ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA Y ARQUITECTURA - UNIDAD TICOMN

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

U N I D A D T I C O M NC I E N C I A S D E L A T I E R R A

SEMINARIO DE TITULACINPROCEDIMIENTO DE DISEO, CONSTRUCCIN Y MANTENIMIENTO DE UN DUCTO PARA TRANSPORTAR 50 MMPCD DE GAS L.P. DE LA PLANTA PROCESADORA CACTUS CHIAPAS A MERDA YUCATN

TRABAJO FINALQUE PARA OBTENER EL TTULO DE:I N G E N I E R O P E T R O L E R OP R E S E N T A N:ALFREDO MARIN JAIMEZBENJAMIN SANCHEZ MALDONADOENRIQUE DE JESUS SANTIAGO TOVARHECTOR MANUEL SUAREZ BAUTISTATAIDE LEONARDO REYES HERNANDEZ

ASESOR: ING. CHAVZ ALCARAZ JOS LUIS

MXICO, DF. A 22 DE NOVIEMBRE DEL 2013

RESUMENEn el captulo 1 de este trabajo se presentan los fundamentos para el diseo de ductos, as como los cdigos nacionales e internacionales adecuados para realizar un diseo integral. En el captulo 2 examinaremos los regmenes de flujo presentes en el transporte de hidrocarburos por ductos sus caractersticas as como su determinacin dentro del sistema a partir de una serie de ecuaciones con la variable de tiempo que nos proporcionaran una serie coordenadas para su prediccin a fin de poder evitar problemas futuros en las lneas de conduccin.En el captulo 3 se pasara al diseo del ducto caso prctico Complejo Procesador de Gas Cactus en el municipio de Reforma, Chiapas a Mrida, utilizando los conceptos mencionados anteriormente.En el captulo 4 se tomaran en cuenta las principales medidas para la inspeccin proteccin y mantenimiento del ducto as como los mtodos ms comunes para la proteccin del mismo, y de esta manera saber cul ser el tiempo de vida para nuestra ruta. En el captulo 5 se evaluara el costo del ducto de la ruta que va del Complejo Procesador de Gas Cactus en el municipio de Reforma, Chiapas a Mrida, Yucatn, con el dimetro nominal obtenido en el captulo 3, con esto se demostrara si el ducto es rentable o no.

ABSTRACT

INDICE pg.INTRODUCCON..

9

CAPITULO 1: FUNDAMENTOS EN EL DISEOY CONTRUCCION DE DUCTOS

11

1.1 TIPOS DE DUCTOS..12

1.1.1 DUCTOS PARA FLUJO DE GAS

12

1.1.2 DUCTOS PARA FLUJO DE LQUIDO

12

1.1.3 DUCTOS PARA FLUJO BIFSICO

13

1.1.4 OTROS..13

1.2 CADAS DE PRESIN EN DUCTOS.

14

1.2.1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

14

1.2.2 NMERO DE REYNOLDS

17

1.2.3 FACTOR DE FRICCIN

18

1.2.4 PATRONEES DE FLUJO..

20

1.2.5 FLUJO DE LQUIDO..

21

1.2.6 FLUJO DE GAS

21

1.3 SELECCIN DE ESPESOR, TAMAO Y GRADO DEL MATERIAL

23

1.3.1 LNEAS PARA FLUJO DE LQUIDO..

24

1.3.2 LNEAS PARA FLUJO DE GAS..

25

1.3.3 LNEAS PARA FLUJO EN DOS FASES

25

1.3.4 ESPESOR DE LA PARED DE LA LNEA..

26

1.3.5 GRADO DEL MATERIAL.

28

1.4 DISEO DE ACUERDO A LA RESISTENCIA A ESFUERZOS

28

1.4.1 COLAPSO Y PANDEO DE LAS TUBERAS. ..

29

1.4.2 DISEO DE DUCTOS BASADO EN EL ESTADO LMITE DE RESISTENCIA...

30

1.5 CONSTRUCCIN DE LAS LNEAS DE DUCTOS.

32

1.5.1 CONSTRUCCIN DE LNEAS EN TIERRA.

33

1.5.1.1 CONSTRUCCIN DE LNEAS EN TIERRA..

33

1.5.2 EQUIPO UTILIZADO..

34

1.5.3 MTODO Y EQUIPO DE SOLDADO..

35

CAPITULO 2: ANALISIS EN REGIMEN TRANSITORIO...

37

2.1 RGIMEN ESTACIONARIO.

38

2.2 RGIMEN TRANSITORIO

39

2.3 RGIMEN PSEUDOESTACIONARIO

43

2.4 PATRONES DE FLUJO

43

2.3.1 PATRONES DE FLUJO EN TUBERAS HORIZONTALES

44

2.3.2 CORRELACIN DE TAITEL Y DUKLER PARA PREDECIR LA TRANSICIN DE LOS PATRONES DE FLUJO

46

2.4 PREVENCIN DEL FLUJO TAPN..

48

2.5 PRINCIPALES VENTAJAS AL INTRODUCIR LA VARIABLE TIEMPO...

50

CAPITULO 3: CLCULO DEL DISEO DEL DUCTO: COMPLEJO PROCESADOR DE GAS CACTUS EN REFORMA, CHIAPAS AMERIDA YUCATAN..

52

3.1 RUTA DEL DUCTO CACTUS-MRIDA.

53

3.2 PERFIL TOPOGRFICO.....

53

3.3 DATOS PARA EL DISEO DEL DUCTO.

54

3.4 DISEO DEL DUCTO..

54

3.4.1 DIFERENCIA DE ALTURAS

56

3.4.2 CALCULO DE LA PRESIN HIDROSTTICA CON LA ALTURA... 3.4.3 CALCULO DEL NMERO DE REYNOLDS.. 5656

3.4.4 FACTOR DE FRICCIN

56

3.4.4.2 FACTOR DE FRICCIN POR DIAGRAMA DE MOODY.

57

3.4.5 CALCULO DE CON LA EC. DE DARCY

57

3.4.6 CALCULO DE LA PRESIN TOTAL A VENCER

58

3.4.7 CALCULO DE LA CADA DE PRESIN POR KILOMETRO.

58

3.4.8 AHORA SE OBTENDR EL DIMETRO VERDADERO CON LA ECUACIN DARCY WEISBACH PARA FLUJO DE LQUIDOS EN TUBERAS ..

58

3.4.9 CALCULO DEL ESPESOR DE PARED REQUERIDO PARA LA TUBERA USANDO LA EC. DE BARLOW.

59

3.4.10 OBTENCIN DEL ESPESOR TOTAL DE LA TUBERA..

59

3.4.11 OBTENCIN DE LAS DIMENSIONES DEL DUCTO CON MEDIDAS ESTNDAR DE FBRICA..

60

3.4.12 SE CALCULA CON LA ECUACIN ORIGINAL DE BARLOW LA MXIMA PRESIN DE DISEO QUE DEBE SOPORTAR LA TUBERA PARA EL ESPESOR CALCULADO..

61

3.4.13 CALCULO DE LA LONGITUD EQUIVALENTE EN COLUMNA HIDROSTTICA DE LA PRESIN DE OPERACIN PO (DESCARGA DE BOMBAS)

61

3.4.14 SE CALCULA EL NMERO DE ESTACIONES DE BOMBEO QUE SE REQUIEREN PARA MANEJAR EL GASTO CON EL DIMETRO DE DUCTO SELECCIONADO

62

3.4.15 ESTACIONES DE BOMBEO

62

3.4.16 NUMERO DE VLVULAS DE SECCIONAMIENTO..

64

CAPITULO 4: INSPECCION, PROTECCION, REPRACION Y MANTENIMIENTO...

66

4.1 INSPECCION

67

4.2 SOLDADURA...

67

4.2.1 TIPOS DE SOLDADURAS.

68

4.2.2 TRABAJOS DE SOLDADURA..

70

4.3 PROTECCION..

70

4.4 COSTOS

74

4.5 PROTECCIN CATDICA CON NODOS GALVNICOS...

74

4.5.1APLICACIONES DEL ANODO GALVNICO..

75

4.6 CORROSIN

76

4.7 REPARACION.

78

4.7.1MTODOS CONVENCIONALES DE REPARACIN

78

4.8 MANTENIMIENTO..

79

4.8.1 MANTENIMIENTO PREDICTIVO

79

4.8.2 INSPECCIN DIRECTA

80

4.8.3 INSPECCIN INDIRECTA.

81

CAPITULO 5: ANALISIS ECONOMICO.....

84

5.1 COSTO DEL DUCTO.

86

5.2 INVERSIN INICIAL.

86

5.3 COSTOS DE OPERACIN Y MANTENIMIENTO.

87

5.4 COSTO DE LA CAPITAL I Y VIDA ECONMICA DEL PROYECTO.

87

5.5 INGRESOS BRUTOS

87

5.6 INGRESOS NETOS

87

5.7 TABLA DE ANLISIS DE LA VIDA ECONMICA DEL DUCTO..

88

5.8 VALOR PRESENTE NETO VPN..

88

5.9 TAZA DE RENDIMIENTO R..

89

5.10 RAZN BENEFICIO COSTO RBC

89

5.11 TASA INTERNA DE RETORNO TIR

89

5.12 GRAFICA DE RENTABILIDAD DEL PROYECTO POR AO..

90

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

91

BIBLIOGRAFIA.92

INTRODUCCONEl desarrollo industrial de la humanidad dio pie a la necesidad del transporte, no solo de individuos, sino tambin de productos, materiales, y por supuesto fluidos. Al analizar el costo y la eficiencia energtica de varias formas de fluidos de transporte de fluidos se descubri que el mayor beneficio se obtena al transportarlos por ductos.Hace muchos siglos se usaron por primera vez los acueductos para llevar agua desde los ros y lagos hasta las ciudades, lo que represento una forma efectiva de tener un abastecimiento constante.A mediados del siglo XIX, con el inicio de la explotacin comercial de los hidrocarburos se tendieron las primeras lneas para transportar gas y aceite en Estados Unidos. En 1879, se tendi un oleoducto de 109 millas de largo y 6 pulgadas de dimetro entre Bradford y Allentown, mientras que en 1886 se construy un gasoducto entre Pennsylvania y Nueva York de 87 millas de largo y un dimetro de 8 pulgadas.En Mxico el primer sistema de oleoductos tuvo lugar en el norte de Veracruz, la lnea corri del municipio de Cerro Azul a Tampico, Tamaulipas, dicho ducto tena una longitud de poco ms de 150km.

Antes de la expropiacin petrolera, y ya habiendo un claro desarrollo de la explotacin de crudo en Mxico, se llegaron a tener casi 5,000km. De oleoductos, los cuales eran propiedad de extranjeros; ya para la dcada de los 30s, se producan en Mxico 440 mbd, entre los cuales se contaba con combustleo y gasolina.

En 1950, el primer gasoducto en Mxico inici operaciones; ste ducto, propiedad de PEMEX, fue construido a base de tubera de acero de 20 pulg. de dimetro, y una longitud de 250km, dicha lnea corra de Poza Rica al Valle de Mxico, donde exista un consumo de 130 millones de pies cbicos diarios, de igual forma, ocho aos despus, se construy el segundo gasoducto propiedad de PEMEX, que transportaba gas de los yacimientos cercanos a Reynosa, hasta Monterrey y Saltillo.

