magistral control.docx

7/21/2019 magistral CONTROL.docx

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/igura 0. gasoducto

!as terminales marinas emplean gasoductos para cargar y descargarbu+ues cisternay otros barcos +ue transportan gas natural licuado. Enlas terminales marinas( losgasoductos transportan combustible atan+ues de almacenamiento y luego a barcos paratransporte ainstalaciones de procesamiento y renamiento. El combustible sedescarga por medio de gasoductos de los bu+ues cisterna a tan+ues dealmacenamiento y se carga a pe+ue$as embarcaciones como barcazaspara transporte posterior.1un+ue los gasoductos tienen una buenatrayectoria en materia de seguridad( pueden averiarse y causar escapes(derrames o e*plosiones. -ueden averiarse por causa decorrosin( da$ospor e*cavacin( da$os por las condiciones del tiempo u otras2uentese*ternas o por de2ectos de los materiales. Esas averas puedenocasionar da$os al ser #umano y aun la muerte( e*poner a las personasy a la vida silvestre a contaminantes peligrosos y causar da$o al medioambiente y a la propiedad.

Ele#entos $!e con%or#an !n gaso!cto&

!a tubera misma.


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/igura 3. Tubera de un gasoducto.

!os caminos de acceso o mantenimiento.

!as estaciones de recepcin( de despac#o( y de control( y lasestaciones de compresin o bombeo. !as estaciones de control seencargan de la recepcin de los valores +ue intervienen en eltransporte del gas natural 4"u)o( presin( temperatura ycomposicin entre otros5 pudiendo tambin dar las rdenes

oportunas para su correccin( cuando los valores de dic#osparmetros se desvan de los )ados como de correcto2uncionamiento.


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/igura 6. 1nemmetro de una estacin de compresin.

7entros de mantenimiento se #ace el mantenimiento( tantopreventivo como correctivo del 8asoducto( y se interviene en laoperacin cuando es necesario. ormalmente( estn situados enlas pro*imidades de centros urbanos y suelen coincidir con una-osicin de cierta importancia 4estaciones de recepcin( despac#oy de control5.

/igura 9. Estaciones de control( recepcin( compresin a lo largode una tubera.

Debido a la 2riccin interna y los cambios de elevacin a lo largode la lnea( se re+uieren estaciones de re2uerzo a intervalosregulares 4por e)emplo( apro*imadamente cada :;


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/igura 9. Estaciones de control( recepcin( compresin a lo largode una tubera.

Tipos e t!'er(as

%na gran variedad de tubos y otros conductos( se encuentran

disponibles para el abastecimiento de gases o l+uidos a loscomponentes mecnicos( o desde una 2uente de abastecimiento a unama+uina( en la actualidad( e*isten muc#os tipos de tuberas y en base almaterial de construccin( se pueden nombrar las siguientes=

T!'er(as e Polietileno"

ormalmente se usa polietileno en las tuberas instaladas #asta la estacin dereduccin de presin de la industria. ,on adecuadas cuando setrata de tuberas enterradas y cuando normalmente las presiones son

in2eriores a > bar.


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T!'er(a e polietileno

T!'erias e acero

,e instalan en toda la red de distribucin e instalaciones +ue van desde

la estacin de regulacin #asta el aparato de consumo. !as tuberas deacero siempre deben ser protegidas contra corrosin

Tuberia de acero.

T!'er(as e Co're"


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!as tuberas de cobre 4/igura 3.?5( tambin se usan en las instalacionesindustriales( normalmente cuando las presiones son in2eriores a > bar yse recomienda su uso en instalaciones areas o visibles

Tuberia de cobre.

Rees e t!'er(as"

,e conocen como Red de Tuberas a un con)unto de tuberas dispuestasy conectadas de tal 2orma +ue el caudal +ue entra #aca un nodo puedasalir siguiendo diversas trayectorias.. 7uando 6 o ms ramas sepresentan en un sistema de tuberas se llama red.

/igura @. Red de tuberas.


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Muc#os sistemas de tuberas estn constituidos por muc#as tuberasconectadas de manera comple)a con muc#os caudales entrantes ysalientes y realmente es un comple)o con)unto de tuberas en paralelo.

/igura >. ,istema de tuberas en serie y paralelo.

En la prctica se siguen procedimientos de clculo +ue permiten #acer

a)ustes( de tal 2orma +ue se pueda cumplir +ue el caudal +ue entra #acaun nodo sea igual al +ue sale del mismo y +ue la cada de presin entredos nodos de una malla debe ser la misma independientemente delrecorrido +ue siga el "uido entre los dos nodos un mtodo laboriosoutilizado para resolver redes es el mtodo de Aardy cross.

Aacer la comparacin entre redes y gasoductos

Tipos e rees&

Entre los diversos criterios en los +ue pueden clasicarse las redes(

e*ponemos la siguiente=

Re ra#i)caa

Re #allaa o retic!laa

Re #i*ta

LA RED RAMI+ICADA


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El sistema ramicado consiste en una tubera principal o arteria maestrade la +ue se derivan arterias secundarias( de las +ue a su vez partenotras de tercero o cuarto rdenes cada vez menores y en 2orma anlogaa los nervios de una #o)a 4g.0.@ 5.

En este tipo de red cada punto recibe el "uido slo por un camino(siendo en consecuencia los dimetros cada vez ms reducidos a medida+ue el caudal +ue se debe conducir disminuye. !as presiones parten deniveles altos y descienden a medida +ue las tuberas se ale)an de lasarterias principales. Este tipo de red presenta el problema de +ue unaavera( en un punto de la misma( de)a en seco toda la red a continuacindel punto averiado. -or eso( actualmente teniendo en cuenta lasgarantas de servicio e*igidas en las instalaciones urbanas( no esaconse)able este sistema ms +ue en caso de poblados rurales concaseros muy diseminados( poblaciones muy pe+ue$as o con undesarrollo de la poblacin prcticamente lineal.

+ig!ra "-" t!'er(a e ali#entacin . la re ra#i)caa"

LA RED RETICULADA

En el sistema de red reticulada( los ramales de la red anterior se unen2ormando mallas o retculos( el "uido puede llegar a un puntodeterminado por varios caminos. En este tipo de redes e*iste unproblema de indeterminacin del sentido de circulacin del "uido( perotienen la venta)a de +ue en caso de avera el "uido llega al resto de lared por otras tuberas( no 2altando ms +ue en el tramo averiado +ue se


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puede aislar por medio de vlvulas( emplazadas de modo +ue 2ormenpe+ue$os polgonos cerrados independientes. !as dimensiones de lostramos aislados dependen de la importancia de la poblacin y de lose2ectos de la carencia de suministro en los mismos. 4g. 0.>5.

+ig!ra "/" E)emplos de redes malladas o reticuladas( en el primerdibu)o no se #an dibu)ado las conducciones terciarias +ue aparecen en eldibu)o in2erior

-or otra parte puede ocurrir +ue las puntas de consumo no coincidan enel tiempo en toda la poblacin( si esto ocurre( la red mallada permite

+ue en cada momento el "uido siga los me)ores caminos para abastecerla zona sobrecargada( rea)ustndose automticamente la distribucin decaudales( con lo +ue se me)ora notablemente el suministro con relacina la red ramicada( en la +ue cada tramo tiene +ue conducir suscaudales m*imos sin ayuda de los dems.

