REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA

FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO

PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA

DISEÑO DE UN CENTRO DE RECEPCIÓN, ALMACENAJE Y DISTRIBUCIÓN DE

COMBUSTIBLES DERIVADOS DEL PETRÓLEO

Trabajo de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia para

optar al Grado Académico de:

MAGISTER SCIENTIARUM EN INGENIERÍA QUÍMICA

Autor: Ing. José Alberto Viloria Leal

Tutor: Ing. Charles Gutiérrez

Maracaibo, enero de 2012

Viloria Leal, José Alberto. Diseño de un centro de recepción, almacenaje y distribución de combustibles derivados del petróleo (2012). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. División de Postgrado. Faculta de Ingeniería, Maracaibo, Venezuela, 97p. Tutor: Ing. Charles Gutiérrez.

RESUMEN

Con el objetivo de satisfacer la demanda de productos derivados del petróleo en la República de Nicaragua para los años 2015-2020, el convenio suscrito entre Venezuela y Nicaragua contempla el desarrollo de una refinería de petróleo, para el cual se propone como primera etapa, la construcción de una “Planta de Almacenamiento y Distribución de Combustibles Derivados del Petróleo” con una capacidad de almacenamiento de 100162 m3, en la provincia de Miramar, Nicaragua. La planta estará conformada por un centro de recepción, almacenaje y distribución de cuatro (04) productos derivados del petróleo (Gasolina 95, Diesel, Jet A1 y Gas Licuado del Petróleo). El alcance de este trabajo de investigación contempló el diseño básico del sistema de recepción, área de almacenamiento, estación de bombeo y despacho de combustibles, centrándose principalmente en el dimensionamiento y cálculo de cada una de las tuberías de transporte y equipos de proceso tales como tanques/esferas de almacenamiento y bombas de transferencia. Adicionalmente, se realizó el cálculo del monto de inversión capital de la planta en función de los sistemas dimensionados, obteniendo como resultado, que la inversión requerida es de 87.155.163 US$. Este trabajo de investigación presenta como recomendación principal, considerar el desarrollo de la ingeniería de detalle de la planta, con toda la información de proceso definida en este estudio. Palabras claves: Diseño, productos derivados del petróleo. E-mail del autor: joseviloria22@gmail.com

Viloria Leal, José Alberto. Design of a reception, storage and distribution oil products center. (2012). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. División de Postgrado. Faculta de Ingeniería, Maracaibo, Venezuela, 97p. Tutor: Ing. Charles Gutiérrez.

ABSTRACT

In order to fulfill the demand of oil products in the Republic of Nicaragua for the period 2015-2020, agreement signed between Venezuela and Nicaragua contemplates the development of an oil refinery, for which it is proposed as a first step, the construction of a "Storage and Distribution Oil Products Plant" with a storage capacity of 100162 m3, in the Miramar Province, Nicaragua. The plant will be conformed by a four (04) oil products (95 Gasoline, Diesel, Jet A1 and Liquefied Petroleum Gas) reception, storage and distribution center. The scope of this research work contemplated the basic design of the reception system, the storage area and the pumping and delivery station, focusing mainly on the sizing and calculation of each one of the pipelines and process equipment such as storage spheres/tanks and transfer pumps. Additionally, it was performed the calculation of the amount of capital investment in function of the dimensioned systems, resulting in that the investment required is 87,155,163 U.S. $. This research work shows as a main recommendation, to consider the development of the detail engineering of the plant, with all the process information defined in this research. Key Words: Design, petroleum fuels. Autors E-mail: joseviloria22@gmail.com

AGRADECIMIENTO

A Dios, por darme la fuerza de terminar este proyecto.

A la Universidad del Zulia por brindarme la oportunidad de formarme como Magíster

Scientiarum en Ingeniería Química.

A mis padres y hermano, por estar siempre ahí cuando los necesite y su ayuda en todo.

A María Elena Leal, por brindarme todo el apoyo para poder terminar éste trabajo.

A la Ingeniera Julissa Marín, por el apoyo tan grande en la elaboración de este proyecto y

su gran amistad.

Al Ingeniero Charles Gutiérrez, mi tutor, por su colaboración y apoyo desde el inicio del

trabajo y también por todos los conocimientos aportados en el mismo.

A Todos GRACIAS.

José Alberto Viloria Leal

TABLA DE CONTENIDO

Página.

RESUMEN………………………………………………………………………………………. 3

ABSTRACT……………………………………………………………………………………… 4

AGRADECIMIENTOS……………………………………………………………………..…… 5

TABLA DE CONTENIDO………………………………………………………………………. 6

LISTA DE TABLAS……………………………………………………………………………... 9

LISTA DE FIGURAS……………………………………………………………………………. 11

INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………….. 12

CAPITULO I……………………………………………………………………………………... 14

MARCO TEORICO……………………………………………………………...……….……... 14

1.1. Antecedentes………………………………...……………………….………………........ 14

1.2. Breve descripción de la empresa………………………………………………...….…... 16

1.3. Fundamentos teóricos……………………………………………………………..….….. 17

1.3.1. Productos de refinación…..…………………………………….………..…….…... 17

1.3.1.1. Gas licuado de petróleo (GLP)…………………..…………….…….…… 17

1.3.1.2. Gasolinas…………………….……………………..………………….…… 18

1.3.1.3. Diesel………………..………………………………...………………..…… 19

1.3.1.4. Jet A1…………………………………………………..………………..….. 20

1.3.2. Flujo de fluidos en tuberías…………………………………………………..……. 21

1.3.3. Fórmula de Darcy………………..………………………..……………………..…. 22

1.3.4. Teorema de Bernoulli……………………………………….……….…………..…. 24

1.3.5. Propiedades de los fluidos……………………………………...……….…….….. 25

1.3.6. Flujo de fluidos en válvulas y accesorios…………………………………….….. 25

1.3.7. Tipo de válvulas y accesorios usados en sistemas de tuberías………...…..… 26

1.3.8. Pérdida de presión debida a válvulas y accesorios……………..……………… 26

1.3.8.1. Tuberías rectas horizontales…………………………………………….... 26

1.3.8.2. Efecto de accesorios…………………………………….………………… 28

1.3.8.3. Expansiones y contracciones…………………………………..…………. 28

1.3.8.4. Tuberías no horizontales…………………………...………..………...….. 29

1.3.8.5. Combinación y división de corrientes………….…………………………. 30

1.3.8.6. Orificios y boquillas venturis……………………………...…………….…. 30

1.3.9. Sistemas de almacenamiento……………………………………………………... 30

1.3.9.1. Esferas……………..……………..…………….…………................…….. 32

1.3.9.2. Tanques cilíndricos verticales………………...…………………..………. 33

1.3.9.3. Tanques cilíndricos horizontales……………………………..…………... 35

1.3.10. Sistemas de bombeo……………………………………………………………… 36

1.3.10.1. Bombas centrífugas……………………………..…………..…………… 37

1.3.10.2. Cálculos en servicio de bombeo……………………………………..…. 38

1.3.11. Simulación de proceso……………………………………..…….………. ……… 40

CAPITULO II…………………………………………………………………………………….. 43

MARCO METODOLÓGICO………….………………………………………………………... 43

2.1 Bases y criterios de diseño………………………………………………………………... 43

2.1.1 Unidades de medición…………………………………………….…………...……. 43

2.1.2 Temperatura de diseño de equipos…………………………………..….………… 44

2.1.3 Presión de diseño de equipos……………………………………………..….……. 45

2.1.4 Propiedades de los fluidos………………………………..………………………… 45

2.1.5 Condiciones ambientales………………………………………………………..…. 46

2.2. Selección de los recipientes para el almacenamiento de los combustibles……...… 47

2.3. Simulación en estado estacionario de las tuberías de recepción y distribución de combustibles.……………………………………….…………………………..…….……. 47

2.4. Evaluación de los diferentes escenarios para el diseño óptimo de las tuberías y bombas de proceso y cumplimiento de los parámetros establecidos para el diseño……………………………………………………………………………………….. 48

2.4.1. Tuberías de recepción de combustibles…………………..……………………… 51

2.4.1.1. Evaluación de las tuberías de recepción de los combustibles desde la conexión en tierra hasta los tanques y esferas de almacenamiento…. 51

2.4.2. Tuberías de descarga de combustibles……………………………………..……. 53

2.4.2.1. Evaluación de las tuberías de transferencia de los combustibles desde los tanques y esferas de almacenamiento hasta las islas de llenado……………………………………………………………………….. 53

2.5. Generación de los productos correspondientes a la disciplina del área de proceso para el desarrollo del centro de distribución de combustibles………………….…….. 58

2.6. Estimado de costo clase IV de las instalaciones………………………………………. 59

CAPITULO III………………………………………………………….………………………… 60

ANALISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS………………………………………… 60

3.1 Bases y criterios de diseño…………………………..……………..…………………….. 60

3.1.1. Generales………………………………..……………………………….………..… 60

3.1.2. Herramientas de cálculo…………………...…..………………………………...… 60

3.1.3. Tuberías de proceso……………………….………..……………………………… 60

3.1.4. Tanques……………………….……………………………………...……………… 61

3.1.5. Esferas……………………….……………………………………….……………… 61

3.1.6. Bombas centrífugas…………………………………………………………....…… 61

3.2. Selección de los recipientes para el almacenamiento de los combustibles…………. 62

3.2.1. Cálculo del diámetro y altura de los tanques de almacenamiento de combustibles Diesel, Gasolina 95 y Jet A1………………………..……………… 63

3.2.2. Cálculo del tipo y números de recipientes requeridos para el almacenamiento de GLP……………………………………..…….……...… 64

3.2.2.1. Cálculo del radio de la esfera………………………………..………..…… 64

3.3. Simulación en estado estacionario de las tuberías de recepción y distribución de combustibles………………………………………………………………..……….……… 66

3.3.1. Levantamiento en campo y tendido de tuberías…….…………...………………. 66

3.3.2. Tuberías de recepción y descarga de combustibles…………….………….....… 66

3.4. Evaluación de los diferentes escenarios para el diseño óptimo de las tuberías y bombas de proceso y cumplimiento de los parámetros establecidos para el diseño. 67

3.4.1. Tuberías de recepción de combustibles………………………….…………..…… 67

3.4.1.1. Evaluación de las tuberías de recepción de combustibles desde la conexión en tierra hasta los tanques y esferas de almacenamiento…. 67

3.4.2. Tuberías de succión y descarga de combustibles………….……………….…… 69

3.4.2.1. Evaluación de las tuberías de transferencia de combustible desde los tanques y esferas de almacenamiento hasta las islas de llenado…….. 69

3.5. Productos de la disciplina de procesos para el desarrollo del centro de distribución de combustibles………………………………………..………………………………....... 73

3.5.1. Descripción del proceso………………………………………….………..……...… 73

3.5.2. Diagrama de flujo de proceso (DFP)………………...……………….....………… 75

3.5.3 Balance de masa…………………………………………………………………...… 75

3.5.3.1. Diesel……………………………………………………….........…...……… 76

3.5.3.2. Gasolina 95……………………………………………………………..…… 77

3.5.3.3. Jet A1…………………………………………………………………….…… 78

3.5.3.4. GLP……………………………………………...……………………………. 79

3.5.4. Bombas de proceso…………………………...…………………………..………… 80

3.5.4.1. NPSHD disponible en bombas…………….…………………….………… 81

3.6. Estimado de costos clase IV…………………………………….…..……….…………… 82

CONCLUSIONES………………………………………………………….……………….…… 83

RECOMENDACIONES………………………………………………………….………… 84

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………….……………… 85

ANEXOS 87

LISTA DE TABLAS

Tabla Página.

1 Calidad de la Gasolina según sus propiedades………………………………….. 19

2 Calidad del Diesel según sus propiedades…………………………………….…. 20

3 Calidad del Jet A1 según sus propiedades…………………………………….…. 21

4 Unidades de medición……………………………………………...…………….…. 43

5 Temperatura normal de operación de los equipos………………………………. 44

6 Propiedades de los combustibles Diesel, Gasolina 95 y Jet A1………….……. 45

7 Composición molar GLP……………………………………………………….…… 46

8 Condiciones ambientales……………………………………………………….…... 46

9 Volumen de almacenamiento de productos…………………….……………..….. 47

10 Plan de demanda estimado para los años 2015-2020………..………….….….. 48

11 Velocidades y caídas de presión recomendadas para líquidos……….….…….. 48

12 Parámetros suministrados al simulador para dimensionamiento de la tubería de recepción de Diesel……………….……………………………..……………….

51

13 Parámetros suministrados al simulador para dimensionamiento de la tubería de recepción de Gasolina 95……………………………………………....………..

52

14 Parámetros suministrados al simulador para dimensionamiento de la tubería de recepción de Jet A1……………………………………………….……..……….

52

15 Parámetros suministrados al simulador para dimensionamiento de la tubería de recepción de GLP…………………………………………….……..……………

53

16 Parámetros suministrados al simulador para dimensionamiento de la tubería de transferencia de Diesel………………………………..………...……………….

54

17 Parámetros suministrados al simulador para dimensionamiento de la tubería de transferencia de Gasolina 95……………………………..…..…………..……..

55

18 Parámetros suministrados al simulador para dimensionamiento de la tubería de transferencia de Jet A1…………………………….…………………………….

56

19 Parámetros suministrados al simulador para dimensionamiento de la tubería de transferencia de GLP………………………………..………...…………………

57

20 Dimensionamiento de tanques………………….………………….……….….….. 64

21 Dimensionamiento de la línea de Diesel………….…………………..……….….. 67

22 Dimensionamiento de la línea de Gasolina 95…………………….……………... 67

23 Dimensionamiento de la línea de Jet A1…………………………………..……… 68

24 Dimensionamiento de la línea de GLP………………………………..…………... 68

25 Dimensionamiento de la línea de Diesel desde tanque de almacenamiento a bombas de transferencia y desde bombas de transferencia a islas de llenado.

69

26 Dimensionamiento de la línea de Gasolina 95 desde tanque de almacenamiento a bombas de transferencia y desde bombas de transferencia a islas de llenado…………………….……………………………….

70

Tabla Página.

27 Dimensionamiento de la línea de Jet A1 desde tanque de almacenamiento a bombas de transferencia y desde bombas de transferencia a islas de llenado.

71

28 Dimensionamiento de la línea de GLP desde tanque de almacenamiento a bombas de transferencia y desde bombas de transferencia a islas de llenado.

72

29 Capacidad y características de los tanques de almacenamiento………………. 74

30 Bombas de despacho de combustibles………….…………….……………….…. 74

31 Propiedades de las corrientes que intervienen en el proceso de recepción, almacenaje y despacho de Diesel…………………………………………….…….

76

32 Propiedades de las corrientes que intervienen en el proceso de recepción, almacenaje y despacho de Gasolina de 95……………………………………..…

77

33 Propiedades de las corrientes que intervienen en el proceso de recepción, almacenaje y despacho de Jet A1………………………………...…….………….

78

34 Propiedades de las corrientes que intervienen en el proceso de recepción, almacenaje y despacho de GLP…………………………………………………….

79

35 Características de bombas de transferencia y despacho de productos a islas de llenado……………………………………………………………………………...

81

LISTA DE FIGURAS

Figura Página.

1 Sección de tubería recta………………………………………………..…………… 22

2 Caída de presión por accesorios……………………………………………….….. 28

3 Tanque de almacenamiento esférico……………………………………….….….. 33

4 Tanque de almacenamiento cilíndrico vertical de techo fijo………………….…. 34

5 Tanque de almacenamiento cilíndrico vertical de techo flotante………..……… 34

6 Tanque de almacenamiento cilíndrico horizontal……………………………...…. 36

7 Esquema de manejo de los combustibles de la planta de distribución….…….. 50

8 Esquema de la esfera GLP……………………………………………………….... 65

9 Distribución de los brazos de carga de combustible en las Islas de llenado de camiones cisternas…………………………………………………………….….….

75

10 Diagrama de flujo del proceso estación de válvula de los combustibles………. 91

11 Diagrama de flujo del proceso de transporte de Diesel………………………….. 92

12 Diagrama de flujo del proceso de transporte de Gasolina 95….……………….. 93

13 Diagrama de flujo del proceso de transporte de Jet A1...……………………….. 94

14 Diagrama de flujo del proceso de transporte del GLP..………………………….. 95

15 Plot Plan………………………...…………………………………………………….. 97

11

INTRODUCCIÓN

En los últimos años, el consumo de combustibles derivados del petróleo en la República

de Nicaragua ha aumentado a un ritmo acelerado, volviendo al país altamente vulnerable ante

los incrementos en los precios internacionales del petróleo y sus derivados, esto sumado al

hecho de que un alto porcentaje de la generación eléctrica proviene de plantas termoeléctricas

consumidoras de diesel, contribuyendo a un desmejoramiento progresivo de la economía de

Nicaragua.

Tomando en cuenta que actualmente el recurso energético de un país se proyecta en

mejoras en la calidad de vida de sus habitantes, Nicaragua y Venezuela a través de los

acuerdos energéticos ha decidido el desarrollo un proyecto que contemple la construcción de

una refinería y un complejo petroquímico en la República de Nicaragua.

