peacuterdidas de agua de enfriamiento) en la
seguridad de toda la planta
4) Evaluacioacuten de los efectos de una reaccioacuten con el medio ambiente
5) El probable grado de exposicioacuten del personal de operacioacuten o mantenimiento
6) La seguridad de la tuberiacutea seguacuten los materiales de construccioacuten meacutetodos de
unioacuten y el servicio que recibiraacute la tuberiacutea
12442 Condiciones de disentildeo
Las definiciones de temperaturas presiones y otros aspectos aplicables al
disentildeo de sistemas de tuberiacuteas se muestran a continuacioacuten
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo de un sistema de tuberiacuteas no seraacute
menor que la presioacuten en las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura para el espesor mayor o relacioacuten presioacuten-temperatura requerida [4]
CAPIacuteTULO I
47
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del
material representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura Cuando se trate de tuberiacutea metaacutelica no aislada con fluido a una
temperatura inferior a 38degC la temperatura del metal seraacute considerada como la
temperatura del fluido
Cuando un fluido se encuentre a una temperatura igual o superior a 38degC y la
tuberiacutea no tenga aislamiento externo la temperatura del metal seraacute tomada como un
porcentaje de la temperatura del fluido a menos que se determine una temperatura
maacutes baja por experimentacioacuten o caacutelculo Para tuberiacutea vaacutelvulas roscadas y con
extremos soldados accesorios y otros componentes con un espesor de pared
comparable al de esa tuberiacutea el porcentaje seraacute de 95 para bridas vaacutelvulas y
accesorios bridados seraacute de 90 para bridas con junta de solapa seraacute de 85 y para
pernos de 80 [4]
Influencias ambientales Cuando el enfriamiento provoque vaciacuteo en la liacutenea
el disentildeo debe estipular alguacuten rompedor de vaciacuteo o presioacuten externa tambieacuten debe
considerarse la expansioacuten teacutermica de objetos atrapados entre las vaacutelvulas cerradas [4]
La caracteriacutestica de ciertos servicios es la variacioacuten ocasional de la presioacuten o
temperatura o ambas variables por debajo de los niveles de operacioacuten pero no deben
tomarse en cuenta estas variaciones si se han cumplido los criterios citados Por otra
parte las condiciones maacutes graves de presioacuten y temperatura coincidentes durante la
variacioacuten seraacuten las que se empleen para establecer las condiciones de disentildeo
Se deben satisfacer los siguientes criterios
1 El sistema no debe tener componentes de hierro colado u otro metal no duacutectil
expuestos a presioacuten
2 Los esfuerzos nominales de presioacuten no deben exceder el esfuerzo elaacutestico a la
temperatura especificada
3 Los esfuerzos longitudinales combinados no deben exceder los liacutemites
establecidos en el coacutedigo ASME
CAPIacuteTULO I
48
4 El nuacutemero de ciclos (variaciones) no debe exceder el valor 7000 durante la
vida del sistema de tuberiacutea
5 Las variaciones ocasionales por encima de lo establecido en las condiciones
de disentildeo deben estar dentro de uno de los liacutemites siguientes para el disentildeo de
la presioacuten
a) Cuando la variacioacuten no persista un tiempo superior a 10 horas en cada
ocasioacuten y 100 horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el
esfuerzo permisible para la presioacuten de disentildeo a la temperatura de la
condicioacuten incrementada en un valor no mayor a 33
b) Cuando la variacioacuten no persista maacutes de 50 horas en cada ocasioacuten y 500
horas por antildeo se podraacute exceder la relacioacuten de presioacuten o el esfuerzo
permisible para el disentildeo de presioacuten a la temperatura de la condicioacuten
incrementada en un valor no mayor al 20
Efectos dinaacutemicos El disentildeo de estos sistemas debe contar con prevenciones
contra impacto (como choques hidraacuteulicos) viento (cuando la tuberiacutea estaacute expuesta a
eacuteste) terremotos reacciones de descarga y vibraciones (de tuberiacuteas y soportes)
Las consideraciones respecto al peso deben incluir cargas vivas (contenido
hielo y nieve) cargas muertas (tuberiacutea vaacutelvulas aislamiento etc) y cargas de prueba
(fluidos de prueba) [4]
12443 Criterios de disentildeo tuberiacuteas metaacutelicas
El coacutedigo ASME utiliza tres meacutetodos diferentes para abordar el disentildeo
1 Preveacute la utilizacioacuten de componentes dimensionalmente normalizados en
sus relaciones de presiones y temperaturas
2 Proporciona foacutermulas de disentildeo y esfuerzos maacuteximos
3 Prohiacutebe la utilizacioacuten de materiales componentes o meacutetodos de montaje
en ciertas condiciones
CAPIacuteTULO I
49
12444 Disentildeo de presioacuten de componentes metaacutelicos
Espesor de las paredes La evaluacioacuten del esfuerzo de presioacuten externa de las
tuberiacuteas es la misma que para los recipientes de presioacuten sin embargo existe una
diferencia importante cuando se establece una presioacuten de disentildeo y un espesor de las
paredes para la presioacuten interna como resultado del requisito del ASME Boiler and
Pressure Vessel Code que el ajuste de la vaacutelvula de purga no debe ser superior a la
presioacuten de disentildeo Para los recipientes esto quiere decir que el disentildeo es para una
presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar las fugas de la vaacutelvula durante el funcionamiento
normal No obstante en las tuberiacuteas la temperatura y la presioacuten de disentildeo se
consideran como la combinacioacuten maacutexima esperada de presioacuten de operacioacuten y
temperatura que dan como resultado el espesor maacuteximo [4]
Bajo la normativa del coacutedigo ASME B313 [1] para tuberiacuteas metaacutelicas rectas
con presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm
se da a continuacioacuten y es aplicable para razones de Dot mayores de 6 Las ecuaciones
maacutes conservadoras de Barlow y Lameacute pueden ser utilizadas tambieacuten La ecuacioacuten 32
incluye un factor Y que variacutea con el material y la temperatura para considerar la
redistribucioacuten de esfuerzos perimetrales que se producen con flujo en estado
estacionario a altas temperaturas y permite espesores ligeramente menores en este
intervalo
( ) cYPSE
DPt o
m ++
=2
Ec 32
Donde P= presioacuten interna maacutexima
Do= diaacutemetro exterior de la tuberiacutea
c= suma de la tolerancia mecaacutenica y las tolerancias por erosioacuten y
corrosioacuten
SE= esfuerzo permisible
CAPIacuteTULO I
50
S= esfuerzo baacutesico permisible para los materiales excluyendo juntas
materiales fundidos o factores de calidad de grado estructural
Y= coeficiente cuyos valores para materiales ferrosos duacutectiles variacutean
entre 04 y 07 para materiales ferrosos no duacutectiles es de 04 y para materiales
fraacutegiles es 0 como el hierro colado
Factor de calidad (E) es uno o el producto de maacutes de uno de los siguientes
factores de calidad factor de calidad de fundiciones (Ec) factor de calidad de
uniones (Ej) y factor de calidad de grado estructural (Es) de 092
Las vaacutelvulas deben estar de acuerdo con las normas aplicables que se dan en
el coacutedigo y con los liacutemites permisibles de presioacuten y temperatura que se establecen en
eacutel sin que vayan maacutes allaacute de las limitaciones de materiales o servicio que establece el
coacutedigo
El espesor de los codos de tuberiacuteas se debe determinar como para las tuberiacuteas
rectas a condicioacuten de que la operacioacuten de doblado no deacute como resultado una
diferencia entre el diaacutemetro maacuteximo y el miacutenimo de maacutes de 8 y 3 del diaacutemetro
exterior nominal de la tuberiacutea para presioacuten interna y externa respectivamente
12445 Expansioacuten teacutermica y flexibilidad de tuberiacuteas metaacutelicas [4]
El coacutedigo ASME B313 requiere que los sistemas de tuberiacuteas se disentildeen para
que tengan suficiente flexibilidad y evitar asiacute que la expansioacuten o la contraccioacuten
teacutermica o el movimiento de soportes o terminales de la tuberiacutea provoquen alguna de
las dificultades siguientes
- Fallas en los soportes de las tuberiacuteas debidas a las fatigas o esfuerzos
excesivos
- Fugas en las juntas
- Esfuerzos o distorsiones perjudiciales en las tuberiacuteas o en los equipos
conectados (como bombas turbinas o vaacutelvulas) debido a los excesivos
empujes axiales o movimientos en las tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
51
Deformaciones por desplazamiento Las deformaciones se ocasionan por una
tuberiacutea que se desplaza de su posicioacuten original
1 Desplazamientos teacutermicos un sistema de tuberiacuteas sufriraacute cambios
dimensionales a consecuencia de cambios en la temperatura Si se
restringe el movimiento libre con terminales guiacuteas y anclajes seraacute
desplazado de su posicioacuten original
2 Desplazamientos por reaccioacuten si las restricciones no son riacutegidas y existe
un movimiento predecible de estos accesorios bajo carga eacuteste podriacutea
considerarse como desplazamiento de compensacioacuten
3 Desplazamientos impuestos externamente cuando externamente se crean
movimientos de las restricciones eacutestos impondraacuten un desplazamiento a la
tuberiacutea ademaacutes de los relacionados con los efectos teacutermicos Estos
movimientos pueden originarse por causas como corrientes de aire o
cambios de temperatura en equipos conectados
Deformaciones de desplazamiento total Los desplazamientos teacutermicos los
desplazamientos por reaccioacuten y los desplazamientos impuestos externamente tienen
efectos equivalentes sobre los sistemas de tuberiacuteas y deben considerarse en conjunto
para determinar las deformaciones por desplazamiento total en un sistema de tuberiacuteas
Las deformaciones por expansioacuten se pueden considerar en tres formas por
doblez torsioacuten o compresioacuten axial En los primeros dos casos el esfuerzo maacuteximo
ocurre en las fibras extremas de la seccioacuten transversal de la zona criacutetica En el tercer
caso el aacuterea entera de la seccioacuten transversal seraacute sometida al mismo esfuerzo en toda
la longitud de la tuberiacutea
La flexibilidad torsional o por doblez puede obtenerse por codos abrazaderas
o tuberiacuteas no alineadas por tuberiacutea corrugada o juntas de expansioacuten tipo fuelle o por
otros dispositivos que permitan el movimiento rotacional Estos dispositivos deben
anclarse o conectarse de forma tal que resistan las fuerzas terminales de la presioacuten del
fluido que tengan resistencia friccional al movimiento de la tuberiacutea y otras causas
CAPIacuteTULO I
52
La flexibilidad axial puede obtenerse mediante juntas de expansioacuten de los
tipos deslizante o de fuelle adecuadamente ancladas y orientadas para resistir las
fuerzas terminales de la presioacuten del fluido y deben tener resistencia friccional al
movimiento y otras causas
Esfuerzos de desplazamiento Los esfuerzos se pueden considerar como
proporcionales a la deformacioacuten total que causan soacutelo si la deformacioacuten estaacute
uniformemente distribuida y no es excesiva en ninguacuten punto La distribucioacuten irregular
de deformaciones (sistemas equilibrados) puede resultar de
1 Tuberiacuteas de dimensiones pequentildeas sometidas a un gran esfuerzo en serie
con tuberiacutea relativamente riacutegida de grandes dimensiones
2 La reduccioacuten local en tamantildeo o espesor de pared o empleo local de un
material que tiene una fuerza elaacutestica reducida
3 Una configuracioacuten de recubrimiento en un sistema de tamantildeo uniforme
en el cual la expansioacuten o contraccioacuten debe absorberse con una
desalineacioacuten corta en la mayor parte de la tuberiacutea
Si los esquemas desequilibrados de tuberiacutea no pueden evitarse se deben
aplicar meacutetodos analiacuteticos apropiados con objeto de asegurar la flexibilidad adecuada
del sistema Si el disentildeador determina que un sistema no tiene una adecuada
flexibilidad inherente debe proporcionar flexibilidad adicional mediante la adicioacuten de
codos abrazaderas tramos de tuberiacutea en S juntas de torniquete tuberiacutea corrugada
juntas de expansioacuten de los tipos de fuelle o deslizante u otros dispositivos Tambieacuten
debe contarse con un anclaje adecuado
Mientras que los esfuerzos resultantes de una deformacioacuten teacutermica tienden a
disminuir con el tiempo la diferencia algebraica de ese desplazamiento y la condicioacuten