La red de ductos instalada aumentara a 8 mil kilmetros, debido a que la subdireccin de produccin primaria constituy la red de tuberas enfocadas a la recoleccin de crudos y lquidos asociados; esto a inicios de los aos 70s.

Ya para el periodo comprendido entre 1990 y 1995, la extensin de ductos se extenda a 60,000 km, de los cuales 5,000 km correspondan a oleoductos de suministro a refineras, 12,000 km a gasoductos, 8,000 km ms a poliductos, y 32,000 km de tubera de transporte y recoleccin de crudo y lquidos asociados.La actual red nacional de ductos es inferior en extensiones a la dcada de los 90s, esto debido que algunas lneas han sido sacadas de operacin.Por lo tanto los ductos representan la columna vertebral del aparato de distribucin de crudo y refinados en el territorio mexicano, al vincular los diferentes procesos productivos, de procesamiento, de distribucin y de comercializacin de sus productos. La adecuada administracin, operacin y mantenimiento de esta compleja red es fundamental para maximizar, en el largo plazo, el valor econmico de la industria.

CAPTULO 1

FUNDAMENTOS EN EL DISEO Y CONSTRUCCIN DE DUCTOS

1.1 TIPOS DE DUCTOS. Las lneas de tubera cumplen con varias funciones fundamentales, por ejemplo las lneas de flujo de dimetro intermedio y longitud limitada, sirven para conectar pozos individuales con las instalaciones de almacenamiento y tratamiento. De las instalaciones de tratamiento, proceso y almacenamiento, salen unas lneas de recoleccin de mayor dimetro que conectan con las lneas de transmisin y distribucin, que son sistemas de ductos de gran dimetro y longitud que mueven el crudo y el gas de las reas de produccin hacia las refineras y terminales de venta. 1.1.1 DUCTOS PARA FLUJO DE GAS.Las condiciones operativas y el equipo requerido para los ductos de recoleccin y transmisin de gas son muy especiales, los compresores mueven el gas a travs de las lneas de flujo las cuales operan, a presiones ms altas que la de los lquidos.Lneas de recoleccin de gas.Las lneas de recoleccin de gas conectan pozos individuales hacia las instalaciones de tratamiento y procesamiento o hacia ramas ms grandes del sistema de recoleccin. La mayora de los pozos de gas fluyen con presin suficiente para dar la energa necesaria al gas para pasar a travs de las lneas de recoleccin hacia la planta procesadora. La longitud de las lneas de flujo de gas va de menos de un Kilmetro hasta 6 o 7. El dimetro va de 4 a 5 pulgadas generalmente. Las presiones de operacin abarcan un rango de entre varios centenares de libras sobre pulgada cuadrada hasta 2000 libras sobre pulgada cuadrada. Lneas de transmisin y distribucin de gas. El gas limpio y seco sale de las plantas de procesamiento y entra en las lneas de transmisin y distribucin hacia las terminales de venta, cubren grandes distancias, extendindose a lo largo de cientos de miles de kilmetros. Estas operan a altas presiones, compresores instalados al inicio proveen la energa necesaria para mover el gas a travs de la lnea. 1.1.2 DUCTOS PARA FLUJO DE LQUIDO.Las lneas de flujo de aceite desde los pozos hasta las unidades de tratamiento o almacenamiento son, por lo general, tuberas que operan a una presin baja u a un dimetro de entre 2,3 y 4 pulgadas. Operan por lo regular a presiones menores a las 100 libras sobre pulgada cuadrada. El material de que estn constituidas es generalmente acero.Lneas de recoleccin de aceite.Sirven para transportar aceite desde las instalaciones de almacenamiento y tratamiento en campo hacia instalaciones de almacenamiento ms grandes. Consiste normalmente de lneas con un dimetro entre 4 y 8 pulgadas. Lneas de transporte y distribucin de crudos Son sistemas de ductos de gran dimetro y que se extienden a grandes distancias para llevar el crudo hacia las terminales de venta y refineras. Se requiere colocar bombas al inicio de las lneas y varias estaciones de bombeo espaciadas a lo largo de la red. 1.1.3 DUCTOS PARA FLUJO BIFSICO En ocasiones es ms prctico o econmico transportar lquido o gas en el mismo ducto, esto ocurre sobre todo cuando el flujo viene directamente de un pozo y es necesario llevar la produccin hacia las instalaciones de separacin. El principal problema que puede presentarse durante el flujo de dos fases son los diferentes regmenes de flujo, la cada de presin es diferente en cada rgimen. 1.1.4 OTROS.Ductos para transportar productos derivados.Incluye el transporte de productos derivados del crudo como la gasolina de diferentes grados, turbosina, disel y aceites. La mayora de las veces se utiliza la misma tubera para transportar diversos productos. Fig. 1 Construccin de lnea de transporte de gas amargo

Ductos para flujo de gas natural licuado.Utiliza dimetros de tubera reducidos para transportar grandes cantidades de gas la desventaja es que hay que mantener el gas a una temperatura baja para que contine en fase liquida durante todo el trayecto. 1.2 CADAS DE PRESIN EN DUCTOS El estudio de las causas de las cadas de presin tiene como objetivo conseguir que los fluidos, puedan ser transportados de manera eficiente por todo el sistema por lo que se debe tomar en cuenta las propiedades del fluido que se est manejando, las fases involucradas y el equipo de proceso, ya que el flujo debe pasar a travs de tuberas de diferentes dimetros, vlvulas estranguladores, separadores y compresores o bombas.

1.2.1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS. Para conocer las propiedades de los fluidos a diferentes presiones y temperaturas, se utilizan generalmente correlaciones, aunque puede ser medido, mediante un sistema de muestreo y anlisis, esto puede resultar tardado y costoso ya que se necesita saber los resultados en diversos puntos y condiciones dadas. Propiedades del gas natural. Densidad relativa del gas.En los clculos de las propiedades de los fluidos, se utilizan tres tipos de densidades relativas del gas, la densidad relativa del gas producido, la del gas disuelto, y la del gas libre.Tipos de densidades relativas del gasEcuacin

Densidad relativa del gas producido

Densidad relativa del gas disuelto

Densidad del gas libre.

Tabla 1.1 muestra las ecuaciones para el clculo de la densidad relativa del gas producido, gas disuelto, y la del gas libre

Dnde: n= nmero de etapas de separacin. = densidad relativa del gas a la salida del separador = gasto del gas a la salida del separador = relacin de solubilidad gas- aceite.

Factor de volumen del gas ( ).De la ecuacin de los gases reales se obtiene;

Donde; T es la temperatura del fluido en () Z; Es el factor de compresibilidad del gas. P; es la presin en Densidad del gas libre (

Factor de compresibilidad del gas (z).Para calcular el Factor de compresibilidad del gas (z), se tiene que calcular primero las propiedades pseudocriticas del mismo. El procedimiento se hace utilizando las curvas correspondientes y tomando en cuenta el tipo de gas del que se trata. La siguiente tabla muestra las ecuaciones para el clculo del factor de compresibilidad del gas hmedo y superficial.Factor de compresibilidad del gasEcuacinEcuacin

Para gas hmedo

Para gas superficial

Tabla 1.2 Ecuaciones para el clculo del factor de compresibilidad del gas hmedo y superficial.

Viscosidad del gasLa Viscosidad del gas se obtiene con la correlacin de Lee.

Dnde:

Propiedades del aceite saturado.En el clculo de las propiedades del aceite saturado se utilizan diversas correlaciones empricas que varan de acuerdo al tipo de fluido utilizado durante las pruebas.

Correlacin de Standing.Se desarroll para crudo de bajo encogimiento y simulando una separacin a en etapas a

Correlacin de Vsquez. Para establecer estas correlaciones se utilizaron ms de 6000 datos de RS, Bo y . A varias presiones y temperaturas. Para la densidad relativa se utiliz un valor normalizado a una presin de 100 , por eso es conveniente obtener primero el valor de la densidad relativa a esa presin.

Para obtener mejores resultados, los coeficientes que se utilizan en el clculo de RS y Bo, son diferentes de acuerdo a la densidad del aceite.

Densidad del aceite saturado.La densidad del aceite saturado se calcula con la siguiente ecuacin.

Viscosidad del aceite saturado. Se puede calcular de la siguiente manera

Donde a=

1.2.2 NMERO DE REYNOLDSSurgi de la necesidad de relacionar las fuerzas inerciales del flujo con las fuerzas viscosas de una manera adimensional, la ecuacin general es la siguiente.

Dnde:

El valor del nmero de Reynolds sirve como un indicativo del tipo de flujo, si Para facilitar el clculo del nmero del Reynolds, se hizo el desarrollo para obtener la ecuacin en unidades prcticas, por lo que para gas queda de la siguiente manera.

Dnde: es la densidad relativa del gas a condiciones estndar.d dimetro de la tubera en (pies).q1 es el gasto de lquido en (MMpies3). es la viscosidad en .

Fig. 1.2 regmenes de flujo, modificado de Saldarriaga, McGraw Hill, 1998.

1.2.3 FACTOR DE FRICCIN Es un parmetro necesario para calcular las cadas de presin debidas a la friccin que se presenta durante el flujo a travs de tuberas, la forma de calcularlo depende del rgimen de flujo. Cuando se tiene flujo turbulento entra en juego otro factor importante, la rugosidad de la tubera (E), que dependen del tipo de material del que estn fabricadas, los valores ms comunes de rugosidad que se utilizan en la industria son los siguientes.Tipo de tuberaRugosidad (E)

Tubera estriada0.00006

Tubera de perforacin o de produccin0.0006

Tuberas de escurrimiento0.007

Tuberas galvanizadas.0.006

Tabla 1.3 valores ms comunes de la rugosidad de las tuberas que se utilizan en la industria petrolera.

Cuando el rgimen de flujo presente es turbulento, podemos utilizar la ecuacin de Colebrook y White, para el clculo del factor de friccin.

Ahora que si el nos indica que estamos en flujo critico se calcula el factor de friccin con la siguiente ecuacin.

Utilizacin del diagrama de Moody.Los pasos para calcular el factor de friccin utilizando el diagrama de Mody son los siguientes;1. Calcular el nmero de Reynolds.2. Calcular la rugosidad relativa del tubo. 3. Identificar la curva que corresponde a la rugosidad relativa del tubo. 4. Entrar al diagrama de Moody por la parte inferior, con el valor del nmero de Reynolds calculado y trazar una lnea vertical hasta intersectar la curva indicada de la rugosidad relativa. 5. Trazar una lnea horizontal desde el punto de interseccin hasta el extremo izquierdo del diagrama de Moody.6. Leer el valor del factor de friccin en la escala graduada.

Diagrama de Moody.1

1.2.4 PATRONEES DE FLUJO.Flujo Horizontal.Si fluye una mezcla de gas y liquido de manera horizontal a travs del ducto, por su densidad tienden a separarse las fases, yndose el lquido al fondo de la tubera y quedando el gas en la partes superior. De acuerdo a la geometra del sistema, las propiedades de la mezcla y las velocidades superficiales de cada fase se presentan diferentes patrones de flujo.

Flujo vertical. Los patrones de flujo vertical son diferentes a los que se presentan en las tuberas horizontales o ligeramente inclinadas. En la misma tubera pueden existir todos los diferentes patrones de flujo, ya que el gas se va liberando continuamente de la disolucin debido a los cambios de presin que experimenta la mezcla.

1.2.5 FLUJO DE LQUIDO.Se desarroll la siguiente ecuacin para determinar el diferencial de presin que se tendr en la lnea a un gasto, dimetro y longitud predeterminados.