En vista que el proyecto de la refinería toma aproximadamente cinco años para su

desarrollo y puesta en marcha, los gobiernos de Venezuela y Nicaragua, han decidido impulsar

la construcción de una planta de distribución de combustibles, conocida como Fase I, la cual se

desarrollara de manera tal, que puede ser integrada posteriormente a las reservas de tanques

de la refinería a ser construida en los próximos años. La planta permitirá recibir, almacenar y

despachar combustibles derivados del petróleo, tales como Diesel, Gasolina 95 Octanos, Jet A1

y Gas Licuado de Petróleo (GLP), que son los de mayor demanda en el país. Con la puesta en

marcha de esta planta es posible satisfacer en un 75% la demanda de hidrocarburos de la

República de Nicaragua, la cual se estima en 6359,5 m3. A futuro, se espera que esta planta

forme parte integral tanto de la refinería como del complejo petroquímico debido a las

facilidades de almacenamiento y despacho que estarán disponibles.

El objetivo de la presente investigación consiste en el diseño de poliductos, bombas y un

patio de tanques para la recepción, almacenamiento y distribución de los productos refinados

(Diesel, Jet A1, Gasolina 95 y GLP) a ser manejados en la planta. El diseño de los diferentes

sistemas que integran la planta, tales como redes de tuberías, sistemas de bombeo y

recipientes de almacenamiento, involucra básicamente la aplicación de las diversas

herramientas de la ingeniería de procesos, entre las cuales se encuentran principalmente, los

cálculos hidráulicos y el dimensionamiento de equipos estáticos (tanques) y rotativos (bombas).

12

Una vez fundamentado el proyecto, se logró establecer la estructura de la presentación

del mismo a través de los siguientes capítulos: El capítulo I, donde se presentan los

antecedentes utilizados como apoyo y las bases teóricas que sirvieron de fundamento al

trabajo. Capítulo II, el cual describen los basamentos teóricos de la investigación y la

metodología aplicada para la elaboración de cada uno de los objetivos. Capítulo III, donde se

exponen los resultados obtenidos así como el análisis correspondiente y se señalan las

conclusiones y recomendaciones pertinentes con la finalidad de plantear los aspectos más

relevantes del diseño. Finalmente se presentan los anexos, constituidos principalmente por los

planos de ingeniería de proceso los cuales muestran con mayor detalle el resultado del diseño

realizado y el estimado de costos.

13

CAPÍTULO I

MARCO TEÓRICO

1.1 Antecedentes

Actualmente las evaluaciones hidráulicas de plantas petroleras y petroquímicas se han

convertido en herramientas de gran utilidad, ya que permiten determinar las condiciones

operacionales y las propiedades de los fluidos involucrados en los procesos, mediante la

utilización de simuladores de flujo de fluidos como Pipephase e Inplant, así como de

simuladores de procesos comerciales como Pro II o Aspen, conllevando esto al adecuado

dimensionamiento de tuberías y equipos necesarios para llevar a cabo diferentes procesos.

Amaya y col. 1, con la finalidad de determinar si el sistema de distribución actual de

propileno de las plantas de Olefinas de El Tablazo se encontraba en capacidad de suministrar

propileno a sus respectivos usuarios, desarrollaron una evaluación hidráulica de este sistema.

Inicialmente se hizo un levantamiento del sistema y luego se procedió a realizar simulación a

condiciones de diseño en el software “Aspen Plus 11.1”. Posteriormente, se validó el modelo de

simulación con las condiciones actuales de operación, y luego se evaluó el sistema de acuerdo

al “Plan de Crecimiento 2006-2012” de Pequiven. Tomando en cuenta los resultados obtenidos,

el sistema está en capacidad de entregar el propileno a las condiciones requeridas hasta el año

2009, a partir del cual sería necesario que la nueva Planta de Olefinas III aporte 240 millones de

toneladas métricas anuales (MTMA), para cubrir la nueva demanda requerida por Propilven. Se

plantearon tres modificaciones al sistema para ser implementadas a partir del año 2010, la

primera, reemplazar el sistema actual por una tubería de 0,15 m de diámetro colocando la

alimentación de Olefinas III en la entrada de Olefinas I; la segunda, colocar una tubería de 0,10

m de diámetro paralela a la tubería actual, y la tercera, instalar un calentador de propileno

paralelo al existente en el área de almacenaje. Luego de evaluar cada una de las propuestas,

se obtuvo como resultado que para cada modelo se logra despachar el propileno a las

condiciones de presión, flujo y temperatura requeridos por el usuario y según los parámetros

establecidos en la Norma PDVSA Nº 90616.024.

Martínez 2, desarrolló la ingeniería básica para la ampliación de la capacidad de

almacenamiento de crudo Menemota en el patio de tanques de Bachaquero según el Plan de

Negocios 2007 – 2013, en el cual diseñaron la adecuación de las facilidades existentes para el

manejo del crudo proveniente de la segregación Menemota y un (01) tanque de

almacenamiento, así como tuberías asociadas y el sistema de bombeo para el almacenamiento

14

del crudo y transferencia del mismo. Se realizó el levantamiento del sistema y se cálculo el

arreglo óptimo para las tuberías mediante una evaluación hidráulica, utilizando varios

simuladores de procesos (Pipephase 8.1, Hysys 3.2) y hojas de cálculo de Excel. Posterior al

cálculo, todas las redes de tuberías configuradas fueron validadas con los parámetros

operacionales típicos suministrados por los operadores de PDVSA. La propuesta resultante fue

la instalación de una (01) tubería de 0,51 m de diámetro, paralela a la existente de 0,30 m, para

recibir todas las segregaciones manejadas en el Patio de Tanque de Bachaquero ya sea en el

nuevo tanque o en los ya existentes. Para descargar el crudo desde el tanque hacia las bombas

de exportación, se diseño un arreglo de dos (02) bombas de precarga trabajando en paralelo y

una (01) en reserva.

Vera. 3, desarrolló una evaluación hidráulica para la ampliación de la sección de glicoles

según el plan de inversión de PRALCA. En este estudio se evaluó si el sistema estaba en

capacidad de manejar un incremento del 150 al 200% del flujo a las condiciones de temperatura

y presión requerida. Se recopiló toda la información referente a tuberías, accesorios y los flujos

manejados en el sistema así como las características de los equipos involucrados. Posterior a

esto, se simuló el sistema utilizando dos simuladores comerciales (Pipephase y PRO II). De

acuerdo a los resultados de la evaluación, se determinó que tanto a 150% como a 200% las

columnas involucradas en el sistema funcionan satisfactoriamente, sin embargo, para el caso

de 150% fue necesario modificar un (01) tramo de la tubería principal, mientras que para el

escenario de 200% de incremento, tres (03) tramos de tuberías principales deben ser

modificados.

Contreras y col. 4, desarrollaron la Ingeniería Conceptual para la recepción almacenaje y

distribución de 9539,2 m3 de GLP. En este trabajo se determinaron los equipos requeridos para

el almacenamiento y despacho del GLP presurizado y se realizó una evaluación hidráulica del

sistema de distribución. Los resultados del estudio arrojaron que se requiere de tres (03)

recipientes de almacenamiento tipo esfera de 3815,7 m³ de capacidad nominal c/u y para la

operación de despacho se requiere de dos (02) bombas (una (01) en operación y una (01) de

respaldo). Se definió la ubicación física de cada uno de los equipos dentro de los terrenos de la

planta de distribución de combustibles y por último se realizó el cálculo del monto de inversión

requerido.

15

1.2 Breve descripción de la empresa

La empresa Nicaragüense – Venezolana, tiene como objeto principal efectuar el

procesamiento de petróleo importado o de producción local, para obtener de esa manera sus

derivados, combustibles y petroquímicos, destinados tanto al consumo local, como para su

exportación sin limitación alguna.

La empresa Nicaragüense – Venezolana podrá realizar actividades comerciales e

industriales en general para la exportación, comercialización, distribución, transporte de

combustible; la realización de investigaciones sobre los mismos y sobre fuentes de energía,

sean éstas originales en recursos renovables o no renovables; la importación y comercialización

de petróleo o sus productos derivados, así como su distribución y/o transporte dentro del

territorio nacional; la importación, exportación distribución, transporte y comercialización de

combustibles alternativos; la generación, importación, distribución, suministro, transmisión,

transporte y comercialización de energía, sean éstas de origen hidráulico, geotérmico, térmico,

solar, eólico, atómico o de cualquier otra naturaleza; la investigación sobre combustibles, así

como sus usos y la minimización de la contaminación producida por estos.

Los estudios para determinar factibilidad de inversiones en el sector energético, la

realización de todo tipo de contrato sobre bienes muebles e inmuebles, darlos en garantía o

gravarlos bajo cualquier título; la ejecución de todo tipo de obras y proyectos destinados a la

construcción de obras de infraestructura para la recepción, almacenamiento, suministro,

transporte y distribución de hidrocarburos y sus derivados.

La construcción de otro tipo de obras que se requiera para el logro de los fines de la

sociedad, la construcción de obras civiles destinadas a la consecución del bienestar de la

comunidad; la realización de actividades encaminadas a promover el desarrollo local y la

contratación de préstamos que sean necesarios para la realización de los fines de la sociedad.

16

1.3 Fundamentos teóricos

1.3.1 Productos de refinación 5

La refinación comprende una serie de procesos de separación, transformación y

purificación, mediante los cuales el petróleo crudo es convertido en productos útiles con

innumerables usos, que van desde la simple combustión en una lámpara hasta la fabricación

de productos intermedios, que a su vez, son la materia prima para la obtención de otros

productos industriales.

En las refinerías y complejos petroquímicos asociados se producen más de 2500

diferentes productos comerciales, los cuales se agrupan en tres grandes categorías:

Combustibles, Especialidades y Petroquímica. La mayoría de la producción se inclina hacia los

combustibles debido a la creciente demanda que existe a nivel mundial.

Los productos combustibles pueden ser gaseosos, tales como gas natural y gas licuado

de petróleo (GLP), o líquidos, entre los cuales se encuentran la gasolina automotriz (91, 95

octanos), la gasolina de aviación (Jet A1), el kerosén, gasóleos y pesados.

A continuación se describen los combustibles de mayor interés para este proyecto de

investigación.

1.3.1.1 Gas licuado de petróleo (GLP)

El GLP es una mezcla de hidrocarburos que a condiciones normales de presión y

temperatura se encuentra en estado gaseoso, pero que a temperatura normal y

moderadamente alta presión son licuables y se pueden almacenar en recipientes cerrados.

Esta condición de licuefacción favorece también su transporte y manejo, ya que su volumen se

reduce en 260 a 270 veces. Este tipo de combustible es producido en las unidades de crudo y

de conversión y en las plantas de extracción de líquidos del gas.

Composición: El gas licuado de petróleo está compuesto usualmente de propano,

propileno, butanos (isobutano, n-butano) y butilenos.

El propano comienza a evaporarse por encima de los -45 °C por lo que es el gas más

versátil para uso general. El butano comienza a evaporarse por encima de los -2°C y en

17

ambientes fríos se requiere una mezcla de propano/butano ya que el butano no se evapora tan

rápidamente como el propano. Sin embargo, debido a la propiedad de mejor evaporación el

propano es el componente gaseoso preferido particularmente para el uso industrial donde se

puede requerir una alta capacidad de evaporación rápida. Por otro lado el butano es un 12%

más pesado (denso) que el propano, por lo que es posible transportar y almacenar más butano

(en peso y por lo tanto energía térmica) para un volumen líquido dado.

Usos: Los principales usos del GLP son los siguientes:

Obtención de olefinas, utilizadas para la producción de numerosos productos

petroquímicos, entre ellos, la mayoría de los plásticos.

Combustible para automóviles, una de cuyas variantes es el autogas. El GLP es el

hidrocarburo que emite menos CO2; sin hollín ni azufre, su combustión solo produce

anhídrido carbónico y agua. Con un contenido de energía similar al de la gasolina, pero

con un octanaje más alto (103 oct.), por lo que el GLP es un excelente combustible

automotor.

Combustible de refinería.

Combustible doméstico o residencial (mediante cilindros o redes de distribución). El

GLP tiene un mercado cautivo entre aquellos consumidores que no tienen acceso a las

redes de gas comercial.

1.3.1.2 Gasolinas

La gasolina es una mezcla de hidrocarburos derivada del petróleo que se utiliza como

combustible en motores de combustión interna con encendido a chispa, así como aplicaciones

en estufas, lámparas, limpieza con solventes y otras más. Este combustible resulta de la

combinación de varias fracciones petroleras obtenidas de los procesos de destilación

atmosférica, craqueo, refinación catalítica y alquilación. Dentro de sus especificaciones

principales se encuentran el octanaje, presión de vapor Reid (RVP), contenido de azufre y

contenido de aromáticos.

Composición: El producto terminado, de rango de destilación entre 30 y 200°C, en una

mezcla usualmente de butano, gasolinas naturales, naftas reformadas, térmicas, catalíticas y

atmosféricas.

18

Usos: El principal uso de la gasolina es como combustible en motores de combustión

interna. El uso, de acuerdo al número de octano, dependerá de la relación de compresión del

motor.

En la Tabla 1 se describe la influencia de las propiedades del combustible sobre su

calidad final.

Tabla 1. Calidad de la Gasolina según sus propiedades 5.

Propiedad Calidad del Combustible

Gravedad Específica / Densidad / °API Contenido de productos livianos

Contenido de Azufre (% Peso) Generación de SOx (Ambiental)

Contenido de Mercaptanos (ppm) Influye sobre el olor de la gasolina

Viscosidad (kg/m.s) Generalmente por debajo de 0,001 kg/m.s

Octanaje Define la calidad anti-detonante de la gasolina

Presión de Vapor Reid (Pa) Presencia de butanos en la gasolina

Contenido de Nitrógeno (ppm) Generación de NOx (Ambiental). Influye sobre la

estabilidad de la gasolina

Parafinas/Olefinas/Aromáticos (% peso) Parafinicidad. Influye sobre el octanaje

Número de Bromo Define insaturaciones (Olefinas). Formación de

gomas

Color y Sabor Define transparencia y ausencia de sólidos

suspendidos

1.3.1.3 Diesel

El combustible diesel, también conocido como gasoil, es una mezcla de destilados medios

obtenidos en diferentes procesos de refinación. Dentro de sus especificaciones principales se

encuentran el índice de cetano, punto de anilina, contenido de azufre, punto de inflamación,

color, contenido de aromáticos e índice de refracción.

Composición: El producto terminado, de rango de destilación entre 250 y 300°C, se

compone usualmente de fracciones atmosféricas y destilados intermedios de crudos parafínicos

o fracciones tratadas de crudos de base mixta.

Usos: El diesel se utiliza básicamente para las operaciones de transporte terrestre, marítima

y ferroviario, también es ampliamente utilizado en la industria de generación eléctrica y a nivel

industrial en general.

19

En la Tabla 2 se describe la influencia de las propiedades del combustible sobre su calidad

final.

Tabla 2. Calidad del Diesel según sus propiedades 5

1.3.1.4 Jet A1

También conocido como kerosén y combustible de aviación, es un producto obtenido de la

mezcla de fracciones livianas y productos del proceso de alquilación, el cual presenta un

octanaje por encima de 100. Dentro de sus especificaciones principales se encuentran punto de

congelación, índice de cetano, punto de humo, contenido de azufre, contenido de aromáticos,

índice de refracción y contenido de agua.

Composición: El producto terminado, de rango de destilación entre 150 y 300°C, se

compone usualmente de fracción liviana de alquilato, mezcla de naftas catalíticas, isopentano y

tetraetilo de plomo.

Usos: El jet a1 o gasolina de aviación se utiliza en la flota de transporte aéreo para motores

a pistón y turbinas.

En la Tabla 3 se describe la influencia de las propiedades del combustible sobre su calidad

final.

Propiedad Calidad del Combustible

Gravedad Específica / Densidad / °API Contenido de productos livianos

Contenido de Azufre (% Peso) Influye sobre el olor del Diesel y emisiones de

SOx

Índice de Refracción Define contenido de aromáticos

Punto de Humo (Smoke Point), mm Define contenido de aromáticos

Punto de Inflamación, °C Define volatilidad del Diesel

Punto de Anilina, °C Define Parafinicidad del Corte

Parafinas/ Olefinas/ Aromáticos, % Peso Parafinicidad. Influye sobre índice de Cetano

Número/Índice de Cetano Define aromaticidad del Diesel

Color Define Transparencia

20

Tabla 3. Calidad del Jet A1 según sus propiedades 5.

Propiedad Calidad del Combustible

Gravedad Específica / Densidad / °API Contenido de productos livianos

Contenido de Azufre (% Peso)

Contenido de Mercaptanos, ppm Influye sobre el olor del Jet y emisiones de SOx

Punto de Congelación, °C Define temperatura de formación de sólidos

(hielo).

Punto de Humo (Smoke Point), mm Define potencial de formación de humo e indica

contenido de aromáticos

Punto de Inflamación, °C Define volatilidad del producto

Punto de Anilina, °C Define parafinicidad del corte

Parafinas/ Olefinas/ Aromáticos, % Peso Parafinicidad. Influye sobre índice de Cetano

Número/Índice de Cetano Define aromaticidad del producto

Color Saybolt Define transparencia. Ausencia de sólidos

suspendidos

1.3.2. Flujo de fluidos en tuberías 6

El método más común para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a través de

un sistema de tuberías. Las tuberías de sección circular son las más frecuentes, ya que esta

forma ofrece no sólo mayor resistencia estructural sino también mayor sección transversal para

el mismo perímetro exterior que cualquier otra forma.

