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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
INGENIERÍA CONCEPTUAL DE UN SISTEMA DE SUMINISTRO DE DIESEL A
LA PLANTA DE COGENERACIÓN W6-I
Trabajo Especial de Grado presentado ante la
Universidad Rafael Urdaneta para optar al título de:
INGENIERO QUÍMICO
Autor: Br. LOPES M, GENISIS C.
Br. PÉREZ M, EVA A.
Tutor Académico: Ing. NELSON MOLERO
Tutor Industrial: Ing. JOSÉ GARCÍA
Maracaibo, abril de 2012
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INGENIERÍA CONCEPTUAL DE UN SISTEMA DE SUMINISTRO DE DIESEL A
LA PLANTA DE COGENERACIÓN W6-I
Lopes Mármol, Genisis Carolina Pérez Molina, Eva Andreina
C.I. 21.357.466 C.I. 19.665.548 Av. Fuerzas Armadas, Calle 76 con Av. 2A, edificio
Urb. Portal Del Lago, cas 80. Los Granados, Apartamento 4A.
Telf: 0424-6218852 Telf: 0424-7555235
genisis_caro_lopes@hotmail.com perezeva25@hotmail.com
Molero, Nelson
Tutor académico
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DEDICATORIA
En primer lugar, le dedico este trabajo a Dios, por ser mi luz y guiarme, porque sin
el nada es posible en este mundo, por darme alegría, paz, fuerzas y voluntad paraseguir adelante y superar las adversidades.
A mis pilares fundamentales: mis padres, ya que con su apoyo y arduos consejos,
puedo lograr todo lo que me proponga en la vida.
A todos mis hermanos en general, como ejemplo de que todo en la vida se puede,
solo tienen que proponérselo y estar dispuesto en alcanzarlo.
A todos mis familiares, que en algún momento me dieron apoyo para llegar hasta
aquí.
Quiero dedicar este trabajo también a todas las personas y situaciones adversas,
porque gracias a estas se aprende a valorar las cosas y luchar por ellas. En la vida
para la realización de algo siempre se tiene que tener dos cosas: valor y honor,
valor o coraje para hacerlas, y honor para saber porque se hacen.
Genisis C. Lopes M.
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AGRADECIMIENTOS
A Dios todopoderoso, por darme salud, fuerzas, sabiduría y una vida para lograr
todas las metas establecidas, por siempre acompañarme en mi camino y guiarmehacia el éxito. Te amo inmensamente
A mis padres, quienes siempre velaron y desearon lo mejor para mi, por brindarme
estudios y fortaleza, Muchas gracias, los amo.
A mis hermanos que son unos necios todos, pero los quiero mucho, y usualmente
levantarme el ánimo cuando más lo necesito.
A toda mi familia, que está un poco zafada de los tornillos, pero siempre
apoyándome en todo lo que hago.
A mi tutor industrial el sr José García por brindarnos todos sus conocimientos, y
apoyarnos en la realización de este trabajo. Gracias por todo.
A la universidad Rafael Urdaneta por la oportunidad invaluable de alcanzar un
objetivo anhelado en mi vida.
A todos los profesores que me brindaron sus conocimientos para que yo pudiera
crecer y formarme académicamente.
Finalmente, a todas las personas que de una manea u otra me apoyaron para
hacer realidad todo esto a lo largo de mi carrera.
¡MIL GRACIAS A TODOS!
Genisis C. Lopes M.
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ÍNDICE GENERAL
RESUMEN
INTRODUCCIÓN pág.
CAPITULO I. EL PROBLEMA ............................................................................... 17
1.1. Planteamiento del problema ........................................................................... 17
1.2. Objetivos de la investigación .......................................................................... 19
1.2.1 Objetivo general ........................................................................................... 19
1.2.2 Objetivos específicos.................................................................................... 19
1.3. Justificación ................................................................................................... 191.4. Delimitación ................................................................................................... 20
1.4.1. Delimitación espacial ................................................................................... 20
1.4.2. Delimitación temporal .................................................................................. 20
1.4.3. Delimitación científica .................................................................................. 20
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO ......................................................................... 21
2.1. Descripción de la empresa ............................................................................. 21
2.2. Antecedentes ................................................................................................. 22
2.3. Bases teóricas ................................................................................................ 23
2.3.1. Ingeniería conceptual .................................................................................. 23
2.3.2. El gasóleo .................................................................................................... 25
2.3.3. Poliductos .................................................................................................... 27
2.3.3.1. Estaciones de bombeo ............................................................................. 28
2.3.3.2. Sistemas de detección de fugas ............................................................... 28
2.3.3.3. Interfase entre fluidos ............................................................................... 292.3.3.4. Sistema de control de interfase entre fluidos ............................................ 30
2.3.3.5. Poliductos en Venezuela .......................................................................... 30
2.3.4. Válvulas ....................................................................................................... 31
2.3.4.1. Válvula de control ..................................................................................... 32
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2.3.4.2. Categorías de válvulas ............................................................................. 33
2.3.5. Instrumentos de medición de flujo ............................................................... 46
2.3.5.1. Placa orificio ............................................................................................. 47
2.3.5.2. Tobera ...................................................................................................... 502.3.5.3. Tubo venturi ............................................................................................. 51
2.3.5.4. Tubo pitot ................................................................................................. 53
2.3.5.5. V-Cone ..................................................................................................... 55
2.3.5.6. Turbina ..................................................................................................... 56
2.3.5.7. Coriolis ..................................................................................................... 57
2.3.5.8. Ultrasónico ............................................................................................... 59
2.3.6. Planos de procesos y ubicación .................................................................. 622.3.6.1. Diagrama de flujo de procesos (DFP) ...................................................... 62
2.3.6.2. Plano maestro (Plot Plan) ......................................................................... 67
2.3.7. Hidráulica de tuberías para fluidos en fase liquida ...................................... 67
2.3.7.1. Principios de cálculo de caída de presión ................................................ 68
2.3.7.2. Tuberías rectas Horizontales .................................................................... 69
2.3.7.3. Efectos de accesorios .............................................................................. 70
2.3.8. Simuladores comerciales ............................................................................ 71
2.3.8.1. PIPEPHASE ............................................................................................. 74
2.3.9. Estimado de costos ..................................................................................... 75
2.3.9.1. Clases de estimado de costo ................................................................... 76
2.3.9.2. Contingencia ............................................................................................ 82
2.3.9.3. Escalación ................................................................................................ 82
2.4. Cuadro de variables ...................................................................................... 83
CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO ........................................................... 853.1. Tipo de investigación ...................................................................................... 85
3.2. Diseño de la investigación .............................................................................. 87
3.3. Técnicas de recolección de datos .................................................................. 88
3.4. Instrumento de recolección de datos .............................................................. 89
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3.5. Fases de la investigación .............................................................................. 90
3.5.1. Fase 1: Definir las bases y criterios de diseño necesarios para el suministro
de diesel ................................................................................................................ 90
3.5.2. Fase 2: Establecer la ubicación geográfica para la instalación de la tubería yaccesorios. ............................................................................................................ 91
3.5.3. Fase 3: Dimensionar la tubería para el suministro de diesel requerido por las
turbinas generadoras de la planta de cogeneración W6-I. .................................... 91
3.5.3. Fase 4: Desarrollar la documentación necesaria para la elaboración de la
ingeniería conceptual del sistema de suministro de diesel requerido por las
turbinas generadoras. ......................................................................................... 101
CAPITULO IV. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ............................................. 103
4.1. Fase 1: Definir las bases y criterios de diseño necesarios para el suministro de
diesel ................................................................................................................... 103
4.1.1. Criterios utilizados para el dimensionamiento de la tubería ..................... 103
4.1.2. Caudal del flujo del poliducto Sumandes ................................................... 109
4.1.3. Características del diesel enviado por el poliducto Sumandes.................. 109
4.1.4. Caudal de flujo requerido por la planta de cogeneración W6-I ............... 110
4.1.5. Distancia entre la bomba reforzadora de M6 y el punto de conexión ........ 110