Dnde: es la cada de presin en f es el factor de friccin de la tubera L es la longitud de la tubera en (pies).S1 es la gravedad especfica del lquido.Para el clculo del dimetro ptimo de la tubera es necesario conocer el nmero de Reynolds, que est en funcin del dimetro. Por lo que se realiza un proceso iterativo en el cual se supone un valor del factor de friccin y as obtener el nmero de Reynolds. Para evitar la utilizacin del mtodo iterativo es posible recurrir a alguna ecuacin emprica de las que se han desarrollado, como la de Hazen Williams.

Dnde: HL, es la perdida en la cabeza debida a la friccin en (pies).L es la longitud de la tubera en (pies).d es el dimetro de la tubera en (Pg).

1.2.6 FLUJO DE GAS. La densidad de los gases cambia drsticamente de acuerdo a la presin a la que estn sometidos y a la temperatura. Cuando la temperatura del gas es muy diferente a la temperatura ambiente no se puede considerar una expansin adiabtica, por lo que es mejor partir el estudio de la tubera en segmentos donde los cambios de temperatura son pequeos. Tomando esto en cuenta, la ecuacin para calcular las cadas de presin en la tubera cuando fluye solamente gas es la siguiente;

Dnde: P es la cada de presin en el tramo de la tubera en . es la gravedad especifica del gas a condiciones estndar.L es la longitud de la tubera en (pies).F es el factor de friccin.T1 es la temperatura de flujo en P1 es la presin corriente arriba en d dimetro de la tubera en (pg.).Es el gasto de gas en

Al igual que en el flujo de lquido, para calcular un dimetro optimo es necesario suponer un factor de friccin, Para evitar utilizar el mtodo iterativo para el factor de friccin, han surgido diversas ecuaciones empricas que toman en cuenta diferentes factores de flujo. Las ms utilizadas son;Ecuacin de Weymouth

Dnde: Sg es la gravedad especfica del gas a condiciones estndar.L es la longitud de la tubera en (pie).T1 es la temperatura de flujo a la entrada en . P1 Y P2 es la presin en el punto 1 y 2 respectivamente en .d es el dimetro interno de la tubera en (pg).Es el gasto de gas en .

Ecuacin de Panhandle.Fue diseada para tuberas relativamente lisas y es una aproximacin adecuada para flujo parcialmente turbulento.Panhandle A.Aplica para valores del nmero de Reynolds entre 5x106 y 11x106 y n=0.146, asumiendo una viscosidad constante de gas.

Panhandle BAplica para valores del nmero de Reynolds ms grandes y asume una pendiente menor, que es de n=0.039.

Dnde: E es el factor de eficiencia que tiene los siguientes valores. E=1.0 para tubera nueva. E=0.95 para tubera con buenas condiciones operativas. E=0.92 para tubera con condiciones operativas promedio. E=0.85 para condiciones operativas desfavorables.

1.3 SELECCIN DE ESPESOR, TAMAO Y GRADO DEL MATERIAL En el diseo de los ductos intervienen muchos factores para asegurar un flujo continuo y eficiente a lo largo de toda la lnea. Las cadas de presin, la velocidad de flujo y las presiones internas que debe soportar son algunas de las variables que intervienen en la seleccin del espesor son algunas de las variables que intervienen en la seleccin del espesor de la pared, el dimetro interno de la tubera, la longitud de la lnea y el grado del material a utilizar y que definir la eficiencia de todo el sistema. Tamao de la lnea. Los factores ms importantes al seleccionar el tamao de lnea son, las cadas de presin y que se presentaran durante el trayecto de los fluidos a travs de la tubera y la velocidad de flujo. Velocidad Erosional. Cuando gotas de lquido golpean las paredes de la tubera con tanta fuerza que cuando desprenden partculas, producto de la corrosin normal, As cuando la velocidad de flujo excede cierto valor, se presenta el flujo original, para calcularlo se desarroll la siguiente forma.

Dnde: es la velocidad Erosional en es la densidad del fluido .C es una constante emprica.

1.3.1 LNEAS PARA FLUJO DE LQUIDO. Son diseados de forma que se mantenga una velocidad mnima adecuada y as evite el depsito de slidos.se ha comprobado de manera prctica que una velocidad mnima de 3 es suficiente para evitar que se forme una capa de slidos, mientras que la velocidad mxima permisible es 15 con la cual se minimiza el golpe de ariete, el ruido y la erosin. La ecuacin para calcular la velocidad del flujo de lquido es la siguiente.

Dnde: V es la velocidad del fluido en .Es el gasto de lquido en d Es el dimetro de la tubera en .

1.3.2 LNEAS PARA FLUJO DE GAS Cuando se tienen este tipo de lneas hay varios factores que hay que tomar en cuenta, si la tubera es muy larga hay que asegurarse de que la presin sea suficiente para que el gas pueda llegar a su destino. Tambin debe cuidarse que la velocidad de flujo que se mantenga por arriba de un mnimo establecido, en este caso de entre 10 y15 , mientras que la velocidad mxima debe mantenerse dentro del rango de 60 a 80 Y as prevenir la corrosin. La expresin para calcular la velocidad de flujo de gas es la siguiente;

Dnde: V es la velocidad del gas en .T es la temperatura en P es la presin en .d es el dimetro interno de la tubera en .Z es el factor de compresibilidad del gas. es el gasto de gas en .

1.3.3 LNEAS PARA FLUJO EN DOS FASES. Al momento de hacer el diseo para estas lneas es necesario tomar en cuenta, adems de los factores normales como la velocidad erosional y la corrosin. La presencia de baches que pueden provocar ciertos problemas operativos. El rango de las velocidades admitidas varan de acuerdo a las caractersticas del flujo, en cuanto a la velocidad mxima si tenemos presencia de CO2 , debemos mantenerla por debajo de 50 El rango para la velocidad mnima es de 10 y 15 50 para mantener el flujo bifsico constante. Se han desarrollado ecuaciones para poder hacer el dimetro de la lnea tomando en cuenta los diferentes parmetros. Lo primero que debe hacerse es calcular la densidad de la mezcla utilizando la siguiente ecuacin.

Ya teniendo la velocidad promedio de la mezcla podemos calcular la velocidad erosional de flujo utilizando esta expresin.

As podemos calcular el dimetro interno de la tubera mediante esta frmula.

Dnde: d es el dimetro interno en es el gasto del lquido en .V es la velocidad en .

1.3.4 ESPESOR DE LA PARED DE LA LNEA.Dentro del diseo de ductos, es muy importante tomar en cuenta las presiones diferenciales, las presiones externas y las cargas longitudinales a la que estarn expuestos durante su operacin. Estndares y consideraciones.La evolucin de la industria y la aparicin de nuevas tcnicas y materiales para la construccin de ductos han facilitado en gran medida el diseo y la seleccin del espesor de la pared de la lnea, pero de cualquier forma es necesario establecer ciertos lineamientos tcnicos y econmicos. Por lo que se han establecido algunos cdigos de diseo para servir como gua y estndar en la industria, a continuacin se mencionan algunos de los ms representativos. Cdigos ASME B31.La ASME (Asociacin Mexicana de Ingenieros Mecnicos, por sus siglas en ingles), estableci su primer cdigo B31 en 1926 para tuberas de presin, al que siguieron revisiones y nuevos cdigos ms especficos, como el cdigo B31.8 para la transmisin de gas o la B31.4 para las tuberas que transportan aceite, en estos cdigos se considera a las tuberas como recipientes de presin y se toma la tensin circunferencial como una fraccin del esfuerzo de cadencia. Cdigo ISO para tuberas.La ISO (organizacin internacional para la estandarizacin), desarrollo el cdigo ISO 13623:2009 para la transportacin por tuberas de gas y aceite, aplica tanto para tuberas metlicas rgidas en tierra como costa afuera, y da requerimientos y recomendaciones para el diseo, seleccin de materiales, construccin, prueba y operacin de manera segura y eficiente. Cdigo API RP1111.El Instituto Americano del Petrleo, establece en este documento las prcticas recomendadas para la operacin, construccin y mantenimiento de tuberas de acero en instalaciones costa afuera para el transporte de gas, aceite o una mezcla de ambos. Reglas DNV para tuberas. Det Norske Veritas, en 1976 public por primera vez sus reglas para tuberas, siendo los pioneros en tomar en cuenta las especificaciones costa afuera. En su ltima revisin armonizan sus requerimientos con los de la ISO 1362, pero aaden requerimientos extras, por los que se vuelve una gua de diseo ms completa.Gua ABS para la construccin y clasificacin de tuberas. Esta gua utiliza el estrs de trabajo para hacer el diseo y la seleccin del espesor de las lneas de conduccin, aunque tambin ofrece opciones para hacer el diseo por estado limite.

1.3.5 GRADO DEL MATERIAL. De acuerdo a las necesidades de cada lnea y el tipo de fluido que va a transportar, en la industria petrolera se utilizan varios tipos de acero para la fabricacin de ductos. Los factores ms importantes a tener en cuenta durante la seleccin del material son; costo resistencia a la corrosin, requerimientos de peso y facilidad para soldar, mientras ms alto sea es el grado del acero, mayor es su costo por volumen.Fabricacin.A pesar de que el costo del acero se incrementa mientras ms alto sea el grado, Un acero de mayor grado permite la fabricacin de tuberas de menor espesor de pared pero con la misma resistencia. Tomando esto en cuenta, muchas veces resulta menos costoso fabricar una tubera de grado mayor. Instalacin.En cuanto a los costos de instalacin, siempre resulta ms barato instalar tuberas de grado bajo, sobre todo porque son ms fciles de soldar. La ventaja de las de grado alto es que debido a que son menos pesadas son ms manejables y se pueden transportar ms fcilmente. Operacin.Las tuberas pueden presentar diversos problemas operativos que se deben principalmente a las caractersticas del fluido que transportan, los ms comunes son la corrosin, erosion interna y la corrosin inducida por el cido sulfhdrico. Optimizacin del grado del material La optimizacin de la seleccin del grado del material se hace cada vez ms necesaria para disminuir los costos de fabricacin e instalacin y aun as cumplir las especificaciones del diseo.

1.4 DISEO DE ACUERDO A LA RESISTENCIA A ESFUERZOS.La fuerza longitudinal y las cargas a las que est sometida la tubera puede ocasionar que se llegue al llamado momento limite, ms all del cual los ductos comienzan a deformarse, a continuacin se hace una breve descripcin de los factores que intervienen y como prevenirlos.

1.4.1 COLAPSO Y PANDEO DE LAS TUBERAS. Presin externa. La corrosin y la deformacin elptica de las tuberas son los dos problemas que causan que disminuya la resistencia de los ductos al colapso.se desarrollo una ecuacin que permite calcular la presin que puede soportar la tubera antes de sufrir una deformacin. Presin interna.Cuando se alcanza la presin interna mxima que puede soportar la tubera, reventara en su seccin transversal debido a la perdida de espesor de pared.

Dnde: d es el dimetro promedio de la tubera.t es el espesor de la pared MEC es el esfuerzo de cadencia mnimo especificado.MET es el estrs de tensin mnimo especificado.

Tensin. El adelgazamiento de la pared cuando se llega a un punto crtico de resistencia a la tensin ser el causante del rompimiento a la tubera, la mxima fuerza de tensin que puede soportar un ducto se calcula.