A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún otro dispositivo (tuberías)

ocurren pérdidas de energía debido a la fricción, al diámetro de la tubería y de igual manera

debido a otros accesorios presentes en las líneas de flujo.

Tales energías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del

sistema de flujo lo que hace que dichos sistemas sean creados tomando en cuenta las

necesidades de transporte de los fluidos y los parámetros que deben tenerse para la fabricación

de las tuberías.

Debido a la gran variedad de fluidos que se utilizan en los procesos industriales modernos,

una ecuación que pueda ser usada para cualquier fluido ofrece ventajas obvias. Una ecuación

de este tipo es la fórmula de Darcy, que puede ser deducida por análisis dimensional; sin

embargo, una de las variables de la fórmula, el coeficiente de fricción, debe ser determinado

experimentalmente.

21

1.3.3. Fórmula de Darcy 6

El flujo de fluidos en tuberías esta siempre acompañado de rozamiento de las partículas del

fluido entre si, y consecuentemente, por la pérdida de energía disponible; en otras palabras,

tiene que existir una pérdida de presión en el sentido del flujo.

P1 P2

L

12 PP

Figura 1. Sección de tubería recta 6.

Como se muestra en la Figura 1 si se conectan dos manómetros Bourdon a una tubería por

la que pasa un fluido, el manómetro P1 indicaría una presión estática mayor que el manómetro

P2.

La ecuación general de la pérdida de presión, conocida como la fórmula de Darcy es:

2.

.. 2

D

vLfhL

(Ec.1)

donde:

Lh = Pérdida de carga por fricción viscosa (m).

f = Coeficiente o factor de fricción de Moody (sin dimensión).

L = Longitud del tramo de tubería considerada m).

D = Diámetro interior de la tubería (m).

v = Velocidad media o promedio del flujo (m/s).

Esta ecuación también puede escribirse para obtener la pérdida de presión sustituyendo las

unidades correspondientes de la siguiente manera:

D

vLfP

.2

... 2

(Ec. 2)

ya que

22

nL ghP .. (Ec. 3)

donde:

P = Pérdida de presión (Pa)

= Densidad del producto (kg/m3)

ng= Aceleración de la gravedad (m/s2)

La ecuación de Darcy es válida tanto para flujo laminar como turbulento de cualquier líquido

en una tubería. Sin embargo, puede suceder que debido a velocidades extremas, la presión

corriente abajo disminuya de tal manera que llegue a igualar a la presión de vapor del líquido,

apareciendo el fenómeno conocido como cavitación y los caudales obtenidos por el cálculo

serán inexactos.

Con las restricciones necesarias, la ecuación de Darcy puede usarse en gases y vapores

(fluidos comprensibles).

Las restricciones a ser consideradas en la fórmula de Darcy cuando se trabaja con fluidos

compresibles como aire, vapor de agua, etc. son:

Si la pérdida de presión calculada (P1 – P2) es menor que el 10% de la presión de

entrada P1, se obtiene una exactitud razonable si la densidad que se introduce en la

fórmula se basa en las condiciones de entrada o en las condiciones de salida,

cualesquiera que sean conocidas.

Si la caída de presión calculada (P1 – P2) es mayor que un 10% pero menor que un 40%

de la presión de entrada P1, la ecuación de Darcy puede aplicarse con razonable

precisión utilizando la densidad basada, en una media de las condiciones de entrada y

de salida.

Para pérdidas de presión mayores, como las que se encuentran a menudo en tuberías

largas, otros métodos son utilizados.

Con la Ec. (2), se obtiene la pérdida de presión debido al rozamiento y se aplica a una

tubería de diámetro constante por la cual pasa un fluido cuya densidad permanece

razonablemente constante, a través de una tubería recta, ya sea horizontal, vertical o inclinada.

23

Para tuberías verticales, horizontales y de diámetro variables, el cambio de presión debido a

cambios de elevación, velocidad o densidad del fluido debe hacerse de acuerdo al teorema de

Bernoulli.

1.3.4 Teorema de Bernoulli 6

El teorema de Bernoulli es una forma de expresión de la aplicación de la ley de la

conservación de la energía al flujo de fluidos de una tubería. La energía total en un punto

cualquiera por encima de un plano horizontal arbitrario fijado como referencia, es igual a la

suma de la altura geométrica "Z", la altura debida a la presión "P/ .g" y la altura debida a la

velocidad "v /2.g", es decir:

Hg

v

g

PZ

nn

.2.

2

(Ec. 4)

donde:

Z = Altura o elevación potencial sobre el nivel referencial.

P = Presión manométrica.

ng= Aceleración de la gravedad.

= Densidad del fluido.

v = Velocidad media o promedio del flujo.

H = Altura total.

Si las pérdidas por rozamiento se desprecian y no se aporta o se toma ninguna energía del

sistema de tuberías (bombas o turbinas), la altura total H en la ecuación anterior permanecerá

constante para cualquier punto del fluido.

En la realidad existen pérdidas o incrementos de energía que deben incluirse en la ecuación

de Bernoulli. Por tanto, el balance de energía puede escribirse para dos puntos de fluido en la

forma:

24

L

nnnn

hg

v

g

PZ

g

v

g

PZ

.2..2.

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

(Ec. 5)

donde:

21 , PP = Presión del sistema en los puntos de referencia 1 y 2 (Pa).

= Densidad del fluido (kg/m3).

21 ,vv = Velocidad media del fluido en los puntos de referencia 1 y 2 (m/s).

21 , ZZ = Altura en los puntos de referencia 1 y 2 (m).

ng= Aceleración de la gravedad (m/s2).

Todas las fórmulas prácticas para el flujo de fluidos se derivan del teorema de Bernoulli, con

modificaciones para tener en cuenta las pérdidas debidas al rozamiento.

1.3.5. Propiedades de los fluidos 6

La solución de cualquier problema de flujo de fluidos requiere del conocimiento previo de las

propiedades físicas del fluido en cuestión.

Los valores exactos de las propiedades de los fluidos que afectan al flujo, principalmente la

viscosidad y el peso específico, han sido reportados en la literatura especializada.

Las propiedades principales de los fluidos que se requieren para calcular las caídas de

presión y NPSH (Cabezal Neto de Succión Positiva) disponible en bombas son:

Viscosidad, densidad, volumen especifico, peso especifico y presión de vapor.

1.3.6. Flujo de fluidos en válvulas y accesorios 6

Las instalaciones industriales en su mayoría están constituidas por válvulas y accesorios, es

necesario un conocimiento de su resistencia al paso de fluidos para determinar las

características del flujo en un sistema de tuberías completo.

25

1.3.7. Tipo de válvulas y accesorios usados en sistemas de tuberías 6

La variedad en diseños de válvulas dificulta una clasificación completa. Si las válvulas se

clasificarán según su resistencia que ofrecen al flujo, las que presentan un paso directo del flujo,

como las válvulas de compuerta, bola, macho y de mariposa pertenecen al grupo de baja

resistencia; las que tienen un cambio en la dirección del flujo, como las válvulas de globo y

angulares, están en el grupo de alta resistencia.

Los acoplamientos o accesorios para conexión se clasifican en: derivación, reducción,

expansión y desviación. Los accesorios como tee (T), cruces, codos con salida lateral, etc.,

pueden agruparse como accesorios de derivación.

Los conectores de reducción o expansión son aquellos que cambian la superficie de paso

del fluido. En esta clase están las reducciones y los manguitos. Los accesorios de desvío,

curvas, codos, curvas en U, etc., son los que cambian la dirección de flujo.

1.3.8. Pérdida de presión debida a válvulas y accesorios 6

1.3.8.1. Tuberías rectas horizontales

Cuando un fluido se desplaza uniformemente por una tubería recta, larga y de diámetro

constante, la configuración del flujo indicada por la distribución de la velocidad sobre el diámetro

de la tubería adopta una forma característica. Cualquier obstáculo en la tubería cambia la

dirección de la corriente en forma total o parcial, altera la configuración característica de flujo y

ocasiona turbulencia, causando una pérdida de energía mayor de la que normalmente se

produce en un flujo por una tubería recta. Ya que las válvulas y accesorios en una línea de

tuberías alteran la configuración de flujo, producen una pérdida de presión adicional.

La pérdida de presión total producida por una válvula o accesorio consiste en:

La pérdida de presión dentro de la válvula.

La pérdida de presión en la tubería de entrada es mayor de la que se produce

normalmente si no existe una válvula en la línea. Este efecto es pequeño.

La pérdida de presión en la tubería de salida es superior a la que se produce

normalmente si no hubiera una válvula en la línea. Este efecto puede ser muy grande.

26

Desde el punto de vista experimental es difícil medir las tres caídas por separado. Sin

embargo, su efecto combinado es la cantidad deseada y puede medirse exactamente con

métodos bien conocidos.

Típicamente, la caída de presión en tuberías rectas horizontales de diámetro constante es

causada mayormente por fricción y puede ser calculada mediante la ecuación de fricción de

Fanning también conocida como la ecuación de Darcy mencionada anteriormente. El factor

experimental en esta ecuación, llamado factor de fricción Fanning “f”, es una función del número

de Reynolds (Re) y la rugosidad relativa de la pared ( ) de la tubería. Para un determinado tipo

de material, la rugosidad es relativamente independiente del diámetro de tubería; por lo tanto, el

factor de fricción puede ser expresado como una función del número de Reynolds y del

diámetro de tubería. Para flujo laminar (Re < 2000), el factor de fricción es función sólo del

número de Reynolds.

La región de transición cae entre valores de número de Reynolds comprendidos entre 2000

y 4000. Aquí el flujo puede ser tanto laminar como turbulento, dependiendo de factores tales

como el cambio de la sección transversal o la presencia de válvulas, accesorios u obstrucciones

en las tuberías. En este régimen, el factor de fricción es difícil de determinar y cae en algún

lugar entre los límites para flujo laminar y turbulento. Sin embargo, para la mayoría de las

aplicaciones con tubería comercial, el fluido tiende a ser turbulento y debe usarse el valor más

alto de factor de fricción.

Si se consideran dos tramos de tuberías del mismo diámetro y longitud, como se muestran

en la Figura 2, con una distancia “x”, manómetros instalados en ambos extremos de las líneas,

y, el primer tramo de tubería con una válvula instalada, mientras que el segundo tramo de la

tubería, no existe dicha válvula, simplemente un tramo recta.

27

P1 P2

1P

a d b

P1 P2

2P

c

d

Figura 2. Caída de presión por accesorios 6.

El primer tramo contiene una válvula de globo. Si las pérdidas de presión P1 y P2 se

miden entre los puntos indicados, se encuentra que P1 es mayor que P2.

En realidad, la pérdida debido a la válvula de longitud “d” es P1 menos la pérdida en un

tramo de tubería con longitud “a + b”.

1.3.8.2. Efecto de accesorios

Los codos, conexiones en “T”, válvulas, orificios y otras restricciones causan caídas de

presión adicionales en una tubería. Los accesorios que tienen el mismo diámetro nominal que la

tubería pueden ser tomados en cuenta en términos de longitud equivalente de tubería recta.

Esta longitud equivalente puede ser calculada a partir de los coeficientes de los accesorios.

La longitud equivalente es entonces sumada a la longitud real de la tubería y la suma es

usada en la ecuación de Fanning para predecir la caída de presión total.

También, el uso de longitudes equivalentes o coeficientes de resistencia es, como se ha

publicado, esencialmente una correlación aproximada de un problema complejo. Si la caída de

presión es un factor crítico por seguridad, economía u otras consideraciones.

1.3.8.3. Expansiones y contracciones

La caída de presión por cambios en la sección transversal tales como salida y entrada de

recipientes de proceso, reductores y difusores incluye dos componentes: uno por fricción y otro

28

por cambio de energía cinética. Los cálculos de pérdida por fricción son basados en el diámetro

de la tubería más pequeña sin obstrucción.

Para tuberías que terminan en un área de gran sección transversal tales como recipientes

de proceso, la caída de presión por fricción es igual al incremento en presión causado por el

cambio de energía cinética. Como resultado, el cambio neto de presión debido al cambio de la

sección transversal es cero.

Para una contracción muy gradual, la caída de presión por fricción es calculada en base a

una sección recta de tubería con un diámetro interno igual a la sección transversal más angosta

de la contracción.

Para el cálculo de caída de presión de tuberías que contengan accesorios y cambios de

sección transversal, la línea primero se divide en secciones de diámetro nominal constante. Se

calcula la caída de presión por fricción de cada cambio de sección transversal en longitud

equivalente en referencia a la tubería de menor diámetro de la sección en cuestión. La caída de

presión debido a los distintos cambios de energía cinética en la línea es determinada calculando

el cambio global de energía cinética entre la entrada y la salida de la línea.

1.3.8.4. Tuberías no horizontales

En caso de tuberías no–horizontales, el término de elevación debe sumarse al cambio de

presión calculado por las pérdidas por fricción y energía cinética, usando la siguiente ecuación:

gzzP e 21

(Ec. 6)

donde:

eP= Caída de presión debido al cambio de elevación (Pa)

21, zz = Elevación al comienzo y al final de la tubería (m)

29

1.3.8.5. Combinación y división de corrientes

Cuando una corriente es dividida en dos o más subcorrientes, hay pérdidas por fricción y

cambio de presión debido al cambio de energía cinética. Lo mismo se aplica a la combinación

de corrientes.

1.3.8.6. Orificios y boquillas Venturi

Para orificios, boquillas y Venturi se pueden distinguir dos caídas de presión:

Caída de presión del flujo: Esta es la caída de presión relacionada con las medidas del

flujo, la cual no incluye la presión recuperada corriente abajo de la contracción. Para

orificios y boquillas, esta presión es medida a través de las tomas de las bridas; para

Venturi, entre una toma corriente arriba y una toma en la sección transversal más

angosta.

Caída de presión total: Es la caída de presión entre un punto corriente arriba de la

restricción y un punto corriente abajo que está a una distancia varias veces el diámetro

de la tubería. Esta caída de presión es más pequeña que la caída de presión de las

tomas de las bridas debido a la recuperación de la presión (es decir, conversión de

momento a presión) corriente abajo de la restricción.

1.3.9. Sistemas de almacenamiento 7

Los sistemas de almacenamiento se usan como depósitos para contener una reserva

suficiente de algún producto para su posterior uso y/o comercialización. Actualmente los

tanques de almacenamiento de combustibles constituyen un elemento de sumo valor en la

producción y distribución de hidrocarburos ya que actúan como un pulmón entre la producción y

el transporte para absorber las variaciones de consumo, permiten la sedimentación de agua y

sólidos antes del despacho del producto, brindan flexibilidad operativa a las refinerías y plantas

de distribución y actúan como punto de referencia en la medición de despachos de

combustibles. La construcción y capacidad de un sistema de almacenamiento depende del

volumen y tipo de fluido que se requiere almacenar, de su volatilidad y su presión de vapor.

30

En la industria existen diferentes sistemas de almacenamiento los cuales se clasifican de la

siguiente manera:

Almacenamiento atmosférico: Los tanques atmosféricos se diseñan y equipan para el

almacenamiento de productos a presión atmosférica 0 Pa man. Esta clasificación

emplea generalmente los tanques de configuración cilíndrica vertical, los cuales varían

en tamaño desde un pequeño tanque hasta la construcción de grandes tanques

soldados. Los tanques rectangulares soldados y en ocasiones los tanques empernados,

también se utilizan para el servicio de almacenaje atmosférico.

Almacenamiento a baja presión: Los tanques de baja presión 0 – 17237 Pa man., se

utilizan normalmente en aplicaciones para el almacenamiento de productos intermedios

y productos que requieren una presión interior del gas cercana a la atmósfera hasta una

presión de 17237 Pa man. Generalmente la forma de esta clase de tanque es cilíndrica

con fondo plano o cóncavo y techos inclinados o abovedados. Normalmente los tanques

de almacenamiento a baja presión son de diseño soldado. Sin embargo, a menudo se

utilizan tanques empernados para el funcionamiento a presiones cercanas a la

atmosférica. Muchos tanques de almacenamiento refrigerado pueden operar hasta

aproximadamente 3447 Pa man.

Almacenamiento a media presión: Los tanques de media presión 17237 – 103421 Pa

man., se utilizan normalmente para el almacenamiento de productos con mayor

volatilidad, productos intermedios y productos que no se pueden almacenar en tanques

de baja presión. La forma de este tipo de tanque puede ser cilíndrica de fondo plano y

techos inclinados o abovedados. Estos tanques suelen ser de diseño soldado aunque

también se pueden utilizar esferas soldadas, en particular para el almacenamiento de

productos a presiones cercanas a los 103421 Pa man.

Almacenamiento a alta presión: Los tanques de alta presión > 103421 Pa man., se

utilizan generalmente para el almacenamiento de productos refinados o mezclas

fraccionadas a presiones por encima de los 103421 Pa man. Los tanques son de diseño

soldado y pueden tener una configuración cilíndrica o esférica.

Dentro de la clasificación de los sistemas de almacenamiento se distinguen los

siguientes tipos de tanques:

31

1.3.9.1. Esferas

Generalmente se utilizan tanques de almacenamiento de forma esférica para almacenar

productos a presiones superiores a 34474 Pa man. En la mayoría de las aplicaciones este tipo

de recipientes se utilizan para almacenar grandes volúmenes de gases licuados y líquidos de

baja presión de vapor.