RED MI0TA


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En las redes malladas pueden derivarse subsistemas ramicados( comoel de la gura 0.?( este tipo de red( participa de las venta)as einconvenientes de ambos sistemas.

Tabla 0. 7omparacin entre redes malladas y ramicadas

Redes malladas Redes ramicadas,e interconectan unas con otrassin llegar a 2ormar circuitos

,on sistemas de tuberas +ue seenlazan 2ormando mallas ocircuitos cerrados

El caudal llega a cada sitio poruna sola va

El caudal puede llegar a cadasitio por ms de una va

,i la red mallada #a sidodimensionada adecuadamente sedispone de una seguridad en el

suministro en caso de roturas ocortes del servicio.

o e*iste garanta de suministro.En el caso de un corte( todos losusuarios situados aguas aba)o del

mismo no pueden serabastecidos.Tienen un coste de implantacinmayor.

El coste de implantacin de lasredes ramicadas es siempremenor +ue el de las redesmalladas( atendiendoe*clusivamente a costes deinversin inicial.

!as prdidas de carga en elsistema son menores( lo +ue se

traduce en alturas y presionesms e+uilibradas. !os usuariosdisponen de presionesseme)antes en sus acometidas.-ara lograr esto en redesramicadas seran necesariossistemas sobredimensionados(con lo +ue la venta)a econmicadesaparecera

!as posibles ampliaciones oincrementos de consumo pueden

dar lugar a presionesinsucientes si no se #a tenido encuenta este #ec#o a la #ora dedise$ar el sistema.

El clculo de la red es mscomple)o +ue en las ramicadas(en la actualidad la diversidad deprogramas de clculo porordenador( la #acen muyabordable

Tanto el dise$o como el clculoson ms 2ciles +ue en la redesmalladas( por el #ec#o de estardeterminadas las direcciones decirculacin de los caudales


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Presiones e istri'!cin"

!as presiones de distribucin en las instalaciones receptoras de gasdepende del tipo de utilizacin 4domstica( colectiva o comercial eindustrial5 y de la presin de distribucin de las redes o de los depsitos

o bateras de cilindros presurizados 4gases licuados del petrleo( +ue sonel butano y propano comercial5.

!as presiones de distribucin son las siguientes=

Ba)a presin 4B-5 Media presin 1 4M-15 Media presin B 4M-15 1lta presin 1 41-15 1lta presin B 41-B5

a"1 Rees e 2a3a presin 4'p5&se cataloga el tramo de una redcomo B- cuando la presin del servicio es menor o igual a ;(;@ bar. ,eutiliza en instalaciones receptoras de gas domstico( colectivo ocomercial principalmente( aun+ue tambin se utiliza en pe+ue$asindustrias. Tanto para gas natural como para 8!-. En el caso de lasviviendas( el gas natural llega a ba)a presin( razn por la +ue no #ay+ue instalar ningn e+uipo de regulacin( slo el contador.

'"1 Rees e Meia Presin A . 2& Este tipo de redes( por lo generaltransporta gas para alimento de redes de ba)a presin( como tambin(para consumidores industriales y domsticos. Este tipo de redes porlo general es construido con el material denominado acero o polietileno.

,e cataloga un tramo de red como M-1 cuando la presin de servicio essuperior a ;(;@ bar e in2erior o igual ;(9 bar. Tiene las mismas 2uentes deuso +ue las redes de ba)a presin.

,e cataloga un tramo de red como M-B cuando la de servicio es superior

a ;(9 bar e in2erior a 9 bar. ,e utiliza en instalaciones receptoras de usodomstico( colectivo y comercial principalmente( aun+ue se utiliza enconsumos industriales de tama$o medio( tanto para gas natural comopara 8!-.

C!a distribucin del 8!- est limitado a un m*imo de 3 bar.


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c"1 Rees e Alta Presin A . 2. Este tipo de redes( son especcaspara transportar gas a grandes distancias( por lo general para alimentara otros tipos de redes( para ello se utilizan las estaciones reguladoras.-or lo general( estas redes son construidas de materiales resistentes a laalta presin a la +ue sern sometidos. -ueden ser construidas y

establecidas en 2orma subterrnea o area.

%n tramo de red es catalogado como 1-1 si la presin de servicio essuperior a los 9 bar e in2erior o igual a los 0> bar. ,e utiliza en redes dedistribucin de gas natural y en industrias de tama$o grande y medio( ogran colectivo o comercial( cogeneracin para #ospitales( ET7.

%n tramo de red es catalogado como 1-B si la presin de servicio essuperior a los 0> bar. ,e utiliza en grandes gasoductos de transporte degas natural y en grandes industrias( centrales elctricas o grandes

instalaciones de cogeneracin

En resumen el suministro de gas natural al usuario se puede #acer aba)a( media o alta presin. En los dos ltimos casos( +ue se emplea paraaplicaciones industriales( es necesario instalar una estacin deregulacin +ue tiene por ob)eto medir el gas consumido y adecuar lapresin a las necesidades de los di2erentes e+uipos de combustin4proceso +ue realizan las cmaras de regulacin( un con)unto deaparatos ltros( reguladores( contadores( manmetros instalados en lasupercie o en cmaras subterrneas5.


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7ambiar imagen.

Estacin Reg!laora& %na estacin reguladora es la +ue sirve deenlace entre redes de di2erente tipo. El proceso de regulacin( debe

realizarse de tal manera +ue permita el paso del suciente de caudal degas( para satis2acer la demanda( pero manteniendo una presinconstante en el lado de presin menor( sea cual sea dic#o caudal y seacual sea la presin de la red de alta( esto se consigue mediante losreguladores. !as estaciones reguladoras pueden ser subterrneas( por lo+ue corrientemente reciben el nombre de Fcmaras reguladorasF( o bien


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reas rodeadas de una cerca metlica situada a la distancia adecuadade los elementos activos.

Moos e s!#inistro e gas"

0. ,%MGG,TRH DE 81, -HR 7HEIGJ DE !1 RED 1 81,HD%7TH,

El 8as atural por Red es el proveniente de un gasoducto troncale*istente o +ue est prevista su construccin y al +ue se conectanredes de distribucin para suministrar el servicio en las localidadesa ser atendidas llegando a los usuarios residenciales( comercialese industriales.


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,uministro Mediante cone*in al gasoducto. Es+uema 4gasoductoKred dedistribucinK domicilio5.

3. ,uministro mediante almacenamiento y transporte de 8!-.

El 8!- o 8as !icuado de -etrleo es un #idrocarburo +ue o2rece unelevado poder calorco con su combustin( se presenta en 2orma devapor a temperatura ambiente y puede licuarse mediante unacompresin moderada( logrando una considerable reduccin delvolumen y de esta 2orma menor espacio de almacena)e y menor costode transporte.


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,uministro mediante almacenamiento y transporte de 8!-. Es+uema4transporte 8!-KplantaKred de distribucinKdomicilio5.

6. ,uministro mediante almacenamiento y transporte de 87.

El 87 o 8as atural 7omprimido a seme)anza del +ue es para usove#icular 43;;


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,uministro mediante almacenamiento y transporte de 87. Es+uema4Transporte 87KplantaKred de distribucinKdomicilio5

9. ,uministro mediante almacenamiento y transporte de 8-

El 8- o 8as atural a -resin es similar al 87( pero toma el gas apresin de 9;K>;


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,uministro mediante almacenamiento y transporte de 8-.Es+uema 4Transporte 8-KplantaKred de distribucinKdomicilio5.