Dnde: A es el rea de la seccin transversal.MET es el rea de tensin mnimo especificado.

Compresin.Cuando la tubera est sometida a grandes esfuerzos compresivos, sufrir un pandeo o torcimiento de Euler, que al llegar a un punto crtico provocara que la tubera se rompa debido al pandeo local. Para calcular la resistencia del ducto a la compresin utilizamos esta expresin;

Dnde: A es el rea de la seccin transversal. MET es el estrs de tensin mnimo especificado.

1.4.2 DISEO DE DUCTOS BASADO EN EL ESTADO LMITE DE RESISTENCIA.los factores que se toman en cuenta normalmente para el diseo son los siguientes, la deformacin elptica debida al uso, el rompimiento debido a la presin interna, fuerza longitudinal y torcimiento, el colapso, la fractura de la soldadura debida al torcimiento, y a la tensin, fatiga debido a los cierres y el estrs plstico acumulado. Lmite de deformacin elptica.La deformacin elptica es la desviacin de la tubera de su forma circular original hacia una forma elptica u ovalada, el grado de deformacin est relacionado con el dimetro mximo y el dimetro mnimo de la tubera medidos desde diferentes partes de la circunferencia seccional. La frmula que permite calcular la deformacin es;

Estallamiento.Para evitar que las tuberas estallen hay que tomar en cuenta diversos factores, la falla por estallamiento se debe principalmente a la accin de la presin interna y el torcimiento o a una combinacin de la presin interna y cargas axiales. La tensin circunferencial debe cumplir el siguiente requisito; Dnde: D es el dimetro promedio de la tubera.t es el espesor de la pared.MEC (T) es el esfuerzo de cadencia mnimo especificado a la temperatura T.MET (T) es el estrs de tensin mnimo especificado a la temperatura T. es la presin interna. es la presin externa. es el factor de usos para el esfuerzo de cadencia mnimo especificado.

Fatiga.Las tuberas y sus componentes deben ser evaluados para el dao por fatiga para evitar que fallen, entre las causas ms comunes de la fatiga estn las vibraciones, las cargas de presin cclicas y las cargas por expansin trmica. Los clculos para analizar la fatiga estn basados en las curvas S-N se definen mediante la siguiente formula; Dnde: N es el nmero de ciclos de estrs permisibles a y m son parmetros que definen las curvas, dependientes del material. es el rango de estrs, incluyendo los factores de concentracin.

Fractura. Para hacer los clculos de fractura las partes soldadas es recomendable utilizar el mtodo de valoracin de aceptabilidad de fallas en las estructuras soldadas, este mtodo se apoya en el diagrama de evaluacin de fallas, que combina los dos tipos de falla por quiebre y por colapso plstico, e indica hasta qu punto estas fallas son aceptables, la grfica provee un medio para determinar el estrs critico de acuerdo al defecto y al material.Es necesario convertir el estrs crtico en torcimiento crtico esto se hace mediante la ecuacin de Ramberg Osgood: Dnde: a 20 .n= factor que vara de acuerdo al grado del material.

La corrosin puede reducir en gran medida el valor crtico de fractura si hay una falla en la superficie de la soldadura corroda, tanto que si no presenta corrosin o es muy poca, el valor puede alcanzar hasta el 0.5%, mientras que si hay corrosin significativa el valor decrece hasta el 0.1%.

1.5 CONSTRUCCIN DE LAS LNEAS DE DUCTOS.Diversas variantes intervienen en la construccin de las lneas de ductos y que hacen que se utilicen diferentes tcnicas, mtodos y equipos, de acuerdo al clima, el rea geogrfica, el tipo de terreno, el tipo de tubera a utilizar, los permisos a obtener y las regulaciones de seguridad y proteccin ambiental. Antes de comenzar la construccin, en la mayora de los casos se debe entregar un estudio detallado acerca del impacto ambiental que se espera, debido a la importancia de la proteccin del medio ambiente. La construccin de los sistemas de ductos consiste en unir, por medio de soldadura, numerosos tramos de tubera, conforme se va realizando esto es necesario ir haciendo pruebas a la uniones soldadas para determinar si funcionan correctamente, ya soldada la lnea, se entierra bajo la superficie para obtener mayor proteccin aunque en ocasiones algunos tramos quedan instalados sobre el nivel del suelo. Antes de ponerse en operacin las lneas deben de ser probadas para cerciorarse de que no haya fugas, el mtodo ms comn son las pruebas hidrostticas, que consisten en llenar los ductos con agua y utilizando una mayor presin de operacin de diseo.

Fig. 1.3 construccin gaseoducto Jurez Chihuahua.

1.5.1 CONSTRUCCIN DE LNEAS EN TIERRA.Primero hay que disear la lnea y seleccionar una ruta adecuada basndose en factores tcnicos y econmicos. En segundo lugar hay que obtener los servicios de paso y construccin de acuerdo a los estatutos vigentes en la regin, como tercer paso se hace la instalacin y se conecta con las facilidades de origen y destino. Para reducir los costos y aumentar la facilidad de instalacin es importante seleccionar adecuadamente la ruta, para determinar la ruta se debe primero inspeccionar el terreno los cambios de elevacin se deben tomar muy en cuenta, ya que tienen un profundo impacto en el diseo ya que interfieren con la capacidad de flujo, la potencia y espaciamiento requerida para las estaciones de bombeo o compresin y en general el equipo necesario para la instalacin y operacin de las lneas.

1.5.1.1 CONSTRUCCIN DE LNEAS EN TIERRA. Primero hay que disear la lnea y seleccionar una ruta adecuada basndose en factores tcnicos y econmicos, en segundo lugar hay que obtener los permisos de paso y construccin de acuerdo a los estatutos vigentes de la regin. Como tercer paso se hace la instalacin y se conecta con las facilidades de origen y destino.

Los pasos principales para hacer la instalacin de una lnea de tubera son:1.- Obtener el permiso y limpiar el terreno.

2.- Cavar zanjas donde se colocara la tubera.

3.- Formar filas de tubera a lo largo del terreno, cerca de la zanja.

4.- Soldar los diferentes tramos de tubera.

5.- Aplicar los recubrimientos al exterior de las tuberas.

6.- Bajar la tubera a la zanja.

7.- Rellenar la zanja.

8.- Probar la lnea para asegurarse de que no haya fugas.

9.- limpiar y secar la lnea despus de las pruebas y prepararla para operacin.

1.5.2 EQUIPO UTILIZADO.Para limpiar el terreno se utiliza normalmente vehculos pesados de remocin y demolicin como los trascabos que van quitando todo a su paso. Para hacer las zanjas en tierra relativamente suave, basta con utilizar equipo pequeos como vehculos con pequeas barrenas montadas, si en determinado caso el terreno es ms duro y la distancia ms grande, hay que utilizar excavadoras. Las tuberas son transportadas al lugar por camiones que las depositan a un lado de las zanjas a lo largo de la ruta. Armada la lnea, se procede al soldado, ya sea utilizando equipo manual o automtico. Los equipos para soldar vienen montados en pequeos camiones o camionetas. Despus de que sean soldados, se utilizan pinzas de alineamiento y para inspeccionar las soldaduras se utilizan comnmente el mtodo de rayos X. Tambin se utilizan maquinas dobladoras para ajustar la lnea a los cambios de elevacin a la vez que la utilizacin de mquinas especiales para hacer el recubrimiento. Para bajar la lnea ya soldada a la zanja se utilizan gras con las que van descendiendo lentamente hasta quedar en el lugar establecido.

Figura 1.4 Fases de construccin de un gaseoducto; excavacin de zanja, colocacin de la tubera y tapado de zanjas.

1.5.3 MTODO Y EQUIPO DE SOLDADO.Se puede definir que la soldadura es un proceso para unir metales en el cual la coalescencia se produce al calentar a una temperatura determinada que permita unirlas con o sin la ayuda de un metal de relleno. El procedimiento se puede realizar de forma manual o automtica, la mayora de las operaciones de soldadura en la industria se hace de forma manual el soldador sostiene el electrodo en sus manos y lo va moviendo a una distancia adecuada alrededor del rea a soldar. Por lo general los soldadores van dando sucesivamente los pases requeridos para soldar la tubera, se empieza por el pase raz que es el ms profundo y con el que se empieza a unir, posteriormente se hace el pase de calor y al final los pases de relleno. Se utilizan principalmente 4 mtodos de soldado;1.) Soldadura con arco de metal revestido; el arco elctrico produce calor derritiendo un electrodo consumible y un poco de metal que se est soldando, cuando se enfria el metal, se endurece y forma la soldadura. 2.) Soldadura con arco sumergido; en este proceso tambin se suministra el calor a travs del arco que va derritiendo el electrodo, sin embargo, lo que se deposita en la junta es un complejo granular de silicatos. Se llama de arco sumergido, por que el arco queda cubierto por el lquido que se produce.

3.) Soldadura con arco de gas-metal; tambin se utiliza el calor de un arco elctrico. El arco queda cubierto por gas inerte como el argn o helio. Se utiliza sobre todo para soldar metales difciles y aleaciones susceptibles a la contaminacin atmosfrica.

4.) Soldadura con un arco de gas-tungsteno; se recubre un arco con gas inerte durante el proceso y se va consumiendo un electrodo, este procedimiento es til para soldar material delgado y para hacer el primer pase, el de raz. Permite un buen control del calor y es posible utilizarlo para soldar sin metal de relleno.

CAPTULO 2

ANLISIS EN RGIMEN TRANSITORIO

2.1 RGIMEN ESTACIONARIODentro del rgimen estacionario las propiedades del sistema no cambian al paso del tiempo. Es decir el cambio de presin en cualquier punto del sistema es cero.Por ejemplo si se le abre a la llave de un depsito con agua a 10 que bien esto es el gasto durante un tiempo no se notara cadas de presin en la tubera del agua porque estos no ocurren por lo tanto se cumple la ecuacin siguiente:Ec 2.1

Durante el tiempo en que permanece el gasto constante, la distribucin de presin tambin permanece constante.Histricamente se ha dependido de la simulacin en rgimen estacionario para hacer el anlisis del comportamiento del flujo de hidrocarburos a travs de los ductos. Esto es debido a que resulta mucho ms fcil y rpido hacerlo de este modo ya que los parmetros no varan con la distancia ni con el tiempo.De esta manera, el anlisis en rgimen estacionario solo nos ayuda a saber el comportamiento del sistema en un momento especfico, lo que produce una gran cantidad de errores durante el diseo y operacin de las lneas de conduccin. Existen varios programas de cmputo comerciales, que permiten hacer simulaciones de flujo multifsico en estado estacionario de manera relativamente sencilla y rpida, ya que solo hay que asignar una vez las propiedades para todo el sistema.