Según la configuración típica de las esferas, la línea de llenado ingresa al recipiente por la

parte superior, y la de vaciado toma producto por la parte inferior. Por razones de seguridad,

toda esfera debe contar con válvulas de bloqueo de accionamiento remoto para el caso de

siniestros que pudieran ocurrir, y debido a que es un recipiente crítico a presión, deben poseer

doble válvula de seguridad independientes y doble sistema para la indicación de nivel y presión

independientes.

Estos recipientes no utilizan válvula de presión y vacío, ni ningún otro sistema para el

vaciado o llenado debido a que trabajan con el equilibrio líquido – vapor del gas licuado

contenido en su interior, de esta manera al bajar la presión (vaciado), mayor cantidad de

producto pasa a la fase vapor. Durante el llenado, el aumento de presión hace que el producto

vuelva a la fase líquida. A pesar de que la presión es aproximadamente constante, se

recomienda que las válvulas de seguridad descarguen hacia un sistema de venteo ante

cualquier aumento de presión (por ejemplo aumento de temperatura en verano).

Generalmente, las esferas se construyen en gajos como se muestra en la Figura 3,

utilizando chapas de acero las cuales se sostienen mediante columnas que deben ser

calculadas para soportar el peso de la esfera durante la prueba hidráulica (pandeo). Todas las

soldaduras deben ser radiografiadas para descartar fisuras internas que se pudieran haber

producido durante el montaje. Cuentan con una escalera para acceder a la parte superior para

el mantenimiento de las válvulas de seguridad, aparatos de telemedición, entre otros y

adicionalmente debe contar con su protección contra incendios, la cual por lo general está

comprendida por rociadores, monitores, instalaciones de espuma, etc.

32

Figura 3. Tanque de almacenamiento esférico 7.

1.3.9.2. Tanques cilíndricos verticales

Se emplean generalmente para almacenar crudo y sus derivados, aceites pesados, fuel oil

No. 6, gasóleo, nafta, gasolina y productos no volátiles a una presión interna aproximadamente

igual a la atmosférica. Por lo general, este tipo de tanques son de gran capacidad de

almacenaje y se construyen de acero al carbono y soldados.

Normalmente los tanques cilíndricos verticales son los más utilizados en la industria de

producción de hidrocarburos debido a que su diseño y construcción es sencillo, éstos pueden

ser construidos en el taller y transportados hacia su ubicación definitiva o pueden ser

construidos en sitio. Para la construcción de este tipo de tanques, se emplean láminas de acero

de distintos espesores conforme su posición relativa en la estructura del tanque. Estas piezas

se sueldan entre sí de acuerdo a normas de construcción que garantizan la integridad y

posterior funcionamiento del almacenaje. Los tanques soldados están diseñados para soportar

presiones internas del orden de 17160 a 34320 Pa. A efectos de prever el daño que pudiera

ocasionar la rotura o rebalse de los mismos, se construye un dique de contención alrededor de

cada tanque instalado en el sitio.

Dependiendo de la clasificación establecida en la norma NFPA 58 y la presión de vapor del

fluido a ser almacenado, los tanques cilíndricos verticales pueden variar en su diseño ya que se

dividen en dos categorías básicas, tal como se describe a continuación.

Tanques cilíndricos de techo fijo: Se emplean para almacenar productos no volátiles o de

bajo contenido de ligeros cuya clasificación NFPA corresponde a productos Clases II, IIIA y IIIB,

33

tales como el fuel oil No. 6, diesel, aceites lubricantes y otros destilados similares ya que al

disminuir la columna del fluido, se va generando una cámara de aire que facilita su evaporación,

lo que es altamente peligroso. Los tanques atmosféricos de techo fijo como se muestra en la

Figura 4, pueden tener techo autosoportado o soportado por columnas, la superficie del techo

puede tener forma de domo o cono. El tanque opera con un espacio para los vapores, el cual

cambia cuando varía el nivel del líquido contenido en su interior, motivo por el cual deben

poseer dispositivos de venteo en el techo que permitan la emisión de vapores durante el llenado

del tanque y el ingreso de aire durante el vaciado del mismo para mantener la presión interior

aproximadamente a la presión atmosférica.

Figura 4. Tanque de almacenamiento cilíndrico vertical de techo fijo 8.

Tanques Cilíndricos de Techo Flotante: Los tanques atmosféricos de techo flotante que se

muestran en la Figura 5, son aquellos en que el techo flota sobre la superficie del líquido,

eliminándose el espacio para los vapores. Se emplean para almacenar productos con alto

contenido de volátiles (inflamables) cuya clasificación NFPA corresponde a productos Clases

IA, IB y IC, tales como gasolinas, naftas y otros hidrocarburos líquidos livianos, además de

crudo.

Figura 5. Tanque de almacenamiento cilíndrico vertical de techo flotante 8.

34

Este tipo de techo fue desarrollado para reducir o anular la cámara de aire, o espacio libre

entre la capa del líquido y el techo, además de proporcionar un medio aislante para la superficie

del líquido, reducir la velocidad de transferencia de calor al producto almacenado durante los

periodos en que la temperatura ambiental es alta, evitando así la formación de gases (su

evaporación), y consecuentemente, la contaminación del ambiente y, al mismo tiempo se

reducen los riesgos al almacenar productos inflamables.

Los principales tipos de techo flotante son: Techos de cubierta simple con casco de acero,

techos de cubierta doble con casco de acero, y techos flotantes internos que a su vez puede

diferenciarse en techos flotantes internos rígidos y en sábanas flotantes. Los tanques

atmosféricos de techo flotante son utilizados principalmente en las siguientes aplicaciones:

Almacenamiento de líquidos con presión de vapor Reid mayor a 27579 Pa.

Cuando el líquido es almacenado a temperaturas cercanas en -9,4 °C (15 °F) a su punto

de inflamación o a temperaturas mayores.

En tanques cuyo diámetro excede los 45 m y sean destinados a almacenar líquidos de

bajo punto de inflamación.

Almacenamiento de líquidos con alta presión de vapor que son sensitivos a degradación

por oxígeno.

1.3.9.3. Tanques cilíndricos horizontales 9

La presión de trabajo de estos tanques (ver Figura 6), puede ser de 103421 – 6894780 Pa,

o mayor. Este tipo de recipiente suele tener extremos toriesféricos, semielípticos o

semiesféricos que permanentemente se encuentran conectados al cuerpo del tanque. Los

tanques cilíndricos horizontales, generalmente son de volúmenes relativamente bajos, debido a

que presentan problemas por fallas de corte y flexión, por lo general, se usan para almacenar

volúmenes pequeños.

Al igual que en las esferas de almacenamiento, los tanques cilíndricos horizontales no

utilizan válvula de presión y vacío, ni ningún otro sistema para el vaciado o llenado debido a que

trabajan con el equilibrio líquido – vapor del gas licuado contenido en su interior, de esta

manera al bajar la presión (vaciado), mayor cantidad de producto pasa a la fase vapor.

35

Figura 6. Tanque de almacenamiento cilíndrico horizontal 9.

La selección final del tipo de tanque de almacenamiento a ser diseñado y construido para

llevar a cabo un proceso específico, dependerá directamente del análisis de las propiedades del

fluido que se requiere almacenar, entre las cuales se destacan las siguientes: presión de vapor

o presión de ebullición, temperatura de inflamación; requerimientos de calentamiento o

refrigeración y de las condiciones de operación: presión y temperatura, gravedad específica.

1.3.10. Sistemas de bombeo 10

Actualmente en la mayoría de los procesos industriales es necesario realizar transferencias

de líquidos desde un nivel de energía estática o presión a otro. Estos procesos de transporte

que en general ocurren desde una cota más baja a otra en un punto más elevado y en los que

además es necesario vencer presiones y desniveles, son posibles mediante el empleo de los

sistemas de bombeo.

Un sistema de bombeo consiste en un conjunto de elementos que permiten el transporte de

fluidos a través de tuberías, de forma que se cumplan las especificaciones de caudal y presión

necesarias en las diferentes etapas de un proceso. El elemento principal de este tipo de

sistemas es la bomba, sin embargo también se cuenta con sus equipos auxiliares instalados en

la base de la bomba (o cerca de la misma), tales como medio motriz, acoples, bases,

pedestales de soporte, facilidades de autolimpieza, sistema de lubricación, etc.

El tipo de bomba comúnmente usado en las aplicaciones de plantas de proceso entra en

categorías tales como, centrífuga, axial, tipo turbina regenerativa, reciprocante, dosificadora,

diafragma y rotativa, sin embargo la gran mayoría de las bombas que se utilizan actualmente en

las refinerías, plantas químicas y de servicios son bombas de tipo dinámico preferiblemente

centrifugas.

36

Las bombas dinámicas (centrífugas y axiales) operan desarrollando una velocidad de líquido

alta y convirtiendo la velocidad en presión en un pasaje de difusión de flujo. Tienden a tener una

eficiencia menor que las bombas de desplazamiento positivo, pero operan a una velocidad

relativamente alta para permitir un caudal de flujo mayor en relación con el tamaño físico de la

bomba, por lo general, este tipo de bombas requieren de menor mantenimiento que las bombas

de desplazamiento positivo.

1.3.10.1. Bombas centrífugas

Las bombas centrífugas comprenden una clase muy amplia de bombas en las que la

generación de presión se logra con la conversión del cabezal de velocidad en cabezal estático.

El movimiento rotativo de uno o más impulsores comunica energía al fluido en la forma de un

incremento de velocidad que se convierte en cabezal estático útil en la sección de difusión del

cuerpo. No hay válvulas en las bombas de tipo centrífugo; el flujo es uniforme y libre de

pulsaciones de baja frecuencia. Como este tipo de bomba opera convirtiendo el cabezal de

velocidad en cabezal estático, una bomba que opera a velocidad fija desarrollará el mismo

cabezal teórico en metro de fluido bombeado, independientemente de su densidad. Sin

embargo, la presión en Pascal (correspondiente al cabezal desarrollado) depende de la

densidad del fluido.

El cabezal máximo que una bomba centrífuga puede desarrollar se determina

principalmente por la velocidad de la bomba (rpm), el diámetro del impulsor, y el número de

impulsores en serie. El diseño del impulsor y el ángulo de hoja principalmente afectan la

pendiente y la forma de la curva cabezal–capacidad y tiene un efecto menor sobre el cabezal

desarrollado. Existen bombas de múltiples etapas que desarrollan cabezales muy altos; de

hasta 1524 m y flujos de hasta 272,5 m3/h. Ya que 1524 m es equivalente a 6894780 a

13789560 Pa para el rango de líquidos normalmente encontrados en los servicios de refinería,

las bombas centrífugas pueden cumplir con casi todos los requerimientos de refinería y son por

lo tanto ampliamente aplicados.

Los impulsores convencionales de bombas centrífugas se limitan a velocidades de boca en

el orden de 61 m/s. Para limitar la erosión, las velocidades de boca de impulsores de bomba

para suspensiones de sólidos se limitan normalmente a 30,5 m/s.

37

1.3.10.2. Cálculos en servicio de bombeo 11

Caudal de flujo: Es el caudal de flujo de operación normal sobre el cual se basan los

rangos de funcionamiento de la bomba así como las garantías correspondientes. El

caudal de flujo de operación se obtiene conociendo el requerimiento de flujo volumétrico

a condiciones estándar.

Presión de succión: Es la presión de succión para las condiciones de operación en el

punto de garantía. La presión de succión de la bomba se calcula a partir de la presión de

operación del recipiente de succión, y calculando la diferencia total de presión entre el

nivel de referencia en el recipiente y el nivel de referencia de la bomba, tal como se

muestra en la siguiente ecuación:

bombarecipientePrecipientePO )(P1 (Ec. 7)

donde:

P1: Presión de succión del líquido, Pa.

PO: Presión de vapor del líquido, Pa.

∆P: Diferencia de presión entre el nivel de referencia del liquido en el recipiente de succión y

la entrada de la bomba (a su nivel de referencia), Pa.

Cabezal Neto de Succión Positiva Disponible (NPSHD): Se define como el margen entre

la presión actual al nivel de referencia de la bomba y la presión de vapor a la

temperatura de bombeo del líquido, convertido a cabezal del líquido bombeado. El

NPSHD resulta de las condiciones existentes en la fuente de donde proviene el líquido y

de los cambios de presión y temperatura a lo largo de la línea de succión. Cuando se

selecciona un modelo específico de bomba y se diseña su base, el NPSH disponible se

puede corregir al valor existente según la ubicación real de la línea central de la bomba

o de la brida de succión, para establecer la comparación con los requerimientos de

NPSH de la bomba particular. El cálculo de NPSHD requiere la determinación de la

presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, y una cuidadosa estimación de

la presión de succión existente al nivel de referencia de la bomba.

38

El NPSHD para el caso cuando la fuente de succión del líquido está por encima de la presión

de vapor, tal como en los tanques de almacenamiento atmosférico, se determina a partir de:

g

L

V1D

ρ

PPNPSH

(Ec. 8)

donde:

P1: Presión de succión del líquido, Pa.

PV: Presión de vapor del líquido, Pa.

L : Densidad del líquido a las condiciones de succión, kg/m3.

g: Aceleración de la gravedad, (9,8 m/s2).

NPSHD: Cabezal Neto de Succión Positiva, m.

Los servicios que tienen condiciones de succión estables y bien controladas necesitan sólo

un pequeño factor de seguridad en la determinación de NPSHD para ser reportado en la

especificación de diseño, es decir, 1,10, para asegurar un funcionamiento de bomba sin

cavitación. Los servicios que tienden a tener cambios rápidos, frecuentes o severos en las

condiciones de succión (flujo, temperatura, presión, nivel) necesitan factores de seguridad

mayores para cubrir las variaciones. No es necesario cubrir el 100% de todos los cambios de

proceso posibles mediante el factor de seguridad, ya que las consecuencias de la cavitación

(limitación de flujo, ruido y daño del metal) a largo plazo son normalmente tolerables por

períodos cortos e intermitentes.

Presión de descarga: Es la presión de descarga de la bomba en el punto de garantía

con la capacidad, velocidad, presión de succión y densidad absoluta nominales. La

presión de descarga de la bomba se calcula a partir de la presión de operación del

recipiente de descarga, el cual es el recipiente de destino del fluido bombeado,

recipiente de presión controlada o abierto a la atmósfera aguas abajo de la bomba.

La presión de operación del recipiente se le suma la diferencia de altura entre la bomba y el

recipiente expresada en unidades de presión, las perdidas dinámicas del circuito (fricción +

aceleración cuando no sean despreciables) y la caída de presión de la válvula de control. Las

39

pérdidas dinámicas incluyen las caídas de presión de líneas, intercambiadores, orificios de

restricción y cualquier otro elemento entre la bomba y el recipiente de descarga.

CVPDinPHsgcrecipientePO ..P2

(Ec. 9)

donde:

P2: Presión de descarga, Pa.

PO: Presión de operación del recipiente de descarga, Pa.

ΔHs: Diferencia de altura entre el nivel de liquido alto del recipiente de descarga y el nivel de

referencia de la bomba (600 mm), m.

g: Aceleración de la gravedad, (9,8 m/s2).

ρc: Densidad del líquido bombeado a condiciones de operación, kg/m3.

ΔP (Din.): Caída de presión dinámica de la bomba al recipiente de descarga, Pa.

ΔP (V.C.): Caída de presión de la válvula de control, Pa.

1.3.11. Simulación de proceso

El diseño de plantas de procesamiento de fluidos requiere de muchos cálculos repetitivos,

los cuales, en el pasado, eran realizados manualmente por el ingeniero de diseño. Cerca del

año 1960, con la introducción de las computadoras y con el desarrollo de las ecuaciones de

estado, muchos de estos cálculos fueron programados mejorando considerablemente la

habilidad de los diseñadores para hacer su trabajo más eficiente y preciso. Actualmente, se

encuentran en el mercado una serie de programas comerciales que presentan ecuaciones de

estado (EOS) para predecir las propiedades termodinámicas, volumétricas y el equilibrio de

fases, los cuales son utilizados en el diseño y simulación de plantas industriales a nivel mundial.

La simulación, es la representación de un proceso por un modelo matemático, el cual se

resuelve con el objeto de entender el comportamiento del sistema y evaluar posibles cambios

de operación, basándose en balances de masa y energía, principios de termodinámica y

fenómenos de transporte, la cual puede incluir el comportamiento de los controladores discretos

y continuos.

40

En efecto, existen otros tipos de simulación, como la analógica, en la cual el proceso se

representa por medio de circuitos eléctricos, o la física donde se efectúa por medio de las

plantas pilotos.

El modelo matemático es usualmente un conjunto de ecuaciones para reproducir en forma

aproximada el comportamiento de un equipo o conjunto de equipos. Este programa puede estar

organizado por:

Un conjunto de ecuaciones para describir el comportamiento de un proceso determinado

y cuya aplicación es particular a un sistema específico. Este tipo de estructura es

ventajosa desde el punto de vista computacional, pues se puede lograr la máxima

eficiencia en el cálculo y la memoria utilizada se reduce al mínimo.