Ec!aciones #6s i#portantes . ni7el e aplicacin"

"Le.es e 8irc9o:"

El anlisis de los sistemas de distribucin de gases es logrado mediante

el empleo anlogo del anlisis de circuitos elctricos a travs de la !eyde irc#oN +ue establece lo siguiente= !ey de Tensiones de irc#oN= !asuma algebraica de las subidas y cadas de tensin en torno a un circuitocerrado 4o trayectoria5 es igual a cero.

O' P ;(Ley de tensiones de kirchof en orma simblica.


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1l anlogo de los sistemas de distribucin de redes de gas tenemos( !asprdidas de cargas cuando se recorre toda la malla en el mismo sentidoes cero.

Donde=

&i P Descarga e*terna en la red( MM-7D

&i) P /lu)o en el tramo +ue va desde i #asta )( MM-7D

P umero de odos

;" Le. e Corrientes e 8irc9o:=

!a suma algebraica de las corrientes +ue entran y salen de un nodo esigual a cero. En otras palabras( la suma de las corrientes +ue entran a unnodo debe ser igual a la suma de las corrientes +ue salen de l. En2orma de ecuacin=

1l anlogo de los sistemas de distribucin de redes de gas tenemos=

Donde=

i P Es una constante( y est en 2uncin de la longitud 4!5 y el dimetro4D5 de la Tubera y de las propiedades del "uido 475.

a P E*ponente emprico +ue depende de la ecuacin de "u)o utilizada.

M P umero de mallas del sistema.


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Ec!acin general e

!a ecuacin general de "u)o de gas a travs de tubera circular delongitud ! y de dimetro D se e*presan en 2uncin de la presin parapoder integrar esa e*presin di2erencial( en este entendido

consideraremos +ue a lo largo de la tubera ocurre lo siguiente=

El /lu)o es isotrmico( por lo tanto la energa interna no vara Q% P;.

E*iste una di2erencia de nivel por lo tanto la energa potencialvara con la altura( debido al peso de la columna del "uido4columna #idrosttica5.

Es despreciable la variacin de energa cintica( siempre +ue

la longitud de la tubera sea sucientemente grande respecto aldimetro 4!D5. ,olo se considera la variacin de la energa de presin( la cual es

nica +ue balancea el traba)o de 2riccin realizado por el gas. -or otra parte #acer notar +ue la ecuacin general de "u)o de gas

se puede obtener a partir de la ecuacin general de Bernoullitomandoen cuenta los principios #idrodinmicos( para un "uido+ue produce 2actor de 2riccin. ,in embargo de lo anterior( dic#ae*presin de "u)ode gas tambin se puede obtener partiendo de laecuacin de Euler( as como de la 0S !ey de la Termodinmica.

=" Ec!acin e >e.#o!t9

El clculo de "u)o de gas pude ser obtenido razonablementecon)untamente con el dimetro re+uerido de la tubera de gas. T#omaseymout# desarrollo una ecuacin la cual #a sido modicada yme)orada a travs del tiempo para per2eccionar la e*actitud de la

misma. !a ecuacin de eymout# para "u)o #orizontal est dada por=

Donde=


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&sc P Rata de "u)o( medida en condiciones estndar( Msc2d

-sc P -resin a condiciones estndar( psia

Tsc P Temperatura a condiciones estndar( 4UR5

-0 P -resin de entrada( psia

-3 P -resin de salida( psia

d P Dimetro interno de la tubera( 2t

Vg P 8ravedad especi2ica del gas 4aire P 05

Wav P 7ompresibilidad promedio del gas

Tav P Temperatura promedio del gas en el sistema a condiciones de

"u)o.! P !ongitud de la tubera( 2t.

+actores e %riccin&


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7uando se encuentra en la zona de transicin es decir no entra en laregin de "u)o completamente turbulento el 2actor de 2riccin es 2uncin

de la rugosidad relativa y el nmero de reynolds por lo +ue esconveniente utilizar las ecuaciones de colebroo< y 2ritzsc#e sugeridas.Re 9;;;.

Colebrook: !a 2ormula 7olebroo< para el nmero Reynolds mayor a9;;;=


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!a ecuacin 7olebroo< lleva dos trminos. El primero( ( ( )/3.7, esdominante par el transporte de gas donde el Re es alto. El segundo

( es dominante para el transporte de "uido donde las lneas de rugosidad relativa convergen 4ca$o liso5. En la regin deCTurbulencia 7ompleta las lneas son Cplanas( indicando +ue sonindependientes del numero Reynolds. En la Czona de transicin( laslneas son 2uncin de Rey .7uando las lneas convergen en la Czona

lisa( el "uido es independiente de la rugosidad relativa.

El reynolds para transporte de gas es alto por+ue es necesariomane)ar altas presiones para llevar el gas de un punto a otro lo +ue setraduce en velocidades altas la cual es directamente proporcional alnmero de reynolds.

eP 'XDL

7uando el gas se encuentra en la zona de turbulencia completa el2actor de 2riccin del "uido dependen nicamente del la rugosidadrelativa de la tubera ya +ue las lneas al ser planas el nmero de


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Reynolds no in"uye en el 2actor de 2riccin y si la eciencia de la tuberaes buena 4eP05 es conveniente utilizar la ecuaciones de Yeymout#(spitglass( unYin y olip#ant.

eymout#= !a ecuacin de eymout# es usada para presiones altas(altos "u)os de gas( y dimetros grandes en el sistema. !a siguiente2ormula calculadirectamente el "u)o de gas a travs de la tubera.

En la zona lisa el 2actor de 2riccin solo depende del nmero deReynolds y se #ace independiente de la rugosidad relativa por lo +ue esconveniente utilizar ecuaciones +ue solo dependen del nmero deReynolds como la de pan#andle 1 y B( Blasius y Meller.

-an#andle 1= la ecuacin de -an#andle 1 2ue desarrollada para el usode gas natural en tuberas( incorporando la eciencia para el nmero deReynoldsen un rango de @ a 00 millones. En esta ecuacin( la rugosidadde la tubera no es usada.

-an#andle B= !a ecuacin de -an#andle B( tambin conocida como laecuacin revisada de -an#andle( es usada para dimetros grandes de

tubera( altapresin en las lneas. En "u)o total turbulento( es adecuadousar valores del nmero de Reynolds de 9 a 9; millones

?" Ec!acin e Pan9ale

-ara el clculo de "u)o de gas en sistemas de alta presin y grandesdimetros( se #a desarrollado la Ecuacin de -and#adle +ue a su vez

posee dos ecuaciones base( las cuales son= -and#adle 1 -ara la cual 2 esasumida en 2uncin del nmero de Reynolds y dada por la siguiente2orma

De manera tal +ue la ecuacin es aplicada a sistemas de redes degran dimetro y grandes cantidades de "u)o=


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-" Moi)cacin e Pan9ale 4Pan9ale 25

Esta ecuacin es la ms ampliamente usada para redes largas detransmisin( grandes nmeros de Reynolds y grandes dimetros detubera. En la ecuacin de -and#adle B( 2 est dada en 2uncin delnmero de Reynolds.