FIG 2.1 PROPIEDADES DEL SISTEMA 2

2.2 RGIMEN TRANSITORIOLa presin y/o gasto cambian al paso del tiempo.Ec 2.2

Por ejemplo: Una tubera de agua tiene un gasto 10 este genera una cada de presin de 0.1 atm pero 5 segundos despus puede generar un gasto de 9 en X punto del sistema y la cadas de presin suponiendo sern de 0.15 atm.Ante esto surge entonces la necesidad de hacer un estudio ms preciso, y se desarrolla el anlisis en rgimen transitorio. Esta evolucin en la simulacin se hizo posible gracias a los avances computacionales de las ltimas dcadas, ya que la complejidad y nmero de las ecuaciones que deben resolverse requiere de gran poder de procesamiento.La diferencia entre el anlisis en rgimen estacionario y el anlisis en rgimen transitorio radica en que en el estacionario se resuelve un conjunto de ecuaciones algebraicas para las que se mantienen fijos los valores de las propiedades del sistema y los parmetros de flujo, mientras que para e! transitorio se resuelve un conjunto de ecuaciones diferenciales parciales donde se representan los cambios en el sistema.Para que se puedan representar los cambios en el sistema durante el flujo, es necesario discretizar el dominio tanto en espacio como en tiempo. La discretizacin consiste en dividir el sistema en segmentos de tubera y en intervalos de tiempo. As, obtenemos un conjunto de ecuaciones diferenciales parciales para llegar a una solucin numrica tenemos que fraccionarlas tambin para convertirlas en ecuaciones algebraicas, esto se logra generalmente utilizando el mtodo de diferencias finitas para aproximar las derivadasMientras ms; pequeo sea el intervalo de tiempo a tomar en cuenta para cada paso ms precisa ser la solucin, pero por otro lado requerir mayor poder computacional, ms tiempo e implicar un costo mayor, por lo que es importante buscar un equilibrio entre la precisin requerida y los recursos disponibles.

FIG 2.2 PROPIEDADES DEL SEGMENTO 2

Para discretizar la lnea lo mejor es dividirla primero en tubos unitarios y luego en secciones de cada uno de estos tubos. Cada tubo representa un tramo de tubera que tiene una inclinacin constante. Cada una de las secciones en que se divide un tubo debe tener sus fronteras establecidas. Lo mejor es hacer la discretizacin de manera automtica utilizando alguna herramienta computacional que muchas veces vienen incluidas dentro del mismo simulador que se est manejando. En la siguiente figura se muestra la discretizacin de la lnea en tubos y secciones de los tubos.

FIG 2.3 DISCRETIZACIN DE LA LINEA 2Haciendo un acercamiento al tubo 4 podemos observar cmo est dividido en secciones, cada una de las cuales tiene sus fronteras definidas.

FIG 2.4 DISCRETIZACIN POR SECCIN TUBULAR 3

Cada tubo debe constar de al menos dos secciones, porque no es posible abarcar todo el tubo en un solo paso de integracin.Esta forma de discretizar facilita la construccin de geometras complejas para poder estudiar un modelo realmente representativo del sistema.Con el fin de optimizar el tiempo de cmputo, se recomienda simplificar los datos en la medida de lo posible para tener el menor nmero de secciones posibles y evitar que queden secciones muy pequeas.Algunas de las opciones que se presentan para hacer un anlisis ms complejo durante una simulacin en rgimen transitorio son las siguientes: Cada tubo puede tener condiciones de pared diferentes, esto significa que se pueden determinar los recubrimientos y caractersticas especiales de cada uno. Las fronteras pueden considerarse cerradas o abiertas, establecerlas a presin constante o a gasto constante. Se pueden establecer puntos de muestreo en diferentes puntos de la tubera y obtener reportes de la simulacin.Los resultados de la simulacin se pueden analizar a travs de diversos formatos de salida que facilitan la comprensin e interpretacin, estos incluyen: Tablas, que se generan de acuerdo a parmetros definidos por el usuario y estn en funcin del tiempo. Grficos de tendencia, que muestran el valor en el tiempo de una variable en un punto fijo Perfiles, que nos presentan el valor de una variable a lo largo de todo un tramo respecto al tiempo.Por lo tanto, se puede establecer el siguiente procedimiento para hacer el anlisis en rgimen transitorio: Definir el alcance y objetivos del anlisis. Definir el dominio completo del sistema a analizar. Discretizar dicho dominio en espacio y tiempo, tomando en cuenta la precisin requerida as como las fechas de entrega, costos y recursos computacionales disponibles. Establecer las propiedades de cada segmento en que dividimos el sistema. Escoger el programa de cmputo ms adecuado para hacer la simulacin de acuerdo a nuestras necesidades. Revisar que los resultados sean coherentes con el proceso simulado.Muchas veces, los errores que se presentan son debidos a la inestabilidad numrica. Esta se presenta debido a la naturaleza iterativa de los mtodos numricos utilizados para la solucin de las ecuaciones, por lo que se produce un error que se incrementando en las sucesivas iteraciones. Para evitar la inestabilidad numrica se recomienda utilizar intervalos de tiempo pequeos para la simulacin, as como revisar que no haya cambios muy bruscos de las propiedades entre un segmento y otro.La ventaja principal de considerar el anlisis en rgimen transitorio es que permite optimizar el flujo a travs de los ductos, adems de prevenir y reparar problemas operativos, porque nos presenta el comportamiento del flujo a cada paso con lo que podemos identificar las variaciones en las propiedades y condiciones del flujo y obtener una representacin mucho ms real de todo el proceso.Es por esto que se hace la analoga de que el anlisis en rgimen estacionario es como tener una fotografa del sistema mientras que el anlisis en rgimen transitorio es como tener un video.Para poder hacer el anlisis en rgimen transitorio de un flujo multifsico, los programas de simulacin deben tener las siguientes caractersticas: Manejar un modelo de flujo multifsico unidireccional en estado transitorio, tomando en cuenta tres diferentes consideraciones, la pelcula de lquido, el gas y las gotas de lquido dispersas en la fase gaseosa. Resolver de manera simultnea las ecuaciones de conservacin de masa y de momentum para el lquido, el gas y la fase dispersa. Reconocer diferentes rgimenes de flujo, ya sean separados o distribuidos. Reconocer diferentes patrones de flujo, para flujo horizontal el estratificado, anular, tapn y burbuja; para flujo vertical anular, tapn y burbuja.

2.3 RGIMEN PSEUDOESTACIONARIOLas propiedades del sistema al paso del tiempo cambian en forma constante. Es decir que el cambio de presin a un determinado gasto se mantiene constante.Por ejemplo si se le abre la llave a un depsito con agua igual a 10 de gasto este puede generar cadas de presin que pueden ser de 0.1 atm y este valor se mantendr igual constante durante un determinado tiempo. Todo esto queda resumido con la siguiente ecuacin:Ecuacin representativa del rgimen Pseudoestacionario.Ec. 2.3

Al final del anlisis en rgimen transitorio este tipo de rgimen se toma como base para determinar propiedades del segmento en determinado punto.

2.4 PATRONES DE FLUJOPatrn de flujo es la configuracin de estructura de fases en la tubera. Est determinada por la forma de la interfaz (superficie que separa las fases).

Importancia del patrn de flujo:

1. Afecta el fenmeno de colgamiento, por lo que para poder calcular el colgamiento es necesario primero saber qu patrn de flujo se tiene en la tubera.2. Transferencia de calor,3. Determina qu fase est en contacto con la pared,4. Afecta condiciones de operacin en las instalaciones de proceso por el comportamiento de los gasoductos.

Factores que afectan el patrn de flujo: Gasto de crudo y RGA. Presin (expansin del gas). Geometra de la lnea (dimetro y ngulo de inclinacin). Propiedades de fluidos transportados (densidad relativa del crudo, viscosidad, tensin superficial principalmente).

2.3.1 PATRONES DE FLUJO EN TUBERAS HORIZONTALES

Los patrones de flujo en tuberas horizontales descritos por Beggs son los siguientes:

Flujo Segregado Estratificado: Este patrn de flujo se presenta relativamente a bajos gastos de gas y lquido, para el cual las dos fases son separadas por efecto de la gravedad, donde el lquido fluye en el fondo de la tubera y el gas en la parte superior.

Flujo Segregado Ondulado: ste rgimen de flujo se presenta a gastos ms altos que en el estratificado, con presencia de ondas estables en la interface.

Flujo Segregado Anular: El flujo anular se presenta a muy altos gastos de flujo de gas. La fase gaseosa fluye como un ncleo a alta velocidad, el cual puede llevar gotas de lquido atrapadas. La fase lquida fluye como una pelcula delgada pegada a la pared interna de la tubera, generalmente, esta pelcula es ms gruesa en el fondo que en la pared superior de la tubera, dependiendo de la magnitud relativa de los gastos de flujo de gas y lquido.

Flujo Intermitente: Este flujo es caracterizado por el flujo alternado de lquido y gas, fluyendo sucesivamente tapones o baches de lquido ocupando completamente el rea transversal de la tubera, separados por bolsas o burbujas de gas, el cual contiene una capa estratificada de lquido que a su vez se desplaza en el fondo de la tubera.

Este tipo de flujo es consecuencia de la inestabilidad hidrodinmica de una interface estratificada lquido-gas bajo ciertas condiciones, donde el mecanismo de flujo consiste de una pelcula de lquido que fluye a lo largo del fondo de la tubera a una velocidad menor que la del bache, y que crece al arrastrar lquido de la pelcula en su parte delantera, pero a su vez pierde lquido en la parte trasera en una misma proporcin El lquido en el cuerpo del bache puede ser aireado por pequeas burbujas que son concentradas hacia el frente del bache y en la parte superior de la tubera. El flujo intermitente es dividido en tapn y bache, y el comportamiento del flujo bache y tapn son los mismos con respecto al mecanismo de flujo, y por lo tanto, no existe distincin entre ellos generalmente.

Fig. 2.5 Patrones de flujo en Tuberas Horizontales/Inclinadas

Flujo Intermitente Tapn: Es considerado como el caso lmite del flujo bache, cuando el bache de lquido est libre de burbujas, lo cual ocurre a gastos de gas relativamente bajos cuando el flujo es menos turbulento.

Flujo Intermitente Bache: A altos gastos de gas, donde el flujo en el frente del bache est en forma de un remolino (debido al recogimiento del movimiento lento de la pelcula) se denomina flujo bache.

Flujo Burbuja o Burbujas Dispersas: En este tipo de patrn de flujo la tubera se encuentra casi llena de lquido y la fase de gas libre es pequea. El gas est presente en pequeas burbujas distribuidas aleatoriamente, al igual que sus dimetros. Las burbujas se mueven a diferentes velocidades dependiendo de sus respectivos dimetros, el lquido se mueve a una velocidad bastante uniforme y, a excepcin de la densidad, la fase de gas tiene un efecto mnimo en el gradiente de presin. Existe sin embargo, condiciones donde hay pequeas burbujas discretas a bajos gastos, que son a veces designadas como flujo burbuja. La diferencia entre flujo burbuja y burbujas dispersas no siempre es claramente visible. El flujo de burbujas dispersas se observa sobre un rango completo de inclinacin de tubera, mientras que el patrn de flujo burbujeante es observado solamente en vertical y tuberas de dimetro relativamente grandes.

Niebla o Neblina: En este patrn la fase continua es el gas, el cual arrastra y transporta al lquido. El lquido deja una pelcula en la pared de la tubera, pero sus efectos son secundarios, el gas es el factor predominante.