Una organización formada por un conjunto de sub-rutinas, las cuales calculan equipos

específicos y en donde sólo se utilizan aquellas subrutinas necesarias para representar

el proceso en estudio. Esta forma de organización ofrece la ventaja de poder simular

prácticamente cualquier proceso. Sin embargo, la eficiencia computacional es inferior al

tipo de organización anterior y requiere de mayor cantidad de memoria.

Este modelo matemático responde a las perturbaciones y los ajustes o modificaciones, en la

misma forma, como sucedería en un proceso real. No obstante, las respuestas se observan

como variables de proceso o control automáticamente gráficas, impresiones de salida de datos

computadora digital o presentaciones de tubos de rayos catódicos en un ambiente de

laboratorio, en lugar de serlo en el ambiente de la planta misma. Su principal objetivo es el de

predecir el comportamiento de los diferentes equipos encargados de realizar las operaciones

unitarias, ante los cambios de las condiciones de operación, a través de modelos matemáticos y

diferentes ecuaciones de diseño aplicables para cada operación.

El desarrollo de una simulación de proceso se compone normalmente de cuatro etapas

básicas:

Definición del proceso y derivación de un modelo matemático.

Determinación de los factores de escala del modelo y restricciones requeridas.

El algoritmo de un programa de computación.

Verificación y corrida de la simulación.

41

No obstante, la simulación se debe considerar sólo como un modelo del proceso, con

limitaciones determinadas por factores, como las suposiciones previstas para simplificar el

modelo matemático; el detalle con el cual se describe el proceso, los conocimientos sobre el

mismo y la experiencia del programador.

Según los requisitos del problema, las simulaciones se hacen con velocidades mucho

mayores o lentas a las caracterizadas en el proceso real. Por ende, no se impone ninguna

restricción al aplicar la simulación de procesos, por funcionar con velocidades extremas, sean

estas muy lentas o muy rápidas, Así pues, la utilidad de la simulación se ve enriquecida por la

escala del tiempo.

Por otra parte, la simulación de proceso computarizada permite estudiar el control del

proceso en un sistema en línea, es decir, realizar experimentos con el proceso más o menos de

la manera como se haría en un caso real. Algunas ventajas de la simulación en relación con el

experimento en la planta son: experimentar a bajo costo, reduciéndose así los riesgos

económicos y físicos comprendidos en el manejo del proceso real, según las necesidades del

experimentador, es factible realizar desviaciones en las condiciones de procesamiento

quedando fuera de la gama normal de operación, y se pueden hacer modificaciones del proceso

programando cambios y modificando equipos de procesos, lo cual permite estudiar la

interacción del diseño de control y el proceso.

El estudio de las estrategias de simulación es de especial interés, pues éstos avanzan cada

día en precisión, sencillez de manejo, amplitud y versatilidad en el manejo de las operaciones,

la técnica de simulación, la forma de interpretar los resultados, el saber cuáles parámetros de

comportamiento deben fijarse y cuáles calcularse en cada operación, como seleccionar los

modelos matemáticos más adecuados al sistema y el sentido común para discernir cuando los

resultados de simulación no se ajustan a la realidad, ni varían, por lo menos significativamente.

42

CAPÍTULO II

MARCO METODOLÓGICO

2.1. Bases y criterios de diseño

Para el establecimiento de las bases y criterios de diseño del proceso básico del sistema de

recepción, almacenamiento y distribución de combustibles derivados del petróleo en la planta

de distribución de combustibles, se revisaron los documentos suministrados por cliente, con el

fin de determinar los requerimientos mínimos exigidos.

Estos documentos comprenden bases volumétricas, normas y códigos de diseño, que sirven

como guía para establecer las condiciones de diseño (presión, temperatura de almacenamiento

y transporte, composición de los combustibles y las tasas de llenado y vaciado de los tanques).

Estas bases y criterios de diseño se tomaron en cuenta para el modelado de todas las

tuberías y equipos involucrados en las operaciones de recepción, almacenaje y despacho del

centro de distribución de combustible.

2.1.1. Unidades de medición

Se utilizó como sistema principal de unidades el Sistema Internacional (SI), sin embargo,

considerando que la mayoría de las normas y códigos declarados para el desarrollo de este

trabajo se encuentran en el Sistema Inglés, al igual que las bases entregadas por el cliente; se

incluye la siguiente tabla de factores de conversión entre el SI y el sistema inglés.

En la Tabla 4 se presentan las principales unidades de medición.

Tabla 4. Unidades de medición.

Dimensión Descripción SI Equivalencia

S. Inglés

Longitud Metro (m) 3,28 pie

Diámetro Tuberías Metro (m) 39,37 pulg

Diámetro Equipos Metro (m) 3,28 pie

Área Metro cuadrado (m2) 10,76 pie

2

Velocidad Metro por segundo (m/s) 3,281 pie/s

Densidad Kilogramo por metro cúbico (kg/m3) 0,062 lb/pie

3

43

Tabla 4. Unidades de medición (continuación).

Dimensión Descripción SI Equivalencia

S. Inglés

Flujo Másico Kilogramo por hora (kg/h) 2,205 lb/h

Flujo Volumétrico Líquido Metro cúbico por hora (m3/h) 4,403 gpm

Volumen Metro cúbico (m3) 6,290 bbl

Presión Absoluta Pascal (Pa) 0,000145 psia

Temperatura Grados centígrados (°C) 33,8 °F

Viscosidad Dinámica Kilogramos por metro segundo (kg/m.s) 1000 cP

Entalpía específica Kilo joule por kilogramo (kJ/Kg) 0,4299 BTU/lb

Conductividad Térmica Kilo watt por metro kelvin (kW/m °K) 578,17 BTU/h.pie.°F

2.1.2. Temperatura de diseño de equipos

La temperatura de diseño de los equipos a presión o a vacío se determina estableciendo las

condiciones más severas, simultáneas, de temperatura y presión que ocurren en cualquier fase

de las operaciones del proceso.

Si la temperatura normal es:

Entre -17,8 °C y 398,9 °C, la temperatura de diseño será: temperatura normal de

operación más 10 °C.

Superior a 398,9 °C, la temperatura de diseño será igual a la máxima temperatura de

operación.

La temperatura de diseño inferior para un equipo se tomará igual a la mínima

temperatura de trabajo menos 6,7 °C.

La temperatura de operación normal de los productos utilizados se presenta en la Tabla 5.

Tabla 5. Temperatura normal de operación de los productos en los equipos.

Producto Temperatura normal °C

Diesel 29,8

Gasolina 95 29,8

Jet A1 29,8

GLP

29,8

44

2.1.3. Presión de diseño de equipos

Para todos los recipientes a presión, la presión mínima de diseño fue de 344739 Pa

man.

Si la presión de operación se encuentra entre 0 y 6894780 Pa man., la presión de diseño

fue la mayor entre:

La máxima presión de operación *1.1 o la presión de operación mas 172368 Pa man.

Si la máxima presión de operación es mayor de 6894780 Pa man., la presión de diseño

fue la mayor entre:

La máxima presión de operación *1.1 o la presión de operación mas 689478 Pa man.

Para las tuberías sujetas a presión por bloqueo de bombas centrífugas y no protegidas

por sistema de alivio, la presión estimada fue el mayor valor numérico entre: la presión

de succión normal de la bomba más 120% del diferencial de presión de la bomba o

presión de succión máxima de la bomba más el diferencial de presión de la bomba.

La presión mínima de diseño para las esferas de GLP es de 1723680 Pa man.

2.1.4. Propiedades de los fluidos

Las especificaciones de los combustibles se presentan a continuación en las Tablas 6 y 7,

usadas en la determinación de las propiedades de los productos de la planta.

Tabla 6. Propiedades de los combustibles Diesel, Gasolina 95 y Jet A1 12.

Descripción Unidad Método de

Prueba Diesel Gasolina 95 Jet A1

Gravedad API @15,5 °C API D1298 30,2 55 51,08

Destilación IBP °C D86 - - 173,5

5% v/v recobro °C D86 198,9 - -

10% v/v recobro °C D86 210 65 190

50% v/v recobro °C D86 276,7 121 211

90% v/v recobro °C D86 335 190 247

95% v/v recobro °C D86 348,9 - -

45

Tabla 6. Propiedades de los combustibles Diesel, Gasolina 95 y Jet A112 (continuación).

Descripción Unidad Método de

Prueba Diesel Gasolina 95 Jet A1

Destilación FBP °C D86 - 225 269

Presión de vapor Reid Pa D323 74,46 46884 93,77

Viscosidad Dinámica Kg/m.s D445 0,0027 0,000445 0,001393

Tabla 7. Composición molar GLP 13.

Componentes

Propano Butano

Composición (%Molar)

Metano 0,029 -

CO2 0,015 -

Etano 1,319 -

Propano 97,508 0,093

i-Butano 0,96 1,725

n-Butano 0,169 97,563

i-Pentano - 0,582

n-Pentano - 0,037

2.1.5. Condiciones ambientales

A continuación en la Tabla 8 se presentan las condiciones ambientales en la zona donde se

construirá la planta, ubicada en la población de Miramar, en el municipio de Nagarote del

Departamento de León, al sureste de Puerto Sandino, Nicaragua.

Tabla 8. Condiciones ambientales.

Elevación promedio sobre el nivel del mar (metros): 10

Temperatura ambiente media anual (°C): Máxima: 29,8

Mínima: 26,8

Humedad relativa media (%) Máxima: 82,3

Mínima: 81,5

Velocidad del viento (m/s): 3,6

Evaporación (mm) 2727,9

Precipitación promedio anual (mm) 1572

Periodo de lluvia: Mayo – Octubre

Periodo de sequía: Noviembre – Abril

Dirección del viento Noreste a Suroeste

46

2.2. Selección de los recipientes para el almacenamiento de los combustibles

Esta fase comprendió la revisión de las normas nacionales (PDVSA) e internacionales

(Exxon, API, Shell y NFPA) para la determinación de los tipos, características y dimensiones de

los recipientes de almacenamiento. Se realizaron cálculos en base a la capacidad de cada uno

de los combustibles que se requiere almacenar y se determinó luego el número de recipientes

necesarios, tomando en cuenta el diámetro de los tanques, capacidad y su geometría.

Para garantizar la autonomía operacional del proceso de almacenamiento y despacho de

combustibles, se diseñaron tanques de almacenamiento para cada producto a ser manejado en

la planta, considerando los requerimientos de capacidad total 100162 m3 (630000 bbl)

establecidos por el cliente. En la Tabla 9 se presenta el volumen de almacenamiento requerido.

Tabla 9. Volumen de almacenamiento de productos 12.

Producto Volumen nominal de almacenamiento m3

Diesel 47696,2

Gasolina 95 Octanos

35772,1

Jet A1 7154,4

GLP 9539,2

Total 100162

2.3 Simulación en estado estacionario de las tuberías de recepción y distribución de

combustibles.

Durante el desarrollo de la simulación del modelo determinado para la red de tuberías del

sistema, fue necesario establecer premisas o criterios de diseño bajo los cuales fue posible

obtener resultados satisfactorios de las simulaciones. Las premisas establecidas se orientaron

básicamente a la utilización de un criterio de cálculo en el cual se tomaron en consideración

todos los factores y condiciones que intervienen en el sistema como lo son la temperatura, la

presión y el caudal manejado de cada producto; lo cuales nos arrojan parámetros de caída de

presión y velocidades que luego son comparadas con las establecidas en las normas para el

cálculo hidráulico, basados en el Plan de Demanda Estimada para los Años 2015-2020, el cual

se muestra en la Tabla 10.

47

Tabla 10. Plan de demanda estimado para los años 2015-2020 12.

2015 2020

GLP (m3/h) 13,9 15,2

Gasolinas 95 (m3/h) 43,7 55

Jet A1 (m3/h) 4,6 5,3

Diesel (m3/h) 60,3 78,2

Para la determinación de las propiedades termodinámicas de los combustibles manejados,

se utilizó un simulador comercial en estado estacionario y para la predicción de presiones,

temperaturas y comportamiento del liquido en las tuberías se utilizó la correlación de flujo de

Beggs & Brill-Moody.

2.4. Evaluación de los diferentes escenarios para el diseño óptimo de las tuberías y

bombas de proceso y cumplimiento de los parámetros establecidos para el diseño.

Una vez que se establecieron los modelos de simulación tanto de las tuberías de recepción

como las de descarga y las bombas para la transferencia de los productos se procedió a

seleccionar los arreglos óptimos basados en las condiciones de caída de presión y velocidad

del fluido para las tuberías y en la eficiencia y el cabezal diferencial para las bombas.

Para el dimensionamiento de tuberías, se estableció como criterio la caída de presión por

cada 30,48 m (100 pie) de tubería, establecida en la Norma PDVSA L-TP-1.5 “Cálculo

Hidráulico de Tuberías”, así como los criterios de velocidad de fluido recomendada en dicha

norma como se muestran en la Tabla 11.

Tabla 11. Velocidades y caídas de presión recomendadas para líquidos 14.

Tipo de Servicio Velocidad

m/s ∆P Máxima Pa/30,48 m

Recomendación General 1,5 - 4,6 27579

Flujo Laminar 1,2 - 1,5

Flujo Turbulento

Densidad del fluido, kg/m3 (lb/pie

3)

100 1,5 - 2,4

50 1,8 - 3,1

20 3,1 - 4,6

Succión de bombas

Líq. en su punto de burbuja 0,6 - 1,8 2757,9

Líquido no hirviente 1,2 - 2,4 2757,9

48

Tabla 11. Velocidades y caídas de presión recomendadas para líquidos 14 (continuación).

Tipo de Servicio Velocidad

m/s ∆P Máxima Pa/30,48 m

Descarga de bombas, (gpm)

0 - 250 1,8 - 2,4 27579

250 - 750 2,4 - 3,1 27579

> 750 3,1 - 4,6 13789

Salida de fondo de recipientes 1,2 - 2,4 4136,9

En la Figura 7 se muestra el diagrama esquemático requerido en el análisis, diseño y

simulación de las distintas etapas de la planta, tomando en consideración los límites de baterías

del estudio y los requerimientos mínimos exigidos por el cliente, para el suministro de

combustible en la región.

49

Figura 7. Esquema de manejo de los combustibles de la planta de distribución.

VÁLVULAS DE

BLOQUEO X

PRODUCTO

EMPRESA

MIXTA

NICARAGÜENSE

– VENEZOLANA

GARANTIZA EL

SUMINISTRO DE

COMBUSTIBLES

EN LA

REPÚBLICA DE

NICARAGUA

LIMITE DE BATERIA

SISTEMAS DE SEGURIDAD

EMPRESA

MIXTA

NICARAGÜENSE

– VENEZOLANA

REQUIERE

GARANTIZAR EL

SUMINISTRO DE

COMBUSTIBLES

EN LA

REPÚBLICA DE

NICARAGUASISTEMA DE

MEDICIÓN DE

INVENTARIO

Buque Gasolina, Diesel, Jet A1

Buque GLP

Tanquesde

AlmacenamientoProducto

Recepción de Productos

Islas de Llenado

DESPACHAR

COMBUSTIBLES

EN LA PLANTA

BOMBAS DE

DESPACHO A

LLENADEROS

SISTEMA DE

DESPACHO A

CISTERNAS

AREA DE

ESPERA PARA

CISTERNAS

ALMACENAR

COMBUSTIBLES

EN LA PLANTA

TANQUES DE

ALMACENAJE

POR PRODUCTO

TRANSPORTAR

COMBUSTIBLES A

LA PLANTA

TUBERÍAS

DEDICADAS POR

PRODUCTO

ESTACIÓN DE

VÁLVULAS LÍMITE

AGUA-TIERRA

SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL DE PLANTA

RECIBIR

COMBUSTIBLES

DESDE BUQUES

MUELLE DE

ATRAQUE

MULTIBOYA

MANGUERAS

CONEXIONADO

X PRODUCTO

VÁLVULAS DE

BLOQUEO X

PRODUCTO

EMPRESA

MIXTA

NICARAGÜENSE

– VENEZOLANA

GARANTIZA EL

SUMINISTRO DE

COMBUSTIBLES

EN LA

REPÚBLICA DE

NICARAGUA

LIMITE DE BATERIA

SISTEMAS DE SEGURIDAD

EMPRESA

MIXTA

NICARAGÜENSE

– VENEZOLANA

REQUIERE

GARANTIZAR EL

SUMINISTRO DE

COMBUSTIBLES

EN LA

REPÚBLICA DE

NICARAGUASISTEMA DE

MEDICIÓN DE

INVENTARIO

Buque Gasolina, Diesel, Jet A1

Buque GLP

Tanquesde

AlmacenamientoProducto

Recepción de Productos

Islas de Llenado

DESPACHAR

COMBUSTIBLES

EN LA PLANTA

BOMBAS DE

DESPACHO A

LLENADEROS

SISTEMA DE

DESPACHO A

CISTERNAS

AREA DE

ESPERA PARA

CISTERNAS

ALMACENAR

COMBUSTIBLES

EN LA PLANTA

TANQUES DE

ALMACENAJE

POR PRODUCTO

TRANSPORTAR

COMBUSTIBLES A

LA PLANTA

TUBERÍAS

DEDICADAS POR

PRODUCTO

ESTACIÓN DE

VÁLVULAS LÍMITE

AGUA-TIERRA

SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL DE PLANTA

RECIBIR

COMBUSTIBLES

DESDE BUQUES

MUELLE DE

ATRAQUE

MULTIBOYA

MANGUERAS

CONEXIONADO

X PRODUCTO

2.4.1. Tuberías de recepción de combustibles

2.4.1.1. Evaluación de las tuberías de recepción de los combustibles desde la conexión en tierra

hasta los tanques y esferas de almacenamiento

La evaluación de la tubería que conecta el tramo en tierra desde la estación de válvulas

hasta los tanques de almacenamiento de Diesel, Gasolina 95 y Jet A1 y para la esfera de GLP,

se consideró el flujo de diseño basado en el Plan de Demanda Estimada para los Años 2015-

2020.