4.1.6. Diámetro del poliducto Sumandes ............................................................. 110
4.2. Fase 2: Ubicación geográfica para la instalación de la tubería y equipos para
el suministro de diesel ......................................................................................... 110
4.2.1. Ubicación geográfica y local de la planta de cogeneración W6-I. ............. 110
4.2.2. Ubicación geográfica del poliducto Sumandes .......................................... 113
4.2.3. Ubicación geográfica de la conexión de la tubería entre el poliducto
Sumandes y el tanque de almacenamiento de diesel T-W6I4201 de la planta decogeneración W6-I. ............................................................................................. 115
4.3. Dimensionar la tubería para el suministro de diesel requerido por las turbinas
generadoras de la planta de cogeneración W6-I. ................................................ 116
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 .Destilación del petróleo ....................................................................... 26
Figura 2.3. Actuador de una válvula de control ..................................................... 33
Figura 2.4. Válvula de compuerta .......................................................................... 34
Figura 2.5. Válvula de macho ................................................................................ 35
Figura 2.6. Válvula de globo .................................................................................. 36
Figura 2.7. Válvula de bola. ................................................................................... 37
Figura 2.8. Válvula de Mariposa ............................................................................ 39
Figura 2.9. Válvula de Diafragma .......................................................................... 40
Figura 2.10. Válvula de Apriete. ............................................................................ 41
Figura 2.11. Válvula de retención (tipo de elevación) ............................................ 44
Figura 2.12. Válvula de desahogo (alivio) ............................................................. 46
Figura 2.13. Tipos de orificios ............................................................................... 48
Figura 2.14. Perfiles de orificios ............................................................................ 48
Figura 2.15. Tomas de presión alternativas. ......................................................... 49
Figura 2.16. Medidor de flujo tipo tobera .............................................................. 50
Figura 2.17. Tubo venturi ...................................................................................... 51
Figura 2.18. Combinación Venturi-tober. ............................................................... 52
Figura 2.19. Comparación entre diferentes dispositivos de presión diferencial con
respecto a la recuperación de la presión ............................................................... 53
Figura 2.20. Tubo Pitot en su forma más sencilla ................................................. 54
Figura 2.21. Medidor de flujo tipo V-Cone. ............................................................ 55
Figura 2.22. Medidor de flujo tipo turbina .............................................................. 57
Figura 2.23. Medidor de flujo tipo Coriolis ............................................................. 59
Figura 2.24. Medidor de flujo Ultrasónico .............................................................. 61
Figura 3.1. Apertura de Archivo para la Simulación. ............................................. 94
Figura 3.2. Selección del Modelo de Simulación ................................................... 95
Figura 3.3. Selección del Fluido a Manejar ........................................................... 95
Figura 3.4. Selección de Unidades de Medición. .................................................. 96
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Figura 3.5. Ventana de Confirmación de Datos ..................................................... 96
Figura 3.6. Ventana de Propiedades del Fluido .................................................... 97
Figura 3.7. Esquematización de la Simulación ...................................................... 97
Figura 3.8. Nodos Completados ............................................................................ 98
Figura 3.9. Ingreso de datos al nodo de Entrada. ................................................. 98
Figura 3.10. Ingreso de datos al nodo de Salida. .................................................. 99
Figura 3.11. Ingreso de Equipos ........................................................................... 99
Figura 3.12. Ingreso da datos de un equipo Especifico ....................................... 100
Figura 3.13.Ventana del Run............................................................................... 100
Figura 4.1. Ubicación Geográfica de la Planta de Cogeneración W6-I. .............. 111
Figura 4.2. Ubicación Local de la Planta de Cogeneración W6-I. ....................... 112
Figura 4.3. Recorrido Geográfico del Poliducto Sumandes. ................................ 114
Figura 4.4. Ubicación geográfica de la tubería para el sistema de suministro de
diesel de la planta de Cogeneración W6-I. .......................................................... 115
Figura 4.5. Esquematización del sistema de suministro de diesel ...................... 119
Figura 4.6. Datos en el nodo de generación ....................................................... 119
Figura 4.7. Datos del nodo de salida ................................................................... 120
Figura 4.8. Reporte de resultados del simulador PIPEPHASE 9.1. ..................... 120
Figura 4.9. PFD del sistema de suministro de diesel de la planta de .................. 126
Cogeneración W6-I ............................................................................................. 126
Figura 4.10. Plano general de la planta de Cogeneración W6-I. ......................... 127
Figura 4.11. Lista de Líneas. ............................................................................... 128
Figura 4.12. DTI del sistema de suministro de diesel de la planta de Cogeneración
W6-I. .................................................................................................................... 129
Figura 4.13. Estimación de costos del sistema de suministro de diesel de la planta
de Cogeneración W6-I. ....................................................................................... 132
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Lopes M. Genisis C.; Pérez M. Eva A. “Ingeniería conceptual de un sistema desuministro de diesel a la planta de Cogeneración W6-I”. Trabajo especial degrado. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de ingeniería. Escuela de ingenieríaquímica. Maracaibo, Venezuela, 2012. 152p
RESUMEN
La planta de Cogeneración W6-I es considerada como un aporte al PRADO(Macro proyecto de Adecuación Energética de Occidente), diseñada para generar100 MW por medio de 6 turbogeneradores. Al producir los 100 MW se generangases de escape que serán utilizados en la producción de vapor necesario para lainyección de pozos del bloque W-6. El combustible requerido por losturbogeneradores es diesel, estableciendo su suministro mediante cisternas,siendo inviable por la capacidad requerida de la planta. El objetivo de estainvestigación es desarrollar la ingeniería conceptual de un sistema de suministrode diesel a la planta de cogeneración W6-I, dicho suministro de diesel se hará através de una conexión con el Sumandes (poliducto que envía diesel y gasolinas).Por objetivos específicos se tienen: definir las bases y criterios necesarios para eldimensionamiento del sistema, establecer la ubicación física de la tubería yaccesorios, dimensionar el sistema de suministro de diesel, y desarrollar losdocumentos inherentes a la ingeniería conceptual. Para llevar a cabo eldimensionamiento del sistema se realizaron los cálculos según los criteriosestablecidos por la norma PDVSA L-TP 1.5, y se corroboró utilizando el simuladorPIPEPHASE 9.1, obteniendo como resultado una tubería de 10” Sch 40,originando un delta P de 2.44 pies/100 pies de tuberías y 8.77 pies/seg,cumpliendo con lo fijado en la norma PDVSA 90616.1.024 de “dimensionamientode tubería”. Se elaboraron los documentos correspondientes a ingenieríaconceptual como PFD, lista de líneas, balance de masa, descripción del proceso,DTI y filosofía de control, donde los últimos describen los arreglos establecidos yla operatividad del sistema de suministro de diesel asegurando su continuidad yabastecimiento. Se recomienda la continuación del proyecto en las diferentesdisciplinas de ingeniería, como ingeniería básica, la fase definición y futuraimplantación del proyecto.
Palabras claves: Sistema de suministro, Poliducto, ingeniería conceptual, diesel,Simulación de procesos, PIPEPHASE 9.1
Dirección electrónica:Genisis_caro_lopes@hotmail.com, Perezeva25@hotmail.com.
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Lopes M. Genisis C., Perez M. Eve A. “Conceptual engineering of a system ofdiesel supply to the cogeneration plant W6-I”. Degree thesis. UniversidadRafael Urdaneta. Faculty of Engineering. School of Chemical Engineering.Maracaibo, Venezuela, 2012. 152p
ABSTRACT
The Cogeneration Plant W6-I is considered as a contribution to PRADO (MacroEnergy Adequacy Project West), designed to generate 100 MW by 6turbogenerators. 100 MW to produce exhaust gases are generated that will beused in the production of steam necessary for the injection wells of the block W-6.The fuel required by the turbogenerator is diesel, setting its supply through tanks,being feasible on the required capacity of the plant. The objective of this researchis to develop conceptual engineering of a system of diesel supply to thecogeneration plant W6-I, the supply of diesel is made through a connection to theSumandes (pipeline that sends diesel and gasoline). For specific objectives are: toidentify the bases and criteria for the dimensioning of the system, establish thephysical location of the pipe and fittings, sizing the diesel supply system, anddevelop the documents relating to the conceptual engineering. To perform systemsizing calculations were performed according to standard criteria established byPDVSA L-TP 1.5, and was confirmed using the simulator PIPEPHASE 9.1,resulting in a pipe 10 "Sch 40, causing a pressure drop 2.44 feet/100 feet of pipeand 8.77 ft/sec, complying with the standard set of PDVSA 90616.1.024 "pipesizing.". Documents were made for conceptual engineering PFD, line list, massbalance, process description, DTI and control philosophy, where the last describethe arrangements and operation of the diesel supply system ensuring its continuityand supply . We recommend continuing the project in various engineeringdisciplines such as basic engineering, the definition phase and futureimplementation of the project.