original o cualquier condicioacuten anticipada del sistema con un mayor efecto opuesto
que en la condicioacuten de desplazamiento extremo que permaneceraacute constante durante
cualquier ciclo de operacioacuten
CAPIacuteTULO I
53
Muelle enfriado El muelle enfriado es la deformacioacuten intencional que se crea
en una tuberiacutea durante su ensamblaje con objeto de producir un esfuerzo y
desplazamiento inicial deseado Cuando una tuberiacutea se va a utilizar a una temperatura
mayor a la cual se instala el muelle enfriado es adecuado al hacer que la longitud de
la tuberiacutea sea ligeramente maacutes corta que la obtenida en el disentildeo El muelle enfriado
es beneacutefico pues ayuda a equilibrar la magnitud del esfuerzo en condiciones de
desplazamiento inicial y extremo
Requisitos para el anaacutelisis No es necesario realizar un anaacutelisis formal de la
flexibilidad requerida en sistemas que
a Son copias de instalaciones que se encuentran operando bien o tienen
sustituciones poco significativas de sistemas que cuentan con una historia
de servicio satisfactoria
b Pueden ser juzgados raacutepidamente con una adecuada comparacioacuten con
sistemas ya analizados
c Son de dimensioacuten uniforme y no tienen maacutes de dos puntos de fijacioacuten ni
tienen restricciones intermedias ademaacutes de caer dentro de los liacutemites de
la ecuacioacuten empiacuterica siguiente
( ) 222
KULyD
leminus
Ec 33
Donde y= resultante de la deformacioacuten por desplazamiento total a ser
absorbida por el sistema
L2= longitud desarrollada de la tuberiacutea entre anclajes
U= distancia de anclajes liacutenea recta entre anclajes
K2= 003 para unidades inglesas
- Todos los sistemas que no cumplan estos criterios seraacuten analizados por
meacutetodos de anaacutelisis simplificados aproximados o completos que sean
adecuados para cada caso especiacutefico
CAPIacuteTULO I
54
- Los meacutetodos de aproximacioacuten o simplificacioacuten soacutelo pueden ser aplicados
en el intervalo de configuraciones para las que se ha demostrado su
adaptabilidad
- Entre los meacutetodos de anaacutelisis aceptables se cuentan los meacutetodos
analiacuteticos y de graacuteficas que proporcionan una evaluacioacuten de las fuerzas
momentos y esfuerzos causados por las deformaciones por
desplazamiento
- El anaacutelisis tomaraacute en cuenta los factores de intensificacioacuten de esfuerzo
para cualquier componente diferente de la tuberiacutea recta Se debe tener en
cuenta la flexibilidad extra de ese componente
Cuando se calcula la flexibilidad de un sistema de tuberiacutea entre puntos de
anclaje el sistema debe tratarse como un todo Deberaacute reconocerse la importancia de
todas las partes de la liacutenea y las restricciones introducidas con el propoacutesito de reducir
momentos y fuerzas en el equipo o pequentildeas ramificaciones y tambieacuten las
restricciones introducidas por la friccioacuten de soportes Es necesario considerar todos
los desplazamientos dentro del intervalo de temperaturas determinado por las
condiciones de operacioacuten y fuera de servicio
12446 Soportes de tuberiacuteas
Las cargas transmitidas por las tuberiacuteas a los equipos conectados y los
elementos de soporte incluyen peso efectos inducidos por la temperatura y la
presioacuten vibraciones el viento los sismos los choques la expansioacuten y contraccioacuten
teacutermica El disentildeo de soportes y restricciones se basa en cargas que actuacutean de modo
concurrente suponiendo que no se ejerzan simultaacuteneamente los sismos y el viento
Los soportes elaacutesticos y de tipo de esfuerzo constante se deben disentildear para
las condiciones maacuteximas de carga incluyendo las de prueba a menos que se
proporcionen soportes temporales [4]
El coacutedigo sentildeala ademaacutes que los elementos de soporte de tuberiacuteas deben
CAPIacuteTULO I
55
1) Evitar las interferencias excesivas para la expansioacuten y la contraccioacuten
teacutermica de la tuberiacutea que de otro modo tiene la flexibilidad adecuada
2) Ser de iacutendole tal que no contribuyan a que se produzcan fugas en las
juntas o un pandeo excesivo de las tuberiacuteas que requiera drenaje
3) Disentildearse para evitar los esfuerzos la resonancia o la desconexioacuten
debido a las variaciones de la carga con la temperatura y que los
esfuerzos longitudinales combinados que se ejercen sobre la tuberiacutea no
sobrepasen lo permitido en el coacutedigo
4) Ser de iacutendole tal que se evite una liberacioacuten completa de la carga sobre la
tuberiacutea en el caso de una mala alineacioacuten o la falla de alguacuten resorte la
transferencia de pesos o las cargas adicionales debidas a las pruebas
durante la instalacioacuten
5) Ser de acero o hierro forjado
6) Ser de acero de aleacioacuten o protegerse de la temperatura en los lugares en
que se sobrepasen los liacutemites de temperatura adecuados para el acero al
carbono
7) No ser hierro colado excepto para bases de rodillos rodillos bases de
anclaje etc principalmente bajo cargas de compresioacuten
8) No ser de hierro maleable ni nodular con excepcioacuten de las abrazaderas de
tuberiacuteas las abrazaderas de vigas las bridas de soportes los sujetadores
las bases y los anillos giratorios
9) No ser de madera excepcioacuten hecha de los soportes sometidos
primordialmente a compresioacuten donde la temperatura de la tuberiacutea se
encuentre al nivel del ambiente o por debajo de eacutel
10) Tener roscas para ajustes atornillados que se conformen a las
especificaciones del Coacutedigo ASME B11
CAPIacuteTULO I
56
12447 Golpe de Ariete [6]
El golpe de ariete se puede presentar en una tuberiacutea que conduzca un liacutequido
cuando se tiene un frenado o una aceleracioacuten en el flujo por ejemplo el cambio de
abertura de una vaacutelvula en la liacutenea Al cerrarse raacutepidamente una vaacutelvula en la tuberiacutea
durante el escurrimiento el flujo a traveacutes de la vaacutelvula se reduce lo cual incrementa
la carga del lado aguas arriba de la vaacutelvula iniciaacutendose asiacute un pulso de alta presioacuten
que se propaga en direccioacuten contraria a la del escurrimiento Este pulso de presioacuten
hace que la velocidad del flujo disminuya La presioacuten en el lado aguas abajo de la
vaacutelvula se reduce y la onda de presioacuten disminuida viaja en el sentido del
escurrimiento disminuyendo tambieacuten la velocidad del flujo Si el cierre de la vaacutelvula
es suficientemente raacutepido y si la presioacuten permanente original es suficientemente baja
se puede formar una bolsa de vapor aguas abajo de la vaacutelvula cuando esto ocurre la
cavidad de vapor puede eventualmente reducirse en forma violenta y producir una
onda de alta presioacuten que se propaga en la direccioacuten aguas abajo
La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud de la
tuberiacutea ya que las ondas de sobrepresioacuten se cargaraacuten de maacutes energiacutea e inversamente
proporcional al tiempo durante el cual se cierra la vaacutelvula cuanto menos dura el
cierre maacutes fuerte seraacute el golpe
El problema del golpe de ariete es uno de los maacutes complejos de la
hidraacuteulica y es resuelto generalmente mediante modelos matemaacuteticos que permiten
simular el comportamiento del sistema Este fenoacutemeno es muy peligroso ya que la
sobrepresioacuten generada puede llegar entre 60 y 100 veces a la presioacuten normal de la
tuberiacutea ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos
Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de vaacutelvulas hay que
estrangular gradualmente la corriente de fluido es decir cortaacutendola con lentitud
utilizando para ello por ejemplo vaacutelvulas de rosca Cuanto maacutes larga es la tuberiacutea
tanto maacutes deberaacute durar el cierre
CAPIacuteTULO I
57
Sin embargo cuando la interrupcioacuten del flujo se debe a causas
incontrolables como por ejemplo la parada brusca de una bomba eleacutectrica se utilizan
tanques neumaacuteticos con caacutemara de aire comprimido torres piezomeacutetricas o vaacutelvulas
que puedan absorber la onda de presioacuten
1245 FABRICACIOacuteN MONTAJE E INSTALACIOacuteN
12451 Soldadura
Los requisitos del coacutedigo referente a la fabricacioacuten son maacutes detallados para la
soldadura que para otros meacutetodos de unioacuten ya que la soldadura no soacutelo se utiliza para
unir dos tuberiacuteas extremo a extremo sino que sirve tambieacuten para fabricar accesorios
que reemplazan a los accesorios sin costura como codos y juntas de solapa de punta
redonda Los requisitos del coacutedigo para el proceso de soldado son esencialmente los
mismos que los de la seccioacuten IX del ASME Boiler and Pressure Vessel Code excepto
que los procesos de soldado no se restringen el agrupamiento del material debe estar
de acuerdo al apeacutendice A del Coacutedigo ASME y las posiciones de la soldadura
corresponder a la posicioacuten de la tuberiacutea [4]
12452 Doblado y formacioacuten
La tuberiacutea puede doblarse en cualquier radio para el cual la superficie del
arco de la curvatura esteacute libre de grietas y pandeos Estaacute permitido el empleo de
dobleces estriados o corrugados El doblado puede efectuarse mediante cualquier
meacutetodo en friacuteo o en caliente siempre que se cumplan las caracteriacutesticas del material
que se estaacute doblando y el radio de la tuberiacutea doblada esteacute dentro [4]
Algunos materiales requieren un tratamiento teacutermico una vez que ya se han
doblado lo que dependeraacute de la severidad del doblado En el coacutedigo se explican
detalladamente los requisitos que deben cumplirse para este tratamiento
CAPIacuteTULO I
58
12453 Precalentamiento y tratamiento teacutermico
Estos tratamientos sirven para prevenir o corregir los defectos nocivos de las
altas temperaturas o gradientes teacutermicos severos inherentes a la unioacuten por soldadura
de los metales Ademaacutes de esto puede ser necesario someter el material a tratamiento
teacutermico con objeto de corregir los efectos de esfuerzo creados durante el doblado o
formado de los metales [4]
13 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LA HERRAMIENTA
PIPESIMreg2003 [5]
131 Disentildeo y Anaacutelisis de tuberiacuteas y facilidades
El entendimiento detallado de la termo-hidraacuteulica del sistema de produccioacuten
es criacutetico para el disentildeo de liacuteneas de flujo y los caacutelculos del mismo PIPESIMreg
software de anaacutelisis de sistema de produccioacuten proporciona un instrumento completo
para analizar sistemas complejos de tuberiacutea con flujo multifaacutesico
Con sus moacutedulos interconectados este programa permite construir un
modelo completamente integrado del sistema de produccioacuten entero conectando con
simuladores de yacimiento y de proceso tales como el ECLIPSEreg software de
simulacioacuten de yacimiento y HYSYSreg simulador de procesos de AspenTech
132 Modelaje de flujo multifaacutesico
El programa incorpora todas las correlaciones actuales de flujo multifaacutesico
utilizados en la industria tanto empiacutericas como mecaniacutesticas para predecir el
reacutegimen de flujo la peacuterdida de presioacuten y retencioacuten de liacutequidos Esto permite disentildear y
operar el sistema de produccioacuten y distribucioacuten con confianza
Este simulador produce mapas detallados de reacutegimen de flujo en la tuberiacutea a
las condiciones de operacioacuten incorporando todos los aacutengulos de inclinacioacuten
PIPESIMreg utiliza las velocidades superficiales in-situ del gas y liacutequido para
identificar el patroacuten de flujo en cada nodo del sistema permitiendo determinar el
hold-up y la distribucioacuten de presioacuten en el sistema de tuberiacuteas
CAPIacuteTULO I
59
Predecir slugs su tamantildeo y frecuencia permite optimizar el disentildeo de
tuberiacuteas y facilidades de procesamiento El simulador OLGA-Sreg y los modelos de
TUFFP se pueden utilizar para identificar estas caracteriacutesticas criacuteticas del flujo
hidrodinaacutemico tipo slug El programa predice tambieacuten la ocurrencia de flujo slug
en inclinaciones de la tuberiacutea
133 Modelos de Fluido
El modelaje exacto del liacutequido producido es criacutetico para la comprensioacuten
del comportamiento del sistema por lo tanto el simulador ofrece la eleccioacuten entre
correlaciones standard de petroacuteleo negro o una gama de modelos composicionales
EOS
134 Certeza del tipo de flujo
PIPESIMreg predice la formacioacuten de hidratos e incluye la habilidad de modelar