En estos escenarios se fijaron las presiones en los límites de batería entre las facilidades

marinas y la estación de válvulas y se realizaron las simulaciones con distintos diámetros de

tuberías seleccionados hasta alcanzar cualquiera de las condiciones limitantes, caída de

presión y/o velocidad.

Los datos usados para el dimensionamiento de las tuberías de recepción de Diesel,

Gasolina 95, Jet A1 y GLP se muestran a continuación en las Tabla 12, 13, 14 y 15.

Tabla 12. Parámetros introducidos al simulador para dimensionamiento de la tubería de

recepción de Diesel.

Dimensionamiento de tubería de recepción de Diesel

Especificación Valor

Presión en el límite de batería 572950 Pa man.

Flujo volumétrico 1060,67 m³/h

Diámetros de estudio 0,61, 0,51 y 0,41 m

Longitud de tubería 5800 m

Tee (cantidad) 1

Codos 90 (cantidad) 5

Codos 45 (cantidad) 2

Válvulas compuerta (cantidad) 3

Válvulas check (cantidad) 1

51

Tabla 13. Parámetros introducidos al simulador para dimensionamiento de la tubería de

recepción de Gasolina 95.

Dimensionamiento de tubería de recepción de Gasolina 95

Especificación Valor

Presión en el límite de batería 507452 Pa man.

Flujo volumétrico 794,94 m³/h

Diámetros de estudio 0,51, 0,41 y 0,31 m

Longitud de tubería 5800 m

Tee (cantidad) 1

Codos 90 (cantidad) 5

Codos 45 (cantidad) 2

Válvulas compuerta (cantidad) 3

Válvulas check (cantidad) 1

Tabla 14. Parámetros introducidos al simulador para dimensionamiento de la tubería de

recepción de Jet A1.

Dimensionamiento de tubería de recepción de Jet A1

Especificación Valor

Presión en el límite de batería 625352 Pa man.

Flujo volumétrico 317,98 m³/h

Diámetros de estudio 0,31, 0,25 y 0,20 m

Longitud de tubería 5800 m

Tee (cantidad) 1

Codos 90 (cantidad) 5

Codos 45 (cantidad) 2

Válvulas compuerta (cantidad) 3

Válvulas check (cantidad) 1

52

Tabla 15. Parámetros introducidos al simulador para dimensionamiento de la tubería de

recepción de GLP.

Dimensionamiento de tubería de recepción de GLP

Especificación Valor

Presión en el límite de batería 2102890 Pa man.

Flujo volumétrico 198,73 m³/h

Diámetros de estudio 0,25, 0,20 y 0,15 m

Longitud de tubería 5800 m

Tee (cantidad) 1

Codos 90 (cantidad) 5

Codos 45 (cantidad) 2

Válvulas compuerta (cantidad) 3

Válvulas check (cantidad) 1

2.4.2. Tuberías de descarga de combustibles

2.4.2.1. Evaluación de las tuberías de transferencia de combustibles desde los tanques y

esferas de almacenamiento hasta las islas de llenado

Para la evaluación de las tuberías que conectan los tanques de almacenamiento y esferas

con la succión de las bombas de transferencia de Diesel, Gasolina 95, Jet A1 y GLP y las

tuberías que conectan las descargas de las bombas con el cabezal de las islas de llenado, se

consideró el flujo de diseño basado en el Plan de Demanda Estimada para los Años 2015-2020.

En estos escenarios se fijo la presión del tanque o esfera en su menor nivel, equivalente a la

columna de líquido en el mismo, y la presión minima requerida de llegada a la isla de llenado y

se realizaron las simulaciones con diferentes diámetros de tuberías hasta alcanzar cualquiera

de las condiciones limitantes caída de presión y/o velocidad.

Los datos para el dimensionamiento de la tubería transferencia de Diesel, Gasolina 95, Jet

A1 y GLP se muestran a continuación en la Tabla 16, 17, 18 y 19.

53

Tabla 16. Parámetros introducidos al simulador para dimensionamiento de la tubería de

transferencia de Diesel.

Dimensionamiento de tubería de Diesel desde tanque de almacenamiento a bombas de transferencia

Especificación Valor

Presión del tanque 0 Pa man.

Flujo volumétrico 340,69 m³/h

Diámetros de estudio 0,41, 0,31 y 0,20 m

Distancia total del tramo de tubería 525 m

Tee (cantidad) 2

Codos 90 (cantidad) 5

Codos 45 (cantidad) 6

Válvulas compuerta (cantidad) 3

Válvulas check (cantidad) 1

Dimensionamiento de tubería de Diesel desde bombas de transferencia a islas de llenado

Especificación Valor

Presión requerida en islas 206842 Pa man.

Flujo volumétrico 340,69 m³/h

Diámetros de estudio 0,25, 0,20 y 0,15 m

Distancia total del tramo de tubería 468 m

Tee (cantidad) 1

Codos 90 (cantidad) 4

Codos 45 (cantidad) 8

Válvulas compuerta (cantidad) 2

Válvulas check (cantidad) 1

54

Tabla 17. Parámetros introducidos al simulador para dimensionamiento de la tubería de

transferencia de Gasolina 95.

Dimensionamiento de tubería de Gasolina 95 desde tanque de almacenamiento a bombas de transferencia

Especificación Valor

Presión del tanque 0 Pa man.

Flujo volumétrico 340,69 m³/h

Diámetros de estudio 0,41, 0,31 y 0,20 m

Distancia total del tramo de tubería 594 m

Tee (cantidad) 2

Codos 90 (cantidad) 8

Codos 45 (cantidad) 4

Válvulas compuerta (cantidad) 3

Válvulas check (cantidad) 1

Dimensionamiento de tubería de Gasolina 95 desde bombas de transferencia a islas de llenado

Especificación Valor

Presión requerida en islas 206842 Pa man.

Flujo volumétrico 340,69 m³/h

Diámetros de estudio 0,25, 0,20 y 0,15 m

Distancia total del tramo de tubería 521 m

Tee (cantidad) 1

Codos 90 (cantidad) 4

Codos 45 (cantidad) 6

Válvulas compuerta (cantidad) 2

Válvulas check (cantidad) 1

55

Tabla 18. Parámetros introducidos al simulador para dimensionamiento de la tubería de

transferencia de Jet A1.

Dimensionamiento de tubería de Jet A1 desde tanque de almacenamiento a bombas de transferencia

Especificación Valor

Presión del tanque 0 Pa man.

Flujo volumétrico 85,17 m³/h

Diámetros de estudio 0,20, 0,15 y 0,10 m

Distancia total del tramo de tubería 219 m

(718,50 pie)

Tee (cantidad) 1

Codos 90 (cantidad) 3

Codos 45 (cantidad) 2

Válvulas compuerta (cantidad) 3

Válvulas check (cantidad) 1

Dimensionamiento de tubería de Jet A1 desde bombas de transferencia a islas de llenado

Especificación Valor

Presión requerida en islas 206842 Pa man.

Flujo volumétrico 85,17 m³/h

Diámetros de estudio 0,15, 0,10 y 0,05 m

Distancia total del tramo de tubería 508 m

(1666,67 pie)

Tee (cantidad) 1

Codos 90 (cantidad) 5

Codos 45 (cantidad) 4

Válvulas compuerta (cantidad) 2

Válvulas check (cantidad) 1

56

Tabla 19. Parámetros introducidos al simulador para dimensionamiento de la tubería de

transferencia de GLP.

Dimensionamiento de tubería de GLP desde tanque de almacenamiento a bombas de transferencia

Especificación Valor

Presión del tanque 1224500 Pa man.

Flujo volumétrico 85,17 m³/h

Diámetros de estudio 0,20, 0,15 y 0,10 m

Distancia total del tramo de tubería 99 m

Tee (cantidad) 3

Codos 90 (cantidad) 2

Codos 45 (cantidad) 0

Válvulas compuerta (cantidad) 4

Válvulas check (cantidad) 1

Dimensionamiento de tubería de GLP desde bombas de transferencia a islas de llenado

Especificación Valor

Presión requerida en islas 1420310 Pa man.

Flujo volumétrico 85,17 m³/h

Diámetros de estudio 0,15, 0,10 y 0,05 m

Distancia total del tramo de tubería 839 m

Tee (cantidad) 2

Codos 90 (cantidad) 8

Codos 45 (cantidad) 8

Válvulas compuerta (cantidad) 2

Válvulas check (cantidad) 1

57

2.5. Generación de los productos correspondientes a la disciplina del área de proceso

para el desarrollo del centro de distribución de combustibles

Luego de haberse establecido y aprobado por el cliente los escenarios óptimos de las

tuberías de recepción, tanques y esferas de almacenamiento, bombas y tuberías de

transferencias de los combustibles del la planta, se procedió a la elaboración de la Ingeniería

Básica de Procesos, con el fin de que las otras disciplinas involucradas pudieran desarrollar sus

correspondientes actividades de ingeniería.

Se elaboraron los documentos correspondientes a la ingeniería de proceso, los cuales se

presentan a continuación:

Descripción del proceso

Es una explicación paso a paso de la secuencia del proceso, el cual implica los sistemas

de recepción, almacenaje y transferencia de los productos a ser manejado en la planta.

En este documento se indican las principales variables del proceso tales como presión,

temperatura y flujos, así como de los servicios auxiliares requeridos, con el fin de

garantizar el proceso en cuanto a calidad y cantidad hacia el consumidor final.

Este documento se elaboró mediante la revisión del material bibliográfico suministrado

por la el cliente.

Diagrama de flujo de proceso (DFP)

El DFP es una representación esquemática del proceso, sus condiciones de operación

normal y su control básico. El diagrama incluye el balance de masa e información para el

diseño y especificación de equipos, además sirve de guía para desarrollar el Diagrama

de Tubería e Instrumentación.

La información mínima que debe contener el DFP se lista a continuación:

Balance de masa y energía.

Equipos del proceso.

Líneas del proceso.

Estos diagramas se elaboraron mediante la utilización del programa Autocad y la revisión de

las normas concernientes a este tipo de documento.

58

Balance de masa

Para el desarrollo del proyecto se establece el diseño de equipos de proceso, que

permitan garantizar y optimizar la operación continua y segura del proceso de

almacenamiento de Diesel, Jet A1, Gasolina 95 y GLP. Para tal fin, se presenta los

balances de masa de las corrientes asociadas al proceso, que sirven de base para el

diseño de las nuevas instalaciones.

Este balance se llevo a cabo de acuerdo a los DFP propuestos, utilizando programas

comerciales y/o herramientas de cálculo para determinar las propiedades de los fluidos y

cuantificar las líneas que manejan fluidos multifásicos y/o monofásicos.

Bombas de proceso

En esta sección se presentan el cálculo y las características de las bombas de proceso y

el cálculo del cabezal neto de succión positiva disponible (NPSHD), basado en la norma

PDVSA MDP-02-P-04 NPSH.

2.6. Estimado de costo clase IV de las instalaciones

Para la realización del estimado de costo se utilizo como base referencial el presupuesto

sometido y aprobado para la construcción de un sistema de recepción, almacenamiento y

despacho de Diesel, Jet A1, Gasolina 95 y GLP en la ciudad de Miramar – Nicaragua del 2010,

dada su relativa actualidad. Este documento se elaboró mediante la utilización del programa

Microsoft Excel 2007.

59

CAPÍTULO III

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

3.1. Bases y criterios de diseño

3.1.1 Generales

Los criterios de diseño generales se establecieron de acuerdo a las siguientes prioridades:

Máxima flexibilidad operacional.

Máxima operabilidad y simplicidad de operación.

3.1.2. Herramientas de cálculo

Se utilizaron los siguientes programas y/o herramientas de cálculo para la evaluación

hidráulica y el balance de masa y energía de los sistemas involucrados:

Programa de simulación para determinar las propiedades de los fluidos.

Programa de simulación para cálculos hidráulicos en líneas multifásicas y/o

monofásicas.

AUTOCAD 2008 para generar los planos.

Herramientas de cálculo para el dimensionamiento y la evaluación de equipos y líneas

de procesos.

3.1.3. Tuberías de proceso

Las tuberías de proceso se dimensionaron con un 110% del flujo normal de operación.

Las tuberías y equipos se diseñaron considerando una corrosión máxima permitida de

0,0016 m (0,063 pulg).

La velocidad mínima para líquidos se establece en 0,91 m/s (3 pie/s).

60

3.1.4. Tanques

La altura de los tanques es establecida a partir de láminas de 2,4 m.

El volumen de protección por encima del máximo nivel de líquido en el tanque y el tope

del tanque (altura máxima) se definió a partir del caudal de llenado del tanque.

El volumen protección por debajo de la boquilla de salida o nivel de liquido remanente se

definió a partir de la tasa de vaciado del tanque.

Se contempló el diseño de tres (03) tanques de almacenamiento de Diesel con una

capacidad nominal de 15898,7 m³ como mínimo, y la altura de los tanques está basada

en láminas de 2,4 m.

Se contempló el diseño de tres (03) tanques de almacenamiento de Gasolina 95 octanos

con una capacidad nominal de 11924 m³ como mínimo, y la altura de los tanques está

basada en láminas de 2,4 m.

Se contempló el diseño de tres (03) tanques de almacenamiento de Jet A1 de capacidad

nominal de 2384,81 m³ como mínimo, y la altura de los tanques está basada en láminas

de 2,4 m.

3.1.5. Esferas

El diámetro de las esferas se calculó en función del volumen de GLP que se desea

almacenar, este volumen es de 3179,75 m³ operacionales, sin embargo, se dimensionó

para almacenar un 20% más del volumen para así obtener el volumen nominal, este

exceso permitirá absorber las dilataciones térmicas del producto al existir aumento o

disminución de temperatura.

El volumen de diseño fue de 1,2 veces el volumen nominal.

La presión de diseño se calculó en función de la presión de vapor del propano comercial

a la temperatura ambiente establecida.

3.1.6. Bombas centrífugas

El flujo de diseño de las bombas es igual a un 110% del flujo normal de operación.

El flujo de recirculación (por protección) de las bombas es de 40% del flujo total de

operación.

Se consideró el uso de bombas de respaldo.

61

El nivel de referencia para cálculo de la presión de succión y el NPSHD fue al menos de

0,5 m.

La elevación de la línea central de la bomba seleccionada realmente para el servicio

específico diferirá en algo de los típicos (0,50 m) dependiendo de la altura de la base de

la bomba escogida, tipo de bomba, tamaño y orientación. Por consiguiente el NPSH

debe verificarse cuando se seleccione la bomba y se realice el diseño de la base.

La presión de succión de la bomba es la presión de operación del recipiente de succión

más la diferencia total de presión entre el nivel de referencia en el recipiente y el nivel de

referencia de la bomba. La diferencia de presión total se calcula tomando en cuenta la

diferencia de alturas y las pérdidas por fricción.

La tubería de succión de las bombas no será menor que el tamaño de la brida de

succión.

Las válvulas en la línea de succión de bombas serán del mismo diámetro que la tubería.

Las tuberías de succión se diseñaron para proporcionar el NPSH requerido al flujo de

diseño de la bomba cuando el nivel en el recipiente o tanque es mínimo.

3.2. Selección de los recipientes para el almacenamiento de los combustibles

Según la norma NFPA 58 “Códigos de Líquidos Inflamables y Combustibles”, los tanques

cilíndricos de techo fijo, son empleados para almacenar productos no volátiles o de bajo

contenido de livianos, cuya clasificación NFPA corresponde a productos Clases II, IIIA y IIIB,

tales como el combustóleo, Diesel, Jet A1 y otros destilados similares.

Los tanques cilíndricos de techo flotante, en los cuales el techo flota sobre la superficie del

líquido, se emplean para almacenar productos con alto contenido de volátiles (inflamables) cuya

clasificación NFPA corresponde a productos Clases IA, IB y IC, tales como gasolinas, naftas y

otros hidrocarburos líquidos livianos, además de crudo.

Esto conlleva a que los tanques de almacenamiento requeridos de Diesel y Jet A1 fueran

del tipo atmosféricos de techo cónico - fijo y los tanques de Gasolina 95 octanos del tipo

atmosférico de techo flotante, debido al nivel de inflamabilidad de los productos.

62

3.2.1. Cálculo del diámetro y altura de los tanques de almacenamiento de combustibles Diesel,

Gasolina 95 y Jet A1.

Cálculo típico tanques de Diesel:

Para el cálculo de los tanques se estableció una altura referencial y se partió de la fórmula

Volumen nominal = quexhxD

tan

2

4

, establecida en la norma API STD 650 “Welded Steel Tanks

for Oil Storage”, se realizaron iteraciones de volúmenes operacionales hasta ajustar un diámetro

que contenga el volumen operacional requerido (establecido en las premisas) y respetando los

niveles que se deben contemplar por el sobrellenado y el nivel de liquido remanente.