Keywords: Supply System, Pipeline, conceptual engineering, diesel, processsimulation, PIPEPHASE 9.1
E-mail:Genisis_caro_lopes@hotmail.com, Perezeva25@hotmail.com
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INTRODUCCIÓN
El diesel es un producto blanco proveniente de la destilación del petróleo. Hoy en
Venezuela el diesel tiene una alta demanda de consumo, y es por esta razón quese ha ido incrementando el transporte del mismo a diferentes puntos del país. La
principal distribución de productos blancos en Venezuela está en la Península de
Paraguaná, de allí salen cisternas, tuberías y/o buques que distribuyen el diesel
por todo el país.
Venezuela tiene como misión dejar de utilizar los buques para transporte interno
de diesel, ya que por cuestiones político-económicas es más recomendable
utilizarlos para la exportación. Es por ello que PDVSA ha incrementado la creación
de poliductos para el transporte de productos blancos a nivel nacional. Los
principales poliductos a construir por PDVSA son el poliducto Sufaz y el remplazo
del Sumandes, los cuales abastecerán de productos blancos a todo el occidente
del país.
Actualmente la planta de cogeneración W6-I no cuenta con un sistema de
suministro de diesel, ya que la propuesta original planteada en el proyecto fue queel diesel necesario por las turbinas sería suministrado mediante cisternas, lo que
es notoriamente inviable ya que por la cantidad de diesel necesario por día se
necesitarían un mínimo de 25 cisternas diarias.
La finalidad de este trabajo de investigación es la elaboración de la ingeniería
conceptual de un sistema de suministro de diesel hacia la planta de cogeneración
W6-I. El diesel necesario por las turbinas generadoras de la planta de
cogeneración será suministrado por medio de una conexión que se hará con el
poliducto Sumandes.
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El trabajo está estructurado en cuatro (4) capítulos: el primero contiene el
planteamiento del problema, la justificación y los objetivos establecidos para hallar
la solución del mismo; el segundo comprende todas las notas teóricas sobre
ejecución de proyectos, tomando como referencia la fase de conceptualizar,productos típicos de esta fase (PFD, DTI, balance de masa, estimado costos clase
5 entre otros), la descripción del producto (diesel), clasificación de válvulas entre
otra información teórica necesaria para el entendimiento del trabajo; en el tercer
capítulo se plantean las actividades realizadas para dar cumplimiento a los
objetivos establecidos mediante una metodología de fases consecutivas y el
cuarto y último capítulo contiene el análisis de los resultados para cada fase
descrita incluyendo la propuesta de la ingeniería conceptual. Por último sepresentan las conclusiones y recomendaciones con los resultados obtenidos en la
investigación.
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CAPITULO I
EL PROBLEMA
1.1. Planteamiento del problema
La planta de cogeneración W6-I es un proyecto que ha sido conceptualizado como
aporte al PRADO (Proyecto de Adecuación Energética de Occidente). Este
sistema tiene como objetivo la producción de potencia eléctrica para suplir los
requerimientos energéticos del complejo criogénico de Occidente y generar vapor
de agua para la inyección a pozos petroleros del área de lagunillas y así mejorar
la producción de crudo.
La planta de cogeneración W6-I cuenta con un sistema de generación de potencia
y vapor compuesto por 6 paquetes de turbogeneradores los cuales pueden operar
con gas y con diesel. El esquema de operación será 5 en servicio y uno de
respaldo. El combustible diesel suministrado a estas turbinas será almacenado en
un tanque con capacidad de 6490m3 equivalentes a 7 días de pleno
funcionamiento de las turbinas.
En el proyecto de cogeneración se estableció originalmente que el combustible
diesel sería suministrado mediante cisternas; la cantidad de diesel promedio
requerida aproximadamente por día es de 926 m3, mientras que la capacidad de
una cisterna es de 37 m3, por lo tanto para poder mantener el funcionamiento de
las turbinas diariamente se necesitan 25 cisternas, lo cual notoriamente es inviable
pues el retraso de alguna de las cisternas ocasionaría dificultades al
funcionamiento de las turbinas de la planta de cogeneración W6-I.
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Como la opción de cisternas no es viable por lo expuesto anteriormente, se
necesitan otras formas de suministro de diesel. Una de las otras opciones
analizadas para transportar dicho combustible es a través de buques, que llevarán
el combustible desde los puntos de despacho ubicados en la Península deParaguaná hasta el Lago de Maracaibo y lo descargan por medio de monoboyas,
sin embargo, esto no es una solución aceptable ya que por cuestiones político-
económico es recomendable el uso de dichos buques para la exportación, de igual
forma se reducen los problemas ambientales que representan las operaciones en
el Lago de Maracaibo.
Existe otra solución la cual será el propósito del trabajo especial de grado, yconsiste en desarrollar la ingeniería conceptual de un sistema de suministro de
diesel que conecte la tubería que se instalará en el proyecto Sumandes con la
planta de cogeneración W6-I, en el que dicho proyecto abastezca el diesel
requerido para las turbinas.
El poliducto Sumandes de PDVSA tiene como objetivo abastecer de productos
blancos (diesel y gasolina) a la población del Estado Mérida, por medio de unatubería que va desde Bajo Grande (San Francisco-Estado Zulia) hasta el Vigía.
El propósito es derivar una línea hacia la planta de cogeneración W6-I, la cual
estará ubicada en las cercanías de Lagunillas Estado Zulia. En vista de que la
tubería del Sumandes en su recorrido pasará cerca de Lagunillas es muy factible
hacer está derivación hacia la planta de cogeneración W6-I.
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1.2. Objetivos de la investigación
1.2.1 Objetivo general
Desarrollar la ingeniería conceptual de un sistema de suministro de diesel a la
planta de cogeneración W6-I.
1.2.2 Objetivos específicos
1. Definir las bases y criterios de diseño necesarios para el suministro dediesel.
2. Establecer la ubicación física para la instalación de la tubería y accesorios.
3. Dimensionar la tubería para el suministro de diesel requerido por las
turbinas generadoras de la planta de cogeneración W6-I.
4. Desarrollar la documentación necesaria para la elaboración de la ingeniería
conceptual del proyecto sistema de suministro de diesel requerido por las
turbinas generadoras.
1.3. Justificación
El proyecto de investigación planteado, presenta relevancia debido a que ayudará
a solventar un problema básico e importante para la planta de cogeneración W6-I.
Para la realización de dicha investigación se presentarán implicaciones prácticas,
puesto que el desarrollo de la ingeniería conceptual de este sistema permitirá daruna visión completa del proyecto que se desea llevar a cabo, dando además un
mejor manejo operacional a las turbinas generadoras de electricidad y vapor de la
planta de cogeneración W6-I. El principal objetivo de esta planta es incrementar la
generación de potencia eléctrica al complejo criogénico del occidente.
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El desarrollo de la ingeniería conceptual del sistema de suministro va a llevar
consigo una investigación técnica y practica debido a que tendrá que cumplir con
una serie de normas y parámetros para poder alcanzar los objetivos, así como
también hacer mediciones de campo, dimensionar tuberías de acuerdo con lanorma PDVSA, y planos de instrumentación. Esto es una oportunidad de poner en
uso todos los conocimientos obtenidos en la Universidad Rafael Urdaneta a lo
largo de la carrera.