los efectos de inhibidores de hidratos Modelando el perfil de la temperatura de la
liacutenea de flujo puede disentildear el sistema en torno a estos problemas
Dicho software incluye tambieacuten rutinas de caacutelculo para determinar los liacutemites
erosivos de la velocidad de la tuberiacutea permitiendo disentildear operaciones seguras en la
misma
135 Disentildeo de equipos de superficie
El programa incluye los modelos de los equipos de superficie comunes para
determinar su impacto en el disentildeo del sistema Ademaacutes las opciones sofisticadas de
sensibilidades en el simulador se pueden utilizar tambieacuten para disentildear sistemas
variando los paraacutemetros claves del sistema permitiendo asiacute la determinacioacuten de los
tamantildeos oacuteptimos de tuberiacutea y equipos a ser utilizados
Los moacutedulos contienen los siguientes equipos
bull Separadores
bull Bombas y motores auxiliares de propulsioacuten multifaacutesicos
bull Compresores y expansores
bull Calentadores y enfriadores
bull Estranguladores
CAPIacuteTULO I
60
136 Moacutedulo de Anaacutelisis de redes de tuberiacutea
Para un anaacutelisis completo del sistema PIPESIMreg ofrece opciones para
modelar redes complejas que pueden incluir lazos liacuteneas paralelas y by-pass El
algoritmo robusto de la solucioacuten puede modelar la unioacuten distribucioacuten e inyeccioacuten de
la red
Explica detalladamente la termo-hidraacuteulica del sistema que es criacutetica para el
disentildeo de la liacutenea de flujo y el reacutegimen de flujo especialmente para sistemas
multifaacutesicos complejos Esto daraacute las herramientas para emprender el anaacutelisis tiacutepico
de la red incluyendo
bull Identificar embotellamientos de la produccioacuten y limitaciones
bull Valorar los beneficios de nuevos pozos tuberiacuteas adicionales compresioacuten etc
bull Calcular la capacidad de manejo desde el campo hasta el sistema de retencioacuten
bull Predecir los perfiles de presioacuten y temperatura por redes complejas de flujo
bull Planificar el desarrollo de campo
bull Resolver redes de fondo encontradas en pozos multilaterales
Una vez construida la red de produccioacuten se pueden introducir los elementos
de tiempo para analizar el impacto del desempentildeo del yacimiento en la estrategia de
desarrollo del campo
PIPESIMreg permite
minus Modelar flujo multifaacutesico desde el yacimiento a traveacutes de las facilidades
de produccioacuten hasta su punto de entrega
minus Dirigir redes complejas de produccioacuten y captar las interacciones entre
pozos tuberiacuteas y equipos de proceso
minus Realizar un anaacutelisis completo de sensibilidades en cualquier punto del
sistema hidraacuteulico usando muacuteltiples paraacutemetros
minus Simular el sistema de produccioacuten del campo para mejorar la produccioacuten
tomar mejores decisiones y obtener precios maacutes competitivos
minus Conexioacuten con el simulador de procesos HYSYSreg para un anaacutelisis
integrado desde la cara de la arena hasta las facilidades de
procesamiento
CAPIacuteTULO II
61
CAPIacuteTULO II DESARROLLO DEL DISENtildeO
DESARROLLO DEL DISENtildeO
21 CONDICIONES DE DISENtildeO
211 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Tomando como referencia las hojas de seguridad e higiene industrial de
PDVSA de cada uno de los fluidos involucrados en el proyecto asiacute como tambieacuten las
propiedades de los fluidos suministradas por cada una de las empresas mixtas se
logra hacer un cuadro resumen con la informacioacuten de cada uno de estos productos
quiacutemicos Ver anexos 1 2 y 3
Tabla 4 Propiedades de los fluidos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol MTBE ISO-OCTANO
CH3OH CH3OH C5H12O C8H18
Alcohol metiacutelico
Alcohol metiacutelico Metil terbutil eacuteter 224 trimetil
pentano Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Gravedad especiacutefica CS 0796 0796 0747 0696
Viscosidad dinaacutemica (cP) 45degC 042 042 027 038
Peso Molecular 3205 3205 8814 11422
Punto de ebullicioacuten (degC) 147psi 648 648 55 993
Presioacuten de vapor (psia) 45degC 41 41 83 17
Punto de fusioacuten (degC) -978 -978 -109 -107365
Punto de ignicioacuten (degC) 470 470 224 410
Calor de fusioacuten (calg) 237 237 - 19278
Forma y color Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro Liacutequido incoloro
en agua Solubilidad en alcohol en eacuteter
Soluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporcionesSoluble en todas las proporciones
Ligeramente soluble Soluble
-
Insoluble Ligeramente soluble
Soluble
Liacutemites de () inferior inflamabilidad superior
67 365
16 151
- -
CAPIacuteTULO II
62
212 CONFIGURACIOacuteN DE LAS BOMBAS
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca del
sistema de bombeo con el cual cuenta cada una de estas empresas se pudo resumir el
siguiente cuadro
Tabla 5 Sistema de Bombeo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135
Pmin entrada brazo de carga (psig) 70 70 70 70
Pdescarga brazo de carga (psig) 20 20 20 20
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 1000 1000 1000
Flujo miacutenimo (m3h) 1000 500 500 500
Cantidad de bombas 1 de 2 2 de 2 2 de 3 2 de 3
Descripcioacuten de las bombas p-801 AB p-6201 AB 900-p-1 ABC 900-p-1 ABC
Poperacioacuten (psig) 1337 135 135 135
Pmaacutex de descarga (psig) 171 171 171 171
Pmaacutex de operacioacuten (psig) 250 250 250 250
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Potencia (KW) 7204 320 350 350
Cabezal (m) 110 120 120 120
Eficiencia () 81 795 795 795 Presioacuten requerida en el brazo de carga (psig) 70 ndash 100 70 ndash 100 71 ndash 86 71 ndash 86
Se refiere a la cantidad de bombas en uso referente a la cantidad de
bombas disponibles en la planta
CAPIacuteTULO II
63
213 CONDICIONES AMBIENTALES DEL COMPLEJO
PETROQUIacuteMICO JOSE
El proyecto se encuentra ubicado dentro del Complejo Petroquiacutemico Joseacute
Antonio Anzoaacutetegui en la costa este de Venezuela en Jose Estado Anzoaacutetegui Las
condiciones ambientales que maacutes afectan los caacutelculos del siguiente trabajo se
presentan en la tabla 6
Tabla 6 Condiciones Ambientales del Complejo Jose
Temperatura maacutexima (degC) 45
Temperatura promedio anual (degC) 34
Temperatura miacutenima extrema (degC) 15 bulbo seco 24 bulbo huacutemedo
Presioacuten atmosfeacuterica promedio (psi) 146923
Promedio de elevacioacuten del terreno (m) 75
214 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
La configuracioacuten de las tuberiacuteas para este proyecto se decidioacute dividir en 3
tramos la tuberiacutea principal de 20rdquo oacute 24rdquo (de mayor diaacutemetro y longitud) la tuberiacutea de
16rdquo y la tuberiacutea de 12rdquo Luego que la tuberiacutea principal se ubica dentro del liacutemite de
bateriacutea del muelle el diaacutemetro se debe disminuir gradualmente hasta conseguir las
12rdquo necesarias para el despacho a traveacutes de los brazos de carga los cuales seguacuten las
caracteriacutesticas del muelle y normativas de seguridad deben ser de este diaacutemetro
especiacutefico
A partir de la informacioacuten suministrada por las empresas mixtas acerca de
las condiciones operacionales de los fluidos a traveacutes del sistema de tuberiacuteas se
seleccionoacute la tuberiacutea maacutes apropiada para este proyecto ya que se cumple con los
requisitos de seguridad necesarios Los datos recolectados se muestran en las tablas 7
8 y 9
CAPIacuteTULO II
64
Tabla 7 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas Principales (24rdquo y 20rdquo)
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST) Ceacutedula estaacutendar
(20ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro exterior (in) 24 20 20 20 Diaacutemetro interno (in) 2325 1925 1925 1925 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 2783 2312 2312 2312 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 2948 20211 20211 20211
exterior 6283 5236 5236 5236 Longitud de superficie (in) interior 609 504 504 504 Longitud de la tuberiacutea (ft) 10932 11394 12398 14557 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (in) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (in) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
El tipo de tuberiacuteas aplicables al proyecto son API 5L ASTM A-106 y
ASTM A-53 todas en acero al carbono y con rangos tanto de temperatura como de
presioacuten aceptables en el proyecto Estas tuberiacuteas cumplen con los requisitos
necesarios ademaacutes de estar incluidas dentro del tipo de tuberiacutea (piping class)
aplicable a las plantas y al Muelle Petroquiacutemico Partiendo de eacutesto se escoge la
tuberiacutea A-53 por ser eacutesta la de uso permitido en el aacuterea del Muelle Petroquiacutemico y por
ser compatible con las de uso en las plantas Para trayectorias dentro de los linderos
CAPIacuteTULO II
65
de las plantas de las empresas mixtas se haraacute uso de la tuberiacutea que estipule la
normativa de seguridad de dicha planta
Tabla 8 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbonoTuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST) Ceacutedula estaacutendar
(30ST)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro exterior (in) 16 16 16 16 Diaacutemetro interno (in) 1525 1525 1525 1525 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1841 1841 1841 1841 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 1268 1268 1268 1268
exterior 4189 4189 4189 4189 Longitud de superficie (ft) interior 399 399 399 399
Longitud de la tuberiacutea (ft) 1640 1640 1640 1640 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
La seleccioacuten del tipo de costura de la tuberiacutea se realizoacute sujeto al piping class
manejado en el Muelle Petroquiacutemico asiacute como al de cada una de las plantas siendo
recomendable el tipo E correspondiente a tuberiacutea con costura soldada con resistencia
eleacutectrica (ERW) solamente para el tramo que abarca el corredor en las calles C y F
CAPIacuteTULO II
66
(ver figura 1) Al pasar el liacutemite de bateriacutea del muelle la especificacioacuten debe cambiar
a tuberiacutea sin costura (Tipo S) por ser eacutesta la manejada en el piping class del Muelle
Petroquiacutemico Dicha divergencia afecta este estudio uacutenicamente para el caacutelculo del
espesor miacutenimo requerido
Tabla 9 Caracteriacutesticas de las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Acero al carbono Tuberiacutea con
costura (ERW) y Tuberiacutea sin
costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
Tuberiacutea con costura (ERW) y
Tuberiacutea sin costura
ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 ASTM-A53 Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S Tipo E y Tipo S
Grado B Grado B Grado B Grado B Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S) Ceacutedula estaacutendar
(ST 40S)
Piping Class
Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Rating 150 lbf Diaacutemetro nominal (in) 12 12 12 12 Diaacutemetro exterior (in) 1275 1275 1275 1275 Diaacutemetro interno (in) 12 12 12 12 Espesor de la pared (in) 0375 0375 0375 0375
en metal 1458 1458 1458 1458 Aacuterea de corte transversal (in2) de flujo 07854 07854 07854 07854
exterior 3338 3338 3338 3338 Longitud de superficie (ft) interior 314 314 314 314
Longitud de la tuberiacutea (ft) 164 164 164 164 Aspereza de la superficie (in) 00018 00018 00018 00018
Presioacuten de disentildeo (psig) 225 225 2093 2093 Presioacuten de operacioacuten (psig) 1337 135 135 135 Temperatura de disentildeo (degC) 70 67 70 70
Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
CAPIacuteTULO II
67
Las tuberiacuteas son grado B lo cual indica que se trata de tuberiacuteas de color
negro (material acero al carbono) que necesitaraacuten recubrimiento y galvanizado antes
de ser usadas
La ceacutedula es estaacutendar se escogioacute debido a que se mantiene un margen por
encima del espesor miacutenimo requerido dichos caacutelculos se presentan a continuacioacuten
El rating de la tuberiacutea de acuerdo al piping class manejado en el Muelle
Petroquiacutemico es de 150 lbf Este valor estaacute sujeto a cambios debido a que para la
fecha de elaboracioacuten de este Trabajo Especial de Grado auacuten no se habiacutea realizado el
estudio de golpe de ariete factor importante en la delimitacioacuten de presioacuten que deberaacute
soportar la tuberiacutea
La cantidad y descripcioacuten de cada uno de los accesorios y vaacutelvulas que seraacuten
empleados en las liacuteneas han sido suministrados por las empresas mixtas y podraacuten
estar sujetos a cambios durante la fase de construccioacuten del proyecto