/"Ec!acin e aga&

En 0Z>9 y 0Z>@( la asociacin 1mericana de gas 41815 public comocalcular el 2actor de transmisin para el gas en tuberas para ser usadoen la ecuacin general del "u)o de gas. Esto es re2erido como el mtodo181 BK06. 4utilizan el 2actor de 2riccin de la diapositiva5.

@" +l!3o e Gas a Tra7s e Restricciones&

En un sistema de distribucin de gas( el gas debe ser pasado a travs depe+ue$as restricciones como c#o


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d0 P Dimetro a travs del dispositivo de restriccin( 2t

d3 P Dimetro de la lnea( 2t

g P aceleracin de la gravedad( 2tLsec3

p0( p3 P presin corriente arriba y aba)o respectivamente( en larestriccin del "u)o.

[ P densidad del 2luido( lbmL2t3

!a ecuacin general para "u)o a travs de c#o

restriccin est por deba)o a la velocidad del sonido. !a ecuacinanterior est desarrollada para este tipo de "u)o y generalmente losc#o


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estamos ba)o esta condicin la ecuacin descrita no aplica( y se debeconsiderar 4p3Lp05c( por lo +ue=

/lu)o subcritico 4p3Lp05 4p3Lp05c( y critico 4p3Lp05 P\ 4p3Lp05c ( ba)oestas condiciones( cuando se mane)a "u)o critico la ecuacin general dec#o


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indica( un proceso contable en el +ue se mide tanto la materia como laenerga entrante y saliente( de manera +ue se balanceen o igualen lasentradas con las salidas.

Mediante estas tcnicas( los ingenieros +umicos pueden calcular losre+uerimientos de materiales y energticos necesarios para la obtencinde un producto. 1dems( estas tcnicas llegan a dar una idea de lamagnitud +ue debern tener los e+uipos y ma+uinaria con la +ue deberproducirse ese bien.

!a 2rmula general para el "u)o de gas natural a travs de tuberas sepuede obtener por varios caminos] el mtodo siguiente parece ser msdirecto= se considera un tramo de tubera entre dos seccionescuales+uiera( +ue son normales a las paredes del tubo. El "u)o entreesas dos secciones re+uiere cumplir dos condiciones especcas=

0. o se #ace traba)o sobre el "uido por medios e*ternos.

3. El "u)o es permanente] o sea +ue el mismo peso de gas pasa porcada seccin de la tubera durante un intervalo de tiempo.

!os gases se miden usualmente en trminos volumtricos( ms +ue porpeso] sin embargo( las relaciones de energa usadas en la obtencin dela 2rmula 2undamental para el "u)o de "uidos compresibles sepresentan ms 2cilmente cuando se considera un peso dado de "uido.-osteriormente se introducen los 2actores de conversin de peso avolumen.

En la siguiente derivacin de la ecuacin 2undamental para el "u)o de un"uido compresible a travs de tubera el primer paso es aplicar la ley deconservacin de la energa( balanceando solamente la energamecnica.

1 lo largo de la longitud arbitraria de tubera seleccionada( el balance deenerga mecnica por unidad de peso del "uido +ue escurre es=

Donde los subndices 0 y 3 designan las condiciones en las secciones deentrada y de salida( respectivamente.


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!a notacin para la ecuacin 405 puede ser en cual+uier sistema deunidades.

W= energa potencial por unidad de peso de "uido( debida a su posicin(medida por su altura por encima de un nivel de re2erencia asumido.

= energa mecnica e*igida para pasar la unidad de peso de "uido atravs de la seccin.

p= presin absoluta del "uido +ue escurre.

= peso especco del "uido a presin p( es igual al inverso del volumenespecco v( +ue representa el volumen de la unidad de peso del "uido ala presin p.

= energa cintica por unidad de peso del "uido.

'= velocidad del "uido en la seccin.

g= aceleracin debida a la accin gravitatoria.

Ae= Traba)o 4energa5 mecnico #ec#o y recibido por la unidad de pesode "uido debido a su e*pansin mientras pasa de la seccin de entradaa la seccin de salida.

En el "u)o de un "uido compresible a travs de una tubera( cada unidadde peso del "uido en e*pansin de una presin p0y un volumenespecco v0a una presin p3y un volumen especco v3#ace el traba)o

sobre el "uido +ue lo rodea( y( en un tubo donde el "u)o espermanente( cada unidad de peso de "uido recibe esta misma cantidadde traba)o del resto de "uido en el tubo( por consiguiente( cada unidadde peso de "uido se puede considerar como #aciendo este traba)o sobres mismo( as +ue

#2= traba)o 4energa5 mecnico desarrollado por la unidad de peso de"uido en vencer la resistencia cortante de la 2riccin entre las seccionesde entrada y salida del tramo considerado.


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1 partir del balance de energa de la ecuacin 405 se pueden derivar2rmulas para numerosas condiciones de "u)o.

En el desarrollo de una 2rmula general para el "u)o de gas natural atravs de tuberas se considerarn solamente las condiciones +ue

conciernen al transporte comercial.En la aplicacin de la ecuacin 405 al "u)o de gas natural a travs detuberas algunos de los 2actores son de una pe+ue$a magnitud relativa ypueden ignorarse] adems( se #acen muc#as asunciones +ue permitensimplicaciones sin a2ectar sustancialmente el valor de las ecuacionesresultantes.

Tres de esas asunciones o condiciones son las siguientes=

0. El "u)o ocurre ba)o condiciones isotermas( o sea +ue la temperatura

del gas permanece inalterada.

!a temperatura del gas coincide con la de la tubera y como las tuberasde gas natural usualmente se instalan enterradas( la temperatura delgas +ue "uye no se a2ecta apreciablemente por cambios rpidos de latemperatura atmos2rica. !os cambios de temperatura del gasusualmente son estacionales y las observaciones simultneas detemperatura en las secciones de entrada y salida del tramo de tuberason generalmente las mismas.

3. El gas se comporta de acuerdo a la ley de Boyle( +ue establece +ue a

temperatura constante el volumen ocupado por un gas es inversamenteproporcional a la presin absoluta 4pvP5. -or consiguiente( para laasuncin de "u)o isotrmico( los productos de presin y volumen +ue

aparecen en ambos miembros de la ecuacin 405 se cancelan 4

] 5 y la ecuacin se convierte en

,in embargo( es bien conocido +ue los gases reales no cumplenestrictamente la ley de Boyle. !a desviacin del gas natural de la ley deBoyle es signicante a altas presiones y depende tanto de lacomposicin +umica del gas natural como de las condiciones de presiny temperatura ba)o las cuales se encuentra.

!as desviaciones de la ley de Boyle para un grupo representativo degases naturales( 2ueron determinadas inicialmente por ^o#nson y


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BerYald( +uienes reportan _0` algunos datos detallados concernientes asu magnitud y e2ecto en el clculo de ratas de "u)o.

6. !a tubera es #orizontal. !os cambios de elevacin a lo largo de unatubera rara vez son muy grandes y su e2ecto en el clculo del "u)o de

gas usualmente es despreciable] sin embargo( para el "u)o de l+uidos(el peso del "uido #ace imposible ignorar las di2erencias en elevacin alescribir un balance de energa.

El peso especco del gas natural ba)o las presiones ordinarias en lastuberas es pe+ue$o comparado con el de los l+uidos y en la mayora decondiciones las di2erencias de energa potencial del gas debido adi2erencias de elevacin tienen un pe+ue$o signicado relativo.