2.3.2 Correlacin de Taitel y Dukler para predecir la transicin de los patrones de flujoTaitel y Dukler en 1976 obtuvieron un modelo terico para predecir con exactitud la transicin entre los patrones de flujo basndose en modelos de mecanismos fsicos. Los patrones considerados son el intermitente (bache y tapn), estratificado liso, estratificado ondulado, distribuido burbuja y anular niebla. La correlacin predice los lmites de transicin del flujo y el efecto que stos tienen en el dimetro de la tubera, las propiedades de los fluidos y el ngulo de inclinacin.Los clculos realizados por Taitel y Dukler arrojaron los siguientes grupos adimensionales:

Ec. 2.4

Ec. 2.5

Ec. 2.6

Ec. 2.7

Ec. 2.8

Donde las variables deben estar en unidades consistentes:= cada de presin de la fase liquida a lo largo de la tubera = cada de presin de la fase gaseosa a lo largo de la tubera = densidad de la fase liquida = densidad de la fase gaseosad= dimetro de la tuberag= gravedad= velocidad superficial del liquido= velocidad superficial del gas = viscosidad del liquido = ngulo entre la tubera y el eje horizontal, positivo en direccin del flujo

Las ecuaciones 2.4 a 2.8 pueden ser determinadas de las condiciones de operacin, comenzando con velocidades y gradientes de presin los cuales estn calculados de condiciones superficiales.La localizacin de los lmites de transicin para Y = 0 (tubera horizontal), se muestran como un mapa de patrones generalizado en dos dimensiones para flujo multifsico como lo muestra la figura 2.6.

Fig. 2.6 Mapa de patrones de flujo generalizado para flujo multifsico horizontal 4

Dnde:

CurvaA Y BCD

CoordenadasF vs XK vs XT vs X

El efecto de la rugosidad de la tubera no est considerado en el desarrollo de las ecuaciones de X, F, K, Y y T; sin embargo, se sugiere que si el valor de la cada de presin (dp/dx) es calculada tomando en cuenta los parmetros de la rugosidad, podr seguir aplicndose el mapa anterior.

2.4 PREVENCIN DEL FLUJO TAPNUna de las principales ventajas que otorga el hacer el anlisis en rgimen transitorio utilizando un simulador es la de prevenir y controlar los efectos del patrn de flujo tipo tapn tanto en flujo vertical como en flujo horizontal.

FIG 2.6 FLUJO TAPN VERTICAL 3

Este tipo de flujo se presenta cuando fluyen simultneamente lquido y gas a travs de la tubera. Los tapones son de gas cuando se forman grandes burbujas que se mueven a gran velocidad a travs de la tubera y provocan problemas operativos, daos en los equipos y grandes cambios de presin.Por otra parte, tambin se pueden presentar tapones de lquido, dentro de una fase continua de gas, viajando a alta velocidad, se presentan bloques o tapones de fluido ms pesado y lento, el lquido. Estos tapones son impulsados por la corriente de gas y golpean contra las paredes de la tubera provocando el famoso golpe de ariete que va daando la tubera y el quipo.

FIG 2.7 FLUJO TAPN, HORIZONTAL 3

En la siguiente figura podemos observar a detalle cmo es que est formado un tapn durante el flujo:

FIG 2.8 FORMACIN DE FLUJO TAPN 3

Es posible asignar coordenadas al frente y a la cola de un tapn para poder hacer un seguimiento dinmico de su posicin y tamao a lo largo de la lnea.La formacin de los tapones pude deberse a diferentes causas como son: Hidrodinmicas. Por cambios en el terreno. Arranques de lneas. Corridas de limpieza.Gracias a la simulacin del flujo en rgimen transitorio, es posible conocer la formacin de los tapones y su localizacin en cada comento a lo largo de la lnea, por lo que se pueden prevenir y controlar sus efectos, ajustando el diseo para que no se formen o, si no es posible evitarlos, tomar medidas para minimizar su efecto, como el uso y dimensionamiento de dispositivos que atrapen los tapones y eviten que golpeen.

FIG 2.9 FLUJO TAPN A LO LARGO DE LA LNEA 3

2.5 PRINCIPALES VENTAJAS AL INTRODUCIR LA VARIABLE TIEMPO El introducir la variable de tiempo al anlisis del sistema permite implementar las siguientes aplicaciones: Simular el paro y arranque programado de las lneas y sus efectos a travs de la vida operativa del sistema. Simulacin del flujo tapn a travs de las lneas. Simulacin de la formacin de restricciones orgnicas e inorgnicas en las tuberas, causas y efectos. Simulacin de todo el proceso, incluyendo los sistemas de inspeccin y control.

Las 3 etapas a seguir para hacer una simulacin en rgimen transitorio son:1. Obtencin de un estado pseudo-estacionario: en el que se establece que la variacin de las propiedades del sistema es igual en todos los puntos de anlisis.

2. Provocar una perturbacin en el sistema: para tener una variacin en el comportamiento del flujo.

3. Simular el comportamiento del sistema despus de la perturbacin: para analizar los cambios que tuvieron lugar en los diferentes puntos de anlisis a travs del tiempo despus de haber perturbado el sistema pseudo-estacionario.

Entre los diferentes casos que pueden simularse utilizando el anlisis en rgimen transitorio se encuentran: Efecto del modelo de transferencia de calor en el clculo de la temperatura. Efecto de la presin en el comportamiento de una lnea multifsica. Simulacin de pozos fluyentes. Simulacin de una red de recoleccin de hidrocarburos. Simulacin de un pozo con bombeo neumtico contino. Simulacin de escenarios de paro y arranque para lneas de transporta de crudo pesado. Simulacin de una lnea de gas y condensado. Simulacin de una corrida de limpieza.

De cualquier forma, los simuladores actuales todava presentan algunas limitaciones, como son: Las propiedades de los fluidos varan nicamente en funcin de la presin y la temperatura, mantenindose constantes en espacio y tiempo, por lo que se presentan dificultades en sistemas donde se presentan cambios importantes en la composicin total. Las limitaciones inherentes de los mtodos numricos empleados para la resolucin de ecuaciones solo hacen posible simular con exactitud fenmenos transitorios lentos como los ocasionados por los cambios en el flujo o en la temperatura, mientras que para los fenmenos transitorios rpidos como los cambios de presin solo se pueden simular de forma limitada y de manera condicional.

CAPTULO 3

CALCULO DE DISEO DEL DUCTO RUTA: COMPLEJO PROCESADOR DE GAS CACTUS EN REFORMA, CHIAPAS A MERIDA YUCATAN.

3.1 RUTA DEL DUCTO CACTUS-MRIDAApoyndose con el programa informtico Google Earth se traza la ruta del ducto que va del Complejo Procesador de Gas Cactus en el municipio de Reforma, Chiapas a Mrida, Yucatn.

3.2 PERFIL TOPOGRFICO

Como no hay gran diferencia de alturas en toda la longitud de la ruta se pone a diferente escala la elevacin y la longitud para que se aprecie ms a detalle el perfil topogrfico.3.3 DATOS PARA EL DISEO DEL DUCTOProductoGas L.P.

0.5490 g/cm3

Gravedad especifica0.5490

0.051 cp

Altura inicial18 m

Altura final11 m

Longitud572 km

Dimetro8 plg

Gasto de gas

Presin mnima de succin50 lb/pg2

Presin max. de operacin50 kg/cm2

3.4 DISEO DEL DUCTO3.4.1 DIFERENCIA DE ALTURAS Flujo descendente Dnde:H= altura (m)Hf = altura final (m)Hi = altura inicial (m)Como la diferencia de alturas es mnima comparada a la longitud del ducto se puede considerar como un ducto horizontal.

3.4.2 CALCULO DE LA PRESIN HIDROSTTICA CON LA ALTURA OBTENIDA Dnde:PH= presin hidrosttica (kg/cm2) = densidad (g/cm3)H= altura (m)

3.4.3 CALCULO DEL NMERO DE REYNOLDS

Si se tiene un de gasto 50,000,000 de pies cbicos por da de gas LP al transformarlo a litros de vapor se tendr 1,415,869,060 de litros de vapor de gas LP al da, y se necesitan 273 litros de vapor para obtener un litro de lquido por lo tanto se tendr 5,186,333.5 de litros por da de lquido LP.

Dnde:v=velocidad del fluido (ft/s)d= dimetro de la tubera (ft) = densidad (lb/ft3)= viscosidad (lb/ft-s)

3.4.4 FACTOR DE FRICCIN

3.4.4.1 CALCULO DEL FACTOR DE FRICCIN CON EL NMERO DE REYNOLDS OBTENIDO, UTILIZANDO LA ECUACIN DE COLEBROOK Y WHITE PARA RGIMEN TURBULENTO

Dnde:= rugosidad del acero (plg)d= dimetro (plg)NRe= Nmero de Reynolds (adimensional)f= factor de friccin

3.4.4.2 FACTOR DE FRICCIN POR DIAGRAMA DE MOODY

3.4.5 CALCULO DE CON LA EC. DE DARCY Con otra ecuacin de la derivacin de la ecuacin de Darcy se comprueba la

Dnde:f= factor de friccin (adimensional)L= longitud del ducto (pies)q= gasto= gravedad especifica del lquidod= dimetro de la tubera (plg)

3.4.6 CALCULO DE LA PRESIN TOTAL A VENCER Dnde:= presin mnima de succin = perdidas de presin en el interior de la tubera = presin hidrosttica

3.4.7 CALCULO DE LA CADA DE PRESIN POR KILOMETRO

3.4.8 AHORA SE OBTENDR EL DIMETRO VERDADERO CON LA ECUACIN DARCY WEISBACH PARA FLUJO DE LQUIDOS EN TUBERAS = 3.4.9 CALCULO DEL ESPESOR DE PARED REQUERIDO PARA LA TUBERA USANDO LA EC. DE BARLOW Dnde:t = espesor de la tubera (plg)PMO = presin mxima de operacin d = dimetro de la tubera en (plg)Fc = factor de construccin por clase de localizacin (0.4 por zonas muy pobladas)fs = factor por soldadura de la tubera (1.0 tubera sin soldadura longitudinal).Ft = factor de diseo por expansin trmica (1.0 temperatura de flujo menor de 250F)Spe = esfuerzo mximo de cedencia (especificacin de la tubera API std 5LX- 52)

3.4.10 OBTENCIN DEL ESPESOR TOTAL DE LA TUBERA: Dnde:tmax= espesor total (plg)t = espesor de diseo por presin interna (plg)tcorr = espesor de pared adicional por corrosin (es 6.25 milsima de pg por ao y el ducto se construye para 20 aos)

3.4.11 OBTENCIN DE LAS DIMENSIONES DEL DUCTO CON MEDIDAS ESTNDAR DE FBRICAEn algunas ocasiones las dimensiones que se calculan para el tamao de un ducto no siempre son medidas que hay en su fabricacin, en estos casos se debe tomar una medida estndar que se le asemeje, para esto se apoyara en las tablas de medidas de tubos de conduccin del prontuario de Tenaris Tamsa, que es el proveedor de tubos de acero sin costura para la industria energtica mexicana.Lista abreviada de tamaos estndar de tubos

Tamao nominal (plg)Nmero de cdula Dimetro exterior (plg)Dimetro interior (plg)Peso (lb/pie)

2402.3752.0673.66

802.3751.9395.03

1602.3751.6877.46

2.5402.8752.4695.80

802.8752.3237.67

1602.8752.12510.01

3403.5003.0687.58

803.5002.90010.26

1603.5002.62414.32

4404.5004.02610.80

804.5003.82614.99

1604.5003.43822.53

6406.6256.06518.99

806.6255.76128.60

1206.6255.50136.43

8408.6257.98128.58

808.6257.62543.43

1208.6257.18760.77

Tabla 3.1 tamaos estndar de tubos

La tabla constituye una lista condensada de los tamaos nominales de tubos. Se incluye solamente una parte de la variedad de pesos y tamaos nominales en que se fabrican. Todas las columnas de las tablas se explican por s mismas, con excepcin de la columna correspondiente al nmero de cdula. El nmero de cdula es una expresin que resulta aproximadamente proporcional a la relacin entre la presin de trabajo y el esfuerzo admisible, as como tambin a la relacin entre el espesor corrodo y el dimetro.La medida estndar del ducto seria la que esta resaltada en la tabla ya que es la que ms se asemeja a las dimensiones calculadas anteriormente.Dimensiones del ductoTamao nominal (plg)Nmero de cdula D. exterior (plg)Dimetro interior (plg)Peso (lb/pie)Espesor (plg)

8408.6257.98128.580.322

3.4.12 SE CALCULA CON LA ECUACIN ORIGINAL DE BARLOW LA MXIMA PRESIN DE DISEO QUE DEBE SOPORTAR LA TUBERA PARA EL ESPESOR CALCULADO.