La tabla 10 resume las longitudes equivalentes mostradas en la tabla 3 de
los componentes a ser instalados en las configuraciones de tuberiacuteas involucradas en el
proyecto
Tabla 10 Longitudes equivalentes de diversos accesorios
24 20 16 12 Tipo de accesorio o vaacutelvula Le [ft] Le [ft] Le [ft] Le [ft]
Unioacuten 4 3 3 2 Codo 90deg regular 47 39 31 25 Codo 90deg radio largo 29 25 20 16 Codo 45deg regular 24 20 16 12 T de liacutenea de flujo 32 26 21 17 T de ramal de flujo 60 76 96 116 Vaacutelvula de globo 400 525 655 800 Vaacutelvula de compuerta 11 13 17 20 Vaacutelvula angular 200 250 320 390 Vaacutelvula de retencioacuten deslizante 135 172 217 262 Entrada de filos rectos 39 53 68 86 Salida tuberiacutea 78 106 136 172 Reductor de diaacutemetro 97 80 62 45
CAPIacuteTULO II
68
22 DISENtildeO DE LAS TUBERIacuteAS
221 CONFIGURACIOacuteN DE LAS TUBERIacuteAS
Se emplea el software PIPESIMreg para la simulacioacuten del sistema de
transporte del proyecto debido a que es eacuteste un programa con la capacidad para la
simulacioacuten de equipos de superficie asiacute como es capaz de trabajar con los fluidos
involucrados en este proyecto La licencia del software se obtuvo de la empresa
PDVSA a traveacutes de la intranet de la misma la cual se encontraba a disposicioacuten de los
empleados de Pequiven para el teacutermino de este Trabajo Especial de Grado
2211 Metor
Se procedioacute a la configuracioacuten de las tuberiacuteas en PIPESIMreg siguiendo el
esquema mostrado en la figura 6 Este disentildeo se tomaraacute como referencia para las
demaacutes plantas
1 Se coloca una fuente (source) de donde proviene el fluido el cual viene
representado por el tanque de almacenamiento de cada una de las plantas en este
caso en especiacutefico las propiedades que lo describen son
Temperatura 45degC
Presioacuten 0 psig
Se supone que el fluido no se encuentra presurizado dentro del tanque debido
a que se encuentra a condiciones ambientales La temperatura es de 45 degC porque
eacuteste es el valor maacuteximo que se podriacutea conseguir en condiciones ambientales
extremas y ha sido la temperatura de disentildeo estipulada
CAPIacuteTULO II
69
Figura 6 Esquema graacutefico de la configuracioacuten de las tuberiacuteas de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como ldquocomposicionalrdquo debido a que el
metanol se encuentra preestablecido dentro del programa como un fluido acuoso
(soluble en agua) y se agrega con una molaridad al 100 a traveacutes de la tuberiacutea soacutelo
fluiraacute metanol liacutequido la inclusioacuten del fluido se muestra en la figura 7
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja
de especificaciones (data sheet) por parte de la empresa la informacioacuten es incluida en
la siguiente ventana (ver Figura 8)
CAPIacuteTULO II
70
Figura 7 Datos de la configuracioacuten del fluido (Metor)
Figura 8 Datos de la configuracioacuten del sistema de bombeo de Metor
CAPIacuteTULO II
71
4 Se incorpora la liacutenea de 24rdquo la cual es ingresada a la configuracioacuten como
una liacutenea de flujo eacutesta se conecta a la bomba a traveacutes de un nodo Se utilizan estos
conectores para la unioacuten de los elementos y no representan cambio alguno a las
propiedades Los datos necesarios para agregar la liacutenea de flujo son sentildealados en la
figura 9
Figura 9 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 24rdquo de Metor
Se colocan 2 ondulaciones por cada mil metros de recorrido debido a que
eacuteste es el nuacutemero de ondulaciones (altibajos) promedio que presentaraacute el recorrido de
la tuberiacutea La diferencia de altura es de 2 m debido a que la altitud de la planta se
encuentra por encima del nivel del muelle en un margen cercano a este valor La
distancia horizontal es la correspondiente al recorrido total de la tuberiacutea maacutes la
longitud equivalente correspondiente a las vaacutelvulas y accesorios La rugosidad es la
CAPIacuteTULO II
72
correspondiente al acero al carbono y la temperatura ambiente es la temperatura
promedio reportada en el aacuterea
Se incluye como dato que la tuberiacutea no tiene recubrimiento y estaraacute rodeada
por aire con lo cual se establece un valor de transferencia de calor entre la tuberiacutea y
el aire de 20 BTUh ft2 degF (dicho valor se encuentra predeterminado en el simulador
para estas condiciones)
5 Se agrega la liacutenea de 16rdquo tambieacuten como una liacutenea de flujo la cual presenta
las caracteriacutesticas mostradas en la figura 10 Las ondulaciones seraacuten 0 ya que esta
liacutenea se encontraraacute sobre la plataforma del muelle donde no tendraacute altibajos asiacute como
tampoco presentaraacute diferencia de altitud en el recorrido Se preveacute con una longitud de
500m a la cual se debe agregar la longitud equivalente representativa de los
accesorios dispuestos en la configuracioacuten
Figura 10 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 16rdquo de Metor
CAPIacuteTULO II
73
6 Se antildeade la liacutenea de 12rdquo y tuberiacutea final de la configuracioacuten A la salida de
eacutesta la presioacuten deberaacute ser al menos 70 psig para que el fluido pueda hacer el
recorrido a traveacutes del brazo de carga y atracar al buque con una presioacuten de 20 psig
debido a que eacutestas son las especificaciones del brazo de carga que seraacute empleado en
el muelle Esta tuberiacutea a diferencia de la de 16rdquo siacute presenta ondulaciones ya que este
uacuteltimo tramo tiene un recorrido tortuoso con diferencias pequentildeas de altura La
longitud total de tuberiacutea es de 50m aproximadamente a los cuales se agrega la
longitud equivalente de los accesorios dispuestos en esta tuberiacutea En la figura 11 se
pueden observar las propiedades de la liacutenea de 12rdquo
Figura 11 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 12rdquo de Metor
7 El punto final de la configuracioacuten es un nodo frontera que en este caso en
especiacutefico vendraacute representado por el inicio del brazo de carga punto donde la
presioacuten deberaacute ser de 70 psig
CAPIacuteTULO II
74
2212 SuperMetanol
Tomando como base la configuracioacuten de tuberiacuteas de Metor se genera un
modelo con la misma cantidad y disposicioacuten de elementos A continuacioacuten se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas de la planta Supermetanol
haciendo uso de PIPESIMreg donde soacutelo se resentildean las caracteriacutesticas que difieren del
modelo de metanol de Metor
- La bomba centriacutefuga de la cual se tiene la hoja de especificaciones por parte
de la empresa presenta la siguiente informacioacuten
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 650 kW (resultante del accionamiento de ambas bombas)
Eficiencia 795
- La liacutenea de 20rdquo se ingresa a la configuracioacuten con los datos sentildealados en la
figura 12
Figura 12 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de SuperMetanol
CAPIacuteTULO II
75
- Las liacuteneas de 16rdquo y 12rdquo tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las
configuraciones estos tramos de tuberiacutea se encuentran sobre la plataforma del muelle
ubicados sobre el mismo pipe rack de esta manera que las tuberiacuteas estaraacuten una junto
a la otra por ende tendraacuten las mismas especificaciones
2213 MTBE de Super Octanos
La configuracioacuten de tuberiacuteas de Super Octanos presenta la misma disposicioacuten
de elementos que la de Metor a continuacioacuten se presenta de forma resumida el disentildeo
de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
1 Las propiedades que describen las condiciones del source son
iguales al caso de Metor
2 El tipo de fluido se incluye como black oil esto debido a que el simulador
no contempla el Metil Terbutil Eacuteter como un fluido preestablecido en sus
lineamientos Para incluir el fluido como petroacuteleo negro se ingresan los siguientes
valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 551755
Ademaacutes se agrega la informacioacuten de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente como se ve en la
figura 13
3 Se antildeade a la configuracioacuten la bomba centriacutefuga de la cual tambieacuten se
tiene la hoja de informacioacuten por parte de la empresa La informacioacuten incluida es la
siguiente
CAPIacuteTULO II
76
Presioacuten diferencial 135 psi
Potencia 700 kW
Eficiencia 795
Figura 13 Datos de viscosidad para la configuracioacuten de MTBE de Super Octanos
4 Luego se incorpora la liacutenea de 20rdquo la cual se ingresa a la configuracioacuten
como una liacutenea de flujo Los datos necesarios para la inclusioacuten de la liacutenea principal de
20rdquo se presentan en la Figura 14
5 Al igual que para la configuracioacuten de Metor se agregan las liacuteneas de 16rdquo y
12rdquo las cuales tienen las mismas caracteriacutesticas en todas las configuraciones
CAPIacuteTULO II
77
Figura 14 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de MTBE de Super Octanos
2214 IsoOctano de Super Octanos
Tomando como base la configuracioacuten de MTBE de la misma planta se
presenta de forma resumida el disentildeo de las tuberiacuteas haciendo uso de PIPESIMreg
Las propiedades divergentes entre este caso y MTBE baacutesicamente son los
datos ingresados para la caracterizacioacuten del fluido y las propiedades de la liacutenea de
20rdquo De esta manera se hace referencia soacutelo a estos valores los cuales son
- El tipo de fluido se incluye como black oil para lo cual se ingresaron los
siguientes valores
Corte de agua 0
GOR (Relacioacuten gas-petroacuteleo) 0 scfSTB
Gravedad especiacutefica del gas 04
Gravedad especiacutefica del agua 1
Gravedad API 735724
CAPIacuteTULO II
78
- Se agrega informacioacuten adicional de la viscosidad del fluido ingresando 2
pares de valores de viscosidad y la temperatura correspondiente que para este caso
son las siguientes
Temperatura (ordmC) Viscosidad (cP)
40 046
20 055
- La configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo se muestra en la figura 15
Figura 15 Datos de la configuracioacuten de la liacutenea de 20rdquo de IsoOctano de Super Octanos
CAPIacuteTULO II
79
23 REVISIOacuteN DEL MODELO DE OCUPACIOacuteN DEL MUELLE
231 CONFIGURACIOacuteN DE LOS BRAZOS DE CARGA EN LA
PLATAFORMA DISPUESTA PARA EL PROYECTO
El proyecto ldquoFacilidades para el Despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico de Joserdquo busca reubicar el despacho de productos de
las empresas mixtas (Metor Supermetanol y Super Octanos) en la actualidad
despachados a traveacutes del Muelle Criogeacutenico propiedad de PDVSA ubicado en el
Complejo Industrial Joseacute Antonio Anzoaacutetegui
El estudio ocupacional del Muelle Petroquiacutemico de Jose se adjudicoacute a una
compantildeiacutea privada sin embargo es requerimiento del presente Trabajo Especial de
Grado hacer una breve revisioacuten a dicho Muelle para disponer de un estimado de
tiempo requerido para el embarque de buques si se bombea el producto a la maacutexima
carga que permita la configuracioacuten de cada una de las liacuteneas Para la realizacioacuten de
este objetivo la informacioacuten recolectada para la evaluacioacuten de la ocupacioacuten del
muelle estaacute basada seguacuten el promedio mensual de despacho actual a traveacutes del
muelle de PDVSA y el despacho mensual a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Se anexa un modelo rudimentario donde se presenta la disposicioacuten de los
brazos de carga los cuales seraacuten habilitados para despacho de cada uno de los
productos involucrados con el proyecto del cual es parte este trabajo (ver Figura 16)
CAPIacuteTULO II
80
Figura 16 Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose
Los brazos de carga que se empleen en el proyecto preferiblemente deberaacuten
ser de las mismas caracteriacutesticas y dimensiones de ser posible de la misma marca
para facilitar las labores de mantenimiento y obtencioacuten de repuestos Deberaacuten tener
un diaacutemetro de 12rdquo y tener facilidad para retorno de vapores debido a que asiacute lo
contemplan las normativas gubernamentales Las principales caracteriacutesticas con las
cuales deben cumplir los brazos de carga que se ubicaraacuten en las posiciones M-502
M-503 M-504 y M-505 del Muelle Petroquiacutemico se presentan en la tabla 11
CAPIacuteTULO II
81
Tabla 11 Caracteriacutesticas de los brazos de carga
Posicioacuten M-503 M-505 M-504 M-502 M-502 Producto Metanol Metanol MTBE Iso-Octano
Procedencia Metor yo Supermetanol
Supermetanol yo Metor Super Octanos Super Octanos