!a tasa de "u)o es usualmente sucientemente alta para dar grandesvalores a los trminos de la ecuacin 405 comparados con las di2erencias

de valores entre los trminos W0y W3.

-or consiguiente W0y W3se eliminan en la ecuacin 405.

^o#nson y BerYald presentaron por primera vez _0` los datos obtenidosen ensayos de "u)os donde se relacionan las di2erencias de elevacinobservadas y sus e2ectos en el clculo de la tasa de "u)o.

De acuerdo con estas tres asunciones] "u)o isotrmico( cumplimiento dela ley de Boyle y tubo #orizontal( la ecuacin 405 se convierte en

o sea=

En el "u)o de gas natural a travs de tubera ocurren usualmenteconsiderables cadas de presin entre las secciones de entrada y salida(

por lo tanto se tendrn en cuenta las condiciones de "u)o relativasa "grandes porcentajes de cada de presin" mencionadas originalmentepor al


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como el mismo peso de gas cruza cada seccin del tubo durante elmismo intervalo de tiempo( y el tubo es de rea constante en la seccin(la velocidad del "u)o aumenta.

-or lo tanto se considerarn las relaciones de energa para una longitud

di2erencial 4d l5. -ara esa longitud di2erencial d l la ecuacin 465 es=

1ntes de evaluar el trmino d #2es necesario denir brevemente lanaturaleza del "u)o de gas natural en el transporte comercial=

En el "u)o de "uidos el movimiento de las partculas "uidas a travs deltubo es laminar turbulento.

7omo su nombre lo indica( en el "u)o laminar el movimiento de laspartculas es paralelo a las paredes del tubo y no #ay corrientestransversales( mientras +ue en el "u)o turbulento e*isten corrientestransversales o vrtices.

,e considera +ue el "u)o laminar ocurre usualmente a ba)as velocidades.El traba)o de Reynolds _6` establece las relaciones entre el tipo de "u)o yel dimetro del tubo( la velocidad del "u)o y la densidad y la viscosidaddel "uido.

En el transporte comercial de gas natural por tubera el "u)o esdecididamente turbulento y es para este tipo de "u)o +ue se e*presaa+u la ecuacin del balance de energa.

El traba)o #ec#o para vencer la resistencia de la 2riccin en ladistancia d l es igual al producto entre la resistencia de 2riccin y ladistancia a lo largo de la cual se vence esa resistencia.

-ara "u)o turbulento( segn -randtl _9`( la resistencia a la 2riccin esproporcional a la supercie de contacto con el "uido( apro*imadamenteproporcional al cuadrado de la velocidad y proporcional al pesoespecco del "uido.

1#ora( si la resistencia es proporcional al cuadrado de la velocidad 4'5es tambin proporcional a la cabeza de velocidad 4'L3g5.

E*presada en smbolos( la resistencia a la 2riccin 4d R25 es proporcionala=


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donde=

d l =longitud del tubo

- =permetro del tubo

' =velocidad del "u)o

g =aceleracin de la gravedad

g =peso especco del "uido

o sea +ue

El trmino 2 es el 2actor de proporcionalidad re+uerido para satis2acer laigualdad y es comnmente llamado 2actor de 2riccin.

1#ora( el traba)o re+uerido para vencer la resistencia de la 2riccin en untramo dl de tubera ser=

El peso de "uido en ese tramo de tubo es igual al rea de la seccin( 1(multiplicada por la longitud del tramo( dl( y por el peso especco del"uido( g (o sea=

el traba)o re+uerido para vencer la resistencia de la 2riccin en lalongitud d l( por unidad de peso es=

,ustituyendo los valores para -Pp D y 1Pp DL9 se obtiene


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+ue no es ms +ue otra versin de la ecuacin de DarcyKeisbac#

En la ecuacin 495 el trmino d Ae puede evaluarse como

,ustituyendo en la ecuacin 495 los valores para d #2 y d Ae como see*presan en las ecuaciones 4@5 y 4>5( tenemos=

-ara simplicar la solucin de la ecuacin 4:5( '( d ' y r se e*presan entrminos del caudal volumtrico 4&5( el caudal en peso 4&p5( la constantedel gas 4R5 y la temperatura del gas 4T5( as=

4para un gas ideal5

,ustituyendo en la ecuacin 4:5=

Dividiendo ambos miembros entre v=

Gntegrando entre los lmites ; 4cero5 y ! para la longitud y v0y v3para elvolumen=


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-ero( como p0v0P p3v3P RT ( la ecuacin se puede escribir as=

o sea=

Multiplicando ambos miembros de la ecuacin por 4RTLp05=

1grupando para 4&pRTLp05 +ueda=

Resolviendo para 4&pRTLp05=

Reordenando=


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1#ora( como

v0 P RTLp0 KKKKKKKKKKK &pv0P &pRTLp0y como

KKKKK &pv0P 1'0se puede escribir=

&pRTLp0P 1'0

1dems( como para tuberas comerciales la relacin longitud a dimetro4!LD5 es grande comparada con la relacin de presiones a la entrada y ala salida del tramo( el valor del trmino ln4p3Lp05 es despreciable encomparacin con el valor del trmino 92!L3D y para clculos ordinariospodr ignorarse] as la ecuacin 4?5 podr escribirse=

1#ora( como el caudal en volumen es &P1' y R P 8LM( donde M es elpeso molecular del gas 4Lmol5 y 8es la constante universal de losgases.

,ustituyendo estos valores se tiene=

,in embargo( la ecuacin 4Z5 debe y puede simplicarse de manera +uepueda e*presarse en trminos de variables +ue se midan ms2cilmente.

!a principal 2uncin de cual+uiera 2rmula de "u)o en tuberas est en suaplicacin al dise$o de sistemas de tuberas. -or esta razn es deseablee*presar las relaciones de los diversos 2actores +ue in"uyen en el "u)o


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en su 2orma ms simple para 2acilitar el clculo de cual+uiera de lasvariables cuando se conocen las dems.

!a ley de los gases 4pv P RT5 nos permite relacionar las condicionesabsolutas 4p(T5 con las condiciones ambientales( o de base 4p;(T;5( para

lo cual multiplicamos la ecuacin 4Z5 por p0T;Lp;T( as=

+ue es lo mismo +ue

El rea en trminos del dimetro es 1 P p DL9=

!a gravedad especca de los gases 485 se determina respecto al aire(as=

8 P MLMaire o sea M P Maire.8 y se tiene=

Esta es la ecuacin 2undamental para el "u)o de "uidos compresibles alo largo de tuberas.

Distri'!cin e ca!al en t!'er(as enlaaas"

Pro'le#as operacionales en el transporte e gas nat!ral"

E*isten una serie de normas +ue se deben de cumplir( para el transportede gas por redes y tuberas] por e)emplo !a 8-,1 dene la calidad delgas natural( para ser transportado a travs de redes y tuberas de gas. El


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gas tiene +ue tener( menos de cuatro partes por milln de ,ul2uro deAidrgeno( sobre la base del volumen 4\9ppm( 'A3H5 . Esto en el

,istema Britnico de %nidades corresponde a una ( 4 lbmoldeH2 S1x106 lbmol demezcla ). !a norma indica tambin +ue el gas tiene +ue tener menos de tres porciento en base al volumen de Di*ido de 7arbono 4\6'L' 7H35( ycumplir con la norma de tener entre seis y siete libras de agua por cada

milln de pies cbicos normales de gas (6a7lbde aguaMMPCN)

.