1.4. Delimitación
1.4.1. Delimitación espacial
La ingeniería conceptual del sistema de suministro de diesel a la planta de
cogeneración W6-I, se llevará a cabo en las oficinas de PDVSA Ingeniería y
Construcción en Maracaibo como también en la Universidad Rafael Urdaneta.
1.4.2. Delimitación temporal
El tiempo que se estima para realizar la investigación correspondiente al desarrollo
planteado comprende un tiempo aproximado de seis meses a partir de septiembre
de 2011.
1.4.3. Delimitación científica
Para la realización del trabajo especial de grado se utilizara programas
simuladores y las bases teóricas de diseño de plantas.
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CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. Descripción de la empresa
PDVSA Ingeniería y Construcción es una de filiales de PDVSA que fue constituida
en el año 2008, y tiene por objeto proveer, por cuenta propia o de terceros o
asociada a terceros, servicios de ingeniería y construcción derivados de las
necesidades de los proyectos mayores de PDVSA y sus empresas filiales. Así
mismo, la sociedad podrá realizar dentro de la República Bolivariana de
Venezuela o en el exterior, las actividades de servicios que conlleven a la
ingeniería y construcción de los proyectos mayores de PDVSA y sus empresas
filiales, tales como: implementación de proyectos de ingeniería, servicios de
ingeniería, procura, construcción, instalación, arranque y gerencia de refinerías,
mejoradores, plantas de petróleo y gas, estaciones, oleoductos y otros proyectos
relacionados con la industria petrolera.
Misión
Brindar servicios de ingeniería y construcción a Petróleos de Venezuela, empresas
mixtas y al estado Venezolano, mediante la ejecución de proyectos y obras en
todas sus fases, aplicando la experiencia de nuestra gente, con tecnología de
vanguardia, asegurando una gestión humanista, eficaz, eficiente, de calidad y en
armonía con el medio ambiente, para contribuir en la consolidación del modelo
Productivo Bolivariano Socialista.
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Visión
Ser la empresa de referencia nacional e internacional en servicios de ingeniería y
construcción, destacada por su gestión humanista, eficaz, eficiente y de calidad.
2.2. Antecedentes
Lino J. Colman Ll. (2009). Desarrollo de la ingeniería conceptual de una planta
de cloruro férrico para la empresa vencloro C. A. Maracaibo. Universidad
Rafael Urdaneta. Escuela de ingeniería Química.
El objetivo general de dicho trabajo especial de grado fue desarrollar la ingeniería
conceptual de una planta de cloruro férrico para la empresa Vencloro C.A. Se
logró este objetivo determinando la capacidad de cloruro férrico (FeCl3) necesaria
para la empresa, seleccionando la tecnología más viable para la obtención del
producto, y llevando a cabo el desarrollo de las premisas de la ingeniería
conceptual como balance de masa, diagrama de flujo del proceso, plano general
de la planta, dimensionamiento de los equipos y ubicación de los mismos. Estetipo de investigación se consideró como un proyecto factible: aquel que propone
una solución a un problema de tipo práctico. Normalmente se refiere a métodos,
modelos, planes, sistemas, programas, procesos, tecnologías...donde se realiza
un diagnóstico de la solución existente para precisar las condiciones del objeto de
estudio y alternativas de la solución y luego desarrollar la propuesta. Su diseño de
investigación fue de campo recolectando los datos y haciendo pruebas en la
misma empresa.
Este trabajo de investigación se consideró como aporte para la parte teórica de las
premisas de la ingeniería conceptual, junto con el tipo y diseño de investigación
perteneciente a las bases metodológicas del trabajo.
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Sarcos, Isaac (2010). Ingeniería conceptual de una red de distribución de gas
doméstico para el Sector Cujizal, Parroquia la Concepción, Municipio la
Cañada de Urdaneta. Maracaibo. Universidad Rafael Urdaneta. Escuela de
Ingeniería Química.
Esta tesis tiene por objetivo general desarrollar la ingeniería conceptual de una red
de distribución de gas doméstico para el sector Cujizal, parroquia la concepción,
municipio la cañada de Urdaneta, debido a que la zona mencionada no poseía
una red de gas doméstico. Para llevar a cabo su objetivo establecieron los criterios
de diseño, las condiciones del lugar realizando una serie de simulaciones con
PIPEPHASE y GASNET. Determinaron los diámetros internos del sistema detuberías, el paquete de ingeniería conceptual, establecieron los costos al paquete
siendo aprobado su diseño. El tipo de investigación fue un proyecto factible,
mencionando que los proyectos factibles constituyen propuestas para transformar
una realidad, al cubrir una necesidad o solucionar un problema, aportando el
diseño o creación de un modelo. Su diseño de investigación fue de campo.
De esta tesis se consideró de aporte a algunas bases de paquete de ingenieríaconceptual como estimado de costos y PFD, en cuanto a la parte teórica de la
metodología de investigación, ayudo a corroborar con el tipo de investigación y a
la realización del sistema de variables.
2.3. Bases teóricas
2.3.1. Ingeniería conceptual
Es un paquete de información técnico económico que contiene las principales
características de un proyecto de ingeniería, entre ellos: descripción del proceso
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productivo, características de los productos finales, materia prima utilizada y
requerimientos generales de área.
La finalidad primordial es permitir a la gerencia de PDVSA Ingeniería y
Construcción, conocer el alcance del proyecto y un estimado de los costos que
implica la construcción del proyecto en cuestión.
Documentos:
Descripción del proceso: es una explicación paso a paso de la operación y
comportamiento de la planta de cogeneración
Diagrama de flujo de procesos (DFP): es un diagrama simplificado de la
descripción del proceso
Especificación de equipos: es la información técnica de diseño de los
principales equipos del proceso
Estándares de tubería (PipingClass): es el estándar por el cual se diseñaran
las redes de tubería (materiales, velocidades, caídas de presión, entre
otros).
Consumo de químicos: es la especificación de las cantidades ycaracterísticas de los químicos consumidores en el proceso.
La ingeniería conceptual sirve para identificar la viabilidad técnica y económica del
proyecto y marcará la pauta para el desarrollo de la ingeniería básica y de detalle.
Se basa en un estudio previo (estudio de viabilidad) y en la definición de los
requerimientos del proyecto.
Los principales conceptos a analizar y estudiar en esta fase son:
Productos y capacidad de producción
Normativas y regulación
Descripción del proceso de fabricación y requerimientos de usuario
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20 carbones, mientras que los componentes de la gasolina se ubican en el orden
de 12 carbones o menos.
El combustible diesel, también se manufactura, en muchos casos a partir de
mezclas de gasóleos con querosinas, y aceite cíclico ligero, el cual es producto del
proceso de desintegración catalítica fluida.
En un tiempo, la manufactura de diesel involucró utilizar lo que quedaba después
de remover productos valiosos del petróleo. Hoy en día el proceso de fabricación
del diesel es muy complejo ya que comprende escoger y mezclar diferentes
fracciones de petróleo para cumplir con especificaciones precisas. La producción
de diesel estable y homogéneo requiere de experiencia, respaldada por un estricto
control de laboratorio.
Figura 2.1.Destilación del petróleo. (Stewart, 1999)
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El gasóleo, también denominado gasoil o diésel, es un líquido de color blanco o
verdoso, compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente
como combustible en motores diésel y en calefacción. Su poder calorífico es de
8.800 kcal/kg.
Propiedades del diesel:
En 2010 la densidad del diésel proveniente de petróleo era aproximadamente de
0.832 kg/l (varía según la región), un 12% más que la gasolina que tiene una
densidad de 0.745 kg/l. Aproximadamente el 86.1% del diésel es carbono, y
cuando se combustiona ofrece un valor calorífico de 43.1 MJ/kg contra 43.2 MJ/kg
de la gasolina. Sin embargo, debido a la mayor densidad, el diésel ofrece unadensidad volumétrica energética de 35,86 MJ/l contra los 32,18 MJ/l de la
gasolina, lo que supone un 11% mayor, que podría ser considerada cuando
comparamos la eficiencia del gasoil frente al volumen. Las emisiones de CO2 del
diésel son de 73,25 g/MJ, solo ligeramente más bajas que la gasolina, con 73,38
g/MJ.