Diaacutemetro (in) 12 12 12 12 Tasa de flujo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Temperatura de operacioacuten (degC) 45 45 45 45
Gravedad especiacutefica 45degC 076 0765 0716 0662
Viscosidad 45degC (cP) 042 042 027 038 Presioacuten de vapor 45degC (psia) 41 41 83 17
Presioacuten requerida en la entrada (psig) 70 70 70 70
Presioacuten de descarga (psig) 20 20 20 20 Presioacuten de descarga de las bombas (psig) 1337 135 135 135
Presioacuten maacutexima de operacioacuten de las bombas (psig)
170 170 170 170
Se obtuvo informacioacuten de la disposicioacuten de ventanas operacionales
empleadas por las empresas mixtas involucradas en el proyecto seguacuten un reporte
mensual de despacho a traveacutes del Muelle Criogeacutenico Se presenta la informacioacuten
mencionada en la tabla 12 la cual hace referencia al despacho de los productos y las
capacidades de los buques a cargar esto en un periacuteodo de tiempo de un mes
CAPIacuteTULO II
82
Tabla 12 Programacioacuten Mensual de Ventanas Muelle No 9
Ventanas Empresa Producto Volumen [TM] 1 - 2 ndash 3 Supermetanol Metanol 15000 3 - 4 ndash 5 Metor Metanol 21000 6 - 7 ndash 8 Metor Metanol 13100
Super Octanos MTBE 21000 8 - 9 ndash 10 Metor Metanol 17000
11 - 12 - 13 Supermetanol Metanol 15000 13 - 14 - 15 Supermetanol Metanol 15000 16 - 17 - 18 Metor Metanol 15000
Metor Metanol 10000 18 - 19 - 20 Supermetanol Metanol 10000
21 - 22 - 23 Super Octanos MTBE 24000 24 - 25 - 26 Ventana de Mantenimiento 27 - 28 - 29 Super Octanos MTBE 11000 29 - 30 - 31 Supermetanol Metanol 10000
De igual forma se conoce la produccioacuten mensual de la empresa FertiNitro a
traveacutes de la Plataforma de liacutequidos del Muelle Petroquiacutemico si se unen el promedio
de producciones mensuales de cada empresa se tienen los siguientes datos
Metor 70 MTMM
Supermetanol 525 MTMM
Super Octanos 40 MTMM
FertiNitro 336 MTMM
CAPIacuteTULO III
83
CAPIacuteTULO III RESULTADOS
RESULTADOS
31 SELECCIOacuteN DEL ESPESOR DE PARED
Seguacuten la ecuacioacuten 32 de la seccioacuten 2444 para tuberiacuteas metaacutelicas rectas con
presiones internas la foacutermula para el espesor miacutenimo de pared que se requiere tm es
aplicable para relaciones Dot mayores de 6
Se realiza el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas de 20rdquo tomando t como 1969rdquo
el cual es el espesor con mayor magnitud que se puede conseguir en el mercado la
relacioacuten Dot = 10157 siendo mayor de 6 se realizan los caacutelculos utilizando la
ecuacioacuten 32 sin inconvenientes
Para el caacutelculo de los espesores miacutenimos los datos son obtenidos de las
especificaciones ASME B313 y de las condiciones operacionales del proyecto La
presioacuten maacutexima corresponde a la presioacuten maacutexima de resistencia de las tuberiacuteas A
continuacioacuten se muestra el caacutelculo tiacutepico para las tuberiacuteas con costura de 20rdquo
P= 250psig
Do= 20rdquo
c= 0065
S= 20000 psig
Y= 04
E= 085
( ) ( )mmint
ininxpsigxpsig
inxpsigc
YPSEDP
t
m
om
365210
21120065040250850000202
202502
rArr=
rArr++
=++
=
Al valor de espesor (536mm) se debe aplicar la tolerancia correspondiente a
esta tuberiacutea que se lee en la norma ASME B313 y es de 125 para todos los casos
con lo cual el valor del espesor estariacutea entre 469 ndash 604 mm correspondiente a un
Schedule 10 (635mm) siendo eacuteste el valor maacutes cercano a dicho espesor Como
CAPIacuteTULO III
84
medida preventiva se aplica un factor de seguridad al disentildeo correspondiente a las
peacuterdidas de espesor por corrosioacuten y erosioacuten asiacute como peacuterdidas mecaacutenicas producto
del efecto de golpe de ariete que pueda sufrir la tuberiacutea De esta manera se toma
ceacutedula estaacutendar para todas las tuberiacuteas ya que todos los valores de espesores miacutenimos
se encuentran por debajo del schedule estaacutendar comercial A continuacioacuten se
muestran los resultados para cada una de las liacuteneas con costura (Tabla 13) y se
compararon con los espesores de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar La Tabla 14 resentildea
estos mismos caacutelculos para tuberiacutea sin costura
Tabla 13 Espesores miacutenimos de las liacuteneas con costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (Psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 085 085 085 085 tm (in) 024 0211 0182 0158 Espesor miacutenimo aceptable (in) 024 plusmn 003 0211 plusmn 0026 0182 plusmn 0023 0158 plusmn 0020 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
Tabla 14 Espesores miacutenimos de las liacuteneas sin costura
Diaacutemetro 24 20 16 12 Presioacuten maacutexima (psig) 250 250 250 250 Diaacutemetro externo (in) 24 20 16 1275 A (in) 0065 0065 0065 0065 S (psig) 20000 20000 20000 20000 Y (-) 04 04 04 04 E (-) 1 1 1 1 tm (in) 0214 0189 0165 0144 Espesor miacutenimo aceptable (in) 0214 plusmn 00267 0189 plusmn 00236 0165 plusmn 0020 0144 plusmn 0018 Espesor de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar (in) 0375 0375 0375 0375
CAPIacuteTULO III
85
La costura en las tuberiacuteas no influye en los caacutelculos hidraacuteulicos debido a que
la soldadura con resistencia eleacutectrica no genera aporte de material a la tuberiacutea lo que
indica que no habraacute variacioacuten del espesor debido a la costura Las tuberiacuteas principales
seraacuten las uacutenicas con costura por ser eacutestas las uacutenicas presentes en el corredor de
tuberiacutea ubicado en las calles C y F Las longitudes de cada uno de los tramos con y
sin costura son los siguientes
Tabla 15 Longitudes de tuberiacutea con y sin costura
Longitudes de tuberiacutea METANOL Metor
METANOL Supermetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Con costura (m) 1153 1293 1599 2257 Sin costura (m) 2180 2180 2180 2180
3 2 CAacuteLCULO DE LA CAIacuteDA DE PRESIOacuteN DEBIDO A LA
FRICCIOacuteN EN LAS TUBERIacuteAS
Para obtener la caiacuteda de presioacuten en las tuberiacuteas se realizaron los caacutelculos en
primer lugar haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning considerando condiciones
isoteacutermicas que a pesar de ser un meacutetodo maacutes laborioso permite el conocimiento
descriptivo de cada uno de los paraacutemetros asiacute como la procedencia de los valores
utilizados en este disentildeo Esto es provechoso en caso de presentarse cualquier
divergencia del disentildeo en etapas futuras del proyecto Una vez realizados los caacutelculos
con la ecuacioacuten de Fanning se procede a la simulacioacuten del disentildeo con el software
PIPESIMreg que genera valores de caiacuteda de presioacuten de cada una de las liacuteneas entre
otros resultados
CAPIacuteTULO III
86
321 ECUACIOacuteN DE FANNING
Para el caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten debido a la friccioacuten se usoacute la ecuacioacuten
de Fanning en unidades de campo Se realizoacute el caacutelculo tipo para la tuberiacutea de 24rdquo de
Metor tal como se muestra a continuacioacuten
Donde ρ (gcc)= 0753
q (bbld)= 377389
L (ft)= 10932
d (in)= 2325
Para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning primero es necesario el
caacutelculo del Nuacutemero de Reynolds el cual queda
donde d (m)= 059
V (ms)= 25353
ρ (Kgm3)= 75256
μ (Pas)= 42x10-4
De donde el NRe= 27x106 lo cual indica que se presenta flujo turbulento
(NRegt4000) y para el caacutelculo del factor de friccioacuten de Fanning se debe emplear la
ecuacioacuten de Colebrook (Ec9)
01220
1072512
2523731081log21
51273
log21
6
3
Re
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛+minus=
minus
f
ff
ff
f
fxxx
f
fNDfε
Para obtener el factor de friccioacuten de Fanning haciendo uso de la ecuacioacuten de
Colebrook se realizan iteraciones a partir de un valor inicial el cual se puede tomar
directamente del diagrama de Moody De acuerdo a la figura 4 el valor de factor de
friccioacuten de Darcy que se lee correspondiente para NRe= 27x106 y εD=77x10-5 es
5
25 10146441
dLqfxp ρminus=Δ
μρ
ReVdN =
CAPIacuteTULO III
87
fD=0003 lo cual representa un factor de friccioacuten de Fanning de 0012 ya que el
factor de friccioacuten de Darcy representa 4 veces el factor de friccioacuten de Fanning
Una vez calculado este valor se procede al caacutelculo de la peacuterdida de presioacuten
debido a la friccioacuten haciendo uso de la ecuacioacuten de Fanning quedando
Para este caso la caiacuteda de presioacuten es de 24 psi es decir la presioacuten con la cual
llega el fluido al teacutermino del recorrido de la tuberiacutea de 24rdquo es 24 psi menor que al
salir de la bomba Para los tramos de tuberiacutea subsiguientes (16rdquo y 12rdquo) los caacutelculos
se hacen de forma anaacuteloga Se debe tener en cuenta la peacuterdida por friccioacuten que sufre
el fluido al pasar a traveacutes de cada uno de los dispositivos de control a lo largo de la
tuberiacutea En este caso se han tomado valores de longitud equivalente seguacuten el tipo de
accesorio los cuales se adicionan a la longitud de cada una de las tuberiacuteas para luego
calcular la peacuterdida de presioacuten debido a la friccioacuten
Para el caacutelculo de las peacuterdidas de presioacuten debido a la friccioacuten en los
accesorios y vaacutelvulas como se vioacute en el Capiacutetulo II se haraacute uso de la tabla 3 y se
tomaraacuten las longitudes equivalentes de cada accesorio sentildealadas en la Tabla 10
Dicho valor de longitud equivalente se agrega a las longitudes de las liacuteneas y se
calcula la caiacuteda de presioacuten en cada una de eacutestas
Hasta la fecha ha sido entregada la siguiente informacioacuten de la cantidad y
tipo de accesorios correspondientes a cada una de las liacuteneas (Tablas 16 y 17) de
donde se pueden obtener las longitudes equivalentes que se adicionan a las longitudes
totales de tuberiacutea en cada una de las configuraciones
La peacuterdida de presioacuten en las tuberiacuteas debido a la aceleracioacuten se desprecia por
haberse corroborado flujo turbulento en todas las tuberiacuteas de igual forma la caiacuteda de
psip
xp
dLqfxp
07242523
1093237738975300122010146441
10146441
5
25
5
25
=Δ
=Δ
=Δ
minus
minus ρ
CAPIacuteTULO III
88
presioacuten debido a la fuerza potencial se desprecia en estos caacutelculos iniciales debido a
que la peacuterdida de altura de la tuberiacutea total se estima de 2m lo cual es poco
representativo en un recorrido total de maacutes de 4 Km en cada uno de los casos
Tabla 16 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas de Metor y SuperMetanol
Metor Supermetanol Tipo de accesorio o vaacutelvula
24 16 12 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 53 Codo 45deg regular 12 8 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 2077 62 172 1618 62 172
CAPIacuteTULO III
89
Tabla 17 Cantidad de accesorios y longitudes equivalentes correspondientes a las liacuteneas propiedad de Super Octanos
MTBE Iso-Octano Tipo de accesorio o vaacutelvula
20 16rdquo 12rdquo 20 16rdquo 12rdquo
Unioacuten Codo 90deg regular Codo 90deg radio largo 57 60 Codo 45deg regular 12 16 T de liacutenea de flujo T de ramal de flujo Vaacutelvula de globo Vaacutelvula de compuerta Vaacutelvula angular Vaacutelvula de retencioacuten deslizante Entrada de filos rectos 1 1 Salida tuberiacutea 1 1 Reductor de diaacutemetro 1 1 1 1 Longitud Equivalente Total [ft] 1798 62 172 1953 62 172
A continuacioacuten se presentan tablas con el resumen del caacutelculo de cada uno de
estos paraacutemetros aplicados a cada una de las liacuteneas (Tablas 18 19 y 20)
Tabla 18 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas Principales
METANOL
Metor METANOL
SupermetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 24 20 20 20 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 10932 11394 12398 14557 Longitud Equivalente accesorios (ft) 2077 1618 1798 1953 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 13009 13012 14196 16510 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000
NUMERO DE REYNOLDS 27x106 26 x106 38 x106 25 x106 f f (Ec de Colebrook) 00122 00125 00123 00125
Δp (psi) 2864 4875 4900 5365
Presioacuten final (psia) 11976 10095 10070 9605
CAPIacuteTULO III
90
Tabla 19 Resumen de los caacutelculos de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 16rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 16 16 16 16 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 1640 1640 1640 1640 Longitud Equivalente accesorios (ft) 62 62 62 62 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 1702 1702 1702 1702 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 41x106 33 x106 48 x106 32 x106 f f (Ec de Colebrook) 00127 00128 00127 00128 Δp (psi) 3234 2097 1942 1818