!os principales 2actores +ue in"uyen en el transporte de gas por redes ytuberas son=

a"1 Presin&Este parmetro #ace posible la distribucin del gas y surecoleccin por las tuberas( tambin se #a demostrado +ue a ciertascondiciones la presin puede a2ectar la viscosidad del "u)o de maneratal( +ue la viscosidad ponga resistencia al movimiento del "uido en lastuberas. Esto( ocurre( ya +ue al aumentar la presin las molculas del"uido estarn ms unidas( y por ende el gas opone mayor resistencia atransmitirse a travs de las tuberas. ,e recomienda controlar muy bien

la presin para minimizar los problemas en las instalaciones como en losestallidos( los cuales ocurren cuando el espesor de la tubera no soportala presin suministrada. Es decir se deben conocer los lmites de lapresin m*ima de traba)o( ya +ue el espesor de las tuberas a usar(adems de la clase de aceros( 2orma de manu2acturacin de las tuberas(m*ima temperatura de operacin y el medio ambiente +ue rodea alsistema de transporte son 2unciones de la m*ima presin de operacin.

'"1 Te#perat!ra" !a temperatura es de gran importancia( puesto +uese sabe +ue a2ecta directamente la viscosidad del gas. !os "uidos

gaseosos( tienen un comportamiento distinto ante la temperatura( +uelos "uidos l+uidos.( tal como( cuando aumenta la temperatura( laviscosidad del gas( tambin aumenta Es( por ello +ue se debe demantener una temperatura adecuada( de tal 2orma +ue el gas pueda"uir libremente a travs de las tuberas. El valor de la temperatura nodebe de ser muy alto( por+ue mayor ser la resistencia del gas a "uir.Tampoco la temperatura puede ser muy ba)a( ya +ue puede estar por


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deba)o de la temperatura de roco y se 2ormen #idratos. !a ba)atemperatura( puede tambin ser la causante de #acer reaccionar lapelcula +ue rodea la tubera y producir corrosin. !a verdad es +ue nose debe sobrepasar el valor de temperatura a la cual 2ue dise$ado elgasoducto( desde luego +ue #ay +ue tener cuidado con el mane)o de

este parmetro( sobre todo cuando se traba)a con gas.

c"1 Contenio e irocar'!ros. ,i el gas producido y +ue se +uieretransportar viene acompa$ado con petrleo( debe de ser separado delpetrleo. El gas separado tiene +ue ser tratado y adems comprimido ala presin re+uerida( para poder ser transportado a travs de tuberas. Eltransporte( debe de ser tal +ue no se alcance el punto de roco de loscomponentes ms pesados de 2orma +ue no condensen depositndoseen el interior de la tubera. 7ontieneno*geno( sul2uro de #idrgeno(sales cidas y sustancias corrosivas. !a 2ormacin de estosocasionagrandes prdidas de presin( disminucin del caudal( reduccin de laeciencia detransmisin] en cuanto a los e+uipos de medicin yregulacin( puede causar= medicionesinadecuadas( da$os de e+uipos(2ugas( vibraciones( etc. E*isten mtodos para eliminar los l+uidos en losgasoductos( el ms usado en la industria es el coc#ino limpiador.

"1 Co#presi'ilia el Gas. Este proceso tiene su importancia(cuando las distancias a las +ue ser transportado el gas( sean muylargas. 7uando esto ocurre( se presenta la alternativa de comprimir elgas a presiones sucientemente elevadas( de tal 2orma +ue el gas lleguea los distintos puntos de entrega en la ruta del gasoducto. El proceso decompresin se realiza por etapas( por lo general se utilizan tres 465etapas. Esto es as para cumplir con los re+uerimientos de presinnecesarios para el transporte del gas natural por tuberas( con una altaeciencia.

e"1 +or#acin e iratos.

%no de los problemas ms graves de la 2ormacin de #idratos( es +uecausan congelamiento del gas natural produciendo taponamiento(reduccin del espacio permisible para el transporte de gas. El proceso dela 2ormacin de #idratos( depende 2undamentalmente de tres 2actores(


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+ue son 7omposicin del 8as atural( la Temperatura y la -resin.,ustentado en estas premisas( es +ue se #ace posible determinarmediante el uso de grcos y relaciones empricas las condiciones depresin y temperatura( ba)o las cuales ocurre la 2ormacin de #idratos.En trminos generales se puede indicar +ue para evitar la 2ormacin

de #idratos se re+uiere una presin elevada y una temperatura ba)a.

1 cada valor de presin corresponde un valor de temperatura por deba)ode la cual pueden 2ormarse #idratos si e*iste #umedad. 1 mayor presines tambin mayor a+uella temperatura. -or ello este inconveniente esms comn a mayores presiones. -ara evitarlo debe procederse ades#idratar el gas( es decir( ba)ar su punto de roco #asta temperaturasin2eriores a 63/. Ello se e2ecta mediante procesos +ue emplean comoabsorbedores agentes slidos o l+uidos( tambin se logra impedir la2ormacin de #idratos mediante la inyeccin en el gas de sustanciasin#ibidoras( tales como el metanol. En lo +ue respecta a los#idrocarburos condensables( ellos se e*traen en 2orma de gasolina y gaslicuado( en plantas especiales +ue pueden utilizar diversos procesos(tales como compresin y en2riamiento( absorcin con 6/

%"1 Proceso e Corrosin


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!a corrosin implica el deterioro y desgaste lento de los gasoductoscausadas por la presencia de ,ul2uro de Aidrgeno]Di*ido de 7arbono ],ul2uro de 7arbonilo 47H,5] Disul2uro de 7arbono ] Mercaptanos 4R,A5( y1gua . -ara minimizar la presencia de los componentes corrosivos el gasdebe de ser Endulzados y Des#idratado( de tal 2orma de eliminar de la

corriente de gas por entes corrosivos( y por ende disminuir el proceso decorrosin.

g"1 Deposicin e As%6ltenos"

!os as2ltenos son #idrocarburos constituyentes del petrleo( de elevadopeso molecular( su estructura es amor2a( entre otras cosas. Este2enmeno ocurre cuando se transporta por las tuberas gas asociado conpetrleo( aun+ue pareciera di2cil por+ue antes de transportar el gas(este es sometido por procesos de separacin y depuracin +ue lo #acenconsiderar relativamente limpio( pero este evento se #a presenciado(

posiblemente por deciencia de los e+uipos de separacin y +uizs porla 2ormacin de espumas en el separador( ya +ue todos los crudos al serdes gasicados 2orman espumas( lo cual conlleva a arrastres en lascorrientes de gas] ocasionando disminucin en la capacidad del sistema(aumento en la 2recuencia de limpieza en los gasoductos( atascamientosde las #erramientas de limpieza( entre otros.

N!e7as tcnicas para el transporte e gas nat!ral en el #!no"

El Transporte e Gas&El transporte de gas se considera +ue es el

camino #acia la distribucin( la cual es la etapa nal del sistema( ya +uecuando el gas llega al consumidos( +ue puede ser residencial( comercial(industrial 4como materia prima( combustible yLo reductor siderrgico5 oautomotriz. En esta etapa el gas debe de responder a todos los rigurosospatrones de especicacin( y estar prcticamente e*cepto decontaminantes( para no provocar problemas operacionales a los e+uipos(donde ser utilizado como combustible o materia prima. 7uando 2uerenecesario( el gas natural tambin debe de tener olor( para +ue puedaser detectado( cuando sea necesario.