Se fijo que los tanques poseen una altura de 14,6 m (seis láminas de 2,44 m) y se calculo el

diámetro:

Vol. Operacional = 15129 m3.

Vol. nominal = 4

x 0,785x D2 x htanque [m

3]

Vol. operacional = Vol nominal – M x R

donde:

R = Vol. nominal / htotal

M = Es la suma del volumen del fluido que se encuentra por debajo del tope del tanque 0,73

m y el volumen del flujo remanente hasta la altura superior de la boquilla del tanque 0,64 m por

lo tanto:

15129 m3 = 4

x D2 x htotal – 1,37 [(

4

x D2 x htotal) / htotal]

15129 m3 = D2 (4

x htotal – 1,37 x

4

)

D2= 15129 m3 / (4

x 14,6 m – 1,37 x

4

)

D = 38,17 m (125 pie).

63

Vol. nominal =4

x (38,17)2 x 14,6

Vol. nominal = 16694 m3.

Por lo tanto los tanques de Diesel presentan las siguientes dimensiones: 38,17 m de

diámetro por 14,6 m de alto.

El resultado de los cálculos de las dimensiones de los tanques de Gasolina 95 y Jet A1 se

muestran a continuación en la Tabla 20.

Tabla 20. Dimensionamiento de tanques.

Producto Capacidad

Operacional m

3

Capacidad Nominal

m3

Diámetro m

Altura m

Gasolina 95 10829 12005 32,3 14,6

Jet A1 2342,7 2671 15,2 14,6

3.2.2. Cálculo del tipo y número de recipientes requeridos para el almacenamiento de GLP.

Según la norma Shell 30.06.10.12 “Pressurised Bulk Storage Installations for LPG”, cuando

se manejan volúmenes entre 1589,9 m³ y 15898,7 m³ de GLP se recomienda el uso de

recipientes tipo esfera. A continuación se presenta el cálculo del diámetro de la esfera tomando

como base la capacidad de almacenamiento requerida de GLP por esfera, que es equivalente a

3179,75 m³.

3.2.2.1. Cálculo del radio de la esfera

Datos:

Volumen operacional = 3179,75 m³

Producto a almacenar = Gas Licuado del Petróleo (GLP)

Gravedad específica = 0,511

El radio de la esfera es calculado en función del volumen que se requiere almacenar, este

volumen fue de 3179,75 m³ operacionales, sin embargo, se dimensiono para almacenar un 20%

64

más del volumen y así obtener el volumen nominal, este exceso permitirá absorber las

dilataciones térmicas del producto al existir incremento o disminución de temperatura.

El volumen de diseño será igual al volumen nominal multiplicado por 1,2.

V = 3179,75 x (1,2) = 3815,7 m3

El volumen de una esfera está dado por la ecuación:

3

4 3rV

Despejando el radio obtenemos:

3

4

3

Vr

3

4

3815. 703

xr

por lo tanto,

r = 9,69 m 9,70 m; que representa un diámetro interior de la esfera de 19,5 metros.

Se diseñaron tres (03) recipientes de tipo esfera, con una capacidad nominal de 3815,7 m3

c/u, para garantizar la autonomía operacional del proceso de almacenamiento y despacho de

combustibles. En la Figura 8 se muestra un esquema de las esferas.

19,5 m Ø

3815,7 m3

Figura 8. Esquema de la esfera GLP

65

3.3. Simulación en estado estacionario de las tuberías de recepción y distribución de

combustibles.

3.3.1. Levantamiento en campo y tendido de tuberías

En primera instancia, se realizó el levantamiento en campo de ubicación de la planta de

distribución de combustibles, y se recolectaron los datos necesarios para el tendido de las

tuberías y ubicación de los equipos.

3.3.2. Tuberías de recepción y descarga de combustibles

Para la simulación computarizada de las tuberías de recepción de combustibles

perteneciente a esta planta, se utilizó un simulador de tuberías de flujo multifásico en estado

estacionario, aprobado por el cliente, para el desarrollo de la evaluación hidráulica.

A través del suministro de información por parte del cliente, se tomaron los datos

establecidas en el “Plan de Demanda Estimada para los Años 2015-2020” de Nicaragua.

Los datos de entrada para la simulación fueron: características fisicoquímicas de los

combustibles (gravedad °API del combustible y viscosidad cinemática), datos operacionales

(presión, temperatura, caudal) y por último longitud, diámetro, espesor y accesorios de las

tuberías de recepción.

En el caso de la tubería de descarga de combustibles y en el dimensionamiento de las

bombas de transferencia, se tomó en cuenta las presiones ejercidas por la columna hidrostática

del tanque, las características fisicoquímicas de los combustibles (gravedad °API del

combustible y viscosidad cinemática), datos operacionales (presión, temperatura, caudal), el

tendido de las tuberías de descarga y las eficiencias de las bombas determinadas a partir del

caudal y cabezal manejado por cada una de las bombas.

66

3.4. Evaluación de los diferentes escenarios para el diseño óptimo de las tuberías y

bombas de proceso y cumplimiento de los parámetros establecidos para el diseño

3.4.1. Tuberías de recepción de combustibles

3.4.1.1. Evaluación de las tuberías de recepción de combustibles desde la conexión en tierra

hasta los tanques y esferas de almacenamiento

Los resultados de la evaluación de las tuberías que transportaran los combustibles desde el

límite de batería en la costa hasta los tanques y esferas de almacenamientos ubicados en la

planta se muestran en las Tabla 21, 22, 23 y 24.

Tabla 21. Dimensionamiento de la línea de Diesel.

Diámetro m

Flujo m

3/h

Presión en L.B. Pa man.

Presión de llegada Pa man. Caída de

presión Pa/30,48m

Caída de presión

max. Recom.

Pa/30,48m

Velocidad m/s

Velocidad Recom.

m/s

Requerida en Costa

Llegada a

Planta

0,61

1060,7 572950

370247 172368 3170

13789

1,07

1,2 - 2,4 0,51 464016 172368 4690 1,55

0,41 776347 172368 9720 2,50

Tabla 22. Dimensionamiento de la línea de Gasolina 95.

Diámetro m

Flujo m

3/h

Presión en L.B. Pa man.

Presión de llegada Pa man. Caída de

presión Pa/30,48m

Caída de presión

max. Recom.

Pa/30,48m

Velocidad m/s

Velocidad Recom.

m/s Requerida en Costa

Llegada a Planta

0,51

794,9 507452

330947 172368 2410

13789

1,19

1,2 - 2,4 0,41 431610 172368 4000 1,83

0,31 772210 172368 9170 3,02

67

Tabla 23. Dimensionamiento de la línea de Jet A1.

Diámetro m

Flujo m

3/h

Presión en L.B. Pa man.

Presión de llegada Pa man.

Caída de presión

Pa/30,48m

Caída de presión

max. Recom.

Pa/30,48m

Velocidad m/s

Velocidad Recom.

m/s Requerida en Costa

Llegada a Planta

0,31

317,97 625352

410926 172368 4140

13789

1,31

1,2 - 2,4

0,25 647415 172368 8200

1,86

0,20 317,97 625352 1084540 172368 15790 13789 2,87 1,2 - 2,4

Tabla 24. Dimensionamiento de la línea de GLP.

Diámetro m

Flujo m

3/h

Presión en L.B. Pa man.

Presión de llegada Pa man.

Caída de presión

Pa/30,48m

Caída de presión

max. Recom.

Pa/30,48m

Velocidad m/s

Velocidad Recom.

m/s Requerida en Costa

Llegada a Planta

0,25

198,73 2102890

1674730 1516840 2757,9

13789

1,07

1,2 - 2,4 0,20 1595440 1516840 4140 1,65

0,15 1588550 (Cambio de Fase)

(Cambio de Fase)

3,05

En las tablas anteriores, se puede observar que las tuberías de diámetro de 0,51 m, 0,41 m,

0,31 m y 0,20 m, correspondiente a las líneas de resección de Diesel, Gasolina 95, Jet A1 y

GLP, respectivamente, presentaron velocidades y caídas de presión dentro de los valores

recomendados por la norma PDVSA L-TP 1.5 “Cálculo Hidráulico de Tuberías”, y además

cumple con la condición de presión necesaria para llenar los tanques y esferas de

almacenamiento. Para el caso de los demás diámetros evaluados se obtuvieron valores de

velocidad fuera del rango o caída de presión superior a lo recomendado en la norma PDVSA,

adicionalmente en algunos diámetros evaluados se observa que la presión requerida en la costa

es superior a la presión disponible en dicho punto.

68

3.4.2. Tuberías de succión y descarga de combustibles

3.4.2.1. Evaluación de las tuberías de transferencia de combustible desde los tanques de

almacenamiento y esferas hasta las islas de llenado

Los resultados de la evaluación de las tuberías que transportarán combustibles desde los

tanques y esferas de almacenamientos hasta las bombas de transferencia y desde éstas hasta

las islas de llenado de cisternas, se muestran en las Tabla 25, 26, 27 y 28.

Tabla 25. Dimensionamiento de la línea de Diesel desde tanque de almacenamiento a bombas

de transferencia y desde bombas de transferencia a las islas de llenado.

Dimensionamiento de la línea de Diesel desde tanque de almacenamiento a bombas de transferencia

Diámetro m

Flujo m

3/h

Presión de Tanque Pa man.

Presión de succión Pa man.

Caída de presión

Pa/30,48m

Caída de presión

max. Recom.

Pa/30,48m

Velocidad m/s

Velocidad Recom.

m/s

0,41

340,69 28,27

15857,9 -760

2757,9

0,82

1,2 - 2,4 0,31 -13780 620 1,43

0,20 -153753 7170 2,96

Dimensionamiento de la línea de Diesel desde bombas de transferencia a islas de llenado

Diámetro m

Flujo m

3/h

Presión de descarga Pa man.

Presión de llegada a

isla Pa man.

Caída de presión

Pa/30,48m

Caída de presión

max. Recom.

Pa/30,48m

Velocidad m/s

Velocidad Recom.

m/s

0,25

340,69 618458

524689 6136

13789

1,89

2,4 – 4,6 0,20 440573 11580 2,96

0,15 86184,2 34680 5,09

69

Tabla 26. Dimensionamiento de la línea de Gasolina 95 desde tanque de almacenamiento a

bombas de transferencia y desde bombas de transferencia a islas de llenado.

Dimensionamiento de la línea de Gasolina 95 desde tanque de almacenamiento a bombas de transferencia

Diámetro m

Flujo m

3/h

Presión de Tanque Pa man.

Presión de succión Pa man.

Caída de presión

Pa/30,48m

Caída de presión

max. Recom.

Pa/30,48m

Velocidad m/s

Velocidad Recom.

m/s

0,41

340,69 28,27

9652,6 -550,0

2757,9

0,82

1,2 - 2,4 0,31 -330.9 20 1,31

0,20 -94457.8 5590 2,96

Dimensionamiento de la línea de Gasolina 95 desde bombas de transferencia a islas de llenado

Diámetro m

Flujo m

3/h

Presión de descarga Pa man.

Presión de llegada a

isla Pa man.

Caída de presión

Pa/30,48m

Caída de presión

max. Recom.

Pa/30,48m

Velocidad m/s

Velocidad Recom.

m/s

0,25

340,69 409547

333705 4410

13789

1,89

2,4 – 4,6 0,20 268205 8270 2,96

0,15 -20684,2 25170 5,12

70

Tabla 27. Dimensionamiento de la línea de Jet A1 desde tanque de almacenamiento a bombas

de transferencia y desde bombas de transferencia a islas de llenado.

Dimensionamiento de la línea de Jet A1 desde tanque de almacenamiento a bombas de transferencia

Diámetro m

Flujo m

3/h

Presión de Tanque Pa man.

Presión de succión Pa man.

Caída de presión

Pa/30,48m

Caída de presión

max. Recom.

Pa/30,48m

Velocidad m/s

Velocidad Recom.

m/s

0,20

85,17 28,27

13100 -1720

2757,9

0,73

1,2 - 2,4 0,15 -4826 620 1,28

0,10 -38611 5100 2,9

Dimensionamiento de la línea de Jet A1 desde bombas de transferencia a islas de llenado

Diámetro m

Flujo m

3/h

Presión de descarga Pa man.

Presión de llegada a

isla Pa man.

Caída de presión

Pa/30,48m

Caída de presión

max. Recom.

Pa/30,48m

Velocidad m/s

Velocidad Recom.

m/s

0,15

85,17 663963

583984 4830

13789

1,31

2,4 – 4,6 0,10 413684 13790 2,9

0,05 -5932230 39620 11

71

Tabla 28. Dimensionamiento de la línea de GLP desde tanque de almacenamiento a bombas

de transferencia y desde bombas de transferencia a islas de llenado.

Dimensionamiento de la línea de GLP desde tanque de almacenamiento a bombas de transferencia

Diámetro m

Flujo m

3/h

Presión de Tanque Pa man.

Presión de succión Pa man.

Caída de presión

Pa/30,48m

Caída de presión

max. Recom.

Pa/30,48m

Velocidad m/s

Velocidad Recom.

m/s

0,20

85,17 1225190

1220370 1380

2757,9

0,76

1,2 - 2,4 0,15 1215540 2070 1,31

0,10 1172100 1310 3,02

Dimensionamiento de la línea de GLP desde bombas de transferencia a islas de llenado

Diámetro m

Flujo m

3/h

Presión de descarga Pa man.

Presión de llegada a

isla Pa man.

Caída de presión

Pa/30,48m

Caída de presión

max. Recom.

Pa/30,48m

Velocidad m/s

Velocidad Recom.

m/s

0,15

85,17 1758160

1687830 2757,9

13789

1,31

2,4 – 4,6 0,10 1494780 13790 2,99

0,05 1274840 17240 11,4

En el calculo del diámetro de las tuberías de succión de las bombas de transferencia de

combustibles, se puede observar que las tuberías de 0,31 m, correspondiente a las líneas de

succión de Diesel y Gasolina 95 y las tuberías de 0,15 m, correspondiente a las líneas de

succión de Jet A1 y GLP, presentaron velocidades y caídas de presión dentro de los valores

recomendados por la norma PDVSA L-TP 1.5 “Cálculo Hidráulico de Tuberías. Para el caso de

los demás diámetros evaluados se obtuvieron valores de velocidad fuera del rango o caída de

presión superior a lo recomendado en la norma PDVSA.

72

Para el caso de las tuberías de descarga de las bombas de transferencia de combustibles,

se puede observar que las tuberías de 0,20 m, correspondiente a las líneas de descarga de

Diesel y Gasolina 95 y las tuberías de 0,10 m, correspondiente a las líneas de succión de Jet A1

y GLP, presentaron velocidades y caídas de presión dentro de los valores recomendados por la

norma PDVSA L-TP 1.5 “Cálculo Hidráulico de Tuberías. Para el caso de los demás diámetros

evaluados se obtuvieron valores de velocidad fuera del rango o caída de presión superior a lo

recomendado en la norma PDVSA.

3.5. Productos de la disciplina de procesos para el desarrollo del centro de distribución

de combustibles

3.5.1. Descripción del proceso

La planta de distribución de combustibles fue diseñada para realizar los procesos de

recepción, almacenamiento y despacho de los combustibles derivados del petróleo: Diesel,

Gasolina 95, Jet A1 y GLP; los cuales, son suministrados vía cabotaje a través de buques que

suministraran los combustibles. El diseño del sistema de recepción considera además

facilidades para que a futuro la planta de distribución sea alimentada por la producción de la

refinería a ser construida en un futuro próximo de la cual será parte integral.

Los buques son recibidos en un nuevo terminal marino con un solo puesto de atraque,

equipado con multi-boyas de amarre para la recepción de los combustibles; los cuales son

transferidos por mangueras submarinas independientes hacia un múltiple, en donde se conecta

luego con las tuberías o ductos de envío a la planta. En la llegada de las tuberías a tierra se

encuentra el límite de batería que limita el tramo marítimo con el almacenamiento de los

combustibles ubicados en la planta y en donde se encuentra la estación de válvulas para el

bloqueo del tramo marítimo con la planta. Cada una de las tuberías de entrada a planta cuenta

con facilidades para conexiones futuras de alimentación de combustibles desde la refinería”.

La planta posee capacidad para almacenar 100162 m3 de combustibles, distribuidos en tres

(03) tanques por producto (Diesel, Gasolina 95 y Jet A1), para un total de nueve (09) tanques y

tres (03) esferas para almacenamiento de GLP.

Para la recepción de cada producto desde buques, se deberá disponer en la planta de dos

(02) tanques o esferas con 80% de la capacidad operacional disponible para recibir el mismo.

Adicionalmente, se debe cumplir que el tanque que está recibiendo producto no debe estar

alineado al proceso de despacho del combustible.

73

A continuación en la Tabla 29 se presentan las capacidades y características principales de

cada tanque de almacenamiento de combustible.

Tabla 29. Capacidad y características de los tanques y esferas de almacenamiento.