Presioacuten final (psia) 8742 7997 8128 7788
Tabla 20 Resumen caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las Tuberiacuteas de 12rdquo
METANOL
Metor METANOL
SuperMetanolMTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Diaacutemetro de la tuberiacutea D (in) 1275 1275 1275 1275 Longitud de la tuberiacutea L (ft) 164 164 164 164 Longitud Equivalente accesorios (ft) 172 172 172 172 Longitudtotal de la tuberiacutea L (ft) 336 336 336 336 Pdescarga bombas (psig) 1337 135 135 135 Flujo de disentildeo Q (m3h) 2500 2000 2000 2000 NUMERO DE REYNOLDS 52x106 42 x106 61 x106 4 x106 f f (Ec de Colebrook) 00132 00133 00132 00133 Δp (psi) 2193 1419 1319 1229
Presioacuten final (psia) 6549 6578 6809 6558
Se debe tomar en consideracioacuten que en las especificaciones de los brazos de
carga que estipula Pequiven la presioacuten de descarga de la tuberiacutea al brazo de carga
debe ser de 70 psig (847 psia) y dado que ninguna de las configuraciones genera este
valor de presioacuten se debe tener en cuenta que el flujo de disentildeo no seraacute alcanzado
CAPIacuteTULO III
91
porque por debajo de esta presioacuten no se lograriacutea el despacho de los productos debido
a que los brazos de carga no seraacuten capaces de levantar el fluido la altura necesaria
para cargar los buques
Teniendo como base estos valores de presioacuten esperados para la descarga de
las liacuteneas hasta los brazos de carga se procede a la simulacioacuten con el software
PIPESIMreg
322 PIPESIMreg
Posterior al caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten utilizando la ecuacioacuten de Fanning
se realizan las simulaciones en PIPESIMreg de las configuraciones establecidas
anteriormente A continuacioacuten se resentildean por separado cada una de eacutestas
3221 Metor
Luego de ingresar las propiedades del modelo se procede a la simulacioacuten de
eacuteste ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar (Figura 17)
CAPIacuteTULO III
92
Figura 17 Datos a ingresar para la corrida del modelo de la tuberiacutea de Metor
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la simulacioacuten del programa
CAPIacuteTULO III
93
Tabla 21 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Metor
L P T v q Ρ fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Metor24 1 00 14828 11318 8319 377433 47953 LIacuteQUIDO 0411 2799 2 6504 14650 11261 8316 377287 47971 LIacuteQUIDO 0413 2786 3 13008 14558 11207 8313 377142 47990 LIacuteQUIDO 0415 2774 4 19513 14380 11154 8310 377004 48007 LIacuteQUIDO 0416 2762 5 26017 14288 11102 8307 376868 48025 LIacuteQUIDO 0418 2750 6 32521 14110 11052 8304 376738 48041 LIacuteQUIDO 0420 2739 7 39026 14018 11003 8301 376610 48057 LIacuteQUIDO 0422 2728 8 45530 13840 10956 8298 376488 48073 LIacuteQUIDO 0423 2718 9 52034 13748 10910 8296 376367 48088 LIacuteQUIDO 0425 2708
10 58538 13570 10865 8293 376252 48103 LIacuteQUIDO 0426 2699 11 65043 13478 10821 8291 376139 48118 LIacuteQUIDO 0428 2689 12 71547 13300 10779 8288 376030 48132 LIacuteQUIDO 0429 2680 13 78051 13209 10738 8286 375924 48145 LIacuteQUIDO 0430 2672 14 84555 13030 10698 8284 375822 48158 LIacuteQUIDO 0432 2664 15 91060 12939 10660 8281 375721 48171 LIacuteQUIDO 0433 2656 16 97564 12761 10622 8279 375625 48184 LIacuteQUIDO 0434 2648 17 104070 12670 10585 8277 375530 48196 LIacuteQUIDO 0436 2640 18 110570 12491 10550 8275 375440 48207 LIacuteQUIDO 0437 2633 19 117080 12400 10515 8273 375351 48219 LIacuteQUIDO 0438 2626 20 123580 12222 10482 8271 375266 48230 LIacuteQUIDO 0439 2620 21 130080 12131 10449 8269 375182 48240 LIacuteQUIDO 0440 2613 Linea de Flujo Metor16 (nuevo datum) 22 0 12072 10449 1922 375183 48240 LIacuteQUIDO 0440 3984 23 94324 10251 10424 1922 375166 48243 LIacuteQUIDO 0441 3979 24 18865 8429 10400 1922 375150 48245 LIacuteQUIDO 0441 3975 Linea de Flujo Metor12 (nuevo datum) 25 0 8328 10400 3104 375153 48244 LIacuteQUIDO 0441 5052 26 16798 7197 10400 3104 375182 48241 LIacuteQUIDO 0441 5054 27 33596 6100 10399 3105 375210 48237 LIacuteQUIDO 0441 5056
CAPIacuteTULO III
94
Para el Metanol tanto en esta configuracioacuten como para la de Supermetanol
se hicieron pruebas de seleccioacuten entre los modelos de viscosidad Pedersen y LBC
(Lohrentz-Bray-Clark) siendo Pedersen el que mejor se ajusta al modelo de
viscosidad del metanol a pesar de ser usado generalmente para gas natural y petroacuteleo
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 463 psig (610 psia) De igual forma en la figura 18 se observa que
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga
Figura 18 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q= 2500m3h
CAPIacuteTULO III
95
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2500 2250 2140 2000 y
1875 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 377389 339650 323045 301911
y 283041 En la figura 19 se puede apreciar que se consigue una presioacuten final cercana
a 70psig con un flujo de 2140 m3h
Figura 19 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Metor)
Se toma el flujo de 2140 m3h como el oacuteptimo para el despacho de Metanol
desde la planta Metor A continuacioacuten se muestra el perfil presioacuten-distancia en este
caso (figura 20)
CAPIacuteTULO III
96
Figura 20 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Metor) q=2140 m3h
3222 Supermetanol
Luego de ingresar las propiedades del modelo en el simulador se procede a
correr dicho modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar en el caso de
Supermetanol los datos son Presioacuten de entrada 0 psig Flujo 301911 bbld
Se resentildean en la tabla 22 los principales resultados necesarios para el estudio
de la configuracioacuten de Supermetanol
CAPIacuteTULO III
97
Tabla 22 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de Supermetanol
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo Sumeca20 1 00 14947 11320 9708 301947 47952 LIacuteQUIDO 0411 2705 2 6585 14664 11261 9705 301826 47972 LIacuteQUIDO 0413 2692 3 13169 14469 11203 9701 301708 47991 LIacuteQUIDO 0415 2679 4 19754 14186 11148 9697 301594 48009 LIacuteQUIDO 0417 2667 5 26339 13991 11094 9693 301483 48026 LIacuteQUIDO 0418 2656 6 32923 13708 11041 9690 301377 48043 LIacuteQUIDO 0420 2645 7 39508 13513 10991 9687 301272 48060 LIacuteQUIDO 0422 2634 8 46093 13230 10941 9683 301173 48076 LIacuteQUIDO 0424 2624 9 52677 13035 10894 9680 301075 48091 LIacuteQUIDO 0425 2614
10 59262 12753 10847 9677 300981 48106 LIacuteQUIDO 0427 2605 11 65846 12558 10803 9674 300890 48121 LIacuteQUIDO 0428 2596 12 72431 12275 10759 9672 300802 48135 LIacuteQUIDO 0430 2587 13 79016 12080 10717 9669 300716 48149 LIacuteQUIDO 0431 2578 14 85600 11798 10675 9666 300634 48162 LIacuteQUIDO 0432 2570 15 92185 11603 10636 9664 300554 48175 LIacuteQUIDO 0434 2563 16 98770 11321 10597 9661 300477 48187 LIacuteQUIDO 0435 2555 17 105350 11126 10560 9659 300402 48199 LIacuteQUIDO 0436 2548 18 111940 10844 10523 9656 300330 48211 LIacuteQUIDO 0437 2541 19 118520 10649 10488 9654 300259 48222 LIacuteQUIDO 0439 2534 20 125110 10367 10454 9652 300192 48233 LIacuteQUIDO 0440 2528 21 131690 10172 10421 9650 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 2521 Linea de Flujo Sumeca16 (nuevo datum) 22 000 10148 10421 1538 300126 48243 LIacuteQUIDO 0441 3183 23 94324 8974 10387 1537 300079 48251 LIacuteQUIDO 0442 3176 24 188650 7800 10354 1537 300034 48258 LIacuteQUIDO 0443 3170 Linea de Flujo Sumeca12 (nuevo datum) 25 000 7736 10354 2483 300036 48258 LIacuteQUIDO 0443 4028 26 16798 7003 10352 2483 300046 48256 LIacuteQUIDO 0442 4029 27 33596 6303 10349 2483 300055 48255 LIacuteQUIDO 0442 4029
CAPIacuteTULO III
98
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4834 psig (6303 psia) En la figura 21 graacutefica Presioacuten vs Distancia
la presioacuten en la salida de la tuberiacutea de 12rdquo no alcanza 70 psig por lo que se somete el
modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la
presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo de carga (Figura 22)
Figura 21 Graacutefica Presioacuten vs Distancia (Supermetanol) q= 2000m3h
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1830 1800 1750
1740 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 276248 271720
264172 262662 y 256624 En la figura 22 se puede apreciar que se consigue un
valor de presioacuten final maacutes aproximado a 70 psig con un flujo de 1740 m3h
CAPIacuteTULO III
99
Figura 22 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (Supermetanol)
3223 MTBE de Super Octanos
Luego de ingresar las propiedades de la configuracioacuten se procede a correr el
modelo ingresando presioacuten de entrada y flujo a desplazar
Presioacuten de entrada 0 psig
Flujo 301911 bbld
A continuacioacuten se resumen en una tabla los principales resultados generados
en la corrida del simulador
CAPIacuteTULO III
100
Tabla 23 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de MTBE
L P T v q ρ Fase micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (cP) x10-6 Linea de Flujo MTBE20 1 00 14970 11331 9708 301937 46353 LIacuteQUIDO 0250 4291 2 7183 14652 11233 9705 301838 46368 LIacuteQUIDO 0251 4274 3 14367 14473 11139 9702 301743 46383 LIacuteQUIDO 0252 4257 4 21550 14155 11050 9699 301654 46397 LIacuteQUIDO 0253 4243 5 28734 13977 10966 9696 301568 46410 LIacuteQUIDO 0254 4227 6 35917 13659 10886 9694 301489 46422 LIacuteQUIDO 0255 4214 7 43100 13480 10810 9691 301412 46434 LIacuteQUIDO 0256 4201 8 50284 13163 10737 9689 301340 46445 LIacuteQUIDO 0256 4189 9 57467 12984 10668 9687 301271 46456 LIacuteQUIDO 0257 4176
10 64651 12667 10603 9685 301206 46466 LIacuteQUIDO 0258 4166 11 71834 12488 10541 9683 301144 46475 LIacuteQUIDO 0259 4155 12 79017 12171 10482 9681 301087 46484 LIacuteQUIDO 0259 4145 13 86201 11993 10426 9679 301031 46493 LIacuteQUIDO 0260 4135 14 93384 11675 10372 9677 300979 46501 LIacuteQUIDO 0260 4127 15 100570 11497 10322 9676 300929 46508 LIacuteQUIDO 0261 4118 16 107750 11180 10274 9674 300883 46516 LIacuteQUIDO 0261 4111 17 114930 11001 10228 9673 300838 46523 LIacuteQUIDO 0262 4103 18 122120 10684 10184 9671 300797 46529 LIacuteQUIDO 0262 4096 19 129300 10506 10143 9670 300757 46535 LIacuteQUIDO 0263 4089 20 136480 10189 10104 9669 300721 46541 LIacuteQUIDO 0263 4083 21 143670 10011 10067 9668 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 4077 Linea de Flujo MTBE16 (nuevo datum) 22 00 9987 10067 1541 300685 46546 LIacuteQUIDO 0263 5146 23 9432 8866 10036 1540 300672 46548 LIacuteQUIDO 0263 5149 24 18865 7744 10006 1540 300665 46549 LIacuteQUIDO 0263 5151 Linea de Flujo MTBE12 (nuevo datum) 25 000 7682 10006 2488 300667 46549 LIacuteQUIDO 0263 6547 26 16798 6984 10006 2488 300686 46546 LIacuteQUIDO 0263 6555 27 33596 6307 10006 2488 300708 46543 LIacuteQUIDO 0263 6562
Tanto para MTBE como para el Iso-Octano estos fluidos se incluyeron al
simulador como black oil para lograr un comportamiento de viscosidad cercano al
CAPIacuteTULO III
101
teoacuterico se ingresaron valores de temperatura y viscosidad dentro del rango de
operacioacuten del proyecto
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4837 psig (6307 psia) Debido a que no se alcanza con el flujo de
disentildeo 70 psig a la salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de
sensibilidad variando el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida
de descarga al brazo de carga (Figura 23)
Figura 23 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (MTBE)
El anaacutelisis de sensibilidad se realizoacute para flujos de 2000 1850 1800 1750
1735 y 1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720
261908 262662 y 256624 En la figura 23 se puede apreciar que se consigue una
presioacuten final maacutes cercana a 70 psig con un flujo de 1735 m3h
CAPIacuteTULO III
102
3224 Iso-Octano de Super Octanos
Se realiza la corrida del modelo con los mismos datos de entrada utilizados
en la configuracioacuten de MTBE Se resumieron en la tabla 24 los principales resultados
Tabla 24 Resultados de la corrida en PIPESIMreg de la configuracioacuten de IsoOctano
L P T v q ρ Patroacuten de flujo micro NRe
(ft) (psia) (F) (fts) (bbld) (lbft3) (PI-SS) (cP) x10-6 Linea de Flujo IsoOctano20 1 00 14970 11334 9708 301940 42283 LIacuteQUIDO 0454 2159 2 8340 14623 11209 9704 301816 42300 LIacuteQUIDO 0456 2151 3 16680 14424 11092 9700 301697 42317 LIacuteQUIDO 0457 2142 4 25020 14078 10982 9697 301588 42332 LIacuteQUIDO 0459 2135 5 33360 13879 10880 9694 301485 42347 LIacuteQUIDO 0461 2128 6 41700 13532 10783 9691 301391 42360 LIacuteQUIDO 0462 2121 7 50039 13334 10693 9688 301301 42373 LIacuteQUIDO 0463 2115 8 58379 12987 10609 9685 301219 42384 LIacuteQUIDO 0464 2110 9 66719 12789 10530 9682 301141 42395 LIacuteQUIDO 0466 2104