El transporte de gas natural( por lo general se realiza a travs degasoductos( en casos muy especiales puede ser transportado encilindros de alta presin( en este caso es 8as atural 7omprimido 4875.En estado l+uido es transportado como 8as atural !icuado 48!5. Elgas natural puede ser transportado por medio de bu+ues( barcazas ycamiones criognicos a temperaturas de menos 0>;7 4K0>;75. En estecaso( +ue por lo general es metano en 2orma l+uida( en donde su


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volumen se #a reducido >;; veces( con lo cual 2acilita sualmacenamiento. En este caso para +ue gas pueda ser utilizado( tiene+ue revaporizarse en e+uipos adecuado.

Meios e Transporte e Gas

!os diversos medios de transporte de gas son=

a"1 Carretera"Este puede utilizarse( para transportar gas a granel. Envista +ue un gas se puede comprimir en un contenedor a presin( olicuarse en2rindolo( lo +ue permite su transporte por carretera. Tambinse pueden obtener trailer de botellas( en donde cada botella posee unosenvases especiales para poder comprimir. Tambin cada botella disponede una vlvula de sobrepresin para aliviar cual+uier sobrepresinproducida tanto por causas naturales( como accidentales( todo esto

permite transportar gases por carretera.-or carretera se puede tambin transportar gases licuados a presin.Estos medios de transportes( por lo general constan de un nicocompartimiento cilndrico( con rompeolas interiores para reducir elmovimiento del producto durante el transporte !a estructura e*terior deltan+ue es una pieza simple de acero al carbono. En vista +ue. El tan+ueesta presurizado y( cuenta con vlvulas de sobrepresin( la cual estsituada por la parte superior del depsito para prevenir +ue el gasevacuado incida directamente sobre el tan+ue. En las cisternas de

transporte de gas licuado( +ue por lo general transportar 8as !+uido de-etrleo 48!-5( se les instala una vlvula antirrebote( +ue se utiliza paraaliviar( en el caso +ue el tan+ue se #aya llenado ms arriba de lopermitido. -ara reducir la absorcin de calor radiante durante eltransporte las cisternas( deben estar recubiertas de un material +ueminimice la absorcin del calor radiante. En vista +ue los recipientes detransporte de 48!-5 son a presin( las cisternas instalan manmetros(+ue sirven para medir la presin( los manmetros( pueden( tambinservir para indicar incrementos de temperaturas( +ue pueden causargraves problemas al medio de transporte( todos los 2actores se$alados(

deben de ser tomados en cuenta para un eciente transporte del "uido.

Es posible tambin -or carretera transportar gases criognicos. Estosson gases licuados procedentes de la destilacin 2raccionada del aire(+ue se transporta a unos 4K0@; /5. !os gases ms comunes +ue setransportan de esta 2orma son el itrgeno 435( H*geno 4;35 y /luor4/35. !os tan+ues de almacenamiento de gran capacidad son del tipo de


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doble pared. !a capa interior es de acero ino*idable austrmico o aceroal Z@ de n+uel y el e*terior de acero al carbono( sirviendo deintercmara como elemento aislante con o sin vaco en el interior de lamisma( logrando as un aislante trmico adecuado +ue mantiene ell+uido a temperaturas pr*imas al punto de ebullicin. En el caso de

sobrecalentamiento e*terior( para prevenir la ruptura de la cisterna poraumento de la presin( las cisternas incorporan vlvulas de sobrepresiny discos de rotura. 7uando estas vlvulas actan solo liberan gas y nol+uido( pero en la actualidad este tipo vlvulas no estn permitidas porla 2ormacin de #ielo. 7uando esto ocurre( el #ielo saldra sobren2riado ycongelara cual+uier l+uido +ue entrara en contacto.

'"1 +errocarril"1+u( los materiales con los cuales se construyen elrecipiente deben de cumplir una serie de normas. Tambin tienen +uetener aislamiento trmico( para evitar accidentes( +ue no se puedancontrolar.

c"1 (a Area"En este tipo de transporte las cantidades de gas son depoca importancia. En vista( +ue puede ocurrir un gran problema( ya +uepuede ocurrir la grave 2ormacin de combustible l+uido adems de la2ormacin de aceites #idrulicos y o*geno presurizado( los cuales encaso de accidente se puede generar un incendio de proporcionesconsiderables.

"1 (a Mar(ti#a . +l!7ial"Este medio de transporte de gas se #a

incrementado( debido a la gran demanda. !a gran variedad de productos+ue se transportan( se #a tenido +ue denir todo un con)unto de bu+uesespecializados +ue conguran los di2erentes modos de transporte.1un+ue( para cada producto( s especca el tipo de transporte y el tipode tan+ue con el n de obtener los m*imos niveles de seguridad. Estemedio de transporte debe de comenzar a tener una gran importancia enlos proyectos( +ue tiene 'enezuela( con otros pases #ermanos de1mrica !atina.

e"1 T!'er(as El gas proceente e los .aci#ientos( de alguna

2orma debe de #acerse llegar a los lugares de consumo. El gas +ue llegaal sitio previsto( no solamente( debe de tener la calidad adecuada( sino+ue debe de tener el caudal suciente para satis2acer la demanda. Elmedio de transporte( debe de tener tambin( una presin constante yadecuada para el 2uncionamiento de los aparatos] estas nalidades seconsiguen mediante canalizadores( +ue transportan el gas a di2erentespresiones( unidas entre s a travs de estaciones reguladoras. ,i se


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desea #acer circular un elevado caudal de gas a travs de una tubera(e*isten dos soluciones( +ue son( por e)emplo construir la tubera con undimetro

muy grande o comprimir el gas] lgicamente( la segunda solucin es la

ms ecaz( para cada caudal e*iste una presin y dimetro de tuberaptimas( y para cada presin unas e*igencias tcnicas adecuadas( dea# +ue e*istan di2erentes tipos de redes de transporte y distribucin degas( cuyas caractersticas deben ser reguladas( para evitar accidentesinnecesarios. El sistema de transporte de gas por redes y tuberas cadada se #ace ms necesario( sobre todo cuando el "uido sertransportado a grandes distancias.

-royecto 7ontrol=Denicin de "uido supercrtico= %n "uido supercrtico es una sustancia+ue se encuentra en condiciones de presin y temperatura superiores asu punto crtico. El punto crtico representa la temperatura y la presinms elevadas a las +ue una sustancia puede e*istir como gas y comol+uido en e+uilibrio. %n "uido supercrtico tiene la #abilidad nica deactuar como un gas 4di2undindose a travs de slidos5 y como unl+uido 4disolviendo materiales5.

8eneralmente el di*ido de carbono se comporta como un gas en elaire( o como un slido( llamado #ielo seco( cuando se congela. -orencima de su temperatura y presin crtica se comporta como un "uidosupercrtico( y puede adoptar propiedades a medio camino entre un gasy un l+uido.

