Tes Isssssss Sssssssss

8/19/2019 Tes Isssssss Sssssssss

1/152

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

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


2/152

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

[email protected] [email protected]

Molero, Nelson

Tutor académico

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S

mailto:[email protected]:[email protected]


3/152


4/152

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


5/152


6/152

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


7/152

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

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


8/152

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

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


9/152

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

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


10/152


11/152

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

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


12/152

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

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


13/152

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:[email protected], [email protected].

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


14/152

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:[email protected], [email protected]

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


15/152

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


16/152

16

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


17/152

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


18/152

18

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


19/152

19

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


20/152

20

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


21/152

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


22/152

22

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


23/152

23

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

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


24/152

24

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

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


25/152


26/152

26

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)

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


27/152

27

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S

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


28/152

28

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

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


29/152

29

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)

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


30/152

30

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

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


31/152

31

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


32/152

32

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


33/152

33

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:

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S

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.htm


34/152

34

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S

http://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htmhttp://duplex-valves.com/tipos-de-valvulas.htm


35/152

35

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

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S



36/152


37/152

37

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S



38/152

38

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


39/152

39

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S



40/152

40

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S



41/152

41

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S



42/152

42

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


43/152

43

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

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


44/152

44

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S

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.htm


45/152

45

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


46/152

46

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S

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


47/152

47

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


48/152

48

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


49/152

49

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


50/152

50

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).

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


51/152

51

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

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


52/152

52

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


53/152

53

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


54/152

54

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


55/152

55

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).

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


56/152

56

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


57/152

57

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

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


58/152

58

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


59/152

59

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.

D E R E C H

O S R E S E R V A D

O S


60/152

60

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