10 75059 12442 10455 9680 301070 42405 LIacuteQUIDO 0467 2099 11 83399 12244 10386 9678 301002 42415 LIacuteQUIDO 0468 2094 12 91739 11898 10320 9676 300940 42423 LIacuteQUIDO 0469 2090 13 100080 11699 10259 9674 300881 42432 LIacuteQUIDO 0470 2086 14 108420 11353 10202 9672 300829 42439 LIacuteQUIDO 0470 2083 15 116760 11154 10149 9671 300777 42446 LIacuteQUIDO 0471 2079 16 125100 10808 10098 9669 300732 42453 LIacuteQUIDO 0472 2076 17 133440 10610 10051 9668 300688 42459 LIacuteQUIDO 0473 2073 18 141780 10264 10007 9667 300650 42464 LIacuteQUIDO 0473 2070 19 150120 10065 9966 9665 300612 42470 LIacuteQUIDO 0474 2068 20 158460 9719 9927 9664 300580 42474 LIacuteQUIDO 0474 2066 21 166800 9521 9890 9663 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2063 Linea de Flujo IsoOctano16 (nuevo datum) 22 00 9499 9890 1540 300548 42479 LIacuteQUIDO 0475 2605 23 9432 8399 9865 1540 300555 42478 LIacuteQUIDO 0474 2607 24 18865 7410 9842 1540 300568 42476 LIacuteQUIDO 0474 2609 Linea de Flujo IsoOctano12 (nuevo datum) 25 000 7353 9842 2487 300571 42476 LIacuteQUIDO 0474 3316 26 16798 6708 9842 2487 300602 42471 LIacuteQUIDO 0474 3319 27 33596 6082 9842 2488 300639 42466 LIacuteQUIDO 0473 3323
CAPIacuteTULO III
103
Se puede apreciar en los resultados de la corrida que el sistema tiene una
presioacuten final de 4612 psig (6082 psia) Debido a que no se alcanza los 70 psig a la
salida de la tuberiacutea de 12rdquo se somete el modelo a un anaacutelisis de sensibilidad variando
el flujo de despacho para asegurar la presioacuten miacutenima requerida de descarga al brazo
de carga (Figura 24)
El anaacutelisis de sensibilidad se realiza para flujos de 2000 1850 1800 1750 y
1700 m3h lo que corresponde en barriles diarios a 301911 279268 271720 264172
y 256624 En la figura 24 se nota que el valor de flujo con una presioacuten final cercana
a 70 psig es de 1700 m3h
Figura 24 Anaacutelisis de sensibilidad con variacioacuten de flujo (IsoOctano)
CAPIacuteTULO III
104
33 COMPARACIOacuteN ENTRE MODELOS
Para realizar la comparacioacuten entre modelos se agruparon en tablas los
resultados correspondientes a las caiacutedas de presioacuten de cada uno de los modelos
separados por tramos y luego se calculoacute el porcentaje de desviacioacuten entre los valores
Tabla 25 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Metor
METANOL
Metor Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 2864 2697 621 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 11986 12131 120
Δp tuberiacutea 16 (psia) 3234 3702 1264 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8752 8429 383 Δp tuberiacutea 12 (psia) 2193 2329 584
Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6559 6100 752
Tabla 26 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de Supermetanol
METANOL Supermetanol Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4875 4775 210 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10095 10172 076 Δp tuberiacutea 16 (psia) 2097 2372 1158 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7997 7800 253 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1419 1497 520 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6578 6303 437
CAPIacuteTULO III
105
Tabla 27 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de MTBE
MTBE Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 4900 4959 118 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 10070 10011 059 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1942 2267 1435 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 8128 7744 496 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1319 1437 823 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6809 6307 796
Tabla 28 Cuadro comparativo entre valores de caiacuteda de presioacuten de IsoOctano
IsoOctano Super Octanos Ec de Fanning Pipesim Porcentaje de
desviacioacuten ()
Δp tuberiacutea principal (psia) 5365 5449 155 Pfinal tuberiacutea principal (psia) 9605 9521 089 Δp tuberiacutea 16 (psia) 1818 2111 1389 Pfinal tuberiacutea 16 (psia) 7788 741 510 Δp tuberiacutea 12 (psia) 1229 1328 743 Pfinal tuberiacutea 12 (psia) 6558 6082 783
Debido a que la operacioacuten de las configuraciones empleando los flujos de
disentildeo no permiten que se mantenga la condicioacuten limitante que la presioacuten en la
entrada al brazo de carga sea de 70 psig se hace un cuadro comparativo entre estos
valores como se muestra en la tabla 29
CAPIacuteTULO III
106
Tabla 29 Cuadro comparativo entre modelos
METANOL Metor
METANOL SuperMetanol
MTBE Super Octanos
ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo de disentildeo (m3h) 2500 2000 2000 2000 Flujo oacuteptimo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Porcentaje comparativo entre los valores de flujo () 1682 1494 1527 1765
54 CAPACIDAD DE DESPACHO DURANTE LA VENTANA
OPERACIONAL DE CADA UNA DE LAS PLANTAS
En el Muelle Criogeacutenico soacutelo se dispone de un brazo para el despacho de los
productos de las 3 empresas mixtas con la implementacioacuten del proyecto tratado en
este trabajo se espera una mayor holgura para la carga de los productos a traveacutes del
Muelle Petroquiacutemico asiacute como tambieacuten se podraacute despachar mayor cantidad de
productos al mismo tiempo ya que cada producto tendraacute un brazo individual De esta
forma habraacute la posibilidad de utilizar hasta 4 brazos al mismo tiempo para cargar en
dos buques diferentes ya que soacutelo se dispone de la plataforma este y la oeste para el
despacho de productos pero se pueden cargar 2 tipos de productos en el mismo
buque
Se debe tener en cuenta que la empresa FertiNitro tambieacuten despacha sus
productos (amoniacuteaco) a traveacutes del Brazo de Carga M-501 ubicado en la plataforma
de liacutequidos al igual que los brazos M-502 M-503 M-504 y M-505 como se pudo
observar en la Figura 16 (Modelo Esquemaacutetico de la disposicioacuten de los Brazos De
Carga en el Muelle Petroquiacutemico Jose)
Se pueden cuantificar las posibilidades de carga de la mayor cantidad de
productos simultaacuteneamente en 12 casos diferentes como se muestra en la tabla 30
CAPIacuteTULO III
107
Tabla 30 Posibilidades de carga simultaacutenea a traveacutes del Muelle Petroquiacutemico
Caso Lado Oeste Lado Este 1 Metor M-505 Metor M-504
Metor M-503 Soca M-502
2 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503 Soca M-502
3 Metor M-505 Metor M-504 Metor M-503
4 Metor M-505 Sumeca M-504
Metor M-503
5 Metor M-505
Metor M-503
6 Sumeca M-505
7 Sumeca M-505
Metor M-503
Soca M-502
8 Sumeca M-504
Soca M-502
9 Metor M-504
Soca M-502
10 Soca M-502
11 Sumeca M-504
12 Metor M-504
FertiNitro M-501
Con los datos recopilados en la tabla 11 se obtiene la siguiente distribucioacuten
porcentual seguacuten el despacho de cada una de las plantas involucradas en el proyecto
CAPIacuteTULO III
108
33
39
28
SupermetanolMetorSuper Octanos
Figura 25 Distribucioacuten porcentual actual de la ocupacioacuten mensual del Muelle
Criogeacutenico
Debido a que se tiene conocimiento de los voluacutemenes despachados en buques
por FertiNitro actualmente en el Muelle Petroquiacutemico y el despachado por Metor
Supermetanol y Super Octanos por el Muelle Criogeacutenico se hace una proyeccioacuten del
porcentaje de produccioacuten mensual de despachos para el antildeo 2008 del Muelle
Petroquiacutemico cuando el proyecto se encuentre en operacioacuten De esta forma la
ocupacioacuten se puede decir que tendraacute la distribucioacuten mostrada en la Figura 26
17
3627
20
FertiNitroMetorSupermetanolSuper Octanos
Figura 26 Distribucioacuten porcentual de uso del Muelle Petroquiacutemico a futuro
CAPIacuteTULO III
109
La ventana operacional con la cual contaraacuten las plantas para el despacho de
sus productos seraacute al igual que en la actualidad de 72 horas contando con hasta 32
horas para el despacho De acuerdo a las velocidades maacuteximas de despacho
calculadas anteriormente se recrea un tiempo estimado de despacho al buque de cada
uno de los productos en la tabla 31
Se escogen capacidades de buques aproximadas debido a que de acuerdo a la
Tabla 12 cada buque presenta capacidades diferentes ademaacutes que podriacutean cargar
menor cantidad de productos de lo que su capacidad total permite dependiendo de las
teacutecnicas de negociacioacuten que sean empleadas en la venta de los productos
Tabla 31 Tiempos miacutenimos para carga de buques
METANOL
Metor METANOL
Supermetanol MTBE
Super Octanos ISO-OCTANO Super Octanos
Flujo (m3h) 2140 1740 1735 1700 Flujo maacutesico (TMh) 16105 13181 12301 11144 Buque de 10 MTM
Tiempo (h) 621 759 813 897
Buque de 15 MTM Tiempo (h)
931 1138 1219 1346
Buque de 20 MTM Tiempo (h)
1242 1517 1626 1795
Buque de 25 MTM Tiempo (h)
1552 1897 2032 2243
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
110
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
La seleccioacuten de tuberiacuteas principales se realizoacute de acuerdo al piping class
utilizado en el Muelle Petroquiacutemico pero debido a las altas exigencias de seguridad
de dicho muelle las cuales no son necesarias en las aacutereas externas al Muelle se hizo
la salvedad de permitir el uso de tuberiacutea con costura fuera del liacutemite de bateriacutea del
Muelle De esta forma la tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es
ASTM A-53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia hasta que
se obtengan los resultados del estudio de golpe de ariete del cual podriacutea resultar que
el rating necesario para las tuberiacuteas sea de 300 lbf Desde el punto de salida de las
plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del Muelle se utilizaraacute tuberiacutea tipo E (soldada con
resistencia eleacutectrica) y una vez dentro de los linderos del Muelle las tuberiacuteas deberaacuten
ser sin costura (Tipo S) al igual que las vaacutelvulas y los accesorios Las tablas 7 8 y 9
muestran las caracteriacutesticas de cada una de las liacuteneas
La seleccioacuten de tuberiacutea con ceacutedula estaacutendar se realizoacute conforme a que el
caacutelculo de los espesores miacutenimos requeridos en cada una de las liacuteneas reporta valores
de hasta 50 por debajo de la ceacutedula miacutenima comercial (Schedule 10) Luego de
aplicar un factor de seguridad riguroso se toma como alternativa tolerante la ceacutedula
estaacutendar en cada una de las liacuteneas (ver tablas 13 y 14)
El valor miacutenimo de presioacuten requerido en el punto final de la tuberiacutea de 12rdquo es
de 70 psig Dicho valor es necesario para que el fluido recorra el brazo de carga y
descargue al buque con una presioacuten de 20 psig
El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado a la
presioacuten de descarga de las bombas de cada planta que para todos los casos se tomoacute
la resentildeada en la hoja de especificaciones de cada bomba como presioacuten de operacioacuten
El caacutelculo de caiacuteda de presioacuten en las liacuteneas es un valor aproximado debido a
la carencia de informacioacuten definitiva acerca de las vaacutelvulas y accesorios que seraacuten
implementados en las liacuteneas Para la fecha de culminacioacuten de este Trabajo Especial
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
111
de Grado las empresas mixtas auacuten no teniacutean bien especificado los elementos de
control que se aplicaraacuten a las liacuteneas incluyendo asiacute el tipo de vaacutelvulas que seraacuten
empleados Los valores de caiacuteda de presioacuten que se reportan en el punto final de la
tuberiacutea de 12rdquo son mayores a los que se deberiacutea esperar para el momento de ejecucioacuten
del proyecto
El caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten primeramente se realizoacute mediante el uso de
la ecuacioacuten de Fanning utilizando el nuacutemero de Reynolds para el caacutelculo del factor
de friccioacuten Estos valores de caiacuteda de presioacuten se calcularon para cada uno de los
tramos de tuberiacutea reportaacutendose en las tablas 18 19 y 20
El segundo meacutetodo de caacutelculo de la caiacuteda de presioacuten se realizoacute mediante la
corrida en PIPESIMreg de cada uno de los casos por separado de acuerdo al fluido que
transportariacutea cada liacutenea y la planta que manejariacutea dicho fluido Debido a que
PIPESIMreg es un simulador de produccioacuten de petroacuteleo se estudioacute la manera de incluir
Metanol MTBE e Iso-Octano al programa