-rincipales variables operacionales=

!as lneas continuas azules representan los lmites entre las 2ases. !alnea discontinua pone de maniesto la distincin entre vapor y gas] unvapor puede ser licuado aumentado la presin( un gas no. -or encima dela temperatura crtica( Tcrtica( el gas ya no puede ser licuadoindependientemente del aumento de la presin. ,i se observa unamuestra al alcanzar el punto crtico( el menisco de la inter2ase l+uidoK


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gas desaparece lo +ue signica +ue ya no #ay distincin entre las dos2ases. 1 temperatura y presin por encima de la temperatura y presincrticas 4es decir( por encima del punto crtico5( una sustancia seconvierte en un "uido supercrtico.

%n "uido supercrtico posee propiedades de disolvente +ue se parecena las de un l+uido( pero tambin e*#ibe propiedades de transporteparecidas a las de un gas. De esta manera( un "uido supercrtico no solopuede disolver solutos sino +ue tambin es miscible con los gasesordinarios y puede penetrar en los poros de los slidos. !os "uidossupercrticos tienen una viscosidad ms ba)a y un coeciente de di2usinms elevado +ue los l+uidos. !a densidad de un "uido supercrticoaumenta al aumentar la presin y( al aumentar la densidad( la

solubilidad de un soluto en el "uido supercrtico aumenta de maneraespectacular.

El #ec#o de +ue las propiedades puedan a)ustarse variando la presiny la temperatura tiene venta)as para la aplicacin de estos "uidos comoagentes de e*traccin. %tilizar un "uido supercrtico para la e*traccinde un material determinado a partir de una materia prima supone elreparto del material en el l+uido supercrtico( seguido de un cambio de

temperatura y presin +ue tiene como resultado el aislamiento delsoluto puro por vaporizacin del 7H3. /inalmente( el "uido supercrticopuede reciclarse invirtiendo el cambio en las condiciones detemperatura y presin 4vase la gura en el cuadro ?.95. !a tabla ?.00da la temperatura y presin crticas de compuestos seleccionados +uese utilizan como "uidos supercrticos. ^unto con su 2cil accesibilidad(ba)o coste( 2alta de to*icidad( el #ec#o de +ue es inerte +umicamente yno in"amable( la temperatura y presin crticas del 7H3 son losucientemente adecuadas para #acer +ue el 7H3 supercrtico 4sc7H35sea de un gran valor como disolvente


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Rec!peracin #e3oraa el petrleo&

%sualmente un proyecto de recobro me)orado de petrleo usando 7H3 espuesto dentro del lugar cuando la produccin de petrleo #a decado ylas tasas de recobro estimados son condenadas de serinaceptablemente ba)as.

1plica por e)emplo en la obtencinde e*tractos #erbales a partir de plantasaromticas para 2abricar aceites esenciales(

colorantes naturales( el 2raccionamiento debebidas para la desalco#olizacin( lae*traccin de grasas realimentos o elcolesterol de los alimentos( ladesca2einizacin del ca2 la recuperacin dela nicotina( operaciones de desin2eccin(descontaminacin de aguas residuales

1ctualmente es una tecnica nuevadesconocida en espa$a y mas desarrolladaen )apon y EE%%


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El 7H3 se usa como solvente +ue se mezcla completamente con elpetrleo residual para superar las 2uerzas capilares e incrementar lamovilidad del petrleo. !a eciencia del desplazamiento es cerca del0;; donde el solvente contacta el petrleo y la miscibilidad ocurre.

%n suciente suplemento de un solvente particular tiene un impactoeconmico( en 7anad por e)emplo( por la abundancia del gas natural se

usa ste como primera opcin( mientras +ue en los Estados %nidos porlas grandes reservas de 7H3 en los estados del oeste( #ansido aprovec#adas para el recobro me)orado en los campos de la cuenca-ermian al oeste de Te*as.

!os desplazamientos miscibles de recobro me)orado 4EHR5 pueden sersubdividas como= Tapn miscible( gas enri+uecido y gas conducido a altapresin incluyendo el 7H3. -ara cada uno de estos procesos e*isten unrango de presiones o pro2undidades( temperaturas y gravedades delpetrleo necesarias para alcanzar ymantener la miscibilidad. El 7H3 tiene

muc#a menor viscosidad +ue el petrleo( por lo tanto la estraticacindel yacimiento con desarrollo de permeabilidades verticales y#orizontales contrastan 2uertemente a2ectando la eciencia del barrido.%na temprana irrupcin( pasando por alto problemas de ngeringviscous 4adedamientos viscosos5 #an plagado muc#os proyectos.

En el proceso de tapn miscible( un tapn l+uido de #idrocarburos o7H3por encima de la mitad del volumen de poros 4-'5 del yacimiento es


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inyectado y mezclado con el petrleo en contacto. Esto es seguido pormedio de agua o gas +ue empu)a el tapn a travs del yacimiento.

El di*ido de carbono es un caso especial de recobro miscible a altapresin. Este gas es altamente soluble en el crudo( e*pandiendo el

petrleo y reduciendo su viscosidad( mientras simultneamente e*traelos #idrocarburos livianos por vaporizacin. El 2rente desplazante de gas(enri+uecido por #idrocarburos vaporizados a travs de mltiplescontactos( 2orma un tapn miscible tan largo como la presin de mnimamiscibilidad 4MM-5 es mantenida. a +ue el 7H3 puede e*traercomponentes ms pesados( este es miscible con crudos teniendo pocoscomponentes de 73 K7>" El di*ido de carbono tiene un menor MM- +ueel gas natural( nitrgeno o gas de combustin y por lo tanto puede seraplicado en pozos ms someros 4yacimientos +ue poseen una menorpresin5.

El mayor problema con los "u)os de gas miscibles para el EHR es larazn de movilidades adversas causadas por las ba)as viscosidadestpicas del gas inyectado en comparacin con el petrleo( +uizs pormedio de uno o dos rdenes de magnitud. El resultado es un inestable2rente entre el gas y el petrleo( el cual permite +ue se 2ormen ypropaguen a travs del "uido desplazado adedamientos viscosos(de)ando muc#o de los #idrocarburos aislados. 1ctualmente( los mediosprimarios para atacar estos problemas es la tcnica alternada de gas yagua. En este proceso( el agua y el 7H3 son alternadas( El proceso 18

pretende el virtual decrecimiento de la movilidad del 7H3( manteniendola presin y salvando costos operativos por medio de la substitucin deagua menos costosa.

Gdealmente( el gas provee miscibilidad y el agua me)ora la eciencia debarrido. ,in embargo( un estudio de 18 en 0@ inyecciones de7H3 seguidas por medio de la inyeccin de 1gua. Gmplica +ue lasegregacin gravitacional entre el agua y el gas es pensado decomprometer la e2ectividad del proceso 18.

Usos el Di*io e Car'ono& !a muy alta solubilidad del di*ido de

carbono en el petrleo y en menor grado en el agua permite=

0. %na larga reduccin en la viscosidad del petrleo y un pe+ue$oincremento en la viscosidad del agua.

3. E*pansin del petrleo en un rango del 0; al 3; por ciento45( dependiendo sobre su tipo de composicin y presin de saturacin.


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6. Reduccin en la densidad del petrleo. Esto disminuye el e2ecto de lasegregacin gravitacional durante la inyeccin de 7H3 gaseoso.

9. %na reduccin de la tensin inter2acial. 7on 7H3 en el estado gaseoso auna presin sucientemente alta donde la miscibilidad con el petrleo

pueda ser lograda.

@. 1ccin +umica sobre las rocas carbonticas o lutticas.

magistral control.docx

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