El gasóleo es generalmente más simple de refinar del petróleo que la gasolina, ycontiene hidrocarbonos con un punto de ebullición entre 180-360 °C. El precio del
diésel suele crecer en los meses fríos ya que aumenta la demanda de fueloil, que
es refinado de la misma fracción. Debido a los recientes cambios en la normativa
de calidad del combustible, las refinerías están obligadas a sustraer el sulfuro, lo
que contribuye a aumentar el coste. (Stewart, 1999).
2.3.3. Poliductos
Son redes de tuberías destinadas al transporte de hidrocarburos o productos
terminados.
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http://es.wikipedia.org/wiki/Parafinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Combustiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_di%C3%A9selhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gasolinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fueloilhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fueloilhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gasolinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_di%C3%A9selhttp://es.wikipedia.org/wiki/Combustiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Parafina
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Los poliductos pueden transportar distintos tipos de petróleo crudo, kerosene,
naftas, gasoil y gases licuados. El transporte se realiza en baches sucesivos, de
acuerdo a programaciones prestablecidas controladas por centros de
computación, encargados de regular las presiones y la velocidad dedesplazamiento de cada producto. A condición de que se cumplan ciertas normas,
el nivel de mezcla de los sucesivos productos que pasan por el poliducto alcanza
solo a pocas decenas de metros.
Dados los enormes volúmenes transportados, los niveles de contaminación solo
llegan a una fracción de 1% de mezclas entre fluidos. Sucede normalmente que
uno de grandes dimensiones contenga cuatro o cinco productos diferentes endistintos puntos de su recorrido, para su entrega en la terminal de recepción o
estaciones intermedias ubicadas a lo largo de la ruta.
2.3.3.1. Estaciones de bombeo
Están compuestos de diferentes dispositivos y condiciones, que permiten
transportar fluidos a través de tuberías o líneas de petróleo o derivados del mismo.
Los dispositivos más significativos dentro de una estación de bombeo son las
bombas, las cuales efectúan el trabajo de adicionar energía al líquido, pero el
sistema de bombeo se complementa con el uso de tuberías, válvulas, filtros y
accesorios.
2.3.3.2. Sistemas de detección de fugas
Se llama sistema de detección de fugas, al arreglo de válvulas de medición de
flujo que se encargan de transmitir las posibles variaciones dentro de las tuberías
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y alertar sonora y visualmente en las salas de control correspondientes, para su
corrección. (CorpoCentro, 2007)
2.3.3.3. Interfase entre fluidos
Se define una interfase como la superficie de contacto entre dos fases
condensadas (dos líquidos o un líquido y un sólido). La propiedad más relevante
de la interfase es su área, la cual es en general grande en la mayoría de las
aplicaciones de interés. Al dispersar una fase en otra, se obtienen varios sistemas,
llamados dispersiones en forma genérica.
Cuando se ponen en contacto dos líquidos inmiscibles el sistema considerado
estará formado por las dos fases líquidas y la interfase de contacto entre ellas. Las
moléculas de la interfase entre dos líquidos estarán sometidas a fuerzas de
magnitudes diferentes a las que están sometidas las moléculas del seno de cada
uno de los líquidos (ver figura 2.2). Además se tendrán también interacciones de
tipo Van der Waals con las moléculas del otro líquido en la interfase, lo que
conducirá a que la tensión a la interfase (tensión interfacial) tenga un valor
intermedio entre las tensiones superficiales de los dos líquidos condensados.
(Salager, 2005)
Figura 2.2. Interfase entre dos líquidos. (Salager, 2005)
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2.3.3.4. Sistema de control de interfase entre fluidos
Se refiere a la inclusión de instrumentos de medición de densidad, color y/o
viscosidad dentro de la instalación de un poliducto. En la mayoría de los casos se
utilizan los densitómetros, que es un dispositivo que mide el grado de oscuridad
(densidad óptica) de un material semitransparente o de una superficie reflectante,
estos actúan por medio de vibraciones a frecuencia de resonancias, para la
evaluación real de la calidad de los productos.
2.3.3.5. Poliductos en Venezuela
Petróleos de Venezuela está desarrollando diferentes proyectos para la
implantación de poliductos, que estén ubicados a través de los estados Falcón,
Zulia, Carabobo y Anzoátegui, que se ubican entre los estados más importantes.
Estos poliductos formaran parte de la gran interconexión entre los principales
centros de refinación y centros de distribución a nivel nacional. Lo cual les
permitirá suplir la gran demanda de crudo y/o productos terminados a la población.
Los siguientes proyectos se consideran los más importantes, hasta ahora
realizados y por entrar en funcionamiento:
Remplazo del poliducto Sumandes
Poliducto Sufaz
Prolongación del poliducto Sumandes
Poliducto CRP-El Palito Poliducto Puerto la Cruz-Maturín
Poliducto Yagua – Valles del Tuy
Poliducto Puerto Ordaz – Santa Elena de Uairén
Poliducto Barinas – Sur Apure
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Poliducto Barinas – Calabozo
(CorpoCentro, 2007)
2.3.4. Válvulas
Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede
iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una
pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o
conductos.
Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la
industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar,
conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y
gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños
van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden
trabajar con presiones que van desde el vació hasta más de 20000 lb/in² (140
Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas
instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientosno tienen importancia.
La palabra flujo expresa el movimiento de un fluido, pero también significa para
nosotros la cantidad total de fluido que ha pasado por una sección determinada de
un conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo, es decir, la cantidad de
fluido que circula por una sección determinada del conducto en una unidad de
tiempo.
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2.3.4.1. Válvula de control
La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un
lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio
cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal
en una forma determinada.
Partes de la válvula de control
Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte
motriz o actuador y el cuerpo.
Actuador:
El actuador también llamado accionador o motor, puede ser neumático, eléctrico o
hidráulico, pero los más utilizados son los dos primeros, por ser las más sencillas y
de rápida actuaciones. Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la
industria son accionadas neumáticamente.
Los actuadores neumáticos constan básicamente de un diafragma, un vástago y
un resorte tal como se muestra en la figura 2.3. Lo que se busca en un actuador
de tipo neumático es que cada valor de la presión recibida por la válvula
corresponda una posición determinada del vástago. Teniendo en cuenta que la
gama usual de presión es de 3 a 15 lb/pulg² en la mayoría de los actuadores se
selecciona el área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un
cambio de presión de 12 lb/pulg², produzca un desplazamiento del vástago igual al
100% del total de la carrera.
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Figura 2.3. Actuador de una válvula de control. (http://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htm)
Cuerpo de la válvula:
Este está provisto de un obturador o tapón, los asientos del mismo y una serie de
accesorios. La unión entre la válvula y la tubería puede hacerse por medio de
bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. El tapón es el encargado de
controlar la cantidad de fluido que pasa a través de la válvula y puede accionar en
la dirección de su propio eje mediante un movimiento angular. Esta unido por
medio de un vástago al actuador.
2.3.4.2. Categorías de válvulas
Debido a las diferentes variables, no puede haber una válvula universal; por tanto,
para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado
innumerables diseños y variantes con el paso de los años, conforme se han
desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de válvulas recaen en nueve
categorías: válvulas de compuerta, válvulas de globo, válvulas de bola, válvulas de
mariposa, válvulas de apriete, válvulas de diafragma, válvulas de macho, válvulas
de retención y válvulas de desahogo (alivio). Estas categorías básicas se
describen a continuación:
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Válvulas de compuerta
La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con
un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulos rectos sobre el asiento.
Figura 2.4. Válvula de compuerta. (http://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htm)
Recomendada para: Servicio con apertura total o cierre total, sin estrangulación
Para uso poco frecuente
Para resistencia mínima a la circulación
Para mínimas cantidades de fluido o liquido atrapado en la tubería
Aplicaciones
Servicio general, aceites y petróleo, gas, aire, pastas semilíquidas, líquidosespesos, vapor, gases y líquidos no condensables, líquidos corrosivos.