Para el modelaje del comportamiento de viscosidad del metanol se empleoacute
Pedersen siendo eacuteste el que mejor se adaptaba al teoacuterico Los modelos de viscosidad
utilizados para MTBE e Iso-Octano a diferencia del Metanol se generaron a partir de
2 pares de valores de viscosidad y temperatura ingresados por el usuario con lo cual
el modelo de viscosidad se asemeja al teoacuterico en el rango de temperatura utilizado el
cual es cercano al de operacioacuten del proyecto
Para todas las configuraciones el valor de presioacuten en el punto final de las
tuberiacuteas de 12rdquo manejando el flujo de disentildeo se encuentra por debajo de 70psig con
un margen de hasta 25 psi (como se reporta en las tablas 25 26 27 y 28) tanto en los
caacutelculos con la ecuacioacuten de Fanning como los generados por el simulador
Se compararon los valores de presioacuten reportados en cada una de las corridas
y se pudo apreciar la similitud de eacutestos con los calculados con la ecuacioacuten de
Fanning se puede apreciar que la divergencia entre valores de presioacuten reportados en
las tablas 26 27 28 y 29 no es significativa los valores maacutes distantes reportan un
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
112
desviacioacuten de hasta 14 Los valores generados por el simulador se consideraron con
mayor exactitud debido a que el simulador hace caacutelculos de los valores de viscosidad
y presioacuten a cada uno de los intervalos en los cuales se separa la longitud total de la
tuberiacutea lo cual no se hace en la ecuacioacuten de Fanning
Los valores finales de presioacuten correspondientes a Metanol MTBE e Iso-
Octano presentan porcentajes de divergencia menores al 8 lo que se puede atribuir
al hecho que los fluidos son ingresados a un simulador de hidrocarburos lo cual trae
consecuencias ya que la viscosidad del fluido a pesar de presentar valores cercanos a
los teoacutericos fueron calculados con correlaciones para petroacuteleo
Debido a que los valores generados por el simulador al final de la tuberiacutea de
12rdquo son inferiores a 70 psig (operando con el flujo de disentildeo) se realizaron anaacutelisis
de sensibilidad a cada una de las liacuteneas variando los valores del flujo de salida de la
bomba Es debido a este factor limitante que los flujos de disentildeo no son alcanzados
en las configuraciones como se muestra en la tabla 29 Los flujos que operaraacuten las
liacuteneas para mantener la condicioacuten limitante se encuentran entre 15 y 18 por debajo
del flujo de disentildeo
Los valores de flujo conseguidos al aplicar el anaacutelisis de sensibilidad a las
liacuteneas se encuentran por encima del que se espera al momento de ejecutar el proyecto
debido a que no se incluye la peacuterdida de presioacuten debido a las vaacutelvulas que seraacuten
conectadas a las liacuteneas Los valores de flujo obtenidos en este anaacutelisis no deberaacuten ser
tomados como valores reales sino como valores maacuteximos de operacioacuten de las
configuraciones
Referente a la ocupacioacuten del muelle se puede notar que auacuten para el caso maacutes
desfavorable el despacho de Iso-Octano a un buque de gran tamantildeo (menor
velocidad de flujo) el tiempo de carga es menor a 24 horas como se puede observar
en la tabla 31 Seguacuten experiencias actuales se conoce que los tiempos de despacho
se encuentran entre 15 y 32 horas dependiendo de la capacidad de los buques y de la
velocidad de bombeo La tasa maacutexima de bombeo hacia el Muelle Criogeacutenico en la
ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
113
actualidad es de 1000 m3h con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten
los tiempos de despacho
En cuanto a las necesidades de ocupacioacuten de cada usuario (Metor
Supermetanol Super Octanos y FertiNitro) en el Muelle Petroquiacutemico se observa
que es Metor quien tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten Supermetanol y Super
Octanos seguiraacuten en cuanto al nivel de necesidad y seraacute FertiNitro quien menos
requiera del uso del Muelle ya que esta uacuteltima empresa tiene despachos mensuales de
uno a dos buques y las otras plantas tienen despachos de 4 oacute 5 buques mensuales En
la figura 26 se aprecian los porcentajes de distribucioacuten de cada una de las plantas
esperados en el momento cuando entre en vigencia el uso del Muelle Petroquiacutemico de
Jose para el despacho de Metanol MTBE e Iso-Octano
CONCLUSIONES
114
CONCLUSIONES
A continuacioacuten se presentan las principales conclusiones resultantes del
estudio de este Trabajo Especial de Grado
bull La tuberiacutea seleccionada para ser usada en el proyecto es ASTM A-
53 grado B ceacutedula estaacutendar y con rating 150 lbf de resistencia
Desde el punto de salida de las plantas hasta el liacutemite de bateriacutea del
Muelle seraacute tuberiacutea Tipo E (soldada con resistencia eleacutectrica) y
dentro de los linderos del Muelle seraacute Tipo S (sin costura)
bull El factor limitante de la velocidad de flujo en cada una de las
configuraciones es una presioacuten igual a 70 psig reportado al final de
la tuberiacutea de 12rdquo
bull El valor de caiacuteda de presioacuten a lo largo de las tuberiacuteas estaacute supeditado
a la presioacuten de operacioacuten de las bombas
bull Los valores de caiacuteda de presioacuten resultantes son valores aproximados
de igual forma sucede con los valores de flujo eacutestos deberaacuten ser
tomados como valores maacuteximos de despacho
bull La simulacioacuten de la caiacuteda de presioacuten en cada una de las liacuteneas se
realizoacute con PIPESIMreg la inclusioacuten de Metanol en la configuracioacuten se
hizo siguiendo el modelo de fluido composicional mientras que el
modelo utilizado para la inclusioacuten de MTBE e Iso-Octano fue black
oil
bull Los valores de presioacuten reportados en las corridas y los calculados con
la ecuacioacuten de Fanning presentaron una desviacioacuten porcentual menor
al 15 comparativamente entre los dos modelos Se consideran con
mayor exactitud los valores generados por el simulador
CONCLUSIONES
115
bull Los valores finales de presioacuten a la entrada del brazo de carga son
menores a 70psig en operacioacuten con el flujo de disentildeo
bull La velocidad de flujo con mayor operatividad en cada uno de los
casos es menor que los flujos de disentildeo de cada una de las liacuteneas en
un rango menor al 18 en todos los casos
bull Los brazos de carga a utilizar en las instalaciones del Muelle
Petroquiacutemico de Jose seraacuten de 12rdquo con facilidades para retorno de
vapores
bull El tiempo maacuteximo de carga de los buques con capacidades de hasta
25000TM son 24 horas
bull Con la implementacioacuten de este proyecto se optimizaraacuten los tiempos
de despacho a los buques de Metanol MTBE e Iso-Octano con
respecto al sistema actual
bull Metor tendraacute la mayor necesidad de ocupacioacuten del Muelle
Petroquiacutemico Supermetanol y Super Octanos seguiraacuten en cuanto al
nivel de necesidad y FertiNitro seraacute quien tenga menor requerimiento
de uso del Muelle
RECOMENDACIONES
116
RECOMENDACIONES
Realizar el estudio de golpe de ariete para evaluar la necesidad de
proteccioacuten mecaacutenica de las liacuteneas asiacute como de las vaacutelvulas y accesorios
Una vez obtenida la disposicioacuten de todos los elementos de control que
seraacuten instalados en las liacuteneas agregar la peacuterdida de presioacuten causada debido
a las vaacutelvulas y accesorios para luego recalcular los flujos de despacho en
cada una de las configuraciones
Incluir en los procedimientos operacionales del Muelle Petroquiacutemico de
Jose la implementacioacuten de programas de inspeccioacuten y mantenimiento de
las liacuteneas involucradas en el proyecto asiacute como vaacutelvulas accesorios
brazos de carga sistema de alivio de vapores
Escoger la mejor opcioacuten para la disposicioacuten de liacutequidos y vapores
generados en el proceso de despacho de buques (instalacioacuten de tanques de
alivio disposicioacuten de fluidos hacia el flare o la instalacioacuten de la liacutenea de
retorno hacia la planta de Super Octanos)
Asegurar la posibilidad de control de las vaacutelvulas localizadas en los brazos
de carga M503 M-504 y M-505 tanto por Metor como por Supermetanol
Incluir en los procedimientos operacionales toda la logiacutestica a seguir para
realizar el lavado (Flushing) con agua de los tanques de almacenamiento de
los buques asiacute como la inertizacioacuten de eacutestos en caso de ser necesario
RECOMENDACIONES
117
Estudiar el suministro y conexioacuten de nitroacutegeno en el estribo del Muelle
para el desalojo de las liacuteneas y en caso de ser necesario la inertizacioacuten de
los tanques de almacenamiento de los buques
Realizar la clausura de las liacuteneas existentes en el Muelle Criogeacutenico de
manera adecuada asiacute como la recoleccioacuten de los activos pertenecientes a
las empresas mixtas y Pequiven en dicho Muelle
Tramitar la permisologiacutea ante los entes gubernamentales para la aprobacioacuten
del proyecto
BIBLIOGRAFIacuteA
118
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
[1] ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31 Capiacutetulo II
[2] Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico
9na edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
[3] Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
[4] Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Tomo II
Meacutexico Edit Mc Graw Hill 1992
[5]Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpip
esim_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
[6] Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1979
BIBLIOGRAFIacuteA
Avallone E y Baumeister T Marks Manual del Ingeniero Mecaacutenico 9na
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 1995
Barberii EE El Pozo Ilustrado 3ra edicioacuten Caracas PDVSA 1985
Branan Carl R Soluciones praacutecticas para el Ingeniero Quiacutemico 2da
edicioacuten Meacutexico Mc Graw Hill 2000
Perry Robert H Manual del Ingeniero Quiacutemico ndash 6ta edicioacuten Meacutexico Mc
Graw Hill 1992
Reza Garciacutea Clemente Flujo de fluidos en vaacutelvulas accesorios y tuberiacuteas
Crane Co Meacutexico Mc Graw Hill 1990
BIBLIOGRAFIacuteA
119
Streeter V y Wylie B Mecaacutenica de Fluidos 6ta edicioacuten Meacutexico Mc Graw
Hill 1979
The MW Kellogg Company Design of piping systems 2da edicioacuten Jhon
Wiley and sons
Paper SPE 20631 Xlao JJ Shoham O y Brill JP A comprehensive
Mechanistic Model for Two-Phase Flow in Pipelines Society of Petroleum
Engineers Inc University of Tulsa 1990
Paper SPE 20645 Z El-Oun Gas-Liquid Two-Phase Flow in Pipelines
Society of Petroleum Engineers Inc CALtec Limited Subsidiary of BHR Group Ltd
1990
Pequiven httpwwwpequivencom [consulta Octubre 2005]
Tecnoconsult httpwwwtecnoconsultcom [consulta Noviembre 2005]
Schlumbergerhttpwwwslbcommediaservicessoftwareproductionpipesi
m_pfpdf [consulta Noviembre 2005]
PDVSA httpwwwinteveppdvcomsantppquimicosind_productoshtm
[consulta diciembre 2005]
Wipedia httpeswikipediaorgwikiGolpe_de_ariete [consulta Mayo
2006]
ASME B313-2002 Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Code
ASME Code for Pressure Piping B31
PDVSA No L-TP- 15 Caacutelculo Hidraacuteulico de Tuberiacuteas Manual de Ingenieriacutea
de Disentildeo Volumen 13-III Procedimiento de Ingenieriacutea
PDVSA No MDP-02-FF-03 Flujo en Fase Liacutequida Manual de Disentildeo de
Proceso Flujo de fluidos
BIBLIOGRAFIacuteA
120
PDVSA Especificaciones teacutecnicas de Materiales y de Construccioacuten
PDVSA Higiene Industrial Iacutendice general de productos quiacutemicos
GLOSARIO
121
GLOSARIO
Black Oil petroacuteleo negro
Data sheet hoja de especificaciones
Flare mechurrio
Pipe rack corredor de tuberiacutea casillero de tubos
Piping class Tipo de tuberiacutea
Rating capacidad nominal
Schedule ceacutedula o calibre
Source fuente
ANEXO 1
122
ANEXO 1 Informacioacuten de productos quiacutemicos Iso-Octano
El anexo 1 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Iso-Octano del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 2
123
ANEXO 2 Informacioacuten de productos quiacutemicos Metanol
El anexo 2 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al Metanol del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)
ANEXO 3
124
ANEXO 3 Informacioacuten de productos quiacutemicos MTBE
El anexo 3 estaacute asignado a la norma PDVSA correspondiente al MTBE del
Manual de Productos Quiacutemicos de Higiene Industrial (se puede consultar en el
Trabajo Especial de Grado impreso)