Identificación Servicio Capacidad nominal m

3

Tipo

T-7011/12/13 Tanques de almacenamiento

de Diesel 16694

Atmosférico Techo

Cónico-Fijo

T-7021/22/23 Tanques de almacenamiento

de Jet A1 2671

Atmosférico Techo

Cónico-Fijo

T-7001/02/03 Tanques de almacenamiento

de Gasolina 95 octanos 12005

Atmosférico Techo

Flotante

V-7051/52/53 Esferas de almacenamiento

de GLP 3815,7 Esfera Presurizada

El despacho de los combustibles en la planta de distribución se realiza por medio de diez

(10) bombas de despacho que operan bajo el criterio N-1 (una bomba en respaldo). Se utilizan

tres (03) bombas para el despacho de Diesel y otras tres (03) bombas para el despacho de

Gasolina 95 octanos, dos (02) bombas para la carga de Jet A1 y dos (02) bombas más para el

despacho de GLP.

En la Tabla 30 que se presenta a continuación, se muestran las características principales

de las bombas utilizadas para el despacho de los productos distribuidos en la planta.

Tabla 30. Bombas de despacho de combustibles.

Identificación Servicio Capacidad por

bomba m3/h

Tipo

P-7102A/B/C Bombas para despacho de

Diesel 170,3 Centrifuga Horizontal

P-7103A/B Bombas para despacho de

Jet A1 85,1 Centrifuga Horizontal

P-7101A/B/C Bombas para despacho

Gasolina 95 Octanos 170,3 Centrifuga Horizontal

P-7105A/B Bombas para despacho de

GLP 85,1 Centrifuga Vertical tipo Barril

El llenadero de camiones cisternas, está compuesto por siete (07) islas de llenado para la

entrega de los productos Diesel, Gasolina 95 octanos y Jet A1; y una (01) isla independiente

para la carga de GLP.

74

El esquema de distribución de los combustibles en las islas de llenado se muestra en la

Figura No. 9.

Figura 9. Distribución de los brazos de carga de combustible en las Islas de llenado de

camiones cisternas.

3.5.2. Diagrama de flujo de proceso (DFP)

Los diagramas de flujo de proceso que se presentan para las propuestas de los escenarios

establecidos tanto para el área de los ductos, como para la planta de distribución de

combustible se presentan en el Anexo B.

3.5.3. Balance de Masa

Para expresar los resultados del balance de masa y energía de los productos asociados al

proceso de recepción, almacenaje y despacho de combustibles de la planta; se presentan a

continuación diagramas generales de proceso para cada componente; en tablas subsiguientes

se muestran los resultados del balance de masa y energía (propiedades de las corrientes a las

condiciones de operación del sistema). Las propiedades termodinámicas se obtuvieron a partir

63

F

E

646261

B

A

G95

JET A1

D

C

G95

JET A1

G95

DIESEL

H

G

G95

DIESEL

65

IDIESEL

66

JDIESEL

67

A

GLP

GLP

B

63

F

E

646261

B

A

G95

JET A1

D

C

G95

JET A1

G95

DIESEL

H

G

G95

DIESEL

65

IDIESEL

66

JDIESEL

67

A

GLP

GLP

B

75

de la aplicación de la correlación de Soave-Redlich-Kwong y como método de determinación de

viscosidad “Petroleum Correlation”.

3.5.3.1. Diesel

P-7102A/B/C

HACIA ISLAS DE

LLENADODIESEL DESDE

DUCTO

T-7011/12/13

1

23

Nota 1

Nota 2

FC

Tabla 31. Propiedades de las corrientes que intervienen en el proceso de recepción, almacenaje y despacho de Diesel.

N° Corriente 1 2 3

Descripción Diesel a Tanques

T-7011/12/13 Diesel a

P-7102A/B/C Diesel a islas de

llenado

Fase Líquida Líquida Líquida

Presión, Pa 273721,9

78600,2

719812,7

Temperatura, °C 17,0

29,8

29,8

Gravedad Especifica 0,8746 0,8746 0,8746

Flujo Másico, kg/h 927057 297834 297834

Flujo Volumétrico, m3/h 1060,44

340,69

340,69

Densidad kg/m3 874,210 874,210 874,210

Peso Molecular 206,172 206,172 206,172

Viscosidad @ T, kg / m.s

0,003503

0,00272

0,002745

Conductividad térmica, kW/m K

0,000103 0,000101 0,000101

Entalpía, kJ/kg 14,891 37,290 38,037

RVP, Pa 74,46 74,46 74,46

TVP @ T y P, Pa 149,62 149,62 149,62

Nota 1: Flujo total para la operación de dos (02) bombas, el cual es variante dependiendo de los brazos de cargas activos.

Nota 2: Recirculación máxima del 40% del flujo total manejado por una bomba, para la protección de la misma.

76

3.5.3.2. Gasolina 95

P-7101A/B/C

HACIA ISLAS DE

LLENADOGASOLINA 95 DESDE

DUCTO

1

23T-7001/02/03 FC

Nota 1

Nota 2

Tabla 32. Propiedades de las corrientes que intervienen en el proceso de recepción, almacenaje y despacho de Gasolina de 95.

N° Corriente 1 2 3

Descripción Gasolina 95 a Tanques

T-7001/02/03

Gasolina 95 a P-7101A/B/C

Gasolina 95 a islas de llenado

Fase Líquida Líquida Líquida

Presión, Pa 273721,9 95147,7 510902

Temperatura, °C 17 29,8 29,8

Gravedad Especifica 0,7583 0,7583 0,7583

Flujo Másico, kg/h 602534 258228 258228

Flujo Volumétrico, m3/h 794,94 340,69 340,69

Densidad kg/m3 757,96 757,96 757,96

Peso Molecular 103,394 103,394 103,394

Viscosidad @ T, kg / m.s 0,000517 0,000445 0,000447

Conductividad térmica, kW/m K

0,000110 0,000107 0,000107

Entalpía, kJ/kg 28,94 53,36 53,80

RVP, Pa 46884,3 46884,3 46884,3

TVP @ T y P, Pa 49463 49463 49463

Nota 1: Flujo total para la operación de dos (02) bombas, el cual es variante dependiendo de los brazos de cargas activos.

Nota 2: Recirculación máxima del 40% del flujo total manejado por una bomba, para la protección de la misma.

77

3.5.3.3. Jet A1

P-7103A/B

HACIA ISLAS DE

LLENADOJET A1 DESDE

DUCTO

T-7021/22/23

1

23

Nota 1

Nota 2

FC

Tabla 33. Propiedades de las corrientes que intervienen en el proceso de recepción, almacenaje y despacho de Jet A1.

N° Corriente 1 2 3

Descripción Jet A1 a Tanques

Jet A1 a P-7103A/B

Jet A1 a islas de llenado

Fase Líquida Líquida Líquida

Presión, Pa 273721,9 79979,2 758423

Temperatura, °C 18 29,8 29,8

Gravedad Especifica

0,7746 0,7746 0,7746

Flujo Másico, kg/h

246188 65943 65943

Flujo Volumétrico, m3/h

317,97 85,17 85,17

Densidad kg/m3

774,238 774,238 774,238

Peso Molecular

176,599 176,599 176,599

Viscosidad @ T, kg / m.s

0,001704

0,001393 0,001405

Conductividad térmica, kW/m K

0,000103 0,000101 0,000101

Entalpía, kJ/kg 25,677 48,804 49,781

RVP, Pa 93,77 93,77 93,77

TVP @ T y P, Pa

187,54 187,54 187,54

Nota 1: Flujo total para la operación de una (01) bomba, el cual es variante dependiendo de los brazos de cargas activos.

Nota 2: Recirculación máxima del 40% del flujo total manejado por una bomba, para la protección de la misma.

78

3.5.3.4. GLP

P-7105A/B

HACIA ISLA DE

LLENADO

GLP DESDE

DUCTO

1 45

V-7051/52/533

2FC

Nota 1

Nota 2

FC

Tabla 34. Propiedades de las corrientes que intervienen en el proceso de recepción, almacenaje y despacho de GLP.

N° Corriente 1 2 3

Descripción GLP desde

Buque GLP a Esferas V-7051/52/53

GLP a Esferas V-7051/52/53

Fase Líquida Líquida Líquida

Presión, Pa 1618200 1618200 1618200

Temperatura, °C 16,9 16,9 16,9

Gravedad Especifica 0,5869 0,5070 0,5310

Flujo Másico, kg/h 100293 70205 30088

Flujo Volumétrico, m3/h 198,73 139,11 59,62

Densidad kg/m3 584,211 504,663 528,514

Peso Molecular 58,197 44,062 47,920

Viscosidad @ T, kg / m.s 0,0001701 0,0001053

0,0001205

Conductividad térmica, kW/m K

0,000110 0,000098 0,000101

Entalpía, kJ/kg 41,338 44,696 43,545

RVP, Pa 357975,8 1308349 998291,9

TVP @ T y P, Pa 359492,6 1351579 1052209

79

Tabla 34. Propiedades de las corrientes que intervienen en el Proceso de Recepción, Almacenaje y Despacho de GLP.

N° Corriente 4 5

Descripción GLP a P-7105A/B

GLP a isla de llenado

Fase Líquida Líquida

Presión, Pa 1315520 1859516

Temperatura, °C 29,8 30,5

Gravedad Especifica 0,507 0,507

Flujo Másico, kg/h 42982 42982

Flujo Volumétrico, m3/h 85,17 85,17

Densidad kg/m3 504,663 504,663

Peso Molecular 44,062 44,06

Viscosidad @ T, kg / m.s 0,0000910

0,0000910

Conductividad térmica, kW/m K

0,000091 0,000091

Entalpía, kJ/kg 81,42 83,06

RVP, Pa 1308349 1308349

TVP @ T y P, Pa 1351579 1351579

Nota 1: Flujo total para la operación de una bomba. Nota 2: Recirculación máxima del 40% del flujo total manejado por una bomba, para la protección de la misma.

3.5.4. Bombas de proceso

Las características principales de las bombas de combustibles (capacidad, presión de

succión, presión de descarga, cabezal requerido y la potencia al freno) fueron establecidas

según los cálculos hidráulicos de los sistemas involucrados, a partir del programa de

simulación. En esta etapa se presenta el cálculo para el cabezal neto de succión positiva

disponible (NPSHD) de las bombas.

80

3.5.4.1. NPSHD disponible en bombas

Cuando el NPSHD que se calcula es mayor de 7,62 m, se especifica este valor en vez del

valor real (norma PDVSA MDP-02-P-04), esto es deseable debido a que los efectos de

cavitación en el funcionamiento y deterioro mecánico de la bomba son severos a niveles altos

de cabezal neto de succión positiva requerido (NPSHR).

Calculo Típico Gasolina 95 octanos:

Para manejar el flujo 340,7 m³/h requerido en total para los cuatro brazos de carga de

Gasolina 95 se establecen tres (03) bombas con una capacidad de 170,3 m³/h cada una donde

operan dos (02) bombas y una (01) queda de respaldo.

Para las bombas P-7101 A/B/C, que manejan Gasolina 95 octanos se tiene:

Ps = 95150 Pa

Pv = 46880 Pa

= 758 kg/m3

mNPSH D 5,6

8,9758

4688095150

pie) (21,3 m5,6NPSHD

A continuación en la Tabla 35 se muestran los resultados de los cálculos de las bombas de

Diesel, Jet A1 y GLP.

Tabla 35. Características de bombas de transferencia y despacho de productos a islas de llenado

Numero de identificación

(TAG) Servicio

Gravedad especifica

Presión de vapor

Pa

Capacidad op. c/u

m3/h

Presión succión

Pa

Presión descarga

Pa

NPSHD m

P-7102A/B/C Diesel 0,875 74,5 170,3 101353 719815 11,8

P-7103A/B Jet A1 0,775 93,8 85,2 97216 765321 12,8

P-7105A/B GLP 0,507 1308353 85,2 1316903 1859522 1,7

81

3.6. Estimado de costos clase IV

En el estimado de costo clase IV se establecieron las siguientes premisas:

El costo de fabricación e instalación de los tanques es en función del volumen.

El costo de fabricación e instalación de las esferas es en función del volumen.

El costo de fabricación e instalación de las bombas es en función de la potencia

requerida.

El costo de fabricación e instalación de las tuberías es en función del diámetro de la

tubería.

Los montos reflejados en las tablas resumen, corresponden a los montos de

desembolsos que realizará la compañía durante la ejecución del proyecto, los mismos

incluyen las contrataciones necesarias para realizar las actividades asociadas al

proyecto.

No forma parte del presente estimado un estudio de análisis de riesgo.

Los montos indicados se expresan en Dólares Americanos (USD$).

En el cálculo de Bolívares (Bs). equivalentes se utilizó una tasa de cambio de 4,3 Bs. por

cada US$.

Se utilizó un factor de escalacion de 2,5% interanual.

De acuerdo a las premisas establecidas anteriormente se estimó el costo total de

instalación del sistema de almacenamiento de combustibles, que será de ochenta y siete

millones ciento cincuenta y cinco mil ciento sesenta y tres dólares americanos (US$

87.155.163) lo que equivale en Bolívares a la suma de trescientos setenta y cuatro

millones setecientos sesenta y siete mil doscientos bolívares (Bs.374.767.200). Ver

detalles en el Anexo A.

82

CONCLUSIONES

Para el almacenamiento de los distintos combustibles se diseñaron tres (03) tanques de

Diesel y tres (03) tanques de Jet A1 de techo cónico-fijo con capacidades de

almacenamiento nominal de 16694 m3 y 2671 m3 respectivamente. Se diseñaron tres

(03) tanques de techo flotante para almacenar Gasolina 95, con una capacidad nominal

de 12005 m3 y tres (03) recipientes a presión tipo esfera de 3815,7 m3 de capacidad

nominal para el almacenamiento de GLP.

Las dimensiones de las tuberías para la recepción y despacho de los combustibles son

las siguientes:

Diámetro de Tuberías (m)

Productos Desde la Costa hasta

los Tanques Desde los Tanques a

las Bombas Desde las Bombas a

las Islas

Diesel 0,51 0,21 0,20

Gasolina 95 0,41 0,21 0,20

Jet A1 0,25 0,15 0,10

GLP 0,20 0,15 0,10

Las características de las bombas para el transporte de cada uno de los productos es la

siguiente:

Bombas de Combustibles

Productos Cantidad

Capacidad Operacional

c/u (m

3/h)

NPSHD

Diesel 3 750 38,7

Gasolina 95 3 750 21,3

Jet A1 3 375 42,0

GLP 3 375 5,7

El estimado de costo de la Planta de Distribución estimado es de 87.155.163 US$.

83

RECOMENDACIONES

De acuerdo a los resultados obtenidos, se recomienda diseñar la ingeniería de detalle,

especialmente el tendido definitivo de las tuberías, lazos de control y distribución

eléctrica para el diseño de la Planta de Distribución de Combustibles.

Enfatizar la importancia que tiene hoy en día la utilización de software o simuladores en

el campo de la ingeniería y fomentar la realización de estudios empleando a la

simulación, como herramienta para el análisis de los requerimientos y comportamientos

de una planta.

84

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Propileno desde unas Plantas de Olefinas a una de Propileno”. Trabajo especial de

grado. Universidad Rafael Urdaneta (URU). Maracaibo, Venezuela.

2. Martínez H. (2007). “Ingeniería Básica del Nuevo Tanque de Almacenamiento de Crudo

Segregación Menemota en PDT Bachaquero, PDVSA”. Trabajo especial de grado.

Universidad Rafael Urdaneta (URU). Maracaibo, Venezuela.

3. Vera P. (2009). “Evaluación de la Sección de Glicoles de una Planta de Óxido de Etileno

y Glicoles de Etileno”. Trabajo especial de grado. Universidad del Zulia (LUZ).

Maracaibo, Venezuela.

4. Contreras J. (2010). “Ingeniería Conceptual de un Sistema de Almacenamiento de Gas

Licuado del Petróleo en la Planta de Distribución de Combustible Miramar-Nicaragua”.

Trabajo especial de grado. Universidad Rafael Urdaneta (URU). Maracaibo, Venezuela.

5. J.P Wauquier. (1994). El Refino del Petróleo. Instituto Superior de la Energía. Díaz de

Santos.

6. Crane. (1992). Flujo de Fluidos en Válvulas, Accesorios y Tuberías. McGraw Hill.

7. Gas Processors Suppliers Assosiation (GPSA). (1998). Section 6 “Storage”

8. EXXON MOVIL Design Practices. (1999). Section XXII-B, Offsites Systems Storage

Facilities – Atmospherics Storage.

9. ASME Sección V. Boiler and Pressure Vessel Code. (2010).

10. Manual de Diseño de Proceso, 1997. PDVSA MDP-02-P-05. Tipos de Bombas.

11. Manual de Diseño de Proceso. (1997). PDVSA MDP-02-P-05. Cálculos en Servicios de

Bombeo.

85

12. Documento Nº: DEPNRMT-GC-07-I-RT-09-001, Bases de Diseño Volumétrico, Planta de

Distribución de Miramar, Refinería El Supremo Sueño de Bolívar, Nicaragua. Rev. 1.

PDVSA. (2009).

13. Reporte Características y Composición de Productos Control de Calidad Gas José.

PDVSA GAS. (2010).

14. PDVSA L-TP-1.5. (1994). Cálculo Hidráulico de Tuberías.

15. Preparación de Diagramas de Proceso. PDVSA L-TP 1.1. (1994).

86

ANEXOS

ANEXO A

Estimado de Costos

ANEXO B

Diagramas de Flujo de Proceso

ANEXO C

Plot Plan