Ventajas
Alta capacidad
Cierre hermético
Bajo costo
Diseño y funcionamiento sencillos Poca resistencia a la circulación
Desventajas
Control deficiente de la circulación.
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Se requiere mucha fuerza para accionarla.
Produce cavitación con baja caída de presión
Debe estar cubierta o cerrada por completo.
La posición para estrangulación producirá erosión del asiento y del disco.
Válvulas de macho
La válvula de macho es de ¼ de vuelta, que controla la circulación por medio de
un macho cilíndrico o cónico que tiene un agujero en el centro, que se puede
mover de la posición abierta a la cerrada mediante un giro de 90°.
Figura 2.5. Válvula de macho. (http://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htm)
Recomendada para:
Servicio con apertura total o cierre total
Para accionamiento frecuente
Para baja caída de presión a través de la válvula.
Para resistencia mínima a la circulación.
Para cantidad mínima de fluido atrapado en la tubería
Aplicaciones:
Servicio general, pastas semilíquidas, líquidos, vapores, gases, corrosivos
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Aplicaciones:
Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.
Ventajas:
Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o
asiento
Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el
tiempo y desgaste en el vástago y el bonete
Control preciso de la circulación
Disponible con orificios múltiples.
Desventajas:
Gran caída de presión
Costo relativo elevado.
Válvulas de bola
Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira
entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición abierta
y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto.
Figura 2.7. Válvula de bola. (http://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htm)
Recomendada para:
Para servicio de conducción y corte, sin estrangulación
Cuando se requiere apertura rápida.
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Para temperaturas moderadas
Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación
Aplicaciones:
Servicio general, altas temperaturas, pastas semilíquidas
Ventajas:
Bajo costo
Alta capacidad
Corte bidireccional
Circulación en línea recta
Pocas fugas
Se limpia por si sola.
Poco mantenimiento.
No requiere lubricación.
Cierre hermético con baja torsión.
Desventajas:
Características deficientes para estrangulación
Alta torsión para accionarla
Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras
Propensa a la cavitación
Válvulas de mariposa
La válvula de mariposa es de ¼ de vuelta y controla la circulación por medio de un
disco circular, con el eje de su orificio en ángulos rectos con el sentido de la
circulación.
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Figura 2.8. Válvula de Mariposa. (http://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htm)
Recomendad para:
Servicio con apertura total o cierre total.
Servicio con estrangulación
Para accionamiento frecuente Cuando se requiere corte positivo para gases o líquidos
Cuando solo se permite un mínimo de fluido atrapado en la tubería
Para baja ciada de presión a través de la válvula.
Aplicaciones
Servicio general, líquidos, gases, pastas semilíquidas, líquidos con sólidos en
suspensión.
Ventajas
Ligera de peso, compacta, bajo costo.
Requiere poco mantenimiento.
Número mínimo de piezas móviles.
No tiene bolas o cavidades.
Alta capacidad. Circulación en línea recta.
Se limpia por si sola.
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Desventajas
Alta torsión para accionarla.
Capacidad limitada para caída de presión.
Propensa a la cavitación.
Válvulas de diafragma
Las válvulas de diafragma son de vueltas múltiples y efectúan el cierre por medio
de un diafragma flexible sujeto a un compresor. Cuando el vástago de la válvula
hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta la
circulación.
Figura 2.9. Válvula de Diafragma. (http://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htm)
Recomendada para: Servicio con apertura total o cierre total
Para servicio de estrangulación.
Para servicio con bajas presiones de operación
Aplicaciones
Fluidos corrosivos, materiales pegajosos o viscosos, pastas semilíquidas fibrosas,
lodos, alimentos, productos farmacéuticos
Ventajas
Bajo costo
No tienen empaquetaduras.
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No hay posibilidad de fugas por el vástago
Inmune a los problemas de obstrucción, corrosión o formación de gomas en
los productos que circulan.
Desventajas
Diafragma susceptible de desgaste.
Elevada torsión al cerrar con la tubería llena.
Válvulas de apriete
La válvula de apriete es de vueltas múltiples y efectúa el cierre por medio de uno o
más elementos flexibles, como diafragmas o tubos de caucho que se pueden
apretar u oprimir entre sí para cortar la circulación.
Figura 2.10. Válvula de Apriete. (http://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htm)
Recomendada para:
Servicio de apertura y cierre.
Servicio de estrangulación.
Para temperaturas moderadas.
Cuando hay baja caída de presión a través de la válvula.
Para servicios que requieren poco mantenimiento.
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Aplicaciones
Pastas semilíquidas, lodos y pastas de minas, líquidos con grandes cantidades de
sólidos en suspensión, sistemas para conducción neumática de sólidos, servicio
de alimentos.
Ventajas
Bajo costo, poco mantenimiento y diseño sencillo.
No hay obstrucciones o bolsas internas que la obstruyan.
No corrosiva y resistente a la abrasión.
Desventajas
Aplicación limitada para vació.
Difícil de determinar el tamaño.
Válvulas de retención (check) y de desahogo (alivio)
Hay dos categorías de válvulas y son para uso específico, más bien que para
servicio general: válvulas de retención (check) y válvulas de desahogo (alivio). Al
contrario de los otros tipos descritos, son válvulas de accionamiento automático,
funcionan sin controles externos y dependen para su funcionamiento de sentido de
circulación o de las presiones en el sistema de tubería. Como ambos tipos se
utilizan en combinación con válvulas de control de circulación, la selección de la
válvula, con frecuencia, se hace sobre la base de las condiciones para seleccionar
la válvula de control de circulación
Válvulas de retención (check)
La válvula de retención está destinada a impedir una inversión de la circulación. La
circulación del líquido en el sentido deseado abre la válvula; al invertirse la
circulación, se cierra. Hay tres tipos básicos de válvulas de retención: 1) válvulas
de retención de columpio, 2) de elevación y 3) de mariposa.
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1. Válvulas de retención del columpio
Esta válvula tiene un disco embisagrado o de charnela que se abre por completo
con la presión en la tubería y se cierra cuando se interrumpe la presión y empieza
la circulación inversa. Hay dos diseños: uno en "Y" que tiene una abertura deacceso en el cuerpo para el esmerilado fácil del disco sin desmontar la válvula de
la tubería y un tipo de circulación en línea recta que tiene anillos de asiento
remplazables.
Recomendada para:
Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.
Cuando hay cambios poco frecuentes del sentido de circulación en latubería.
Para servicio en tuberías que tienen válvulas de compuerta.
Para tuberías verticales que tienen circulación ascendente
Aplicaciones:
Para servicio con líquidos a baja velocidad.
Ventajas
Puede estar por completo a la vista.
La turbulencia y las presiones dentro de la válvula son muy bajas.
El disco en "Y" se puede esmerilar sin desmontar la válvula de la tubería.
2. Válvulas de retención de elevación
Una válvula de retención de elevación es similar a la válvula de globo, excepto que
el disco se eleva con la presión normal en la tubería y se cierra por gravedad y la
circulación inversa
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Figura 2.11. Válvula de retención (tipo de elevación). (http://duplex-
valves.com/tipos-de-valvulas.htm)
Recomendada para:
Cuando hay cambios frecuentes de circulación en la tubería.
Para uso con válvulas de globo y angulares. Para uso cuando la caída de presión a través de la válvula no es problema.
Aplicaciones
Tuberías para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de
circulación.
Ventajas Recorrido mínimo del disco a la posición de apertura total.
Acción rápida.
3. Válvula de retención de Mariposa
Una válvula de retención de mariposa tiene un disco dividido embisagrado en un
eje en el centro del disco, de modo que un sello flexible sujeto al disco este a 45°
con el cuerpo de la válvula, cuando esta se encuentra cerrada. Luego, el discosolo se mueve una distancia corta desde el cuerpo hacia el centro de la válvula
para abrir por completo.
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Recomendada para:
Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación en la tubería.
Cuando hay cambios frecuentes en el sentido de la circulación.
Para uso con las válvulas de mariposa, macho, bola, diafragma o deapriete.
Aplicaciones
Servicio para líquidos o gases.
Ventajas
El diseño del cuerpo se presta para la instalación de diversos tipos de
camisas de asiento.