Dnde:Fc = Factor de construccin por clase de localizacin (0.4 ya que el ducto atraviesa zonas donde hay edificios de 4 o ms niveles contados desde el nivel del suelo y donde hay trfico pesado y denso)Spe = Esfuerzo mximo de cedencia (especif. API Std 5L X- 52)t = Espesor de la tubera (plg)Ft = Factor de diseo por expansin trmica (1.0 por temp. menor de 250 F)fs = Factor por soldadura de la tubera (1.0por tubera sin costura)d = Dimetro de la tubera (plg)

3.4.13 CALCULO DE LA LONGITUD EQUIVALENTE EN COLUMNA HIDROSTTICA DE LA PRESIN DE OPERACIN PO (DESCARGA DE BOMBAS) Dnde:L=longitud (m)PMO=presin mxima de operacin (lb/plg2) = densidad (g/cm3)

3.4.14 SE CALCULA EL NMERO DE ESTACIONES DE BOMBEO QUE SE REQUIEREN PARA MANEJAR EL GASTO CON EL DIMETRO DE DUCTO SELECCIONADO Se requieren 7 estaciones tericamente

3.4.15 ESTACIONES DE BOMBEOLa primera estacin de bombeo estar ubicada en el origen, la segunda se localizar como sigue:

A esta longitud se le resta la longitud equivalente en columna hidrosttica de la presin mnima de succin para evitar flasheo Con esta distancia y con la columna de presin de descarga en metros ms la altura sobre el nivel del mar que indique el perfil topogrfico de la tubera, las graficamos para obtener las siguientes estaciones de bombeo.La siguiente estacin se localiza graficando el perfil topogrfico del ducto y partiendo del origen de la ruta, en el eje vertical marcar una columna de longitud equivalente a la presin mxima de operacin, descarga de bombas 50 kg/cm, en metros de longitud que equivalen a 50 metros ms la altura sobre el nivel de mar y trazar una lnea hacia la ubicacin de la segunda estacin, en la longitud que corresponda a 90.186 kilmetros; est pendiente nos indica el gradiente de presin del sistema.En este punto, trazamos una lnea vertical, para representar la misma altura que corresponda a la mxima presin de operacin anterior 50 kg/cm y de aqu trazar una lnea paralela al gradiente ya determinado, la que al interceptar el contorno del perfil nos ubicar con la localizacin de la tercera estacin; y as sucesivamente, hasta localizar la ltima estacin en el perfil.

Estaciones de bombeo mediante el mtodo grfico:

3.4.16 NUMERO DE VLVULAS DE SECCIONAMIENTOPor normatividad se debe de instalar una vlvula de seccionamiento cada 30 kilmetros

Perfil topogrfico del ducto con vlvulas cada 30 kilmetros:

Este es el nmero de vlvulas calculadas por cada 30 kilmetros sin embargo se debe de tomar en cuenta si el ducto pasa por poblados, carreteras, ros, pantanos y lagos ya que el cruce de estos involucra vlvulas extras.Perfil topogrfico del ducto con vlvulas cada 30 kilmetros y en cruces de ros, carreteras, etc.:

Tabla de nmero de vlvulasNo.kmDescripcin No.kmDescripcin

10Inicio del ducto42121Cruce Rio palizada

22.5Cruce de laguna 43121.3

33.144150Vlvula por cada 30 km

48.9Cruce de Rio 45180

59.346182Cruce de Rio

610.2Cruce carretera Villahermosa-Crdenas47182.6

710.748205.1Cruce del Rio Candelaria

830Vlvula por cada 30 km 49205.3

941.2Cruce carretera Ciudad del Carmen-Villahermosa50210Vlvula por cada 30 km

1041.751240

1150Cruce de los Pantanos de Centla52265.1Cruce carretera Escarcega-Sabancuy

1251.253265.5

1354.154270Vlvula por cada 30 km

1456.855300

1557.356320.1Cruce carretera Champoton-Escarcega

1660Vlvula por cada 30 km57320.5

1762.6Cruce de los Pantanos de Centla58330Vlvula por cada 30 km

1863.859348.6Cruce del Rio Champotn

1964.860349

2065.261360Vlvula por cada 30 km

2166.362390

2266.863406Cruce de ferrocarril

236964406.5

2470.465420Vlvula por cada 30 km

2571.366427.4Cruce de rio Hampolol

267267427.8

2775.268450Vlvula por cada 30 km

2876.169480

2977.570510

3078.771521.7Cruce carretera Campeche-Mrida

318672522.1

3286.673536Cruce de ferrocarril

3389.774536.5

3490Vlvula por cada 30 km75540Vlvula por cada 30 km

3591.4Cruce de los Pantanos de Centla76555.6Cruce de Anillo perifrico de Mrida

36103.277566

37103.978570Vlvula por cada 30 km

3810579570.3Vlvula de Av.65-A

39111Cruce rio Usumacinta 80571.2Vlvula de Av. 86-B

40111.881572Vlvula fin del ducto

41120Vlvula por cada 30 km

CAPTULO 4

INSPECCIN, PROTECCIN, REPARACIN Y MANTENIMIENTO.

4.1 INSPECCINEn la actualidad, debido a la imperante necesidad de la industria nacional e internacional por contar con procesos ms seguros y eficientes que permitan incrementar la proteccin de su personal y el medio ambiente, adems de cumplir con marcos regulatorios de normatividad ms estrictos, en Petrleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios estos aspectos juegan un papel trascendental y requieren mantenerse a la vanguardia dentro de este entorno.

Por otra parte, la gran diversidad de ductos con los que cuenta Petrleos Mexicanos y la importancia que representan para el pas, hacen indispensable mantener la calidad e integridad de estas instalaciones.

De acuerdo a lo anterior, Petrleos Mexicanos tiene como uno de sus objetivos fundamentales, que sus lneas de tubera e instalaciones relacionadas operen en forma eficiente, por lo que debido a la complejidad que implica la construccin, mantenimiento, reparacin y rehabilitacin de un ducto se ha desarrollado la normatividad tcnica referente a los electrodos para soldadura en atencin a la importancia que estos elementos tienen dentro del aspecto constructivo.A continuacin se presentan las caractersticas tcnicas, metodologa, pruebas e inspecciones necesarias para su adquisicin; ser responsabilidad del usuario tomar en consideracin las condiciones de operacin de la tubera para establecer en la requisicin.

4.2 SOLDADURA

Es el ncleo de cualquier trabajo de construccin de ductos. Comprende la labor de fondeo realizada por los mejores soldadores que han sido sometidos a pruebas muy exigentes. El fondeador debe ser muy cuidadoso porque si la si uniones de las tuberas no son slidas, todo lo dems que se aada posteriormente no ser til. Despus del fondeo viene el paso cliente y el relleno realizado por equipos de soldadores de la lnea de fuego. Los inspectores de soldaduras analizaran cada centmetro tanto visualmente como con la ayuda de un aparato de rayos x, suponiendo que la tubera, las vlvulas y otros accesorios del ducto sean de la calidad adecuada, la eficiencia de todo el sistema depender del nivel de calidad que se consiga en las soldaduras. Si se descubre una mala soldadura esta se corta y se suelda, porque la lnea debe probarse mas all de las presiones ordinarias de trabajo; esta es la demostracin del trabajo realizado. El soldador debe compensar con xito las imperfecciones de la alineacin, el bisel, la redondez del tubo, etc.

4.2.1 TIPOS DE SOLDADURAS Soldadura de ranura. Soldadura realizada entre dos miembros alineados aproximadamente sobre el mismo plano (tolerancia de ms 5 menos 0)

Soldadura de arco. Un grupo de procesos de soldadura en donde la fusin ocurre por el calentamiento generado por un arco elctrico, con o sin la aplicacin de presin y con o sin el uso de un metal de aporte.

Soldadura de filete. Una soldadura cuya seccin transversal es aproximadamente triangular, uniendo dos superficies que se encuentran en ngulo recto, en traslape, en t o en esquina.

Soldadura de arco con electrodo revestido. Un proceso de soldadura de arco en donde la fusin es producto del calentamiento generado por un arco elctrico entre un electrodo revestido y la pieza de trabajo. La proteccin es obtenida de la descomposicin del recubrimiento del electrodo. La presin no es usada y el metal de aporte es obtenido del electrodo.

Soldadura de arco metlico con gas. Un proceso de soldadura de arco en donde la fusin es producto del calentamiento generado por un arco elctrico entre un alambre macizo continuo (electrodo) que es el metal de aporte (consumible) y la pieza de trabajo. La proteccin es obtenida de un gas, una mezcla de gases (la cual puede ser un gas inerte) o una mezcla de un gas y un fundente.

Soldadura de arco con fundente en el ncleo. Un proceso de soldadura de arco en donde la fusin es producto del calentamiento generado por un arco elctrico entre un alambre tubular continuo y la pieza de trabajo. La proteccin es proporcionada por un fundente contenido dentro del alambre tubular. Proteccin adicional puede no puede ser proporcionada por una fuente de gas externa.

Soldadura de ranura. La unin entre dos miembros que presentan una preparacin en la zona para depsito de soldadura. Los tipos comunes se indican a continuacin:

Soldadura con ranura en V, sencilla doble.Soldadura con ranura en U, sencilla doble.Soldadura con ranura en J, sencilla doble.

4.2.2 TRABAJOS DE SOLDADURA

Preparacin de biseles Soldadura de arco y metal protegido con atmosfera de gas Soldadura de arco sumergido. Trabajo en taller para recipientes a presin Cordones de soldadura: Fondeo Vaso caliente Cordones de relleno Cordones de vista de acabado Inspeccin radiogrfica de la soldadura

Consideraciones: Se utilizan los siguientes procedimientos: Soldadura de arco metlico protegido, soldadura de arco sumergido, soldadura de arco con electrodo de tungsteno protegido con gas, soldadura de arco metlico protegido con gas o bien por el proceso de soldadura de oxiacetileno Las tcnicas pueden ser manuales, semiautomticas o automticas. Loa equipos de soldadura deben der del tamao y caractersticas adecuadas a fin de garantizar una soldadura y aceptable. El material usado como metal o electrodo de aporte debe ser conforme a las especificaciones, AWS. Deben ser almacenados y manejados evitando que se daen y adems deben ser protegidos contra la humedad.