Menos costosa cuando se necesita resistencia a la corrosión.
Funcionamiento rápido.
La sencillez del diseño permite construirlas con diámetros grandes.
Se puede instalar virtualmente en cualquier posición.
Válvulas de Desahogo (Alivio)
Una válvula de desahogo, es de acción automática para tener regulación
automática de la presión. El uso principal de esta válvula es para servicio no
comprimible y se abre con lentitud conforme aumenta la presión.
La válvula de seguridad es similar a la válvula de desahogo y se abre con rapidez
con un "salto" para descargar la presión excesiva ocasionada por gases o líquidos
comprimibles.
El tamaño de las válvulas de desahogo es muy importante y se determina
mediante fórmulas específicas.
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Figura 2.12. Válvula de desahogo (alivio). (http://duplex-valves.com/tipos-de-
valvulas.htm)
Recomendada para:
Sistemas en donde se necesita una gama predeterminada de presiones.
Aplicaciones:
Agua caliente, vapor de agua, gases, vapores.
Ventajas
Bajo costo.
No se requiere potencia auxiliar para la operación.
(http://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htm)
2.3.5. Instrumentos de medición de flujo
La medida de caudal en conducciones cerradas, consiste en la determinación de
la cantidad de masa o volumen que circula por la conducción por unidad de
tiempo. Los instrumentos que llevan a cabo la medida de un caudal se denominan,
habitualmente, caudalímetros o medidores de caudal, constituyendo una
modalidad particular los contadores, los cuales integran dispositivos adecuados
para medir y justificar el volumen que ha circulado por la conducción.
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http://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htmhttp://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htmhttp://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htmhttp://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htmhttp://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htmhttp://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htm
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Los medidores de caudal volumétrico pueden determinar el caudal de volumen de
fluido de dos formas:
Directamente, mediante dispositivos de desplazamiento positivo, o
Indirectamente, mediante dispositivos de: presión diferencial, área variable,
velocidad, fuerza, etc.
En la industria se realiza la medida de caudal volumétrico generalmente con
instrumentos que dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido. Esta clase
de medidores presenta una reducción de la sección de paso del fluido, dando
lugar a que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su
energía cinética y, por consiguiente, su presión tiende a disminuir en una
proporción equivalente, de acuerdo con el principio de la conservación de la
energía, creando una diferencia de presión estática entre las secciones aguas
arriba y aguas abajo del medidor.
Se estima que, actualmente, al menos un 75% de los medidores industriales en
uso son dispositivos de presión diferencia. Entre los principales tipos de medidores
de presión diferencial se pueden destacar los siguientes: placas de orificio,
toberas, tubos venturi, tubos pitot, v-cone, turbina, coriolis y ultrasónico.
2.3.5.1. Placa orificio
La placa de orificio consiste en una placa perforada que se instala en la tubería. El
orificio de la placa, como se muestra en la figura 2.13, puede ser: concéntrico,
excéntrico y segmental.
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Con el fin de evitar arrastres de sólidos o gases que pueda llevar el fluido, la placa
incorpora, normalmente, un pequeño orificio de purga.
Figura 2.13. Tipos de orificios (UNE - EN ISO 5167-1:1996).
Entre los diversos perfiles de orificio que se utilizan, según se muestra en la figura
2.14, se pueden destacar los siguientes: de cantos vivos, de cuarto de círculo y de
entrada cónica.
Figura 2.14. Perfiles de orificios (UNE - EN ISO 5167-1:1996).
El más utilizado es el de cantos vivos, aunque también se usan las placas de
cuarto de círculo y las de entrada cónica, especialmente cuando el fluido es
viscoso.
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Para captar la presión diferencial que origina la placa de orificio, es necesario
conectar dos tomas, una en la parte anterior y otra en la parte posterior de la
placa. La disposición de la toma, según se muestra en la figura 2.15, puede ser:
en las bridas, en la vena contraída, y en la tubería.
Figura 2.15. Tomas de presión alternativas (UNE - EN ISO 5167-1:1996).
Las tomas en la brida se usan para tamaños de tubería de 2 in (50,8 mm) osuperiores.
En el caso de las tomas en la vena contraída, la toma antes de la placa se sitúa a
1 in (25,4mm) de distancia de la placa, mientras que la toma posterior se debe
situar en el punto de mínima presión, donde la vena alcanza su diámetro más
pequeño.
Las tomas en la tubería se sitúan a 2 1/2 y 8 diámetros de tubería
respectivamente, antes y después de la placa de orificio.
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Características:
La relación Qmax/Qmin debe ser menor a 3
Espesor aproximado 1/8”. Se utiliza en régimen de flujo turbulento
Re>20000 No se deben utilizar con fluidos abrasivos o que arrastren partículas solidas
Sencillez de construcción
Funcionamiento se comprende con facilidad
Económicos
Su error de medición en líquidos es entre 1% y 3%
Puede producir caídas de presión significativas
Su precisión suele ser menor que la de medidores modernos Se puede obstruir y reducir el diámetro del orificio.
El coeficiente de descarga puede cambiar con el tiempo debido al desgaste
y la acumulación de suciedad.
2.3.5.2. Tobera
Presenta una entrada curvada que se prolonga en un cuello cilíndrico, siendo elcoeficiente de descarga similar al del tubo Venturi. Sin embargo, la caída de
presión es del mismo orden que en la placa orificio, para el mismo caudal y con el
mismo tamaño de tubería.
Figura 2.16. Medidor de flujo tipo tobera (UNE - EN ISO 5167-1:1996).
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Características de la tobera:
Es similar a la Placa Orificio.
La relación de Qmax/Qmin es de 4,8 (60% mayor a la placa orificio).
Es menos propensa a la obstrucción en comparación a la P.O. por lo cualtiene mayor vida útil.
La pérdida de presión permanente es menor.
Precisión es de 0.95% a 1.5%.
Es más costosa que la P.O.
Produce perdidas de presión entre 30% y 80% de la presión diferencial.
2.3.5.3. Tubo venturi
En la figura 2.17, se muestra el perfil de un tubo Venturi clásico, donde se puede
apreciar la disposición de las tomas de presión para determinar la presión
diferencial.
Figura 2.17. Tubo venturi (UNE - EN ISO 5167-1:1996).
Como se aprecia en la figura 2.17, se pueden destacar tres partes fundamentales:
a) una sección de entrada cónica convergente en la que la sección transversal
disminuye, lo que se traduce en un aumento de la velocidad del fluido y una
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disminución de la presión; b) una sección cilíndrica en la que se sitúa la toma de
baja presión, y donde la velocidad del fluido se mantiene prácticamente constante,
y c) una tercera sección de salida cónica divergente en la que la sección
transversal aumenta, disminuyendo la velocidad y aumentando la presión. Laincorporación de esta sección de salida permite una recuperación de la mayor
parte de la presión diferencial producida y, por tanto, un ahorro de energía.
Con el fin de reducir las pérdidas de carga causadas por una tobera, puede
acoplarse a continuación de la tobera una sección divergente similar a la utilizada
para un tubo Venturi, resultando una combinación que se denomina Venturi-
tobera, como se muestra en la figura 2.18, donde pueden apreciarse las tomas de
presión.
Figura 2.18. Combinación Venturi-tobera (UNE - EN ISO 5167-1:1996).
En la figura 2.19, se muestra una comparación entre varios elementos de presión
diferencial con respecto a la recuperación de la presión.
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Figura 2.19. Comparación entre diferentes dispositivos de presión diferencial con
respecto a la recuperación de la presión (UNE - EN ISO 5167-1:1996).
Las principales limitaciones de los tubos Venturi son su elevado coste y la longitud
necesaria para su instalación, sobre todo para grandes tamaños de tubería. Sin
embargo, debido a su baja pérdida de carga, son justificados en casos donde
tienen que bombearse grandes cantidades de líquido de forma continua. Cuando
la pérdida de carga no es importante, suele prescindirse del tubo venturi y
sustituirse por una placa de orificio debido a su menor coste y mayor facilidad de
instalación y mantenimiento.
2.3.5.4. Tubo pitot
El tubo de pitot es quizá la forma más antigua de medir la presión diferencial y
también conocer la velocidad de circulación de un fluido en una tubería.
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En la figura 2.20, se muestra en su forma más sencilla, un pequeño tubo con la
entrada orientada en contra del sentido de la corriente del fluido. La velocidad del
fluido en la entrada del tubo se hace nula, al ser un punto de estancamiento,
convirtiendo su energía cinética en energía de presión, lo que da lugar a unaumento de presión dentro del tubo de pitot.
Figura 2.20. Tubo Pitot en su forma más sencilla (UNE - EN ISO 5167-1:1996).
Los tubos de pitot son instrumentos sencillos, económicos y disponibles en un
amplio margen de tamaños. Si se utilizan adecuadamente pueden conseguirse
precisiones moderadas y, aunque su uso habitual sea para la medida de la
velocidad del aire, se usan también, con la ayuda de una técnica de integración,
para indicar el caudal total en grandes conductos y, prácticamente, con cualquier
fluido. Probablemente la principal desventaja sea su dificultad para medir bajas
velocidades del aire.
Para líquidos quizás el principal problema sea la rotura de la sonda.
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2.3.5.5. V-Cone
Se utiliza para una gran variedad de fluidos. Tiene mejor exactitud y repetibilidad
que otros caudalímetros de presión diferencial anteriormente mencionados.
También posee una gran rangeability y requiere poco mantenimiento.
Posee un cono (que se encuentra en la parte central de la cañería) de
dimensiones normalizadas por el fabricante, que le permite actuar como su propio
acondicionador de flujo. Este cono produce un descenso de presión que se puede
medir mediante un transmisor de presión diferencial. El instrumento acondiciona
totalmente el fluido y lo homogeniza antes de realizar la medición. Requiere
tramos rectos menores a otros caudalímetros.
Características
No posee partes móviles
Rangeability es de 10:1
Precisión es 0,5%
Requiere tramos rectos
Figura 2.21. Medidor de flujo tipo V-Cone (UNE - EN ISO 5167-1:1996).
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2.3.5.6. Turbina
Consiste en un rotor que gira al paso del fluido con una velocidad directamente
proporcional al caudal. Tanto para líquidos como para gases, funciona con el
mismo principio. La velocidad del fluido ejerce una fuerza de arrastre en el rotor.
La diferencia de presiones, debido al cambio de área que se produce entre el rotor
y el cono posterior, ejerce una fuerza igual opuesta. De esta forma, el rotor está
equilibrado. Los medidores de turbina para gas o líquido difieren
fundamentalmente en el diseño del rotor. Una salida mediante impulsos eléctricos
se produce cuando se detecta el paso de cada paleta alrededor de uno o mássensores situados en el campo del medidor.
El punto más débil en un medidor de turbina para líquidos son los cojinetes, ya
que deben soportar el peso del rotor. Para poder predecir la característica de
comportamiento de un medidor de turbina es necesaria que sea calibrada la
relación entre el número de impulsos emitidos y el volumen de fluido que está
circulando por los alabes (en forma experimental). Esto da como resultado unacurva de calibración. Se puede estimar que dentro de cierto rango dado por la
curva de calibración, el medidor tiene una salida del tipo lineal y el volumen de
líquido que pasa a través del medidor es casi proporcional al número de impulsos
recibidos, dejando de ser preciso para caudales fuera de dicho rango.
Características
Amplia Rangeability. No se puede utilizar para la medición de fluidos viscosos.
Costo moderado.
Mide líquidos y gases. No se utiliza para la medición de vapores.
Requerimiento de tramos rectos aguas arriba y abajo del medidor.
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Tiene pérdida de carga permanente considerable.
Como tiene partes móviles, no tolera partículas.
Se debe realizar mantenimiento.
Debe instalarse de tal modo que no se vacíe cuando cesa el caudal, ya queel choque a elevadas velocidades dañaría el medidor.
Figura 2.22. Medidor de flujo tipo turbina (UNE - EN ISO 5167-1:1996).
2.3.5.7. Coriolis
El medidor Coriolis se basa en el teorema de Coriolis. La generación de la fuerza
Coriolis puede producirse de dos formas:
Una por inversión de las velocidades lineales del fluido mediante la desviación
de un bucle en forma de omega en estado de vibración controlada (frecuencia de
resonancia). La vibración del tubo perpendicular al sentido de desplazamiento del
fluido crea una fuerza de aceleración en la tubería de entrada del fluido y una
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fuerza de deceleración en la de salida. Se genera un par cuyo sentido va variando
de acuerdo con la vibración y con el ángulo de torsión del tubo, que es
directamente proporcional a la masa instantánea de fluido circulante.
Dos por inversión de las velocidades angulares del fluido mediante un tubo
recto. Por la vibración a la que se somete el tubo, existe una diferencia de fase
entre las velocidades angulares en distintos puntos. Esta diferencia de fase es la
que miden los sensores y es proporcional al caudal másico. La ventaja del tubo
recto respecto al tubo omega es que su pérdida de carga es muy baja.
La medida en masa es independiente de la temperatura, presión y densidad del
fluido. En general la medición en volumen debe ser corregida a determinadas
condiciones (a una temperatura y presión definida), por lo que es necesario
conocer las propiedades termodinámicas y el factor de compresibilidad del fluido.
Si la medición de masa no es directa, se presentan fuentes de error adicionales:
Lectura del caudal (velocidad)
Presión
Temperatura
Composición o densidad operativa
La tecnología Coriolis posee las siguientes características:
Señales limpias, sin interferencia, estables, que pueden medir múltiples
variables para una mejor medición y consistencia de procesos.
Sistema de diagnóstico inteligente integrado para identificar y resolver
problemas con facilidad y para maximizar el tiempo de funcionamiento
efectivo.
Una respuesta de 2 a 4 veces más rápida que la de los dispositivos
analógicos, lo cual mejora la repetibilidad durante las pruebas.
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Opciones de montaje integral o remoto con cable de señal estándar de
cuatro conductores para ahorrar dinero.
Escalabilidad hacia cualquier aplicación de flujo o densidad.
Figura 2.23. Medidor de flujo tipo Coriolis (UNE - EN ISO 5167-1:1996).
2.3.5.8. Ultrasónico
El término ultrasonido hace referencia a las ondas sonoras a frecuencias más
altas que las que quedan dentro del alcance del oído humano, es decir, a
frecuencias superiores a los 18 Khz. aproximadamente. Las fugas de agua
generalmente se encuentran entre 120-800 hz.
Las ondas ultrasónicas obedecen a las mismas leyes básicas del movimiento
ondulatorio de las ondas sonoras de frecuencias más bajas, sin embargo, tienen
las siguientes ventajas.
Las ondas de frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas,
lo cual significa que la difracción en torno a un obstáculo de dimensiones
determinadas se reduce en forma correspondiente. Por lo tanto es más fácil
dirigir y enfocar un haz de ultrasonido.
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Las ondas ultrasónicas pueden atravesar sin dificultad las paredes
metálicas de tubo y recipientes. Esto quiere decir que el sistema de
medición entero puede montarse por ejemplo en el exterior de un fluido, es
decir, es no invasor. Esto es muy importante con fluidos hostiles, o sea,aquellos con propiedades corrosivas, radioactivas, explosivas o inflamables.
Tampoco existe la posibilidad de que ocurra obstrucción con fluidos sucios
o pastas aguadas.
El ultrasonido puede emitirse y propagarse a través del tejido biológico, lo
que lo hace idóneo para aplicaciones de bioingeniería.
Los medidores de flujo ultrasónicos de tiempo (transit time) están basados en elprincipio de que el tiempo de tránsito de una señal acústica a lo largo de una
trayectoria conocida es constante y solo puede ser alterado por la velocidad del
fluido en que se desplaza.
Los medidores acústicos de flujo fueron desarrollados con base en dos principios:
El tiempo de tránsito de una señal acústica es mayor en dirección agua
arriba que en dirección aguas abajo. Que estos tiempos de tránsito pueden ser medidos con precisión.
Los medidores de fl