Fig. 4.2 Capas de tubera soldada

4.3 PROTECCION

Los primeros intentos para controlar la corrosin de tuberas se bas en el uso de materiales de recubrimiento y el razonamiento de que si el metal-tubera podra ser aislado del contacto con el entorno tierra, podran producirse ninguna corrosin. Este concepto es completamente razonable y lgico. Por otra parte, un recubrimiento sera completamente eficaz como un medio de parada de la corrosin si el material de revestimiento: Es un aislante elctrico eficaz Se puede aplicar sin interrupciones de ningn tipo, y lo seguir siendo durante el relleno proceso, Constituye una pelcula inicialmente perfecta que lo seguir siendo en el tiempo.Si bien esto es posible con algunos de los sistemas de mltiples de capas avanzadas, puede que no sea prctica de un anlisis de coste inicial.Aunque los recubrimientos por s mismos pueden no ser la respuesta perfecta al control de la corrosin, son extremadamente eficaces cuando se usan correctamente. La mayora de los operadores planean recubrimientos y la proteccin catdica (CP) para todas sus tuberas como una cuestin de rutina. Un adecuado recubrimiento seleccionado y aplicado proporcionar toda la proteccin necesaria en la mayora de la superficie de tubera a la que se aplica. En una tubera bien cubierta tpica esto debe ser superior al 99 % y, junto con el CP, debe dar una proteccin total.A continuacin se enumeran las siguientes caractersticas deseables de los revestimientos:1. Aislante elctrico eficaz. Debido a que la corrosin del suelo es un proceso electroqumico, un recubrimiento de la tubera tiene que detener el flujo de corriente mediante el aislamiento de la tubera a partir de su instalado ambiente / electrolito. Para asegurar una alta resistencia elctrica, el revestimiento debe tienen una alta resistencia dielctrica.2. Barrera contra la humedad efectiva. Contrariamente a la teora de que la absorcin de agua es buena, ya que aumenta la eficacia de CP, la transferencia de agua a travs del recubrimiento puede causar la formacin de ampollas y contribuir a la corrosin mediante la prohibicin de aislamiento.3. Aplicabilidad. Aplicacin del recubrimiento a la tubera debe ser posible mediante un mtodo, eso no va a afectar negativamente a las propiedades de la tubera y con un mnimo de defectos.4. Capacidad para resistir el desarrollo de las vacaciones con el tiempo. Despus enterrado el recubrimiento, dos reas que pueden destruir o degradar recubrimientos son el estrs del suelo y los contaminantes del suelo. EL estrs del suelo, provocado en ciertos suelos que son alternativamente hmedos y secos, crea fuerzas que pueden dividir o causar reas delgadas. Para minimizar este problema, se debe evaluar la resistencia a la abrasin del recubrimiento, resistencia a la traccin, la adhesin y la cohesin. El recubrimiento de resistencia a los productos qumicos, hidrocarburos, y las condiciones cidas o alcalinas debe ser conocido por la evaluacin de su desempeo en suelos contaminados.5. Buena adherencia a la superficie de la tubera. El recubrimiento de la tubera requiere una adhesin suficiente para evitar la entrada de agua o la migracin entre el recubrimiento y la tubera, junto con la cohesin para resistir la manipulacin y el estrs del suelo. El estrs del suelo es la principal causa de revestimiento de la tubera fracaso. "Los efectos del estrs del suelo se pueden ver en los revestimientos flexibles de PE con elastmero adhesivos como una caracterstica de formacin de arrugas. Del suelo es medida por la resistencia al corte, no por la fuerza de adherencia.6. Capacidad para soportar la manipulacin normal, de almacenamiento (la degradacin por UV), y la instalacin.La capacidad de un recubrimiento para resistir los daos es una funcin de su impacto, a la abrasin, y las propiedades de flexibilidad. Revestimientos de tuberas estn sujetos a numerosos manejos entre aplicacin y relleno. Su capacidad para resistir estas fuerzas varan considerablemente, por lo que aquellos factores deben ser evaluados para saber si alguna medida de precaucin se debe tener especial utilizado. Los rayos ultravioleta pueden ser muy destructivos para revestimientos de tuberas. La vida de almacenamiento puede variar from6 meses a 5 aos, as que la resistencia a los rayos ultravioleta es una consideracin muy importante.7. Capacidad para mantener sustancialmente constante la resistividad elctrica con el tiempo. La efectiva resistencia elctrica de un recubrimiento por pie cuadrado promedio depende de la siguiente. Resistividad del material de revestimiento Espesor del revestimiento Resistencia a la absorcin de humedad Resistencia a la transferencia de vapor de agua La frecuencia y tamao de las vacaciones Resistividad del electrolitoSi la resistencia efectiva es inestable, la proteccin catdica (CP) requerida puede duplicarse cada poco tiempo de lo esperado. Lo fcil de obtener una engaosa medicin de resistencia ms altos si el suelo no se ha instalado alrededor de la tubera y si la humedad ha penetrado a cualquier vacacin en el recubrimiento.La experiencia es necesaria para evaluar la validez de estas medidas de resistencia y utilizarlas para el diseo del sistema CP.8. Resistencia a la desunin. Porque la mayora de las tuberas estn protegidos catdicamente, el recubrimiento debe ser compatible con CP. La cantidad de CP requerido es directamente proporcional a la calidad y la integridad del recubrimiento. Los aspectos negativos de CP son que puede conducir el agua a travs del revestimiento y que el enlace de interfaz que rodea a un da de fiesta puede tener una tendencia a despegarse. Sin recubrimiento es completamente resistente a los daos por el CP. Cuando se requieren grandes cantidades de corriente, corriente de fuga y la interferenciaPueden surgir problemas. Esto pone de relieve la importancia de la seleccin adecuada de revestimiento, aplicacin, y la instalacin.9. La facilidad de reparacin. Debido a que el revestimiento de la tubera perfecta no existe, podemos esperar hacer algunas reparaciones en el campo, as como el campo de recubrimiento de la zona de soldadura. Compruebe la compatibilidad y siga las recomendaciones del fabricante. Una reparacin de campo nunca es tan buena como el recubrimiento original. Inspeccin Tight debe mantenerse.10. Interaccin con el medio ambiente no txico. Algunos materiales de revestimiento han sido modificados, restringido o prohibido por normas ambientales y de salud. Amianto fieltros y cebadores con ciertos disolventes han requerido sustitucin de refuerzos de vidrio y la modificacin de los disolventes, los cambios en polvos epoxi adherido por fusin para eliminar los agentes cancergenos que tambin han sido necesarias por la salud y el medio ambiente preocupaciones. Esta ha sido una gran influencia de los cambios en la tubera de hoy recubrimientos. Adems de las caractersticas anteriores, los siguientes factores tpicos deben ser considerados al seleccionar un revestimiento de la tubera.Tipo de entornoAccesibilidad de la tuberaTemperatura de funcionamiento de la tuberaLa temperatura ambiente durante la aplicacin, el almacenamiento, el transporte, la construccin y la instalacin Ubicacin geogrfica y fsica Tipo de recubrimiento en la tubera existente Manipulacin y almacenamiento Los mtodos de instalacin

4.4 COSTOSEn la seleccin de un sistema de recubrimiento para un proyecto de tubera dada, uno de las ms importantes caractersticas de diseo para una estabilidad. Con esto queremos decir una combinacin de revestimiento que se tienen una alta resistencia elctrica despus de la tubera se ha instalado y el relleno estabilizado y perder la menor resistencia elctrica a travs del tiempo.La corriente necesaria para la CP es la mejor medida del desempeo del recubrimiento. Espesor de revestimiento ptimo es importante. Estrs del suelo es uno de los principales problemas.4.5 PROTECCIN CATDICA CON NODOS GALVNICOSTipos de nodos galvnicos para el uso de tuberas Los dos metales nodo galvnico comnmente utilizados para las tuberas enterradas son de magnesio y zinc. Aluminios con un contenido de energa terico (en trminos de amperios-hora por libra) que excede de lo de magnesio y zinc, pero hasta ahora, el aluminio no ha resultado prctico de tierra enterrada instalaciones a causa de los problemas asociados con el mantenimiento elctricamente activo, con buen caractersticas de eficiencia. Los nodos de aluminio se utilizan principalmente para aplicaciones marinas.Cmo funcionan los nodos galvnicos? El uso de nodos de galvanizado para proteccin catdica (CP) es una simple aplicacin del diferente metal de la celda de corrosin. Cuando una tubera de acero es elctricamente conectado a un metal ms alto en la serie de la fuerza electromotriz y ambos se encuentran en una electrolito conductor comn, tales como la tierra, el metal ms activo se corroe y descargas de corriente en el proceso. El magnesio y el zinc son tales metales. Si se conoce la cantidad de corriente necesaria para una aplicacin dada CP, los sistemas de nodo pueden ser diseados en el uso de material de nodo suficiente para producir la salida de corriente deseada continuamente a lo largo un nmero deseado de aos.

Fig. 4.5 Tipos de proteccin catdicaLa naturaleza corrosiva del medio ambiente subterrneo puede causar la corrosin de auto-material del nodo. Las corrientes elctricas producidas por este auto-corrosin no dan como resultado producir corriente. La relacin de metal gastado en la produccin de CP til actual de total de metal gastado se denomina la "eficiencia del nodo. Esta es una caracterstica importante, ya que de esta manera podremos determinar qu tipo usar.4.5.1APLICACIONES DEL ANODO GALVNICOLos nodos galvnicos se utilizan generalmente en los casos en que relativamente se requieren pequeas cantidades de corriente (tpicamente menos de 1A) y reas donde el suelo resistividad es lo suficientemente bajo (tpicamente menos de 10.000 ohm-cm) para permitir la obtencin de la actual con un nmero razonable de nodos deseado. Si grandes cantidades de corriente son sea necesario (tpicamente mayor que 1 A) sistemas de corriente impresa tienden a ser ms econmico.Si hay una cuestin de qu fuente de corriente se debe usar, un anlisis econmico debe llevarse a cabo, a menos que las condiciones locales indiquen lo contrario. Incrementos cortos de tubo bien cubiertos tendrn requisitos actuales moderados de proteccin. Estos requisitos actuales se pueden satisfacer con nodos galvnicos donde la resistividad del terreno las condiciones son adecuadas. nodos galvnicos pueden ser utilizados en algunos casos para corregir la interferencia de corrientes parsitas condiciones en los cruces de tuberas donde la interferencia surge de CP corriente impresa sistemas4.6 CORROSIN Mantener en buen estado la tubera es todo un reto. Son fabricadas utilizando acero, que es un material muy furo pero al mismo tiempo muy inestable qumicamente. Los ductos instalados en la superficie, enterrados o sumergidos estn expuestos al deterioro por encontrarse en un medio ambiente adverso y por eso es importante que sean protegidos de la corrosin estudiando las propiedades del sistema y estableciendo un plan de proteccin.Por corrosin se entiende el deterioro del material caudado por la interaccin, normalmente electroqumica o de oxido-reduccin, con el ambiente que lo rodea.Las tres formas que existen para evitar la corrosin son: cambio de ambiente, cambio del material o la colocacin de una barrera que impida la corrosin.Cuando las tuberas se encuentran sumergidas en agua, la corrosin depende principalmente del contenido de oxgeno en el agua y la temperatura, teniendo en cuenta que el ritmo de corrosin aumenta cuando se presenta una temperatura alta, asi como cuando se va aumentando el contenido de oxgeno en el agua hasta llegar al punto de saturacin y a partir de ah decrece nuevamente.Si las tuberas se encuentran enterradas o en contacto con la tierra, el principal factor a tomar en cuenta es la resistivid